《鹵代烴很全面》課件

鹵代烴概述鹵代烴是一類重要的有機(jī)化合物。它們在工業(yè)和農(nóng)業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用，例如作為溶劑、殺蟲劑和制冷劑。鹵代烴的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與其鹵素原子密切相關(guān)，鹵素原子的種類和數(shù)量會(huì)影響其物理和化學(xué)性質(zhì)。鹵代烴的定義11.鹵代烴定義鹵代烴指烴分子中的一個(gè)或多個(gè)氫原子被鹵素原子取代所形成的化合物。22.鹵素原子鹵素原子包括氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)和碘(I)。33.鹵代烴分類鹵代烴可根據(jù)鹵素原子種類、鹵代烴個(gè)數(shù)、碳鏈結(jié)構(gòu)等進(jìn)行分類。44.鹵代烴性質(zhì)鹵代烴的性質(zhì)受鹵素原子種類、取代位置、分子結(jié)構(gòu)等因素影響。鹵代烴的特點(diǎn)化學(xué)性質(zhì)活潑鹵代烴中的碳-鹵鍵具有極性，鹵原子帶負(fù)電荷，易于發(fā)生親核取代反應(yīng)和消除反應(yīng)。多種用途鹵代烴廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和日常生活，例如作為溶劑、殺蟲劑、滅火劑、制冷劑等。環(huán)境問題一些鹵代烴對環(huán)境有危害，例如會(huì)破壞臭氧層、造成土壤和水體污染。鹵代烴的分類按烴基分類鹵代烴可根據(jù)烴基分為烷烴、烯烴、炔烴、芳烴等。按鹵素原子數(shù)分類鹵代烴可根據(jù)鹵素原子數(shù)分為一鹵代烴、二鹵代烴、多鹵代烴。按鹵素原子位置分類鹵代烴可根據(jù)鹵素原子位置分為伯鹵代烴、仲鹵代烴、叔鹵代烴。烷烴的鹵代反應(yīng)1引發(fā)鹵素分子吸收光能，斷裂生成鹵原子2鏈增長鹵原子進(jìn)攻烷烴，生成鹵代烴和新的鹵原子3鏈終止鹵原子相互結(jié)合或與烷烴自由基結(jié)合烷烴的鹵代反應(yīng)通常在光照或熱的作用下進(jìn)行，其反應(yīng)機(jī)理為自由基鏈反應(yīng)。鹵代反應(yīng)的產(chǎn)物為鹵代烴，同時(shí)會(huì)生成鹵化氫。鹵代烴的命名系統(tǒng)命名法根據(jù)鹵代烴的結(jié)構(gòu)，以烷烴為母體，將鹵原子作為取代基命名。官能團(tuán)命名法當(dāng)鹵代烴分子中含有其他官能團(tuán)時(shí)，可采用官能團(tuán)命名法，將鹵原子視為取代基命名。習(xí)慣命名法一些簡單的鹵代烴，如氯仿、四氯化碳等，常采用習(xí)慣命名法。取代基的優(yōu)先順序優(yōu)先順序取代基的優(yōu)先順序決定了鹵代烴的命名。按照取代基的優(yōu)先順序排列，將最優(yōu)先的取代基放在最前面。鹵素原子烷基其他官能團(tuán)影響取代基的優(yōu)先順序會(huì)影響鹵代烴的化學(xué)性質(zhì)，比如反應(yīng)活性，反應(yīng)產(chǎn)物等。例如，在二鹵代烴中，優(yōu)先級更高的鹵素原子更容易發(fā)生親核取代反應(yīng)。鹵素的性質(zhì)鹵素的電子結(jié)構(gòu)鹵素原子最外層電子構(gòu)型為ns2np5，具有7個(gè)價(jià)電子。因此，鹵素原子容易獲得一個(gè)電子形成穩(wěn)定的鹵素負(fù)離子。