卤代烃的化学性质
主要化性示意图:
消除反应
β
一、亲核取代反应(SN)
H
亲核取代反应与金属反应还原反应
α
碳卤键中正电性的碳比负电性的卤更具活泼性,因此反应由体系中的Nu进攻碳而引
发,结果是亲核试剂取代了卤原子,故称亲核取代反应;X-称离去基团:
-
_
R:X+:Nu
常见亲核试剂一(此表全要掌握):
_
:R Nu+X:
常见亲核试剂二(掌握氨、X,了解SH)
--
(一)水解(羟基取代) RX+HOH
ROH
+
HX 注:“氢氧化钠水溶液”体系
(二)氰基取代
RX+
RCN
+
NaX
H2O/H+ or OH-(合成多一个碳的酸)
(三)氨基取代
RX+:NH3
RNH2+HX
(四)烷氧基取代(醇解) RX+R'ONaRO
ONa+RX
R'+NaX
合成不对称醚
(Williamson合成法)
OR+NaX
1、制备叔烃基型的醚时,由于叔卤代烃在碱中易发生消去反应,故选用叔醇钠与伯卤代烃反应是较为理想的路径。
2、PhX型卤代烃活性差,但有致活基团存在则可反应:
NO2
CH3ONa +
NO2OCH3
注:NO2对苯环的亲核取代——活化,邻对位;(NO2对苯环的亲电取代——钝化,间位)
(五)与硝酸银反应
RX+AgONO
R
ONO2+AgX用于鉴别、推测反应活性
二、-消除反应(E)
HC
X
存在几个-H时,产物遵循查氏规则。
查氏规则:①脱去H少的-H;②若能生成共轭烯烃,则共轭烯烃是主产物。
查氏规则的解释:
①-H数目↓,说明其碳上连有的烃基数↑,故产物双键碳上连有烃基数↑,数↑,烯稳定性↑,因此脱去H少的-H;
②共轭烯烃的稳定性好于其他类型的多烯烃,因此共轭烯烃是主产物。
示例:
2
+CH
(1)
CH2+NaX+H2
O
(注:氢氧化钠的醇溶液)
CH3CH
CHCH3(主)
CH3CH2CHCH3
(2)
CH3CH2CH2
_
CH2CHCHCHCHCH3
(3)
CH3
_CH2CHCH2CHCH3
CHCH3
CH2CHCH2
(4)
三、与金属反应
卤代烃可以和许多金属作用,生成金属有机化合物。金属有机化合物的结构特点是在分子中存在碳-金属键。碳-金属键中的碳原子带有负电荷,故金属有机化合物中的烃基具有很强的亲核性和碱性。
金属有机化合物在有机合成领域中有极重要的地位。“有机镁、有机锂、有机铝”显得最为重要;锌、镉、锡、铜、汞的金属有机化合物也有较多的应用。多数金属有机化合物都不很稳定,有的可以在空气中自燃,有的极易被氧化或分解;一些重金属的金属有机化合物还有很大的毒性。
(一)格式试剂(RMgX)
1、制备:
注:①I贵Cl慢,一般选用Br
②CH2=CHX、PhX来制备→升温,用THF
③CH2=CHCH2X、PhCH2X来制备→降温
④制备过程无水、隔绝空气(格式试剂与水、二氧化碳易反应)
2、结构:组成较复杂,一般写成RMgX
δ-C
δ2
2
注:①醚可以稳定格氏试剂,格氏试剂在醚中溶解度高,合成后不需分离即可继续反应
②格氏试剂中的烃基具有强碱性和亲核性,易发生亲核取代和亲核加成反应
3、格式试剂的主要应用:
(1)格氏试剂的亲核取代反应
①与活泼氢反应→烃(此法可以还原卤代烃)
RMgX
RH + Mg(OH)XRH + ROMgXRH + R'COOMgX RH + MgX2RH + R'CRH + Mg(NH2)X
②与活泼卤代烃(烯丙基型、苄基型)→ 高级烃 CH2=CHCH2
Cl +
2CH=CH2(可引入烯基,还原得高级烷烃)CH2R
CH2Cl
(2)格氏试剂的亲核加成反应 ①与CO2反应→多一个碳的酸
(格氏试剂可以与水、二氧化碳反应,因此制备和使用格氏试剂需要隔水隔空气)
问题:RX→??→ 多一个碳的酸 答:方法一:RX→RCN→RCOOH 方法二:RX→RMgX→→RCOOH
②与极性重键的亲核加成(主要掌握羰基)
2OMgBrRCH2OH伯醇
CH3
+CH3仲醇CH3
+CH3
叔醇CH3
3+
(用于制备不同类型的醇)
③与其他缺电子中心碳的亲核加成(掌握环氧乙烷)
RMgBr +
RCH
CHOMgBr
2CH2OH
(用于制备多两个碳的醇)
格式试剂的应用小结:1、制备烃和高级烃(通过格式试剂的亲核取代反应)
2、制备增加碳原子的酸和各类醇(通过亲核加成反应)
(二)有机锂化合物(RLi,碱性、亲核性>格氏试剂) 1、制备:
C4H9X + Li
C4H9Li + LiX
(惰性溶剂、低温)
2、有机锂化合物主要应用(合成铜锂化合物):
R2CuLi + Li I
二烷基铜锂
3、铜锂化合物的应用(合成不对称烃):
(CH3)2CuLi + CH3(CH2)3CH2I
3(CH2)4CH3+ CH3Cu + LiI
98%(科瑞-郝思合成)
问题:合成烃的方法?
①武慈反应(有机钠化合物):2RX(乙醚)+ Na R-R ②科瑞-郝思反应
③卤代烃与炔钠反应:RC≡CNa + R’X→RC≡C-R’ ④格式试剂
„„
四、还原反应(使用金属氢化物)
氢化铝锂硼氢化钠
注:①LiAlH4还原性强,但易水解
②NaBH4稳定、温和,可保留羧基/氰基/酯基 ③LiAlH4、NaBH4均可保留分子中的重键 例如:
LiAlH4
CH2=CH(CH2)2CH2Cl
CH2=CH(CH2)2CH3
CHCH=CH2Br
CH2CH=CH2