有机化学 Organic Chemistry

Slides:



Advertisements
Similar presentations
有机化学反应历程 若按底物键的断裂方式分类: 若按反应物与产物之间的关系分类: 常常有些反应是几种反应类型的综合:
Advertisements

第四章 卤代烃 【本章重点】 亲核取代反应和消除反应的反应历程及影响因素。 【必须掌握的内容】
8.1 卤代烃的分类和命名 第八章 卤代烃 一、分类 饱和卤代烃(卤代烷) 一元卤代烃 卤代烃 不饱和卤代烃 二元卤代烃 卤代烃 卤代芳烃
丁基橡胶可用于制造汽车内胎,合成丁基橡胶的一种单体A的分子式为C4H8,A氢化后得到2—甲基丙烷。完成下列填空:
第九章 卤代烃.
§5.卤代烷 基本要求 掌握卤代烃的反应:取代、消除、还原 及与金属的反应(有机镁Grignard reagents、有机锂、有机锌);
卤代烃.
汪小兰《有机化学》第四版CAI教学配套课件
氨基酸脱水缩合过程中的相关计算 广东省德庆县香山中学 伍群艳 H O C H COOH R2 N NH2 C C 肽键 R1 H2O.
各类有机化合物的鉴别 081班:吴秀萍,何芷欣 邱丹妮,陈凤.
第六章 卤代烃 亲核取代反应(4学时) [目的要求]: 1. 掌握卤代烃的命名, 了解卤代烃的分类。 2. 掌握卤代烃的性质和制备;
第七章 卤代烃 ——卤代烷 exit.
第十三章 羧酸及其衍生物(10学时) 13.1羧酸的分类和命名法 13.2羧酸的制备 13.3羧酸的物理性质 13.4羧酸的化学性质(1)
3.5.2 过氧化物交联 缩合交联的优点: 缩合交联的缺点: 如何来制备高强度的硅橡胶? 如:管材,垫圈。 基胶流动性好;易于封装,密封。
第七章 糖类 油脂 蛋白质 人类重要的营养物质 第一节 葡萄糖、蔗糖.
第八章 卤代烃 烃分子中的一个或多个氢原子被卤原子取代 后所生成的化合物称为卤代烃R-X
专题2 第一单元 有机化合物的结构 第2课时 同分异构体.
有机化学 卤 代 烃.
第十二章 羧 酸 学习要求: 1、掌握羧基的结构和羧酸的化学性质. 2、掌握诱导效应和共轭效应对羧酸酸性的影响.
有机化学 Organic Chemistry 延安大学化工学院 有机化学教研室.
第六章 卤代烃.
人教版选修5第二章 第三节 卤代烃 说课 开发区一中 吕杨.
1、掌握卤代烷的命名、异构,熟悉一卤代烷的结构和物理性质。
第十章 卤 代 烃 (8学时) 10.1 卤代烃的分类和命名法 10.2 卤代烃的制法 10.3 卤代烃的物理性质
学习情境1 卤化反应 教学内容: 1、氯化的基本原理、取代氯化反应、加成氯化、置换已有取代基的氯化、氯甲基化的反应历程、条件等特点。
欢迎再次光临 新课马上开始.
专题4 烃的衍生物 第一单元 卤代烃.
专题四 烃的衍生物 第一单元 卤代烃.
一 烯烃的亲电加成 1 加成反应的定义和分类 2 亲电加成反应机理的归纳 3 烯烃与卤素的加成 4 烯烃与氢卤酸的加成
第二章 烷烃 …点击进入….
ACD/ChemSketch软件在有机化学教学中的简单应用
烃的衍生物知识总结.
第八章 卤代烃 2018/11/19.
第八章 卤代烃 Hydrocarbon Halides
