夏令營鹵代烴

1、夏令營鹵代烴 夏令營鹵代烴 第三講第三講 鹵代烴和芳香烴鹵代烴和芳香烴 主講主講 王炳祥王炳祥 夏令營鹵代烴 1.1 鹵代烴的定義和分類 1.2 鹵代烴的物理性質(zhì) 1.3 鹵代烴的化學(xué)性質(zhì) 1.3.1 親核取代反應(yīng) 1.3.2 消除反應(yīng) 1.3.3 與金屬的反應(yīng)1.3.4 其它反應(yīng) 1.4 鹵代烴的制備 1.5 綜合練習(xí) 一、鹵代烴 夏令營鹵代烴 1.3.1 鹵代烴的親核取代反應(yīng) 夏令營鹵代烴 RX X RX X RX R3N RX N3- RN3 X RCC- RCCR Alkyne RCOO- RCOOR R-NR3X- + Ester Quaternary ammonium halide

2、 Alkyl azide RCl I - RIRBr RI I- + Cl- + Br- 夏令營鹵代烴 1.3.1 親核取代反應(yīng) Nucleophilic Substitution Reaction 連接在有機(jī)化合物碳原子上的一個(gè)原子或基團(tuán) 被另外一個(gè)原子或基團(tuán)取代的反應(yīng). R L+R Nu+L:Nu: L: 離去基團(tuán) (Leaving Group) Nu: 親核試劑 (Nucleophile) 親核取代反應(yīng)概述： 夏令營鹵代烴 例如 R X+R OH +X - OH - 反應(yīng)物鹵代烴發(fā)生了CX鍵的斷裂和CO鍵的形成 RC LRC+RC Nu Nu- L- 原有的鍵斷裂后，新的鍵相繼生成，即反

3、應(yīng)分兩步進(jìn)行 SN1 Substitution Nucleophlic Unimolecular 夏令營鹵代烴 RC LNu- NuL - - Nu C R L- SN2 Substitution Nucleophilic Bimolecular 新鍵的形成和舊鍵的斷裂同時(shí)進(jìn)行，即反應(yīng)是一步完成 夏令營鹵代烴 1.3.1.1 SN1反應(yīng) (a) SN1反應(yīng)機(jī)理機(jī)理 RCLRC + Slow +L - RC + RCNuNu - Fast + C L CL C+ CNu C Nu 過渡態(tài)I 過渡態(tài)II 反應(yīng)進(jìn)程 自由能 反應(yīng)速度= dR-L dt dNu dt = =kR-L 夏令營鹵代烴 (b

4、) SN1反應(yīng)立體化學(xué) Dissociation Planar Intermediate + Nu Nu Nu 50% Retention of Configuration Nu 50% Inversion of Configuration 夏令營鹵代烴 Practice Problem Ph C H MeCl C+ H Ph Me Ph H MeOH Me H HO Ph OH- H2O OH- H2O 49%51% InversionRetention CH2CH2CH2CH3 C CH2CH3 MeCl H2O Ethanol Me CH2CH3 HO CH2CH2CH2CH3 60%

5、S Inversion CH2CH2CH2CH3 CH2CH3 MeOH 40% R Retention (R)-5-Chloro -5-methylheptane 夏令營鹵代烴 (c) The ion-pair hypothesis in SN1 reaction Nu Ion pair Open to attack Shield from attack Nu Inversion Racemization Nu Nu Nu Nu Free carbocation 夏令營鹵代烴 (d) 影響SN1反應(yīng)的因素 HH H H H HH HH H Allyl carbocation Benzyl c

6、arbocation CCCC HHHHHHHH * 反應(yīng)底物 夏令營鹵代烴 Less stable More stable Carbocation stability H C H H H3C C H H H3C C CH3 CH3 3HC C CH3 H C HH H H H CH2 MethylPrimary Allyl BenzylSecondaryTertiary CH2 Benzyl 夏令營鹵代烴 * 離去基團(tuán) F- Cl- Br- I- Less reactive Leaving group reactivity More reactive * 親核試劑（了解） H3C CH3 C

