有机化学教案-03.ppt

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1、有机化学有机化学汪小兰主编汪小兰主编环境学院环境学院教师：尹教师：尹 桂桂2023/1/81第三章第三章 不饱和烃不饱和烃1 1、教学基本要求、教学基本要求熟练掌握不饱和键的亲电加成反应以熟练掌握不饱和键的亲电加成反应以及立体化学特征，掌握不饱和键的氧及立体化学特征，掌握不饱和键的氧化还原反应，掌握共轭烯烃的化还原反应，掌握共轭烯烃的1 1，4-4-加成反应，掌握不饱和键的制备方法，加成反应，掌握不饱和键的制备方法，了解利用不饱和键的聚合制造高分子了解利用不饱和键的聚合制造高分子材料。材料。2023/1/832、教学内容烯烃的结构、命名和物理性质：烯烃的化学反应：（亲电加成反应，区域选择性和立

2、体选择性，氧化还原，聚合反应）烯烃的制备：（消除法、还原法）炔烃的结构、命名和物理性质：炔烃的化学反应：（酸碱反应、亲电加成反应，区域选择性，氧化还原）炔烃的制备：（消除法、取代法）二烯烃的化学反应：（亲电加成反应，区域选择性，环加成反应）根据分子中所含的双键的数目，烯烃可以分 为单烯烃、二烯烃和多烯烃。不不饱饱和和烃烃是指分子中含有碳碳双键或碳碳叁键的烃。分子中含有碳碳叁键的烃称为炔烃炔烃。分子中含有碳碳双键的烃称为烯烃烯烃。第一节第一节 单烯烃单烯烃 单烯烃是指分子中含有单烯烃是指分子中含有一个碳碳双键的烯烃一个碳碳双键的烯烃。单单烯烯烃烃与与碳碳原原子子数数相相同同的的单单环环烷烷烃烃是

3、是同同分分异异构构体体。通通式式为为：CnH2n，碳原子采取sp 一、单烯烃的结构一、单烯烃的结构 乙烯是最简单的单烯烃，分子式为C2H4，构造式为H2C=CH2。构造式：表示分子中原子的连接方式 的结构式1.单烯烃的命名单烯烃的命名nCH2=CH2 CH2=CHCH3n 乙烯 丙烯 (1)普通命名法（适用于简单的单烯烃）正丁烯正丁烯 异丁烯异丁烯二、单烯烃的命名和同分异构现象二、单烯烃的命名和同分异构现象（2）.系统命名法系统命名法n i.选主链 选择含有双键的最长碳链作为主链，按主链上碳原子的数目称做某烯。n ii.主链编号 从距双键近的一端开始，侧链均视为取代基。在某烯之前标明双键的位次

4、。n iii.其它与烷烃的命名规则相同。3,5-二甲基-2-己烯 3-甲基-2-乙基-1-丁烯 CH2=CH-CH3CH=CH-乙烯基 1-丙烯基（丙烯基）CH2=CHCH2-2-丙烯基（烯丙基）3,3-二甲基-1-戊烯 3-甲基环己烯注：烯基的编号从去掉氢原子的碳原子开始注：烯基的编号从去掉氢原子的碳原子开始 烯烃去掉一个氢原子后剩余的部分称做烯烃去掉一个氢原子后剩余的部分称做某烯基某烯基 2 2单烯烃的同分异构单烯烃的同分异构 碳链异构碳链异构:碳链异构和官能团位置异构统称为构造异构。官能团位置异构官能团位置异构:CH3CH=CHCH3CH2=CHCH2CH3 CH2=CHCH2CH3 由

5、于原子的连接方式不同产生的异构叫构造异构（1）构造异构）构造异构 由于双键不能自由旋转，所以当两个双键碳原子各连有两个不同的原子或基团时，产生两种不同的空间排布方式。例如例如 2-2-丁烯：丁烯：这两种不同空间排布方式的异构体这两种不同空间排布方式的异构体，称做，称做顺反异构体顺反异构体，也称，也称做做几何异构体几何异构体。（2 2）烯烃的顺反异构（几何异构）烯烃的顺反异构（几何异构）顺式顺式 反式反式沸点3.7沸点0.88 烯烃产生顺反异构的条件烯烃产生顺反异构的条件：两个双键碳原子上分别连有不同的原子或基团。例如：下列化合物就没有顺反异构体例如：下列化合物就没有顺反异构体而下列化合物有顺反

