有机化学第九章卤代烷幻灯片.ppt
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1、有机化学第九章卤代烷第1页,共32页,编辑于2022年,星期六第九章第九章 卤代烃卤代烃9 alkyl halides分类分类(Classification)按烃基结按烃基结构分类:构分类:饱和卤代烃饱和卤代烃不饱和卤代烃不饱和卤代烃卤代芳烃卤代芳烃按卤素数按卤素数目分类:目分类:一卤代烃一卤代烃 CH3Cl二卤代烃二卤代烃 CH2ClCH2Br多卤代烃多卤代烃 CHBr3按卤素所按卤素所连碳原子连碳原子分类:分类:伯卤代烃伯卤代烃 CH3CH2Cl仲卤代烃仲卤代烃 CH3CHBrCH2CH3叔卤代烃叔卤代烃 (CH3)3CCl按卤素种按卤素种类分类:类分类:氟代烃氟代烃 CHF3氯代烃氯代烃
2、 CHCl3溴代烃溴代烃 CHBr3碘代烃碘代烃 CHI3CH3CH2ICH2=CHCHBr2Cl第2页,共32页,编辑于2022年,星期六结构结构命名命名习惯命名:习惯命名:某烃基卤某烃基卤第一节第一节 卤代烃的结构和命名卤代烃的结构和命名9.1 Structure and nomenclature of alkyl halidesCCl CBr C I 176 194 214 338.9 284.5 217.6 键长键长(pm)R C X+-极性共价键,成键电子对偏向X.(CH3)2CHCH2ICH3CH2CHCH3Br(CH3)3CCl异丁基碘异丁基碘isobutyl Iodide仲丁基
3、溴仲丁基溴Sec-butyl bromide叔丁基氯叔丁基氯Tert-butyl chloride键能键能(kJ/mol)第3页,共32页,编辑于2022年,星期六系统命名:系统命名:饱和卤代烃的命名是以烃为母体命名。从靠近取代基的一端开始编饱和卤代烃的命名是以烃为母体命名。从靠近取代基的一端开始编号,并按号,并按“次序规则次序规则”顺序,顺序,“较优较优”基团后列出。基团后列出。CH3CH2CHCHCH3CH3ClCH3CHCH2CHCH3CH3Br3-甲基甲基-2-氯戊烷氯戊烷2-Chloro-3-methylpentane2-甲基甲基-4-溴戊烷溴戊烷2-Bromo-4-methylpe
4、ntaneIHCH2IC2H5(S)-1,2-二碘丁烷二碘丁烷(S)-1,2-diiodobutaneCH3C2H5HBrClH(2S,3R)-3-氯氯-2-溴戊烷溴戊烷(2S,3R)-2-Bromo-3-chloropentane第4页,共32页,编辑于2022年,星期六X第二节第二节 卤代烃的制备卤代烃的制备烷烃的卤代烷烃的卤代 如:如:不饱和烃与卤素或卤化氢的加成不饱和烃与卤素或卤化氢的加成CH3-CH2-CH3+Cl2 CH3-CH-CH3光照光照ClR-CH=CH-R +X2 R-CH-CH-R X XCH3-CH=CH2+HX CH3-CH-CH3CH3-CH=CH2+HBr CH
5、3CH2CH2Br过氧化物过氧化物第5页,共32页,编辑于2022年,星期六CH2=CH-CH2 +烯烃或芳烃烯烃或芳烃-H的卤代的卤代由醇制备由醇制备卤素交换反应:制备碘代烷卤素交换反应:制备碘代烷CH3-CH=CH2+Cl2 CH2-CH=CH2500Cl 实验室制备实验室制备-溴代烯烃溴代烯烃或或芳烃芳烃时,常用时,常用N-溴代丁二酰亚胺溴代丁二酰亚胺(简称(简称NBS)做卤代试剂。)做卤代试剂。NBrCH2-CCH2-C=OO+CH2=CH-CH3(C6H5CO)2O2CCl4煮沸煮沸BrN-HCH2-CCH2-C=OO-CH2CH3 +NBS 引发剂引发剂CCl4-CHCH3 BrR
