有机化学卤代烃课件.ppt
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- 有机化学 卤代烃 课件
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1、 第六章第六章 卤代烃卤代烃 (halohydrocarbon)天然存在的少,多天然存在的少,多人工人工合成。合成。商品商品卤代烃超过卤代烃超过15000种种。用途用途:溶剂、有机化工原料、制冷剂、杀虫剂等。:溶剂、有机化工原料、制冷剂、杀虫剂等。海洋生物(如海藻、海绵及软体动物)产生的某些海洋生物(如海藻、海绵及软体动物)产生的某些卤化物,具有卤化物,具有抗菌和抗肿瘤抗菌和抗肿瘤活性,或用作为自身活性,或用作为自身防卫防卫剂,也成为寻找研究剂,也成为寻找研究新药的先导新药的先导化合物。化合物。烃分子中氢原子被卤素取代生成的化合物。烃分子中氢原子被卤素取代生成的化合物。通式:通式:R-X 卤代
2、烷多是卤代烷多是毒性毒性化合物,如氯仿、四氯化碳,化合物,如氯仿、四氯化碳,虽为实验室溶剂,但已被环保组织列入虽为实验室溶剂,但已被环保组织列入致癌致癌黑名单。黑名单。用作医药的更少,下列两种,性质稳定,无毒副用作医药的更少,下列两种,性质稳定,无毒副作用。作用。OOBrBrHOH天然的化学防卫卤化物红藻产生海兔产生CCFFFBrHCl氟烷CCFFH3COClHCl甲氧氟烷吸入全身麻醉剂第一节第一节 分类和命名分类和命名第二节第二节 物理性质物理性质第三节第三节 化学性质化学性质 一、卤代烃的亲核取代反应一、卤代烃的亲核取代反应四、卤代烃与金属反应四、卤代烃与金属反应二、卤代烷的消除反应二、卤
3、代烷的消除反应三、不饱和卤代烃的取代反应三、不饱和卤代烃的取代反应本章主要内容:本章主要内容:一、分类一、分类 (一)按(一)按R种类分种类分(二)(二)按按X X数分数分第一节第一节 分类和命名分类和命名(三)(三)按按X X所连的碳原子分所连的碳原子分卤代烷烃 CH3Cl CH2Cl2卤代烯烃H2C CHCl卤代芳烃Cl一卤代烃多卤代烃CH3BrCH2Cl2伯卤代烃仲卤代烃叔卤代烃RCH2XR2CHXR3CX(一)简单卤代烃:烃名称前加卤素名。(一)简单卤代烃:烃名称前加卤素名。习惯俗名。习惯俗名。(二)复杂卤代烃:系统命名法。(二)复杂卤代烃:系统命名法。选连卤原子的选连卤原子的主链,卤
4、原子作取代基,其它同烷烃或烯烃命名。主链,卤原子作取代基,其它同烷烃或烯烃命名。按按“次序规则次序规则”,小取代基在前。小取代基在前。二、命名二、命名CH2CH2CHCH33-甲基-1-氯丁烷CH3CH2CHCHCH2CH33-甲基-4-溴己烷CH3CH=CHCH2Cl1-氯-2-丁烯CH3ClBrCH31-chloro-3-methylbutane4-bromo-3-methylhexane1-chloro-2-buteneCHCl3氯仿BrCH3邻-溴甲苯CH2Cl苄基氯(氯化苄)2-bromotoluenebenzyl chloridechloroform 卤代烯烃命名时,以烯烃为母体,
5、以双键位次最小编号。卤代烯烃命名时,以烯烃为母体,以双键位次最小编号。CH2=CH-CH-CH2-ClCH3甲基 氯 丁烯3-甲基 氯 丁烯2-3-4-1-1-ClCH3甲基 氯环己烯4-5-卤代芳烃命名时,以芳烃为母体。侧链卤代芳烃卤代芳烃命名时,以芳烃为母体。侧链卤代芳烃命名时,卤原子和芳环都作为取代基。命名时,卤原子和芳环都作为取代基。5-甲基甲基-4氯环己烯氯环己烯 第二节第二节 物理性质物理性质一、状态和气味:一、状态和气味:纯品无色,有强烈气味。纯品无色,有强烈气味。一卤代烃多味液体,氟代正丙烷、氯乙烷、一卤代烃多味液体,氟代正丙烷、氯乙烷、溴甲烷为溴甲烷为 液体,高级卤代烃为固体
