3、有机化学:烯烃和炔烃解析优秀PPT.ppt
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1、第三章第三章 烯烃和炔烃烯烃和炔烃第一节第一节 乙烯和乙炔分子的结构乙烯和乙炔分子的结构其次节其次节 烯烃和炔烃的命名烯烃和炔烃的命名第三节第三节 烯烃的顺反异构烯烃的顺反异构第四节第四节 烯烃和炔烃的性质烯烃和炔烃的性质第五节第五节 烯烃和炔烃的工业来源和制法烯烃和炔烃的工业来源和制法 分子中含有碳碳不饱和键且具有脂肪烃性质的碳分子中含有碳碳不饱和键且具有脂肪烃性质的碳氢化合物,统称为不饱和脂肪烃。氢化合物,统称为不饱和脂肪烃。一般把仅含有一个碳碳双键的不饱和开链烃一般把仅含有一个碳碳双键的不饱和开链烃,叫,叫做单烯烃,习惯上简称做单烯烃,习惯上简称烯烃烯烃。其通式为:。其通式为:CnH2n
2、(n2的自然数),的自然数),C=C是烯烃的官能团。是烯烃的官能团。把含有一个碳碳叁键(把含有一个碳碳叁键(CC)的不饱和开链烃的不饱和开链烃,叫做叫做炔烃炔烃,其通式为:,其通式为:CnH2n-2(n2的自然数),的自然数),CC是炔烃的官能团。是炔烃的官能团。第一节第一节 乙烯和乙炔分子的结构乙烯和乙炔分子的结构 由现代物理方法(电子衍射法、光谱法等)证明,由现代物理方法(电子衍射法、光谱法等)证明,乙烯分子为平面结构,分子上的原子都在同一个平面乙烯分子为平面结构,分子上的原子都在同一个平面上。上。一、乙烯分子的结构一、乙烯分子的结构1 1、碳原子的、碳原子的spsp2 2杂化和杂化和键键
3、 杂化轨道理论认为,在乙烯分子中,碳原子实杂化轨道理论认为,在乙烯分子中,碳原子实行行sp2sp2杂化,形成三个简并的杂化,形成三个简并的sp2sp2杂化轨道。杂化轨道。基态基态激发态激发态杂化态杂化态激发激发杂化杂化问:问:三个三个spsp2 2杂化轨道在空间如何伸展比较合理?杂化轨道在空间如何伸展比较合理?图图3-1 3-1 碳原子碳原子spsp2 2杂化轨道示意图杂化轨道示意图 在乙烯分子中,存在四个在乙烯分子中,存在四个CSP2-H1SCSP2-H1S键和一个共键和一个共享的享的CSP2-CSP2CSP2-CSP2键。同时,两个碳原子各剩下的一个键。同时,两个碳原子各剩下的一个未参与杂
4、化的未参与杂化的p p轨道,它们相互平行且轨道,它们相互平行且“肩并肩肩并肩”地侧地侧面重叠而成键,以这种方式所形成的键叫做面重叠而成键,以这种方式所形成的键叫做键,键,键的电子云位于由键的电子云位于由键所组成的平面的上下两侧。键所组成的平面的上下两侧。1、C=C双键上的两条短横线表示什么含义?双键上的两条短横线表示什么含义?2、构成、构成键的电子叫键的电子叫电子,乙烯分子中共有几电子,乙烯分子中共有几个个电子?电子?3、C=C双键之间能否双键之间能否像像C-C单键那样自由旋转?单键那样自由旋转?提问:提问:乙炔分子是直线形结构,键角乙炔分子是直线形结构,键角HCC=180,CC的键长为的键长
5、为0.1205nm,C-H的键长为的键长为0.1058nm。1、碳原子的、碳原子的sp杂化杂化二、乙炔分子的结构二、乙炔分子的结构基态基态激发态激发态杂化态杂化态激发激发杂化杂化图图3-2 3-2 乙炔分子成键轨道示意图乙炔分子成键轨道示意图杂化碳原子的比较杂化碳原子的比较化合物化合物 甲烷甲烷 乙烯乙烯 乙炔乙炔杂化方式杂化方式键角键角碳碳键长碳碳键长 电负性电负性sp3 sp2 sp109.5o 120o 180o单键单键 双键双键 叁键叁键Csp3 Csp2 Csp2、键和键和键的区分键的区分键键键键由原子轨道按由原子轨道按“头碰头头碰头”方式方式重叠而成重叠而成由原子轨道按由原子轨道按
