医学精品课件：第06章 卤代烃(Halide).ppt

1、1,第六章 卤代烃,第一节 分类和命名,第二节 卤代烃的物理性质,第三节 卤代烃的化学性质,卤代烷的亲核取代反应及反应机制,卤代烷的消除反应,不饱和卤代烃的取代反应,卤代烃与金属反应,2,烃分子中的氢原子被卤素取代而生成的化合物称卤代烃。卤原子(F、Cl、Br、I)是卤代烃的官能团。,由于C-X的引入, RX性质一般较活泼，能发生多种化学反应而转变成各种其它类型的化合物。,第六章 卤代烃,卤代烃的结构通式： RX,上页,下页,首页,第六章 卤代烃 第一节 分类和命名 (一、分类),RX,一、分类,第一节 分类和命名,上页,下页,首页,4,第六章 卤代烃 第一节 分类和命名 (二、命名),二、命

2、名,C2H5Cl,叔丁基溴,乙烯基氯(氯乙烯),CH2=CHCl,(CH3)3CBr,(一) 习惯命名法：“卤某烷” 或 “某基卤”。,邻-溴甲苯（2-溴甲苯） 2-bromotoluene,氯化苄（苄基氯） benzyl chloride,乙基氯(氯乙烷),上页,下页,首页,5,选母体：烃作母体，将 X 和烃中的支链一样作为取代基来命名。,次序规则： 优先基团后列出。,(二) 系统命名,编号：根据最低序列原则将主链编号。,2-甲基-1-溴丙烷 1-bromo-2-methylpropane,第六章 卤代烃 第一节 分类和命名 (二、命名),上页,下页,首页,6,3-甲基-5-氯庚烷(3-Ch

3、loro-5-methylheptane),2-氯丙烯 2-Chloropropene,1-氯-2-丁烯 1-Chloro-2-butene,有些卤代烃用习惯名称。例如：三氯甲烷 CHCl3 称为氯仿；三碘甲烷 CHI3 称为碘仿。,第六章 卤代烃 第一节 分类和命名 (二、命名),上页,下页,首页,7,第六章 卤代烃 第二节 卤代烃的物理性质,第二节 卤代烃的物理性质,1. 形态：bp、mp比相应的烷烃高 。,2. 溶解性：不溶于水，能与烃混溶，并能溶解许多非极性及弱极性有机物。 3. 密度： R-Cl R-Br R-I。多氯代烃、溴代烃和碘代烃比重大于1。 4. 许多卤代烃有强烈气味。 卤

4、代烃蒸气有毒。 5. 焰色反应：卤代烃在铜丝上灼烧时，产生绿色火焰，这是鉴定含卤素有机物的简便方法。,上页,下页,首页,8,第六章 卤代烃 第二节 卤代烃的化学性质,第三节 卤代烃的化学性质,(1),(2),B-,(1) : 亲核取代; 与金属反应,(1) 和 (2) : 消除反应,+,+,-,上页,下页,首页,9,一、卤代烷的亲核取代反应及反应机制,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (一、亲核取代),（一）亲核取代反应,上页,下页,首页,10,卤代烃与 NaOH 或 KOH 的水溶液共热，X被-OH取代，产物为醇。这个反应也叫水解。,此反应常用于将-OH引入一些较复杂的分子中，因为有时直接引

5、入-OH 比直接引入 X 更为困难。,1. 被羟基 (-OH) 取代,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (一、亲核取代),上页,下页,首页,11,卤代烷与NaCN或KCN的醇溶液共热，X被-CN取代，生成腈.,2. 被氰基 (-CN) 取代,戊二酸 (Pentanedioic acid),通过这个反应，分子中增加了碳原子. 且腈中的CN可转变成其它官能团.,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (一、亲核取代),上页,下页,首页,12,卤代烷与醇钠(或酚钠)作用, X 被 -OR取代, 生成醚。,RX + NaOR ROR+ NaX,3. 被烃氧基 (-OR) 取代,丙基异丙基醚 (Isoprop

