退出下页
7.1 卤代烃的分类
7.2 卤代烃的命名
7.3 卤代烃的物理性质
7.4 卤代烷烃的化学性质
7.5 卤代烯烃的结构和化学性质第七章 卤 代 烃
(Halogenated hydrocarbons)
学习要求退出下页学习要求 6学时了解:分类,命名;
熟悉:乙烯型,烯丙型,孤立型卤代烯烃的取代活性及鉴别方法 。
掌握:化学性质:取代反应 ( SN1,SN2),反应历程,
消除反应 (E1,E2),金属卤化物的生成 。
【 教学重点 】
亲核取代反应及其反应历程;消除反应及其反应历程;影响亲核取代反应和消除反应的因素 。
【 教学难点 】
亲核取代反应和消除反应的竞争 。
返回下页上页 退出按卤素所连接的烃基类型分为:
CH3CH2Cl (氯乙烷 ) 饱和卤代烃 (卤代烷 )
CH2= CHCl(氯乙烯 ) 不饱和卤代烃
7.1 卤代烃的分类
Cl (氯苯 ) 芳香族卤代烃下页上页 退出
CH3CH2CH2Cl(1-氯丙烷 ) 伯卤代烃 (一级卤代烃 )
CH3CHClCH3 (2-氯丙烷 ) 仲卤代烃 (二级卤代烃 )
(CH3)3CCl(叔丁基氯 ) 叔卤代烃 (三级卤代烃 )
卤代烷烃按卤素所连接的碳原子类型下页上页 退出乙烯型卤代烯烃:
卤原子直接与双键碳原子相连,
如,CH2= CHCl(氯乙烯 )
烯丙型卤代烯烃:
卤原子直接与双键的 α -碳原子相连,
如,CH2BrCH= CH2(烯丙基溴 )
隔离型卤代烯烃:
卤原子与和双键相隔两个或两个以上的饱和碳原子相连,如,CH2= CHCH2CH2CH2Cl
(5-氯 -2-戊烯 )
卤代烯烃下页上页 退出卤苯型卤代芳烃:
卤原子直接与苯环相连,如:
苄型卤代芳烃:
卤原子直接与苯环的 α -碳原子相连,如:
(氯苯 )Cl
(苄基溴 )C H 2 B r
卤代芳烃返回下页上页 退出
CH3Cl 氯甲烷 ( 或甲基氯 )
CH2= CHCl 氯乙烯 ( 或乙烯基氯 )
(CH3)3CBr 叔丁基溴
7.2.1 习惯命名法
7.2 卤代烃的命名
Cl 氯代环己烷(或环己基氯 )
C H 2 B r 苄基溴(或溴化苄、苯溴甲烷)
下页上页 退出
C H 2
Br
C H 2 C H
C H 3
C H 2 C H 2
Cl
3-甲基 -1-氯 -5-溴戊烷
C H 2
Br
C H 2 C H
C H 3
C H 2 C H 3
3-甲基 -1-溴戊烷卤代烷烃 与烷烃的命名方法类似,将卤素视为取代基
7.2.2 系统命名法下页上页 退出
C H
2
Br
C H
Cl
C H
2
I
2-氯 -1-溴 -3-碘丙烷
CH 3 C H
Cl
C H
C H
3
C H 3
2-甲基 -3-氯丁烷下页上页 退出卤代烯烃 与烯烃的命名方法类似,将卤素视为取代基
C H 2 C H C H 2 C l
3-氯丙烯
C H C H C H 3C HCH
3
Br4-溴 -2-戊烯下页上页 退出
C C H C H 3C HCH
3
Cl C H 33-甲基 -4-氯 -2-戊烯
C H
2
C H C H 2
C H
2
C H
3
C H
2
C l
2-乙基 -4-氯 -1-丁烯下页上页 退出卤代烯烃 有顺反异构体的,用 Z/E或 顺 /反标明其构型
C C
Cl
C H
3
Cl
Br
C C
C H
3
C H
2
C H
3
Cl
H
Br>Cl,Cl>CH3
(E)-1,2-二氯 -1-溴丙烯或 顺 -1,2-二氯 -1-溴丙烯
C2H5>H,Cl >CH3
(Z)-2-氯 -2-戊烯下页上页 退出卤代芳烃 若卤素与苯环直接相连,将卤素视为取代基
Cl
Cl
1,2-二氯苯
Br
Br
C H
3
3,4-二溴甲苯下页上页 退出卤代芳烃 若卤素与苯环的支链相连,则将苯环视为取代基
C H C H
2
C lC H
3
C H
2
2-苯基 -1-氯丁烷返回下页上页 退出
7.3 卤代烃的物理性质
室温时氯甲烷、氯乙烷、氯乙烯和溴甲烷为气体,其余为液体,C15以上为固体。
大多数卤代烃具有 特殊气味 。
除一氯代烷的相对密度小于 1外,溴代烷、碘代烷以及多氯代烷的 相对密度 均 大于 1。