6、异构体：而下列化合物有顺反异构体：3顺反异构体的命名顺反异构体的命名(顺反命名法、顺反命名法、Z、E命名法命名法)两个相同的原子或基团处在双键的同侧，称为顺式；处在双键的异侧，称为反式。顺-2-戊烯 反-2-戊烯 当两个双键碳上，连有两个相同的原子或基团时可用当两个双键碳上，连有两个相同的原子或基团时可用顺反顺反命名法命名。命名法命名。（1）顺反命名法顺反命名法（2 2）Z Z、E E命名法命名法当两个双键碳原子所连接的四个原子或基团均不相同时,采用Z,E-命名法。两个较优基团处在双键的同侧，称为两个较优基团处在双键的同侧，称为Z式式;处在双键处在双键的异侧，称为的异侧，称为E式式。Z式式 E

7、式式较优基团较优基团较优基团较优基团较优基团较优基团较优基团较优基团 用Z,E-命名法时，首先根据“次序规则”排序，原子序数大者称为“较优”基团。（1）将与双键碳原子直接相连的原子按原子序数大小排列，原子序数大者为“较优”基团；若为同位素，则质量数的高者为“较优”基团。I Br Cl S P F O N C D H 次序规则次序规则：如：如：BrCl CH3 H （2）如果与双键碳原子直接相连的原子的原子序数相同，则依次往下比较，直至比较出较优基团为止。CH(CH3)2 CH2CH3较优基团较优基团较优基团较优基团例如例如:Z-4-甲基-3-乙基-2-戊烯例如例如:C(CH3)3 CH(CH3

8、)2 CH2CH2CH3 CH2CH3 CH2CH3 CH3较优基团较优基团较优基团较优基团E-3-乙基乙基-2-己烯己烯 （3）当基团含有重键时，可以把它看作是以单键与两个或三个相同的原子相连。(E)-3-乙基-1,3-戊二烯 (Z)-3-乙基-1,3-戊二烯 Z,E-命名法与顺反命名法所依据的规则不同，彼此之间没有必然的联系。顺-2-戊烯 顺-3-甲基-2-戊烯 (Z)-2-戊烯 (E)-3-甲基-2-戊烯例如例如:三、单烯烃的物理性质（简介）三、单烯烃的物理性质（简介）四、单烯烃的化学性质四、单烯烃的化学性质 单烯烃的主要化学反应如下：21烷基取代的烯烃相对稳定性烷基取代的烯烃相对稳定性

9、对于二烷基取代的烯烃相对稳定性对于二烷基取代的烯烃相对稳定性 烯烃在铂、钯或镍等金属催化剂的存在下，可以与氢加成而生成相应的烷烃。1、加成反应、加成反应 （1）加氢）加氢 烯烃的催化加氢反应是定量进行的，因此可以通过测量氢气体积的方法，来确定烯烃中双键的数目。2023/1/823赤式赤式透透视视式式重叠重叠构象构象Z-Z-式和式和E-E-式烯烃分别与氢气催化加氢的产物结构式烯烃分别与氢气催化加氢的产物结构2023/1/824透透视视式式 苏苏式式交叉构象交叉构象 （2）加卤素）加卤素卤化氢卤化氢硫酸硫酸水水 _亲电加成反应亲电加成反应 烯烃容易给出电子，因而易受到带正电荷或带部分正电荷的缺电子

10、试剂（称为亲电试剂）的进攻而发生加成反应，称为亲电加成反应 与卤素加成与卤素加成 卤素的活性顺序为：氟氯溴碘。实验事实实验事实 a）将干燥的乙烯通入溴的无水四氯化碳溶液中（置于玻璃容器中）时，不易发生反应。b）若置于涂有石蜡的玻璃容器中时，则更难反应。c）当加入一点水时，很容易发生反应。d）乙烯和溴在氯化钠的水溶液中进行反应，生成1,2-二溴乙烷、1-氯-2-溴乙烷和2-溴乙醇。烯烃和卤素加成的反应历程烯烃和卤素加成的反应历程 CCHHHHBrBrCCHHHHBr+溴鎓正离子+Br烯烃和卤素亲电加成反应历程烯烃和卤素亲电加成反应历程 第一步 第二步 2023/1/828 加成反应实质上是亲电试

