Содержание

Слайд 2

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ

ИЗОМЕРИЯ R – X. НОМЕНКЛАТУРА

Изомерия CnH2n+1 X обусловлена:
а) изомерией углеродного скелета;
б)

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ ИЗОМЕРИЯ R – X. НОМЕНКЛАТУРА Изомерия CnH2n+1 X обусловлена: а) изомерией
положением галогена;

Слайд 3

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ

НОМЕНКЛАТУРА R – X

Причем название X ставится либо перед, либо после

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ НОМЕНКЛАТУРА R – X Причем название X ставится либо перед, либо после названия радикала:
названия радикала:

Слайд 4

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ

2. Заместительная номенклатура:

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ 2. Заместительная номенклатура:

Слайд 5

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ

АРИЛГАЛОГЕНИДЫ

Общая формула Ar – X; в этих соединениях галоген непосредственно связан

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ АРИЛГАЛОГЕНИДЫ Общая формула Ar – X; в этих соединениях галоген непосредственно
с атомом углерода ароматического кольца (поэтому мало подвижен!!):

бромбензол

Слайд 6

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ

МЕТОДЫ СИНТЕЗА R – X
(звездочкой (*) отмечены методы, используемые также в промышленности).

1.

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ МЕТОДЫ СИНТЕЗА R – X (звездочкой (*) отмечены методы, используемые также
Из спиртов:
действием галогеноводородов (НХ) и галогенидов фосфора (РХ):

Общая схема:

R – OH R – X

спирт

алкилгалогенид

Слайд 7

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ

МЕТОДЫ СИНТЕЗА R – X. ПРИМЕРЫ:

СН3СН2OН СН3СН2Br

конц. НBr, t °C

или (NaBr +

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ МЕТОДЫ СИНТЕЗА R – X. ПРИМЕРЫ: СН3СН2OН СН3СН2Br конц. НBr, t
H2SO4)

этанол

бромистый этил

3С2Н5ОН + РСlЗ 3C2H5Cl + P(OH)3

2*. Галогенирование углеводородов:

R–H + X2 R–X + HX

алкан

(X = Cl, Br)

Слайд 8

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ

3*. Присоединение галогеноводородов к алкенам:

4*. Присоединение галогенов к алкенам и алкинам:

Х2

Х

Х

– С

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ 3*. Присоединение галогеноводородов к алкенам: 4*. Присоединение галогенов к алкенам и
– С –

– С = С –

Н– С ≡ С –Н Н– СХ2 – СХ2–Н

Х2

Слайд 9

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ. ПОЛУЧЕНИЕ

Промышленные способы:

1.1. Галогенирование алканов (обычно образуются смеси изомеров, что несколько

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ. ПОЛУЧЕНИЕ Промышленные способы: 1.1. Галогенирование алканов (обычно образуются смеси изомеров, что
снижает ценность метода):

1.2. Присоединение галогеноводородов и галогенов к алкенам и алкинам:

НС≡СН СН2=СН–Сl

HCl, HgCl2

ацетилен

хлористый винил

Слайд 10

Cl2

500°C

хлористый винил

этилен

СН2=СН–Сl

СН2 = СН2

СН2 – СН2

Сl

Сl

1.3. Фторопроизводные получают из других

Cl2 500°C хлористый винил этилен СН2=СН–Сl СН2 = СН2 СН2 – СН2
галогено-производных при помощи неорганических фторидов:

полифториды:

2СН3Cl + Hg2F2

2CH3F + Hg2Cl2

C7F16 + 16HF + 32CoF2

C7H16 + 32CoF3

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ. ПОЛУЧЕНИЕ

Слайд 11

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА R – X

Температура
плавления и
кипения R – X

Температура
плавления и
кипения R

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА R – X Температура плавления и кипения R –
– H

>

1.

2. При данном R температура кипения повышается в ряду:

R–F < R–Cl < R–Br < R–I

?

3. Растворимость R – X: хотя R – X – полярные соединения, они нерастворимы в воде (почему ?), но хорошо растворимы в обычных органических растворителях.

?