卤代烃难溶于水,易溶于有机溶剂。
返回退出下页
7.4.1 卤代烷的结构特点
7.4.2 卤代烷的亲核取代反应及机理
7.4.3 卤代烷的消除反应及机理
7.4.4 与金属的反应
7.4 卤代烷烃的化学性质返回上页下页上页 退出
7.4.1 卤代烷烃的结构特点
C Cl
δδ
+ -卤素原子电负性较大,吸电子作用使卤素原子带有部份负电荷与卤素原子相连的碳原子带有部份正电荷碳卤键具有较大极性卤代烷分子由于官能团卤素的存在而具有较活泼的化学性质,反应大多发生在碳卤键上。
下页上页 退出诱导效应 (Inductive Effect)
在多原子分子中,由于原子或原子团电负性的不同,使分子中电子云的密度分布发生变化,
从而造成键的极化,并且这种影响可沿分子链传递下去。原子间的这种影响称为 诱导效应 (也叫静态诱导效应 )。
ClC H 3
δδ + -
ClC H
3 C H 2 C H 2 C H 2
δδ +
-δ +δ δ +δ δ
1234 δ +δ +δδ + δ δ> >
诱导效应沿 σ链传递,
但随距离的增大而迅速减弱直至消失下页上页 退出静态诱导效应 (I)的大小随各取代基 (或原子 )
的不同而异,一般以氢原子为标准,电负性大于氢的称为吸电子基 (-I),它使碳上的电子密度降低;电负性小于氢的称为推电子基 (+I),它使碳上的电子密度升高。
F-,Cl-,Br-,I-,CH3O-,HO-,C6H5-,CH2=CH-,H-
吸电子能力增强 (-I)
H-,CH3-,C2H5-,(CH3)2CH-,(CH3)3C-
推电子能力增强 (+I)
返回下页上页 退出
R X N u R N u X+ +
δδ -+ - -
在带负电荷的 亲核试剂 作用下,碳卤键较易发生异裂,使得卤素原子被其它基团取代,这种类型的反应称为 亲核取代反应 (Nucleophilic Substitution)。
亲核试剂
(nucleophilic
reagent)
离去基团
(leaving group)
7.4.2 卤代烷的亲核取代反应及机理退出下页
(1)卤代烷亲核取代反应类型
(2)亲核取代反应历程
(3)影响亲核取代反应的因素上页下页上页 退出
(1)卤代烷亲核取代反应类型
水水解反应
醚醚的生成
氰 氰 解反应
氨氨解反应
与 硝 酸 银反应下页上页 退出卤代烷与氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液一起加热,卤原子被羟基取代生成醇,称为 水解反应 。
R- X + OH-? R- OH + X-
CH3I + OH-? CH3OH + I -
C6H5-CH2Cl + OH-? C6H5-CH2 OH + Cl-
水解反应下页上页 退出卤代烷与醇钠(钾)的醇溶液回流时,卤原子被烷氧基取代生成醚,这是混醚的制法( Williamson
法)
R- X + RO-? R- O- R' + X-
醚的生成
C2H5I + n-C5H11CH2ONa?
n-C5H11CH2OC2H5 + NaI
下页上页 退出用 KCN的乙醇-水溶液处理卤代烷或以二甲基亚砜 (DMSO)为溶剂,卤原子被氰基取代生成腈,称为 氰解反应 。
R- X + CN-? R- CN + X-
氰解反应这个反应的产物较原料卤代烷增加了一个碳原子,在有机合成中是增长碳链形成碳碳键的一种方法 。 引入氰基后可转变为羧基,氨基等 。
CH3(CH2)2CH2Cl + NaCN?
CH3(CH2)2CH2CN + NaCl
下页上页 退出卤代烷用浓氨水处理,可以得到胺的混合物,
称为 氨解反应。
R-X + NH3?RNH2 + HX? RN+H3 + X-
氨解反应当用碱处理时可释放出游离胺,
RN+H3 + OH-? RNH2 + H2O
生成的胺也可以与卤代烷进一步反应,
R-X + RNH2? R2N+H2 + X-
R-X + R2NH? R3N+H + X-
R-X + R3N? R4N+X-
下页上页 退出卤代烷与硝酸银的醇溶液反应,生成硝酸酯和卤化银沉淀。
R-X + AgONO2? R-ONO2 + AgX?