11、剂Br+对键的进攻引起的，所以叫做亲电加成反应。由于加成是通过离子进行的，故又称为离子型亲电加成反应。与卤化氢加成与卤化氢加成 烯烃与卤化氢的加成也是亲电加成。烯烃与卤化氢的加成也是亲电加成。反应历程反应历程卤化氢反应活性顺序为：HIHBrHCl 马尔科夫尼科夫规则（马氏规则）：马尔科夫尼科夫规则（马氏规则）：不对称烯烃加卤化氢时，氢原子总是加在含氢较多的双键碳碳原子上，其余部分加在含氢较少的双键碳原子上。不对称的烯烃与卤化氢加成时，可能得到两种不同的产物。马氏规则的解释马氏规则的解释 在多原子分子中，当两个直接相连的原子的电负性不同时，共用电子对偏向于电负性较大的原子，使之带有部分负电荷，另

12、一原子则带有部分正电荷。在静电引力作用下，这种影响能沿着分子链诱导传递，使分子中成键电子云向某一方向偏移，这种效应称为诱导效应。a）从诱导效应解释）从诱导效应解释诱导效应诱导效应诱导效应的特点诱导效应的特点 （1）诱导效应是一种静电诱导作用，其影响随距离的增加而迅速减弱或消失。诱导效应在沿链传递时，一般认为每经过一个原子，即降低为原来的三分之一，经过三个原子以后，影响就极弱了，超过五个原子后便没有了。（2）诱导效应具有迭加性，当几个基团或原子同时对某一键产生诱导效应时，方向相同，效应相加；方向相反，效应相减。n（3）诱导效应沿单键传递时，只涉及电子云密度分布的改变，不改变键的本性。诱导效应的强

13、度诱导效应的强度 由原子或基团的电负性来决定。比氢原子电负性（2.1)大的原子或基团表现出吸电子性，称为吸电子基，具有吸电诱导效应，一般用I表示；比氢原子电负性小的原子或基团表现出供电性，称为供电子基，具有供电诱导效应，一般用+I表示。吸电诱导效应（I）：-NO2-COOH -F -Cl -Br -I -OH RCC-C6H5-RCH=CR-供电诱导效应（+I）：(CH3)3C-(CH3)2CH-CH3CH2-CH3-丙烯加丙烯加HBr 甲基是供电子基，使烯烃的电子偏向1号碳原子（含氢较多的双键碳原子），使其带部分负电荷（-），故易与氢离子结合；2号碳原子（含氢较少的双键碳原子）带部分正电荷（

14、+），易与试剂的负性部分结合，生成稳定的产物，符合马氏规则。诱导效应对马氏规则的解释：诱导效应对马氏规则的解释：稳定不稳定 b）从正碳离子的稳定性解释 正碳离子稳定性顺序：321CH3+丙烯加HBr 正碳离子越稳定越容易生成，所以此种加成方式为主要方式。带正电荷的碳上连烷基越多，正电荷被分散程度越高，越稳定。伯正碳离子伯正碳离子仲正碳离子仲正碳离子过氧化物效应（反马氏规则）：过氧化物效应（反马氏规则）：该反应为自由基加成历程。此反应反马氏规则，称为此反应反马氏规则，称为过氧化效应。过氧化效应。只有只有HBr才有过氧化效应才有过氧化效应。与硫酸加成与硫酸加成 烯烃能和浓硫酸发生加成反应，生成硫酸

15、氢酯，硫酸氢酯水解生成相应的醇。不对称烯烃与硫酸的加成反应，也遵守马氏规则。烷烃中含有少量烯烃可用浓硫酸洗涤除去烷烃中含有少量烯烃可用浓硫酸洗涤除去 与水加成与水加成 不对称烯烃与水的加成反应也遵守马氏规则 2023/1/842 硼氢化硼氢化-氧化反应氧化反应2023/1/844问题：问题：写出写出3-3-甲基甲基-1-1-丁烯和丁烯和4-4-甲基甲基-1-1-戊戊烯分别与烯分别与HBrHBr反应的主产物和次产物反应的主产物和次产物2023/1/845解释下列反应机理解释下列反应机理 2.氧化反应氧化反应 （1）高锰酸钾氧化高锰酸钾氧化 中性或弱碱性条件下被烯冷中性或弱碱性条件下被烯冷高锰酸钾

