第9章 卤代烃
核心知识点
9.1 分类与命名
按碳骨架分类
| 类型 | 结构 | 示例 |
|---|
| 饱和卤代烃(卤代烷) | R−X | CH3Cl 氯甲烷 |
| 不饱和卤代烃 | 烯丙型 / 乙烯型 | CH2=CHCH2Cl / CH2=CHCl |
| 芳香族卤代烃 | 苄基型 / 苯基型 | C6H5CH2Cl / C6H5Cl |
按卤素所在碳的级别分类
• 伯(1°)卤代烃：R−CH2−X • 仲(2°)卤代烃：R2CH−X • 叔(3°)卤代烃：R3C−X
命名要点：选含卤素的最长碳链为主链；卤素和其他取代基一起按次序规则编号，使位次之和最小；卤素作为取代基（氟、氯、溴、碘）。
9.2 结构与物理性质
C−X键的特征
| 键 | 键长/nm | 键能/(kJ/mol) | 极性 |
|---|
| C−F | 0.140 | 485 | 最强 |
| C−Cl | 0.177 | 339 | 强 |
| C−Br | 0.194 | 285 | 中 |
| C−I | 0.214 | 218 | 弱 |
键能 vs 离去能力：键能 C−F > C−Cl > C−Br > C−I，但离去能力恰好相反：I− > Br− > Cl− > F−。因为离去基团的稳定性（碱性越弱越好离去）：HI最强酸 → I−碱性最弱 → 最易离去。
9.3 亲核取代反应 SN2
SN2 机理（双分子亲核取代）
亲核试剂从离去基团的背面进攻，经过五配位过渡态，一步完成：
Nu− + R−X → [Nu···R···X]‡ → Nu−R + X−
SN2 特点
- 一步反应，无中间体，经过过渡态
- 速率 = k[RX][Nu−]（双分子，底物和亲核试剂都参与决速步
- Walden翻转（构型反转）：S→R 或 R→S
- 活性：CH3X > 1° > 2° >> 3°（位阻越大越不利）
真分子上的 SN2 (用 (S)-2-溴丁烷 + OH−)
看图重点：左边 (S) 构型的 Br 在前楔形键; 反应后右边 OH 在后楔形键 — 因为 OH⁻ 从 Br 背面进攻, 几何上像伞被风吹翻 (Walden 反转), 构型字母从 S 变 R。
位阻对比：左边 CH3Br 的 C 完全裸露 → 极快；右边新戊基溴虽然是 1°，但 β-C 上三个 CH3 把背面挡死 → 极慢（仅 1° 之一就能慢万倍）。
SN2 不适用于：叔碳（位阻太大）、桥头碳（背面进攻被阻挡）、乙烯基/芳基卤（C=C上卤素不易离去）
分子内SN2反应（成环反应）
分子内亲核取代
分子内的亲核基团攻击同一分子中的碳原子，离去基团离去 → 形成环状产物。
- 五元环最易形成：无角张力，且过渡态中熵因素有利（环化时构象限制适中）
- 三元环（有张力但熵有利）> 四元环（张力大且熵不利）
- 形成难度：5 > 6 > 3 >> 4 >> 大环
经典实例：4-溴-1-丁醇钠的分子内S
N2成环
BrCH2CH2CH2CH2O− → 四氢呋喃（THF） + Br−
氧负离子从分子内部背面进攻C-Br碳，形成五元含氧杂环。
9.4 亲核取代反应 SN1
SN1 机理（单分子亲核取代）
第一步（慢，决速）：R−X → R+ + X−（解离生成碳正离子）
第二步（快）：R+ + Nu− → R−Nu（亲核试剂进攻碳正离子）
SN1 特点
- 两步反应，经过碳正离子中间体
- 速率 = k[RX]（单分子，只有底物参与决速步）
- 外消旋化：碳正离子为平面sp2，Nu可从两面进攻 → 得R+S混合物
- 活性：3° > 2° > 1° > CH3X（碳正离子越稳定越快）
- 可能伴随碳正离子重排（1,2-H迁移或1,2-CH3迁移）
SN1 的重排实例：新戊基溴 (CH3)3CCH2Br 在SN1条件下，1°碳正离子重排为3°碳正离子(1,2-甲基迁移)，产物骨架改变。
真分子上的 SN1 机理 2 步 (2-溴-2-甲基丁烷)
看图重点：Step 1 的决速是 C-Br 自己离了 → 生成平面 sp² 碳正离子（右下小图）。Step 2 因为是平面，H2O 从上面 / 下面进攻概率几乎一样 → 得到一对 R/S 各 50% 的消旋体。这就是 SN1 必定消旋的几何根源。
