卤代烃药本专题知识讲座

卤代烃药本专题知识讲座卤代烃药本专题知识讲座第1页

卤代烷烃结构通式：

R—X

烃分子中氢原子被卤素取代而生成化合物称卤代烃。卤原子(F、Cl、Br、I)是卤代烃官能团。卤代烃结构卤代烃药本专题知识讲座第2页碳原子为sp3杂化卤代烃药本专题知识讲座第3页X=F,Cl,Br,I卤素电负性比碳大，是碳卤键成为极性共价键，成键电子对偏向卤素，碳原子为正电中心，卤原子为负电中心。卤代烃药本专题知识讲座第4页卤代烃分类

卤代烷烃卤代烯烃卤代芳烃

伯卤代烃:CH3—X

仲卤代烃:(CH3)2CH—X

叔卤代烃:(CH3)3C—X

氟代烃氯代烃溴卤烃碘代烃R—X

一卤代烃二卤代烃多卤代烃卤代烃药本专题知识讲座第5页卤代烷烃命名(一)习惯命名法：“卤某烷”或“某基卤”。C2H5Cl叔丁基溴乙烯基氯(氯乙烯)CH2=CHCl(CH3)3CBr邻-溴甲苯（2-溴甲苯）

2-bromotoluene氯化苄（苄基氯）benzylchloride

乙基氯(氯乙烷)卤代烃药本专题知识讲座第6页(二)系统命名法

按照烷烃命名法编号，把卤素和支链作为取代基。按照次序规则排列，使取代基位次和最小。将取代基依次写在母体名称之前。卤代烃药本专题知识讲座第7页母体官能团普通按照下面次序进行选择。羧基，醛基，羟基，烯基或炔基，氨基，烷氧基，烷基，卤素，硝基，亚硝基注意加复习卤代烃药本专题知识讲座第8页2-甲基-1-溴丙烷1-Bromo-2-methylpropane3-甲基-5-氯庚烷(3-Chloro-5-methylheptane)2-氯丙烯2-Chloropropene1-氯-2-丁烯1-Chloro-2-butene卤代烃药本专题知识讲座第9页沸点和熔点都比对应烷烃高。

不溶于水，能与烃混溶，并能溶解许多有机溶剂。氯代烃、溴代烃和碘代烃比重大于1。许多卤代烃有强烈气味。卤代烃蒸气有毒。卤代烃在铜丝上灼烧时，产生绿色火焰，这是判定含卤素有机物简便方法。

卤代烃物理性质卤代烃药本专题知识讲座第10页αβ(1)(2)B-(1):亲核取代;(1)和(2):消除反应δδ+δ+δ-卤代烷烃化学性质卤代烃药本专题知识讲座第11页离去基底物亲核试剂亲核试剂(Nu

)通常为含孤对电子试剂如

:NH3，或带负电荷试剂如OH-、CN-、RO-.由亲核试剂对显正电性碳原子进攻而引发取代反应,称为亲核取代反应(nucleophilicsubstitution),以SN表示。（一）亲核取代反应卤代烃药本专题知识讲座第12页(1)被羟基(-OH)取代

卤代烃与NaOH

或

KOH

水溶液共热，X被-OH取代，产物为醇。这个反应也叫水解。

常见亲核取代反应卤代烃药本专题知识讲座第13页

卤代烷与NaCN或KCN醇溶液共热，X

被CN取代，生成腈。(2)被氰基(-CN)取代戊二酸(Pentanedioicacid)[H]经过这个反应，分子中增加了碳原子。且腈中CN可转变成其它官能团。卤代烃药本专题知识讲座第14页卤代烷与醇钠(或酚钠)作用,X

被-OR取代,生成醚。R—X+NaOR’——>R—O—R’+NaX丙基异丙基醚(Isopropylpropylether)这是制备混合醚方法,叫Williamson醚合成法。伯卤烷效果最好,仲卤烷效果较差,叔卤烷不能用(易发生消除生成烯烃)。(3)被烃氧基(-OR)取代卤代烃药本专题知识讲座第15页卤代烷与氨作用，生成胺。(4)被氨基取代反应得混合物，氨过量时主要生成伯胺。卤代烃药本专题知识讲座第16页(5)被硝酸根取代不一样卤素活性次序：RI＞RBr＞RCl