6、yl propyl ether),这是制备混合醚的方法,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)。,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (一、亲核取代),上页,下页,首页,13,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。,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (一、亲核取代),上页,下页,首页,邓健 制作 陆阳 审校,14,卤烃与AgNO3的醇溶液作用,生成硝酸酯和AgX 沉淀:,5. 被硝酸根取代 推测卤代烃的类型,活性顺序：RI RBr RCl,根据生成沉淀卤化银的速率与颜色, 可鉴别不同类型

7、的卤代烃。,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (一、亲核取代),上页,下页,首页,15,（二）亲核取代反应机制,离去基,底物,亲核试剂,反应中, 亲核试剂 :Nu(-) (通常为含孤对电子的试剂如 :NH3，或带负电荷的试剂如OH-、CN-、RO-) 进攻卤烷分子中带部分正电荷的碳原子, 生成取代产物。由亲核试剂对显正电性的碳原子进攻而引起的取代反应, 称为亲核取代反应(nucleophilic substitution), 以SN表示。,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (一、亲核取代),上页,下页,首页,16,另一些卤代烷（如叔丁基溴）的水解反应速率仅取决于卤代烷的浓度, 即决定反应速率的

8、反应是单分子反应，称单分子反应机制, 以 SN1 表示.,一些卤代烷（如溴甲烷）的水解反应速率不仅取决于卤代烷的浓度，还与碱的浓度有关，决定反应速率的反应是双分子反应，称双分子反应机制，用SN2表示.,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (一、亲核取代),上页,下页,首页,卤代烷的水解的两种反应机制:,17,1SN2 机制,溴甲烷在碱性溶液中的水解速率不仅与卤烷的浓度CH3Br成正比，也与碱的浓度OH-成正比，动力学上为二级反应.,过渡态,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (一、亲核取代),上页,下页,首页,进攻方向与位置?,18,CO 键部分形成,HO-,亲核试剂从远离Br的一边进攻底物,中心

9、碳 构型转化,过渡态,CX 键部分断裂,(2) 反应速率 = kCH3XOH-, 为二级反应； (3) 伴随构型转化(Valden inversion).,SN2历程的特点：,(1) 反应连续而不分阶段；,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (一、亲核取代),上页,下页,首页,19,动画模拟：溴甲烷的双分子亲核取代反应机制,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (一、亲核取代),上页,下页,首页,20,活化能,SN2反应的能量变化曲线,在SN2反应中，新键的形成和旧键的断裂是同时进行的，是一个一步完成的反应。,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (一、亲核取代),上页,下页,首页,21,2SN1 机制

10、,叔卤代烷在碱性溶液中的水解按单分子机制进行:,反应按以下两步进行，在动力学上属一级反应。,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (一、亲核取代),上页,下页,首页,22,构型翻转产物,构型保持产物,HO-,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (一、亲核取代),上页,下页,首页,23,动画模拟：叔丁基溴的单分子亲核取代反应机制,(1) 反应分两步进行,(4) 构型外消旋化,(3) 为1级反应 =kRX,SN1历程的特点:,(2) 有正碳离子生成,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (一、亲核取代),上页,下页,首页,24,SN2反应的能量变化曲线:,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (一、亲核取代),

11、上页,下页,首页,25,3. 影响亲核取代反应机制的因素,(1) 底物卤代烃的结构 (2) 亲核试剂的亲核能力 (3) 离去基的离去能力 (4) 溶剂效应,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (一、亲核取代),上页,下页,首页,26,(1) 卤代烃结构的影响,对SN2的影响：与X相连的C上连接的基团体积越小，越易进行SN2反应。, ,CH3X,1o RX,2o RX,3o RX,SN2反应活性,叔卤代烷一般不按SN2机制进行.,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (一、亲核取代),上页,下页,首页,27,对SN1的影响：烷基的供电子效应及CH -p 超共轭效应有利于稳定碳正离子中间体。有利于稳定正

12、碳离子的因素就有利于SN1.,SN1反应速度：叔卤代烃 仲卤代烃 伯卤代烃,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (一、亲核取代),上页,下页,首页,28,(2) 亲核试剂亲核能力的影响,亲核试剂对SN1机制影响不大。 亲核试剂的亲核性越强，体积越小，则SN2反应速率越快。,一些试剂的亲核能力比较：,HS- RS- CN- I- NH3 OH- Br- OR- Cl- F- H2O,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (一、亲核取代),上页,下页,首页,29,(3) 离去基的离去能力,最好的离去基是离去以后生成最稳定的分子或离子.,R-I R-Br R-Cl R-F,(4) 溶剂极性的影响(苄基氯水

