医用有机化学卤代烃.pptx
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1、作业(作业(P136-138P136-138)1.1.4 4、5 5(2.3.4.6.7.82.3.4.6.7.8)6 6、7 7、8 8、9 9、10101111、1212、1313(1 1)、)、15.15.第五章第五章 卤代烃卤代烃第1页/共93页 卤代烃烃类分子中的氢原子被卤素取代后生成的化合物。简称卤烃。5.1 卤代烃的分类和命名1.分类(1)按照分子中母体烃的类别主要分为:卤代烷烃、卤代烯烃和卤代芳烃等。(2)根据分子中卤原子的数目,分为:一元卤烃、二元卤烃、三元卤烃等。第五章 卤代烃(alkyl halides)在卤烃分子中,卤原子是官能团官能团。第2页/共93页例如:卤代烷烃:
2、CH3Cl CH2Cl2 卤代烯烃:CH2=CHCl CHCl=CHCl 卤代芳烃:(3)按照与卤原子相连碳原子的不同,卤代烷可分为:伯卤代烷、仲卤代烷和叔卤代烷:R-CH2-X第3页/共93页 把卤烷看作是烷基和卤素结合而成的化合物而命名,称为某烷基卤:正丁基氯异丁基氯叔丁基溴新戊基碘2.卤代烷的命名(1)习惯命名法:CH3CH2CH2CH2ClCH3CHCH2ClCH3(CH3)3CBr(CH3)3CCH2I第4页/共93页(1)选择含有卤素原子的最长碳链为主链,把卤素看作取代基,按照主链中所含碳原子数目称作“某烷”.(2)主链上碳原子的编号从靠近取代基一端开始;(3)主链上的支链和卤原子
3、根据次序规则的顺序,以“较优”基团列在后的原则排列.2-甲基-4-氯戊烷3-甲基-1-碘戊烷(2)系统命名法第5页/共93页(4)当有两个或多个相同卤素时,在卤素前冠以二、三、.4-甲基-3-溴庚烷2-甲基-3,3,5-三氯己烷第6页/共93页(5)当有两个或多个不相同的卤素时,卤原子之间的次序是:2-甲基-3-氟-4-溴-1-碘丁烷1,2-二氯乙烷1,1-二氯乙烷氟、氯、溴、碘ClCH2CH2ClCH3CHCl2第7页/共93页 通常用系统命名法命名,即以烯烃为主链,卤素作为取代基,称为卤代某烯:3-溴-1-丙烯(烯丙基溴)2-乙基-4-氯-1-丁烯卤代烯烃的命名:第8页/共93页 Cl 卤
4、代芳烃可分为两类:CH2Cl 命名:前者以烷烃为母体,卤素与芳基都作为取代基;后者以芳烃为母体,卤素作为取代基:氯苯对氯甲苯2,4-二氯甲苯 卤代芳烃第9页/共93页例:苯氯甲烷(氯化苄)对氯苯氯甲烷3-苯基-1-氯丁烷第10页/共93页+官能团:卤素 卤原子的电负性大于碳原子,因此C-X键是极性共价键:CX 卤烷的化学性质比较活泼,反应都发生在C-X键上。所以,卤素是卤烃分子中的官能团。-5.2 卤烷的化学性质第11页/共93页在卤烷的取代反应中,卤素易被负离子(如HO-,RO-,NO3-等)或具有未共用电子对的分子(如NH3、H2O)取代,这些试剂叫亲核试剂亲核试剂,常用Nu:或Nu-表示
5、。(1)取代反应第12页/共93页由亲核试剂进攻而引起的取代反应称为亲核取代反应,用SN表示。可用通式:RX为反应物,又称底物;Nu-为亲核试剂;X-为离去基团。亲核取代反应(Nucleophilic Substitution Reaction)Nu-+RX RNu +X-+-第13页/共93页卤烷与水作用,可水解成醇。该反应是可逆的。RX+H2O ROH+HX 常将卤烷与强碱(NaOH、KOH)的水溶液共热来进行水解:(A)水解 C5H11Cl+NaOH C5H11OH +NaCl水溶液 第14页/共93页在醇溶液中加热回流反应,生成腈(伯:RCN)该反应作为增长碳链的方法之一.通过氰基可再