紧密离子对（Tight Ion Pair）
SN1中的紧密离子对效应
SN1反应中，C−X键异裂后碳正离子与离去基团并不会立即完全分离，而是形成"紧密离子对"(tight/intimate ion pair)。
- 离去基团暂时停留在碳正离子离去的一面 → 部分屏蔽该面
- 亲核试剂从另一面（背面）进攻的概率略高于同面进攻
- 结果：构型翻转略多于保持，而非理想的50:50外消旋化
- 典型比例：约49%构型保持 + 51%构型翻转（不完全外消旋化）
紧密离子对 vs 溶剂分离离子对：随着溶剂化程度增大，离去基团逐渐远离 → 从紧密离子对变为溶剂分离离子对 → 趋向完全外消旋化。
9.5 消除反应
E2 消除（双分子）
E2 机理
强碱夺取β-H，同时C−X键断裂，一步协同完成：
速率 = k[RX][Base]
- 反式共平面(anti-periplanar)：H和X必须处于180°反式关系
- 产物遵循Saytzeff规则：生成取代最多的烯烃（更稳定）
- 若用大位阻碱(如 t-BuOK)：得Hofmann产物（取代少的烯烃）
E2反式共平面的推论：
• 环己烷衍生物中，H和X必须处于1,2-双直键(diaxial)位置才能E2消除
• 如果只有一个β-H能满足anti关系 → 只得到一种产物（即使不是Saytzeff产物）
真分子上的 E2 (2-溴丁烷 + OH−)
看图重点：碱拿 β-H、Br 同时离开、C=C 同时形成 — 三件事在一个过渡态里同步发生（协同, concerted）。要点：H 和 Br 必须在同一平面、互成 180° (anti-periplanar)。
Saytzeff 主产物 2-丁烯 (取代多, 更稳)；Hofmann 次产物 1-丁烯 (用大位阻碱如 t-BuOK 时, 因为碱够不到内位 H, 只能夺取末端 H)。
E1 消除（单分子）
E1 机理
第一步（慢）：R−X → R+ + X−（与SN1共享同一步）
第二步（快）：碱夺取碳正离子的β-H → 生成烯烃
速率 = k[RX]，E1总是伴随SN1发生（竞争关系）
E1 vs E2：E1在SN1条件下伴随发生，无法独立控制；E2可通过强碱诱导，在SN2条件下也可发生。
真分子上的 E1 机理 2 步 (3° 卤代)
看图重点：Step 1 与 SN1 完全共享（都是 C-Br 自己离）。Step 2 是失 β-H 而非被 Nu 进攻 — 取最多取代的 β 位 = Saytzeff 主产物（左下）；少量副产物来自失另一 β 位（右下）。
超共轭：3° C⁺ 周围 9 个 β-H 的 σ(C-H) 与空 p 轨道部分重叠 → "电子从 C-H 漏到 C⁺"，整体能量下降。烷基越多 → 可参与的 β-H 越多 → 稳定 ↑。这就是 Saytzeff 规则的电子学根源。
超共轭效应解释Saytzeff规则
为什么取代多的烯烃（Saytzeff产物）优先生成？
在E2消除的过渡态中，双键已部分形成：
- 过渡态具有烯烃特征 → 过渡态的稳定性与产物烯烃的稳定性平行（Hammond假说）
- 取代基越多 → 与部分形成的π键发生超共轭（σC-H → π*）越充分 → 过渡态能量越低
- 因此活化能更小 → 反应更快 → 取代最多的烯烃为主要产物
超共轭本质：相邻C−H键的σ电子离域到π体系中，等效于"无键共振"。烷基越多 → 可参与超共轭的C−H键越多 → 稳定化越强。
9.6 四大反应竞争判断（核心考点！）
| SN2 | SN1 | E2 | E1 |
|---|
| 底物 | CH3, 1°最佳 | 3°最佳 | 3° > 2° > 1° | 3° > 2° |
| 试剂 | 强亲核试剂 | 弱亲核/溶剂 | 强碱(尤其大碱) | 弱碱 |
| 溶剂 | 极性非质子 | 极性质子 | 极性非质子/醇 | 极性质子 |
| 温度 | 低温 | — | 高温 | 高温 |
| 动力学 | v=k[RX][Nu] | v=k[RX] | v=k[RX][B] | v=k[RX] |
