c7-炔烃和二烯烃解析优秀PPT.ppt
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1、 第七章第七章 炔烃和二烯烃炔烃和二烯烃(Alkynes and Dienes)1 炔烃和二烯烃炔烃和二烯烃两者通式均为两者通式均为CnH2n-2,互为构造异构体,均含两个,互为构造异构体,均含两个 不饱和度。不饱和度。一、炔烃的结构、异构和命名一、炔烃的结构、异构和命名1.1.1.1.结构结构结构结构 乙炔(为例)乙炔(为例):问题:问题:问题:问题:有几个不饱和度?有几个不饱和度?有几个不饱和度?有几个不饱和度?答:三个答:三个答:三个答:三个 H HCCCCH H 直线型,键角(直线型,键角(HCCHCC)为)为180180,C Cspsp2 三个三个键键两个两个键(两个键(两个C Cp
2、ypy侧面重叠,两个侧面重叠,两个C Cpzpz侧面重叠侧面重叠)1 1个个C CspspC Cspsp 2 2个个C CspspH H1s1s理论说明:理论说明:2s2s2p2p激激激激发发发发2s2s2p2pC CspspC CC CH HH H或或或或CCCCCCCC一个一个(CspCspCspCsp)两个两个(电子云以电子云以C CC C 键为轴对称分布)键为轴对称分布)3乙炔分子中乙炔分子中键的形成与键的形成与电子云的分布电子云的分布4比较比较:5H3C-CH3 H2C=CH2 HCCHC-C键能(kJ)345.6607835C-H 键能(kJ)410 444 506C-C键长(pm
3、)154134121C-H键长(nm)110 108.5 106碳原子的电负性sp3sp2sp2.482.753.296 例:戊炔例:戊炔C5H8,三个构造异构体。,三个构造异构体。3命名命名一般命名法:视为乙炔之衍生物一般命名法:视为乙炔之衍生物 如:如:(CH3)3CCCH 叔丁基乙炔叔丁基乙炔系统命名法:与烯烃相像,系统命名法:与烯烃相像,“烯烯”改为改为“炔炔”例:例:2,2,52,2,52,2,52,2,5三甲基三甲基三甲基三甲基3 3 3 3己炔己炔己炔己炔 2.异构异构碳链异构碳链异构 叁键位置异构(无顺反异构)叁键位置异构(无顺反异构)7 先命名先命名烯烯再命名再命名炔炔 1-
4、1-丁烯丁烯-3-3-炔炔 (不叫不叫1-1-丁炔丁炔-3-3-烯烯)3-戊烯戊烯-1-炔炔(不叫不叫 2-戊烯戊烯-4-炔炔)(缘由:3+1 炔炔2 2 2 2亲电加成亲电加成亲电加成亲电加成烯和炔亲电加成活性的比较烯和炔亲电加成活性的比较12(1 1)加)加HXHX 通式通式(分两步进行,产物符合马氏规律):(分两步进行,产物符合马氏规律):机理机理:亲电加成:亲电加成如第一步如第一步如第一步如第一步13(2 2 2 2)水合)水合)水合)水合 例子:机理:14答答答答:问题:问题:(3)(3)加加X X2 2 例:例:答答答答:153 3 3 3硼氢化反应硼氢化反应硼氢化反应硼氢化反应问
5、题:问题:若原炔烃中一个若原炔烃中一个若原炔烃中一个若原炔烃中一个C C C C2 2 2 2H H H H5 5为为为为H H H H,则生成醛,则生成醛,则生成醛,则生成醛164.4.4.4.氧化氧化氧化氧化 例:例:应用:应用:结构测定结构测定5.5.5.5.加氢和还原加氢和还原加氢和还原加氢和还原(1 1 1 1)催化加氢)催化加氢)催化加氢)催化加氢 通式:通式:反应难停留到烯烃阶段(只对一般烯烃而言),但在某种特殊催化反应难停留到烯烃阶段(只对一般烯烃而言),但在某种特殊催化剂作用下可只停留在烯烃阶段。剂作用下可只停留在烯烃阶段。17Lindlar(Lindlar(Lindlar(