Слайд 12

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ

РАСТВОРИМОСТЬ: ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ

Компонент А

Компонент В

1. ЕА∙∙∙A > ЕA∙∙∙B ⎯ нет растворения
2. ЕB∙∙∙B

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ РАСТВОРИМОСТЬ: ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ Компонент А Компонент В 1. ЕА∙∙∙A > ЕA∙∙∙B
> ЕA∙∙∙B ⎯ нет растворения
3. ЕA∙∙∙A ≈ ЕA∙∙∙B ≈ ЕB∙∙∙B ⎯ есть растворение

Старинное правило:
«ПОДОБНОЕ РАСТВОРЯЕТСЯ В ПОДОБНОМ»

(Растворяемое вещество)

(Растворитель)

ЭНЕРГИЯ СВЯЗЕЙ Е:

Слайд 13

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА R – X

Характерной чертой RX является наличие группировки:

:

..

..

δ-

δ+

– C –

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА R – X Характерной чертой RX является наличие группировки:
X

Анализ строения позволяет отметить следующее:
1. функциональная группа не имеет кратных связей, поэтому несклонна к реакциям присоединения;

2. галогены как элементы более электроотрица-тельные, чем углерод, создают на связанном с ними атоме углерода частичный положительный заряд (δ+).

Слайд 14

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ

«S» - от слова «substitution» - замещение;
«N» - от

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ «S» - от слова «substitution» - замещение; «N» - от слова
слова «nucleophilic».
В SN – реакциях происходит атака нуклеофила :Nu (т.е. реагента, предоставляющего электронную пару) на атом углерода с вытеснением галогена в виде :X–

R:Nu + :X–

Nu: + R :X

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА R – X

Отмеченные обстоятельства заставляют предполо-жить: Наиболее характерными реакциями галогено-производных будут реакции нуклео-фильного замещения (SN – реакции).

Слайд 15

МЕХАНИЗМ РЕАКЦИИ

В зависимости от природы галогено-производного (R – X), нуклеофильного реагента (:Nu)

МЕХАНИЗМ РЕАКЦИИ В зависимости от природы галогено-производного (R – X), нуклеофильного реагента
и условий реакции (растворитель, температура) процессы нуклеофильного замещения могут идти по двум механизмам: SN1 или SN2.

НУКЛЕОФИЛЬНОЕ ЗАМЕЩЕНИЕ:

Слайд 16

Рассмотрим реакцию между трет-бутилбромидом и гидроксид-ионом:

трет-бутилбромид

трет-бутанол

CH3

CH3

CH3 – C – OH + :Br–

CH3

CH3

СН3

Рассмотрим реакцию между трет-бутилбромидом и гидроксид-ионом: трет-бутилбромид трет-бутанол CH3 CH3 CH3 –
– С – Br + :OH–

Известно (экспериментальный факт!), что скорость этой реакции зависит от концентрации только одного реагента - трет-бутилбромида:

υ = К [(СН3)3СBr]

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА R – X

SN – реакция: механизм и кинетика.

Слайд 17

Возникает вопрос, почему скорость реакции не зависит от концентрации гидроксид-иона :ОН–

Возникает вопрос, почему скорость реакции не зависит от концентрации гидроксид-иона :ОН– ?
?
Ответ: Если скорость реакции не зависит от [ОН–], это может означать только то, что гидроксид-ион не участвует в реакции, скорость которой определяют.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА R – X

SN – РЕАКЦИЯ: МЕХАНИЗМ И КИНЕТИКА.

Слайд 18

(СН3)3С+ + :ОН– (СН3)3С–ОН

2. Вторая стадия: быстрая

Отсюда можно предположить следующий

(СН3)3С+ + :ОН– (СН3)3С–ОН 2. Вторая стадия: быстрая Отсюда можно предположить следующий
механизм реакции:

CH3

CH3

CH3 – C – Br

CH3

CH3

CH3 – C+ + :Br–

1. Медленная стадия (лимитирующая скорость):

Слайд 19

Первая стадия – ионизация реагента и образование карбкатиона (протекает медленно)
Вторая стадия –

Первая стадия – ионизация реагента и образование карбкатиона (протекает медленно) Вторая стадия
взаимодействие карбкатиона с нуклеофильной частицей (идет быстро)

медленно

2. R + :Nu R : Nu

быстро

δ+

δ–

+

SN1-ЗАМЕЩЕНИЕ
МЕХАНИЗМ РЕАКЦИИ. ОБЩИЙ ВИД:


1. R : X R + :X

δ+

δ–

+


Слайд 20

Скорость SN1 – реакции зависит только от концентра-ции алкилгалогенида, т. е. SN1

Скорость SN1 – реакции зависит только от концентра-ции алкилгалогенида, т. е. SN1
– реакция является реакцией первого порядка:

υ = k [RX]

Скорость общей реакции определяется первой (медленной) стадией: как быстро ионизируется RX.
Порядком реакции по данному реагенту называют степень в которой его концентрация входит в уравнение скорости реакции; общий порядок равен сумме этих степеней.

