卤代烃药学主题医学知识课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,资料仅供参考,不当之处，请联系改正。,一、结构,卤素的电负性比碳大，使碳卤键成为极性共价键，成键电子对偏向卤素，碳原子为正电中心，卤原子为负电中心，偶极方向由碳指向卤素。,诱导效应：,由于分子中电负性不同的原子或基团的影响使整个分子中成键的电子云沿分子链(共价键)向一个方向偏移，使分子发生极化的现象。,（电性效应的一种，用表示）,第一节 结构、分类和命名,一、结构 卤素的电负性比碳大，使碳卤键成为极性共价键，,1,诱导效应,吸电子诱导效应,(-I),斥电子诱导效应,(+,I,).,诱导效应吸电子诱导效应(-I)斥电子诱导效应(+I ).,2,HH H,H C C C H,HH H,a,b,g,d-,d+,dd+,ddd+,Cl,诱导效应中电子偏移的方向以,CH,键中H作为比较标准。,如果取代基,X,的电负性大于,H,，,X,具有吸电子性，故称为,吸电子基,或,亲电基,。由它引起的诱导效应叫做,吸电子诱导效应,或,亲电诱导效应,，一般用,-I,表示。,HH Habgd-d+dd+,3,如果取代基,Y,的电负性小于,H,，,Y,具有斥电子性，称为,斥电子基,或,供电基,。由它引起的诱导效应叫做,斥电子诱导效应,或,供电诱导效应,，一般用,+I,表示。,如果取代基 Y 的电负性小于 H ，Y 具有斥电子性，称为,4,常见一些原子或原子团的电负性大小如下：,-I效应增强（吸电子基） +I效应增强（供电子基）,-F -Cl -Br -I -OCH,3, -NHCOCH,3,-C,6,H,5, -CH=CH,2,-H, -CH,3, -C,2,H,5,-CH(CH,3,),2, -C(CH,3,),3,在,H,前面的为,吸电子基,，在,H,后面的为,斥电子基,。,常见一些原子或原子团的电负性大小如下：在 H 前面的为吸电子,5,HH H,H C C C H,HH H,a,b,g,Cl,诱导效应的传递,沿共价键,单向传递,在多原子分子中，诱导效应可由近及远地沿着分子链传递下去。例如1-氯丙烷分子中的诱导效应：,但是这种诱导效应将随着传递距离的增加而迅速的减弱下来。,d-,d+,dd+,ddd+,HH HabgCl诱导效应的,6,诱导效应的特点,：由静电极性所引起的，通过键传递，在传递过程中这种效应随着C链增长而很快减弱，一般经过3个C以后这种效应就很弱了，其作用是短程的。,诱导效应的特点：由静电极性所引起的，通过键传递，在传递过,7,1.按R的结构,饱和卤代烃: C,2,H,5,Cl,Cl, (CH,3,),3,C-Cl,乙烯型,RCH=CH-,X,烯丙型,RCH=CHCH,2,-,X,孤立型,RCH=CH,(,CH,2,),n,X,不饱和卤代烃,卤代芳烃,苯型,Ar,-,X,苄型,Ar,CH,2,-,X,孤立型,Ar,(,CH,2,),n,X,二、分类,1.按R的结构饱和卤代烃: C2H5Cl, ,8,2.按C-X键C的类型,伯卤代烃,仲卤代烃,叔卤代烃,CH,3,C,H,2,Cl,CH,2,=CH,C,H,2,Br,CH,3,C,HCH,3,Cl,(CH,3,),3,C,-Cl,3.按X的种类,氟代烃（制法和性质特殊）,氯代烃、溴代烃、碘代烃,4.按X的数目,一卤代烃 CH,3,CH,2,Cl,用作局部麻醉剂,多卤代烃,HC,I,3,杀菌及和缓的防腐剂,C,F,3,CH,ClBr,新型强效低毒麻醉剂,C,F,2,Cl,2,（,F,12,）制冷剂,2.按C-X键C的类型伯卤代烃仲卤代烃叔卤代烃CH3CH2C,9,三、命名,普通命名法,;,俗名,;,系统命名,法,1.普通命名法:,卤（代）某烃,或,某烃基卤,。,CHCl,3,三氯甲烷,C,2,H,5,Cl,氯乙烷,叔丁基溴,氯乙烯,CH,2,=CHCl,乙烯基氯,n-C,4,H,9,-Cl i-C,4,H,9,-Cl,(CH,3,),3,CBr,氯仿,正丁基氯,异丁基氯,乙基氯,三、命名 普通命名法; 俗名; 系统命名法1.普通,10,苯氯甲烷,3-溴丙烯,溴苯,CH,2,=CH-CH,2,Br,Br,CH,2,Cl,C,l,C,F,C,l,C,l,三氯氟甲烷,苄基氯,氯化苄,氟利昂-11,烯丙基溴,苯氯甲烷3-溴丙烯溴苯CH2=CH-CH2BrBrCH2Cl,11,选母体,：,烃作母体，将 X 和烃中的支链一样作为取代基来命名,。