| 立体化学 | Walden翻转 | 外消旋化 | 反式共平面 | — |
| 重排 | 无 | 有 | 无 | 有 |
快速判断流程
- 看底物：
• CH3X 或 1°RX → SN2（强亲核）或 E2（强碱大碱）
• 3°RX → SN1/E1（弱亲核/溶剂）或 E2（强碱）
• 2°RX → 四种都可能，看试剂和条件
- 看试剂：
• 强亲核弱碱(如 I−, RS−, N3−) → SN2
• 强碱强亲核(如 HO−, RO−) → SN2 或 E2 竞争
• 强碱大位阻(如 t-BuO−, LDA) → E2
• 弱亲核弱碱(如 H2O, ROH) → SN1/E1
- 看溶剂/温度：极性非质子 → 利SN2；极性质子 → 利SN1；高温利消除
弱碱促进取代、抑制消除的技巧
如何获得纯取代产物？
当底物容易发生消除（如仲、叔卤代烃），但希望得到取代产物时：
- 使用弱碱但强亲核试剂：如 CH3COO−（醋酸根）、I−、N3−、RS−
- 弱碱性 → 不易夺取β-H → 抑制消除
- 强亲核性 → 有效进攻碳中心 → 促进取代
间接法制醇（避免直接用强碱HO−导致消除）：
- RX + CH3COONa → ROOCCH3（酯，SN2取代）
- ROOCCH3 + NaOH/H2O → ROH + CH3COONa（水解得醇）
溶剂极性对取代/消除竞争的影响
溶剂极性与反应类型选择
- 溶剂极性增大 → 有利于取代反应：取代过渡态中电荷更集中（亲核试剂接近碳中心），极性溶剂稳定此过渡态
- 溶剂极性增大 → 不利于消除反应：消除过渡态中电荷较分散（碱夺H，同时C-X断裂，电荷分布在较大范围内），极性溶剂无法有效稳定
实用规律：
| 条件 | 主要产物 | 原因 |
|---|
| KOH/醇溶液 | 消除为主 | 醇溶剂极性较低，碱浓度高 |
| KOH/水溶液 | 取代为主 | 水极性更大，稳定取代过渡态 |
记忆口诀：醇中消除水中代——KOH/醇 → 消除；KOH/水 → 取代。
9.7 亲核试剂与离去基团
离去基团能力排序
−OTs ≈ −OMs > I− > Br− > Cl− > F− >> HO−, RO−, H2N−
规律：共轭酸越强 → 碱性越弱 → 越好离去
亲核性排序
碱性与亲核性不完全相同！
- 同族元素(质子溶剂中)：I− > Br− > Cl− > F−（可极化性主导）
- 同周期元素：碱性越强，亲核性越强。如 NH2− > HO− > F−
- 负离子 > 对应中性分子：HO− > H2O；RO− > ROH
碱性 vs 亲核性：
• 碱性：与H+结合的热力学能力(用pKa衡量)
• 亲核性：与碳原子成键的动力学能力(受可极化性、位阻影响)
• 例如：I−碱性弱但亲核性很强(大原子可极化)；t-BuO−碱性强但亲核性差(位阻大)
9.8 溶剂效应
溶剂对反应类型的影响
| 溶剂类型 | 示例 | 特征 | 有利反应 |
|---|
| 极性质子溶剂 | H2O, ROH, RCOOH | 能形成氢键，稳定离子 | SN1 / E1 |
| 极性非质子溶剂 | DMSO, DMF, 丙酮 | 极性强但无活泼H | SN2 |
为什么？
• 极性质子溶剂通过氢键溶剂化亲核试剂，降低其亲核性 → 不利SN2
• 极性质子溶剂稳定碳正离子中间体 → 有利SN1
• 极性非质子溶剂不与阴离子形成氢键 → 亲核试剂保持"裸露"高活性 → 有利SN2
9.9 卤代烃的活性规律
不同类型卤代烃的反应活性
| 类型 | SN活性 | 原因 |
|---|
| 烯丙基型 CH2=CHCH2X | 很活泼(SN1和SN2都快) | SN1：烯丙基碳正离子共振稳定
SN2：p轨道协助背面进攻 |
| 苄基型 ArCH2X | 很活泼 | 同烯丙基，苄基碳正离子与苯环共振 |
| 普通烷基 RX | 正常 | 按1°/2°/3°规律 |
| 乙烯基型 CH2=CHX | 极惰性 | C=C的p轨道与C-X重叠 → 部分双键特征 → 不易断裂 |
| 芳基型 ArX | 极惰性 | 同乙烯基，苯环p轨道与C-X共轭 |
| 桥头碳卤代物 | 不反应 | SN1：桥头无法形成平面碳正离子
