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09 第九章 卤代烃.ppt

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本课件为有机化学卤代烃章节,先按烃基结构、卤素数目和卤素所连碳原子分类并给出习惯与系统命名法,再介绍以烃和醇为原料的制法与物理性质,随后系统讲解水解、醇解、氨解、氰解等亲核取代反应、扎依采夫消除规则与格氏试剂,最后对比 SN1 与 SN2 历程及烯丙型、乙烯型卤代烃的活性。

第九章卤代烃封面,点明官能团卤原子与本章讨论的四方面内容
第九章内容导览页,列出分类命名、制法、性质与取代机理等七节
卤代烃分类图示,区分饱和不饱和芳香卤代烃与连二偕二卤代烃
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第1页:第九章卤代烃封面

第九章 卤代烃

卤代烃指烃分子中的一个或多个氢原子被卤素原子取代后生成的一类化合物,常用 RX 或 ArX 表示,其中卤素原子为官能团。本章着重讨论卤代烃的分类、命名、结构、性质及应用。

第2页:本章内容导览

本章内容导览

  • 第一节 卤代烃的分类、同分异构和命名
  • 第二节 卤代烷烃的制法
  • 第三节 卤代烷的物理性质
  • 第四节 卤代烃的化学性质
  • 第五节 亲核取代反应机理
  • 第六节 卤代烯烃与卤代芳烃
  • 第七节 重要的卤代烃

第3页:按烃基结构与卤素数目分类

一、卤代烃的分类

  • 1. 按烃基的结构分类:饱和卤代烃、不饱和卤代烃、芳香卤代烃
  • 2. 按卤素数目分类:一卤代烃、二卤代烃;二卤代烃中两个卤素连在不同碳上称连二卤代烃(如 ClCH2CH2Cl),连在同一碳上称偕二卤代烃(如 CH2Br2)

第4页:伯仲叔卤代烷的分类

3、按卤素连接的碳原子分类

  • 一级卤代烷(伯卤代烃):如 (CH3)2CHCH2Cl
  • 二级卤代烷(仲卤代烃):如 CH3CH2CH(CH3)Br
  • 三级卤代烷(叔卤代烃):如 (CH3)3C-I

第5页:卤代烃的命名法

二、卤代烃的命名

  • 1.习惯命名法:根据卤原子所连烃基的名称命名为「某烃基卤」或「卤(代)某烷」,例如甲基氯、乙基溴、叔丁基氯、环己基溴
  • 2.系统命名法:把卤代烃看作烃的卤素衍生物,以烃为母体、卤原子只作取代基,命名原则与相应烃相同

第6页:卤代脂烃命名示例

卤代脂烃命名示例

  • 2-甲基-4-氯戊烷
  • (Z)-3,5-二甲基-4-乙基-1-氯-3-己烯

本页图示给出上述化合物的构造式与命名对应关系。

第7页:卤原子与环的命名规则

含环卤代烃的命名

  • 卤原子直接连在环上时:环为母体,卤原子为取代基,如 1-甲基-2-氯苯(邻氯甲苯)、4-甲基-5-溴环己烯
  • 卤原子连在侧链时:环和卤原子为取代基,侧链烃为母体,如环己基一溴甲烷、苯二氯甲烷、2-环己基-4-碘戊烷

第8页:卤代烃的俗名与商品名

3.俗名或商品名

  • 三氯甲烷的俗名为氯仿
  • 三碘甲烷的俗名为碘仿
  • 多氟氯代烷的商品名为氟利昂
  • 六氯环己烷的商品名为六六六(林丹)

第9页:以烃为原料制卤代烃

第二节 卤代烃的制法:一、以烃为原料

烷烃在光照或加热下直接卤代、不饱和烃与卤素或卤化氢加成,以及芳环上的卤代,都是以烃为原料制备卤代烃的常用方法。本页图示给出相应的反应路线。

第10页:以醇为原料制卤代烃

二、以醇为原料

醇与氢卤酸、卤化磷或亚硫酰氯作用,羟基被卤素取代生成卤代烃,这是实验室制备卤代烃最常用的方法。本页图示给出相应的反应式。

第11页:卤代烃的物态与沸点

三、卤代烃的物理性质

  • 物态:常温常压下,除氯甲烷、溴甲烷、氯乙烷、氯乙烯为气体外,其余多为液体,高级或一些多元卤代烃为固体
  • 沸点:卤原子相同的同系列中,沸点随碳原子数增加而升高;烃基相同的卤代烷中,沸点次序为 RI > RBr > RCl;异构体中支链愈多沸点愈低