卤烃与AgNO3醇溶液作用,生成硝酸酯和AgX

沉淀:不一样烃基反应活性：叔卤烷＞仲卤烷＞伯卤烷此反应可用于区分伯、仲、叔卤代烷。比如：

卤代烃药本专题知识讲座第17页综合以上反应，发觉不一样卤代烷发生同一类反应速率不一样假如卤代烷为手性分子时，发生一些反应后所得到产物构型有所改变。这些疑问都需要研究这些反应机理，经过机理来解释结果和现象。卤代烃药本专题知识讲座第18页(1)亲核取代反应动力学研究二级反应一级反应不一样卤代烃表现出不一样反应速度方程，说明它们反应机理是不一样。

亲核取代反应机理研究卤代烃药本专题知识讲座第19页一些卤代烷（如叔丁基溴水解）反应速率仅取决于卤代烷浓度,即决定反应速率反应是单分子反应，称单分子反应机制,以

SN1

表示；而另一些卤代烷（如溴甲烷水解）反应速率不但取决于卤代烷浓度，还与碱浓度相关，决定反应速率反应是双分子反应，称双分子反应机制，用SN2表示。(2)亲核取代反应机制卤代烃药本专题知识讲座第20页SN2和SN1历程双分子亲核取代反应(SN2：BimolecularNucleophilicSubstitution)以CH3Br碱性水解为例：卤代烃药本专题知识讲座第21页过渡态卤代烃药本专题知识讲座第22页活化能

SN2反应能量改变曲线

在SN2反应中，新键形成和旧键断裂是同时进行，是一个一步完成反应。卤代烃药本专题知识讲座第23页SN2反应立体化学：SN2反应立体化学特征：中心碳原子构型完全翻转(亦称Walden转化)。中心碳原子构型翻转指中心碳上四个键骨架构型翻转。卤代烃药本专题知识讲座第24页单分子亲核取代反应(SN1：MonommolecularNucleophilicSubstitution)卤代烃药本专题知识讲座第25页活化能SN1反应能量改变曲线卤代烃药本专题知识讲座第26页构型翻转产物构型保持产物HO-SN1反应立体化学

卤代烃药本专题知识讲座第27页假如一个手性分子进行SN1时，其产物为外消旋体：卤代烃药本专题知识讲座第28页SN1反应中重排---为了得到更稳定碳正离子卤代烃药本专题知识讲座第29页小结SN1反应机理包括碳正离子，能形成稳定碳正离子卤代烃按照此机理进行亲核取代反应。SN2反应机理包括中间过渡态，空间位阻小卤代烃易按照此机理进行亲核取代反应。卤代烃药本专题知识讲座第30页影响亲核取代反应机制原因(1)底物卤代烃结构(2)亲核试剂亲核能力(3)离去基离去能力(4)溶剂效应卤代烃药本专题知识讲座第31页(1)卤代烃结构影响

对SN2影响：与X相连C上连接基团体积越小，越易进行SN2反应。>>>CH3X1oRX2oRX3oRXSN2反应活性叔卤代烷普通不按SN2机制进行。卤代烃药本专题知识讲座第32页卤代烃药本专题知识讲座第33页

对SN1影响：有利于稳定正碳离子原因就有利于SN1。比如烷基供电子效应有利于稳定碳正离子中间体。SN1反应活性：卤代烃药本专题知识讲座第34页卤代烷对亲核取代反应影响能够归纳为普通情况下，伯卤代烷亲核取代总是以SN2机理进行，叔卤代烷以SN1机理机理进行。仲卤代烷两种机理都有可能，主要取决于亲核试剂和溶剂性质。而且经常是一个反应中伴伴随两种机理。卤代烃药本专题知识讲座第35页对于桥环卤代烷，当X位于桥头碳上时，不论是SN1反应，还是SN2反应，均难以发生。如：卤代烃药本专题知识讲座第36页(2)离去基团离去能力

底物中离去基团离去能力越强，不论对SN1机理还是SN2机理都是有利。故不论是SN1还是SN2机理，都有：R-I>R-Br>R-Cl>>R-F反应活性：这一活性次序可从C―X键离解能和离去基团碱性等方面来说明。卤代烃药本专题知识讲座第37页碱性弱基团轻易带着一对电子离开卤代烃药本专题知识讲座第38页在SN1反应中，决定反应速率关键步骤只与卤代烷浓度相关，故亲核试剂对SN1反应影响不大。对于SN2反应，因为反应速率既与卤代烷浓度相关，又与亲核试剂浓度相关，所以，亲核试剂影响是至关主要。试剂亲核能力强弱取决于两个原因：a.

