2022年高中化学奥赛有机第三讲烯烃.docx
《2022年高中化学奥赛有机第三讲烯烃.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2022年高中化学奥赛有机第三讲烯烃.docx(14页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载专题三 烯烃 1. 烯烃的结构、异构及命名一、烯烃的结构乙烯是最简洁的烯烃 , 分子式为 C2H4 , 构造式 H2C=CH 2 , 含有一个双键 C=C,是由一个 键和一个 键构成; 杂化轨道理论设想碳原子成键时 , 由一个 s 轨道和两个 p 轨道进行杂化 , 组成三个等同的 sp 2 杂化轨道 ,sp 2轨道对称轴在同一平面上 , 彼此成 120 0 角. 此外 , 仍剩下一个 2p 轨道 , 它的对称轴垂直于 sp 2轨道所 在的平面 . C-C 键在乙烯分子中,两个碳原子各以一个 sp 2 轨道重叠形成一个 C-
2、C 键,又各以两个 sp 2轨道和四个氢原子的 1s轨道重叠,形成四个 C-H 键,五个 键都在同一平面上;每个碳原子剩下的一个 p 轨道,它们平行地侧面重叠,便组成新的分子轨道,称为 轨道;1. 键的特点: 键重叠程度比 键小,不如 键稳固,比较简洁破裂;碳碳 键的键能等于 264.4kJ/mol;610 ( C=C键能)-345.6C-C 键能 小于 C-C 单键的键能 345.6kJ/mol. 键具有较大的流淌性,简洁受外界电场的影响,电子云比较简洁极化,简洁给出电子 ,发生反应;这是由于 键的电子云不象 键电子云那样集中在两原子核连线上,而是分散成上下两方,故原子核对 电子的束缚力就较
3、小;2.C=C 和 C-C 的区分: C=C 的键长比 C-C 键短; 两个碳原子之间增加了一个 键,也就增加了原子核对电子的吸引力,使碳原子间靠得很近; C=C键长 0.134 nm ,C-C 键长 0.154nm ; C=C 两原子之间不能自由旋转;由于旋转时,两个 p 轨道不能重叠, 键便被破坏; 2. 烯烃的制备1. 卤代烷脱卤化氢由一卤代烷制备烯烃,要用强碱作试剂;伯卤代烷永叔丁基醇钾在二甲亚砜(应,成效最好;DMSO,即二甲硫氧)溶液中进行反CH3CH215CH2CH2ClCH33COKH 3 CH2C15HCCH2DMSO1-chlorooctadecaneoctadec-1-e
4、ne仲、叔卤代烷形成烯烃时,其双键位置主要趋向于在含氢较少的相邻碳原子上;例如:H 3 CH 2 C CHC 3CH 3 KOH/EtOHH 3 CHC CCH 32 + H 3 CH 2C CHC 3CH 2Br 71 29 以生成取代较多的烯烃为主要产物,这就是札依切夫(Saytzeff 规律;( 1875 年由 A.M.扎伊采夫提出;在醇脱水或卤代烷脱卤化氢中,如分子中含有不同的 H时,就在生成的产物中双键主要位于烷基取代基较多的位置,即含 H较少 碳供应氢原子,生成取代较多的稳固烯烃;)2. 醇脱水醇在无机酸催化剂存在下加热时,失去一分子水而得到相应的烯烃;常用的酸是22硫酸和磷酸 ;
5、CH3CH2OHH2SO4,170OCH2CCHethanoletheneOHH2SO4,140O CZcyclohexanolcyclohexeneH 3 CCH320H2SO4,85O CH3C2CCHCOHCH32-methylpropan-2-ol2-methylprop-1-ene3. 脱卤素这个反应可用来爱护双键;CC+ ZnCC+ ZnX23随后用锌或镁处理使双键再生;H3CHCCHCHXXH3CH CH CCH3+ ZnBrBrbut-2-ene2,3-dibromobutane可先将双键加卤素,当要使烯烃的某一部位发生反应时, 3. 排除反应 卤代烃的脱卤化氢和醇脱水反应都是