6、。液体,高级卤代烃为固体。二、溶解性和密度:二、溶解性和密度:卤代烃易溶于有机溶剂,难溶于水;常用卤代烃易溶于有机溶剂,难溶于水;常用作溶剂。作溶剂。密度大于密度大于1g/cm3。三、焰色反应:三、焰色反应:在铜丝上灼烧呈绿色火焰。在铜丝上灼烧呈绿色火焰。Nu-+CXNuC+X-亲核试剂 底物 产物 离去基团 一一.亲核取代反应亲核取代反应(Nucleophilic Substitution Reaction)SN亲核试剂亲核试剂(Nu):带负电荷的离子或带未共用电子对的中性分子。带负电荷的离子或带未共用电子对的中性分子。底物:底物:反应中接受试剂进攻的物质。反应中接受试剂进攻的物质。离去基团
7、:离去基团:带着一对电子离去的分子或负离子。带着一对电子离去的分子或负离子。亲核试剂亲核试剂 的亲核能力由大到小:的亲核能力由大到小:CN-I-NH2-RO-HO-Br-PhO-Cl-H2O F-第三节第三节 化学性质化学性质R C X+OH-R C OH+X-R C X+CN-R C CN+X-R C COOHR C X+RO-R C OR+X-R C X+NH3R C NH2+X-5.与与AgNO3醇溶液反应醇溶液反应 R-X +AgNO3R-O NO2 +AgX醇硝酸酯鉴别卤化物,因卤原子不同、或烃基不同的卤代鉴别卤化物,因卤原子不同、或烃基不同的卤代烃,其亲核取代反应活性有差异。烃,其
8、亲核取代反应活性有差异。卤代烃的反应活性:碘代烃溴代烃氯代烃卤代烃的反应活性:碘代烃溴代烃氯代烃反应特点:反应特点:卤代烃卤代烃-碳碳有正电荷,受负电荷的有正电荷,受负电荷的(如如OHOH-)或含电子对的试剂或含电子对的试剂(如如NHNH3 3)进攻,试剂与进攻,试剂与-碳碳成共价键,卤素离去。成共价键,卤素离去。亲核取代反应亲核取代反应:试剂进攻底物带正电的碳而发生的取试剂进攻底物带正电的碳而发生的取代反应,以代反应,以SN表示。进攻试剂叫做表示。进攻试剂叫做亲核试剂亲核试剂。X-在反在反应中被取代,称为应中被取代,称为离去基团离去基团。卤代烃中卤代烃中X所连碳是反应中心,称为所连碳是反应中
9、心,称为中心碳原子中心碳原子。Nu+RCH2XRCH2Nu+X-.底物离去基团(一)、亲核取代反应的机理(一)、亲核取代反应的机理研究得最多的是卤代烷的水解研究得最多的是卤代烷的水解根据化学动力学的研究及许多实验表明,卤代根据化学动力学的研究及许多实验表明,卤代烷的亲核取代反应是按两种历程进行的。烷的亲核取代反应是按两种历程进行的。双分子亲核取代反应(双分子亲核取代反应(SN2反应):决定反应速反应):决定反应速率的一步与卤代烃和碱的浓度都有关系;率的一步与卤代烃和碱的浓度都有关系;单分子亲核取代反应(单分子亲核取代反应(SN1反应):决定反应速反应):决定反应速率的一步仅与卤代烃的浓度有关率
10、的一步仅与卤代烃的浓度有关1、SN1机制机制 单分子单分子亲核取代亲核取代SN1机制的特点:机制的特点:(1)单分子反应,反应速率仅与卤代烷的浓度有关。单分子反应,反应速率仅与卤代烷的浓度有关。(2)反应分反应分2步进行。步进行。(3)有活泼的中间体有活泼的中间体 正碳离子生成。正碳离子生成。(CH3)3C Br +OH-(CH3)3C OH+Br-=K(CH3)3CBr反应速率(1)(CH3)3CBr慢(CH3)3CBr-+过渡态A(CH3)3C+Br-单分子(2)(CH3)3C+OH-快(CH3)3C OH-+(CH3)3COH过渡态BReaction ProgressEnergyEa1(