与硝酸银反应这是鉴别卤代烷的简便方法。
卤代烷与硝酸银醇溶液反应的相对活性是:
3° >2 ° > 1 °; RI>RBr>RCl
返回下页上页 退出
Br
H
H
H
C O H
H
H
H
C
80%乙醇水溶液速度很慢速度很快
Br
C H
3
CH
3
C H
3
C
O H
C H
3
CH
3
C H
3
C
(2)亲核取代反应历程研究发现:
下页上页 退出
Br
H
H
H
C
加入碱速度随碱浓度的增加而增加速度基本不受碱浓度的影响
( R)
增加程度减小
Br
C H
3
CH
3
C H
3
C O H
C H
3
CH
3
C H
3
C
O H
H
H
H
C
80%乙醇水溶液下页上页 退出
CH3- Br + OH-? CH3OH + Br-
=k[CH3Br][OH- ]
=k[(CH3)3C-Br ]
Br
C H
3
CH
3
C H
3
O H
C H
3
CH
3
C H
3
O H BrC + C +
- -
双分子历程( SN2)
单分子历程 (SN1)
下页上页 退出研究表明,溴甲烷的碱性水解反应速率与卤代烷的浓度以及碱的浓度成正比。
CH3- Br + OH-? CH3OH + Br-
v=k[CH3Br][OH- ]
双分子历程 ( SN2)
下页上页 退出亲核试剂从碳 -卤键的背后进攻,所受的空间位阻最小下页上页 退出溴甲烷的亲核取代反应动画
O H
XX
H
H
H
XOH
H
H H
OH
H
H
H-
-
δδ
-
+
-
C+ C C
亲核试剂在离去基和碳原子间价健的背面进攻离去基团过渡态分子构型反转,
瓦尔登 (Walden)
转化
sp3杂化
sp2杂化
sp3杂化下页上页 退出过渡态结构下页上页 退出瓦尔登 (Walden)转化反应前 反应后下页上页 退出消旋化速度是交换速度的二倍
I
I
I
C
6
H
1 3
CH
3
H
I
C
6
H
1 3
C H
3
H
+ +*
*-
-
C C
S R
C H
3
C H C
6
H
1 3
I
I C H 3 C H C 6 H 1 3
I
I+ +*
*
- -
丙酮下页上页 退出
I
C
6
H
1 3
CH
3
H
C I
C
6
H
1 3
C H
3
H
* C
S R
反应进行到一半时:
50%反应物 50%产物外 消 旋 体下页上页 退出如果取代反应发生在旋光性卤代烷的手性碳原子上,则生成的醇构型与反应物卤代烷的构型正好相反。如 ( S) -2-溴辛烷 与氢氧化钠的乙醇水溶液反应得到 ( R) -2-辛醇 。
S R
Br
C H
3
H
1 3
C
6
H
N a O H OH
C H
3
C
6
H
1 3
H
N a B rC + C +
[α]=-34.6° [α]=+9.9°
下页上页 退出
S型 R型
HO
C6H136
反应前 反应后
13
下页上页 退出
SN2反应进程能量变化图下页上页 退出
①反应连续进行,无中间体生成;
②在决定反应速率的这一步骤中,发生共价键变化的有两种分子;
③反应速率与卤代烷及亲核试剂的浓度成正比;
④ 反应前后分子构型发生翻转 (瓦尔登转化 )
SN2反应的特点下页上页 退出研究表明,叔丁基溴碱性水解速率与叔丁基溴的浓度成正比,而与碱的浓度无关 。
=k[(CH3)3C-Br ]
C H
3
C H
3
BrCH
3
O H
C H
3
C H
3
O HCH
3
BrC + - C +
单分子历程 (SN1)
-碳上 取代基增加,
进攻试剂接近
-碳原子的 阻力增加下页上页 退出
H
H H
H
H
H
H
H H
C
C
CC
+
Br
C H
3
CH
3
C H
3
C H
3
CH
3
C H
3
C
- B r
-
C +
叔丁基正碳离子由于甲基的 超共轭作用 而比较稳定下页上页 退出下页上页 退出
(CH3)3C-Br? [(CH3)3C?+ ··· Br?-]? (CH3)3C+ + Br
( 过渡态 1)
正碳离子中间体第一步,叔丁基溴在溶剂中首先离解成叔丁基正碳离子和溴负离子,这是一步 慢 反应:
下页上页 退出第二步,生成的叔丁基正碳离子立即与试剂 OH-