SN2：桥头背面被阻挡 |
活性顺序记忆：烯丙基/苄基 >> 3° > 2° > 1° > CH3X >> 乙烯基/芳基/桥头(几乎不反应)
9.10 卤代烃的制备
卤代烃的主要制备方法
- 烷烃卤代（自由基取代）：RH + X2 →(hv)→ RX + HX
- 烯烃加HX：遵循Markovnikov规则；过氧化物存在时反Markovnikov(仅HBr)
- 醇 + HX：ROH + HX → RX + H2O（SN1或SN2）
- 醇 + SOCl2：ROH + SOCl2 → RCl + SO2 + HCl（无吡啶：构型保持，SNi机理；有吡啶：构型翻转，SN2机理）
- 醇 + PBr3：3ROH + PBr3 → 3RBr + H3PO3
- 卤素交换(Finkelstein)：RCl + NaI →(丙酮)→ RI + NaCl↓（利用NaCl在丙酮中不溶）
- 烯丙位/苄位溴代：NBS/hv → 烯丙位或苄位溴代的专用试剂
- 醇 + PCl3：3ROH + PCl3 → 3RCl + H3PO3
- 醇 + PCl5：ROH + PCl5 → RCl + POCl3 + HCl
Zn脱卤还原制备烯烃
邻二卤代物与锌粉反应，脱去两个卤素生成烯烃：
RCHBr−CHBrR' + Zn → RCH=CHR' + ZnBr2
- 反应条件：Zn粉/醇或Zn粉/醋酸
- 本质是还原消除（脱卤化氢的逆反应为加卤；此为脱卤）
- 应用：烯烃 →(Br2加成)→ 邻二溴代物（用于保护双键）→ Zn脱卤还原恢复双键
9.11 Grignard试剂与有机金属化合物
格氏试剂 RMgX
RX + Mg →(无水乙醚)→ RMgX（格氏试剂）
看图重点：Mg 把自己插进 C-Br 键里，碳上原来有的部分负电荷被强化（因为 Mg 是电正性金属），所以 RMgX 中的 R 是强亲核体 / 强碱。这是格氏试剂能做几乎所有"加 C"反应的本质。
三大经典反应（看图记）
武大第六版重点：环氧乙烷 + RMgBr → 醇增 2 个 C — 这是醛/酮"增 1 C"之外的另一条增碳路线，频繁出现在合成题里。
| 反应物 | 产物 | 用途 |
|---|
| RMgX + H2O(D2O) | RH (RD) | 引入氘标记 |
| RMgX + CO2 | RCOOH | 增1C得羧酸 |
| RMgX + 环氧乙烷 | RCH2CH2OH | 增2C得伯醇 |
| RMgX + HCHO | RCH2OH | 增1C得伯醇 |
| RMgX + RCHO | R2CHOH | 得仲醇 |
| RMgX + R2CO | R3COH | 得叔醇 |
| RMgX + RX' | R−R' | 偶联(产率低) |
格氏试剂不能与活泼氢共存！
−OH, −NH, −SH, −COOH, −C≡CH 都含活泼氢，会与RMgX反应：
RMgX + HA → RH + MgXA（格氏试剂被破坏）
因此：制备格氏试剂时分子中不能含上述基团；必须无水无氧操作。
炔基格氏试剂
端炔与格氏试剂的反应
端炔的C≡C−H具有弱酸性（pKa≈25），可被格氏试剂夺取活泼氢：
RC≡CH + R'MgX → RC≡CMgX + R'H
所得炔基格氏试剂 RC≡CMgX 是强亲核试剂，可与卤代烃发生SN2取代：
RC≡CMgX + R'X → RC≡CR' + MgX2
合成意义：这是合成非对称内炔烃（RC≡CR'）的重要方法。要求R'X为伯卤代烃（SN2条件），叔卤代烃会发生消除。
格氏试剂在乙醚中不溶的情况：双键或苯环上的卤素（乙烯基/芳基卤）不易与Mg反应，需用THF（四氢呋喃）作溶剂，配位能力更强。
Corey-House 偶联
有机铜锂试剂
2RLi + CuI → R2CuLi（二烃基铜锂）
R2CuLi + R'X → R−R' + RCu + LiX
优势：交叉偶联效率高，选择性好（R'X最好是1°卤代烃）
相比格氏试剂偶联（产率差），Gilman 试剂的 Cu 中心更软、选择性更好，能精准把 R 安到 R'X 的 C 上，新 C-C 键直接得到。