6、“肩并肩肩并肩”方式重叠而成方式重叠而成电子云在键轴呈圆柱形对称分电子云在键轴呈圆柱形对称分布布电子云在轨道的截面处有电子云在轨道的截面处有最大的分布密度最大的分布密度能自由旋转能自由旋转不能自由旋转不能自由旋转能量较低,键能大能量较低,键能大能量较高,键能小能量较高,键能小两个原子间只能有一个两个原子间只能有一个键键两个原子间可能有一个或两个原子间可能有一个或两个两个键键其次节其次节 烯烃和炔烃的命名烯烃和炔烃的命名一、烯烃的命名一、烯烃的命名1 1、衍生命名法、衍生命名法 该法是以乙烯为母体,把其他烯烃看作是乙烯的该法是以乙烯为母体,把其他烯烃看作是乙烯的烷基衍生物来命名。例如:烷基衍生物
7、来命名。例如:CH3-CH=CH2 CH3-CH=CH-CH3 (CH3)2C=CH2甲基乙烯甲基乙烯对称二甲基乙烯对称二甲基乙烯不对称二甲基乙烯不对称二甲基乙烯2.1 以含双键的最长碳链为主链,称为以含双键的最长碳链为主链,称为“某基某烯某基某烯”2、IUPAC命名法命名法母体:母体:戊烯戊烯母体:母体:己烯己烯2.2 主链编号,使双键的编号尽可能小,其次再主链编号,使双键的编号尽可能小,其次再考虑取代基的位次。考虑取代基的位次。1 2 3 4 51 2 3 4 5 62.3 写出名称,标明双键位次,其他命名原则与烷写出名称,标明双键位次,其他命名原则与烷烃相同。十一个碳原子以上的烯烃,其母
8、体叫做烃相同。十一个碳原子以上的烯烃,其母体叫做“某某碳烯某某碳烯”。例如:。例如:4-4-甲基环戊烯甲基环戊烯3-3-甲基甲基-2-2-乙基乙基-1-1-己烯己烯3-3-乙基乙基-2-2-戊烯戊烯 1-1-十八碳烯十八碳烯2.4 常见烯基的命名常见烯基的命名乙烯基乙烯基1-1-丙烯基丙烯基/丙烯基丙烯基2-2-丙烯基丙烯基/烯丙基烯丙基1-1-甲基乙烯基甲基乙烯基/异丙烯基异丙烯基二、炔烃的命名(系统命名法)二、炔烃的命名(系统命名法)炔烃的命名法和烯烃相像,只需将母体“某烯”字改为“某炔”字即可,其他规则不变。例如:乙炔乙炔2-2-戊炔戊炔3-3-甲基甲基-1-1-丁炔丁炔留意:当分子中同
9、时含有双键和叁键时(即烯炔分子)留意:当分子中同时含有双键和叁键时(即烯炔分子),因双键和叁键所处位置的不同,其命名编号依次会,因双键和叁键所处位置的不同,其命名编号依次会略有不同。例如:略有不同。例如:5 4 3 2 11-1-戊烯戊烯-4-4-炔炔4-4-己烯己烯-1-1-炔炔6 5 4 3 2 1一、异构现象一、异构现象1-1-丁烯丁烯 2-2-丁烯丁烯 2-2-甲基丙烯甲基丙烯 其中(其中()式与(式与()式因官能团位置的不同式因官能团位置的不同而互称为而互称为位置异构体位置异构体,它亦属于构造异构。,它亦属于构造异构。()式式 ()式式 ()式式第三节烯烃的顺反异构第三节烯烃的顺反异
10、构1、构造异构:以、构造异构:以C4H8为例。为例。2、顺反异构顺反异构 ()式与()式与()式为不同的化合物,它们互称)式为不同的化合物,它们互称为顺反异构体(为顺反异构体(cis-trans isomercis-trans isomer),二者在物理性),二者在物理性质和化学性质上都有差别,它们可人工分别。顺反异质和化学性质上都有差别,它们可人工分别。顺反异构又称为几何异构,属立体异构。构又称为几何异构,属立体异构。()式式 ()式式l必要条件:有双键(或者脂环)必要条件:有双键(或者脂环)l充充分分条条件件:构构成成双双键键的的每每个个碳碳原原子子都都必必需需连连接接两两个不相同的原子或