作用生成叔丁醇,这是一步 快 反应:
(CH3)3C+ +OH -?[(CH3)3C?+ ··· OH? -]? (CH3)3C-OH
( 过渡态 2)
下页上页 退出总反应速率由慢反应决定
=k[(CH3)3C-Br ]
第一步
C H
3
C H
3
BrCH
3
C H
3
C H
3
CH
3
BrC C ++
慢第二步
O H O H
C H
3
C H
3
CH
3
C H
3
C H
3
CH
3
-
C ++ C
快下页上页 退出
SN1反应进程能量变化图
ΔH
过渡态 2
过渡态 1
下页上页 退出
SN1历程反应前后分子构型的变化
Br
R
R
R
R
R
R
Br
C C +
Nu
-
-1
2
3
1
2 3
平面型正碳离子*
等量对映异构体
50%
N u
R
R
R
C +
1
2
3
构型反转
N u
R
R
R
C
1
2
3
构型保持
50%
下页上页 退出
HO
反应前 反应后
S型 R型 S型
SN1历程反应前后分子构型的变化下页上页 退出例:
SN1历程反应前后分子构型的变化
R
下页上页 退出单分子亲核取代反应历程动画下页上页 退出
SN1:
① 反应分步进行,有中间体生成; ② 反应速率仅取决于卤代烷的浓度; ③ 在决定反应速率的这一步骤中,
发生共价键变化的只有一种分子; ④ 产物构型一半保持一半翻转,常伴有 重排产物
SN2和 SN1反应的特点
SN2:
① 反应连续进行,
无中间体生成; ②
反应速率与卤代烷及亲核试剂的浓度成正比; ③ 在决定反应速率的这一步骤中,发生共价键变化的有二种分子;
④ 反应前后分子构型发生翻转返回退出下页
(3)影响亲核取代反应的因素
烃基结构的影响
离去基团的影响
亲核试剂的影响
溶剂的影响返回上页下页上页 退出在 SN2反应中,由于亲核试剂是从卤原子的背后进攻卤代烷的?-碳原子的,如果?-碳的取代基增多,?-碳原子周围将变得拥挤,
进攻试剂接近?-碳原子的阻力增加,因此活性也就降低。
在 SN2 反应中,卤代烷的活性次序为:
CH3X?伯卤代烷?仲卤代烷?叔卤代烷
烃基结构的影响
-碳上的基团 体积较小,进攻试剂接近?-碳原子的 阻力较小
-碳上 取代基增加,
进攻试剂接近
-碳原子的 阻力增加在 SN2反应中上页 退出下页下页上页 退出
R Br I R I Br+ +
丙酮
H
Br
H
H
H
Br
H
CH
3
H
Br
C H
3
CH
3
C H
3
Br
C H
3
CH
3
C C> C C> >
150 1 0.01 0.001
相对速度:
烃基结构对 SN2速率的影响下页上页 退出烃基结构对 SN1速率的影响在 SN1反应中,由于决定反应速度的步骤是生成正碳离子一步,而正碳离子的稳定性顺序为:
叔正碳离子?仲正碳子离子?伯正碳子离子?CH3+
因此在 SN1反应中,卤代烷的活性次序为:
叔卤代烷?仲卤代烷?伯卤代烷?CH3X
下页上页 退出正碳离子稳定性
H
H H
H
H
H
H
H H
C
C
CC
+
H
H
H
H
H H
C H
C
C
+
H
H H
C H
2
C
+
CH3+
叔正碳离子 >仲正碳离子 >伯正碳离子 >甲基正碳离子下页上页 退出
R Br R O H BrOH 2+ +
甲酸相对速度:
H
Br
H
H
H
Br
H
CH
3
H
Br
C H
3
CH
3
C H
3
Br
C H
3
CH
3
CC> CC >>
108 45 1.7 1.0
下页上页 退出对于伯卤烷来说,β-碳原子上的氢被甲基 (烷基 )取代,也能阻碍亲核试剂的进攻。这主要是 β-
碳原子上的烷基对亲核试剂的进攻起了空间阻碍作用。
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
C C
C
C
α
β
C
Nu ∶ X
下页上页 退出
R B r C 2 H 5 O R O C 2 H 5 Br55 ℃+ - 乙醇 +
C H 3 C H 2 B r ( C H 3 ) 2 C H B r ( C H 3 ) 3 C B rC H 3 C H 2 C H 2 B r
1 0 0 28 3 0,0 0 0 4 2
例:
相对速度:
下页上页 退出叔卤代烷 由于容易失去卤素而形成稳定的正碳离子,所以其亲核取代反应主要按
SN1历程进行;
而 伯卤代烷 则由于?-碳原子的空间位阻较小,
主要按 SN2 历程进行反应;
仲卤代烷 介于二者之间,即两种历程兼而有之,倾向于哪种历程则取决于具体反应条件 。
烃基结构对反应历程的影响主要按 SN1
历程进行叔卤代烷伯卤代烷 主要按 SN2历程进行仲卤代烷主要按哪种历程取决于具体反应条件介于二者之间容易 较大形成正碳离子
-
碳原子空间位阻不容易 较小上页 退出下页 返回下页上页 退出在卤代烷的亲核取代反应中,碳卤键极化度越大,则卤素的离去倾向也越大,对 C- X
键而言,极化度顺序为,R-I > R-Br > R-Cl
无论是 SN2或是 SN1反应,都要发生 C- X
键断裂,卤素的离去倾向越大,反应速率也越大,因此卤代烷的反应活性为:
R-I > R-Br > R-Cl。
离去基团的影响返回下页上页 退出在 SN1反应中,决定反应速度的步骤是 R-X
的离解,而与亲核试剂的亲核性和浓度的改变无关,因此亲核试剂对 SN1反应无明显影响。
在 SN2反应中,由于亲核试剂参与了过渡态的形成,因此,亲核试剂的亲核性和浓度越大,
反应按 SN2历程进行的趋势越大,在其它条件相同时,反应速度也越快。
亲核试剂的影响下页上页 退出在质子溶剂中,一般常见的亲核试剂的亲核能力的次序是:
R S S N I N H
3
( R N H
2
)
O O Br Cl OH
2
≈ Ar ≈ C > >
> R ≈ H > > >
返回下页上页 退出对于 SN1反应:
(CH3)3C-Br? [(CH3)3C?+ ··· Br?-]? (CH3)3C+ + Br -
( 过渡态 1)
极性增加反应物 中间体极性溶剂对它的稳定化作用比反应物 强
-
+
+-+
-
+
溶剂的影响下页上页 退出对于 SN2反应:
Nu- + C-X [Nu … C…X] δ -
极性减小反应物 过渡态
-+
-
+ -
+
-
极性溶剂对它的稳定化作用比反应物 差下页上页 退出
C H 3 Br C H 3 O H BrOH 2+ +甲酸强极性溶剂弱亲核试剂在一定条件下,伯卤代烷也按 SN1机制进行。
下页上页 退出银离子存在能促使碳卤键离解,形成碳正离子,所以卤代烷与硝酸银的乙醇溶液作用属于 SN1机制。
R X Ag
+
R X Ag R A g X+ +
络合 物
+
反应活性次序为:
叔卤代烷?仲卤代烷?伯卤代烷? CH3X
下页上页 退出
C H
3
Br
C H
3
CH
3
I I Br
C H
3
C H
3
CH
3C +
+C
丙酮一定条件下,叔卤代烷也按 SN2机制进行。
强亲核试剂下页上页 退出小结 影响亲核取代反应的因素
对于 SN2历程,卤代烷的活性次序为:
CH3X?伯卤代烷?仲卤代烷?叔卤代烷对于 SN1历程,卤代烷的活性次序为:
叔卤代烷?仲卤代烷?伯卤代烷?CH3X
叔卤代烷主要按 SN1历程进行;而伯卤代烷主要按 SN2历程进行反应;仲卤代烷则介于二者之间,即两种历程兼而有之,倾向于哪种历程则取决于具体反应条件下页上页 退出
不同卤素的卤代烷反应活性为:
R-I > R-Br > R-Cl
亲核试剂的亲核性和浓度的改变,对 SN1
反应无明显影响;亲核试剂的亲核性和浓度越大,反应按 SN2进行的趋势越大。而在其他条件相同时,反应速度也越快;
溶剂极性增加对 SN1有利,对 SN2历程不利;
下页上页 退出
1.请比较下列各组化合物进行 SN1反应时的速率课堂练习
C H 3
Br
C H 3
CC H
2 B r
C H C H 3
Br
② ①③
下页上页 退出
(4)增加溶剂的含水量,反应速率明显加快。
2.卤代烃与氢氧化钠在水与乙醇的混合物中进行反应,指出下列哪些属于 SN2机理,哪些属于
SN1机理。
(1)产物的构型完全转变;
(2)碱浓度增加,反应速率加快;
(3)叔卤代烃的反应速率大于仲卤代烷的反应速率;
SN2
SN2
SN1
SN1
下页上页 退出课堂练习:
3.推测下列亲核取代反应主要是按 SN1还是按 SN2
历程进行?