第五章 卤代烷.
第九章 醇和醚 exit.
第七章 卤代烃 (Halohydrocarbon)
第一节 卤代烃的分类和命名 第二节 卤代烷的性质 第三节 亲核取代反应机理 第四节 卤代烯烃与卤代芳烃 第五节 几种重要的卤代烃
有机化学 第九章、卤代烃.
有机化合物的分类和命名.
第四章 卤代烃(alkyl halides)
第三章 烃的含氧衍生物 第四节 有机合成.
有机化学 Organic Chemistry
第六章 卤代烃 教学内容 一、命名、分类与物理性质 二、化学性质 三、脂肪族亲核取代反应历程 四、不同卤代烃对亲核取代反应的活性比较
6 卤代烃 烃分子中的一个或多个氢原子被卤原子取代,生成的化合物叫做卤代烃(halohydrocarbons)
第三单元 从微观结构看物质的多样性 同分异构现象.
强酸(碱)溶液 一元弱酸(碱)溶液 多元弱酸(碱)溶液 两性物质 混合酸碱溶液 各种体系[H+]浓度的计算
第 九 章 醇 酚 醚 Alcohols,Phenols & Ethers
实验 二、配合平衡的移动 Cu 2+ + NH3 Cu(NH3)4 HCl Na2S Zn EDTA NH3 深蓝色消失
问1:四大基本反应类型有哪些?定义? 问2:你能分别举两例吗? 问3:你能说说四大基本反应中,反应物和生成物的物质类别吗?
你有过呕吐的经历吗? 你感到胃液是什么味道的?
1.烯烃的结构。 2.烯烃的化学性质。 3.亲电加成反应机理。 4.自由基加成机理
第一单元 有机化合物的结构 第2课时 有机物结构的表示方法
第十一章 配合物结构 §11.1 配合物的空间构型 §11.2 配合物的化学键理论.
乙 酸 化 学 化 工 学 院. 乙 酸 化 学 化 工 学 院 温故知新 写出乙醛与新制的氢氧化铜共热的反应方程式 CH3CHO+2Cu(OH)2→Cu2O↓+CH3COOH+2H2O 乙醛 乙酸 反应发生在醛基上,醛基氧化成羧基.
有机化学 Organic Chemistry.
陕西省陕建二中 单 糖 授课人:庄 懿.
第五节 缓冲溶液pH值的计算 两种物质的性质 浓度 pH值 共轭酸碱对间的质子传递平衡 可用通式表示如下: HB+H2O ⇌ H3O++B-
有机化学 Organic Chemistry
第18 讲 配合物:晶体场理论.
第二章 烷 烃 §2.1 烷烃的结构 §2.2 烷烃的命名 §2.3 烷烃的物理性质 §2.4 烷烃的化学性质 §2.5 自由基的反应历程
H核磁共振谱图解析举例 解析NMR谱: 共振信号的数目,位置,强度和裂分情况 信号的数目: 分子中有多少种不同类型的质子
重要有机物之间的相互转化 苍南钱库二高 季宝璋.
专题辅导二 有机反应.
温州中学选修课程《有机化学知识拓展》 酯化反应 温州中学 曾小巍.
守恒法巧解金属与硝酸反应的计算题.
§2.4 典型化合物的红外光谱 1. 烷烃 C-H 伸缩振动(3000 – 2850 cm1 )
3 卤代烃.
卤代烃.
第三节 水溶液的酸碱性及pH计算 一、水的质子自递反应 水的质子自递反应: 水分子是一种两性物质,它既可 给出质子,又可接受质子。于是在水
Presentation transcript:

有机化学 Organic Chemistry 第九章 卤代烃 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。 一般所说的卤烃只包括:氯代烃、溴代烃和碘代烃。氟代烃的制法和性质比较特殊。 在卤烃分子中,卤原子是官能团。

(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。二元和二元以上的卤烃称为多卤烃。 例如: 卤代烷烃: CH3Cl CH2Cl2 卤代烯烃: CH2=CHCl CHCl=CHCl

卤代芳烃: 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

卤代烷简称卤烷。 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: 9.1.1 卤代烷的命名 卤代烷简称卤烷。 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: (1)习惯命名法: CH3CHCH2Cl CH3 CH3CH2CH2CH2Cl 正丁基氯 异丁基氯 (CH3)3CBr (CH3)3CCH2I 叔丁基溴 新戊基碘

(2)系统命名法 (1) 选择含有卤素原子的最长碳链为主链,把支链和卤素看作取代基,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支链一端开始; (3) 主链上的支链和卤原子根据立体化学次序规则的顺序,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

(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

(5)当有两个或多个不相同的卤素时,卤原子之间的次序是: 氟、氯、溴、碘 2-甲基-3-氟-4-溴-1-碘丁烷 (6)在多卤烷的命名中,常用“对称”和“不对称”、“偏”等字来命名: ClCH2CH2Cl CH3CHCl2 1,1-二氯乙烷 不对称二氯乙烷 偏二氯乙烷 1,2-二氯乙烷 对称二氯乙烷

9.1.2卤烷的制法 (1)烷烃卤代——在光或高温下,常得到一元或多元卤代烃的混合物。 烷烃的溴代反应比氯代反应困难。 碘代反应更难,一般不用烷烃碘代制备碘烷,因为碘代时生成的碘化氢为强还原剂,能使反应逆向进行: 如在反应同时加入一些氧化剂(如碘酸、硝酸、氧化汞等)使HI氧化,则碘化反应能顺利进行: 在实验室通常只限于制备烯丙基卤代物和苯甲基卤代 物(注意各自的反应条件)。 CH4 + I2 CH3I + HI 5HI + HIO3 3H2O + 3I2

(2)不饱和烃与卤化氢(马氏、反马、重排)或卤素加成 补充例题: 写出反应机制及其中间体,并加以解释。 解: 负氢重排 C+ 2  3 思考:为什么H+加在1上? 受甲基影响,C-1电子云密度增加,故H+加到C-1上。

ROH + HX RX + H2O 这是可逆反应,增加反应物的浓度并除去生成的水。 氯烷的制备: 将浓盐酸和醇在无水氯化锌存在下制得; 溴烷的制备: 将醇与氢溴酸及浓硫酸(或溴化钠与浓 硫酸)共热; 碘烷:则可将醇与恒沸氢碘酸(57%)一起回流加热。 (3)从醇制备——制备卤烷最普遍的方法: (A)醇与氢卤酸作用: 醇与氢卤酸反应的速度与氢卤酸的浓度成正比. 氢卤酸与醇反应时的活性次序:HI>HBr>HCl

—醇与三卤化磷作用生成卤烷,这是制备溴烷和碘烷的常用方法。 (B)醇与卤化磷作用 (无重排) —醇与三卤化磷作用生成卤烷,这是制备溴烷和碘烷的常用方法。 3 ROH + PX3 3 RX + P(OH)3 常用的PBr3、PI3不必先制备,只要将溴或碘和赤磷加到醇中共热生成PX3,再立即与醇作用。 2P + 3I2 2PI3 3C2H5OH + PI3 3C2H5I + P(OH)3 产率90%左右 伯醇与三氯化磷作用,因副反应而生成亚磷酸酯, 氯烷产率不高,一般不超过50%。 3 ROH + PCl3 P(OR)3 + 3HX 伯醇制氯烷, 一般用PCl5 ROH + PCl5 RCl + POCl3 + HCl

(无重排) (C) 醇与亚硫酰氯(SOCl2,又名氯化亚砜)作用 ROH + SOCl2 RCl + SO2 + HCl  优点:速度快,产率高(90%),副产物为气体,易分离。 此反应只是实验室和工业上制备氯烷的方法。 溴化亚砜不稳定难于得到。 (4)卤素的置换: RCl + NaI(丙酮溶液) RI + NaCl 这是从氯烷制备碘烷的方法,产率高,但只限于制备伯碘烷。

9.1.3 卤烷的物理性质 常温常压下:除氯甲烷、氯乙烷、溴甲烷是气体外,其它常见的一元卤烷为液体。C15以上的卤烷为固体。 一元卤烷的沸点随着碳原子数的增加而升高。 同一烃基的卤烷——碘烷的沸点最高,其次是溴烷、氯烷。在卤烷的同分异构体中,直链异构体的沸点最高,支链越多,沸点越低。 一元卤烷的相对密度大于同数碳原子的烷烃。一氯代烷的相对密度小于1,一溴代烷、一碘代烷及多氯代烷的相对密度大于1;同一烃基的卤烷,氯烷的相对密度最小,碘烷的相对密度最大。 如果卤素相同,其相对密度随着烃基的相对分子量增加而减少。