鹵素元素在元素周期表中從上到下，原子半徑增大，電負(fù)性減小，非金屬性減弱，化學(xué)性質(zhì)逐漸減弱。鹵素的物理性質(zhì)鹵素單質(zhì)在常溫常壓下，除氟氣為淡黃色氣體外，其余均為有色液體或固體。鹵素單質(zhì)的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)隨鹵素原子序數(shù)的增大而升高。鹵素單質(zhì)易溶于有機(jī)溶劑，難溶于水。鹵素單質(zhì)具有強(qiáng)氧化性，能與大多數(shù)金屬反應(yīng)生成鹵化物。鹵素的電子云圖鹵素原子核外電子排布，價(jià)層電子為ns2np5，由于p軌道只有一個(gè)電子，導(dǎo)致其在成鍵時(shí)易得一個(gè)電子，形成穩(wěn)定的鹵素負(fù)離子。鹵素原子的大小和電負(fù)性都很大，容易形成極性鍵，對電子的吸引力較強(qiáng)，導(dǎo)致C-鹵鍵容易發(fā)生斷裂。鹵素原子的電子云圖呈現(xiàn)不對稱性，影響了鹵代烴的物理和化學(xué)性質(zhì)。碳-鹵鍵的性質(zhì)1極性鹵素比碳原子更具電負(fù)性，因此碳-鹵鍵具有極性，鹵素端帶負(fù)電荷，碳端帶正電荷。2鍵能碳-鹵鍵的鍵能隨著鹵素原子序數(shù)的增加而減小，這是因?yàn)辂u素原子半徑增大，電子云密度減小，導(dǎo)致鍵能降低。3鍵長碳-鹵鍵的鍵長隨著鹵素原子半徑的增加而增大，因?yàn)樵娱g距離越遠(yuǎn)，鍵長越長。4反應(yīng)活性由于碳-鹵鍵的極性和鍵能的差異，鹵代烴具有較高的反應(yīng)活性，易發(fā)生親核取代反應(yīng)和消除反應(yīng)。鹵代烴的理性構(gòu)型鹵代烴的理性構(gòu)型是指其分子中各原子在空間的排布方式。鹵代烴的理性構(gòu)型主要取決于鹵原子在碳原子上的位置和鹵原子與其他原子的相互作用。例如，甲烷的四個(gè)氫原子是等效的，而氯甲烷的四個(gè)氫原子則是不等效的，因?yàn)槁仍釉诩淄榉肿又姓紦?jù)了一個(gè)特殊的位點(diǎn)。鹵代烴的活性碳-鹵鍵強(qiáng)度鹵代烴的活性取決于碳-鹵鍵的強(qiáng)度，鹵素原子電負(fù)性越高，碳-鹵鍵越弱，鹵代烴越活潑。鹵素種類鹵素原子種類也會(huì)影響鹵代烴的活性，鹵素原子半徑越大，碳-鹵鍵越長，越容易斷裂，鹵代烴越活潑。結(jié)構(gòu)因素鹵代烴的結(jié)構(gòu)也會(huì)影響其活性，例如，叔鹵代烴比仲鹵代烴更活潑，伯鹵代烴最不活潑。親核取代反應(yīng)1定義親核取代反應(yīng)是指一個(gè)親核試劑取代一個(gè)分子中離去基團(tuán)的過程，通常發(fā)生在帶有離去基團(tuán)的碳原子上。2機(jī)制親核取代反應(yīng)通常經(jīng)歷單分子(SN1)或雙分子(SN2)機(jī)制，取決于反應(yīng)物和反應(yīng)條件。3反應(yīng)條件親核取代反應(yīng)的反應(yīng)條件包括溶劑、溫度和反應(yīng)物濃度，它們會(huì)影響反應(yīng)速率和產(chǎn)物分布。分子內(nèi)親核取代反應(yīng)1環(huán)狀結(jié)構(gòu)反應(yīng)形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。2鄰位鹵素鹵素原子位于反應(yīng)中心的鄰位。3親核試劑親核試劑進(jìn)攻鹵原子，形成環(huán)狀化合物。4反應(yīng)條件合適的溫度和溶劑。