,配基：,优先基团后列出,。,2.系统命名：,编号：,根据,最低序列原则,将主链编号。,选母体：烃作母体，将 X 和烃中的支链一样作为取代基来命,12,CH,3,CH,2,CH-CH,2,CH,2,CH,3,CH,2,Cl,或：3-,氯甲基,己烷,-甲基-溴丙烷,C,H,3,C,H,C,H,2,B,r,C,H,3,3 2 1,H,3,C,C,H,C,H,C,H,3,C,H,3,B,r,1 2 3 4,3-甲基-2-溴丁烷,(错),2-甲基-3-溴丁烷,4 3 2 1,2-乙基-1-氯戊烷,CH3CH2CH-CH2CH2CH3或：3-氯甲基己烷 -,13,CH,2,=CH-CH-CH,2,-,Br,CH,3,CH,3,I,1 2 3 4 5 6 7,H,3,C,C,H,C,H,C,H,2,C,H,C,H,C,H,3,C,l,I,C,H,3,C,H,3,7 6 5 4 3 2 1,2，6-二甲基-3-氯-5-碘庚烷,3-甲基-4-溴-1-丁烯,5-甲基-1-碘环己烯,CH2=CH-CH-CH2-BrCH3,14,卤素取代芳环氢时，,以芳烃作母体.,Br,Br,CH,3,Cl CH,2,Cl,Cl,3,5-二溴甲苯,对-氯苯氯甲烷,1-氯甲基-4-氯苯,2-氯萘,卤素取代侧链时,，以链烃作母体，卤素和芳烃都作取代基：,CH-CH,2,CHCl,2,CH,3,3-苯基-1,1-二氯丁烷,卤代芳烃的命名,：,卤素取代芳环氢时，以芳烃作母体.Br BrCH3,15,第二节、物理性质,第二节、物理性质,16,CX,键的极性序为CCl CBr CI，但通常在化学反应中卤代烷所表现出来的活性正好相反。（,为什么,？,）,对化学活性起决定作用的是键的极化度。,第三节、卤烷的化学性质,2,+,-,+,亲核取代反应,消除反应,与金属反应,X,H,R,C,H,C,H,CX 键的极性序为CCl CBr C,17,一. 亲核取代反应,C,X,+ Nu,(),d,+,d-,Nu C +,X,() 被羟基(-OH)取代 （6）被巯基(-SH)取代,() 被氰基(-CN)取代 （7）卤素互换反应,() 被氨基(-NH,2,)取代,() 被硝酸根(-ONO,2,)取代,(5) 被烃氧基(-OR)取代,一. 亲核取代反应CX + Nu()d+,18,(1) 被-OH取代,：,卤代烃与,NaOH,或,KOH,的水溶液共热，X被-OH取代，产物为,醇,。这个反应也叫,水解,。,RX + H-,OH,R-,OH,+ HX,D,RX + NaOH R,OH,+ NaX,此反应常用于将,-OH,引入一些较复杂的分子中，因为有时直接引入-OH比直接引入-X更为困难。,(1) 被-OH取代：RX + H-OH,19,(,2) 被氰基取代,：,卤代烷与,NaCN,或,KCN,的醇溶液共热，X被-CN取代，生成,腈,。,Cl-CH,2,CH,2,CH,2,CH,2,-Cl,+,2Na,CN,NC,(CH,2,),4,CN,+ 2NaCl,乙醇,通过这个反应，分子中增加了碳原子。且腈中的,CN,-,可转变成其它官能团。,H,2,O,己二酸,己二胺,H,(2) 被氰基取代：Cl-CH2CH2CH2C,20,(3) 被氨基取代,：卤代烷与过量氨作用，生成,胺,。,RX + NH,3,(过量) ,R,NH,2,+ HX,生成的胺是碱,又与HX成盐：R-NH,3,X,或写成 RNH,2,HX,(4) 被烃氧基取代,：卤代烷与醇钠（或酚钠）作用，,X,被,-OR,取代，生成,醚,。这是制备混合醚的方法，叫,Williamson,醚合成法,。,RX + Na,OR, R,OR,+ NaX,(3) 被氨基取代：卤代烷与过量氨作用，生成胺。RX,21,(5) 被硝酸根取代, 推测卤代烃的类型,卤烃与AgNO,3,的醇溶液共热,生成硝酸酯和AgX 沉淀：,不同结构的卤代烃卤原子活性不同,产生AgX的速度不同。