SN1-ЗАМЕЩЕНИЕ
МЕХАНИЗМ РЕАКЦИИ. ОБЩИЙ ВИД:

Слайд 21

СН3Br + :ОН– СН3ОН + :Br

Рассмотрим теперь реакцию бромистого метила с гидроксид-ионом,

СН3Br + :ОН– СН3ОН + :Br Рассмотрим теперь реакцию бромистого метила с
приводящую к метиловому спирту:

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА R – X

SN – РЕАКЦИЯ: МЕХАНИЗМ И КИНЕТИКА.


Кинетические данные для этой реакции показывают, что скорость реакции в этом случае зависит от концентрации обоих реагентов и выражается кинетическим уравнением второго порядка:

υ = К [НО:ֿ][СН3Br]

Это бимолекулярное нуклеофильное замещение или SN2-реакция

Слайд 22

МЕХАНИЗМ SN2- РЕАКЦИИ

(бимолекулярное нуклеофильное замещение)

SN2 – реакция – одностадийный процесс, в

МЕХАНИЗМ SN2- РЕАКЦИИ (бимолекулярное нуклеофильное замещение) SN2 – реакция – одностадийный процесс,
ходе которого присоединение нуклеофила :OH– и удале-ние уходящей группы :Br– происходит одновременно.
В ходе реакции возникает переходное состояние с пятивалентным атомом углерода :

H

H

H

HO –C + :Br–

δ –

δ –

H

H

H

HO∙∙∙C∙∙∙Br

H

H

H

HO: + С–Br


углерод связан с пятью группами; заряд распре-делен между выступающей и уходящей группами

переходное состояние:

Слайд 23

SN2-ЗАМЕЩЕНИЕ
МЕХАНИЗМ РЕАКЦИИ. ОБЩИЙ ВИД:

SN2 – реакция – одностадийный процесс, в

SN2-ЗАМЕЩЕНИЕ МЕХАНИЗМ РЕАКЦИИ. ОБЩИЙ ВИД: SN2 – реакция – одностадийный процесс, в
ходе которого присоединение нуклеофила :Nu– и удаление уходящей группы :X– происходит одновременно.
В ходе реакции возникает переходное состояние с пятивалентным атомом углерода :

Nu –C – +:X–

δ -

δ -

Nu∙∙∙C∙∙∙X

Nu:–

переходное состояние:
углерод связан с пятью группами; заряд распре-
делен между выступающей и уходящей группами

Слайд 24

Роль нуклеофильного реагента могут играть как анионы, так и нейтральные частицы.

Роль нуклеофильного реагента могут играть как анионы, так и нейтральные частицы. Характер
Характер действия каждого их них иллюстрируется следующими уравнениями:

1. R–X + :Nu– R–Nu + :X–

2. R–X + :Nu R–Nu + :X

3. R–X + H–Nu: R–Nu+–H + :X–

R–Nu: + HX

ПРИРОДА НУКЛЕОФИЛЬНОГО РЕАГЕНТА:

Слайд 25

ПРИМЕРЫ НУКЛЕОФИЛОВ:

а) Анионы: НО– (гидроксил-анион)
RO– (алкоголят-ионы)
RCOO– (ионы органических кислот)
СN–

ПРИМЕРЫ НУКЛЕОФИЛОВ: а) Анионы: НО– (гидроксил-анион) RO– (алкоголят-ионы) RCOO– (ионы органических кислот) СN– (цианид-ион)
(цианид-ион)

Слайд 26

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ

С2H5Cl + KOH C2H5OH + KCl

CH3CH2Cl + H2O CH3CH2OH + HCl

этилхлорид

этанол

НУКЛЕОФИЛЬНОЕ ЗАМЕЩЕНИЕ:

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ С2H5Cl + KOH C2H5OH + KCl CH3CH2Cl + H2O CH3CH2OH +

примеры реакций

Слайд 27

ОБШАЯ СХЕМА:

R:X + :Nu R:Nu + :X–

1. R:X + :ОН– R:OH +

ОБШАЯ СХЕМА: R:X + :Nu R:Nu + :X– 1. R:X + :ОН–
:X–

спирт

2. R:X + Н2О: R:OH + H:X

спирт

3. R:X + -:OR′ R:OR′ + :X–

простой эфир

НУКЛЕОФИЛЬНОЕ ЗАМЕЩЕНИЕ:

ПРИМЕРЫ РЕАКЦИЙ

Слайд 28

4. R:X + –:С ≡ СR′ R:C ≡ CR′ + :X–

алкин

5. R:X

4. R:X + –:С ≡ СR′ R:C ≡ CR′ + :X– алкин
+ Na:R′ R:R′ + :X–

алкан

6. R:X + :I– R:I + :X–

иодистый алкил

7. R:X + :CN– R:CN + :X–

нитрил

8. R:X + R′COO:– R′COO:R + :X–

сложный эфир

НУКЛЕОФИЛЬНОЕ ЗАМЕЩЕНИЕ:

ПРИМЕРЫ РЕАКЦИЙ

Слайд 29

9. R:X+ :NH3 [R:NH3]+:X– R–NH2

амин

10. R:X + :NH2R′ [R:NH2R′]+X–

RNHR′ + НX

алкилбензол

9. R:X+ :NH3 [R:NH3]+:X– R–NH2 амин 10. R:X + :NH2R′ [R:NH2R′]+X– RNHR′
реакция Фриделя – Крафтса:

11. R:X + ArH Ar – R

AlCl3

арен

12. и др. …

НУКЛЕОФИЛЬНОЕ ЗАМЕЩЕНИЕ:

ПРИМЕРЫ РЕАКЦИЙ

вторичный амин

:NH3

Слайд 30

ДРУГИЕ РЕАКЦИИ ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫХ

2) Дегидрогалогенирование: отщепление

КОН

(спирт)

– С = С – + НХ

Х

H

– С

ДРУГИЕ РЕАКЦИИ ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫХ 2) Дегидрогалогенирование: отщепление КОН (спирт) – С = С
– С –

3) Синтез реактива Гриньяра:

RX + Mg RMgX

Слайд 31

СТЕРЕОХИМИЯ SN1-Реакций

1.Первая стадия: ионизация галогенопроизвод-ного (медленная стадия).

карбкатион
(плоская конфигурация)

СТЕРЕОХИМИЯ SN1-Реакций 1.Первая стадия: ионизация галогенопроизвод-ного (медленная стадия). карбкатион (плоская конфигурация)

Слайд 32

рацемат

2. Вторая стадия (быстрая): подход нуклеофила возможен с любой стороны плоскости.

СТЕРЕОХИМИЯ SN1-Реакций

рацемат 2. Вторая стадия (быстрая): подход нуклеофила возможен с любой стороны плоскости. СТЕРЕОХИМИЯ SN1-Реакций

Слайд 33

повторение пройденного

1.

расположение
связей
тетраэдрическое

карбкатион
расположение связей:
плоское треугольное

+

C + :X–

– С –X

рацемат (равномолекулярная)
смесь оптических

повторение пройденного 1. расположение связей тетраэдрическое карбкатион расположение связей: плоское треугольное +
антиподов

2.

СТЕРЕОХИМИЯ SN1- Реакций

Слайд 34

Скорость SN1 – реакции определяется кинетическим уравнением первого порядка, т. е.

Скорость SN1 – реакции определяется кинетическим уравнением первого порядка, т. е. зависит
зависит только от концентрации RX:

υ = К [(СН3)3С–Cl]

1.

2.

