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04 第六章 卤代烃.ppt

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本课件讲解卤代烃,先介绍分类与命名及伯仲叔的划分,再展开亲核取代、消除反应和与金属的反应,重点辨析 SN1 与 SN2 两种机理的立体化学特征与活性次序,最后讨论卤代烯烃与卤代芳烃的活性差异。

第六章卤代烃章节封面,列出分类命名、卤代烷性质、亲核取代机理与卤代烯烃四节内容
卤代烃分类与命名页,按卤素种类与连接碳类型分为伯仲叔卤代烃并给出氯戊烷、溴戊烯等命名实例
卤代烃反应部位页,标示碳卤键为主要反应部位并列出亲核取代、消除与和活泼金属反应三类
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第1页:卤代烃章节封面

6 卤代烃

  • 6.1 卤代烃的分类和命名
  • 6.2 卤代烷烃的性质
  • 6.3 亲核取代反应机理
  • 6.4 卤代烯烃和卤代芳烃

第2页:卤代烃的分类和命名

6.1 卤代烃的分类和命名

1、分类
①据 X 的不同;②据 X 连接的碳原子不同;③据烃基的不同
按连接碳分类
伯卤代烃(1°RX)、仲卤代烃(2°RX)、叔卤代烃(3°RX)
2、命名
选连有 X 碳原子在内的最长碳链作主链;若有重键应包括在内,编号以重键最低

命名示例:2-乙基-1-氯戊烷、4-溴-2-戊烯、4-溴环己烯、1-甲基-2-氯-4-溴环己烷、二氟二氯甲烷(氟里昂)

第3页:卤代烃的主要反应

主要反应及反应的部位

  1. 亲核取代反应
  2. 消除反应
  3. 与活泼金属反应

第4页:亲核取代反应的类型

6.2 卤代烷烃的化学性质——1、亲核取代反应(Nucleophilic Substitution)

  1. 被羟基取代(水解)→ 生成醇
  2. 被烷氧基取代(醇解)→ 生成醚
  3. 被氰基取代 → 生成腈
  4. 被氨基取代(氨解)→ 生成胺
  5. 被硝酸根取代 → 生成硝酸酯

第5页:卤代烃的鉴别与取代产物

腈的水解
生成比原料多一个碳原子的羧酸
硝酸酯的生成
生成硝酸酯和卤化银,用于鉴别不同的卤代烃
混合醚的制备
醇解反应可制混合醚(Williamson 合成法)
不同卤代烃与硝酸银乙醇溶液反应的现象
卤代烃类型沉淀出现情况
3°RX(叔卤代烃)室温下沉淀较快
2°RX(仲卤代烃)室温下沉淀
1°RX(伯卤代烃)加热后沉淀

第6页:消除反应与Saytzeff规则

2、消除反应(Elimination)

消除反应
从一个分子中脱去一个简单分子的反应,通常形成双键。
β-消除反应
卤代烷脱 HX 时,相邻两个碳原子各脱去一个原子,称 α,β-消除反应,简称 β-消除反应。
Saytzeff 规则
卤代烷脱 HX 时,氢原子主要从含 H 较少的邻碳原子上脱去,即主要生成双键碳上连较多取代基的烯烃。

若产物能形成共轭烯烃,则以共轭烯烃(Saytzeff 烯烃)为主要产物。

第7页:与镁反应与格氏试剂

3、与金属反应——(1)与镁反应

Grignard 试剂
卤代烷与金属镁在无水乙醚中反应生成烃基卤化镁(RMgX),是有机合成中重要的亲核试剂。

卤代烷的活性次序:碘代烷 > 溴代烷 > 氯代烷

第8页:与锂反应与有机铜锂试剂

(2)与锂反应

  • 在惰性溶剂中,锂与卤代烷(溴代烷、氯代烷)反应生成有机锂化合物
  • 烷基锂与卤化亚铜反应生成二烷基铜锂,称为有机铜锂试剂
  • 二烷基铜锂与卤代烷反应生成烷烃,是制备烷烃的一种方法,称为 Corey-House 合成

第9页:SN2反应机理

6.3 亲核取代反应机理——1、双分子亲核反应(SN2)

  • 立体化学特征:构型发生翻转,即 Walden 转化
  • 反应是连续的,一步反应
  • 速率方程:v = k[CH3Br][OH-]

卤代烃 SN2 反应的活性次序:1°RX > 2°RX > 3°RX

第10页:SN2反应能量曲线

双分子亲核取代
反应物和亲核试剂都参与了反应速率控制步骤的反应,称为双分子亲核取代,用 SN2 表示。

反应进程中的能量变化呈单峰曲线,只有一个过渡态,无中间体生成。

注:本页源文件以能量—反应进程曲线图为主,具体数值以原课件图片为准。

第11页:SN1反应机理

2、单分子亲核反应(SN1):以叔丁基溴水解生成叔丁醇为例,反应分两步进行。

  • 立体化学特征:产物外消旋化
  • 反应是分步的
  • 速率方程:v = k[(CH3)3CBr]