6、Lindlar(林德拉)催化剂及应用林德拉)催化剂及应用林德拉)催化剂及应用林德拉)催化剂及应用 制备法:制备法:Pd粉沉淀于粉沉淀于CaCO3上,再用上,再用Pb(OAc)2溶液处理(溶液处理(Pb盐降低盐降低 Pd活性)活性)表示为表示为“Lindlar Pd”或或“PdPb”应用应用:炔炔 顺式烯烃顺式烯烃 例:例:Pd/CaCO3+Pb(OAc)2合成合成与自然顺型油酸与自然顺型油酸完全相同完全相同18(2 2 2 2)还原)还原)还原)还原 炔类化合物在炔类化合物在液氨液氨中用中用金属钠金属钠还原,主要生成还原,主要生成反式烯烃反式烯烃:例:例:炔烃也可用炔烃也可用LiAlH4还原,
7、也生成还原,也生成反式烯烃反式烯烃:例:例:机理:(略)机理:(略)diglyme即二缩乙二醇二甲醚即二缩乙二醇二甲醚CH3OCH2CH2OCH2CH2OCH319A.和醇加成和醇加成C.和氰化氢加成和氰化氢加成B.和羧酸加成和羧酸加成6.亲核加成亲核加成(补充内容)补充内容)甲基乙烯基醚甲基乙烯基醚丙烯腈丙烯腈乙酸乙烯酯乙酸乙烯酯工业制备涂料、清漆、粘合剂工业制备涂料、清漆、粘合剂和增塑剂的原料和增塑剂的原料 合成纤维(合成纤维(腈纶腈纶-聚丙烯腈纤维)聚丙烯腈纤维)和塑料的重要原料和塑料的重要原料 制备维尼纶(聚乙烯醇缩甲醛纤维)的主要原料制备维尼纶(聚乙烯醇缩甲醛纤维)的主要原料 20三
8、、炔烃的制法三、炔烃的制法1.1.二卤代烷脱二卤代烷脱HX(主要用于制末端炔烃)(主要用于制末端炔烃)通式:通式:例例1:1:常用试剂:常用试剂:常用试剂:常用试剂:NaNHNaNHNaNHNaNH2 2 2 2(强碱);(强碱);(强碱);(强碱);t t t t150150150150165165165165(高温)(高温)(高温)(高温)21 例例2:2:综合例:综合例:解:2.2.炔烃的烷基化(实现碳链增长)炔烃的烷基化(实现碳链增长)22 综合例:综合例:综合例:综合例:以以CHCH3 3CHCH2 2OHOH为唯一有机原料合成为唯一有机原料合成CHCH3 3CHCH2 2CCCHC
9、CCH2 2CHCH3 3(无机(无机 试剂任选)试剂任选)解:解:23四、共轭作用(四、共轭作用(Conjugation)1.1.1.1.共轭共轭共轭共轭 稳定性:稳定性:稳定性:稳定性:从氢化热知,从氢化热知,从氢化热知,从氢化热知,1,3-1,3-1,3-1,3-戊二烯戊二烯戊二烯戊二烯1,4-1,4-1,4-1,4-戊二烯(即共轭二烯烃较稳定)戊二烯(即共轭二烯烃较稳定)戊二烯(即共轭二烯烃较稳定)戊二烯(即共轭二烯烃较稳定)孤立二烯烃孤立二烯烃 如:如:CH2=CHCH2CH=CH2 (1,4-1,4-戊二烯戊二烯)共轭二烯烃共轭二烯烃 如:如:CH2=CHCH=CHCH3 (1,3
10、-1,3-戊二烯戊二烯)24共共共共轭轭轭轭 例:例:例:例:CHCH2 2=CH=CHCH=CHCH=CH2 2 (1,3-1,3-丁二丁二丁二丁二烯烯烯烯)平面分子,平面分子,平面分子,平面分子,4 4 4 4个个个个p p p p轨道平行,其侧面重叠可组成轨道平行,其侧面重叠可组成轨道平行,其侧面重叠可组成轨道平行,其侧面重叠可组成4 4 4 4个个个个分子轨道分子轨道分子轨道分子轨道1 1,33丁二烯分子中的大丁二烯分子中的大键键(-(-共轭作用共轭作用)25 其其HMO(Hckel Molecular Orbital Theory)处理结果为:)处理结果为:(1(1(1(1个节面个节