11、基团,即个不相同的原子或基团,即l abC=Cde abC=Cde(ab deab de)形成顺反异构体的条件形成顺反异构体的条件顺式顺式反式反式1 1、下列化合物有没有顺反异构现象?、下列化合物有没有顺反异构现象?课堂练习课堂练习4-4-甲基甲基-3-3-乙基乙基-3-3-庚烯庚烯顺式顺式反式反式二、顺反异构体的命名二、顺反异构体的命名1、顺反命名法:在顺反异构体中,只需在烯烃的、顺反命名法:在顺反异构体中,只需在烯烃的名称前加上名称前加上“顺顺”或或“反反”字,并用半字线隔开即字,并用半字线隔开即可。例如:可。例如:顺顺-2-2-丁烯丁烯反反-2-2-丁烯丁烯顺顺-2-2-戊烯戊烯顺顺-3
12、-3-甲基甲基-2-2-戊烯戊烯问:问:下列化合物有没有顺反异构现象?能否用顺下列化合物有没有顺反异构现象?能否用顺反命名法命名?反命名法命名?依次(或次序)规则依次(或次序)规则l原子序数大的原子较优先;同位素则按原子质量大原子序数大的原子较优先;同位素则按原子质量大的为优;孤电子对则最次。例如:的为优;孤电子对则最次。例如:l若与双键干脆相连的原子相同时,则以该原子起向若与双键干脆相连的原子相同时,则以该原子起向外比较,依次类推,直到排出优先次序。例如:外比较,依次类推,直到排出优先次序。例如:-OCH3-OH-C(CH3)3-CH(CH3)2 -CH2(CH2)2CH3-CH2CH3 l
13、不饱和键中,三键可拆成三个相同的单键,双键可不饱和键中,三键可拆成三个相同的单键,双键可拆成两个相同的单键,再依上述原则排序。例如:拆成两个相同的单键,再依上述原则排序。例如:-CHO-CH2OH-CN-C6H5-CCH-CH=CH2 I Br Cl S F O N C D H :2、Z-E命名法命名法 先依据先依据“依次规则依次规则”,分别排出碳碳双键两,分别排出碳碳双键两侧所连原子或基团的优先次序,若两边的较优基侧所连原子或基团的优先次序,若两边的较优基团位于双键的同侧,称为团位于双键的同侧,称为“Z”“Z”式;反之较优基团式;反之较优基团位于双键的两侧时,称为位于双键的两侧时,称为“E”
14、“E”式。然后把式。然后把Z Z或或E E写写在小括号里,用一短线与烯烃分子名称连接。例在小括号里,用一短线与烯烃分子名称连接。例如:如:(Z)-3-(Z)-3-甲基甲基-2-2-戊烯戊烯 (E)-3-(E)-3-甲基甲基-4-4-异丙基异丙基-3-3-庚烯庚烯留意留意l“Z-E”“Z-E”式和式和“顺顺-反反”式之间没有必定的对应关系;式之间没有必定的对应关系;l顺反异构体的书写要求;顺反异构体的书写要求;l能能“顺顺/反反”式命名的有机物均能用式命名的有机物均能用“Z/E”“Z/E”式来命式来命名,名,l但反之却不确定成立。例如:但反之却不确定成立。例如:顺顺-3-3-甲基甲基-4-4-乙
15、基乙基-3-3-庚烯庚烯/(E)-3-E)-3-甲基甲基-4-4-乙基乙基-3-3-庚烯庚烯(Z)-4-(Z)-4-甲基甲基-3-3-庚烯庚烯第四节烯烃和炔烃的性质第四节烯烃和炔烃的性质 C4以下的烯烃是气体,以下的烯烃是气体,C5-C18的烯烃为液体,的烯烃为液体,C19以上的烯烃是固体。直链烯烃的沸点随着分子中以上的烯烃是固体。直链烯烃的沸点随着分子中碳原子数的增大而上升,而且在烯烃的顺反异构体中,碳原子数的增大而上升,而且在烯烃的顺反异构体中,试验发觉,顺式的沸点高于反式,但顺式的熔点却低试验发觉,顺式的沸点高于反式,但顺式的熔点却低于反式。于反式。简洁炔烃的沸点、熔点以及密度比碳原子数