КИНЕТИКА SN1-Реакций

повторение пройденного

Слайд 35

СТЕХЕОХИМИЯ SN1 – РЕАКЦИЙ

Конечный продукт SN1 – реакции представляет собой смесь

СТЕХЕОХИМИЯ SN1 – РЕАКЦИЙ Конечный продукт SN1 – реакции представляет собой смесь
оптических антиподов – рацемат. Образование рацемата можно представить из схемы:

Слайд 36

подход нуклеофила возможен с любой
стороны плоского карбкатиона

:Nu‒

СТЕХЕОХИМИЯ SN1 – РЕАКЦИЙ

подход нуклеофила возможен с любой стороны плоского карбкатиона :Nu‒ СТЕХЕОХИМИЯ SN1 – РЕАКЦИЙ

Слайд 37

СТЕРИЧЕСКИЕ (ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ) ЗАТРУДНЕНИЯ

SN2 – РЕАКЦИИ

X

CH3

CH3

CH3

Nu:

C

переходное состояние

СТЕРИЧЕСКИЕ (ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ) ЗАТРУДНЕНИЯ SN2 – РЕАКЦИИ X CH3 CH3 CH3 Nu: C переходное состояние

Слайд 38

Выше отмечалось, что SN1 – реакция – двухстадийный процесс, общая скорость

Выше отмечалось, что SN1 – реакция – двухстадийный процесс, общая скорость которого
которого определяется лимитирующей стадией, т. е. стадией образования карбкатиона:

1. R:X R + + :X –

2. R+ + :Nu– R:Nu

медленно

быстро

Поэтому реакционная способность RX изменяется в том же направлении, что и устойчивость карбкатионов.

SN1 – МЕХАНИЗМ:
РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ

Слайд 39

Реакционная способность RX в SN1 – реакции уменьшается в ряду:

Такой порядок

Реакционная способность RX в SN1 – реакции уменьшается в ряду: Такой порядок
реакционной способности RX соответст-вует ряду изменения устойчивости карбкатионов:

SN1 – МЕХАНИЗМ: РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ

метил-катион

первичный

вторичный

третичный

>

>

CH3

H

CH3

C+

H

H

CH3

C+

CH3

C+

CH3

CH3

>

H

H

H

C+

Слайд 40

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ

Механизм SN2

(бимолекулярное нуклеофильное замещение)

SN2 – реакция – одностадийный процесс, в ходе

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ Механизм SN2 (бимолекулярное нуклеофильное замещение) SN2 – реакция – одностадийный процесс,
которого присоединение нуклеофила :Nu– и удаление уходящей группы :X– происходит одновременно.
В ходе реакции возникает переходное состояние с пятивалентным атомом углерода :

Nu –C – +:X–

δ -

δ -

NuּּּCּּּX

– С –X

Nu:–

переходное состояние: углерод связан с пятью
группами; заряд распределен между вступающей и
уходящей группами

Слайд 41

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ

Такой механизм согласуется с данными по кинетике, стереохимиии и реакционной способности

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ Такой механизм согласуется с данными по кинетике, стереохимиии и реакционной способности
процесса:

1. Кинетические данные:
В качестве примера рассмотрим реакцию бромистого метила с гидроксид-ионом, приводящую к метиловому спирту:

H

H

H

HO –C + :Br–

δ –

δ –

H

H

H

HO∙∙∙C∙∙∙Br

H

H

H

HO: + С–Br


Слайд 42

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ

В решающей стадии реакции участвуют оба реагента и НО:– и СН3Br,

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ В решающей стадии реакции участвуют оба реагента и НО:– и СН3Br,
следовательно скорость реакции должна быть пропорциональна концентрации обоих реагентов:

υ = К [НО:ֿ][СН3Br]

(кинетическое уравнение второго порядка)

Эксперименты показывают, что это действительно так, т. е. SN2 – реакция имеет второй порядок.

Слайд 43

2. СТЕРЕОХИМИЯ SN2 – ЗАМЕЩЕНИЯ:

Изучение SN – реакций на примере оптически активных

2. СТЕРЕОХИМИЯ SN2 – ЗАМЕЩЕНИЯ: Изучение SN – реакций на примере оптически
алкилгалогенидов (и др. веществ) показало, что в том случае, когда реакция имеет второй порядок (т. е. вслучае SN2 – замещения) конечный продукт имеет конфигурацию противоположную конфигурации исходного вещества (является оптическим антиподом).

Процесс обращения конфигурации можно сравнить с выворачиванием зонтика от сильного ветра. Роль «ветра» здесь играет нуклеофил :Nu–, роль «спиц»- валентные связи:

ВАЛЬДЕНОВСКОЕ ОБРАЩЕНИЕ
(П. Вальден, кон. XIX в.).