6、-OH+HX R-X+H2OR-Cl +NaI R-I+NaCl丙酮丙酮第6页,共32页,编辑于2022年,星期六第三节第三节 卤代烷的物理性质卤代烷的物理性质9.3 Physical properties of haloalkanes物态:物态:氯甲烷、氯乙烷、溴甲烷常温常压下为气态,其余为液态或固氯甲烷、氯乙烷、溴甲烷常温常压下为气态,其余为液态或固态。无色,但碘代烷在放置过程中易分解产生游离的碘,常呈棕红色。态。无色,但碘代烷在放置过程中易分解产生游离的碘,常呈棕红色。大多数卤代烃有特殊气味。芳环侧链与卤素相连的芳烃衍生物具有刺大多数卤代烃有特殊气味。芳环侧链与卤素相连的芳烃衍生物具有刺
7、激性气味和毒性。激性气味和毒性。沸点:沸点:一卤代直链烷烃的沸点随烃基碳原子数及卤素的原子一卤代直链烷烃的沸点随烃基碳原子数及卤素的原子量增加而升高。量增加而升高。密度:密度:一氯代烷密度小于一氯代烷密度小于1,其余卤代烷密度均大于,其余卤代烷密度均大于1。溶解度:溶解度:不溶于水,能溶于醇、醚、烃类等有机溶剂。一些卤不溶于水,能溶于醇、醚、烃类等有机溶剂。一些卤代烃如代烃如CH2Cl2、CHCl3等是常用的有机溶剂。等是常用的有机溶剂。第7页,共32页,编辑于2022年,星期六第四节第四节 亲核取代反应亲核取代反应9.4 Nucleophilic substitution reactions
8、定义:定义:有机化合物分子中的原子或原子团被亲核试剂取有机化合物分子中的原子或原子团被亲核试剂取代的反应称为亲核取代反应。代的反应称为亲核取代反应。反应包括中心碳原子与离去基团相连的键断裂,反应包括中心碳原子与离去基团相连的键断裂,进入基团进入基团(亲核试剂亲核试剂)和中心碳原子构成新键。和中心碳原子构成新键。RX +Nu:-RNu +X-底物底物 亲核试剂亲核试剂产物产物离去基团离去基团一般是负离子或带孤电子对的中性分子如:CN-、NH3、RO-、OH-等。第8页,共32页,编辑于2022年,星期六具体的亲核取代反应具体的亲核取代反应水解水解 醇醇与醇钠作用与醇钠作用 醚(醚(William
9、son 合成)合成)R-X+H2O R-OH+HXNaOHNaX+H2OR-X+RONa R-O-R+NaXROH注意:注意:用用Williamson合成法制备混合醚时,一般选用伯卤烷为原料,合成法制备混合醚时,一般选用伯卤烷为原料,因仲、叔卤烷在此条件下易发生消除反应。如:因仲、叔卤烷在此条件下易发生消除反应。如:制备乙基叔丁基醚:制备乙基叔丁基醚:C2H5Cl+(CH3)3C-ONa C2H5-O-C(CH3)3+NaCl(CH3)3COH(CH3)3C-Cl+C2H5ONa (CH3)2C=CH2+NaClC2H5OH第9页,共32页,编辑于2022年,星期六与氨作用与氨作用 胺胺与氰化
10、钠作用与氰化钠作用 腈腈被碘取代被碘取代 碘代烷碘代烷(卤素交换卤素交换)R-X+NH3 RNH2 R2NH R3N R4N+X-RXRXRXR-X+NaCN R-CN+NaX醇醇注意:注意:生成的产物腈较原料卤代烷增加了生成的产物腈较原料卤代烷增加了1个碳原子,是有机合个碳原子,是有机合成中增长碳链的一种方法。成中增长碳链的一种方法。如:用如:用C2H5Cl为原料合成为原料合成C2H5COOHC2H5Cl+NaCN C2H5CN C2H5COOH 醇醇H2O/H+RCl+NaI R-I+NaCl丙酮丙酮RBr+NaI R-I+NaBr丙酮丙酮常用于制备碘代烷。常用于制备碘代烷。第10页,共3