16、相同简洁炔烃的沸点、熔点以及密度比碳原子数相同的烷烃和烯烃高一些。炔烃分子极性比烯烃稍强。的烷烃和烯烃高一些。炔烃分子极性比烯烃稍强。一、烯烃和烃烃的物理性质一、烯烃和烃烃的物理性质二、烯烃和炔烃的化学性质二、烯烃和炔烃的化学性质1、烯烃的化学性质、烯烃的化学性质1.1 加成反应加成反应 在反应中在反应中键断开,两碳原子和其他原子或基团键断开,两碳原子和其他原子或基团结合,形成两个结合,形成两个键,这种反应称为加成反应。键,这种反应称为加成反应。按反应时化学键变更的特征,可将加成反应分成按反应时化学键变更的特征,可将加成反应分成三种类型:三种类型:自由基加成反应自由基加成反应 离子加成反应(又
17、分亲电加成、亲核加成反应)离子加成反应(又分亲电加成、亲核加成反应)环加成反应环加成反应1.1.1 催化加氢和氢化热催化加氢和氢化热 在催化剂的存在下,烯烃与在催化剂的存在下,烯烃与H H2 2发生的加成反应称发生的加成反应称为为催化加氢催化加氢(或称(或称催化氢化催化氢化),它是还原反应的一种),它是还原反应的一种重要形式。例如:重要形式。例如:常用的催化剂有铂黑(常用的催化剂有铂黑(PtPt)、)、钯粉(钯粉(PdPd)、)、瑞瑞尼镍(尼镍(Raney NiRaney Ni)等。等。丙烷丙烷l催化氢化反应的特点:催化氢化反应的特点:顺式加成顺式加成1 1,2-,2-二甲基环己烯二甲基环己烯
18、顺顺-1,-1,2-2-二甲基环己烷二甲基环己烷l相对活性:乙烯相对活性:乙烯一取代乙烯一取代乙烯二取代乙烯二取代乙烯三取三取代乙烯代乙烯四取代乙烯四取代乙烯 催化氢化反应是一放热反应催化氢化反应是一放热反应(H 0)。1mol不饱不饱和烃氢化时所放出的热量称为氢化热(和烃氢化时所放出的热量称为氢化热(Hh,单位:,单位:KJ mol-1)。氢化热越高,说明原来的不饱和烃的内)。氢化热越高,说明原来的不饱和烃的内能越高,其稳定性就越差。能越高,其稳定性就越差。试验发觉,烯烃的相对稳定性依次如下:试验发觉,烯烃的相对稳定性依次如下:l R2C=CR2 R2C=CHR RCH=CHR,R2C=CH
19、2 RCH=CH2 CH2=CH2l 反反-RCHCHR 顺顺-RCHCHR氢化热和烯烃的稳定性氢化热和烯烃的稳定性烯烃的氢化热烯烃的氢化热 亲电加成反应亲电加成反应 由亲电试剂进攻富集电子的分子(如烯烃)而引由亲电试剂进攻富集电子的分子(如烯烃)而引起的加成反应,称为起的加成反应,称为亲电加成反应亲电加成反应。像烯烃与卤素、。像烯烃与卤素、卤化氢、硫酸、水、次卤酸等的加成反应均属于此类卤化氢、硫酸、水、次卤酸等的加成反应均属于此类反应。反应。H H+、X X+、R R+等等亲电试剂亲电试剂BFBF3 3、AlClAlCl3 3、ZnClZnCl2 2等等l加加卤素(卤素(X=X=ClCl、B
20、rBr)1,2-1,2-二氯乙烷二氯乙烷(常用作溶剂常用作溶剂)反应中因溴会褪色,故该性质可用作烯烃的鉴别。反应中因溴会褪色,故该性质可用作烯烃的鉴别。烯烃的活性依次:烯烃的活性依次:(CH3)2C=CH2 CH3CH=CH2 CH2=CH21,2-1,2-二溴丙烷二溴丙烷l加加卤化氢(卤化氢(HX,X=Cl、Br、I)卤化氢的活性依次:卤化氢的活性依次:HI HBr HCl氯乙烷氯乙烷2-2-溴丙烷溴丙烷 1-1-溴丙烷溴丙烷(80%)(20%20%)叔丁基氯(叔丁基氯(100%100%)马氏规则马氏规则(Markovnikov规则)规则)凡是不对称烯烃加凡是不对称烯烃加HX时,时,HX上的
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