9.12 消除取向
Saytzeff 规则 vs Hofmann 规则
| Saytzeff（查依采夫） | Hofmann（霍夫曼） |
|---|
| 产物 | 双键上取代基最多的烯烃 | 双键上取代基最少的烯烃 |
| 条件 | 普通碱(NaOH, NaOEt) | 大位阻碱(t-BuOK, LDA) |
| 或 | 普通离去基团 | 大离去基团(如-NR3+) |
| 原因 | 热力学稳定性 | 位阻控制 → 碱只能夺最外面的H |
9.13 卤代烃的鉴别
AgNO3/醇溶液鉴别法
RX + AgNO3/醇 → AgX↓ + RONO2（SN1反应）
- 沉淀生成速度反映SN1活性：3° > 2° > 1°
- 烯丙基/苄基卤代烃：室温立即沉淀
- 乙烯基/芳基卤代烃：不反应
区分3-溴丙烯(烯丙型)、4-溴-2-烯(仲) 和 5-溴-2-烯(伯)：
3-溴丙烯 → 室温快速沉淀；4-溴-2-烯 → 加热黄色沉淀；5-溴-2-烯 → 不反应或极慢
课后习题精选
1. 命名：写出分子式为 C
4H
9Br 的所有卤代烃结构式并命名。
答案
C4H9Br 含4个碳、9个氢、1个溴，不饱和度=0，为饱和卤代烷。
(1) CH3CH2CH2CH2Br — 1-溴丁烷（伯）
(2) CH3CH2CHBrCH3 — 2-溴丁烷（仲）
(3) (CH3)2CHCH2Br — 1-溴-2-甲基丙烷（伯）
(4) (CH3)3CBr — 2-溴-2-甲基丙烷（叔）
2. 自由基卤代：下列化合物哪些可由相应烃经光照单卤代制得？(1)CH
3CH
2Cl (2)CH
3CH
2CH
2CH
2Cl (3)(CH
3)
3CCH
2Cl (4)(CH
3)
2CHOCH
3 (5) 氯代环己烷 (6)H
2C=CHCHCH
2Cl
答案
对于饱和卤代烃，观察分子中所有H的化学等价性：若所有H化学等价，则能通过单卤代得到纯产物。对于不等价H的，产物为混合物。
(1) CH3CH2Cl：乙烷只有一种H环境 → 可以
(3) (CH3)3CCH2Cl：新戊烷中H有两种化学环境 → 混合物
(5) 氯代环己烷：环己烷所有H等价 → 可以
(6) 不饱和，不是简单自由基取代
答案：(1)(3)(5)(6)可由相应烃经自由基卤代制得（其中3和6产率有限）
3. 多步反应：完成下列转化：
(a) 环己烯 →(NaOH/EtOH)→ ? →(NBS)→ ? →(NaOH)→ ?
(b) 甲苯 →(Br
2/CCl
4)→ ? →(KOH/EtOH)→ ?
答案
(a) 环己烯不与NaOH/EtOH反应（不是卤代烃），保持为环己烯 → NBS进行烯丙位溴代 → 3-溴环己烯 → NaOH水溶液进行亲核取代(SN2) → 2-环己烯-1-醇
(b) 甲苯与Br2/CCl4：苯环不被催化(无Lewis酸)，但甲苯侧链在非催化条件下也不反应（需要hv或NBS）。题目可能指Br2/hv → 苄基溴 C6H5CH2Br → KOH/EtOH消除 → 不可能（苄基溴无β-H？要看具体结构）。若底物为乙苯则：C6H5CHBrCH3 → KOH/EtOH → 苯乙烯
4. SN/E判断：2-溴丁烷分别与下列试剂反应，判断反应类型和主要产物：
(a) NaI/丙酮 (b) NaOH/H
2O (c) t-BuOK/t-BuOH (d) EtOH加热
答案
2-溴丁烷是仲卤代烃，四种反应都可能。
(a) NaI/丙酮：I−是强亲核弱碱，丙酮是极性非质子溶剂 → SN2 → 2-碘丁烷（构型翻转）
(b) NaOH/H2O：HO−既是亲核试剂又是碱，H2O是极性质子溶剂 → SN2 + E2竞争 → 2-丁醇 + 2-丁烯混合物
(c) t-BuOK/t-BuOH：强碱大位阻 → E2 → 2-丁烯（Saytzeff产物）+ 少量1-丁烯
注：t-BuOK虽是大碱偏Hofmann，但2-溴丁烷的Saytzeff产物位阻不大，仍以Saytzeff为主
(d) EtOH加热：弱亲核弱碱，极性质子溶剂，高温 → SN1 + E1 → 2-丁醇(外消旋) + 2-丁烯
5. 合成路线判断：下列合成是否正确？