分子間親核取代反應(yīng)定義反應(yīng)物中，親核試劑和鹵代烴分別來自不同的分子，在反應(yīng)過程中，親核試劑進(jìn)攻鹵代烴的碳原子，取代鹵原子，形成新的化合物。特點(diǎn)反應(yīng)需要在極性溶劑中進(jìn)行，如水、醇等，因?yàn)檫@些溶劑可以穩(wěn)定中間體，使反應(yīng)更容易進(jìn)行。反應(yīng)機(jī)理該反應(yīng)通常是雙分子反應(yīng)，反應(yīng)速率與親核試劑和鹵代烴的濃度都成正比。影響因素反應(yīng)速率受多種因素影響，如鹵代烴的結(jié)構(gòu)、親核試劑的性質(zhì)、溶劑的極性等。消除反應(yīng)鹵代烴的消除反應(yīng)鹵代烴在堿性條件下脫去鹵化氫，生成不飽和烴的反應(yīng)。E1反應(yīng)鹵代烴在堿性條件下發(fā)生雙分子消除反應(yīng)，生成不飽和烴。E2反應(yīng)鹵代烴在堿性條件下發(fā)生單分子消除反應(yīng)，生成不飽和烴。消除反應(yīng)的機(jī)理E1機(jī)理一步反應(yīng)，先形成碳正離子中間體，然后脫去鹵素和氫，生成烯烴。E2機(jī)理兩步反應(yīng)，鹵素和氫原子同時(shí)脫去，形成烯烴。消除反應(yīng)的選擇性Zaitsev'sRule通常生成取代度更高的烯烴作為主要產(chǎn)物，即在碳碳雙鍵上連接的烷基取代基更多。StericHindrance當(dāng)鹵代烴分子中存在空間位阻時(shí)，可能會(huì)影響消除反應(yīng)的選擇性。CarbocationRearrangement在某些情況下，反應(yīng)過程中可能發(fā)生碳正離子的重排，影響最終產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)。鹵代烴的鹵化反應(yīng)鹵代烴的鹵化反應(yīng)鹵代烴的鹵化反應(yīng)是指鹵代烴分子中的氫原子被鹵素原子取代的反應(yīng)。此反應(yīng)通常在光照或加熱條件下進(jìn)行。甲烷的鹵化反應(yīng)例如，甲烷與氯氣在光照下反應(yīng)，可以得到一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯甲烷等產(chǎn)物。鹵化反應(yīng)機(jī)理鹵化反應(yīng)的機(jī)理是自由基反應(yīng)。在光照或加熱條件下，鹵素分子會(huì)發(fā)生均裂，生成兩個(gè)鹵素原子。鹵素原子會(huì)與烷烴分子中的氫原子反應(yīng)，生成鹵代烴和氫原子。鹵代烴的氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)類型鹵代烴的氧化反應(yīng)通常用強(qiáng)氧化劑如高錳酸鉀或重鉻酸鉀完成。反應(yīng)條件和產(chǎn)物取決于鹵代烴的結(jié)構(gòu)以及氧化劑的選擇。反應(yīng)過程反應(yīng)中，鹵代烴的碳-鹵鍵斷裂，形成相應(yīng)的醇或酮，同時(shí)鹵素原子被氧化為鹵離子。鹵代烴的氧化反應(yīng)可以是選擇性的，這意味著不同的碳-鹵鍵可能以不同的速率發(fā)生氧化反應(yīng)。鹵代烴的還原反應(yīng)氫化還原使用氫氣和金屬催化劑，將鹵代烴中的鹵素原子還原為氫原子，生成相應(yīng)的烷烴。例如，用鋅粉和稀鹽酸還原溴乙烷，生成乙烷。金屬還原用金屬鈉或鋰等活潑金屬還原鹵代烴，生成相應(yīng)的烷烴或烯烴。例如，用金屬鈉還原氯甲烷，生成甲烷。有機(jī)金屬試劑還原使用格氏試劑、維蒂希試劑等有機(jī)金屬試劑還原鹵代烴，生成相應(yīng)的烷烴或烯烴。