,叔卤代烃 伯、仲卤代烃 RCH=CHCH,2,-X 孤立型(伯、仲) CH,2,=CH-X,(,乙烯型),加热才起反应,加热也不反应,室温迅速生成AgX,C,6,H,5,-CH,2,-Cl， C,6,H,5,-CH,2,-CH,2,-Cl，C,6,H,5,-Cl,乙醇/,D,R,X,+ AgONO,2,R-,O-NO,2, +,AgX,(5) 被硝酸根取代 推测卤代烃的类型不同,22,（6）被巯基(-SH)取代,（7）卤素互换反应,（6）被巯基(-SH)取代（7）卤素互换反应,23,在上述反应中，卤代烷称为,底物,。与卤原子相连的C,叫,a 碳原子,，它带部分正电荷，是反应的中心。,进攻试剂都有较大的电子密度，具有亲核性,亲核试剂,(,Nu:,or,Nu:,-,).,底物受Nu:,进攻，CX键异裂，X原子离开底物分子，故称为,离去基,。,由亲核试剂进攻底物分子中带部分正电荷的中心而引起的取代反应，叫,亲核取代反应,，以,S,N,表示。,C,X,+ Nu,(),Nu C +,X,底物,d,+,d-,亲核试剂,离去基,亲核取代反应中，碳卤键断裂的易难程度依次为,C-IC-BrC-Cl,在上述反应中，卤代烷称为底物。与卤原子相连的C叫,24,二、消除反应,(b-,Elimination),由分子中脱去一个小分子(如HX、H,2,O等)形成不饱和结构的反应称为消除反应。以,E,表示。,RCHCH,2,+ KOH RCH=CH,2,+,HX,H X,乙醇,D,ba,卤代烷除了,a,碳上脱去,X,外，还从,b,碳上脱去H，故又称为,b,-消除反应,。由于叔卤代烷有3个,b,-C，其上的H均有可能消除，故发生消除反应的活性：,叔卤代烷 仲卤代烷 伯卤代烷,消除反应所需的条件是较强的碱（如氢氧化钠、醇钠、氨基钠等）和极性较小的溶剂（如醇类）,二、消除反应(b-Elimination)RCHCH2,25,对于仲卤代烷和叔卤代烷，消除反应可沿二个或三个方向进行。,CH,3,CH,2,CHCH,3,CH,3,CH=CHCH,3,+ CH,3,CH,2,CH=CH,2,Br,KOH/EtOH,D,2-丁烯 (,81%,),1-丁烯 (,19%,),CH,3,CH,2,-,C-CH,3,CH,3,CH=C-CH,3,+ CH,3,CH,2,C=CH,2,Br,KOH/EtOH,D,CH,3,CH,3,CH,3,2-甲基-2-丁烯,71%,2-甲基-1-丁烯,29%,主要产物是双键上烃基最多的烯烃(最稳定的烯烃)(,为什么？,)，即：仲或叔卤代烃脱,HX,时，,主要是从含H较少的,b,-C,上脱氢,。此称为,Saytzeff规则,。,1.消除反应的取向：,对于仲卤代烷和叔卤代烷，消除反应可沿二个或三个方,26,烯烃相对稳定性的次序：,越稳定的烯烃越容易生成。,烯烃相对稳定性的次序：越稳定的烯烃越容易生成。,27,例,：,A,B,C,D,E,D,例：ABCDED,28,2、消除反应中的卤代烷的活性：,叔卤代烷最易进行，仲卤代烷次之，伯卤代烷最难发生。,三类卤代烃进行,消除,反应速度比较：,CH,3,CH,3,CH,3,-C-,X, CH,3,-CH-,X, CH,3,CH,2,-,X, CH,3,-,X,CH,3,对消除反应来说，由叔卤代烷生成的烯烃稳定性大，由仲卤代烷生成的烯烃稳定性次之，由伯卤代烷生成的烯烃稳定性最小，因为C=C上烃基越多的烯烃越稳定，也越容易生成。,2、消除反应中的卤代烷的活性：叔卤代烷最易进行，仲卤代烷次之,29,亲核取代反应与消除反应的关系,在大多数情况下。卤代烷的取代反应和消除反应常常是同时进行的。,RCHCH,2,X,H,ba,S,N,OH,-,/H,2,O,E,OH,-,/EtOH,R-CH,2,CH,2,-,OH,+,X,-,R-CH=CH,2,+,HX,OH,-,S,N,E,以水作溶剂有利于取代，以醇作溶剂有利于消除；试剂的碱性增强，有利于消除。,在KOH的醇溶液中以消除为主，是因为生成了更强的碱：,C,2,H,5,OH + K,+,OH,-,C,2,H,5,O,-,K,+,+ H,2,O,亲核取代反应与消除反应的关系 在大多数情况下,30,卤代烃能与多种金属如,Mg,、,Li,、,Na,、,K,、,Al,等反应生成,CM,键的,金属有机化合物。,RX + Mg,R-Mg-X (,烃基卤化镁,),无水乙醚,格氏试剂结构中的,C M,键极性很强，常可起,碳负离子,的作用，具有很强的亲核性。它可与其它有机物中带部分正电荷的碳原子连接形成新的CC键（,加长碳链,）。,d- d+,这种产物叫,格氏试剂。