§ 6-1 卤代烃的分类和命名一、分类二、命名
§ 6-2 卤代烷的性质一、物理性质二、化学性质
1.结构与性质
2.亲核取代反应内容提要
3.消除反应
4.与金属的反应
5.专题讨论
§ 6-3 卤代烯烃和卤代芳烃一、分类和命名二、结构与反应特性
§ 6-1 卤代烃的分类和命名 (p152)
一、卤代烃的分类卤代脂肪烃卤代芳香烃卤代饱和烃卤代不饱和烃 或脂链卤代烃脂环卤代烃第六章 卤代烃
Halohydrocarbon
1.按烃基种类氟代氯代溴代碘代一卤代二卤代多卤代
2.按卤原子的种类
3.按卤原子的个数
4.按卤素所连碳原子的种类伯,1° RCH2X
仲,2° R2CHX
叔,3° R3CX
二,命名
1.普通命名法 烃基卤正丁基氯
(CH3)2CHCH2Cl
CH3CH2CHBrCH3 (CH3)3CI
CH3CH2CH2CH2Cl
异丁基氯仲丁基溴 叔丁基碘
CH 2 C HC H 2 Cl
烯丙基氯
CH 2 Br
苄基溴
2.系统命名法 以卤素作为取代基
2-甲基 -3-溴丁烷
Br
1
2
3
4?
4321
BrCH 3
CH 3 C H C H C H 3
2-甲基 -3,3,5-三氯己烷
Cl Cl
Cl
1
2
4
5 15 3 2
Cl CH 3
Cl
Cl
CH 3 C H C H 2 C C H C H 3
C H ( C H 3 ) 2
Br
1-异丙基 -3-溴环己烷
3-氯甲基 -2-溴己烷
4
3
2
Cl
1
Br Br
1 2
3
4
5
6
Cl

2-丙基 -1-氯 -3-溴丁烷
Br
H
CH 3
CH 3 CH
H
C C
(E)-4-溴 -2-戊烯
C 6 H 5Cl
CH 3 C H C H C H 3
2-苯基 -3-氯丁烷
§ 6-2 卤代烷的理化性质一、物理性质 (p156)
1.C— X键为极性键,RX分子间作用力
↑→b.p.,m.p.和 d均高于相对分子质量与
RX相当的烷烃
2.同系列 M↑→ b.p.,m.p,↑
3.烷基相同,— X不同
M↑→ b.p.,m.p,↑
4.开链卤代烷:
一氯代烷(除甲烷外) d <1,溴代、碘代及多氯代烷 d >1;环状卤代烷,d >1; — X数目 ↑→ d ↑ ;
烷基相同时,dRI > dRBr > dRCl
5.不溶于水三、化学性质
1.结构与性质 (p153)
卤代烃属于烃的一类衍生物,— X官能团的引入,使分子中出现了 C— X极性共价键。卤代烷的化学性质几乎都是由 — X的存在引起的。
实际上,烃的衍生物的主要化学性质是官能团的反应。
但由于官能团的存在,会对其它官能团及烷基产生影响。反之,其它官能团及烷基对该官能团也有所影响。因此,对烃的衍生物,不仅要考虑所存在的各种官能团自身的性质,还要考虑官能团之间的相互影响所导致的特性以及官能团对烃基的影响。
α
H
R C H C H 2 X
H— Cl
H— Br
H— I
键的极性 ↑ 键的可极化度 ↑→ 酸性 ↑
C— Cl
C— Br
C— I
键的极性 ↑
键的可极化度 ↑
→ C— X键能 ↓
→ 键的断裂程度 ↑
2.亲核取代反应 (p157)
( Nucleophilic Substitution Reaction)
(1),OH- R X + N a O H R O H + N a X H 2 O
用容易得到的 RX制备 ROH
+? -
Nu C + X-+:Nu - C X
(2),OR-
Williamson合成法制备醚
(3),NH2-
R X + N H 3 R N H 2 + H X
NH3过量时,可得到伯胺
R X + R ' O N a R O R ' + N a X
(4),CN-
R X + K C N R C N + K X
R C O O H
H 2 O
H +
C 2 H 5 OH
(5),ONO2-
生成腈,有机合成上用于增长碳链鉴定卤代烷
C 2 H 5 O HR X + A g N O
3 R O N O 2 + A g X
(6),I-
RCl
RBr + N aI
CH 3 CO CH 3
R I + N aC lN aB r
卤离子交换反应鉴定 RCl,RBr
除了上述试剂以外,KSH,RSNa,RCOONa,
NaHSO3等亲核试剂也能与 RX发生亲核取代反应。
对于仲、叔卤代烷,如果分子中存在 2-3
种可消除的不同 β -氢原子,脱卤化氢时,氢原子主要是从含氢较少的 β -碳原子上脱去,
即主要生成双键碳原子上连有较多取代基的烯烃 —— Sayrzeff规则 。例如:
β α
XH
R C H C H 2 R C H C H 2 + H X
N a O H
C 2 H 5 OH
3.消除反应 ( Elimination Reaction,p161)
81% 19%
CH 3 C H C H C H 3 + C H 3 CH 2 C H C H 2
C 2 H 5 OH
K O H
Br
CH 3 C H C H C H 2
H H
β α β
71% 29%
CH 3 C H C ( C H 3 ) 2 + C H 3 C H 2 C C H 2
C H 3
C H 3 C H C C H 2
C H 3
B r
K O H
C 2 H 5 O H
H H
4.与金属的反应 (p160)
活泼的轻金属( Li,Mg,Al等)
R X + M g
无水乙醚
R M gX
格氏试剂
(Grignard regent)
格氏试剂在有机合成中用途极广,可用于制备烃、醇、醛、酮、羧酸等有机物。格氏试剂非常活泼,在制备及应用时,应尽量避免与空气、水和二氧化碳接触。
R M g X + O 2 R O M g X
H 2 O R O H + H O M g X
且需要用乙醚或四氢呋喃与格氏试剂形成溶剂化物质,以增强格氏试剂的稳定性。
C 2 H 5
C 2 H 5
O O
C 2 H 5
C 2 H 5
Mg
R
X
R M g X + H O H R H + H O M g X
① CO2/无水乙醚
② H2O/H+R M g X R C O O H
5.专题讨论讨论 1 亲核取代反应 (p157)
(1)单分子机理 SN1。 3° RX按此机理进行,包括两个基元反应:
δ + δ -
过渡态 1
反应定速步骤
( C H 3 ) 3 C Br
中间体
(C H 3 ) 3 C + + Br -