16、氧化高锰酸钾氧化（C=C仅仅键发生断裂）键发生断裂）被酸性被酸性高锰酸钾氧化高锰酸钾氧化（C=C均断裂）均断裂）氧化特点：双键碳连氧化特点：双键碳连1个个H,氧化成氧化成COOH 2个个H，氧化成，氧化成CO2和和H2O 无无H,氧化成氧化成 C=O该反应的用途：该反应的用途：I.定性鉴别烯烃定性鉴别烯烃 II.根据氧化产物推测烯烃的结构根据氧化产物推测烯烃的结构 例例如如：已已知知某某烯烯被被酸酸性性KMnO4氧氧化化后后生生成成丙丙酮酮和和乙乙酸酸，试试推推测该烯烃的结构测该烯烃的结构。解析：解析：先写出产物的结构式先写出产物的结构式 可用于推测烯烃的结构 （3）催化氧化催化氧化 (2)烯

17、烃的臭氧化反应烯烃的臭氧化反应环氧乙烷是重要的有机合成中间体 3聚合反应 聚合是烯烃的重要化学反应，这种反应是在催化剂或引发剂的作用下，使烯烃双键打开，并按一定方式把相当数量的烯烃分子连接成长链形大分子，生成的产物称为聚合物，亦称为高分子化合物，反应中的烯烃分子称为单体。4.氢原子的卤代氢原子的卤代 烯烃与卤素在室温下可发生双键的亲电加成反应，但在高温时，则主要发生-氢的卤代反应。用N-溴代丁二酰亚胺(简称:NBS)为溴化剂，在光或过氧化物作用下，则-溴代可以在较低温度下进行。2023/1/852第二节第二节 炔炔 烃烃 炔烃是分子中含有炔烃是分子中含有碳碳叁键碳碳叁键的烃，炔的烃，炔烃比相应

18、的烯烃少两个氢原子。烃比相应的烯烃少两个氢原子。通式为通式为 CnH2n-2 Sp 杂化：杂化：（1）二个sp杂化轨道的分布 （2）二个p轨道相互垂直 碳原子的碳原子的sp杂化轨道示意图杂化轨道示意图 一、炔烃的结构和命名一、炔烃的结构和命名 乙炔的两个键电子云对称地分布在碳碳键周围，呈圆筒形。因此，炔烃的亲电加成反应活泼性不如烯烃。由于叁键碳上只能连有一个取代基，因此炔烃不存在顺反异构现象，它只有碳链异构和官能团异构。炔烃异构体的数目比含相同碳原子数目的烯烃少。炔烃的系统命名法与烯烃相同，只是将“烯”字改为“炔”字。例如：CH3CCH CH3CCCH3 (CH3)2CHCCH 丙炔 2-丁炔

19、 3-甲基-1-丁炔(2)(2)炔烃的命名炔烃的命名 CHC-CH2-CH=CH2 1-戊烯-4-炔（不叫4-戊烯-1-炔）分子中同时含有双键和叁键时化合物分子中同时含有双键和叁键时化合物，命名时，选择包括双键和叁键在内的最长碳链为主链，按主链上碳数称做“某烯炔某烯炔”。编号时若双键和叁键的位次等同，应使双编号时若双键和叁键的位次等同，应使双键的位次最小：键的位次最小：若双键和叁键的位次不同，编号时以双键和叁键的位次和最小为原则。三、炔烃的化学性质三、炔烃的化学性质炔烃的主要化学反应如下：炔烃的主要化学反应如下：二、炔烃的物理性质二、炔烃的物理性质 1.1.加成反应加成反应 （1）催化加氢 在