6、排除反应;可分为:1.2-排除反应:1,1排除反应1,3排除反应一、 排除反应名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载1. 排除反应的历程E2、E1和 E1cb (1)单分子排除反应(E1) =kRX 反应速率只与反应物浓度有关,而与碱性试剂浓度无关;特点: E1历程是一个一级反应,由于它通过正碳离子所以会有重排现象产生;碳正离子能重排成更稳固的碳正离子;、双分子排除(E2) bimolecular elimination Br 带着一对电子离去; 与 碳原子形成双由碱性 EtO 键,协同进行;-攻击
7、 -H, 形成过渡态 , -H 被夺去; 分子中的离去基团 =kCH3CH2CH2BrCH 3CH2O- 二级反应特点:二级反应,没有重排现象;E2 有显著的同位素效应;动力学同位素效应: 所谓动力学同位素效应,即反应物分子中的某元素被其同位素取代后反应速度发生变化;最常用的体系是重氢(D)取代氢( H),这种同位素效应用 KH/KD表示;使 C-H 键破裂所需的活化能要比使 C-D 键破裂所需的活化能小 , 因此 , 在反应中 C-H键破裂的速度比 C-D键快;这种动态同位素效应可以用两种反应的速度常数来衡量;动态同位素效应 =kH/k D说明白在打算速率步骤的过渡态中有 C-H 或 C-D
8、 键的断裂;一级动力学同位素效应粗略运算在室温(298K)k H/k D=6.5 上升反应温度同位素效应(k H/k D)将会降低;由于 H比 D轻一倍,因而断裂 C-H 键比断裂 C-D 键快得多; E1 动态同位素效应为 1 左右;3 、共轭碱历程(Conjugate base)Elcb 在碱攻击下, H 第一离去,然后 L 再以负离子形式离去;由于碳负离子中间体是反应物的共轭碱故称共轭碱历程;当 碳原子上连有吸电子基团时有利于E1cb 历程进行;由于吸电子基有利于质子转移给碱,又使形成的碳负离子稳固;另外这个吸电子基团应不具有离去集团的性质;同时 C-L 键必需不简洁离解;简洁的卤代烷和
9、磺酸酯中现测不到这种机理;E1cb 历程不常见;只有当离去基邻位有 等能稳固碳负离子的官能团时, E1cb 才能发生;2. 排除反应的取向在脱卤化氢及醇脱水反应中,所生成的烯烃都遵守扎依采夫规章,即优先形成具有较多烷基取代的烯烃; E2: 如:现在一般用过渡态理论来说明:由于过渡态已具有部分烯烃的性质,因此在产物中可使烯烃稳固的因素也应使其相应的过渡态稳固;比有较大的超共轭效应,因此较稳固,形成时所需的活化能小,所以,排除主要产物是 2- 戊烯 E1: E1 反应中打算取向的是在其次步,可以预料在碳正离子形成过程中,不论离去基团是什么,取向基本上是一样的,占优势的产物是取代基较多的烯烃;如:几
10、个特殊例子:第 2 页,共 9 页名师归纳总结 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载由于 C-F 键较牢,不易断裂,因而在它的过渡态中只有少许烯烃的特点而有大量的负碳离子的特点;所以,在这里伯氢将优先为碱所夺取,由于 a. 伯碳位阻小,简洁被碱攻击;即 1 02 03 0, 所以氟代物的排除取向和其他的卤代物相反;b. 碳负离子的稳固性和正碳离子时相反,碱的体积大小对取向也有影响,(CH3) 3C-O-比 CH3O-体积大,所以它夺取末端的伯氢较夺取中间的仲氢为易(空间位阻小);3. 排除反应的立体化学很多试验事实证明,大部分 E2
11、 反应是反式排除;反应时分子中是 H和 L 彼此处于反式共平面;如:这是由于, 根 据 E2 历程, d2d1,碱与离去基团排斥力较小;这样有利用 B:接近 H 将它拉下来依据形成 键的要求,最好过渡态中氢和离去基团是在相同的平面中;这样能使部分形成的双键中的 p 轨道有较多的重迭;为了达到同平面的要求,H 与 X 处于反式的构象比处于顺式的构象简洁形成一些;由于两个相邻基团间的van der waals斥力较小,所以一般排除反应都是反式排除形式进行;如:例:化合物( 1)、( 3)在发生排除反应时,为什么(1)比( 3)反应速度慢的多?化合物( 1)最稳固的构象为(5),其中三个体积大的取代