(a) 烯烃 + HCl → RCl →(NaCN)→ RCN
(b) HO-苄基-Br →(Mg/乙醚)→ ? →(CO
2)→ ? →(H
+)→ COOH
答案
(a) 正确。烯烃加HCl得到氯代烃，然后CN−作为亲核试剂发生SN2取代(若是1°RCl)。但要注意过氧化物存在下HCl不发反Markovnikov加成。
(b) 错误。分子中含有−OH（活泼氢），格氏试剂不能与活泼氢共存！必须先保护OH基团（如转化为醚或酯），再制格氏试剂。
6. AgNO3鉴别：用简单化学方法区分以下化合物：
(1) 正氯丁烷、正溴丁烷、环己烯、对氯甲苯
答案
先用AgNO3/醇溶液：
• 正氯丁烷(1°)、正溴丁烷(1°)：缓慢或加热生成沉淀
• 环己烯：不反应（不是卤代烃）
• 对氯甲苯（芳基氯）：不反应
再用Br2/CCl4区分环己烯(褪色)和对氯甲苯(不褪色)。
区分正氯丁烷和正溴丁烷：沉淀颜色不同(AgCl白色，AgBr淡黄色)。
7. 转化：完成下列转化(每步写出试剂)：
CH
3CH=CHCH
3 → (7步) → CH
3CH
2CH=CH
2
答案
2-丁烯 → 1-丁烯（双键位置异构化）：
① 2-丁烯 + HBr → 2-溴丁烷（Markovnikov加成）
② 2-溴丁烷 + t-BuOK → 1-丁烯（Hofmann消除，大碱得取代少的烯）
或更直接：
① 2-丁烯 + HBr/ROOR → 不适用（只HBr有反Markovnikov）
实际上用大位阻碱E2消除2-溴丁烷的方案即可。
8. 立体化学：(R)-2-溴丁烷分别在以下条件下反应，画出产物立体化学：
(a) NaOH/DMSO (b) EtOH加热
答案
(a) NaOH/DMSO：SN2（强亲核试剂 + 极性非质子溶剂）→ 构型翻转 → (S)-2-丁醇
(b) EtOH加热：SN1（弱亲核、极性质子溶剂）→ 碳正离子中间体 → 外消旋化 → (R)-2-丁醇 和 (S)-2-丁醇 各约50%（外消旋体）
9. E2反式共平面：(1R,2R)-1-溴-1,2-二苯基丙烷进行E2消除，产物构型是E还是Z？
答案
E2要求H和Br处于反式共平面(anti)。画Newman投影式，将H和Br放在anti位置：
在anti构象中，两个苯基分别在同侧 → 消除后双键两侧的大基团在同侧 → 产物为(Z)-构型
这说明E2的立体化学是anti消除（反式消除），底物的立体构型决定了产物烯烃的E/Z构型。
10. 格氏试剂合成：从溴苯和不超过2个碳的有机物出发，合成3-苯基-1-丙醇。
答案
目标：C6H5CH2CH2CH2OH（比苯多3个碳的伯醇）
① C6H5Br + Mg/THF → C6H5MgBr（苯基格氏试剂）
② C6H5MgBr + 环氧乙烷 → C6H5CH2CH2OMgBr →(H3O+)→ C6H5CH2CH2OH（2-苯基乙醇，增2C）
这只增加了2个碳，得2-苯基乙醇。要得3-苯基-1-丙醇（增3C），需要：
① C6H5MgBr + CH2=CHCHO（丙烯醛，3C但超出2C限制）
或换思路：
① C6H5Br + Mg → C6H5MgBr
② + 环氧乙烷 → C6H5CH2CH2OH
③ + HBr → C6H5CH2CH2Br
④ + Mg → C6H5CH2CH2MgBr
⑤ + HCHO → C6H5CH2CH2CH2OH（3-苯基-1-丙醇）
11. SN1重排：3-甲基-2-丁醇与HBr反应产物是什么？会发生重排吗？
答案
(CH3)2CHCHOHCH3 + HBr →
醇先质子化：OH2+离去生成仲碳正离子 → 1,2-甲基迁移 → 叔碳正离子(CH3)3C+CH3 → Br−进攻
产物：2-溴-2-甲基丁烷（重排产物）+ 少量3-溴-2-甲基丁烷（未重排）
仲碳正离子 → 叔碳正离子（更稳定），所以会发生重排。
12. 综合：某化合物A分子式C
5H
10，不饱和度为1。A与HBr反应得B，B与KOH醇溶液消除得C，C与顺丁烯二酸酐Diels-Alder反应得D。写出A→D结构。
答案
A(C5H10，不饱和度1)：可能是环戊烷或戊烯。