Слайд 44

R1

R2

R3

−Br

Nu:–

R1

R2

R3

+ :Br–

Nu―

δ-

∙∙∙Br

R1

R2

R3

Nu ∙∙∙

δ-

Обращение конфигурации в SN2 – реакциях указыва-ет на

R1 R2 R3 −Br Nu:– R1 R2 R3 + :Br– Nu― δ-
то, что нуклеофил атакует молекулу с тыла, т. е. со стороны, противоположной той, где находится галоген. Если бы нуклеофил атаковал молекулу с той же стороны, где находится галоген (фронтальная атака), то обращение конфигурации не наблюдалось бы.

Это наглядно видно на примере взаимодействия гидроксид-иона с цис-3-метилциклопентилхлоридом:

2. СТЕРЕОХИМИЯ SN2 – ЗАМЕЩЕНИЯ:

Слайд 45

SN2 – РЕАКЦИЯ: ОБРАЩЕНИЕ КОНФИГУРАЦИИ

цис-спирт
(не образуется)

транс-спирт

фронтальная
атака

атака
с тыла

CH3

H

H

CI

OH-

CH3

H

H

OH

H

H

CH3

OH

SN2 – РЕАКЦИЯ: ОБРАЩЕНИЕ КОНФИГУРАЦИИ цис-спирт (не образуется) транс-спирт фронтальная атака атака

Слайд 46

3. Данные по реакционной способности:

В SN2 – реакциях реакционная способность RX

3. Данные по реакционной способности: В SN2 – реакциях реакционная способность RX
уменьшается в следующем порядке:

Для объяснения данной закономерности нужно рассмотреть влияние пространственных факторов в реакциях SN2 – замещения:

SN2 – РЕАКЦИЯ

>

>

>

Слайд 47

Пространственные факторы в SN2 – реакциях.

этил

метил

трет-бутил

изопропил

Пространственные факторы в SN2 – реакциях. этил метил трет-бутил изопропил

Слайд 48

Увеличение числа алкильных заместителей создает пространственные препятствия для приближения атакующего реагента

Увеличение числа алкильных заместителей создает пространственные препятствия для приближения атакующего реагента с
с тыльной стороны. Более объемным заместителям труднее разместиться вокруг центрального углерода, это повышает энергию переходного состояния и замедляет реакцию.

Пространственные факторы
в SN2 – реакциях.

Слайд 49

ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРНЫХ ФАКТОРОВ
И ПРИРОДЫ РАСТВОРИТЕЛЯ В SN2 – РЕАКЦИЯХ

Механизму SN1

ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРНЫХ ФАКТОРОВ И ПРИРОДЫ РАСТВОРИТЕЛЯ В SN2 – РЕАКЦИЯХ Механизму SN1
способствуют:
1) Большой объем заместителей (центральный углерод третичный или вторичный).
2) Растворитель с большой диэлектрической постоянной.
3) Малоактивный нуклеофильный реагент.
4) Легко уходящая группа X.

Механизму SN2 способствуют:
1) Малый объем заместителей (центральный углерод первичный или вторичный).
2) Растворитель с малой диэлектрической постоянной.
3) Активный нуклеофильный реагент.
4) Трудно уходящая группа X.

Слайд 50

ВЛИЯНИЕ АЛКИЛЬНОГО РАДИКАЛА:

Полезно правило: первичные алкил-галогениды реагируют по механизму SN2, а

ВЛИЯНИЕ АЛКИЛЬНОГО РАДИКАЛА: Полезно правило: первичные алкил-галогениды реагируют по механизму SN2, а
третичные – по механизму SN1.