,三、 与金属反应,卤代烃能与多种金属如Mg、Li、Na、K、A,31,以无水乙醚作为制备格氏试剂的溶剂，是因为它可以与格氏试剂形成Lewis酸和Lewis碱的络合物而使格氏试剂稳定。,制备格氏试剂，以伯卤代烷最合适，仲卤代烷也可以，但叔卤代烷在碱金属镁的作用下，主要发生消除反应，故难以制成格氏试剂。卤代烯烃和卤代芳烃也可以制成格氏试剂，但需要较高的反应温度，需要用四氢呋喃来代替乙醚作为反应的溶剂。,以无水乙醚作为制备格氏试剂的溶剂，是因为它可以与格氏,32,格氏试剂很易与含活泼H的化合物如,H,2,O,、,R-OH,、,R-NH,2,等反应生成相应的烃。,RMgX +,H,-OH R,H,+ Mg(OH)X,所以在制备格氏试剂时必须防止这些物质的存在，并采取隔绝空气中湿气的措施。,由于格氏试剂在有机合成中有广泛的应用，故有“有机合成中的万能试剂”的美称。Victor Grignard 因此获得1912 Nobel化学奖。,R,M,g,X,+,R,H,+,M,g,(,O,R,),X,R,O,H,格氏试剂很易与含活泼H的化合物如 H2O、R-OH、,33,CH,3,CHCH,2,-,Br,CH,3,d- d+,CH,3,CH,C,H,2,-,MgBr,CH,3,Mg,无水乙醚,CH,3,CHCH,2,-,Br,CH,3,CH,3,O,CH,3,CHCH,2,C,-OH,合成,d+,d-,O = C = O,低温,CH,3,CH,3,CHCH,2,-,C-O-,MgBr,O,CH,3,CH,CH,2,C,-OH + Mg,CH,3,O,OH,Br,H,+,/H,2,O,2-甲基丁酸,CH3CHCH2-Brd- d+CH3CHCH2-,34,H,+,/H,2,O,R-,C,H,2,-O-MgX,R,MgX,R,X,Mg,无水乙醚,H,C,= O,H,OH,X,Mg,R-,C,H,2,-OH +,R,X,R-,C,H,2,-OH,合成,H+/H2OR-CH2-O-MgX RMgXRXMgH,35,四 还原反应,1、催化氢化、Zn/CH,3,COOH,卤代烃可经过多种途径还原成烷烃。,氢解,四 还原反应1、催化氢化、Zn/CH3COOH卤代烃可经过,36,2、LiAlH,4,还原,LiAlH,4,提供氢负离子,LiAlH,4,是一种灰白色的固体，对水特别敏感，遇水即分解，放出氢气，反应剧烈，因此反应需在无水条件下进行。,2、LiAlH4还原LiAlH4提供氢负离子 LiAl,37,五、多卤代烃,1. 卤原子分别连在不同碳原子上的多卤代烃如：,Br,-CH,2,CH,2,-,Cl,，其性质与一卤代烃相似。,2. 在同一个碳原子上连有一个以上,X,的多卤代烃，其,CX,键相当稳定，不易发生取代反应。例如,CH,2,Cl,2,、,HCCl,3,、,CCl,4、,CF,2,Cl,2,( Freon,氟里昂,，F,12,),等就不易水解。因此，,多卤代烃比较稳定,。,在,b,C,上连有氢时，也可发生脱去,HX,的消除反应。,五、多卤代烃 2. 在同一个碳原子上连有一,38,一.亲核取代反应历程,实验事实： 溴甲烷、异丙基溴、叔丁基溴在80%乙醇水溶液中反应时，在其溶液中加入氢氧化钠后，溴甲烷反应速度加快，异丙基溴反应速度也加快，但程度比溴甲烷小，叔丁基溴反应速率不变。 不同的卤代烃表现出不同的反应速度方程，说明起反应的内部机制是不同的。,人们提出亲核取代反应有两种不同的反应机理。,第四节 亲核取代反应和消除反应机制,一.亲核取代反应历程 实验事实：,39,溴甲烷的碱性水解过程是双分子反应历程。,CH,3,BrOH,-,（1）. 双分子亲核取代反应,(,S,N,2机制,),如CH,3,Br的碱性水解：,溴甲烷在碱性溶液中的水解反应速率不仅与卤代烷的浓度,CH,3,Br,成正比，也与碱的浓度,OH,-,成正比。,溴甲烷的碱性水解过程是双分子反应历程。 CH3Br,40,新键的形成,HO,-,+,Br,反应物,HO,快,产物 （构型翻转）,慢,HO,Br,过渡态 （能量最大）,旧键的断裂,d-,d-,sp,2,双分子亲核取代反应,(,S,N,2,),历程,如CH,3,Br的碱性水解：,新键的形成HO- +Br反应物HO快产物 （构,41,碘甲烷碱性水解历程：S,N,2,碘甲烷碱性水解历程：SN2,42,过渡态,Ea,正,Ea,逆,过渡态Ea正Ea逆,43,对于S,N,2历程，亲核试剂,OH,-,是从,X,原子的背面进攻的，如果中心碳原子的3个,H,逐个换为,-CH,3,，由于,CH,3,的,体积比,H,大，阻碍,OH,-,接近中心碳，使反应速度变慢，中心碳上连的取代基越多，体积越大，反应速度就越慢。