有机化学武汉大学亲核与亲电反应学习教案.pptx
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1、会计学1有机化学武汉大学有机化学武汉大学(w hn d xu)亲核亲核与亲电反应与亲电反应第一页,共85页。醇转化醇转化(zhunhu)(zhunhu)为卤代烃为卤代烃ROH +HX ROH +HX RX +H RX +H22OO第1页/共85页第二页,共85页。醇转化醇转化(zhunhu)(zhunhu)为卤代烃为卤代烃(CH(CH3 3)3 3COH+HClCOH+HCl(CH(CH3 3)3 3CCl+HCCl+H2 2OO78-88%78-88%+H+H2 2OO73%73%CHCH3 3(CH(CH2 2)5 5CHCH2 2OH +HBrOH +HBrCHCH3 3(CH(CH2
2、2)5 5CHCH2 2Br +HBr +H2 2OO87-90%87-90%25C25C80-100C80-100C120C120COH+HBrOH+HBrBrBr第2页/共85页第三页,共85页。(CH(CH3 3)3 3COH+HClCOH+HCl(CH(CH3 3)3 3CCl+HCCl+H2 2OO25C25C碳正离子中间体碳正离子中间体:C CH H3 3C CCHCH3 3CHCH3 3+特丁醇特丁醇特丁基氯特丁基氯特丁基碳正离子特丁基碳正离子第3页/共85页第四页,共85页。机理机理(j l)(j l)步骤步骤(bzhu)(bzhu)一一:HCl HCl 的质子转移到特丁醇的羟
3、的质子转移到特丁醇的羟基上基上(CH(CH3 3)3 3C COOH H.:H HClCl:.+H HOO:+(CH(CH3 3)3 3C CH HClCl:.:+快,双分子快,双分子(fnz)(fnz)反应反应特丁氧鎓离子特丁氧鎓离子第4页/共85页第五页,共85页。机理机理(j l)(j l)步骤步骤(bzhu)(bzhu)二二:特丁氧鎓离子电离特丁氧鎓离子电离+(CH(CH3 3)3 3C COOH H:H H+慢,单分子慢,单分子(fnz)(fnz)反应反应(CH(CH3 3)3 3C COOH H:H H:特丁基碳正离子特丁基碳正离子+第5页/共85页第六页,共85页。机理机理(j
4、l)(j l)步骤步骤(bzhu)(bzhu)三三:氯离子与特丁基碳正离子结合氯离子与特丁基碳正离子结合快,双分子快,双分子(fnz)(fnz)反应反应+(CH(CH3 3)3 3C C+特丁基氯特丁基氯(CH(CH3 3)3 3C CClCl:.ClCl:.第6页/共85页第七页,共85页。质子转移ROHROHROHROH2 2+碳正离子形成(xngchng)R R+碳正离子捕获(bhu)RXRX 第7页/共85页第八页,共85页。ROHROHROHROH2 2+碳正离子形成(xngchng)R R+碳正离子捕获(bhu)RXRX(CH(CH33)33CCOOHHHHClCl+第8页/共85
5、页第九页,共85页。质子转移ROHROHROHROH2 2+R R+碳正离子捕获(bhu)RXRX(CH(CH33)33CC+OOHHHH+第9页/共85页第十页,共85页。质子转移ROHROHROHROH2 2+碳正离子形成(xngchng)R R+RXRX(CH(CH33)33CC+ClCl第10页/共85页第十一页,共85页。+H HBrBr.:OO:H HH H溶剂解溶剂解:叔丁基溴的水解叔丁基溴的水解(shuji)(shuji)C CCHCH3 3CHCH3 3CHCH3 3BrBrC COHOH.:CHCH3 3CHCH3 3CHCH3 3第11页/共85页第十二页,共85页。+B
6、rBr.:.单分子单分子(fnz)(fnz)慢慢C CCHCH3 3CHCH3 3CHCH3 3BrBr.:C CH H3 3C CCHCH3 3CHCH3 3+第12页/共85页第十三页,共85页。双分子双分子(fnz)(fnz)快快C CH H3 3C CCHCH3 3CHCH3 3+OO:H HH HC C+OO:H HH HCHCH3 3CHCH3 3CHCH3 3 第13页/共85页第十四页,共85页。RXRX碳正离子的形成碳正离子的形成(xngchng)(xngchng)R R+碳正离子的捕获碳正离子的捕获(bhu)(bhu)ROHROH2 2+质子转移质子转移ROHROH第14页
7、/共85页第十五页,共85页。SN1 SN1 反应反应(fnyng)(fnyng)的特征的特征一级反应动力学一级反应动力学:速率速率=kRX=kRX单分子速决步单分子速决步碳正离子中间体碳正离子中间体速率遵循碳正离子的稳定性速率遵循碳正离子的稳定性有时观察到重排有时观察到重排反应为非立体反应为非立体(lt)(lt)专一性专一性光学活性的卤代烃通常外消旋化光学活性的卤代烃通常外消旋化第15页/共85页第十六页,共85页。碳正离子的稳定性与碳正离子的稳定性与 SN1 SN1 反应反应(fnyng)(fnyng)速率速率第16页/共85页第十七页,共85页。SN1SN1反应的速率由电子效应左右反应的
