07藥科大學有機課件四鹵代烴

1、第 四 章鹵代烷Alkylhalide通式：R-XR: 烴基X:F、Cl、Br、Ia）根據(jù)鹵素所連接碳原子的類型:仲(2°)鹵代烷叔(3°)鹵代烷伯(1°)鹵代烷RRRCH2XRCHXRCXR（一）分類一、分類和命名b)根據(jù)烴基的結(jié)構(gòu):飽和鹵代烴（鹵代烷）CH3I CH2=CHClPhBr不飽和鹵代烴（鹵代烯）鹵代芳烴烯丙型鹵：乙烯型鹵：性質(zhì)特殊CH2=CHCH2XCH2=CHX（一）分類一、分類和命名c)根據(jù)鹵素的種類:F、 Cl、 Br、 Id)根據(jù)鹵素的數(shù)目:一鹵代烴、二鹵代烴、多鹵代烴（一）分類一、分類和命名1、普通命名法：適用于結(jié)構(gòu)簡單的鹵代烴正丁基溴o

2、r 溴代正丁烷CH3CH2CH2CH2Br叔丁基氯or 氯代叔丁烷(CH3)3CCl（二）命名：一、分類和命名2、系統(tǒng)命名法：與烷烴類似123452-甲基-3-氯戊烷CH3CHCHCH2CH3CH3Cl（二）命名：一、分類和命名2、系統(tǒng)命名法：與烷烴類似123453-甲基-2-氯戊烷CH3CHCHCH2CH3ClCH3（二）命名：一、分類和命名2、系統(tǒng)命名法：與烷烴類似2，3，5-三甲基-5-溴庚烷CH2CH35321CH3 CHCH2 CHCHCH3BrCH3CH3（二）命名：一、分類和命名2、系統(tǒng)命名法：注意事項（1）當烷基和鹵素編號相同時，優(yōu)先考慮烷基。6543212-甲基-5-溴己烷C

3、H3 CHCH2 CH2CHCH3BrCH3（二）命名：一、分類和命名2、系統(tǒng)命名法：注意事項（1）當烷基和鹵素編號相同時，優(yōu)先考慮烷基。1-甲基-2-氯環(huán)己烷ClCH3（二）命名：一、分類和命名2、系統(tǒng)命名法：注意事項（2）存在構(gòu)型異構(gòu)體，需標記構(gòu)型(S)-2-溴丁烷CH3HBrCH2CH3（二）命名：一、分類和命名1(2R,3S)-3-甲基2-氯3-溴戊烷BrH3C2ClH3CCl =BrHH5C2CH3H5C2H5CH3（二）命名：一、分類和命名2、系統(tǒng)命名法：注意事項(3)當雙鍵和鹵素并存時，優(yōu)先考慮給雙鍵以盡可能小的編號。1233-氯-1-丙烯CH2CHCH2Cl（二）命名：一、分類

4、和命名2、系統(tǒng)命名法：注意事項（4）俗名CHCl3 CHI3CCl4(chloroform）氯仿碘仿 （iodoform）四氯化碳（二）命名：一、分類和命名誘導效應（Inductive由于成鍵原子間effect，I）：，使成鍵電子對偏向一方而發(fā)生極化的現(xiàn)象。X誘導效應強弱:F>Cl>Br>I+-CX二、結(jié)構(gòu)（1）誘導效應以氫原子為基準：標準:+I效應:（給電子）-I效應:（吸電子）-+XCR3+-YCR3HCR3二、結(jié)構(gòu)（2）誘導效應沿著共價鍵傳遞,隨著距離的增加而迅速減弱 CCCCl二、結(jié)構(gòu)密度較高：除氟代烷和少數(shù)一氯代烷外，其它鹵代烷都比水重CHCl3：1.50三、物理性

5、質(zhì)（自學）_ Nu:親核取代反應(SN)CC消除反應(E)HX-CCClH-H學反應通式：親核試劑nucleophile簡寫：Nu底物substrate產(chǎn)物product離去基團leaving groupNu RXRNu XNu RXRNu X（一）親核取代反應(nucleophilic substitution，SN)Nu-：負離子 ，如OH-、RO-（烷氧負離子）、HS-（巰基負離子）、RS-（烷硫負離子）、CN-、X- 和碳負離子Nu：具有未共用電子對的中性，如:NH3 HOH ROH（一）親核取代反應(nucleophilic substitution，SN)a)RXNaOHROH醇N