若A=环戊烯：
A(环戊烯) + HBr → B(溴代环戊烷) → KOH/醇消除 → C(环戊二烯？需要两次消除) → 环戊二烯与顺丁烯二酸酐D-A反应 → D(降冰片烯二酸酐)
实际上：A为环戊烯 → HBr → 3-溴环戊烯(烯丙位) → KOH/醇 → 环戊二烯(共轭二烯) → + 顺丁烯二酸酐 → 降冰片烯二酸酐(Diels-Alder产物)
历年真题原型（SJTU A 卷实证）
真题原型 1（A 卷 三-5，完成反应）——SN1 消旋 vs SN2 翻转对照
手性
2-氯戊烷 分别 ① AgNO
3/乙醇 ② NaI/丙酮，写产物立体化学。
完整解法步骤
① AgNO3/乙醇：Ag+ 拉走 Cl−、极性质子溶剂、2° 底物 → SN1 → 平面 sp2 碳正离子 → 硝酸根两面进攻 → 外消旋（R + S 各约 50%）的硝酸酯。
② NaI/丙酮（Finkelstein）：I− 强亲核弱碱、极性非质子溶剂 → SN2 → 背面进攻 → Walden 翻转的 2-碘戊烷（构型字母翻转）。
对照核心：同一手性底物，条件一换立体结果就反过来——AgNO3/醇 = SN1 = 消旋；NaI/丙酮 = SN2 = 翻转。
真题原型 2（A 卷 二-9，选择/速率）——SN2 二级速率定量
CH
3I + OH
− 走 S
N2。若 [CH
3I] 变为原来 3 倍、[OH
−] 变为原来 1/2，反应速率如何变化？
完整解法步骤
SN2 二级速率方程：$v=k[\text{CH}_3\text{I}][\text{OH}^-]$。
两个浓度都要代入：$v' = k\cdot(3[\text{CH}_3\text{I}])\cdot(\tfrac12[\text{OH}^-]) = 3\times\tfrac12\,v = 1.5\,v$。
→ 速率提高 50%。
易错：只乘 RX 那个浓度（漏掉 Nu）就会答错；SN1 才是 $v=k[\text{RX}]$、与 [Nu] 无关。
真题原型 3（A 卷 六-2，合成）——Grignard + CO2 增 1 碳
由 (CH
3)
3COH 出发合成
2,2-二甲基丙酸（增 1 个碳）。
完整解法步骤
叔醇不能直接做格氏（也无 α-H 可直接氧化增碳），必须走卤代→格氏→CO2：
① (CH3)3COH + HBr → (CH3)3CBr（叔醇极易 SN1 卤代）
② (CH3)3CBr + Mg/无水乙醚 → (CH3)3CMgBr
③ + CO2（干冰）→ (CH3)3CCOO−MgBr+
④ + H+/H2O → (CH3)3CCOOH（2,2-二甲基丙酸 / 新戊酸）
增碳速记：RMgX + CO2 → 羧酸(+1C)；+ 环氧乙烷 → 伯醇(+2C)；+ 醛 → 仲醇；+ 酮 → 叔醇；+ D2O → C–D。
📌 必背块（机理判据·速率·活性序）
SN1 / SN2 / E1 / E2 速率与立体（默写线）
| SN2 | SN1 | E2 | E1 |
|---|
| 速率 | $v=k[\text{RX}][\text{Nu}]$ | $v=k[\text{RX}]$ | $v=k[\text{RX}][\text{B}]$ | $v=k[\text{RX}]$ |
| 底物 | CH3>1°>2° | 3°>2° | 3°>2°>1° | 3°>2° |
| 立体 | Walden 翻转 | 外消旋 | 反式共平面 | — |
| 重排 | 无 | 有 | 无 | 有 |
活性序 / 离去能力 / 亲核性
SN 活性：烯丙基≈苄基 >> 3°(SN1) ／ CH3>1°(SN2) >> 乙烯基≈芳基≈桥头碳(不反应)。
离去能力：–OTs≈–OMs > I− > Br− > Cl− > F−（共轭酸越强越好离去）。
亲核性（质子溶剂同族）：I− > Br− > Cl− > F−；负离子 > 中性（HO−>H2O）。
消除取向 + 溶剂口诀
普通碱(NaOH/NaOEt) → Saytzeff（多取代烯）；大位阻碱(t-BuOK)/大离去基(–NR3+) → Hofmann（少取代烯）。