20、常用的催化剂如铂、钯的催化下，炔烃和足够量的氢气加成生成烷烃，反应难以停止在烯烃阶段。若用活性较低的催化剂(常用的是林德拉催化剂Pd/C-喹啉)，炔烃的氢化可以停留在烯烃阶段。（2 2）与卤素加成）与卤素加成 炔烃也能和卤素（主要是氯和溴）发生亲电加成反应，反应是分步进行的，先加一分子卤素生成二卤代烯，然后继续加成得到四卤代烷烃。炔烃与卤素的亲电加成反应活性比烯烃小烃。（3 3）与卤化氢加成）与卤化氢加成 炔烃与烯烃加成，服从马氏规则。反应是分两步进行的，控制试剂的用量可只进行一步反应，生成卤代烯烃。乙炔和氯化氢的加成要在氯化汞催化下才能顺利进行。氯乙烯是合成聚氯乙烯塑料的单体氯乙烯是合成聚氯

21、乙烯塑料的单体 （4 4）与水加成）与水加成 在稀硫酸水溶液中，用汞盐作催化剂，炔烃可以和水发生加成反应。炔烃与水的加成遵从马氏规则 2 2氧化反应氧化反应 炔烃可被高锰酸钾等氧化剂氧化，生成羧酸或二氧化碳。可用可用这个反应检验分子中叁键的这个反应检验分子中叁键的存在。存在。3金属炔化物的生成金属炔化物的生成 由于sp杂化碳原子的电负性较强，因此叁键碳原子上的氢原子具有微弱酸性，可以被某些金属取代生成金属炔化物。乙炔亚铜（红棕色）（白色）具有RCCH结构的炔烃（末端炔烃）都可进行此反应，可用来鉴别乙炔和末端炔烃。乙炔银2023/1/868 练习题练习题 完成下列反应式完成下列反应式 四、个别化

22、合物四、个别化合物乙炔乙炔在有机合成上的应用：在有机合成上的应用：由乙炔为原料合成由乙炔为原料合成1，3-丁二烯丁二烯其反应机理不是亲电加成，而是亲核加成。其反应机理不是亲电加成，而是亲核加成。喹啉乙炔与HCN的加成：（丙烯腈是合成腈纶和丁腈橡胶的单体）第三节第三节 二烯烃二烯烃 分子中含有两个分子中含有两个碳碳双键碳碳双键烯烃，称为烯烃，称为二烯烃二烯烃（或双烯烃）。（或双烯烃）。通式为通式为CnH2n-2 与碳原子数相同的炔烃是同分异构体与碳原子数相同的炔烃是同分异构体 一、二烯烃的分类和命名一、二烯烃的分类和命名累积二烯烃共轭二烯烃隔离二烯烃1.1.二烯烃的分类二烯烃的分类二烯烃n1 （

23、1）选择包含两个双键在内的最长碳链为主 链,根据主链上碳数称做“某二烯”（2）主链编号从距双键最近的一端开始 （3）在“某二烯”前标出两个双键的位次 2.2.二烯烃的命名二烯烃的命名 1,3-戊二烯二烯烃的系统命名法与单烯烃相似。3-甲基-2,4-庚二烯 二烯烃的双键碳上各连有不同的原子或原子二烯烃的双键碳上各连有不同的原子或原子团时，也存在顺反异构现象。命名时要逐个标明团时，也存在顺反异构现象。命名时要逐个标明每个双键的构型。每个双键的构型。例如：例如：3-甲基甲基-2,4-庚二烯有四种构型式：庚二烯有四种构型式：顺，反顺，反-3-甲基甲基-2,4-庚二烯庚二烯 反，顺反，顺-3-甲基甲基-

24、2,4-庚二烯庚二烯（2E,4E）-3-甲基甲基-2,4-庚二烯庚二烯 （2Z,4Z）-3-甲基甲基-2,4-庚二烯庚二烯 顺，顺顺，顺-3-甲基甲基-2,4-庚二烯庚二烯 反，反反，反-3-甲基甲基-2,4-庚二烯庚二烯（2E,4Z）-3-甲基甲基-2,4-庚二烯庚二烯 （2 Z,4E）-3-甲基甲基-2,4-庚二烯庚二烯 二、二、1，3丁二烯的结构和共轭效应丁二烯的结构和共轭效应 P轨道相互重叠，形成大键。像1,3-丁二烯这样，由于共轭体系内原子间的相互影响，引起电子云密度分布平均化及键长的平均化，体系能量降低，分子更稳定的现象，称为共轭效应。1.各原子均处于同一平面上2.单双键趋于平均化

