Br例如: KOH醇CH3CHCHCH3+CH3CH2CHCH2CHCHCHCH3 23E2 81%对E1,主要是生成札依采夫烯,且消除活性是3°> 2°> 1°
对E2,大多数消除遵守札依采夫规则,但也有例外(即趋向与Hofmann规则): (1) β-H的空间位阻增加,则生成Hofmann烯增多。见P283表10-4。 (2) 键的体积增大,则Hofmann烯增多。见P282表10-。 1. 消除反应的立体化学
E1消除反应的立体化学特征不突出,这里不于讨论。
许多实验事实说明,大多E2反应是反式消除的(同平面---反式消除)。
H OHH H2OOH
L
LL反式消除方式可用单键旋转受阻的卤代物的消除产物来证明。 HCH3例如:
反式消除
H3CHCH3 C2H5ONaH3CCHClH 100%H3CCHOHH25 CHCH3H3CHCH顺式消除3 CHH3C HH3C 0%反式消除CHH3CH3C CHCH3H3C 75%CHONa25ClH H3CCHOH25 HCH3H3CCH顺式消除
CH3反式消除易进行的原因(根据E2历程说明):
1°碱(B:)与离去基团的排斥力小,有利于B:进攻β-H。
HB
BH
LL
B与L的斥力小B与L的斥力大
2°有利于形成π键时轨道有最大的电子云重叠。 有利于过渡态的形成不利于过渡态的形成 R3R3R4B HR4+ B-H + LE2 R1 LR1R2 R2 π轨道
3°反式构象的范德华斥力小,有利于B:进攻β-H。见P284~285
2. 消除反应与亲核取代反应的竞争
消除反应与亲核取代反应是由同一亲核试剂的进攻而引起的。进攻碳原子引起取带,进攻就引起消除,所以这两种反应常常是同时发生和相互竞争的。
CCLCC
HS2HS1NN E2E1BB
…………研究影响消除反应与亲核取代反应相对优势的各种因素在有机合成上很有意义,它能提供有效的控制产物的依据。消除产物和取代产物的比例常受反应物的结构、试剂、溶剂和反应温度等的影响。
1)反应物的结构 消除增加(E2 )
2°R-XCH3X1°R-X3°R-X
取代增加(S N2)
E2例如: CH3CH2CH = CH2 55C2H5ONa℃9.8%CHCHCHCHBr 3222C2H5OHSN2 CH3CH2CH2CH2OC2H555℃ 90.2%CH3 E2CH393% CH3CCH2C2H5ONa25℃ CH3CH3CBrC2H5OHSN2
CH3COC2H57%CH3 25℃CH3
故制烯烃时宜用叔卤代烃;制醇时最好用伯卤代烃。 伯卤代烃主要进行SN2反应,但:(1)P285,(2)P285。 2)试剂的碱性
试剂的碱性越强,浓度越大,越有利于E2反应;试剂的碱性较弱,浓度较小,则有利于SN2反应。见P286所述。 例如:
NH3 CH3CH2NH2( 取代)CH3CH2Br
NaNH2 CH2 = CH2消除)( 乙醇CH3CH2Br+ C2H5ONa C2H5OC2H5 +CH2 = CH2
91%9%3)溶剂的极性
液氨+ NaNH210?%溶剂的极性增大有利于取代反应,不利于消除反应。所以由卤代烃制备烯烃时要用KOH
的醇溶液(醇的极性小),而由卤代烃制备醇时则要用KOH的水溶液(因水的极性大)。
4)反应温度
升高温度有利于消除反应,因消除反应的活化能比取代反应的大,(消除反应的活化过程中要拉长C-H键,而SN反应中无这种情况)。
§ 9.3一 卤代烯烃和一卤代芳烃 9.3.1分类。
根据一卤代烯烃和一卤代芳烃分子中卤原子和双键的相对位置可以分为三类: 1.乙烯式卤代烃
2.烯丙基式卤代烃
3.孤立式卤代烯烃
9.3.2物理性质。
一卤代烯烃中氯乙烯为气体。一卤代芳烃为液体,苄基卤有催泪性,一卤代芳烃都比水重,不易溶于水,易溶于有机溶剂。
9.3.3化学性质。
1.化学反应活性 决定于两个因素:
1) 烃基的结构: 烯丙式 > 孤立式 > 乙烯式 2) 卤素的性质: R-I > R-Br > R-Cl
可用不同烃基的卤代烃与AgNO3-醇溶液反应,根据生成卤化银沉淀的快慢来测得其活性次序。