这种立体效应称为,空阻效应,。,对于SN2历程，亲核试剂OH-是从X原子的背面进,44,CH,3,CH,3,CH,3,Br CH,3,CH,2,Br CH,3,-CH-Br CH,3,-C-Br,CH,3,S,N,2反应速度比较：,200,0001,000 12 1,S,N,2反应的难易,主要取决于卤代烷空间位阻的大小,，空间位阻愈小，愈易按S,N,2反应.,叔卤代烷一般不按S,N,2历程进行。,碘代相对速度:,CH3 C,45,（2）. S,N,2反应的立体化学,当反应发生在手性碳原子上时，生成的产物的构型的变化的可能性有三种：,构型保持：,亲核试剂Nu,-,从离去基团的正面进攻，产物构型和原来一样。,外消旋化：,亲核试剂从前面和背面进攻的机会均等，得到无旋光的外消旋产物。,构型转化：,亲核试剂从离去基团的背面进攻，产物构型和反应物的相反。,（2）. SN2反应的立体化学 当反应发生在手,46,-,-,R-2-丁醇,S-2-溴丁烷,这种在,S,N,2反应中构型完全翻转的现象称瓦尔登（Walden）转化。,所谓的构型反转是指反应中心上四个键构成的骨架构型的反转，这种反转可以引起反应物与产物R/S符号的改变，但也可以不改变。,-R-2-丁醇S-2-溴丁烷这种在SN2反应中构型完全,47,(2) 反应速度,r = kCH,3,BrOH,-, 为二级反应；,(3) 伴随构型转化,(Valden inversion).,S,N,2,历程的特点：,(1) 反应连续而不分阶段,；,(2) 反应速度 r = kCH3BrOH-, 为二,48,(3) 单分子亲核取代反应历程,(,S,N,1机制,),叔卤代烷在碱性溶液中的水解是按单分子历程进行的。,(CH,3,),3,C-Br + OH,-, (CH,3,),3,C-OH + Br,-,v = k(CH,3,),3,Br,，为1级反应,实验证明，叔丁基溴在碱性溶液中的水解反应速率仅与卤代烷的浓度成正比，而与亲核试剂,OH,-,的浓度无关。,(3) 单分子亲核取代反应历程(SN1机制) 叔卤代烷,49,单分子历程可分为2步：,(1),(CH,3,),3,C-Br(CH,3,),3,C,Br (CH,3,),3,C,+,+ Br,-,慢,d+ d-,(2),(CH,3,),3,C,+,+,OH,-,(CH,3,),3,C,OH(CH,3,),3,C,-,OH,快,过渡态 B 产物,d+ d-,由于在决速步,(1),中只有1个叔丁基溴参加反应(仅涉及,CX,键的断裂)，叫做单分子历程（,S,N,1,）。,过渡态 A,叔正碳离子,单分子历程可分为2步：(1) (CH3)3C-Br(,50,CH,3,CH,3,CH,3,C,CH,3,Br,CH,3,CH,3,CH,3,CH,3,OH,CH,3,HO,CH,3,CH,3,CH,3,-,Br,-,+,构型转化,HO,-,构型保持,生成外消旋体,CH3CH3CH3CCH3BrCH3CH3CH3CH3OHC,51,卤代烃药学主题医学知识课件,52,(4) 正碳离子的结构和相对稳定性,有证据表明，缺电子的碳是一个SP,2,杂化的碳，三个SP,2,轨道和其它三个原子形成 键，留下一个空P轨道，垂直于 键骨架平面。,烷基的,供电子效应,及CH,s,p-超共轭效应,有利于稳定碳正离子中间体。,有利于稳定正碳离子的因素就有利于S,N,1,。