有机化学c卤代烃.ppt
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1、有机化学c卤代烃现在学习的是第1页,共58页学习要求:学习要求:1 1、了解卤代烃的分类、同分异构、命名和物理性质。、了解卤代烃的分类、同分异构、命名和物理性质。2 2、掌握卤代烃的化学性质及不同卤代烃活性的差异。、掌握卤代烃的化学性质及不同卤代烃活性的差异。3 3、了解亲核取代反应历程,、了解亲核取代反应历程,S SN N1 1和和S SN N2 2历程历程的竞争。的竞争。4 4、掌握消除反应的方向:、掌握消除反应的方向:SaytzeffSaytzeff规则规则。5 5、掌握卤代烃的制法。、掌握卤代烃的制法。6 6、了解消除反应与亲核取代反应的竞争。、了解消除反应与亲核取代反应的竞争。现在学
2、习的是第2页,共58页卤代烃是烃分子中一个或多个氢原子被卤原子取代而生成的卤代烃是烃分子中一个或多个氢原子被卤原子取代而生成的化合物。化合物。R-X因因C-X键键是是极极性性键键,性性质质较较活活泼泼,能能发发生生多多种种化化学学反反应应转转化化成成各各种种其其它它类类型型的的化化合合物物,所所以以卤卤代代烃烃是是有有机机合合成成的的重重要要中中间间体体,在在有有机机合合成成中中起起着着桥桥梁梁的的作作用用。同同时时卤卤代代烃烃在在工工业业、农农业业、医医药药和和日日常常生活中都有广泛的应用。卤代烃是一类重要的化合物。生活中都有广泛的应用。卤代烃是一类重要的化合物。概述概述现在学习的是第3页,
3、共58页6.1卤代烃的分类卤代烃的分类按按烃基结构烃基结构分类:饱和卤代烃、不饱和分类:饱和卤代烃、不饱和卤代烃、芳香卤代烃卤代烃、芳香卤代烃按按卤原子个数卤原子个数分类:单卤代烃、二卤代分类:单卤代烃、二卤代烃、多卤代烃烃、多卤代烃按按卤素所连碳原子卤素所连碳原子的结构分类:一级卤的结构分类:一级卤代烃、二级卤代烃、三级卤代烃代烃、二级卤代烃、三级卤代烃卤代烃可以看做是分子的氢原子被卤原子卤代烃可以看做是分子的氢原子被卤原子取代的产物取代的产物(R-X)现在学习的是第4页,共58页一般以一般以烃烃为为主体主体,卤原子为取代基,按系统命名法命,卤原子为取代基,按系统命名法命名名CH3ClCCl
4、2F2CH3CH2CH2CH2Br一氯甲烷一氯甲烷(甲基氯甲基氯)二氟二氯甲烷二氟二氯甲烷1溴丁烷溴丁烷(正丁基溴正丁基溴)6.2命名命名现在学习的是第5页,共58页氯化苄氯化苄(苄基氯)苄基氯)邻氯甲苯邻氯甲苯(2-氯氯甲苯甲苯)-氯代萘氯代萘现在学习的是第6页,共58页系统命名法系统命名法:选择含卤原子的最长碳链为主链;编号由距取代基最近端开:选择含卤原子的最长碳链为主链;编号由距取代基最近端开始,如有其它支链,始,如有其它支链,把卤原子放在支链后面把卤原子放在支链后面:2-甲基-4-溴戊烷 4-溴-2-戊烯习惯用的名称习惯用的名称氯化苄氯化苄氯仿氯仿碘仿碘仿现在学习的是第7页,共58页课
5、堂练习课堂练习:命名下列化合物命名下列化合物1氯丁烷氯丁烷(正丁基氯正丁基氯)(伯卤代烃伯卤代烃)2氯丁烷氯丁烷(仲丁基氯仲丁基氯)(仲卤代烃仲卤代烃)2甲基甲基2氯丙烷氯丙烷(叔丁基氯叔丁基氯)(叔卤代烃叔卤代烃)以上三者皆为同分异构体,碳链不同或卤原子位置不同。根据与卤原子相以上三者皆为同分异构体,碳链不同或卤原子位置不同。根据与卤原子相连的碳原子不同,分为连的碳原子不同,分为伯、仲伯、仲和和叔叔卤代烃。卤代烃。现在学习的是第8页,共58页同分异构现象同分异构现象 卤代烃的同分异构体数目比相应的烷烃的异构体要多,例卤代烃的同分异构体数目比相应的烷烃的异构体要多,例如,一卤代烃除了碳干异构外