6、转变为其他官能团,如:羧基(-COOH)、酰等胺基(-CONH2)等。(R如为仲、叔烷基易消除)(B)与氰化钠(钾)作用RX+Na+CN-RCN+Na+X-RCN+H2O+H+RCOOH 第15页/共93页(C)与氨作用 氨比水或醇具有更强的亲核性,卤烷与过量的氨作用可制伯胺:(D)与醇钠作用制醚RX+RO-Na+ROR+NaX 该反应中的卤烷一般指伯卤烷,如用叔卤烷与醇钠反应,往往主要得到烯烃(消除反应).第16页/共93页 制硝酸酯和卤化银沉淀 卤烷反应活性次序:叔卤烷 仲卤烷 伯卤烷 (烯丙基卤、苄卤)此反应可用于卤烷的分析鉴定.(E)与硝酸银作用 RX+AgNO3 RONO2+AgXC
7、2H5OH第17页/共93页在卤烃的取代反应中,卤原子也能被氢原子取代。例如:在卤烃在催化加氢或用碘化氢还原时,卤烃上的卤原子被氢取代:卤原子被氢取代的反应:第18页/共93页消除反应消除反应这种从分子中失去一个简单分子生成不饱和键的反应,称为消除反应,用E表示。(2)消除反应(Elimination reaction)第19页/共93页 卤烷脱卤化氢的难易与烃基结构有关:叔卤烷和仲卤烷在脱卤化氢时可能得到两种不同的消除产物:例1:叔卤烷最易,仲卤烷次之,伯卤烷最难第20页/共93页例2:2-甲基-2-丁烯 71%2-甲基-1-丁烯 29%查查依依采采夫夫(Saytzeff)规规则则 卤烷脱卤
8、化氢时,氢原子往往往往是从含氢较少的碳原子上脱去的。在大多数情况下,卤烷的消除反应和取代反应同时进行的,而且相互竞争,哪种反应占优势则与分子的结构和反应条件有关。(强碱性、小极性有利于消除反应。)第21页/共93页例如第22页/共93页一卤代烷与金属镁在绝对乙醚(无水、无醇的乙醚)中作用生成有机镁化合物RX +Mg R-Mg-X绝对乙醚(3)与镁作用格利雅(Grignard)试剂(1)傅傅-克反应;克反应;(2)格利雅试剂的反应;格利雅试剂的反应;(3)三三“乙乙”合成(乙酰乙酸乙酯)。合成(乙酰乙酸乙酯)。有机化学三大著名的反应:第23页/共93页注意注意:如用四氢呋喃做溶剂可制如用四氢呋喃
9、做溶剂可制Grignard试剂:试剂:补充1:乙烯式氯(CH2=CHCl)和氯苯制备Grignard试剂时,用THF(四氢呋喃)做溶剂。如:无水乙醚THF不能 可以 溴苯制Grignard试剂试剂可以如下:无水乙醚第24页/共93页制备格氏试剂的卤代烷活性:RIRBrRClTHF第25页/共93页 格利雅试剂的结构:至今还不完全清楚,一般写成:RMgX.有人认为溶剂乙醚的作用是与格利雅试剂生成安定的溶剂化合物:乙醚的氧原子与镁原子之间形成配位键.第26页/共93页 四氢呋喃、苯和其他醚类也可作为溶剂。格利雅试剂非常活泼:炔基卤化镁遇有活泼H的化合物则分解为烷烃:第27页/共93页补充2:(1)
10、在制备Grignard试剂时:若仅连有惰性基团(如:-OCH3、烷基等)时,容许。(2)若含有活泼H(如:-NH2、H2O、醇等)、或碳杂双键(如:-CHO)等,则不能制备Grignard)试剂(它们之间有反应)。涉及这些基团,需要先保护之,再制备格氏剂。第28页/共93页如何从相应的烷烃、环烷烃制备下列化合物?(1)(2)(1)(2)第29页/共93页 此外,格利雅试剂还能和CO2、醛、酮等多种试剂发生反应,生成羧酸、醇等一系列产物。第30页/共93页亲核取代反应是卤烷的一个重要反应。例1:溴代烷的水解:RBr +H2O ROH +HBr 有些卤烷的水解反应速度仅与卤烷本身的浓度有关。有些卤
11、烷的水解速度不仅与卤烷的浓度有关,而且还和试剂(例如碱)的浓度有关。饱和碳原子上的亲核取代反应历程第31页/共93页例:叔丁基溴在碱性溶液中的水解速度,仅与卤烷的浓度成正比:水解=k(CH3)3CBr 因此,上述反应可认为分两步进行:(A)单分子亲核取代反应(SN1)第32页/共93页第一步:叔丁基溴在溶剂中首先离解成叔丁基碳正离子和溴负离子:过渡态 碳正离子是个中间体,性质活泼,称为:活性中间体.第33页/共93页第二步:叔基碳正离子立即与试剂OH-或水作用生成水解产物-叔丁醇:在决定反应速度的这一步骤中,发生共价键变化的只有一种分子,所以称作单分子反应历程。这种单分子亲核取代反应常用SN1