8、速率由电子效应左右(zuyu)(zuyu)碳正离子形成是速决步碳正离子形成是速决步.碳正离子越稳定,碳正离子越稳定,其生成的速率越快,其生成的速率越快,单分子亲核取代反应的速率大单分子亲核取代反应的速率大第17页/共85页第十八页,共85页。SN1 SN1 反应反应(fnyng)(fnyng)的立体化学的立体化学一级反应一级反应(fnyng)(fnyng)动力学的亲核取代反应动力学的亲核取代反应(fnyng)(fnyng)非立体专一性非立体专一性第18页/共85页第十九页,共85页。SN1 SN1 反应反应(fnyng)(fnyng)的立体化学的立体化学R R-()-2-()-2-溴辛烷溴辛烷
9、H HC CCHCH3 3BrBrCHCH3 3(CH(CH2 2)5 5(R R)-()-2-)-()-2-辛醇辛醇 (17%)(17%)H HC CCHCH3 3OHOHCHCH3 3(CH(CH2 2)5 5C CH HCHCH3 3HOHO(CH(CH2 2)5 5CHCH3 3(S S)-(+)-2-)-(+)-2-辛醇辛醇 (83%)(83%)H H2 2OO第19页/共85页第二十页,共85页。离子化离子化得到得到(d do)(d do)碳正离子;手性中心碳正离子;手性中心的三个键变成了平面的三个键变成了平面+图示图示第20页/共85页第二十一页,共85页。离去基团屏蔽了碳正离子
10、离去基团屏蔽了碳正离子的一边;亲核试剂进攻的一边;亲核试剂进攻(jngng)(jngng)其其相反方向的速率快相反方向的速率快+图示图示第21页/共85页第二十二页,共85页。超过超过 50%50%少于少于 50%50%+图示图示第22页/共85页第二十三页,共85页。SN1 SN1 反应反应(fnyng)(fnyng)中的碳正离子重排中的碳正离子重排第23页/共85页第二十四页,共85页。CHCH3 3C CH HCHCHCHCH3 3BrBrCHCH3 3H H2 2OOCHCH3 3C COHOHCHCH2 2CHCH3 3CHCH3 3(93%)(93%)第24页/共85页第二十五页,
11、共85页。CHCH3 3C CH HCHCHCHCH3 3CHCH3 3CHCH3 3C CCHCHCHCH3 3CHCH3 3CHCH3 3C CH HCHCHCHCH3 3BrBrCHCH3 3H H2 2OOCHCH3 3C COHOHCHCH2 2CHCH3 3CHCH3 3(93%)(93%)+H H+第25页/共85页第二十六页,共85页。溶剂溶剂(rngj)(rngj)效应效应在极性溶剂在极性溶剂(rngj)(rngj)中,中,SN1 SN1 反应的速率增加反应的速率增加第26页/共85页第二十七页,共85页。R R+RXRX+R RX X-极性溶剂对极性溶剂对RXRX的能量的能
12、量(nngling)(nngling)影响很小影响很小过渡态能够过渡态能够(nnggu)(nnggu)被被极性溶剂稳定极性溶剂稳定第27页/共85页第二十八页,共85页。R RR+RXRXRX极性溶剂对极性溶剂对RXRX的能量的能量(nngling)(nngling)影响很小影响很小过渡态能够被过渡态能够被极性溶剂极性溶剂(rngj)(rngj)稳定稳定活化能降低;速率活化能降低;速率(sl)(sl)增加增加+R RX X-第28页/共85页第二十九页,共85页。CHCH3 3(CH(CH2 2)5 5CHCH2 2OH +HBrOH +HBrCHCH3 3(CH(CH2 2)5 5CHCH2
13、 2Br +HBr +H2 2OO87-90%87-90%120C120C对于伯醇来说,对于伯醇来说,SN1 SN1 反应反应(fnyng)(fnyng)的能量过高,的能量过高,所以通常是进行的是所以通常是进行的是 SN2 SN2 反应反应(fnyng)(fnyng)第29页/共85页第三十页,共85页。醇经过两步转化为卤代烃醇经过两步转化为卤代烃:(1)(1)首先质子首先质子(zhz)(zhz)与醇羟基作用生成烷氧鎓离子与醇羟基作用生成烷氧鎓离子(2)(2)卤负离子亲核进攻,离去水分子卤负离子亲核进攻,离去水分子SN2 SN2 机理机理(j l)(j l)第30页/共85页第三十一页,共85
14、页。机理机理(j l)(j l)步骤步骤(bzhu)(bzhu)一一:HBr HBr 的质子转移到的质子转移到1-1-庚醇庚醇H H.:H HBrBr:.+H HOO:+H HBrBr:.:+快,双分子快,双分子(fnz)(fnz)反应反应庚氧鎓离子庚氧鎓离子OOCHCH3 3(CH(CH2 2)5 5CHCH2 2CHCH3 3(CH(CH2 2)5 5CHCH2 2第31页/共85页第三十二页,共85页。机理机理(j l)(j l)步骤步骤(bzhu)(bzhu)二二:溴离子与庚氧鎓离子反应溴离子与庚氧鎓离子反应.慢,双分子慢,双分子(fnz)(fnz)反应反应1-1-溴庚烷溴庚烷BrBr