卤烷不溶于水,而溶于醇、醚、烃等有机溶剂中。 纯净的一元卤烷都是无色的。但碘烷易分解产生游离碘,故碘烷久置后逐渐变为红棕色。 不少卤烷带有香味,但其蒸汽有毒,特别是碘烷,应防止吸入。 卤烷在铜丝上燃烧时能产生绿色火焰,可鉴别卤素 的简便方法。

C—X键的伸缩振动吸收频率随卤素原子量的增加而减少: 卤烷的红外光谱 键的伸缩振动吸收频率 C—F 1400~1000cm-1 C—Cl 850~600cm-1 C—Br 680~500cm-1 C—I 500~200cm-1

例:1-氯己烷(Cl-CH2(CH2)4CH3)的红外光谱

C—X 实验测得的卤烷偶极矩也证明了这一点: 9.1.4 卤烷的化学性质 官能团: 卤素 卤烷 CH3CH2Cl CH3CH2Br CH3CH2I 偶极矩 2.05D 2.03D 1.91D 9.1.4 卤烷的化学性质 + - 可见,随着卤素电负性的增加, C-X键的极性也增大. 和C-C键或C-H键比较, C-X键在化学过程中具有更大的可极化度.

C-X键的键能也比较小: C-I 217.6 kJ/mol; C-Br 284.5 kJ/mol ; C-Cl 338.9 kJ/mol 因此,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。 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,常用Nu:或Nu- 表示。 (1)取代反应

——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: δ+ δ- Nu- + R—X R—Nu + X- R—X为反应物,又称底物;Nu-为亲核试剂;X-为离去基团。

常将卤烷与强碱(NaOH、KOH)的水溶液共热来进行水解: —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: RX + H2O ROH + NaX 但在实际上在一些比较复杂的分子中要引入一个羟基常比引入一个卤素原子困难。因此,对这类分子的合成往往可以先引入卤素原子,然后通过水解再引入羟基。 一般的卤烷是由醇制得。

工业上也可将一氯戊烷的各种异构体混合物通过水解制得戊醇的各种异构体的混合物,作工业溶剂: C5H11Cl + NaOH C5H11OH + NaCl 卤烷水解反应的速度与卤烷的结构、使用的溶剂及 反应条件等都有关。 水溶液

— 在醇溶液中加热回流反应,生成腈(伯:RCN). (B)与氰化钠(钾)作用 — 在醇溶液中加热回流反应,生成腈(伯:RCN). RX + Na+CN- RCN + Na+X- 该反应作为增长碳链的方法之一. 通过氰基可再转变为其他官能团,如:羧基( -COOH )、酰等胺基(-CONH2)等。(R如为仲、叔烷基易消除) ——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: (C)与氨作用

(D)与醇钠作用——制醚 (E)与硝酸银作用 RX + R’O-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). (E)与硝酸银作用 ——制硝酸酯和卤化银沉淀 RX + AgNO3 RONO2 + AgX C2H5OH 卤烷反应活性次序:叔卤烷 > 仲卤烷 > 伯卤烷 (P202、205:烯丙基卤、苄卤>) 此反应可用于卤烷的分析鉴定.

(2) 消除反应(Elimination reaction) 该反应在有机合成上常作为在分子中引入碳碳双键和碳碳三键的方法。

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

例2: 查依采夫规则—— 卤烷脱卤化氢时,氢原子往往是从含氢较少的碳原子上脱去的。 2-甲基-2-丁烯 71% 2-甲基-1-丁烯 29% 查依采夫规则—— 卤烷脱卤化氢时,氢原子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。 (补充)注意:随着溶剂中碱性增强(如:叔丁醇钠) 、基团增大,反查依采夫规则的产物比例增加(E2)。

邻二卤化物除了能发生脱卤化氢反应生成炔烃或较稳定的共轭二烯烃外,在锌粉(或镍粉)存在下,邻二卤化物更能脱去卤素生成烯烃: (B)脱卤素 邻二卤化物除了能发生脱卤化氢反应生成炔烃或较稳定的共轭二烯烃外,在锌粉(或镍粉)存在下,邻二卤化物更能脱去卤素生成烯烃: 如果是邻二碘化物,一般在加热的条件下脱碘反应很快就进行,这也是碘和双键较难发生加成反应的原因。