6、aXRX+NaORRORb)+NaXRX+Na OR醚法（Williamsonsynthesis）威廉姆森RX +Na CNRCN+NaX羧酸）+NaCNC)化鈉腈（1.常見的親核取代反應XNaSHRSH硫醇d)RX+RX+RSNaRSR +硫醚Xe)f)RX+AgNO3RONO2+AgX硝酸酯（鑒別鹵代烷）RCl無水g)NaIRINaCl+用于碘代烷1.常見的親核取代反應HOH2ORNH2胺XNH3氨RRNHX3銨鹽_X.OHH+ORXR+HH+._OHHH+OROH+ H2OR+溶劑解：H2O、ROH（親核性弱）1.常見的親核取代反應反應速率=kCH BrOH-3動力學上稱為反應CH3Br

7、 + NaOH H2OCH3OH + NaBr（1）雙親核取代反應（SN2）2親核取代反應機理背面進攻中心碳呈sp2雜化：平面正三角形HOBrHOBr =HOBrHOBr SN2反應歷程2親核取代反應機理 =E HOCH3BrEaCH3Br +HOCH3OH + Br反 應 進 程 SN2反應能量圖2親核取代反應機理瓦爾登（Walden）轉(zhuǎn)化: 構(gòu)型翻轉(zhuǎn)（骨架）(R)-2-丁醇(S)-2-溴丁烷CH3CH3CH3HO+CBrHOC+BrHOCBrCH3CH2 HCHHH CH3CH232CH SN2反應的立體化學2親核取代反應機理(R)(R)骨架構(gòu)型發(fā)生改變,產(chǎn)物R/S符號有可能不變CH3CH

8、3CH3O+ClHClHCH3CH2OOCH2CH3CH3O SN2反應的立體化學2親核取代反應機理反應速率=k(CH3)3C-Br動力學一級反應(CH3)3CBr + NaOH H2O(CH3)3COH+ NaBr（2）單親核取代反應（SN1）2親核取代反應機理(CH ) C + OH(CH(CH ) COH 快3 33)3COH3 3叔丁基碳正離子(CH ) CBr(CH ) r(CH ) C慢3 33 3CB3 3 SN1反應歷程2親核取代反應機理2E4Ea2Ea1315反 應 進 程 SN1反應能量圖2親核取代反應機理a.碳正離子的平面結(jié)構(gòu)碳呈sp2雜化Rsp22Rsp2 spsp2C

9、RCRR120°R 碳正離子的性質(zhì)2親核取代反應機理b.碳正離子的穩(wěn)定性+CH3+CH3CH2+CH3CHCH3915 HkJ/mol769(CH3)3C+685623CH3CH2Br CH3CHBrCH3 (CH3)3CBrCH3Br2親核取代反應機理b.碳正離子的穩(wěn)定性R3C+> R2CH+> RCH2+> CH3+即：23碳正離子上所連接的烷基越多，其正電荷就越分散，碳正離子就越穩(wěn)定。CH3CH3CH3CC CCH3CH3CH3HHH+(CH3)3C+ > (CH3)2CH> CH3CH +> CH +232親核取代反應機理c.碳正離子重排碳

10、架改變CH3CH3CH3CHCHCH3HOH CH CCH CH93 %323ClOH例1：2親核取代反應機理c.碳正離子重排CH3CH3慢CH3CHCHClCH3CHCHCH3 + Cl-CH（1）3歷程：2親核取代反應機理c.碳正離子重排3。碳正離子穩(wěn)定HCH3CCHCH3H遷 移CH3CCH2CH3 CH3CH3（2）歷程：2親核取代反應機理c.碳正離子重排OH2OHCH3CCH2CH3H2O_HCH3CCH2CH3CH3CCH2CH3CH3CHCH33歷程：2親核取代反應機理c.碳正離子重排CH3CH3CCH2CH3CH3H C3C2H5OHCH3CCH2CH3BrCHCH3 + CH

11、2CCH2CH3C+H3CCH3OC2H5例2：2親核取代反應機理c.碳正離子重排CH3CH3CH3CCH2CH 遷移3慢CH CCH CHCH CBrCH23233快CH3CH3CH33。碳正離子1。碳正離子歷程：2親核取代反應機理c.碳正離子重排HOC2H5HOC2H5_CH3CCH2CH3H1CH3CCH2CH3_HCH23CH3_H3歷程：2親核取代反應機理立體化學特征 :外消旋化(S)CH3CH2CH2CH3CH2CH2CBr H2OH OOH2CH3丙酮2CH3CH2CH3CH2CH3 SN1反應的立體化學2親核取代反應機理立體化學特征 :外消旋化(R)(S)CH2CH2CH3CH