,(4) 正碳离子的结构和相对稳定性 有证据表明，缺电子,53,碳正离子的稳定性：,1）甲基具有+I效应，使C,+,稳定,2）,-p超,共轭也使C,+,稳定,3-p,1+I,6-p,2+I,9-p,3+I,各种正碳离子的稳定性顺序：,R,3,C,+, R,2,CH,+,RCH,2,+,CH,3,+,碳正离子的稳定性： 1）甲基具有+I效应，使C+稳定2）-,54,H,2,O,S,N,1,condition,CH,3,CH,3,CCH,2,+,I,-,CH,3,1,o,carbocation,+,(5)S,N,1反应常伴随重排产物,CH,3,CH,3,CCH,2,I,CH,3,CH,3,CH,3,CCH,2,CH,3,+,3,o,carbocation,CH,3,CH,3,CCH,2,OH,CH,3,No rearranement,H,2,O/OH,-,S,N,2,condition,CH,3,-,migrate,CH,3,CH,3,CCH,2,CH,3,OH,rearranement product,H,2,O,-H,+,H2O CH3+(5)SN1反应常伴随重排产物 CH3,55,产物外消旋,例1：,(6)S,N,1反应的立体化学,产物外消旋例1：(6)SN1反应的立体化学,56,(7)亲核取代反应的离子对学说,一个亲核取代反应往往并不是纯粹的,S,N,1 和S,N,2反应，很有可能是既发生S,N,1 又发生S,N,2反应。如叔卤代烷R-2，6-二甲基-6-氯辛烷在80%丙酮水溶液中反应时，结果得到39.5%构型保持和60.5%的构型翻转的产物，而不是全部外消旋化。,解释：溶剂-离子对理论,亲核试剂从从背面进攻，产物构型翻转,亲核试剂从从正碳离子两边进攻机会均等，产物外消旋化,亲核试剂可从从背面进攻，也可从正面进攻，一般前者多于后者，得部分消旋产物,(7)亲核取代反应的离子对学说 一个亲核取代反应往往并,57,(1) 反应分两步进行,；,(2),有正碳离子生成;,(4) 产物构型外消旋化；,(3) 反应速度,r = kRX,，为1级反应；,S,N,1历程的特点：,(5) 常伴随重排产物,(1) 反应分两步进行；(4) 产物构型外消旋化；(3),58,二. 影响反应活性的因素,影响亲核取代反应活性的主要因素是：,底物的结构,离去基团的性质,亲核试剂的浓度与反应活性,溶剂效应,（1）底物结构的影响,S,N,2,反应：,卤代烷的反应活性顺序是：,卤代甲烷 伯卤代烷仲卤代烷 叔卤代烷,原因：烷基的空间效应,亲核取代反应的两种历程在反应中是同时存在、相互竞争的，只是在某一特定条件下哪种历程占优势的问题。,二. 影响反应活性的因素影响亲核取代反应活性的主要因素是：（,59,新戊基卤代烷几乎不发生S,N,2,反应：,转变过程中，中心,碳原子由底物同4个,基团相连转变为由,过渡态的同5个碳原,子相连，空间拥挤程,度增大。,当底物中心碳原子连有较大基团时，,Nu:,难于从背后接近底物。,新戊基卤代烷几乎不发生SN 2反应：转变过程中，中心当底物中,60,S,N,1反应：,CH,3,CH,3,CH,3,-C-,X, CH,3,-CH-,X, CH,3,CH,2,-,X, CH,3,-,X,CH,3,S,N,1,反应速度：叔卤代烃 仲卤代烃 伯卤代烃,卤代烷的反应活性顺序是：,SN1反应： CH3,61,原因,：,A.,电子效应,所有能够使正碳离子稳定的因素，都能使S,N,1,反应的反应速率增大：,相对速率 (k,1,),R,Et,CH,2,=CH-CH,2,PhCH,2,Ph,2,CH,Ph,3,C,0.26,0.86,100,10,5,10,10,当取代基具有I、,超共轭效应、C效应，,S,N,1,反应速率增大, 反应,活性增大。,原因：A. 电子效应 所有能够使正碳离子稳定的,62,当中心碳原子与杂原子直接相连时(R-ZCH2-L)，,S,N,1,反应速率明显增大：,C,2,H,5,OCH,2,Cl,C-C-C-C-Cl,C,2,H,5,O-CH,2,CH,2,Cl,S,N,1反应速率,10,9,1.0 0.2,当杂原子与中心碳原子相连时，所形成的,正碳离子，因共轭效应而被稳定。,B.,空间效应,与S,N,2,反应相反，底物上的取代基的空间效应使S,N,1,反应速率加快：,RBr,在水中的溶剂解相对速度,RBr 在水中50,时,MeBr 1.00,EtBr 1.00,i-pBr 11.6,t-BuBr 1.210,6,四面体,平面三角型,键角增大，,取代基空间,效应越大，,基团的空间,拥挤程度减,小。,当中心碳原子与杂原子直接相连时(R-ZCH2-L)，C2H5,63,+,-,a,-C,上取代的烷基数目增加，空间阻碍作用也增大，这虽不利于S,N,2，却有利于S,N,1反应（,空助效应,）。,对于S,N,1，空助效应与电子效应是一致的,。