(3) 与金属 反应 RX + 2Na NaX + RNa (烷基钠) 孚兹 (Würtz)反应—烷基钠形成后容易进一步与卤烷反应生成烷烃: RNa + RX R-R + NaX 2n-C16H33I + 2Na n-C32H66 + 2NaI (A)与金属钠作用: 该方法产率低,副产物多。只适用于相同的伯卤烷(一般为溴烷或碘烷),产率很高。

孚兹 (Würtz)-菲蒂希反应--制备芳烃: 例如: 注意:该方法无重排。(对比傅克烷基化反应)

—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 (B)与镁作用 —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 格利雅(Grignard)试剂 绝对乙醚 有机化学三大著名的反应: 傅-克反应; 格利雅试剂的反应; 三“乙”合成(乙酰乙酸乙酯(第14章))。

格利雅格利雅试剂非常活泼: 遇有活泼H的化合物则分解为烷烃: 炔基卤化镁

(4) 饱和碳原子上的亲核取代反应历程 亲核取代反应是卤烷的一个重要反应。通过此类反应可以将卤素官能团转变为其他多种官能团。 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。

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: (A)单分子亲核取代反应(SN1) 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:

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: 对多步反应来说:生成最后产物的速度主要由速度最慢的一步来决定。 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来表示。

叔丁基溴水解反应的能量曲线

SN1反应的立体化学: 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 ): 构型保持 构型转化

SN1反应的另一个特点:反应伴有重排。

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- (B)双分子亲核取代反应(SN2) 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 [CH3Br][OH-] 反应历程: 构型相反 瓦尔登转化 过渡态

SN2, 新键已部分 形成旧键已部分 断裂. 过渡态结构 溴甲烷水解反应的能量曲线

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。 例:(-)-2-溴辛烷水解 []= - 34.6° []= +9.9° 瓦尔登转化是SN2反应的一个重要标志。

(5)影响亲核取代反应的因素 (A)烃基的影响 (a)烷基结构对SN1反应的影响 溴甲烷、溴乙烷、2-溴丙烷和2-甲基-2-溴丙烷等在极性较强的溶剂(甲酸溶液)中水解时,测得的这些反应按SN1历程的相对速度如下: R-Br + H2O ROH + HBr (A)烃基的影响 甲酸 相对速度 108 45 1.7 1.0

烷基碳正离子的稳定性: 伯烷基离子的能量比叔烷基高很多(约167.4 kJ/mol),有人认为甲基和伯烷基碳正离子在溶液中不能作为活性中间体生成,但也有些碳正离子,如: + 2 因它们都连着供电子性能的基团而使它们稳定性提高.

R-Br + I- RI + Br- CH3X > 伯卤烷 > 仲卤烷 > 叔卤烷. (b)烷基结构对SN2反应的影响 丙酮 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 > 仲卤烷 > 叔卤烷.

SN2反应中的空间效应 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. 一般认为:立体效应的影响大于电子效应.

对伯卤烷来说:-碳原子上的氢被甲基(烷基)取代后,也能阻碍亲核试剂的进攻. 例:伯卤烷RX和C2H5O-在乙醇溶剂中(55℃)按SN2反应生成醚的相对速度: RBr + C2H5O- ROC2H5 + Br - 乙醇 相对速度 100 28 3 0.00042

-碳原子上的三个甲基对亲核试剂的进攻起空间阻碍作用: 所以,烃基结构中的空间效应对SN2反应速度影响甚大。

叔溴烷易失去Br-而形成稳定的碳正离子,所以它主要按SN1历程进行亲核取代反应;而伯溴烷则反之,主要按SN2历程进行;仲溴烷则处于两者之间。 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

注意1:伯卤烷一般易发生SN2反应,但如果控制条件,也会发生SN1反应。 例1:伯卤烷在银或汞离子存在下,这些离子可促使碳卤键的断裂: 络合物 伯卤烷在室温时反应很慢,加热后才有AgCl沉淀的 产生。

注意2:叔卤烷一般易发生SN1反应,但如果控制条件,也会发生SN2反应。

(B)卤素的影响 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 + HX X: Cl Br I 相对速度: 1.0 39 99 RI > RBr > RCl 乙醇