6、,如,一卤代烃除了碳干异构外,还有卤原子的位置异构。还有卤原子的位置异构。现在学习的是第9页,共58页6.3物理性质物理性质1.状态状态:氯甲烷、溴甲烷、氯乙烷、氯乙烯等卤代烃为气体,大:氯甲烷、溴甲烷、氯乙烷、氯乙烯等卤代烃为气体,大多数为液体。多数为液体。2.溶解性溶解性:不溶于水,与烃类任意比互溶,常做有机溶剂。:不溶于水,与烃类任意比互溶,常做有机溶剂。3.沸点和密度沸点和密度:烃基相同时,卤代烃的沸点和密度依氯代烃、:烃基相同时,卤代烃的沸点和密度依氯代烃、溴代烃、碘代烃的次序递增。异构体中,支链越多,沸点越低。溴代烃、碘代烃的次序递增。异构体中,支链越多,沸点越低。溴代烃、碘代烃及
7、多卤代烃的相对密度大于溴代烃、碘代烃及多卤代烃的相对密度大于1。现在学习的是第10页,共58页6.4卤代烷的化学性质卤代烷的化学性质卤代烃的化学性质活泼,且主要发生在卤代烃的化学性质活泼,且主要发生在C CX X 键上。因:键上。因:1.1.分子中分子中 键为极性共价键键为极性共价键 ,碳带部分正电荷,碳带部分正电荷,易受带负电荷或孤电子对的易受带负电荷或孤电子对的亲核试剂亲核试剂的进攻。的进攻。2.2.分子中分子中CX CX 键的键能(键的键能(CFCF除外)都比除外)都比CHCH键小。键小。键键 C CH CH CCl CCl CBr CBr CI I 键能键能KJ/mol 414 339
8、 285 218 KJ/mol 414 339 285 218 故故CX CX 键比键比CHCH键容易断裂而发生各种化学反应。键容易断裂而发生各种化学反应。现在学习的是第11页,共58页一、一、亲核取代反应:亲核取代反应:卤卤原原子子电电负负性性大大,CX键键中中的的共共用用电电子子对对偏偏向向卤卤原原子子,从从而而使使碳碳原原子子带带微微量量正电荷,正电荷,容易受亲核试剂进攻容易受亲核试剂进攻,卤原子带着共用电子对离去。,卤原子带着共用电子对离去。亲核取代反应亲核取代反应:起始于亲核试剂的进攻而发生的取代反应:起始于亲核试剂的进攻而发生的取代反应+-亲核试剂亲核试剂底物底物离去基团离去基团产
9、物产物反应活性:反应活性:现在学习的是第12页,共58页是亲核试剂,用Nu表示。称为卤代烃的亲核取代反应,SN反应。X:离去基团。Nu:进入基团,亲核试剂。现在学习的是第13页,共58页1:被:被羟基羟基取代:取代:NaOH或或KOH水溶液中共热,生成醇。水溶液中共热,生成醇。2:被被烷氧基烷氧基取代:与醇钠作用生成醚。取代:与醇钠作用生成醚。Williamson(威廉逊)(威廉逊)合成法:用来合成法:用来合成两个烃基不同的醚合成两个烃基不同的醚。3:被被氨基氨基取代:与氨气作用生成胺:取代:与氨气作用生成胺:1RX1RX现在学习的是第14页,共58页4、被被氰基氰基取代:与氰化钠取代:与氰化