第12页:卤代烃的反应部位

第四节 卤代烃的化学性质

卤代烃的化学反应主要发生在官能团卤原子以及受卤原子影响而比较活泼的 β-氢原子上,本页图示标出这两类活性部位。

第13页:亲核取代反应与亲核试剂

一、取代反应

亲核取代反应:由亲核试剂进攻而引起的取代反应。

  • 常见亲核试剂:H2O、NH3、OH-、RO-、CN- 等

本页图示给出「亲核试剂 + 底物 → 产物 + 离去基团」的通式。

第14页:卤代烃的水解

1.水解

卤代烃与氢氧化钠水溶液作用,卤原子被羟基取代生成醇,这是由卤代烃制备醇的常用反应。本页图示给出水解反应式。

第15页:卤代烃的醇解

2.醇解

卤代烃与醇钠作用生成醚,这是合成混合醚的重要方法,称为 Williamson 合成法。本页图示给出醇解反应式。

第16页:卤代烃的氨解

3.氨解

卤代烃与氨作用,卤原子被氨基取代生成胺,反应常得到各级胺的混合物。本页图示给出氨解反应式。

第17页:卤代烃的氰解

4.氰解

卤代烃与氰化钠(钾)作用生成腈,产物比原料多一个碳原子,是有机合成中增长碳链的常用方法,腈水解可进一步得到羧酸。本页图示给出氰解反应式。

第18页:消除反应与扎依采夫规则

二、消除反应

仲卤代烷和叔卤代烷脱 HX 时,主要从含氢较少的 β-碳原子上脱去氢原子,这一经验称为扎依采夫规则。本页图示给出消除反应的取向示例。

第19页:取代与消除的竞争

取代反应与消除反应的竞争

  • 有利于取代:伯卤烷、稀碱、强极性溶剂及较低温度
  • 有利于消除:叔卤烷、浓的强碱、弱极性溶剂及高温

第20页:卤代烃与金属反应

三、与金属反应

卤代烃与金属镁在无水乙醚中作用生成格氏试剂 RMgX,是有机合成中重要的亲核试剂。本页图示给出制备反应式与实例。

第21页:格氏试剂与活泼氢

格氏试剂的性质

格氏试剂能与许多含活泼氢的物质作用,如炔烃、醇、醛、酮、羧酸等,遇到活泼氢即被分解生成相应的烃,因此制备与使用格氏试剂时必须严格无水无活泼氢。

第22页:SN1的动力学特征

第五节 亲核取代反应机理:一、单分子亲核取代 SN1

实验证明其动力学特征为:

υ = k[(CH3)3CBr]

即反应速率只与卤代烃的浓度有关,与亲核试剂浓度无关。

第23页:SN1的两步机理

反应分两步完成

  1. 第一步:卤代烃解离生成碳正离子与卤素负离子
  2. 第二步:亲核试剂进攻碳正离子生成产物

本页图示给出两步过程的能量与结构变化。

第24页:SN1的特点与活性次序

SN1 反应机理的特点

  • 反应分两步进行
  • 反应速率只与反应物浓度有关
  • 有碳正离子中间体生成

进行 SN1 历程反应的活性次序:叔卤代烃 > 仲卤代烃 > 伯卤代烃 > 卤代甲烷

第25页:SN2的历程与动力学

二、双分子亲核取代历程 — SN2

研究发现 SN2 反应是通过形成过渡态一步完成的:

CH3Br + OH- → CH3OH + Br-

动力学特征:υ = k[CH3Br][OH-]

第26页:

第27页:SN2的特点与构型反转

SN2 反应机理的特点

  • 旧键断裂与新键形成同时进行,反应一步完成
  • 立体化学特征:构型反转(瓦尔登反转)

SN2 历程反应的活性次序:卤代甲烷 > 伯卤代烃 > 仲卤代烃 > 叔卤代烃(与 SN1 相反)

第28页:SN1与SN2的竞争

SN1 与 SN2 并存竞争

本页图示给出 CH3-X、RCH2-X、R2CH-X、R3C-X 四类卤代烃中两种历程的相对比重:随着 α-碳上烃基增多,SN2 减弱、SN1 增强。

第29页:烯丙型卤代烃

第六节 卤代烯烃和卤代芳烃:一、烯丙型卤代烃

烯丙型卤代烃中易生成稳定的烯丙基正离子,本页图示给出烯丙基正离子 p-π 共轭体系的形成。

第30页:烯丙型的反应活性

烯丙型卤代烃的活性

该类卤代烃按 SN1 或 SN2 历程进行取代反应时,由于共轭效应使 SN1 的碳正离子中间体或 SN2 的过渡态势能降低而稳定,使反应易于进行,室温下即能与硝酸银的醇溶液作用生成卤化银沉淀。本页图示给出烯丙型过渡态的 p-π 共轭体系。

第31页:乙烯型卤代烃

2.乙烯型卤代烃

乙烯型卤代烃分子中碳原子和卤原子结合得更加紧密,卤原子很难离去,所以一般条件下难发生取代反应。本页图示给出乙烯型分子与卤苯型分子 p-π 共轭体系的形成。

第32页:重要的卤代烃

第七节 重要的卤代烃

  • 三氯甲烷(氯仿):无色液体,沸点 61.2 ℃,不易燃,不溶于水,能溶于多种有机物,本身是良好溶剂,可溶解油脂、蜡和有机玻璃
  • 四氯化碳:无色液体,沸点 76.5 ℃,不溶于水,能溶多种有机物,不燃烧,常用作灭火剂;但金属钠着火时不能用它灭火,且高温下与水会生成剧毒的光气,用其灭火时要注意通风
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