试剂碱性(即给电子性)；b.试剂可极化性。（3）亲核试剂影响卤代烃药本专题知识讲座第39页亲核性和碱性之间普通规律是:①不一样中心原子处于同一周期，并含有相同电荷亲核试剂其亲核性和碱性是一致。也就是电负性大原子亲核性小，碱性也小。卤代烃药本专题知识讲座第40页②中心原子为同种元素形成不一样亲核试剂其亲核性与碱性是一致。③同一族中不一样原子亲核性和碱性次序在质子溶剂中是相反。I-

<Br-<Cl-<F-

碱性:卤代烃药本专题知识讲座第41页④同周期中同种原子形成不一样亲核试剂与碱性也能够是不一致。(亲核试剂体积大小影响)卤代烃药本专题知识讲座第42页可极化性系指分子中电子云在外电场影响下发生形变难易程度。易形变者，可极化性大。在亲核取代反应中，可极化大原子或基团，因形变而易于靠近反应中心，从而降低了到达过渡状态所须活化能，故亲核能力增强。显然，同族元素，随原子序数增大，查对核外电子束缚力↓，可极化性↑，亲核能力↑。卤代烃药本专题知识讲座第43页(4)溶剂影响

质子型溶剂有利于SN1反应机理。因为能使离解下来负离子溶剂化。也就是负离子能够与氢离子形成氢键而稳定存在于溶剂里。在卤代烷亲核取代反应中，溶剂起着主要作用。溶剂依据极性以及是否含有活泼氢能够分为质子型溶剂，非质子型偶极溶剂和非极性溶剂。质子型溶剂是指分子中含有可形成氢键氢原子溶剂。如水，醇，羧酸等。卤代烃药本专题知识讲座第44页非质子型偶极溶剂是指分子中不含有可形成氢键氢原子，其偶极正端埋藏在分子内部溶剂。如丙酮，二甲基亚砜，氯仿，吡啶等。

非质子型偶极溶剂有利于SN2反应机理。因为能使亲核试剂不被溶剂化。亲核试剂亲核能力比在质子型溶剂里强。卤代烃药本专题知识讲座第45页（二）卤代烷消除反应C—X键极性使得α-C

带个别正电荷，并经过诱导效应影响β-H，使其显酸性。正电性α-C易受亲核试剂进攻,发生取代反应；而显酸性β-H

易受碱进攻,卤代烃失去β-H

而发生消除反应(elimination,E)。R-CH2CH2-OH+X-R-CH=CH2+HX卤代烃药本专题知识讲座第46页1消除反应取向

对于仲和叔卤代烷,消除反应可沿二个或三个方向进行。仲或叔卤代烃脱HX

时,主要产物是双键上烃基最多烯烃,称为Saytzeff(查衣采夫)规则。卤代烃药本专题知识讲座第47页2消除反应机制(1)单分子消除反应（E1）OR-快正碳离子烯烃

ν=k[R-X]E1反应活性：3°RX＞2°RX＞1°RX卤代烃药本专题知识讲座第48页(2)双分子消除反应（E2）OR-OR-过渡态E2机制中,H

和X

处于反式共平面位置离去,称为反式消除。E2反应活性：3°RX＞

2°RX

＞1°RX卤代烃药本专题知识讲座第49页实践表明：在按E2

机理进行消除反应中，普通情况下发生是反式消除。如：3消除反应立体化学卤代烃药本专题知识讲座第50页实践表明：在按E1机理进行消除反应中，通常对立体化学没有要求。反应经历碳正离子中间体，可能伴有重排发生，都是为了生成更稳定烯烃。(CH3)2C=C(CH3)2E1卤代烃药本专题知识讲座第51页(三)消除反应与取代反应竞争性

在多数情况下，卤代烷消除反应和亲核取代反应同时发生，且相互竞争，两种反应产物百分比受卤代烷结构、试剂碱性、溶剂极性、反应温度等各种原因影响。卤代烃药本专题知识讲座第52页1烷基结构影响

通常，伯卤代烷

SN2反应较快，E2反应较慢。无支链伯卤代烷与强亲核试剂作用,主要发生SN2反应。卤代烃药本专题知识讲座第53页仲卤烷和β-C有支链伯卤烷,因空阻增加,试剂难以从后面靠近α-C,而易于进攻β-H,故不利于SN2,而有利于E2。卤代烃药本专题知识讲座第54页

叔卤代烷普通倾向于单分子反应，在无强碱存在时,主要发生SN1反应。有强碱性试剂存在时,主要发生E1反应。卤代烃药本专题知识讲座第55页2亲核试剂影响

①亲核性强试剂有利于取代（进攻α－C）；碱性强试剂有利于消除（进攻β－H）。②增加试剂用量有利于SN2、E2

（v

SN2=kSN2[RX][OH-],v

E2=kE2[RX][OH-]）

降低试剂用量有利于SN1、E1

（v

SN1=