12、2CH2CH2HOCCOHCH+CH33CH2CH3CH3CH2 SN1反應的立體化學2親核取代反應機理S N 2反應特點：a. 一步完成b. v與兩個反應物濃度都有關c. 發(fā)生構(gòu)型翻轉(zhuǎn)S N 1反應特點：a. 二步完成，形成碳正離子b. v只與鹵烴濃度有關c. 發(fā)生消旋現(xiàn)象總結(jié)2親核取代反應機理a. 對SN2反應的影響溴化物與I的相對反應速率RCH3CH2CH3CH2CH2(CH3)2CHCH2(CH3)3CCH2相對速度1.00.820.0360.000012RCH3CH3CH2(CH3)2CH(CH3)3C相對速度3010.020（1）鹵代烷結(jié)構(gòu)的影響3影響親核取代反應速率的因素a. 對

13、SN2反應的影響SN2反應受空間位阻的影響:1)-碳（或-碳）上所連接的基團越多、越大，反應就越不容易進行2)分枝比支鏈更強烈地阻礙SN2反應的進行（1）鹵代烷結(jié)構(gòu)的影響3影響親核取代反應速率的因素1°鹵代烷空間位阻活性順序：CH3X> 1°> 2°> 3°HCH3NuXNuX HHHH（1）鹵代烷結(jié)構(gòu)的影響3影響親核取代反應速率的因素b. 對SN1反應的影響溴代烷在水中反應的相對速率（與碳正離子的穩(wěn)定性順序一致）SN1反應的活性順序是： 3°2°1°CH3XR相對速度CH3 1.0CH3CH2 1.7(C

14、H3)2CH 45(CH3)3C 108（1）鹵代烷結(jié)構(gòu)的影響3影響親核取代反應速率的因素鹵代烷的結(jié)構(gòu)對SN的影響可歸納為：SN2CH3X3°SN12°1°（1）鹵代烷結(jié)構(gòu)的影響3影響親核取代反應速率的因素橋頭鹵：很不活潑，SN1 、SN2 都難以進行SN1很難形成橋頭碳正離子+ClNuSN 2親核試劑Nu進攻中心橋頭碳原子受阻（1）鹵代烷結(jié)構(gòu)的影響3影響親核取代反應速率的因素排列下列反應的相對活性次序：CHBrCH2BrC(CH3)2BrBrCH3A（1）在無水BC反應活性：D中與NaI進行 SN2A>C>B>D（2）與AgNO3/醇液進行 S

15、N1 反應活性：B>C>A>D3影響親核取代反應速率的因素C2H5OH(CH ) COH + (CH ) COC H + HX (CH3)3CXH2O3 33 325X相對速率Cl1.0Br39I99離去基團的離去能力強，對SN1及SN2機理都有利，但 對SN1影響更大（2）離去基團的影響3影響親核取代反應速率的因素a.離解能鹵代烷：CH3FCH3Cl 949.77CH3Br 915CH3I 887.01離解能： 1071.10（kJ/mol）b.離去基團堿性越弱，離去能力就強共軛酸酸性： HIHBrHClHF c.可極化性SN1 、SN2： RIRBrRClRF（2）離去基

16、團的影響3影響親核取代反應速率的因素* 除RX外，磺酸酯是好的反應底物RSO2O（磺酸根負離子）是好的離去基團RSO2OH是強酸OSOR O苯磺酸酯O CH3SORO甲磺酸酯（2）離去基團的影響3影響親核取代反應速率的因素*離去基團的堿性大于親核試劑時，反應就不易發(fā)生。HCN是弱酸（pKa=10），其共軛堿CN是強堿()Nu+RCNRNu+CN（2）離去基團的影響3影響親核取代反應速率的因素質(zhì)子性溶劑：中含有可形成氫鍵的氫原子的溶劑。如水、醇、羧酸等溶劑非極性： 己烷、苯、乙醚等非質(zhì)子性溶劑極性： CHCl3,，DMSO、DMF、THF等（3）溶劑的影響3影響親核取代反應速率的因素一般來說，質(zhì)

17、子性溶劑中：體積越小、電荷越集中的離子， 被溶劑化程度越高。堿性越強的離子，形成氫鍵能力就越強。HO-RO->HS->Cl->Br->I-（3）溶劑的影響3影響親核取代反應速率的因素極性非質(zhì)子溶劑：N，N-二甲基甲酰胺（DMF）二甲亞砜（DMSO）四氫呋喃（THF）O溶劑化正離子（偶極正端埋在內(nèi)部）OCH3SCH3OCH3HCNCH3（3）溶劑的影響3影響親核取代反應速率的因素對SN1反應的影響：+_RXR+ + X RX反應物過渡態(tài)（3）溶劑的影響3影響親核取代反應速率的因素對SN1反應的影響：2E4Ea2Ea1315反 應 進 程（3）溶劑的影響3影響親核取代反應速