H O C H 3 I C H 3 O H I- + +①
空间位阻小
SN2
下页上页 退出
N H 3 C H 3 C H 2 I C H 3 C H 2 N H 3 I+ +
+

空间位阻小较强的亲核试剂 SN2
下页上页 退出
( C H 3 ) 2 C H B r OH 2 ( C H 3 ) 2 C H O H BrH+ +③
SN1
亲核性弱,
极性大
C H
2
B r
OH
2
H C O O H
C H
2
O H
C H
2
B r
C H
3
OH
2
H C O O H
C H
2
O H
C H
3
速度与 [H2O]无关同样条件下,
速度是前者的
58倍
C H
2
B r
C H
3
C
2
H
5
O N a
C
2
H
5
O H
C H
2
O C
2
H
5
C H
3
C H
2
B r
C
2
H
5
O N a
C
2
H
5
O H
C H
2
O C
2
H
5
速度与 [C2H5O-] [RBr]有关同样条件下,
速度是前者的
1.5倍
SN1
SN2
4.解释下列实验现象下页上页 退出
C H
2
B r
OH
2
H C O O H
C H
2
+
CH3
SN1过程有中间体正碳离子生成,甲基的推电子作用使正碳离子稳定性增加,因而速度明显加快
SN2过程无中间体正碳离子生成,苯环上增加一个甲基对反应速度影响不大 。
下页上页 退出返回退出下页
7.4.3 卤代烷的消除反应及机理
(1)卤代烷消除反应及查依采夫规则
(2)双分子反应历程
(3)单分子反应历程
(4)亲核取代反应和消除反应的竞争上页下页上页 退出卤代烷与强碱的醇溶液共热,脱去卤原子和相邻碳上的氢原子( β-H) 生成烯烃。这种分子中失去一个简单分子形成不饱和键的反应称为 消除反应
(Elimination Reaction),用 E表示。消除反应是制备烯烃的重要方法。
β -H
C H 3 C H C H 2 K O H
C 2 H 5 O H
C H 3 C H C H 2 K X OH 2
H X
++ +
(1)卤代烷消除反应及查依采夫规则下页上页 退出查依采夫 (A·M·Saytzeff)规则二级和三级卤代烷脱卤化氢时,反应可以在碳链的不同方向进行,得到不同的产物,但其中占优势的产物是从含氢较少的 β-碳原子上脱去氢原子而生成的烯烃,最稳定的烯烃通常是取代基最多的烯烃。
C H 3 C H C H 2
K O H C 2 H 5 O H
C H 3 C H C H
Br
C H 3 C H 3 C H 2 C H C H 2 C H 3+
81% 19%
C H 3 C H 2
K O H C 2 H 5 O H
C H 3 C H C ( C H 3 ) 2C H 3
Br
C H 3
C H 3 C H 2 C H C H
2+
71% 29%
C
含氢较少含氢较少下页上页 退出邻二卤化物除了能发生脱卤化氢反应生成炔烃或较稳定的共轭二烯烃外,也可发生脱去卤素生成烯烃的反应。
XX
Zn Z n X 2C C +
乙醇
+ C C
返回下页上页 退出双分 E2与 SN2反应历程很相似,不同的是 SN2
反应中试剂进攻的是 α-碳原子,而在 E2反应中试剂进攻的是 β-氢原子,使其以质子形式离去,同时卤素带着一对电子离去而生成烯烃。
反应是一步完成的,反应速率与卤代烷的浓度及亲核试剂的浓度都成正比。
(2) 双分子消除历程 (E2)
下页上页 退出双分子消除历程 (E2)
动画下页上页 退出
E2反应进程能量变化图下页上页 退出
E2与 SN2比较消除反应生成烯烃亲核试剂进攻 α -碳 亲核取代反应生成醇碱进攻
β -氢
C H 3 C H C H 2 X
H
O H
C H 3
C H C H 2 X
H
H O
C H 3 C H C H 2 X OH 2
αβ
-

δ -
+ - +
O H
XX
H
H
H
XOH
H
H H
OH
H
H
H-
-
δδ
-
+
-
C+ C C
返回下页上页 退出单 E1与 SN1反应有相似历程,区别在于第二步,不是正碳离子与亲核试剂结合生成取代产物,而是正碳离子脱去 β-氢原子生成消除产物。反应速率只和卤代烷的浓度有关。
(3) 单分子消除历程 (E1)
下页上页 退出单分子消除历程 (E1)
动画下页上页 退出
E1反应进程能量变化图下页上页 退出
C H
3
X
C H
3
CH
3
X
C H
3
C H
3
CH
3
C +C +

C H 3
CH 3O H
C H 3
C H 3
CH 3 C H 2 OH 2C+C + +

C H 3
CH 3
C H 3
O H
C H 3
C H 3
CH 3 O HC+C +
快亲核取代反应消除反应第二步第一步与亲核试剂结合生成取代产物脱去 β -氢原子生成烯烃
E1与 SN1比较下页上页 退出
E1或 SN1反应中生成的正碳离子还可以发生重排而转变为更稳定的正碳离子,然后再消除质子或与亲核试剂作用。