12、基-Cl 、-CH3、-CH(CH3)2都以 e 键与环相连,起消去反应时要变成(1)才能使 C-Cl 为 a 键,这时仲碳原子上的 C-H 在 a 键的位置;因此,产物(2)即 Hofmann烯烃在( 3)的最稳固的构象中 C-Cl 已为 a 键,它的两边都有 a 氢原子,因此,可生成两种烯烃; 因此例符合 Saytzeff规律;化合物 1 起反应要先从稳固的构象变成不稳固的构象 1, 这需要能量,因此,反应速度比 3 慢,;因此, 1 比 3 的反应速度慢的多;这里我们要指出:虽然大部分 E2 反应是反式排除的,可是也会有顺式排除,特殊是在一些环状体系中;如:关于 E1反应的立体化学,没有
13、肯定的规律;顺式、反式排除都有,两者的比例随作用物而不同;4. 排除反应与亲核取代反应的竞争排除反应与亲核取代反应都是由同一亲核试剂的攻击引起的;攻击 碳就是取代,攻击 - 氢原子就引起排除,这两种反应经常是同时发生和相互竞争的;那么我们能否掌握这两个并存而且相互竞争的反应呢?看来完全掌握仍不能,但是已有一些规律的东西可供我们工作时参考;反应物的结构3 0 卤代物,制醇时最好用1 0 卤代物;由于卤代物的结构对排除和取代反应有如下的影响;第 3 页,共 9 页制烯时最好用试剂的碱性碱性强,浓度大,越有利于排除反应,碱性弱,亲核强,浓度较小,就有利于取代反应;名师归纳总结 - - - - - -
14、 -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载如:NH3有亲核才能,但碱性不大;因而 就采纳强碱- NH2;, 它只能进行亲核取代反应,而不能进行排除反应,如要发生排除反应溶剂的极性一般来说,增加溶剂的极性有利于取代反应,不利于排除反应;所以常用 KOH 的水溶液从卤代烷制醇,而用它的醇溶液制烯烃;这是由于取代反应中过渡态的负电荷分散比排除反应中过渡态的负电荷分散为小,所以高极性溶剂对取代反应中过渡态的稳固作用比较大些,因较有利于取代反应;(电荷集中溶剂化作用好,电荷分散溶剂化作用差,溶剂化强的就稳固);醇溶液(极性较小)有利于制备烯烃,水溶液(极性大)有利于制备
15、醇;反应温度上升温度将提高排除反应的比例;这是由于在排除过程中涉及C-H 键的断裂,活化能较高,上升温度对它有利;如虽然提高温度使取代反应加快,可是对它的影响没有排除反应那么大,所以提高反应温度将增加排除产物;二、 排除反应1. 卡宾( carbenes )的产生 如:2. 卡宾的结构 状态数 =2S 1 ,S:自旋量子数之和单线态较不稳固,经常是在分解初期第一产生的形式,在液相中最初形成的卡宾;在气相中,特殊在惰性气体(N2或 Ar)存在下单线态经碰撞而失去能量后转变为三线态,三线态能量比单线态低 42KJ/mol ;3. 卡宾的反应 与 C=C双键的加成:在液态顺 2丁烯中,卡宾的加成只生
16、成顺1, 2二甲基环丙烷,对反2丁烯加成只生成反1,2二甲基环丙烷,这种立体专一的顺式加成,一般认为是单线态卡宾对双键 电子对的协同反应;单线态的空轨道是缺电子的, 因此是亲电的, 他能从烯烃 键获得电子, 立体化学结果说明它是同时连接到双键的两个碳原子上去的;在气态,卡宾与2丁烯(顺式或反式)的加成产物是等量 的顺和反 1,2二甲基环丙烷的混合物;参与反应的卡宾是三线态,非立体挑选性;从上述反应可以看出,单线态卡宾和烯烃的加成是协同反应(顺式加成),而三线态卡宾和烯烃的加成都是按分步的双游离基理发生反应;插入反应(insertion)卡宾能把自身插入到大多数分子的 C-H 键中去;如:在饱和
17、和不饱和的 C-H 键中发生插入反应,在期望进行加成时,插入反应将是一个副反应; 4. 烯烃的反应一、亲电加成由于烯烃的电子云流淌性强,易极化,简洁给出电子,所以简洁被缺电子的试剂攻击;这种 缺电子的试剂叫亲电试剂,它简洁与能给出电子的烯烃双键起加成反应,这种反应就叫亲电加成反应;1. 与酸的加成名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载HXH 2C CH 2 X=Cl,Br,IH XH 2 C CH 2 +H-OSO 3H H 2C CH 2 ethyl hydrogen sulfateH OSO 3
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 2022 年高 化学 有机 第三 烯烃
限制150内