例如，用格氏試劑還原溴苯，生成苯。鹵代烴的金屬化反應(yīng)反應(yīng)機(jī)理鹵代烴與金屬鋰或鎂反應(yīng)生成有機(jī)金屬化合物，稱為格氏試劑或有機(jī)鋰試劑。反應(yīng)條件該反應(yīng)通常在干燥的醚類溶劑中進(jìn)行，如乙醚或四氫呋喃。應(yīng)用有機(jī)金屬試劑在有機(jī)合成中具有重要作用，可用于合成各種有機(jī)化合物。鹵代烴的應(yīng)用醫(yī)藥鹵代烴在醫(yī)藥領(lǐng)域擁有廣泛應(yīng)用，例如作為麻醉劑、抗生素、殺菌劑等。工業(yè)鹵代烴在工業(yè)中用作溶劑、制冷劑、滅火劑等，例如四氯化碳是重要的有機(jī)溶劑。農(nóng)業(yè)鹵代烴常被用作農(nóng)藥和殺蟲劑，例如DDT曾廣泛用于防治害蟲，但由于其環(huán)境污染問題，現(xiàn)已逐步被限制使用。烯烴鹵化反應(yīng)1加成反應(yīng)鹵素原子加成到烯烴雙鍵上，形成鹵代烷烴。2反應(yīng)機(jī)理鹵素分子首先與烯烴雙鍵形成一個(gè)環(huán)狀中間體，然后開環(huán)生成鹵代烷烴。3反應(yīng)條件反應(yīng)一般在非極性溶劑中進(jìn)行，如四氯化碳或二氯甲烷。炔烴鹵化反應(yīng)1加成反應(yīng)炔烴與鹵素發(fā)生加成反應(yīng)2鹵素的量加成鹵素的量決定產(chǎn)物3反應(yīng)條件通常在室溫或加熱條件下進(jìn)行4催化劑可使用一些催化劑來促進(jìn)反應(yīng)炔烴鹵化反應(yīng)是重要的化學(xué)反應(yīng),可用于合成多種有機(jī)化合物。反應(yīng)過程中,炔烴與鹵素發(fā)生加成反應(yīng),生成鹵代烴。最終產(chǎn)物取決于鹵素的量和反應(yīng)條件。例如,炔烴與一分子鹵素反應(yīng),生成二鹵代烷烴;與兩分子鹵素反應(yīng),生成四鹵代烷烴。芳香鹵化反應(yīng)1電離鹵素原子首先電離，形成鹵素正離子2進(jìn)攻鹵素正離子進(jìn)攻芳環(huán)，形成中間體3脫質(zhì)子中間體脫去一個(gè)質(zhì)子，形成鹵代芳香烴芳香鹵化反應(yīng)是將鹵素原子引入芳環(huán)的反應(yīng)，是一種重要的化學(xué)反應(yīng)。鹵代芳香烴是許多有機(jī)合成反應(yīng)的原料。醇和酚的鹵代反應(yīng)1醇的鹵代反應(yīng)醇與鹵化氫反應(yīng)生成鹵代烴，反應(yīng)條件取決于醇的結(jié)構(gòu)，叔醇在室溫下就能發(fā)生反應(yīng)，而伯醇和仲醇則需要加熱或使用催化劑。2酚的鹵代反應(yīng)酚的鹵代反應(yīng)通常在堿性條件下進(jìn)行，用鹵素單質(zhì)或鹵化氫與酚反應(yīng)，得到鹵代酚。該反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理與醇的鹵代反應(yīng)類似，但反應(yīng)條件更為溫和。3反應(yīng)機(jī)理醇和酚的鹵代反應(yīng)機(jī)理都是SN1或SN2反應(yīng)，具體反應(yīng)類型取決于醇或酚的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)條件。羰基化合物的鹵代反應(yīng)1醛和酮α-鹵代醛和酮2羧酸α-鹵代羧酸3酰鹵α-鹵代酰鹵4酯α-鹵代酯羰基化合物的鹵代反應(yīng)通常發(fā)生在α-碳原子上。反應(yīng)條件和產(chǎn)物的結(jié)