7、H3 OHH3C CH3 CH3 X HX H2O+ 夏令營鹵代烴 * 溶劑效應(yīng)（一般了解） R - L R+ .L- R+ + L- 夏令營鹵代烴 Stereochemistry of SN1 Raections; IonPairs Stereochemistry of an SN1 reaction that takes place via a contact ion pair. The reaction proceeds with 66% inversion of configuration and 34%racemization. 夏令營鹵代烴 1.3.1.2 SN2反應(yīng) (a) SN

8、2反應(yīng)機(jī)理機(jī)理 RC LNu- CNuL - - Nu C R L- 反應(yīng)速度 = k R-L Nu- R C LNu- NuL Nu C R 過渡態(tài) 反應(yīng)歷程 自由能 夏令營鹵代烴 (b) SN2反應(yīng)立體化學(xué) Nu + NuNu+ H3C H C6H13I 128I- + C6H13 H 128I CH3 + I- S-2-碘辛烷R-2-碘辛烷*I Tetrahedral Planar Tetrahedral 夏令營鹵代烴 (c) 影響SN2反應(yīng)的因素 H3C C Br CH3 CH3 H3C C C CH3 CH3 H3C C Br CH3 H H3C C Br H H H C Br H

9、H Br Relative reactivity HO-, I- Br-, Cl- 夏令營鹵代烴 * 離去基團(tuán) RCH2-Cl + H2ORCH2-OHH+Cl- 慢 + L = OH-, NH2-, OR-, F- Cl- Br- I- TosO- 2o1oCH3X3o2o1o 1o 2o 3o SN2 SN2 混雜的 SN1 夏令營鹵代烴 1.3.2 消除反應(yīng) CC H X +B- CC+ H B + X- 消除反應(yīng)分為-消除反應(yīng) 和-消除反應(yīng) -消除反應(yīng)又分為E1消除反應(yīng) 和E2消除反應(yīng) -消除反應(yīng): CHCl3 (CH3)3CO- CCl2(CH3)3COH+ -消除反應(yīng): 夏令營鹵代

10、烴 1.3.2.1 -消除反應(yīng): (a) E1消除反應(yīng)的歷程 C+ CH3 C CH3 H H H H2 O + CC H H CH3 CH3 +H3O+ CCl CH3 CH3 CH3 slow H2O C+ CH3 CH3 CH3 + Cl- (CH3)3CCl + H2O CH2=C(CH3)2 + H2O + Cl- 夏令營鹵代烴 C2H5O- + CH3CHBrCH3CH2=CHCH3 + C2H5OH+ Br- CC H Br H CH3 H H C2H5O- C2H5O CC H CH3 H H H Br # CC H H CH3 H + C2H5OH + Br- (b) E2消

11、除反應(yīng)的歷程 - - 夏令營鹵代烴 消除反應(yīng)與親核取代反應(yīng)的競爭 一般情況下E1與SN1，E2與SN2競爭 CH3XRCH2X R2CHXR3CX SN2 大部分反應(yīng)，大部分反應(yīng)，SN2 位阻大的強(qiáng)堿時(shí)，位阻大的強(qiáng)堿時(shí)，E2 （e.g.,(CH3)3CONa) 弱堿時(shí)，弱堿時(shí)，SN2 強(qiáng)堿時(shí)，強(qiáng)堿時(shí)，E2 No SN2 溶劑解時(shí)，溶劑解時(shí)，SN1/E1 低溫時(shí)，低溫時(shí)，SN1 強(qiáng)堿時(shí)，強(qiáng)堿時(shí)， E2 夏令營鹵代烴 (1) CH3CH2CH2CH2Br + CH3O- 50oC CH3OH ( CH3CH2CH2CH2OCH3 ) SN2 (主) ( CH3CH2CH=CH2 ) E2 (次)

12、CH3OH 50oC (2) CH3CH2CH2CH2Br + (CH3)3CO- ( CH3CH2CH=CH2 ) E2 ( 主 ) ( CH3CH2CH2CH2OC(CH3)3 ) SN2 ( 次) Problem: 完成下列反應(yīng)，指出反應(yīng)機(jī)理完成下列反應(yīng)，指出反應(yīng)機(jī)理 是是SN1、SN2、E1或或E2？ 夏令營鹵代烴 CH3 H I H + CH3O- 50oC CH3OH (3) CH3 H H OCH3 CH3 H SN2 ( 次 ) E2 ( 主) (4) CH3OH 25oC CH3 H I CH3 H H3C CH3 OCH3 H H3C OCH3 CH3 + (SN1) 夏令