卤代烃 SN1 反应的活性次序:3°RX > 2°RX > 1°RX

第12页:SN1反应能量曲线

第一步反应的活化能 ΔE1 比第二步反应的活化能 ΔE2 大得多,因此第一步是决定反应速率的慢步骤;慢步骤中只有叔丁基溴参加,称为单分子亲核取代反应,用 SN1 表示。

反应进程中的能量变化呈双峰曲线,中间有碳正离子中间体。

注:本页源文件以能量—反应进程曲线图为主,具体数值以原课件图片为准。

第13页:碳正离子稳定性与SN1活性

SN1 反应中决定反应速率的步骤是碳正离子的生成,因此卤代烷进行 SN1 反应的速率可通过考察碳正离子的稳定性来判断。

  • 烷基正离子稳定性次序:3°C+ > 2°C+ > 1°C+
  • SN1 反应中卤代烷的活性次序:叔卤代烷 > 仲卤代烷 > 伯卤代烷 > CH3X

按 SN2 还是 SN1 机理进行,与卤代烷的结构、离去基团、亲核试剂和溶剂的性质等因素有关。

第14页:空间效应与SN2活性

卤代烷进行 SN2 反应的难易程度主要由空间效应决定:

  • 中心碳原子上甲基越多,空间位阻越大,反应越难
  • 甲基增多带来的供电子诱导效应使中心碳原子负电荷增多,亲核试剂进攻越困难

SN2 反应中卤代烷的活性次序:CH3X > 伯卤代烷 > 仲卤代烷 > 叔卤代烷

第15页:SN1、SN2活性排序练习

课堂练习:下列两组卤代烃

  • 按 SN2 反应的活性次序
  • 按 SN1 反应的活性次序
  • 与 AgNO3/乙醇溶液反应的活性次序(按 SN1 进行)

注:本页源文件以结构式与排序结果为主,各化合物的具体顺序以原课件图片为准。

第16页:取代与消除的竞争

亲核取代反应与消除反应是竞争进行的,何者为主与下列因素有关:

烃基结构
卤代烃发生 E1 和 E2 反应的活性次序为 3°RX > 2°RX > 1°RX;叔卤代烃在碱性溶液中主要发生消除反应
溶剂极性
非极性溶剂有利于消除反应
亲核试剂的碱性
碱性强有利于消除反应

第17页:卤代烃的转化关系

卤代烃向其他类型化合物的转化关系示意,其中标注「×」的路径表示不能直接转化。

注:本页源文件仅提取到转化关系图的少量文字(含「×」标注),正文字符少于 60 字,具体转化网络以原课件图片为准。

第18页:卤代烯烃和卤代芳烃的分类

6.4 卤代烯烃和卤代芳烃——1、分类和命名

乙烯基型和芳基型卤代烃
卤原子直接连在双键碳或芳环上
烯丙基型和苄基型卤代烃
卤原子连在烯丙位或苄位碳上
隔离型卤代烯烃和卤代芳烃
卤原子与双键或芳环相隔一个以上饱和碳

示例:苄基氯、1-苯基-2-氯乙烷

第19页:三类卤代烃的活性比较

2、三类卤代烯烃和卤代芳烃亲核取代反应的活性比较

三类卤代烃在 SN1 与 SN2 反应中的活性次序
反应机理活性次序
SN1 反应烯丙型 > 隔离型 > 乙烯型(按烃基:3°RX > 2°RX > 1°RX)
SN2 反应烯丙型 > 隔离型 > 乙烯型(按烃基:3°RX < 2°RX < 1°RX)

第20页:卤代烃练习页

本页为第六章卤代烃的练习页,源文件仅提取到章节名页眉「6 卤代烃」,具体习题内容以原课件图片为准。

注:本页正文字符少于 60 字,建议对照原图补充题目描述。

第21页:卤代烃练习页(续)

本页为第六章卤代烃的练习页,源文件仅提取到章节名页眉「6 卤代烃」,具体习题内容以原课件图片为准。

注:本页正文字符少于 60 字,建议对照原图补充题目描述。

第22页:SN1活性排序练习

练习:下列卤代烃按 SN1 反应的活性次序排列(1 2 3 4)。

注:本页源文件以结构式为主,各化合物的具体活性顺序以原课件图片为准。

第23页:卤代烃的鉴别练习

练习:用简便化学方法鉴别下列化合物。

注:本页源文件以结构式与试剂为主,具体鉴别方案以原课件图片为准。

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