18、率的因素對SN1反應的影響：反應物過渡態(tài)極性極性較大的溶劑能地溶劑化過渡態(tài)，降低了反應活化能，利于反應進行。高極性質(zhì)子性溶劑（水、甲酸等）有利于SN1RX GRX極性溶劑，可使過渡態(tài)溶劑化而穩(wěn)定（3）溶劑的影響3影響親核取代反應速率的因素對SN2反應的影響：_ _ X_ +NuRXNuRX+NuR始態(tài)過渡態(tài) =HOCH3Br EEaCH3Br +HOCH3OHBr+反應 進程 （3）溶劑的影響3影響親核取代反應速率的因素對SN2反應的影響：反應物過渡態(tài)電荷分散極性較大的溶劑將使Nu離子溶劑化，降低Nu的能量，相對提高了反應活化能，不利于反應的進行。溶劑極性大（親核試劑是負離子） 對SN2反應不

19、利。溶劑極性大（親核試劑是中性對SN2反應有利。）（3）溶劑的影響3影響親核取代反應速率的因素對SN2反應的影響：（3）溶劑的影響3影響親核取代反應速率的因素試劑的親核性強弱取決于試劑的堿性、可極化性和溶劑的作用堿性：指試劑與質(zhì)子結(jié)合的能力 親核性：指試劑與碳結(jié)合的能力增加親核試劑的濃度及其親核性對SN2反應有利、對SN1反應無影響。（4）親核試劑的影響3影響親核取代反應速率的因素親核性和堿性之間的關系： 親核性和堿性一致:CH3OHHOHPhOHCH3COOHCH3O-> HO-> PhO->CH3COO-堿性：親核性：CH3O->HO->PhO- >CH

20、3COO-pKa：15.915.79.894.8a. 反應中心為同一種元素的親核試劑（4）親核試劑的影響3影響親核取代反應速率的因素親核性和堿性之間的關系： 親核性和堿性一致:b. 同一周期元素組成的負離子堿性：親核性： R3C> R2N > ROF>（4）親核試劑的影響3影響親核取代反應速率的因素親核性和堿性之間的關系： 親核性和堿性一致:ROHORNH>>>ROHH2O RNH2c.負離子的親核性比電中性強（4）親核試劑的影響3影響親核取代反應速率的因素親核性和堿性之間的關系：親核性和堿性不一致的情況堿性： RS ROa.（酸性： RSH>ROH）

21、親核性：RS>ROI-Br-Br-Cl-F-F-b.堿性：親核性： I->>Cl- > b為質(zhì)子性溶劑溶劑化的結(jié)果若在極性非質(zhì)子溶劑(DMF)中則堿性與親核性一致（4）親核試劑的影響3影響親核取代反應速率的因素親核試劑強弱(質(zhì)子性溶劑中) ：弱的親核試劑（如H2O、CH3OH）易按SN1機理強的親核試劑 （如RS、I）易按S 2機理NRS > ArS > CN >I > NH (RNH )>32RO > HO > Br >PhO >Cl>H O >F2（4）親核試劑的影響3影響親核取代反應速率的因素完成下

22、列反應：H O-/H OCH SO OCH CH23223H3CBr+ CH3OHHCH2CH3CH3C+ RS -HBrCH2CH33影響親核取代反應速率的因素消除反應條件：強堿:溶劑:NaOH(K)、NaOR(K)、NaNH2極性較小，如醇類加熱：利于消除（二）消除反應（Elimination， E ）1-丁烯19%2-丁烯81%bbKOH/ CH3CH2CHCH3CH3CHCHCH3 + CH3CH2CHCH2乙醇BrCH CHCHC 2H 5OH 33CH 3CHCH 2 +KBr+H 2OKOH ,Br （二）消除反應（Elimination， E ）扎衣采夫（A.Saytzeff）

23、規(guī)則：中存在兩種可消除的-氫時，優(yōu)先生成雙鍵碳上連有較多烷基的烯烴（即生成穩(wěn)定的烯烴）1消除反應的取向（二）消除反應（Elimination， E ）烯烴的穩(wěn)定性：R2CCR2R2CCHRR2CCH2RCHCHRRCHCH2CH2CH2即：四取代三取代二取代一取代乙烯（雙鍵碳上連有烷基越多烯烴就越穩(wěn)定）1消除反應的取向（二）消除反應（Elimination， E ）完成下列反應：C2H5ONaCH2CH2Br乙醇/55BrKOHCH2CH3 乙醇/BrCH3CCH2CHCH2CHCH3NaOHCHCH乙醇/33（二）消除反應（Elimination， E ）二鹵代物炔烴XCH_ HX_ HXRCHXCHXRCHRCCHRCH2CHX2強堿、高溫堿、NaNH2(CH3)3CCCH(CH3)3CCH2CHCl25060%BrCH3(CH2)7CHCH2BrNaNH2CH3(CH2)7CCH54%（二）消除反應（Elim