醇 R-X + AgNO3RONO2 + AgX
CH2=CHCH2-XCH2=CH-XR2CH-X
R-CH2-XCH2-XX
3C-XCH2=CH CH(CH ( )-X3)2 n
R - In≥2
加热才能生成AgX加热也不生成AgX时温下立即生成AgX
综合考虑,卤代烃的化学活性为:
对烃基结构 CH2=CHCH2-X > R2CH-X > CH2=CH-X 3°R-X > 2°R-X > 1°R-X 对卤素性质 R-I > R-Br > R-Cl 反应实例:
H2O
CH=CHCHCl + NaOHCH2=CHCH2OH + NaOH22(易进行)
H2O
CH2=CH-Cl + NaOH(不反应)
H2O
CH2OH+ NaOHCH2Cl
H2O Cl+ NaOHOH 300℃,20MPBr无水乙醚 CH2=CHCH2Br + RMgXCH2=CHCH2R + Mg Cl CH2=CH-Cl + RMgX无水乙醚 无水乙醚+ MgBrMgBr
无水乙醚Cl+ Mg四氢呋喃MgCl
2.活性差异的原因: 1) 乙烯式不活泼的原因
卤原子上的未共用电子对与双键的π电子云形成了P-π共轭体系(富电子P-π共轭)。
Cl HCl CC HH
氯乙烯和氯苯的P-π共轭体系氯乙烯和氯苯分子中电子云的转移可表示如下:
ClCH2=CH Cl
共轭的结果是,电子云分布趋向平均化,C-X键偶极矩变小,键长缩短(见P243表9-8)。故反应活性低。
乙烯式卤代烃对加成反应的方向也有一定的影响(其共轭效应主导着反应方向)。 δδCH2CH2-Cl CH2=CH Cl+ HCl Clδδ CH2=CH Cl+ HClCH3CH-Cl2) 烯丙式活泼的原因 ClCH2=CH-CH2-Cl中的Cl原子易离解下来,形成P-π共轭体系的碳正离子。
……2CH2=CH-CH2-ClCH2=CH-CH2CH2 CH CH
由于形成P-π共轭体系,正电荷得到分散(不在集中在一个碳原子上),使体系趋于稳定,因此有利于SN1的进行。
当烯丙式卤代烃按SN2历程发生反应时,由于α-碳相邻π键的存在,可以和过渡态电子云交盖,使过渡态能量降低,因而也有利于SN2反应的进行。
HH δδHO+CH2 ClC ClCH2 Cl+ ClHO……
CHCHCH
CH2 CH2CH29.3.4芳卤代烃与Mg,Li的反应。
卤原子直接与苯环相连,其活性与卤乙烯相似,形成格氏试剂较难。需要在一定温度和压力下,以THF作溶剂才可以制成。
4.溴(碘)代芳烃可以和有机锂发生交换反应而得芳基锂。
氯代芳烃不能进行这个反应。
§9.4多氯代烃 有机氟化物
一氟代烷在常温时很不稳定,容易自行失去HF而变成烯烃。
当同一碳原子上有两个氟原子时,性质就很稳定,不易起化学反应。如:CH3CHF2,CH3CF2CH3 。 全氟化烃的性质极其稳定。它们有很高的耐热性和耐腐蚀性。
氟代烃的用途引人注目。1.ClBrCHCF3 可作麻醉药,不易燃烧,比环丙烷,乙醚安全。2.某些氟化物是氧的良好运输体,可作为血液代用品。3.CCl2F2,CCl3F,F2ClC-ClF2 是很多喷雾剂(杀虫剂,清洁剂)的推进剂。4.CCl2F2(Freon-12),HCClF2(Freon-22)是电冰箱和空调的制冷剂。5.聚四氟乙烯(Teflon)是一种非常稳定的塑料,能耐高温、强酸、强碱、无毒性、有自润作用,是有用的工程和医用材料,也可作炊事用具的“不粘”内衬。
作喷雾剂推进剂或制冷剂的氯氟烃对地球周围的臭氧有破坏作用,臭氧层能虑除致皮肤癌的太阳紫外线,对人体健康有重要作用。有些国家也开始禁止使用含氯氟烃作为推进剂的喷雾剂。(FXXX代号表示,F表示它是一个氟代烃。F右下角的数字,个位氟原子,十位氢原子数加一,百位数碳原子数减一。如:F—12(CCl2F2) 四氟乙烯:
作业1: P208 1,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,15