B r][( C H 3 ) 3 C①
整个反应速率取决于 [(CH3)3CBr],与 [OH-]无关,v = k[(CH3)3CBr] —— SN1
(2)双分子机理 SN2。 1° RX按此机理进行,
包括一个基元反应:


δ + δ -
过渡态 2
OH -
(C H 3 ) 3 C +
( C H 3 ) 3 C OH
[ ( C H 3 ) 3 C O H ]

SN1反应能量示意图
δ + δ -
OH - + 慢
δ - δ -
过渡态快
sp3
H
C B r
H
H
s p
3
H O C
H
H
H
+ B r
sp2
C
H
H H
[ H O B r ]
动反应中 C— Br键的断裂和 C— OH键的形成同时进行,先形成过渡态,再生成产物。反应中,
C,sp3→sp 2→sp 3。 [RBr]和 [OH-] ↑→ v↑,
v = k[RBr] [OH-] —— SN2
SN2反应能量示意图
(3)影响亲核取代反应的因素从化学反应动力学可知,反应速率取决于反应速率常数 k和反应物浓度,当温度恒定时,k值又取决于活化能的大小 。 影响卤代烷亲核取代反应活化能的主要因素包括,卤代烷 R— 的结构,X— 的种类,,Nu-的亲核能力和溶剂的极性 。
① R— 的结构
SN1:正碳离子中间体稳定性 ↑→ 形成正碳离子所需的活化能 ↓→ k ↑→ v↑,所以 RX
的反应活性次序为
3° > 2° > 1° > CH3X
SN2:中心碳原子电子密度 ↓,周围空间位阻 ↓→,Nu-越容易接近中心碳原子 → 形成过渡态所需的活化能 ↓→ k ↑→ v↑,所以 RX的反应活性次序为
3° < 2° < 1° < CH3X
② 卤原子的种类 无论是 SN1还是 SN2
历程,都涉及 C— X键的断裂,均与 — X离去的趋势有关,因此当 R— 结构,:Nu-、溶剂相同时,卤代烷的反应活性为
RI> RBr> RCl
③ 亲核试剂的亲核能力 亲核试剂的亲核能力主要影响 SN2历程:
Ⅰ,亲核原子相同,极性溶剂:试剂碱性 ↑→
亲核能力 ↑ 。例如
C2H5O- > HO- > C6H5O- > CH3COO-
Ⅱ,亲核原子为同一主族:可极化度 ↑→
亲核能力 ↑,例如 I- > Br- > Cl- > F-
Ⅲ,亲核原子为同一周期:原子序数 ↓→
亲核能力 ↑,例如 NH2- > HO- > F-
④ 溶剂的极性溶剂极性 ↑→ 形成正碳离子的趋势 ↑→
按 SN1历程进行的趋势 ↑
一般来说,1° RX容易按 SN2历程进行,
3° RX容易按 SN1历程进行,2° RX可同时按两种历程进行,但究竟以哪种为主,则取决于反应条件。
(4)产物的构型如果 RX的中心碳原子是手性碳、分子有旋光活性时,反应还涉及产物的构型。
① SN1 外消旋化动
C Cl
H
CH 3
C 6 H 5
H
CH 3
C 6 H 5
CHO
+
(S)-?-氯代乙苯平面构型
(R)-?-苯乙醇构型转化 (51%)
(S)-?-苯乙醇构型保持 (49%)
C +
H
CH 3 C 6 H 5
+
OH-
49%
外消旋化
② SN2 构型转化 —— Walden转化
CH 3
H
C 6 H 13
C I128 I - +
C 6 H 13
H
CH 3
128 I C
(S)-2-碘辛烷 过渡态
(R)-2-碘 (128I)辛烷注意右旋或左旋与构型转化无关动
CH 3H
I128 I
C 6 H 13
C? -? -
讨论 2 消除反应( Elimination reaction,p161)
(1)单分子机理 E1。 v = k[RX]