11、2页,编辑于2022年,星期六与硝酸银作用与硝酸银作用 硝酸酯卤化银硝酸酯卤化银 根据生成的卤化银沉淀的颜色和速度的快慢,本反应根据生成的卤化银沉淀的颜色和速度的快慢,本反应可用于卤代烷的鉴别。可用于卤代烷的鉴别。卤代烷与硝酸银的醇溶液反应的相对活性是:卤代烷与硝酸银的醇溶液反应的相对活性是:叔卤烷叔卤烷仲卤烷仲卤烷伯卤烷伯卤烷甲基卤烷甲基卤烷 RI RBr RCl如:鉴别正丁基氯、仲丁基氯、叔丁基氯如:鉴别正丁基氯、仲丁基氯、叔丁基氯R-X+AgNO3 R-ONO2+AgX醇醇CH3CH2CH2CH2ClCH3CHCH2CH3Cl(CH3)3CClAgNO3/醇醇10 min后后或加热后或加
12、热后2 min后后一分钟内一分钟内第11页,共32页,编辑于2022年,星期六反应机理反应机理双分子亲核取代反应机理双分子亲核取代反应机理(SN2)过渡态过渡态亲核试剂从背后进攻亲核试剂从背后进攻sp3杂化sp2杂化sp3杂化特点:特点:1 反应一步完成,属于协同反应。只有一个过渡态。反应一步完成,属于协同反应。只有一个过渡态。2 反应速率与卤代烷的浓度及碱的浓度均成正比。即:反应速率与卤代烷的浓度及碱的浓度均成正比。即:kCH3BrOH-第12页,共32页,编辑于2022年,星期六单分子亲核取代反应机理单分子亲核取代反应机理碳正离子中间体碳正离子中间体sp3杂化过渡态过渡态1sp2杂化sp3
13、杂化过渡态过渡态2sp2杂化快快慢慢特点:特点:1 反应分两步完成,有两个过渡态,一个活性中间体。反应分两步完成,有两个过渡态,一个活性中间体。2 反应速率只与卤代烷的浓度成正比。即反应速率只与卤代烷的浓度成正比。即:k(CH3)3CBr 第13页,共32页,编辑于2022年,星期六亲核取代反应的能线图亲核取代反应的能线图能能量量反应进程反应进程HOCH3BrCH3Br+OH-EaCH3OH+Br-SN2反应的能线图反应的能线图Ea1反应进程反应进程(CH3)3COH+Br-能能量量(CH3)3CBr+OH-(CH3)3C+-+-SN1反应的能线图反应的能线图比较:比较:在在SN2反应中,过渡
14、态位于能量曲线的峰顶,它与原料之间反应中,过渡态位于能量曲线的峰顶,它与原料之间的能量差就是反应的活化能;在的能量差就是反应的活化能;在SN1反应中,两个过渡态位于峰顶,而反应中,两个过渡态位于峰顶,而作为活性中间体的叔丁基碳正离子位于两个峰之间的谷底,作为活性中间体的叔丁基碳正离子位于两个峰之间的谷底,SN1反应的速反应的速度决定于第一步的活化能。度决定于第一步的活化能。第14页,共32页,编辑于2022年,星期六反应的立体化学反应的立体化学SN2反应反应亲核试剂从背后进攻亲核试剂从背后进攻 在在SN2反应中,如果原料中心碳是手性碳,则反应后产物的手反应中,如果原料中心碳是手性碳,则反应后产
15、物的手性碳构型发生了翻转性碳构型发生了翻转(瓦尔登转化)。如果亲核试剂和离去基团瓦尔登转化)。如果亲核试剂和离去基团是相同的原子或原子团,则原料与产物的中心碳原子构型相反。是相同的原子或原子团,则原料与产物的中心碳原子构型相反。第15页,共32页,编辑于2022年,星期六SN1反应反应Nu构型保持产物构型保持产物构型翻转产物构型翻转产物原料原料 在在SN1反应中,反应是通过一个碳正离子发生的,由于碳正离子反应中,反应是通过一个碳正离子发生的,由于碳正离子是一个三角形的平面结构,亲核试剂与碳正离子反应时,可以从平是一个三角形的平面结构,亲核试剂与碳正离子反应时,可以从平面两侧进攻,而且机会相等,
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