Слайд 51

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ

Скорость SN2 – реакции возрастает

Скорость SN1 – реакции возрастает

RX=CH X, первичный, вторичный,

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ Скорость SN2 – реакции возрастает Скорость SN1 – реакции возрастает RX=CH X, первичный, вторичный, третичный
третичный

Слайд 52

СРАВНЕНИЕ СКОРОСТЕЙ РЕАКЦИЙ SN1 И SN2

RBr + I– RI + :Br– (SN2)

СРАВНЕНИЕ СКОРОСТЕЙ РЕАКЦИЙ SN1 И SN2 RBr + I– RI + :Br–
RBr + H2O: ROH + НBr (SN1)

Слайд 53

Нуклеофил – частица, предоставляющая электронную пару другому атому:

SN - РЕАКЦИИ
НЕКОТОРЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ:

нуклеофил атакует
электронодефицитный
участок

Нуклеофил – частица, предоставляющая электронную пару другому атому: SN - РЕАКЦИИ НЕКОТОРЫЕ
другой молекулы

Основание – частица, предоставляющая электронную пару для связывания протона (Н+):

А: – + Н А – Н

кислота,
сопряженная основанию :А–

основание

Слайд 54

Общее: и нуклеофил, и основание – доноры электронных пар.

НУКЛЕОФИЛ И ОСНОВАНИЕ

Общее: и нуклеофил, и основание – доноры электронных пар. НУКЛЕОФИЛ И ОСНОВАНИЕ
Различие: если электронной парой частицы атакуется углерод, то частицу называют «нуклеофилом», если протон – «основанием».

Вывод: термины «нуклеофил» и «основание» могут быть использованы для описания одних и тех же частиц, но участвующих в различных реакциях :

Слайд 55

нуклеофил

..

..


HO:

..

..

..

..


H–O–C + : Br :

..

С–Br:

..

НУКЛЕОФИЛ И ОСНОВАНИЕ

основание

H–O–H + :O –C

..

..


..

..

H–O–C

..

..

H–O


нуклеофил .. .. – HO: .. .. .. .. – H–O–C +

Слайд 56

НУКЛЕОФИЛЬНОСТЬ И ОСНОВНОСТЬ:

Нуклеофильность частицы – способность к взаимодействию за счет своей электронной

НУКЛЕОФИЛЬНОСТЬ И ОСНОВНОСТЬ: Нуклеофильность частицы – способность к взаимодействию за счет своей
пары с атомом углерода.
Основность частицы – способность связывать протон за счет своей электронной пары.
Основность частицы можно оценить по константе диссоциации кислоты, сопряженной данному основанию:

Слайд 57

А – + Н + Н – А

сопряженное
основание

Правило: Чем сильнее кислота,

А – + Н + Н – А сопряженное основание Правило: Чем
тем слабее сопря-женное ей основание и, наоборот, сильному основанию соответствует слабая сопряженная кислота:

Сила кислот:

H–F < H–Cl < H–Br < H–I

Сила оснований:

:F– > :Cl– > :Br– > :I–

сопряженная
кислота

СОПРЯЖЕННАЯ КИСЛОТА И ОСНОВАНИЕ

Слайд 58

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ

Нуклеофильность реагентов не всегда изменяется параллельно их основности:

нуклеофильность растет:

F– , Cl– ,

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ Нуклеофильность реагентов не всегда изменяется параллельно их основности: нуклеофильность растет: F–
Br– , I–

основность растет:

Нуклеофильность частицы (аниона) зависит от двух свойств: основности и поляризуемости:

нуклеофильность = f (основность, поляризуемость)

Слайд 59

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ

Правило: 1. Если атакующий атом один и тот же, то нуклеофильность

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ Правило: 1. Если атакующий атом один и тот же, то нуклеофильность
аниона прямо пропорцио-нальна его основности:

<

<

НО:–

СН3 – О:–

СН3 – С – О:–

основность и нуклеофильность растут

2. Если атакующие атомы (нуклеофильные центры) различны по природе, то нуклео-фильность пропорциональна их поляризуемо-сти:

Слайд 60

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ

нуклеофильность растет
(основность падает)

:F– , :Cl– , :Br– , :I–

поляризуемость растет

Поляризуемость

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ нуклеофильность растет (основность падает) :F– , :Cl– , :Br– , :I–
электронов – способность электронов смещаться под воздействием внешнего электрического поля (деформация внешней электронной оболочки).
Поляризуемость растет с увеличением радиуса частицы (атома, иона) и уменьшением его заряда.

