卤代烃的化学性质.

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卤代烃的化学性质
卤代烃最典型、最具代表性的反应有两类:亲核取代反应和消除反应,另外,卤代烷还可与活泼金属反生成金属有机化合物。

一、亲核取代反应
⏹在卤代烃分子中,由于Cl的电负性大于C,则C-Cl键中的共用电子对就偏向于Cl原子一端,使
Cl带有部分负电荷(Cl-δ),碳原子带部分正电荷(C+δ)。

这样C原子就成为亲电反应中心,当与-OH、-NH2等一些亲核试剂(带负电或富电子物种)时,亲核试剂就会进攻C+δ,Cl则带一个单位负电荷离去。

⏹亲核试剂:带负电荷或有未共用电子对的具有亲核性的试剂。

⏹亲核取代反应:由亲核试剂进攻带部分正电荷的C+δ原子而引起的取代反应。

⏹亲核取代反应可用下面反应式表示
⏹亲核试剂(Nucleophile)通常用:Nu-表示。

⏹取代反应(Substitution)通常用S表示。

⏹亲核取代反应就用SN表示。

⏹卤烃常见的亲核取代反应有:
⏹ 1.水解 2.醇解 3.氰解 4.氨解
5.与硝酸银的反应
6.与炔化钠的反应
(一)卤烃的水解
⏹卤代烷与水作用,水解为醇,反应是可逆反应。

如:
CH3CH2Br + H2O CH3CH2OH + HBr
在一般情况下,此反应很慢。

为增大反应速率,提高醇的产率,常加入强碱(氢氧化钠),使生成的HX与强碱反应,可加速反应并提高了醇的产率。

CH3CH2Br + NaOH CH3CH2OH + NaBr
⏹此反应工业用途不大,因卤烷在工业上是由醇制取,但可用于有机合成中官能团的转化。

用于复
杂分子中引入羟基(先卤代,再水解)。

(二)卤烃的醇解
⏹卤烃的醇解是卤烃与醇钠的醇溶液反应,生成醚。

CH3CH2Cl + CH3CH2ONa CH3CH2OCH2CH3 + NaCl
⏹此反应是制备混合醚的经典合成方法,称为威廉森(Williamson)合成法。

此法不能用叔卤烃与
醇钠反应,因为叔卤烃在强碱(醇钠)的作用下易发生消除反应生成烯烃。

如:
(三)卤烃的氰解
⏹卤代烷与氰化钠或氰化钾的醇溶液中反应,生成腈。

RX + NaCN RCN + NaX ⏹此反应是非常有用的一个反应,可以增加分子中碳链的长度,每次可以增加一个碳原子,是增长碳链的反应之一。

如:⏹氯乙烷与氰化钠在乙醇溶液中加热反应生成丙腈。

CH 3CH 2Cl + NaCN CH 3CH 2CN + NaCl
⏹若分子中有多个卤原子,则可全部被取代。

如:

在卤烃中,伯卤烃、苄基卤代烃、烯丙基卤代烃制腈的产率很高,而仲卤烃和叔卤烃在碱(氰化钠、氰化钾)的作用下易发生消除反应,生成烯烃,此反应一般不用仲、叔卤烃反应。

⏹产物腈还可转化为胺、酰胺和羧酸,在合成纤维工业中有重要的用途。

(四)卤烃的氨解

此反应既可用氨反应,也可用氨的衍生物反应,来制取伯、仲、叔胺。

⏹卤代烷与氨的乙醇溶液或液氨反应,得到伯、仲、叔胺的混合物。

若卤代烷足量,最后生成季铵
盐。

⏹控制反应物RX 和NH3的用量,可得到不同的产物。

生成的产物胺是一类重要的有机化合物,它是
合成的许多偶氮类染料的中间体。

(五)卤烃与AgNO3的反应
⏹卤代烃与硝酸银的醇溶液发生亲核取代反应,生成硝酸酯和卤化银沉淀。

可用于卤烃的定性鉴别。

反应产物中有AgX↓产生,据沉淀生成的快慢及颜色可确定分子中是
何种卤原子。

1
烃基结构相同的卤代烃,反应活性:RI>RBr>RCl 2
卤原子相同时,烃基结构决定反应活性:一般3o>2o>1o 3卤代烯烃中,卤原子与双键的相对位置不同,其反应活性差异颇大。

