第四章 卤代烃（alkyl halides） 一.亲核取代反应 1. 双分子亲核取代反应(SN2)的机制及其立体化学 2. 单分子亲核取代反应(SN1)的机制及其立体化学 3. 影响亲核取代反应速率的因素 二. 消除反应 1. 消除反应的取向——Saytzeff规则 2. 双分子消除反应(E2)的机制及其立体化学 3. 单分子消除反应(E1)的机制及其立体化学 4. 邻二卤代烷失卤素 三. 亲核取代反应与消除反应的竞争性 四. 卤代烃与金属的反应

一. 亲核取代反应 (Nucleophilic Substitution Reaction) 中性分子. 底物：反应中受试剂进攻的物质。 离去基团：带着一对电子离去的分子或负离子。

3 0.0010 2.0 9.8×10-7 1. 双分子亲核取代反应 (SN2) 机理及其立体化学 No [ CH3Cl ] [OH-] Rate(mol L-1 s-1) 1 0.0010 1.0 4.9×10-7 2 0.0020 1.0 9.8×10-7 3 0.0010 2.0 9.8×10-7 4 0.0020 2.0 19.6×10-7

反应一步完成。过渡态为势能最高点, 控制反应速率。 双分子 参与。双分子亲核取代(SN2)。 - - 反应一步完成。过渡态为势能最高点, 控制反应速率。 双分子 参与。双分子亲核取代(SN2)。 - - [ ]

vrac / vexc = 2 R S Walden (瓦尔登 ) 转化。反应物构型与生成物构型完全 相反的过程。构型转化是SN2反应的立体化学特征。 为什么亲核试剂总是从离去基团的背面进攻中心碳原子？ 基团的排斥；过渡态能量；亲核试剂与离去基团的距离。

2. 单分子亲核取代反应(SN1)机理及其立体化学 V= k1[(CH3)3CBr] 反应分步进行：

决定速率步骤仅涉及 一种分子(底物). 单分 子亲核取代(SN1). E 构型转化(50%) 构型保留(50%) 外消旋产物 进攻概率相等

SN1反应的立体化学特征是外消旋化。 实际上外消旋化往往伴随某种程度的构型转化： 较大的外消旋化百分比说明主要发生了SN1反应。 离子对机制解释：

讨论 SN1反应的另一个特点：反应伴有重排。  试解释 (S)-3-甲基-3-溴己烷在水-丙酮中反应, 结果 旋光性消失的实验事实。

 写出下列反应的产物结构（用构型式表示）

3. 影响亲核取代反应速率的因素 1) 烃基结构 在SN2反应中 主要影响因素是位阻效应(steric effect)或称空间效应。 空阻越大, SN2 反应速率越小. (过渡态稳定性、碰撞几率)

在SN1反应中 RBr在HCOOH-H2O中水解反应相对速率 生成碳正离子稳定，所需活化能低，反应速率快。 离解成碳正离子的倾向：  从烷基结构看亲核取代反应的活性：

• 苯甲型和烯丙型卤化物进行SN1或SN2反应，活性都较高。 (p-) 在SN2反应中(过渡态)： (p-)

讨论 (i) 下列每一对化合物，哪一个更易进行SN1反应？ (B) (A) (ii) 下列每一对化合物，哪一个更易进行SN2反应？ (B)

2) 离去基团 C-X键弱，X-容易离去，C-X键强，X-不易离去。 基团碱性强，离去倾向小；基团碱性弱，离去倾向大。 如：RO- OH- NH2- 是不好的离去基团。 离去基团的碱性强弱可由其共轭酸的pka大小判断。