CH
3 C H 2 B r
C H
3
C H
3
C
2
H
5
O H
Br
CH
3 C H 2
C H
3
C H
3
CH
3 C H 2 C H 3
C H
3
C C
+ 重排
1,2 - 甲 基迁移
C
+
CH 3 C H 2 C H 3
C H 3
H
+
CH 3 C H C H 3
C H 3
C
+
C
重排反应是 E1或 SN1反应历程的标志。
返回正碳离子重排下页上页 退出亲核取代反应和消除反应是伴随发生的,
产物中同时存在消除产物和取代产物,二者的比例受卤代烷的结构、进攻试剂的性质、
温度、溶剂等多种因素的影响,通过控制反应条件可使某种产物为主。
(4) 亲核取代反应和消除反应的竞争下页上页 退出没有支链的伯卤烷与强亲核试剂作用,主要起 SN2
反应。如卤烷 α碳原子上支链增加,对 α碳原子进攻的空间位阻加大,则不利于 SN2而有利于 E2。
溴烷 温度 /℃ SN2产物 /% E2产物 /%
CH3CH2Br 55 99 1
(CH3)2CHBr 25 19.7 80.3
(CH3)3CBr 25 <3 >97
溴烷在乙醇钠的乙醇中反应下页上页 退出
β碳原子上有支链的伯卤烷容易发生消除反应,因为 β碳原子上的烃基会阻碍试剂从背面接近 α碳原子而不利于 SN2的进行。
溴烷在乙醇钠的乙醇中反应溴烷 温度 /℃ SN2产物 /% E2产物 /%
CH3CH2CH2CH2Br 55 91 9
(CH3)2CHCH2Br 55 40.4 59.6
55 4.4 94.6
C H 2 C H 2 B r
下页上页 退出叔卤烷在没有强碱存在时起 SN1和 E1反应,得到取代产物和消除产物的混合物。
( C H
3
)
3
C B r
C
2
H
5
O H
( C H
3
)
3
C O C
2
H
5 ( C H 3 ) 2 C = C H 2+
19%81%
25 ℃
下页上页 退出叔卤烷 β碳原子上烷基增加时,则对 E1反应比
SN1反应更为有利。
下列叔卤烷在 25℃ 时与 80%乙醇作用,
CH
3
Cl
C H
3
C H
3
C H
3
C H
2
Cl
C H
3
C H
3
( H
3
C )
2
C H Cl
C H
3
C H
3
CH
3
Cl
C H ( C H
3
)
2
C H
3
C C C C
16 34 62 78
84 66 38 22
消 除 产 物 /%
取代 产 物 /%
下页上页 退出
β碳原子上有支链的仲卤烷更易发生消除反应。( C H
3
)
2
C H C H C H
3
( C H
3
)
2
C = C H C H
3
C H
3
C O O N a
C H
3
C O C H
3
( C H
3
)
2
C H C H C H
3
Br O C O C H 3
( C H
3
)
2
C H C H = C H
2
11%
89%
+ +
+
下页上页 退出一般常用叔卤烷制备烯烃,伯卤烷制备醇、
醚等取代产物;
试剂的碱性增加有利于消除;
溶剂的极性减小和温度增加有利于消除。
例,制备
C H 3
O M e
C H 3
CH 3 C
正确的方法是:
C H 3
O N a
C H 3
CH 3 C H 3 C l
C H 3
O M e
C H 3
CH 3C + C
C H
3
Cl
C H
3
CH
3
C H
3
O N a
C H
3
O M e
C H
3
CH
3
( C H
3
)
2
C C H
2
C +
C
不是:
叔卤代烷较易发生消除反应上页 退出下页 返回下页上页 退出
(1) 与金属镁的反应 与金卤代烃与金属镁在无水乙醚中反应,生成有机镁化合物
7.4.4 与金属的反应格利雅试剂无水乙醚
R X Mg R M g X+
下页上页 退出格利雅 (Grignard)试剂
RMgX表示多种有机镁化合物( R2Mg、
( RMgX)n) 的混合物,称为格利雅 (Grignard)
试剂,简称 格氏试剂 。格氏试剂中,金属原子直接与碳原子成键( Mg- C),这种金属原子直接与碳原子相连的化合物称为有机金属化合物。
格氏试剂能和多种含羰基的化合物 ( 如醛,酮,
酯,CO2等 ) 反应,生成相应的化合物,是有机合成中使用非常广泛的一种试剂 。
法国人。二十一岁时,
格利雅在里昂大学学习期间,
发现了烷基卤化镁试剂,即后以其姓氏命名的格氏试剂。
1906年,格利雅被里昂大学聘请为教授,1910年又担任了南雪大学的教授。在这段时间内,
他一直从事有机金属镁化物的研究,到第一次世界大战开始后,他改行从事重油裂解提取甲苯的工作。 1912年,由于格利雅在发明“格利雅试剂”和
“格利雅反应”中所作的重大贡献,而获得 诺贝尔化学奖。
维克多 ·格利雅
Victor Grignard
1871--1935
上页 退出下页下页上页 退出
(2) 与金属锂的反应一级或二级卤代烷在烃类溶剂中与金属锂作用可以直接生成有机锂化合物。