,H,3,C,C,C,B,r,3,H,C,3,H,叔丁基溴,叔丁基正碳离子,SP,2,3,C,CH,3,C,3,H,CH,+ - a-C上取代的烷基数目增加，空间阻碍作用也,64,CH,3,CH,3,CH,3,X,CH,3,CH,2,X,CH,3,-CH-,X,CH,3,-C-,X,CH,3,空阻小,S,N,2易,供电效应及空间效应大,S,N,1易,S,N,2,and,S,N,1,按S,N,2变难,按S,N,1变易,烃基结构对历程的影响,电子效应,主要影响,S,N,1历程,立体效应,主要影响,S,N,2历程,CH3,65,卤原子连在桥头的桥环化合物无论按,S,N,1,，还是,S,N,2,机理，其活性都非常低，很难发生亲核取代反应。,卤原子连在桥头的桥环化合物无论按SN1，还是SN2机,66,（2）离去基团 (Leaving groups),离去基团带着一对电子离开中心碳原子，成为负离子。,接受负电荷的能力越强，基团越易离去，亲核取代反应速率越大。,1) 较好的离去基团是强酸的共轭碱：,共轭酸 1,共轭碱 2,共轭碱 1,共轭酸 2,强酸的共轭碱是,弱碱,重要的离去基团是,pKa H,2,O, CH,3,O,-, CH,3,OH,2）带负电荷的试剂，负电荷越集中，亲核性越强；中性的试剂，进攻的原子电子云密度越集中，亲核性越强。,（3）亲核试剂的强度Nu:在 SN2反应中起着重要作用NuN,69,碱性是试剂与质子结合的能力；亲核性是试剂与带有部分正电荷的碳原子结合的能力。,试剂亲核性强弱取决于试剂的碱性，可极化性和溶剂的作用。,A.,当进攻原子为同一原子时，亲核性强度与碱性一致：,RO,-, HO,-, RCO,2,-, ROH H,2,O,CH,3,O,-, PhO,-, CH,3,CO,2,-, NO,2,-,碱性是试剂与质子结合的能力；亲核性是试剂与带,70,当试剂中进攻的原子不同时，试剂的亲核性强度顺序与碱性有时不同：,碱性： C,2,H,5,O,-, I,-,亲核性： I,-, C,2,H,5,O,-,B. 同周期的元素，电负性越大，试剂的亲核性越弱，负电荷越分散，亲核性越弱。即从左到右，亲核性和碱性都递减：,H,2,N,-, OH,-, F,-,C.,试剂中的进攻原子为同族原子时，试剂的亲核性和碱性强弱顺序相反：,F,-, Cl,-, Br,-, I,-,R - O,-, R - S,-, Cl,-, Br,-, I,-,这与在质子型溶剂中的顺序相反。,例：,质子型溶剂与非质子型溶剂对S,N,2,反应的影响：,溶剂 k,2,DMF 3 10,3,CH,3,OH 3 10,-2,问题：下列反应在哪种溶剂中易于进行，是DMF,还是CH,3,OH?,为什么？,在极性非质子型溶剂中，X - 的反应活性顺序为：F - ,77,亲核试剂的亲核能力对历程的影响,溶剂极性大小对历程的影响,亲核试剂对,S,N,1,历程影响不大。,亲核试剂的亲核性越强，体积越小，则,S,N,2,反应速率越快。,溶剂极性大有利于S,N,1历程(能稳定碳正离子)，溶剂极性小有利于S,N,2历程.,亲核试剂的亲核能力对历程的影响 溶剂极性大小对历程的影响,78,1、消除反应,(,Elimination,),的历程：,解离：(CH,3,),3,C-,Br,(CH,3,),2,C,+,-CH,2,+,:Br,-,H,Slow,a b,去H,+,： (CH,3,),2,C,+,- CH,2, (CH,3,),2,C=CH,2,+,H,+,H,OR,-,Fast,a b,（1）. E1,：,单分子消除历程,E1,反应的速度只与卤代烷浓度成正比：,r = kR-X,。,E1,与,S,N,1,一样分两步进行，它们常同时发生。有利于,S,N,1,的因素也有利于,E1,，因此，,S,N,1反应和E1反应是一对,相互竞争,的反应,。,1、消除反应(Elimination)的历程：解离：(CH3,79,按E1,机理进行反应的实例：,经过相同的中间体,1),2) 重排产物的生成：,按E1,机理反应的底物结构特征：,形成稳定正碳离子的体系。,SN1,E1,按E1机理进行反应的实例：经过相同的中间体1)2) 重排产物,80,（,2）. E2,:,双分子消除历程,。,大部分,E2,是,反式消除,。