3) 亲核试剂 对SN1反应影响不大。在SN2反应中: 试剂的亲核性与试剂的浓度、试剂的给电子能力、试剂的 可极化性有关。 a. 在亲核原子相同的一组亲核试剂中, 碱性越强, 亲核性越强。 (亲核性顺序与碱性一致) b. 在同一周期中的各种原子, 从左到右亲核性降低。 (亲核性顺序与碱性一致) c. 在同族元素中, 周期高的原子亲核性大。(可极化性所致)

d. 负离子的亲核性大于它的共轭酸 4) 溶剂 (质子溶剂、非质子溶剂) 质子溶剂使负离子溶剂化;非质子极性溶剂使正离子溶剂化

在SN1反应中, 增加溶剂的极性或使用质子溶剂, 有利 于卤代烷的离解。 + - 过渡态因溶剂化而稳定, 活化能降低, 有利于卤代烷解离。 溶剂 乙醇 乙酸 醇  水=2  3 醇  水=1  4 水 相对速率 1 2 100 14000 ~105

增加溶剂极性或使用质子溶剂, 负离子亲核试剂溶剂化, 试剂亲核性降低, 不利于过渡态形成, 反应速率减慢。 SN2反应中, 增加溶剂极性或使用质子溶剂, 负离子亲核试剂溶剂化, 试剂亲核性降低, 不利于过渡态形成, 反应速率减慢。 δ- δ- 卤负离子溶剂化程度：F- > Cl- > Br- > I- 卤负离子亲核性顺序： I- > Br -> Cl- > F- 亲核试剂是中性分子时，增加溶剂极性有利于反应。 （不带电荷的试剂）

二. 消除反应 (Elimination reaction) -消除反应、1，2-消除反应

1. 消除反应的取向——saytZeff(查依切夫)规则 氢从含氢较少的碳上脱去, 生成取代基较多的稳定烯烃。 2. E2机制 - -

当反式不能消除时用顺式消除 C-H键和C-X键的断裂、键的形成协同进行, 经过渡态一 步完成。底物与试剂参与形成过渡态。双分子消除。 反应速率= [RX][B-] 消除需符合共平面几何要求（H-C-C-X 共平面） 反式共平面消除 （能量低） 顺式共平面消除 当反式不能消除时用顺式消除

? 3. E1机制 反应速率= [RX] 反应经历碳正离子中间体，伴有重排发生。

三. 亲核取代与消除反应的竞争 SN2与E2： SN1与E1：

1. 烷基结构的影响

2. 试剂的影响 强碱、位阻碱或增加碱的浓度，有利于消除反应。

增加溶剂极性加速卤代烷的解离, 有利于SN1、E1反应。 在SN2 E2反应中, 通常溶剂极性大有利于电荷集中, 而不利 3. 反应温度的影响 4. 溶剂的影响 增加溶剂极性加速卤代烷的解离, 有利于SN1、E1反应。 在SN2 E2反应中, 通常溶剂极性大有利于电荷集中, 而不利 于电荷分散。比较过渡态和底物电荷分散与集中的情况： - -

讨论 • 强极性溶剂不利于SN2(含负离子亲核试剂)更不利于E2反应。 1.下列反应主要是取代还是消除？ - - • 强极性溶剂不利于SN2(含负离子亲核试剂)更不利于E2反应。 1.下列反应主要是取代还是消除？ 讨论 2. 括号中哪一个试剂给出的消除/取代比值大？

C-Mg键具有较强的极性。 Grignard试剂很活泼。 四. 卤代烷与金属反应（有机金属化合物） 1. 有机镁化合物 C-Mg键具有较强的极性。 Grignard试剂很活泼。  与含活泼氢化合物反应, 格氏试剂被分解。 (烷烃)

 与氧、二氧化碳反应  与活泼卤代烷发生偶联反应 （形成碳碳键）  格氏试剂与羰基化合物、羧酸衍生物等反应。 2. 有机锂化合物

六. 卤代烷的合成 1. 烷烃卤代 (Cl2 Br2) 2. 醇与SOCl2、HX或PX3(X=I, Br,Cl)反应 3. 烯烃与HX加成或由烯烃a-H卤代 4. X2(X=Br, Cl)与烯烃反应制邻二卤化物

思考题 为什么催化量的KI能加快下列反应？