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: 强酸的负离子(I- 、 )是好的离去基 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。

(C) 亲核试剂的影响 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:

(a) 试剂的亲核性与碱性有关 一般讲:碱性强的亲核试剂其亲核能力也强,如碱性HO- > H2O,亲核性也是HO- > H2O. 亲核性和碱性是两个不同的概念. (1) 当试剂的亲核原子相同时,它们的亲核性和碱性是 一致的: C2H5O- > HO- > C6H5O- > CH3CO2- (2) 当试剂的亲核原子是周期表中同一周期的元素时, 试剂的亲核性和碱性强弱次序也是呈对应关系的: R3C- > R2N- > RO- > F- (3) 当试剂的亲核原子是周期表中同一族元素时,情况 复杂.

(4) 一般讲:周期表中第三、四周期元素的亲核力强;第二周期元素的碱性强。 (4) 一般讲:周期表中第三、四周期元素的亲核力强;第二周期元素的碱性强。 在质子溶剂中,常见的亲核试剂的亲核能力大概次序是: RS- ~ ArS- ~ CN- > I- > NH3(RNH2) > RO- ~ HO- > Br- > PhO- > Cl- > H2O > F-

一般认为:碱性相近的亲核试剂,其可极化度大的则亲核能力强. (b) 试剂的亲核性与可极化度有关 一般认为:碱性相近的亲核试剂,其可极化度大的则亲核能力强. 原子半径越大,可极化性越大,易成键。 亲核能力: I- > F-

溶剂的极性大小对反应历程的影响也很大.一般说来,介电常数大的极性溶剂有利于卤烷的离解,所以,有利于按SN1历程进行. (D) 溶剂的影响 溶剂的极性大小对反应历程的影响也很大.一般说来,介电常数大的极性溶剂有利于卤烷的离解,所以,有利于按SN1历程进行. 总之,影响亲核取代反应的因素很多,要确定一个反应的历程需要综合考虑.

(6) 消除反应(Elimination reaction)历程 在进行饱和碳原子上的亲核取代反应时,除了生成取代产物外,常常还有烯烃的生成.这是因为同时还有消除反应发生(竞争反应).例如: R-CH2-CH2-OH + X- R-CH2-CH2-X + OH- R-CH=CH2 + H2O + X- 取代 消除 究竟哪种反应占优势:则要看反应物的结构和反应条件而定. 消除反应也存在单分子消除反应和双分子消除反应两种不同的历程.

(A) 单分子消除反应(E1) 单分子消除反应也是分两步进行的: (1) 第一步是卤烷分子在溶剂中先离解成碳正离子; (2) 第二步是在碳原子上脱去一个质子,同时在与碳原子之间形成一个双键: 离解 去质子 SN1和E1历程常同时发生,如何衡量何者占优势,则主要看碳正离子在第二步中消除质子或与试剂结合的相对趋势而定.

此外:E1或SN1反应中生成的碳正离子还可以发生重排而转变为更稳定的碳正离子,然后再消除质子(E1)或与亲核试剂作用(SN1). 例如: 新戊基溴和乙醇作用: 注意

例如: 伯卤烷在强碱的作用下所发生的消除反应: (B)双分子消除反应 双分子消除反应是碱性亲核试剂进攻卤烷分子中的氢原子,使这个氢原子成为质子和试剂结合而脱去,同时,分子中的卤原子在溶剂作用下带着一对电子离去,在 碳原子与碳原子之间形成了双键。反应经过一个较高的过渡态。 例如: 伯卤烷在强碱的作用下所发生的消除反应:

上述反应历程:新键的生成和旧键的破裂同时发生的。反应速度与反应物浓度以及进攻试剂的浓度成正比,这说明反应是按双分子历程进行的,因此叫双分子消除反应,以E2表示。 过渡态: (SN2) (E2) :B代表碱性试剂; L代表离去基团 因此, E2和SN2反应也往往是同时发生的。

(C)影响消除反应的因素 消除反应常常与亲核取代反应同时发生并相互竞争。 消除产物和取代产物的比例受反应物结构、试剂、温度、溶剂等多种因素的影响。 没有支链的伯卤烷与强亲核试剂作用:主要起SN2反应. 如卤烷碳原子上支链增加,对碳原子进攻的空间空间位阻加大,则不利于SN2而有利于E2. 碳原子上有支链的伯卤烷也容易发生消除反应: (a) 反应物结构的影响