13、營鹵代烴 EtOH 50oC (5) CH3CH2CHCH2CH3 + CH3CH2O- Br ( CH3CH2CHCH2CH3 ) SN2 ( 次) ( CH3CH=CHCH2CH3 ) E2 ( 主 ) OEt (6) CH3CH(Br)CH3 + (CH3)3CO- 50oC (CH3)3COH ( CH3CH=CH2 ) E2 ( 主 ) ( CH3CH(CH3)OC(CH3)3 ) SN2 ( 次) 夏令營鹵代烴 (7) HO- + (R)-2-溴丁烷 25oC 25oC (8) (S)-3-甲基-3-溴己烷 CH3OH ( (S)-CH3CH(OH)CH2CH3 ) SN2 ( 次

14、) ( CH3CH=CHCH3 + CH3CH2CH=CH2 ) E2 ( 主) ( ( )-CH3CH2C(CH3)CH2CH2CH3 ) SN1 ( 主) + - OCH3 CH3CH2C=CHCH2CH3 , CH3CH=CCH2CH2CH3 CH3CH3 CH3CH2CCH2CH2CH3 CH2 E1 ( 次） 夏令營鹵代烴 CH3OH (9) (S)-2-溴辛烷 + I- 50oC (10) CH3CH2CH2CH2Cl + SCN- H2O CH3OH (R)-CH3CH(I)CH2CH2CH2CH2CH2CH3 SN2 ( 唯一產(chǎn)物） ( CH3CH2CH2CH2SCN ) SN

15、2 ( 主 ) ( CH3CH2CH2CH2NCS ) SN2 ( 次 ) 夏令營鹵代烴 Cl 1) NaOH, H2O, 340oC, 2500psi 2) H3O+ OH Cl NH2- NH2 + NH21414 14 CH3 Cl KNH2 CH3 NH2 CH3 NH2 + (38%)(62%) (c ) 鹵代芳烴的消除加成反應(yīng)機(jī)理 反應(yīng)實(shí)例：反應(yīng)實(shí)例： 夏令營鹵代烴 Cl H + NH2- NH3 Cl- + + NH3 H NH2 NH2 H + 在液態(tài)氨和在液態(tài)氨和KNH2中，反應(yīng)活性大中，反應(yīng)活性大 小為：小為： Br I Cl F 消除加成反應(yīng)機(jī)理 夏令營鹵代烴 OCH3

16、Br NH2- OCH3 NH2 CF3 NH2 NH2- CF3 Cl CF3 + NH2- NH2 CF3 - NH2 CF3 NH2-+ CF3 - X 思考題思考題： 分析：分析： 夏令營鹵代烴 Cl Cl must give Cl should give Cl NH2 Cl NH2 give should Cl give should Cl Cl Cl NH2 give should Cl give must Cl Cl 思考題：思考題： 夏令營鹵代烴 1.3.3 與金屬的反應(yīng) 1.3.3.1 與金屬鎂的反應(yīng)(Grignard reagents) RX + Mg Et2O RMgX

17、ArX + MgArMgX Et2O MgXR O RR O RR CH3I + Mg Et2O Et2O 35oC 35oC CH3MgI C6H5Br + Mg C6H5MgBr RMgX + HOHRH + OH- + Mg2+ + X- RH + RO- + Mg2+ + X-RMgX + HOR + RH RMgX + HCCRRCCMgX 夏令營鹵代烴 O RMgX + RCH2CH2O-Mg2+X- RCH2CH2OH H+ Grignard reagents 中不能包含有下列基團(tuán)： -OH, -NH2, -NHR, -COOH, -SO3H, -SH, -CC-H, -CHO, -COR, -COOR, -CONH2, -CN, (R)-NO2 O 由Grignard reagents合成其它有機(jī)金屬化合物 3RMgCl + AlCl3R3Al + 3MgCl2 2RMgCl + CdCl2R2Cd + 2MgCl2 4RMgCl + SnCl4R4Sn + 4MgCl2 夏令營鹵代烴 烷基鋰的制備，烷基銅鋰的制備 RX + 2NaRNa + NaX RNa + RX R-R + NaX RX + 2LiRLi + LiX 2RLi + CuI R2CuLi + LiI R2CuLi + R1XR-R1 + RCu + LiX 1.3.3.2 與堿金屬的反