10、钠(或氰化钾或氰化钾)的醇溶液共热,得到腈,的醇溶液共热,得到腈,腈水解得到腈水解得到羧酸比原来的卤代烃羧酸比原来的卤代烃多一个碳原子多一个碳原子:腈腈增长碳链增长碳链1RX1RX现在学习的是第15页,共58页卤代烃的反应活性为:卤代烃的反应活性为:R3C-XR2CH-XRCH2-XR-IR-BrR-Cl6.卤离子交换卤离子交换反应:反应:NaBr与与NaCl不溶于丙酮,而不溶于丙酮,而NaI却溶于丙酮,从而却溶于丙酮,从而有利于反应的进行。有利于反应的进行。5.5.与与AgNOAgNO3 3醇醇溶液反应溶液反应 现在学习的是第16页,共58页二、消除反应:二、消除反应:卤卤代代烃烃在在碱碱的
11、的醇醇溶溶液液中中加加热热脱脱去去一一分分子子卤卤化化氢氢,形形成成烯烯烃烃。这这种种由由一一分分子子中中脱脱去去一一些些小小分分子子如如HX,H2O等等,同同时时产产生生C=C键键的反应叫的反应叫消除反应消除反应。现在学习的是第17页,共58页注注意意:仲仲卤卤代代烃烃或或叔叔卤卤代代烃烃消消除除时时,遵遵守守Saytzeff(札札依依切切夫夫)规则:规则:主要是含氢较少的主要是含氢较少的碳原子脱氢:碳原子脱氢:反应活性反应活性:叔卤烷:叔卤烷 仲卤烷仲卤烷 伯卤烷伯卤烷即主要产物是生成双键碳上连接烃基最多的烯烃。即主要产物是生成双键碳上连接烃基最多的烯烃。现在学习的是第18页,共58页现在
12、学习的是第19页,共58页三、与三、与金属镁金属镁的反应的反应格氏试剂的格氏试剂的(Grignard)制备:卤代烃与镁在无水乙醚中作用:制备:卤代烃与镁在无水乙醚中作用:格氏试剂格氏试剂+-+-现在学习的是第20页,共58页现在学习的是第21页,共58页 Grignard试剂很活泼,它易于被空气中的试剂很活泼,它易于被空气中的氧氧所氧所氧化,易于与化,易于与含活泼氢含活泼氢的化合物作用而被分解为烷的化合物作用而被分解为烷烃烃 RMgX+O2R-O-MgXROH+HOMgXOH2222格氏试剂应保存在严格格氏试剂应保存在严格无水、无醇、隔离空气无水、无醇、隔离空气的条件的条件下。下。制备、使用时
13、需要制备、使用时需要氮气保护氮气保护。现在学习的是第22页,共58页课堂练习课堂练习:写出下列反应的产物写出下列反应的产物课堂练习课堂练习:由由RX制备制备RCOOH现在学习的是第23页,共58页四四.脂肪族亲核取代反应的历程脂肪族亲核取代反应的历程亲核取代反应以亲核取代反应以SN表示(表示(S:substitution,取代;取代;N,nucleophilic,亲核的)亲核的)4.1单分子历程(单分子历程(SN1)在化学动力学中在化学动力学中,反应速率决定于反应中最慢的一步反应速率决定于反应中最慢的一步,反应分子数则由反应分子数则由决定反应速率的这一步来衡量决定反应速率的这一步来衡量.上述历
14、程中第一步是决定反应速率的上述历程中第一步是决定反应速率的一步一步,而这一步决定于而这一步决定于C-X键的断裂键的断裂,与作用试剂无关与作用试剂无关,所以叫做所以叫做单分子历单分子历程程.反应速率反应速率=k k(CH(CH3 3)3 3C-XC-X现在学习的是第24页,共58页1.SN1反应的能量变化曲线如下图:反应的能量变化曲线如下图:SN1反应的特点:反应的特点:(1)反应分二步进行,有反应分二步进行,有活性中间体活性中间体生成。生成。(2)反应速度仅与反应速度仅与卤代烷浓度卤代烷浓度有关。有关。(3)立体化学的特征立体化学的特征:产物外消旋化。产物外消旋化。现在学习的是第25页,共58