碳原子上有支链的伯卤烷容易发生消除反应——因为碳原子上的烃基会阻碍试剂从背面接近碳原子而不利于SN2的进行. 例如:溴烷和乙醇钠在乙醇中反应,其取代产物和消除产物的百分比如表:(195页) 叔卤烷在没有强碱存在时起SN1和E1反应,得到取代产物和消除产物的混合物: (CH3)3CBr (CH3)3COC2H5 + (CH3)2C=CH2 C2H5OH 取代产物 消除产物

碳原子上烷基增加时,则对E1 反应比SN1反应更有利. 例: 叔卤烷在25℃时与80%乙醇作用,得到消除和取代产物的产率分别是: 产物% 16 34 62 78 取代 产物% 84 66 38 22

仲卤烷的情况较复杂,介于两者之间,而碳原子上有支链的仲卤烷更易生成消除产物.例如: 11 % + 89 % 卤代物的结构对消除和取代反应有如下影响: 消除增加 CH3X RCH2X R2CHX R3CX 取代增加 所以,常用叔卤烷制备烯烃,伯卤烷制备醇、醚等取代物

亲核性强的试剂有利于取代反应,亲核性弱的试剂有利于消除反应. 碱性强的试剂有利于消除反应,碱性弱的试剂有利于取代反应. (b) 试剂的影响 亲核性强的试剂有利于取代反应,亲核性弱的试剂有利于消除反应. 碱性强的试剂有利于消除反应,碱性弱的试剂有利于取代反应. 例如:亲核试剂(负离子),其碱性大小次序为: NH2- > RO- > HO- > CH3COO- > I- 当伯或仲卤烷用NaOH水解时,往往得到取代和消除两种产物(因为:OH-既是亲核试剂又是强碱); 而当卤烷与KOH的醇溶液作用时,由于试剂为碱性更强的烷氧负离子RO-,故主要产物是烯烃; 如果碱性加强或碱的浓度增加,消除产物的量也相应增加.

降低试剂浓度有利于单分子反应(E1和SN1);增加试剂浓度则有利于双分子反应的进行 降低试剂浓度有利于单分子反应(E1和SN1);增加试剂浓度则有利于双分子反应的进行.例如:叔卤烷,如增加碱的浓度就会增加消除产物,因为强碱容易进攻叔卤烷的氢原子,使反应有利于按E2进行:

(c) 溶剂极性和反应温度的影响 一般极性大的溶剂对单分子反应有利(E1和SN1),而对双分子(E2和SN2)反应不利,其中对E2更不利。 极性弱的溶剂有利于双分子反应( E2和SN2 )而不利于单分子反应(E1和SN1), 其中对E2更有利。 由于消除反应的过渡态需要拉长C—H键,所以消除反应的活化能要比取代反应的要大,因此升高温度往往可提高消除产物的比例。

当分子中含有两个碳原子的卤烷进行消除反应时,如果每个碳原子上都连有氢原子,则消除反应往往可以在不同的方向进行,生成的产物可能不止一种: (D)消除反应的方向 当分子中含有两个碳原子的卤烷进行消除反应时,如果每个碳原子上都连有氢原子,则消除反应往往可以在不同的方向进行,生成的产物可能不止一种: 只生成一种产物的反应叫定向反应;生成几种可能的产物(一种占显著优势)的反应叫择向反应;如果产物近于平均分布,叫非定向反应。 消除反应的择向规律与其历程有关。例:2-甲基-2-溴丁烷的E1反应: 第一步 第二步 优势产物 (双键上烷基多)

活化能高 活化能低 优势产物 (双键上烷基多) 查依采夫规则 E1反应的能量曲线

在E2反应中,它的择向与其过渡态有关.例:2-溴丁烷与乙醇钾的E2反应: 4: 1 (1) 2-溴丁烷在消除卤化氢时,由于-OH进攻氢原子位置不同,生成过渡态和能量变化也不同:

活化能高 活化能低 优势产物 (双键上烷基多) 查依采夫规则 E2反应的能量曲线