12、来表示。第34页/共93页叔丁基溴水解反应的能量曲线第35页/共93页 如果卤素是连在手性碳原子上的卤烷发生SN1水解反应,可得到“构型保持”和“构型转化”几乎等量的两个化合物,即外消旋体混合物(可以此鉴别历程SN1或 SN2):SN1反应的立体化学:第36页/共93页保持S-构型转化R-S第37页/共93页 SN1反应的另一个特点:反应伴有重排。第38页/共93页 溴甲烷的碱性水解的反应速度不仅与卤烷的浓度成正比,而且也与碱的浓度成正比:CH3-Br +OH-CH3OH +Br-水解=k CH3BrOH-反应历程:过渡态构型相反 瓦尔登转化(B)双分子亲核取代反应(SN2)第39页/共93页
13、 溴甲烷水解反应的能量曲线SN2,新键已部分形成,旧键已部分断裂.过渡态结构过渡态结构第40页/共93页 如果卤素是连在手性碳原子上的卤烷发生SN2反应,则产物的构型与原来反应物的构型相反。S-=-34.6R-=+9.9 瓦尔登转化是SN2反应的一个重要标志。例:(-)-2-溴辛烷水解第41页/共93页(a)烷基结构对SN1反应的影响 R-Br +H2O ROH +HBr甲酸相对速度 108 45 1.7 1.0影响亲核取代反应的因素(A)烃基的影响第42页/共93页+2 因它们都连着供电子性能的基团而使它们稳定性提高.烷基碳正离子的稳定性:第43页/共93页R-Br +I-RI +Br-丙酮
14、相对速度 150 1 0.01 0.001 因而,按SN2历程进行反应时,卤烷的活性次序一般为:CH3X 伯卤烷伯卤烷 仲卤烷仲卤烷 叔卤烷叔卤烷.(b)烷基结构对SN2反应的影响第44页/共93页立体效应 碳原子上的甲基能阻碍亲核试剂的接近,提高了反应的活化能而使反应速度降低.电子效应 碳原子上的氢被烷基取代后,碳原子上的电子云密度将增加,也不利于亲核试剂对反应中心的接近.SN2反应中的空间效应一般认为:立体效应的影响大于电子效应.第45页/共93页CH3Br、(CH3)2CHBr、(CH3)3CBr这个系列中,水解历程是一个由SN2转变为SN1的过程溴烷的烷基对水解速度的影响第46页/共9
15、3页 离去基团的倾向越大,取代反应就越容易进行,反应速度就越快。当卤烷分子的烷基结构相同:不同卤烷的反应速度次序是:因为SN1或SN2中,都要求把C-X键拉长削弱,最后发生异裂.如:(CH3)3C-X在80%乙醇中反应的相对速度为:(CH3)3C-X +H2O (CH3)3C-OH +HXX:Cl Br I相对速度:1.0 39 99乙醇(B)卤素的影响 RI RBr RCl第47页/共93页 一般说来:离去基团容易离去,使反应中易生成碳正离子中间体,该反应就有利于按SN1历程进行.卤离子或其他离去基团离去能力的大小次序与它们的共轭酸的强弱次序相同,即:(1)强酸的负离子(I-、)是好的离去基
16、 团,易离去;(2)弱酸的负离子(如OH-、RO-、NH2-等)是差的离去基团,难离去。例如:氢卤酸中酸性大小次序:HI HBr HCl,卤素负离子离去的能力大小次序是:I-Br-Cl-总之,离去基团的碱性越小越易离去。第48页/共93页 在SN1反应中,反应速度与亲核试剂无关.在SN2反应中,由于亲核试剂参与了过渡态的形成,因此,亲核试剂的亲核能力和浓度将会直接影响反应速度:亲核试剂的浓度越大,亲核试剂的亲核能力越强,反应按SN2历程进行的趋势越大。亲核试剂的亲核性一般与它的碱性、可极化度有关.(C)亲核试剂的影响第49页/共93页 一般讲:碱性强的亲核试剂其亲核能力也强,如碱性HO-H2O
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