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卤代烃的分类、命名及同分异构; 卤代烷的化学性质; 卤代烯烃和卤代芳烃的化学性质; 亲核取代反应历程及影响因素; 卤代烃的制法和用途。. 卤代烃的化学性质 ; 亲核取代反应历程及影响因素。. 1 卤代烃的分类. 按分子中所含的卤素 :. 氟代烃、氯代烃、溴代烃、碘代烃。. 按烃基的结构 :. 饱和卤代烃. 不饱和卤代烃. 卤代芳烃. 按分子中卤素原子数 :. 一卤代烃. 二卤代烃. 连二卤代烷. 偕二卤代烷. 三卤代烃. 氟仿. 氯仿. 溴仿. 碘仿. fluroform. chloroform.
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卤代烃的分类、命名及同分异构; 卤代烷的化学性质; 卤代烯烃和卤代芳烃的化学性质; 亲核取代反应历程及影响因素; 卤代烃的制法和用途。 卤代烃的化学性质; 亲核取代反应历程及影响因素。
1 卤代烃的分类 • 按分子中所含的卤素: 氟代烃、氯代烃、溴代烃、碘代烃。 • 按烃基的结构: 饱和卤代烃 不饱和卤代烃 卤代芳烃
按分子中卤素原子数: 一卤代烃 二卤代烃 连二卤代烷 偕二卤代烷 三卤代烃 氟仿 氯仿 溴仿 碘仿 fluroform chloroform Bromoform Iodoform
按与卤素原子直接相连的碳原子的类型: 伯卤代烃 仲卤代烃 1º卤代烃 2º卤代烃 叔卤代烃 3º卤代烃
2卤代烃的命名 (1)系统命名法 • 看作烃的卤代衍生物,把卤素原子作为取代基。 • 英文名称中卤素原子的词头为,F:fluoro-, Cl:chloro-,Br:bromo-,I:iodo-。 • 卤代烷烃: 2-甲基-3-溴丁烷 3-苯基-1-氯丁烷 2-bromo-3-methylbutane 1-chloro-3-phenylbutane
卤代环烷烃: 顺-1-甲基-2-溴环丙烷 反-1-甲基-2-溴环丙烷 cis-1-bromo-2-methylcyclopropane trans-1-bromo-2-methylcyclopropane 顺-1-甲基-2-溴环己烷 (1R,2S)-1-甲基-2-溴环己烷 (1S,2R)-1-bromo-2-methylcyclohexane
卤代烯烃: 3-甲基-4-氯-1-丁烯 4-chloro-3-methyl-1-butene • 卤代芳烃: 氯苯 1-氯-4-溴苯 chlorobenzene 1-bromo-4-chlorobenzene
同一化合物中含有两种卤素: 2-氯-4-溴戊烷 4-氯-2-溴己烷 2-bromo-4-chloropentane 2-bromo-4-chlorohexane
(2)习惯命名法 • 英文的习惯名称中,是在烃基的名称后加上卤化物一词。 F:fluoride,Cl:chloride,Br:bromide,I:iodide。 丁基氯 烯丙基溴 butyl chloride allyl bromide 苄基氯 benzyl chloride
3 同分异构现象 • 除了存在碳链异构外,还存在卤素原子的位置异构。
物态:1C~3C的氟代烷、1C~2C的氯代烷和溴甲烷为气体,其他一卤代烷为液体,15C以上为固体。物态:1C~3C的氟代烷、1C~2C的氯代烷和溴甲烷为气体,其他一卤代烷为液体,15C以上为固体。 • 沸点: 随碳原子数增加而升高,比相应的烷烃高; 烃基相同,碘代烷的沸点最高,其次是溴代烷、氯代烷、氟代烷; 碳原子数相同的异构体中,直链异构体沸点最高,支链越多沸点越低。
相对密度:一氟代烷和一氯代烷的相对密度小于1,一溴代烷和一碘代烷的相对密度大于1。相对密度:一氟代烷和一氯代烷的相对密度小于1,一溴代烷和一碘代烷的相对密度大于1。 • 溶解性:绝大多数卤代烃不溶于水,但能溶于许多常用的有机溶剂,有些卤代烃可以直接作溶剂使用。 • 偶极矩:卤素电负性大于碳,使C—X键的电子云偏向卤素原子,碳卤键为极性共价键。
红外光谱: C—F 1400~1000 cm-1,C—Cl 800~600 cm-1, C—Br 600~500 cm-1,C—I 500~200 cm-1。 C—I键在一般红外光谱中不能检出。 2-氯丙烷的红外光谱
核磁共振谱: 和卤素原子相连的碳原子上的氢化学位移增加大。 溴乙烷的核磁共振谱: a. b.