醇中消除、水中代：KOH/醇 → 消除为主；KOH/水 → 取代为主。极性非质子(DMSO/丙酮)利 SN2；极性质子(H2O/ROH)利 SN1。
Grignard 三忌 + 增碳表
三忌：① 不能有活泼 H（–OH/–NH/–SH/–COOH/–C≡CH，会自杀失活）② 必须无水无氧 ③ 乙烯基/芳基卤用 THF 不用乙醚。
增碳：+CO2→羧酸(+1C)；+环氧乙烷→伯醇(+2C)；+HCHO→伯醇(+1C)；+RCHO→仲醇；+R2CO→叔醇；+D2O→C–D。
⚠️ 易错点
1. 速率题两个浓度都要乘：SN2 是 $v=k[\text{RX}][\text{Nu}]$，改了底物又改了亲核试剂浓度时两项都要代入（如 3×½=1.5）。SN1 与 [Nu] 无关。
2. 碱性 ≠ 亲核性：I− 碱性弱但亲核性强（大原子可极化）→ 偏 SN2；t-BuO− 碱性强但亲核性差（位阻大）→ 偏 E2。要纯取代避消除时用弱碱强亲核体（CH3COO−/I−/N3−）。
3. E2 必须反式共平面：环己烷上 H 和 X 要处于 1,2-双直键(diaxial) 才能消除；只有一个 β-H 满足 anti 时即使不是 Saytzeff 产物也只能得它。底物构型决定产物 E/Z。
🔴 你在这卡过（FXY 个人薄弱点 → 怎么破）
卡点 A：碳正离子重排（新戊基 / Wagner-Meerwein 1,2-迁移）
你卡在哪：新戊醇 (CH3)3C–CH2OH + HCl/ZnCl2 为什么产物骨架变成带乙基的 2-氯-2-甲基丁烷？（同一题两周内问了 2 次，系统连发重复弱点预警）本章的"新戊基溴 SN1 重排"是同一个机理。
怎么破（4 步默写）：
① 走 SN1：脱去离去基 → 极不稳的 1° 碳正离子 (CH3)3C–CH2+。
② 旁边叔碳上一个 CH3 带着电子对 1,2-迁移 过来。
③ 变成稳定的 3° 碳正离子 (CH3)2C+–CH2CH3（骨架已带乙基！）。
④ Nu−（Cl−）捕获 → 2-氯-2-甲基丁烷。
判别钉子 + 避坑：
• HX/ZnCl2 / 浓 H2SO4 / 醇脱水加热 + 产物骨架对不上 = 一定重排。
• 别套 SN2 直接写 OH→Cl（那会错成 (CH3)3C–CH2Cl）。
• 合成里要避开重排就用 SOCl2 / PBr3（走 SN2、不经碳正离子）；HX/ZnCl2 必重排。
• 迁移方向：β-C 上有 H 迁 H、无 H 有 CH3 迁 CH3，原则是迁完碳正离子级数升高。
卡点 B：醇→碘代物两步法（OTs 活化 + SN2 Walden 翻转）
你卡在哪：C2H5–CHD–OH 经 TsCl/吡啶 → NaI/丙酮 看不懂（同一题问了 2 次）。本章 9.10 制备里的 "醇→OTs→I" 就是它。
怎么破：OH 太顽固，I− 直接踢不动 →
① TsCl/吡啶 把 OH 活化成超级好离去的 –OTs；
② NaI/丙酮 做 SN2，I− 背面进攻把 OTs 换成 I → 构型翻转一次（Walden）。
避坑：丙酮是溶剂不是反应物；D（氘）只是同位素标记，化学性质同 H，全程不参与、不迁移，别被它干扰判断手性中心。
考前提醒
SN1/SN2/E1/E2判断是必考题！三步法：看底物(1°/2°/3°) → 看试剂(亲核性/碱性/位阻) → 看溶剂(质子/非质子)
SN2构型翻转，SN1外消旋——立体化学是常考点
E2反式共平面——环己烷上H和X必须1,2-双直键(diaxial)，这决定了产物构型
格氏试剂三大忌：① 不能有活泼氢(OH/NH/SH/COOH/C≡CH) ② 必须无水无氧 ③ 乙烯基/芳基卤用THF不用乙醚
活性顺序：烯丙基≈苄基 >> 叔 > 仲 > 伯 >> 乙烯基≈芳基≈桥头碳(不反应)
Saytzeff vs Hofmann：普通碱→Saytzeff(取代多)；大碱(t-BuOK)→Hofmann(取代少)
碱性≠亲核性：I−碱性弱但亲核性强(SN2)；t-BuO−碱性强但亲核性差(E2)
极性非质子溶剂(DMSO/DMF)利SN2；极性质子溶剂(H2O/ROH)利SN1