( C H 3 ) 3 C B r ( C H 3 ) 3 C + + B r -
OH-进攻 α -C


( C H 3 ) 3 C O H
( C H 3 ) 2 C C H 2
OH-进攻 β -H
α β
OH -
( C H 3 ) 2 C + CH 2
H

R C H 2 C (C H 3 ) 2+
R C H 2 C ( C H 3 ) 2
Br R C H C ( C H 3 ) 2
R C H 2 C C H 2
CH 3
E
反应进程
E1反应能量示意图
(2)双分子机理 E2。 v = k[RX] [OH-]
-
- 过渡态 C,sp2
C C + H 2 O + X
C C
X
H
+ O H
C,sp3 C C
X
H
O H

Br
R 2 C H C H C H 2 R + O H -R 2 C C H C H 2 R
R 2 C H C H C H R
R 2 C C C H 2 R
Br
HH O H
-
-
OH
H
HH
R 2 C H C C R
Br
-
-
E
反应进程
E2反应能量示意图 9
(3)反应物活性
E1:正碳离子中间体稳定性 ↑→ v↑
E2,3° RX生成的烯烃最稳定
RX的反应活性次序为
3° > 2° > 1° RX
(4)影响消除和取代反应的因素卤代烷既能发生取代反应,又能发生消除反应,二者不但同时进行,而且互相竞争,主要发生哪种反应,则取决于卤代烷的结构、亲核试剂的碱性、溶剂和反应温度等。一般来说,
叔卤代烷容易发生消除反应;亲核试剂碱性增强,反应温度升高,溶剂极性减弱有利于发生消除反应,反之则容易发生取代反应。
烯丙基型
CH 2 X
R
C H X
R C H C HC H 2 X
R
R C H C H C H X
R C H C HC R 2 X
CR 2 X
§ 6-3 卤代烯烃和卤代芳烃 (p165)
一,分类隔离型乙烯型
R C H C H ( C H 2 ) n X
( C H 2 ) n X
( n≥ 2)
R C H C H X
X
二、结构与反应特性
1.亲核取代反应活性
SN2:
烯丙基型 > CH3X> 1° RX> 2° RX> 3° RX
>乙烯型
3°,2°,1° RX包括相应的隔离型卤代烯烃和卤代芳烃 )
> 2° RX> 1° RX> CH3X>乙烯型烯丙基型 3° RX
SN1:
烯丙基氯与 OH-
反应时的过渡态
C
H
H
C C
H
H
H O
C l
H
-
-
所以,对卤代烯烃和卤代芳烃的任何取代反应,无论是 SN1还是 SN2历程,反应活性最高的是烯丙基型,而乙烯型则不发生反应。
例如:
B r C H C H C H 2 CH 2 O H
H 2 O,
N a O HB r C H C H C H
2 C H 2 C l
2.鉴定
AgNO3/醇溶液:与卤代烃的取代反应属于
SN1历程,所以烯丙基型,3° R
2° RX,1° RX
乙烯型 C 2 H 5 OH
A g N O 3
室温,√,↓
Δ,√,↓
Δ,×
烃的衍生物 烃衍生物的性质包括:官能团的性质以及官能团与烃基之间相互影响产生的特性。
卤代烷 取代反应的试剂,条件,生成物及其应用;
取代反应的历程及影响因素;
消除反应的试剂,条件,消除取向;
消除反应的历程及影响因素;
格氏试剂的制备。
本章小结卤代烯烃和卤代芳烃卤代烯烃和卤代芳烃的分类及其亲核取代反应活性。
卤代烃的鉴别 AgNO3/C2H5OH