13、解),强极性溶剂(水)有利于SN1 (能稳定碳正离子). 弱极性溶剂(丙酮)中一般按SN2机制进行.,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (一、亲核取代),上页,下页,首页,对卤素来说，X- 的碱性越弱, 越易离去。故无论是 SN1 反应还是 SN2 反应, 反应活性为：,30,亲核取代反应的两种机制在反应中是同时存在、相互竞争的，某一特定条件下某种机制占优势.,SN2易,SN1易,SN2 和 SN1,按 SN2 变难, 按 SN1 变易,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (一、亲核取代),上页,下页,首页,31,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (二、消除反应),二、 卤代烷的消除反应,CX

14、键的极性使得 -C 带部分正电荷，正电性的-C 易受亲核试剂进攻, 发生亲核取代反应；,R-CH2CH2-OH + X-,R-CH=CH2 + HX,上页,下页,首页,CX 键通过诱导效应影响 -H呈弱酸性, 显弱酸性的 -H 易受强碱进攻, 卤代烃同时失去 -H 和 X原子而发生消除反应(elimination, E).,32,在这类反应中，卤代烷除失去 X 外，还从 碳原子上脱去一个 H 原子, 故称为-消除反应。,由于叔卤代烷有3个 b-C，其上的H均有可能消除，故伯、仲、叔卤代烷发生消除反应的活性顺序是:,叔卤代烷 仲卤代烷 伯卤代烷,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (二、消除反应)

15、,上页,下页,首页,33,(一) 消除反应的取向,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的烯烃, 即主要是从含 H 较少的 -C 上脱氢。此称为 Saytzeff 规则.,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (二、消除反应),上页,下页,首页,34,问题: 完成下列反应,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (二、消除反应),上页,下页,首页,生成产物（烯烃）的稳定性决定消除反应的取向.,R2C=CR2R2C=CHRR2C=CH2RHC=CHRRHC=CH2H2C=CH2,不同烯烃的稳定性：,35,(二) 消除反应机制,1. 单分子

16、消除反应（E1）,OR-,正碳离子,烯烃,= kR-X, 与碱的浓度无关.,E1 反应活性：3RX 2RX 1RX ?,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (二、消除反应),上页,下页,首页,产物烯烃的稳定性、中间体碳正离子的稳定性,36,2. 双分子消除反应（E2）,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：3RX 2RX 1RX,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (二、消除反应),上页,下页,首页,37,动画模拟：卤代烃的反式消去反应机制,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (二、消除反应),上页,下页,首页,38,(三) 消除反应与取代反应的

17、竞争性,在多数情况下，卤代烷的消除反应和亲核取代反应同时发生，且相互竞争，两种反应产物的比例受卤代烷结构、试剂的碱性、溶剂的极性、反应温度等多种因素的影响。,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (二、消除反应),上页,下页,首页,39,通常，伯卤代烷的 SN2 反应较快，E2 反应较慢。无支链的伯卤代烷与强亲核试剂作用,主要起 SN2 反应。,仲卤烷和-C有支链的伯卤烷, 因空阻增加, 试剂难以从背面接近-C, 而易于进攻-H, 故不利于SN2, 而有利于E2。,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (二、消除反应),上页,下页,首页,40,叔卤代烷无强碱存在时倾向于单分子反应, 主要发生SN1反应

18、, E1反应产物较少; 有强碱存在时, 主要发生E2反应, SN2产物少.,碱性指试剂与H+ 结合的能力, 而亲核性则指试剂与C 结合的能力。亲核试剂一般都具有未共用电子对, 所以既表现亲核性, 也表现碱性。碱性强的试剂, 有利于 E2 反应；亲核性强的试剂，则有利于 SN2 反应。,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (二、消除反应),上页,下页,首页,41,极性溶剂对SN1和E1反应有利，而对SN2和E2反应不利，因为后者的过渡态或中间体电荷分布比底物电荷分布更分散, 而且E2过渡态比SN2过渡态的电荷更分散。,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (二、消除反应),上页,下页,首页,一般情况下