烷基锂的性质与格氏试剂相似,但比格氏试剂更为活泼,广泛用于有机合成 。
RX + Li RLi + LiXN2
-
10° C 烷基锂
7.4.4 与金属的反应下页上页 退出
(3) 与金属钠反应,
二分子卤代烷与金属钠共热,烃基发生偶联,生成烷烃和卤化钠,反应称为武慈
(Wurtz)反应。
2RX + 2Na R- R + 2NaX△
利用这个反应可以从较低级的卤代烷制备较高级的烷烃,但这种方法一般只适用于用同一种卤代烷为原料来制备烷烃,若用两种不同的卤代烷,则生成性质相似的交叉产物,分离困难。
7.4.4 与金属的反应返回退出下页
7.5 卤代烯烃的结构和化学性质
7.5.1 双键位置对卤素活泼性的影响
7.5.2 卤素位置对双键亲电加成反应的影响上页下页上页 退出
7.5.1 双键位置对卤素活泼性的影响
(1)乙烯型卤代烯烃氯原子不活泼
0.177nm 0.134nm
0.172nm 0.138nm
正常的键长值测量的键长值
Cl C H C H 2
+ -δδ
¨
下页上页 退出氯原子的未共用电子对所处的 p轨道与双键中的 π 轨道相互交盖,形成 p-π 共轭体系。氯原子上的电子云往碳原子方向偏转,发生了键长的平均化。
乙烯型卤代烯烃
H
H
H
CC
¨
Cl
下页上页 退出
C H 2 C H C H 2 C l
O H
CH 2 C H C H 2 Cl
- +
+
(2)烯丙型卤代烯烃氯原子很活泼下页上页 退出烯丙基正离子中,与双键相邻的碳原子上有一个空的 p轨道,它与双键的 π
轨道形成缺电子的 p-π 共轭体系。
空的 p轨道C C
CH
H
H
H
H
+
烯丙型卤代烯烃下页上页 退出
C H
3
C H C H C H
2
C l
O H
C H
3
C H C H C H
2
C H
3
C H C H C H
2
C H
3
C H C H C H
2
C H
3
C H C H C H
2
O H O H
-
+ +
+
C H
2
C H C H
2
C l
O H
CH
2
C H C H
2
C H
2
C H C H
2
CH
2
C H C H
2
O H
- + +
烯丙型卤代烯烃的水解发生烯丙位重排,
生成两种产物下页上页 退出
3-溴 -1-戊烯与 C2H5ONa在乙醇中的反应速率取决于 [RBr]和 [C2H5O-],产物是 3-乙氧基 -1-戊烯 A;
但当它与 C2H5OH反应时,反应速度只与 [RBr]有关,除了生成 A外,还生成 1-乙氧基 -2-戊烯 B,请解释反应结果 。
C H
3
C H
2
C H C H C H 2
O C
2
H
5
A
C H 3 C H 2 C H C H C H 2
O C 2 H 5B
课堂练习:
下页上页 退出
C H 3 C H 2 C H C H C H 2
Br
C 2 H 5 O N a
C H 3 C H 2 C H C H C H 2
O C 2 H 5
- -
亲核性强 SN2C H
3
C H
2
C H C H C H
2
Br
C H
3
C H
2
C H C H C H
2
O C
2
H
5
C
2
H
5
O H
C H
3
C H
2
C H C H C H
2
O C
2
H
5
C H
3
C H
2
C H C H C H
2
C H
3
C H
2
C H C H C H
2-
+
-
-
+
-
+
亲核性弱
SN1
下页上页 退出
CH2Cl( )
Cl( )CH2= CHCl
CH= CHCH2CH2Cl
(CH3- CH2Cl)
CH2=CH- CH2Cl
不作用室温时不作用,加热后产生白色沉淀立即产生白色沉淀
AgNO3,乙醇卤素原子的活泼性顺序:
烯丙型 (苄型 )>隔离型>乙烯型 (苯型 )
隔离型卤代烯烃的活泼性与相应的卤代烷烃的活泼性相当下页上页 退出
(1)乙烯型卤代烯烃
C H 2 C H Cl H C l C HC H 3 Cl
Cl
+
符合马氏规则
7.5.2 卤素对双键亲电加成反应的影响下页上页 退出氯原子上的未共用 的 p电子离域使正碳离子更稳
C H
2
C H Cl H
+
C HC H
3
C H
2
C H
2
Cl
Cl
Cl
C H
3
C H
2
Cl
Cl
+
+
+
+
¨
乙烯型卤代烯烃符合马氏规则下页上页 退出反马加成
(2)烯丙型卤代烯烃
C H 2 C H C C l 3 H Cl C H 2
Cl
C H 2 C C l 3+
C H 2 C H C H 2 C l H Cl C H 2
Cl
C H 2 C H 2 C l+
- CCl3强吸电子诱导效应使正碳离子不稳定
C H
2
C H C C l
3
H
+
C H
2
C C l
3
C H
2
C H
2
C C l
3
C H
3
Cl
C H
2
C C l
3
C H
2
Cl
δ
+
δ

+
+
+
+
- CCl3强吸电子诱导效应改变了烯键电子云的分布烯丙型卤代烯烃反马加成上页 退出