11、CH3)3CBr+OH-过过渡渡态态A(CH3)3C OH+HBrEa1Ea2,生成正碳离子的第一步,决定着反应速度(CH3)3C+过渡态过渡态BEa2CRRR+Nu:-NuCRRR +CRRRNu+进攻概率相等进攻概率相等 SN1反应的立体化学特征是外消旋化。反应的立体化学特征是外消旋化。50%50%外消旋产物外消旋产物 2、SN2机制机制 双分子双分子亲核取代亲核取代SN2机制的特点:机制的特点:(1)双分子反应,速率与卤代烷及亲核试剂的浓度有关。双分子反应,速率与卤代烷及亲核试剂的浓度有关。(2)反应一步完成,旧键断裂和新键的形成同时进行。反应一步完成,旧键断裂和新键的形成同时进行。(3
12、)反应中,中心碳原子构型转化反应中,中心碳原子构型转化 瓦尔登转化。瓦尔登转化。反应速率CH3Br+OH-CH3OH+Br-=KCH3BrOH-+OH-BrH慢HOHBr双分子快OHH+Br-Walden(瓦尔登瓦尔登)转化。转化。构型转化是构型转化是SN2反应的立体反应的立体化学特征。化学特征。原因:原因:基团的排斥;基团的排斥;过渡态能量;过渡态能量;亲核试剂与离去基团的距离。亲核试剂与离去基团的距离。HOHOCBrHHHCHH HBrCHHHHOBr+ECH3Br+OH-CH3OH+Br-CBr-HOHHH-SN2反应过程能量变化曲线反应过程能量变化曲线 HCH3CCH2CH3SRCOC
13、H3CH2CH2CH3C2H5H3C()+_H3CHHNHRHC2H5HC2H5OHCH3CH3OH+写出下列反应的产物结构(用构型式表示)写出下列反应的产物结构(用构型式表示)CH3CCH2CH3BrH+-SRSN2(a)(b)CBrCH2CH2CH3C2H5H3C+CH3OHSN1(c)BrH3CHH+RNH2SN2(d)CH3ClHC2H5+H2OSN1(1)烷基结构)烷基结构SN1速率:速率:叔卤代烷叔卤代烷仲卤代烷仲卤代烷伯卤代烷伯卤代烷卤代甲烷卤代甲烷 原因:第一步定速,正碳离子越稳定原因:第一步定速,正碳离子越稳定,越易生成,速率越大。,越易生成,速率越大。(1)烃基越多越利于烃
14、基越多越利于正电荷分散正电荷分散。(2)正碳离子正碳离子平面结构平面结构利于减少烃基间拥挤斥力。利于减少烃基间拥挤斥力。3、影响亲核取代反应机制的因素影响亲核取代反应机制的因素C+CH3H3CCH3CH3CCH3CH3 CompoundRelative Rate(CH3)3CBr (CH3)2CHBr CH3CH2Br CH3Br108 45 1.7 1.0SN1-RBr在在HCOOH-H2O中水解反应相对速率中水解反应相对速率 在在SN2反应中反应中RBr +I-CH3COCH3RI +Br-Compound Relative Rate CH3Br 30 CH3CH2Br 100CH3CH2
15、Br 1 CH3CH2CH2Br 28(CH3)2CHBr 0.02 (CH3)2CHCH2Br 3 (CH3)3CBr 0 (CH3)3CCH2Br 0.00001 Compound Relative Rate 主要影响因素是主要影响因素是位阻效应位阻效应(steric effect)或称空间效应。或称空间效应。空阻越大,空阻越大,SN2 反应速率越小。反应速率越小。SN2速率:速率:卤代甲烷卤代甲烷伯卤代烷伯卤代烷仲卤代烷仲卤代烷叔卤代烷叔卤代烷原因:速率决定于原因:速率决定于过渡态过渡态形成。形成。试剂从中心碳另一侧进攻,试剂从中心碳另一侧进攻,烃基越多,烃基越多,越不利于试剂的进攻,反
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