(六)卤烃与炔化钠的反应⏹卤烃与炔钠的反应是制备高级炔烃的方法之一。

此反应是另一个可以增长碳链的反应,得到的产物是高级炔烃。

反应中的卤代烃使用伯
卤烃效果最好,原因是:
仲卤烃、叔卤烃在强碱的
作用下易生成消除产物。

(Elimination)表示。

⏹卤代烃在发生消除时,总是β位的H与X一起脱去,故又叫β-消除反应。

⏹反应活性:叔卤烃>仲卤烃>伯卤烃
查依采夫规则
⏹伯卤代烃只有一种消除方向,但当2-溴丁烷在强碱条件下发生消除反应时,Br的β位有2个,消
除时要去掉哪个β-H呢?
⏹通过大量实验,俄国化学家查依采夫(Saytzeff)总结出卤烃发生消除反应的经验规律。

⏹查依采夫规则:卤代烷脱HX时,总是从含H较少的β碳上脱去H原子,产物以取代基多的烯烃为
主。

⏹Saytzeff规则的实质上是生成一个较稳定的烯烃。

⏹总是要生成共轭效果较好的结构(较稳定)。

如:
三、与活泼金属的反应
⏹卤代烷可以和某些活泼金属(如Li、Na、Mg、Al等)反应,生成金属原子与碳原子直接相连的一
类化合物——金属有机化合物,目前,此部分已发展为一门独立的分支学科,成为化学研究领
域的一个热点,对科研、生产、生活都有极重要的意义。


如齐格勒-纳塔催化剂:R3Al-TiCl4⏹
格氏试剂:RMgX ⏹
二茂铁、铁卟啉、叶绿素、血红素及许多维生素、激素都含有金属有机化合物。

(一)与金属Na 的反应

卤代烷与金属钠的反应称为武慈(Wurtz)反应。

反应分二步进行:⏹
生成的碳链比原料增长了一倍,此反应适用于伯卤烷,产率很高。

⏹适于用同种卤代烷的反应。

用不同的卤代烷反应,则生成多种烷烃的混合物,分离困难,无应用
价值,只有用同种卤代烷,产物杂质少,才有应用价值。

(二)与金属Mg 的反应
⏹卤代烷与金属镁反应,生成有机镁化合物RMgX,由法国化学家格利雅(Grignard)在1900年发
现,于是RMgX 就被人们命名为格利雅试剂,简称格氏试剂。

RMgX 的性质非常活泼,可与水、CO2、羰基化合物反应,通常需保存在无水乙醚中。

⏹卤代烷与金属镁屑在无水乙醚溶剂中反应,就得到格氏试剂,产率高达75~90%。

不同卤代烷的反应活性次序为:RI >RBr >RCl
⏹在格氏试剂中,碳的电负性比镁大,碳原子带有部分负电荷,是一良好的亲核试剂,其性质非常
活泼,可与许多含活泼氢的化合物反应。

反应定量进行,根据生成甲烷的体积,可测定化合物中活泼氢的数目,是目前最重要的有机试剂。

制备Grignard 试剂所用的溶剂:乙醚、四氢呋喃(THF)、其它醚(如:丁醚)、苯等。

X C 2H C 2H O C 2H 5C 2H 5O Mg R Grignard 试剂能与CO2、RCHO、RCOR’、RCOOR’等多种化合物反应,因而在合成中有着重要的用途。

Grignard 试剂在醚中有很好的溶解度,醚作为Lewis 碱,与Grignard 试剂中的Lewis 酸中心镁原子形成稳定的络合
物。