1偶极矩和可极化性 • C—X键的电子云偏向卤素原子,为极性共价键。 • 可极化性:在外电场的影响下,分子中的电荷分布产生的变化。 影响因素:①原子核对电子控制弱,可极化性大。②孤电子对比成键电子对可极化性大。③弱键比强键可极化性大。④处于离域状态时比处于定域状态时可极化性增大。 卤代烷的可极化性:RI > RBr > RCl > RF。
2 亲核取代反应 • 在亲核取代反应中,试剂进攻分子电子密度小的地方。 • 亲核试剂:依靠自己的未共用电子对形成新键。 负离子OH-、RO-、CN-、X-、RC≡C-等, 有未共用电子对的分子H2O、ROH、NH3、RNH2等。
和NaOH或KOH的水溶液共热,生成相应的醇。 • 和醇钠反应生成醚,Williamson合成法。 • 与过量的氨反应可得胺。
和氰化钠在乙醇溶液中反应生成腈。 腈在适当条件下水解,可得酰胺或羧酸。 • 和炔化钠反应,生成碳链增长的炔烃。
和硝酸银的乙醇溶液反应,生成硝酸酯。 用途: ①根据生成沉淀的快慢,可确定卤代烃的活性次序; ②用于各类卤代烃的鉴别:3º卤代烃在室温下能迅速反应,生成卤化银沉淀,2º卤代烃反应较慢,1º卤代烃要加热才能反应。
氯代烷和溴代烷可以和碘化钠的丙酮溶液反应。氯代烷和溴代烷可以和碘化钠的丙酮溶液反应。 原因:NaI溶于丙酮,NaCl和NaBr不溶于丙酮。 • 亲核取代反应的活性:RI > RBr > RCl >RF。
3 消除反应 • 卤代烷与NaOH或KOH的乙醇溶液共热,失去卤化氢生成烯烃。 • 消除反应的活性顺序为:3ºRX > 2º RX >1ºRX。
消除反应的方向: 81% 19% 71% 29%
消除反应常和亲核取代反应的互相竞争: ①体积大的碱,有利于消除反应。 79% 21% ②溶剂:水有利于取代反应,醇有利于消除反应。
4和金属反应 (1)和镁反应 • 有机镁化合物中的C—Mg键是强极性共价键。 • 有机镁试剂称为Grignard试剂。 • Grignard试剂的组成:很复杂,为RMgX、R2Mg、MgX2、(RMgX)n等的混合体系,但常用R—MgX表示。
Grignard试剂的性质: ①和含活泼氢的化合物反应,迅速分解生成烷烃。
Grignard试剂的用途: ①碳镁键极性很强,因此格氏试剂是活泼的亲核试剂,可用于合成烷烃、醇、醛、羧酸等各类化合物。 ②可与还原电位比镁低的金属卤化物作用,合成其他金属有机化合物。
③利用格氏试剂容易和含活泼氢的化合物反应的性质,在有机分子中引进重氢。③利用格氏试剂容易和含活泼氢的化合物反应的性质,在有机分子中引进重氢。 利用这一性质也可测定化合物中的活泼氢。如用CH3MgI和待测物反应,1mol的活泼氢能生成1mol甲烷。
(2)和锂反应 • 在氮气或氩气的保护作用下,生成有机锂化合物。C—Li键也是强极性共价键。 • 有机锂试剂的反应与格氏试剂相似,但比格氏试剂更为活泼。
烷基锂与碘化亚铜作用,生成二烷基铜锂,称为铜锂试剂。烷基锂与碘化亚铜作用,生成二烷基铜锂,称为铜锂试剂。 铜锂试剂常作为烷基化试剂,与卤代烃作用合成烷烃。
(3)和钠反应 • 有机钠化合物,碳和钠之间是非常活泼的离子键。 • Wurtz反应: • Wurtz-Fittig反应:
5 还原反应 • 卤代烷可以用氢化铝锂还原为烷烃。这是制备纯烷烃的一种重要方法。 • 反应活性: 烷基相同时活性为RI > RBr > RCl,氟代烷不反应。 烷基不同时,伯卤代烷 > 仲卤代烷 > 叔卤代烷。
氢化铝锂遇水会分解,反应要在无水条件下进行。氢化铝锂遇水会分解,反应要在无水条件下进行。 • 硼氢化钠可以在水溶液中使用,也可用于还原卤代烷。 • 氢碘酸作还原剂也可将卤代烷还原为烷烃。
1 分类和物理性质 • 乙烯式卤代烃 • 烯丙式卤代烃 • 孤立式卤代烃 N ≥ 2
2 一卤代烃的化学活性 ① ② • 烯丙式卤代烃和叔卤代烃在室温下立即生成沉淀;仲卤代烃和伯卤代烃在室温下几分钟生成沉淀;乙烯式卤代烃即使在加热条件下也不发生反应。
3 乙烯式卤代烃 • p-π共轭体系,使卤原子上的电子云向双键或苯环移动,使碳卤键的电子云密度增大,键长缩短,不易发生亲核取代反应和消除反应。
乙烯式氯代烃在乙醚中不能生成格氏试剂,必须换用沸点较高的溶剂四氢呋喃(THF)。乙烯式氯代烃在乙醚中不能生成格氏试剂,必须换用沸点较高的溶剂四氢呋喃(THF)。
溴代芳烃或碘代芳烃可以和有机锂化合物反应得到芳基锂,但氯代芳烃不能进行这一反应。溴代芳烃或碘代芳烃可以和有机锂化合物反应得到芳基锂,但氯代芳烃不能进行这一反应。 ×
4 烯丙式卤代烃 • 烯丙式卤代烃特别活泼,原因是卤原子离去后生成的烯丙基正离子中,存在缺电子的p-π共轭体系。 • 烯丙式卤代烃容易离解生成碳正离子,使碳卤键活性增强,有利于反应的进行。
烯丙式卤代烃容易水解。 • 烯丙位重排:
1 由烃制备 (1)烃类的卤化 • 烯烃在高温下可以与Cl2生成烯丙式氯代烃。 • 芳烃在催化剂存在下,直接卤代。
在实验室里制取烯丙式溴代烃,常用N-溴代丁二酰亚胺(NBS)作溴化剂。在实验室里制取烯丙式溴代烃,常用N-溴代丁二酰亚胺(NBS)作溴化剂。 N-溴代丁二酰亚胺(NBS)
(3)芳烃的氯甲基化 • 当苯环上有致钝基团时,不发生氯甲基化反应。 • 这个反应在有机合成上很重要,因为氯甲基可以转化为其他基团。
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。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。 • 反应过程: 中心碳原子 离去基团 反应物 亲核试剂
卤代烷在碱性水解反应时,水解速率和反应物的关系有所不同。卤代烷在碱性水解反应时,水解速率和反应物的关系有所不同。 • 反应级数,是速率方程中反应物浓度的指数。 • 反应级数一般为0、1、2,也可以不是整数。
反应分子数,是参加反应的分子个数,只能是整数。反应分子数,是参加反应的分子个数,只能是整数。 • 在一步反应(基元反应)中,反应的动力学级数和反应分子数一致; • 在多步反应中,反应的动力学级数和速度控制步骤的反应分子数一致。 • 事实说明,卤代烷的亲核取代反应是按照不同的历程进行的。
1 两种历程 (1) 双分子历程SN2 sp3杂化 sp2杂化 sp3杂化