11、面个节面个节面)*1.618 1.618 1.618 1.618 4 4*(3(3(3(3个节面个节面个节面个节面)0.618 0.618 0.618 0.618 3 3*(2(2(2(2个节面个节面个节面个节面)(无节面无节面无节面无节面)+0.618+0.618+0.618+0.618 2 2+1.618+1.618+1.618+1.618 1 1(无节面无节面无节面无节面)(1(1(1(1个节面个节面个节面个节面)(乙烯乙烯乙烯乙烯)(丁二烯丁二烯丁二烯丁二烯)E E1,31,3丁二烯中四个丁二烯中四个电子的总能量电子的总能量22(+1.618+1.618)+2+2(+0.618+0.6
12、18)=4+4.472=4+4.472;若;若1,31,3丁二烯中有两个孤立双键,则此两个孤立双键中四个丁二烯中有两个孤立双键,则此两个孤立双键中四个电子的总能量电子的总能量22(+)+2+2(+)4+44+4 原子轨道的能量原子轨道的能量原子轨道的能量原子轨道的能量 乙烯分子中成键轨道的能量乙烯分子中成键轨道的能量(为负值)为负值)26 2.2.由三个碳原子组成的共轭体系由三个碳原子组成的共轭体系 (1)(1)烯丙基碳正离子烯丙基碳正离子 CH2=CHCH2 CH2=CHCH2 产生:产生:稳定性(从电离能知):稳定性(从电离能知):说明:说明:p p共轭共轭(4+4.4724+4.4724
13、+4.4724+4.472)-(4+4)=0.472-(4+4)=0.472-(4+4)=0.472-(4+4)=0.472 0 0 0 0(注:(注:(注:(注:0 0 0 0,为负值),为负值),为负值),为负值)1,31,31,31,3丁二烯分子中并不存在两个孤立双键,两个丁二烯分子中并不存在两个孤立双键,两个丁二烯分子中并不存在两个孤立双键,两个丁二烯分子中并不存在两个孤立双键,两个键之间有共轭作用,键之间有共轭作用,键之间有共轭作用,键之间有共轭作用,由于共轭使体系能量降低。由于共轭使体系能量降低。由于共轭使体系能量降低。由于共轭使体系能量降低。共轭二烯烃分子中的这种共轭作用称为共轭
14、二烯烃分子中的这种共轭作用称为共共轭轭。+3 3个个C Csp2sp22 2个个 Csp2 Csp2Csp2Csp25 5个个Csp2Csp2H1sH1s平面分子平面分子3 3 3 3个个个个p p p p轨道平行,侧面重叠可组成轨道平行,侧面重叠可组成轨道平行,侧面重叠可组成轨道平行,侧面重叠可组成3 3 3 3个个个个分子轨道分子轨道分子轨道分子轨道27 其其HMO结果为:结果为:基态时两个基态时两个电子进入成键轨道电子进入成键轨道1 烯丙基碳正离子中两个烯丙基碳正离子中两个电子的总能量电子的总能量2(+1.414)=2+2.828 该两个该两个电子在孤立电子在孤立轨轨道中的总能量道中的总
15、能量2+2 说明烯丙基碳正离子中无孤立双键,而有说明烯丙基碳正离子中无孤立双键,而有p共轭,由于共轭,由于共轭使体系能量降低,即共轭使正电荷分散于三个共轭使体系能量降低,即共轭使正电荷分散于三个C上,上,故有上述稳定性依次故有上述稳定性依次.事实上,正电荷主要分布于两端两个事实上,正电荷主要分布于两端两个C上:上:E E3 3*1.4141.4141.4141.414 1 1+1.414+1.414+1.414+1.414 2 2(反键轨道反键轨道反键轨道反键轨道)(非键轨道非键轨道非键轨道非键轨道)(成键轨道成键轨道成键轨道成键轨道)烯丙基碳正离子烯丙基碳正离子烯丙基碳正离子烯丙基碳正离子问