,CH,3,O,-,CH,3,OH+KOHSlow,C,6,H,5,H,CH,3,H,C,6,H,5,X,C,6,H,5,CH,3,H,C,6,H,5,-HX,Fast,C,6,H,5,C,6,H,5,C=C,CH,3,H,CH,3,O,-,过渡态,C,6,H,5,H,H,C,6,H,5,X,CH,3,（2）. E2: 双分子消除历程。大部分 E2 是反式消除,81,E2反应与S,N,2反应有些类似，反应速率也与底物和碱两者的浓度成正比。所不同的只是，在S,N,2反应中，试剂进攻的是中心碳原子（因此称之为亲核试剂），而在E2消除反应中，试剂进攻的是,b-碳上的质子（因此被称为碱）。可见，,S,N,2反应和E2反应是彼此,相互竞争,的两个反应。,E2反应与SN2反应有些类似，反应速率也与底物和碱两,82,影响反应机理的因素：,1) 底物,E1机理,除此之外均按E2,机理,利于C,+,的,生成,减弱-,氢,的酸性,影响反应机理的因素：1) 底物E1机理除此之外均按E2机理,83,2) 碱,碱越强，浓度越大，E2,机理。反之，利于E1机理。,3) 离去基团,离去基团越易离去，利于E1,机理。,4) 溶剂,极性强，利于E1,机理；极性弱，利于E2机理。,2) 碱碱越强，浓度越大，E2机理。反之，利于E1机理。3),84,1. 卤代烃的结构对消除和取代反应有以下的影响,：,R-X = CH,3,-X ，1,o,， 2,o,， 3,o,将影响两类反应的因素一般归纳如下：,消 除 增 加,取 代 增 加,因此,制烯烃一般用叔卤代烃,而,制备醇时一般用伯卤代烃,。,2. 试剂的碱性,碱性越强，浓度越大，越有利于消除。,3. 溶剂的极性,低极性溶剂有利于消除。,4. 温度的影响,升高温度有利于消除。,1. 卤代烃的结构对消除和取代反应有以下的影响：将影响两类,85,第五节、不饱和卤代烃和芳香卤代烃,CH,2,=CH-CH,2,-X CH,2,=CH-CH,2,-CH,2,-X CH,2,=CH-X,C,6,H,5,-CH,2,-Cl C,6,H,5,-CH,2,-CH,2,-Cl C,6,H,5,-Cl,烯丙型/苄型卤烃孤立型卤烃 乙烯型卤烃,化学性质上的差异是它们在结构上的差异的反映。,不饱和卤代烃中卤素的活性与,卤原子和,p键,的相对位置,有关：,第五节、不饱和卤代烃和芳香卤代烃CH2=CH-CH2-X,86,1. 乙烯基卤代烃,：,X,直接与双键碳原子相连。由于,p,p-,共轭作用,，,CX,键具有部分双键的性质，键较牢固。,R,C,H,C,H,X,p-,共轭使C-X键的电子云密度增加，极性减弱。,1. 乙烯基卤代烃： X直接与双键碳原子相,87,C,l,A,g,N,O,3,不反应,醇,C,H,2,=C,H,Cl +,A,g,N,O,3,不反应,醇,这类卤代烃的化学活性差，卤原子不易被取代，,与AgNO,3,/醇溶液不作用,。氯苯只有在高温高压下才能与NaOH发生水解反应，生成苯酚。,ClAgNO3不反应醇CH2=CHCl +AgNO3不,88,H C,CC,H H,CH,2,=CH-CH,2,+,卤原子与C=C或苯环相隔一个饱和碳原子。化学性质很活泼，容易发生亲核取代反应。因为在反应过程中容易形成较稳定的正碳离子中间体。,2. 烯丙基卤代烃和苄基卤代烃,：,H C CH2=CH-CH2+ 卤原子,89,H,H,C,6,H,5,-CH,2,+,C,H,2,=C,H,C,H,2,X,A,g,N,O,3,乙醇,，,室温,C,H,2,=C,H,C,H,2,O,N,O,2,+,A,g,X,HHC6H5-CH2+CH2=CHCH2XAgNO3乙醇，室,90,3.,孤立型不饱和卤代烃,卤原子与C=C或苯环相隔两个以上饱和碳原子。,孤立型的卤代烃本身不能形成p-共轭，形成的正碳离子也不能形成p-共轭，其活性与卤代烷中的卤原子活泼性相似（介于,乙烯型,和,烯丙基型,之间），加热时能与硝酸银醇溶液作用。,CH,2,CH(CH,2,),n,X,C,6,H,5,(CH,2,),n,-,X,（n1),3.孤立型不饱和卤代烃 卤原子与C=C或苯环相隔两个以,91,C,l,C,H,2,C,l,+ NaOH,H,2,O,H,2,O,C,H,3,C,=C,H,C,H,2,C,l,C,l,+,N,a,O,H,烯丙基型 孤立型 乙烯型,不饱和卤代烃的活性：,ClCH2Cl+ NaOHH2OH2OCH3C=CHCH2,92,鉴别下列化合物：,鉴别下列化合物：,93,