15、:.BrBr:.CHCH3 3(CH(CH2 2)5 5CHCH2 2+H HOO:H H+CHCH3 3(CH(CH2 2)5 5CHCH2 2+OOH H:H H:第32页/共85页第三十三页,共85页。CHCH22OHOH22+BrBrCHCH33(CH(CH22)4 4 CHCH22质子转移ROHROHROHROH2 2+RXRX 第33页/共85页第三十四页,共85页。(CH(CH3 3)2 2CHCHCHCH2 2OONa +CHNa +CH3 3C CH H2 2BrBr异丁醇异丁醇(CH(CH3 3)2 2CHCHCHCH2 2OOC CH H2 2CHCH3 3 +NaBr
16、+NaBr乙基异丁基醚乙基异丁基醚 (66%)(66%)第34页/共85页第三十五页,共85页。OKOK+CHCH3 3(CH(CH2 2)1616C CCHCH3 3CHCH2 2I I丙酮丙酮(bn tn)(bn tn),水,水+KIKIOOCHCH2 2CHCH3 3CHCH3 3(CH(CH2 2)1616C C硬脂酸乙酯硬脂酸乙酯 (95%)(95%)OOOO第35页/共85页第三十六页,共85页。KSH +CHKSH +CH3 3CH(CHCH(CH2 2)6 6CHCH3 3BrBr+KBr+KBr2-2-壬硫醇壬硫醇 (74%)(74%)CHCH3 3CH(CHCH(CH2 2
17、)6 6CHCH3 3SHSH第36页/共85页第三十七页,共85页。NaCN +NaCN +DMSODMSO+NaBr+NaBr环戊基腈环戊基腈 (70%)(70%)CNCNBrBr 第37页/共85页第三十八页,共85页。NaNNaN3 3 +CH +CH3 3CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2I I2-2-丙醇丙醇-水水CHCH3 3CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2CHCH2 2N N3 3 +NaI +NaI叠氮戊烷叠氮戊烷(52%)(52%)第38页/共85页第三十九页,共85页。NaI NaI 溶解溶解(rngji)(rngji)于丙酮;于丙酮;Na
18、Cl NaCl 和和NaBr NaBr 不溶于丙酮不溶于丙酮丙酮丙酮(bn tn)(bn tn)+NaINaICHCH3 3CHCHCHCH3 3BrBr63%63%+NaBrNaBrCHCH3 3CHCHCHCH3 3I I第39页/共85页第四十页,共85页。例如例如:CH3Br +HO CH3OH +CH3Br +HO CH3OH +Br Br 速率速率(sl)=kCH3BrHO (sl)=kCH3BrHO 推理推理:速决步是双分子反应速决步是双分子反应第40页/共85页第四十一页,共85页。双分子双分子(fnz)(fnz)反应机理反应机理HOHO CHCH3 3BrBr+HOCHHOC
19、H3 3BrBr +一步一步(y b)(y b)协同协同HOHOCHCH3 3BrBr-过渡态过渡态 第41页/共85页第四十二页,共85页。SN2 SN2 反应反应(fnyng)(fnyng)的立体化学的立体化学遵循二级反应遵循二级反应(fnyng)(fnyng)的亲核取代反应的亲核取代反应(fnyng)(fnyng)立体专一性而且构型是翻转立体专一性而且构型是翻转第42页/共85页第四十三页,共85页。C CH HCHCH3 3BrBrCHCH3 3(CH(CH2 2)5 5C CH HCHCH3 3HOHO(CH(CH2 2)5 5CHCH3 3NaOHNaOH(S S)-(+)-2-)
20、-(+)-2-溴辛烷溴辛烷(R R)-()-2-)-()-2-辛醇辛醇第43页/共85页第四十四页,共85页。H HBrBrCHCH3 3CHCH2 2(CH(CH2 2)4 4CHCH3 3左边是左边是(+)-2-(+)-2-溴辛烷的溴辛烷的 Fischer Fischer投影投影(tuyng)(tuyng)式,右边是式,右边是()-2-()-2-辛醇的辛醇的 Fischer Fischer 投影投影(tuyng)(tuyng)式式HOHOH HCHCH3 3CHCH2 2(CH(CH2 2)4 4CHCH3 3第44页/共85页第四十五页,共85页。SN2 SN2 反应的立体反应的立体(l
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