Слайд 61

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ

Наименее прочно удерживаются несвязывающие электроны, откуда следует, что атом, выступая в

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ Наименее прочно удерживаются несвязывающие электроны, откуда следует, что атом, выступая в
качестве нуклеофила, использует, как правило, несвязывающие электроны: порядок нуклеофильности:

несвязывающие
электроны

σ–связывающие
электроны

π–связывающие
электроны

>>

>>

Природа уходящей группы X

Правило: Хорошие уходящие группы, покидая молекулу, обозначают устойчивые ионы. Плохие уходящие группы образуют нестойкие ионы.

Слайд 62

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ

Из этого правила следует: сильные основания обычно бывают плохими уходящими группами; слабые

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ Из этого правила следует: сильные основания обычно бывают плохими уходящими группами;
основания обычно являются хорошими уходящими группами, т. е.
[Существует обратное соотношение между основностью частицы и ее способностью быть уходящей группой.]

основность растет:

F– , Cl– , Br– , I–

способность быть уходящей группой растет:

Слайд 63

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ

плохие уходящие группы (сильные основания):

:ОН– , RO:– , :NH2– , :CH3– ,

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ плохие уходящие группы (сильные основания): :ОН– , RO:– , :NH2– ,
:H–

хорошие уходящие группы (слабые основания):

R–SO3– , I– , Br– , Cl–

ион :ОН– – более сильное основание, чем Н2О: и является худшей уходящей группой, чем вода:

:Br– + R–OH R–Br + :OH–

спирт

реакция не идет

Слайд 64

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ

..

+

H

R – O – H

..

..

+

R – O – H + H

1.

2. :Br–

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ .. + H R – O – H .. .. +
+ R–OH2 R–Br + H2O

замещение идет хорошо

Протонные растворители – растворители типа воды НОН и спиртов R – OH; эти растворители содержат водород, связанный с кислородом (или другим сильно электроотрицательным элементом) и вследствие этого довольно кислый.

+

Слайд 65

Протонные растворители – растворители типа воды НОН и спиртов R –

Протонные растворители – растворители типа воды НОН и спиртов R – OH;
OH; эти растворители содержат водород, связанный с кислородом (или другим сильно электроотрицательным элементом) и вследствие этого довольно кислый.

ПРИРОДА РАСТВОРИТЕЛЯ

Слайд 66

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ

Образуя водородные связи с анионами такие растворители понижают их основность, а

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ Образуя водородные связи с анионами такие растворители понижают их основность, а
следовательно и нуклеофильность.

АПРОТОННЫЕ РАСТВОРИТЕЛИ:

диметил-сульфоксид
(ДМСО)

CH3 – S – CH3

N, N-диметил-
формамид (ДМФ)

О

CH3

CH3

H – C – N
S
О О

сульфолан

Слайд 67

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ

Апротонные растворители – полярные раствори-тели с высокой диэлектрической проницаемостью, но не

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ Апротонные растворители – полярные раствори-тели с высокой диэлектрической проницаемостью, но не
способны к образованию водородных связей.
Они составляют анионы относительно свободны-ми и сильно реакционноспособными (высоко нуклеофильными).

Реакции отщепления:

Реакции отщепления приводят к образованию алкенов. Эти реакции часто конкурируют с реакциями нуклеофильного замещения:

(CH3)3C–Cl (CH3)3C + + :Cl–

(CH3)3C + CH3–C=CH2

Слайд 68

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ

Реакциям отщепления способствует высокая t˚ и основность среды.

Конкуренция реакций замещения
(SN–

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ Реакциям отщепления способствует высокая t˚ и основность среды. Конкуренция реакций замещения
реакций) и отщепления (Е – реакций)

SN2, Е2

SN1, Е1

:Nu

–С – С+

Слайд 69

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ

Важнейшие представители

Ненасыщенные галогенопроизводные могут вступать в реакции присоединения, обладая способностью легко

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ Важнейшие представители Ненасыщенные галогенопроизводные могут вступать в реакции присоединения, обладая способностью
полимеризовываться, образуя высокомолекулярные вещества:

Примеры:

поливинилхлорид

винилхлорид

1. nCH2=CHCI [–CH2 –CHCI –]n

2. nCF2=CF2 [–CF2 –CF2 –]n

тетрафторэтилен

тефлон

фторэтен

поливинилфторид

3. nCH2=CHF [–CH2 –CHF –]n

Имя файла: R-–-X.pptx
Количество просмотров: 142
Количество скачиваний: 0