16、题:共轭使体系能问题:共轭使体系能问题:共轭使体系能问题:共轭使体系能量降低了多少?量降低了多少?量降低了多少?量降低了多少?答:答:答:答:0.8280.8280.8280.828(离(离(离(离域能域能域能域能0.8280.8280.8280.828)28(2)(2)(2)(2)烯丙基自由基烯丙基自由基烯丙基自由基烯丙基自由基 CHCH2 2=CHCH=CHCH2 2 同上理,同上理,p p共轭使单电子的电子云分散共轭使单电子的电子云分散(分布于两端两个(分布于两端两个C C上)上)故稳定性:故稳定性:CH2=CHCH2 CH2=CHCH2CH2(无无p p共轭,单电子共轭,单电子电子云集
17、中电子云集中)问题:问题:问题:问题:已知已知已知已知CHCH2 2=CHCH=CHCH2 2的的的的轨道与轨道与轨道与轨道与CHCH2 2=CHCH=CHCH2 2+相同,则相同,则相同,则相同,则CHCH2 2=CHCH=CHCH2 2中三个中三个中三个中三个电子的总能量是多少?由于电子的总能量是多少?由于电子的总能量是多少?由于电子的总能量是多少?由于p p p p共轭使体系能共轭使体系能共轭使体系能共轭使体系能量降低了多少?量降低了多少?量降低了多少?量降低了多少?答:答:+2+2(+1.414+1.414)=3+2.828=3+2.828 (3+2.8283+2.828)-(+2+2
18、)=0.828-(+2+2)=0.828.29(3)(3)(3)(3)烯丙基碳负离子烯丙基碳负离子烯丙基碳负离子烯丙基碳负离子 CH CH CH CH2 2 2 2=CHCH=CHCH=CHCH=CHCH2 2 2 2 同上理,同上理,p p共轭使负电荷分散共轭使负电荷分散(主要分布于两端两个(主要分布于两端两个C C上):上):故稳定性:故稳定性:CH2=CHCH2 CH2=CHCH2CH2CH2=CHCH2+CH2=CHCH2CH2=CHCH2-离域能相同,均为离域能相同,均为离域能相同,均为离域能相同,均为0.8280.8280.8280.828离域时离域时电子总能量电子总能量22(+1
19、.414+1.414)+2+24+2.8284+2.828孤立时孤立时电子总能量电子总能量 22(+)+2+24+24+2离域能离域能 0.8280.828无无无无p p p p共轭,负电荷集中共轭,负电荷集中共轭,负电荷集中共轭,负电荷集中 -303.3.3.3.烯丙式卤代烃烯丙式卤代烃烯丙式卤代烃烯丙式卤代烃 定义:定义:定义:定义:X取代烯烃分子中取代烯烃分子中-C上的上的H所生成的化合物所生成的化合物 例:例:CH2=CHCH2Cl 烯丙基氯烯丙基氯(1 1)制法)制法 烯烃在光照或加热下的卤化烯烃在光照或加热下的卤化(-H被卤代,自由基取代)被卤代,自由基取代)例例1 1:注:光照或
20、加热有利于注:光照或加热有利于注:光照或加热有利于注:光照或加热有利于自由基反应,如在室和自由基反应,如在室和自由基反应,如在室和自由基反应,如在室和顺无光照时,主要起加顺无光照时,主要起加顺无光照时,主要起加顺无光照时,主要起加成反应,生成成反应,生成成反应,生成成反应,生成 31 例例2 2:机理:机理:用用NBS(N-bromosuccinimide,N-溴代丁二酰亚胺溴代丁二酰亚胺)试剂试剂 (也为自由基反应)(也为自由基反应)例:例:32 注:除加热外,还可用光照或过氧化物引发该自由基反应(历程略)注:除加热外,还可用光照或过氧化物引发该自由基反应(历程略)(2)反应)反应 水解:水
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