25、3.共轭体系能量较非共轭体系低。4.电子转移时，共轭链上出现正负极性交替现象 共轭体系的共轭体系的特点：特点：成键电子的运动范围不再仅局限于构成双键的两个碳原子之间，而是扩展到整个分子的四个碳原子之间的分子轨道中，这种现象称为电子的离域-+-+共轭体系类型共轭体系类型:(1)-共轭体系（1,3-丁二烯）(2)p-共轭体系 电子的离域不仅存在于-共轭体系和p-共轭体系中，分子中的CH键也能与处于共轭位置的键、p轨道发生侧面部分重叠，产生类似的电子离域现象。例如:CH3CH=CH2中，CH3的CH键与CH=CH2中的键发生共轭，称为-共轭体系。(3)(3)超共轭体系（超共轭体系（-共轭、共轭、-p

26、 p共轭）共轭）丙烯分子中的超丙烯分子中的超共轭（共轭（-共轭）体系共轭）体系正碳离子的超共轭正碳离子的超共轭（-p共轭）体系共轭）体系 （CHCH3 3）3 3C C+中，中，CHCH3 3的的C CHH键与正碳离子键与正碳离子的的p p轨道都能发生共轭，称为轨道都能发生共轭，称为-p p共轭体系共轭体系游离基的超共轭游离基的超共轭-p共轭）体系共轭）体系 用-p超共轭来解释共轭来解释伯、仲、叔游离基的稳定性。例如：自由基稳定性次序：-C-H键的数目9 个 6个 3个 -C-H键的数目越多，形成的-p 超共轭体系越大，越稳定。二、共轭二烯的化学性质二、共轭二烯的化学性质 1共轭二烯烃的共轭二

27、烯烃的1,2-加成和加成和1,4-加成加成 1,2-加成和1,4-加成是同时发生的，产物的比例与反应物的结构、反应温度等有关，一般随反应温度的升高和溶剂极性的增加，1,4-加成产物的比例增加。一般来说：极性溶剂、接近室温条件，1，4-加成为主。非极性溶剂、低温条件，1，2-加成为主-804080%80%共轭二烯烃的亲电加成反应历程共轭二烯烃的亲电加成反应历程 反应分两步进行反应分两步进行 第一步：（1）（2）中间体（中间体（1）比（）比（2）稳定）稳定 在正碳离子(I)中，带正电荷的碳原子为sp2杂化，它的空p轨道可以和相邻键的p轨道发生重叠，形成包含三个碳原子的缺电子大键,因此该正碳离子较稳

28、定。CH2=CH-CH+-CH3 =CHHCCHCH3H+CHHCCHCH3H+BrC4 CH2CHCHCH3BrCHCHCH2 CH3+CHCH3 H2CHBr-+1,4-加成1,2-加成123第二步：第二步：主要产物思考题：思考题：2.双烯合成（狄尔斯阿尔德）反应双烯合成（狄尔斯阿尔德）反应双烯体双烯体亲双烯体亲双烯体 亲双烯体上连有吸电子取代基（如硝基、羧基、羰基等）和双烯体上连有给电子取代基时，反应容易进行。本章要点：本章要点：n 1.掌握烯烃、炔烃、二烯烃的命名(顺反异构的命名)n 2.掌握马氏规则及过氧化物效应(反马氏规则)n 3.掌握烯烃、炔烃的氧化反应,根据氧化产物会推测烯烃炔烃的结构(重点烯烃被KMnO4/H+及O3的氧化)n 4.掌握炔烃的加水反应n 5.掌握烯烃炔烃及末端炔烃的定性鉴别方法n 6.掌握共轭二烯的加成反应和双烯合成反应n 7.掌握正碳离子的稳定性次序n 8.理解亲电加成、诱导效应、共轭效应、-共轭、共轭、P-共轭、共轭、-共轭共轭、-p共轭。共轭。作业作业课堂作业课堂作业P49：3.15P50：3.20；3.22；3.23；3.24课后作业课后作业P49：3.11；3.16；P50：3.21