15、页2.SN1反应的立体化学反应的立体化学(R)-3-甲基-3-己醇 (S)-3-甲基-3-己醇外消旋体特点:特点:一级反应;二步完成;单分子历程;生成碳正离子,易重排一级反应;二步完成;单分子历程;生成碳正离子,易重排现在学习的是第26页,共58页 3.SN1反应常伴有重排:由于反应中包含有反应常伴有重排:由于反应中包含有碳正离子中间体碳正离子中间体的生成,可以预的生成,可以预料,它将显示出碳正离子反应的特性料,它将显示出碳正离子反应的特性 现在学习的是第27页,共58页SN1反应特点:反应特点:反应分反应分二步二步进行。进行。a.旧键先断裂,新键再形成;旧键先断裂,新键再形成;b.反应速度只
16、与反应速度只与反反应的底物应的底物有关。有关。结构对结构对SN1的影响:的影响:由于反应的中间体为由于反应的中间体为碳正离子碳正离子,因此,因此中间体碳正离子越稳定,中间体碳正离子越稳定,进行进行SN1反应的速率越大反应的速率越大,各种卤代烃反应活性的次序为,各种卤代烃反应活性的次序为:phCH2X、CH2=CHCH2X321CH3X、CH2=CHX、phX。即:烯丙型卤代烃。即:烯丙型卤代烃叔卤代烃叔卤代烃仲卤代烃仲卤代烃伯卤代伯卤代烃烃乙烯型卤代烃。乙烯型卤代烃。相同烷基,不同卤原子的反应活性为:相同烷基,不同卤原子的反应活性为:RIRBrRCl,原因是原子半径越大,易极化,容易离去。,原
17、因是原子半径越大,易极化,容易离去。SN1的副反应:重排,消除。的副反应:重排,消除。SN1反应的小结反应的小结底物结构中的电子效应底物结构中的电子效应R-CH2X 现在学习的是第28页,共58页4.2双分子历程(双分子历程(SN)旧键的断裂与新键的形成同时进行旧键的断裂与新键的形成同时进行反应速率决定于过渡态的形成反应速率决定于过渡态的形成,与卤代烷和进攻试与卤代烷和进攻试剂两种反应物都有关剂两种反应物都有关,所以叫所以叫双分子历程双分子历程.慢慢反应速率反应速率=kCH3XOH-现在学习的是第29页,共58页1.SN2反应的能量变化曲线如下图所示:反应的能量变化曲线如下图所示:SN2反应的
18、特点:反应的特点:(1)反应不分阶段,连续进行,反应不分阶段,连续进行,旧键断裂与新键形成同时旧键断裂与新键形成同时进行。进行。(2)反应速度与反应速度与卤代烷、亲核试剂的浓度卤代烷、亲核试剂的浓度都成正比。都成正比。(3)立体化学的特征:立体化学的特征:瓦尔登转化瓦尔登转化是是SN 2反应的标志。反应的标志。现在学习的是第30页,共58页2.SN2反应的立体化学反应的立体化学(S)-2-溴丁烷(R)-2-丁醇瓦尔登转化特点:二级反应;一步完成;双分子历程特点:二级反应;一步完成;双分子历程 ;背面进攻,构型转;背面进攻,构型转化;过渡态化;过渡态SPSP2 2杂化。杂化。现在学习的是第31页
19、,共58页特点特点:反应是一步完成,只有过渡态无中间体。新键的形成与旧键的断裂同时进行,反应速率与反应底物和亲核试剂均有关。结构对结构对S SN N2 2的影响:的影响:卤代烃中与卤素相连的碳上,电子密度越小,越利于亲核试剂的进攻,故反应活性为:phCH2X,CH2=CHCH2X CH3X 12 3 CH2=CHX、phX相同烷基,不同卤原子的反应活性为:RI RBr RCl,原因是原子半径越大,易极化,容易离去。S SN N2 2的的副反应:消除。SN2反应的小结反应的小结底物结构中的电子效应底物结构中的电子效应R-CH2X 现在学习的是第32页,共58页SN1反应与反应与S SN2反应的区
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