19、，提高温度更有利于消除反应。,42,消 除 增 加,R-X = CH3-X ，1 ， 2 ， 3,1. 卤代烃的结构对消除和取代反应有以下的影响：,将影响两类反应的因素一般归纳如下：,取 代 增 加,制烯烃一般用叔卤代烃,而制备醇时一般用伯卤代烃.,2. 试剂的性质 碱性强,有利于消除; 亲核性强,取代. 3. 溶剂的极性 低极性溶剂有利于消除反应. 4. 温度的影响 升高温度有利于消除反应. 5. 进攻试剂的体积 体积大的有利于消除反应.,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (二、消除反应),上页,下页,首页,43,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (三、不饱和卤代烃),三、 不饱和卤代烃的取

20、代反应,烯丙基/苄基卤代烃 孤立型卤代烃 乙烯基/苯基卤代烃,卤代烃的亲核取代反应活性与卤原子和 p 键相对位置有关.,按照卤原子和 p 键的相对位置可将卤代烯烃及卤代芳烃分为三类：,上页,下页,首页,44,(一) 乙烯基卤代烃,X 直接与双键碳原子相连. 由于 p-共轭作用, CX 键具有部分双键的性质，键较牢固.,（H）R-CHCHX,p-共轭使C-X键的电子云密度增加，极性减弱.,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (三、不饱和卤代烃),上页,下页,首页,45,这类卤代烃的化学活性差，卤原子不易被取代,与 AgNO3/醇溶液 不作用。,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (三、不饱和卤代烃)

21、,上页,下页,首页,46,(二) 烯丙基卤代烃,(H)RCHCHCH2X C6H5-CH2X,化学性质很活泼,容易发生亲核取代反应(SN?). 因为在反应过程中容易形成较稳定的正碳离子中间体或过渡态.,较稳定的正碳离子,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (三、不饱和卤代烃),上页,下页,首页,47,烯丙基和苄基卤代烃在室温下能与硝酸银醇溶液发生反应，生成卤化银沉淀.,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (三、不饱和卤代烃),上页,下页,首页,较稳定的过渡态,48,(三) 孤立型卤代烃,CH2=CH(CH2)n-X C6H5(CH2)n-X (n2 ),孤立型卤代烃中卤原子与不饱和体系不能形成 p

22、-共轭, 反应中生成的正碳离子也不存在 p-共轭效应, 其活性介于乙烯型和烯丙型之间，与一般卤代烃相同。,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (三、不饱和卤代烃),上页,下页,首页,49,问题: 完成下列反应,烯丙型/苄型卤烃 孤立型卤烃 乙烯型/苯型卤烃,上述3类不饱和卤烃进行取代反应的活性次序为:,？,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (三、不饱和卤代烃),上页,下页,首页,50,四、卤代烃与金属反应,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (四、与金属反应),卤代烃能与 Mg、Li、Na、K、Al 等多种金属反应生成含 CM (金属)键的有机金属化合物.,上页,下页,首页,51,利用Grigna

23、rd试剂与 CO2 反应可以制备多1个碳原子的羧酸。,利用Grignard试剂与醛酮的反应可制备各种醇:,醇类,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (四、与金属反应),上页,下页,首页,52,Grignard 试剂若遇到含活泼氢的化合物 (如水、醇等)，则立即分解生成烷烃.,因此，制备Grignard试剂必须用无水溶剂，在操作时也要采取隔绝空气中湿气的措施。,第六章 卤代烃 第二节 化学性质 (四、与金属反应),上页,下页,首页,53,1. 分类、命名、结构 伯、仲、叔 (1, 2, 3) 卤代烃 卤代烷烃；卤代烯烃；卤代芳烃 乙烯基/芳基卤代烃；烯丙基/苄基卤代烃；孤立型卤代烃 2. 性质 亲核取代;反应机制(SN1, SN2)及影响因素 消除反应及反应机制 (E1, E2), Saytzeff 规则; 与金属反应及其应用: Grignard 试剂,本,章,要,点,Byebye！,上页,首页,