chapt 3烯烃 炔烃和二烯烃.ppt
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1、第三章第三章烯烃、炔烃和二烯烃烯烃、炔烃和二烯烃 【本章重点本章重点】不饱和烃的亲电加成反应历程。不饱和烃的亲电加成反应历程。【必须掌握的内容必须掌握的内容】1.1.不饱和烃的化学性质(亲电加成反应、氧不饱和烃的化学性质(亲电加成反应、氧化反应、化反应、-H的的反应。反应。2.2.不饱和烃的亲电加成反应历程。不饱和烃的亲电加成反应历程。3.3.共轭二烯烃的化学性质。共轭二烯烃的化学性质。(一)、乙烯的结构乙烯的结构一、烯烃烯烃和炔烃的结构和炔烃的结构乙烯乙烯(ethene)乙烯乙烯(ethene)乙炔乙炔(ethyne)(二)、乙炔的结构乙炔的结构二、二、烯烃和炔烃的异构现象及命名烯烃和炔烃的
2、异构现象及命名1.构造异构构造异构(1).碳链异构碳链异构CH3CH2CH=CH2(CH3)2C=CH2(2).位置异构位置异构CH3CH2CH=CH2CH3CH=CHCH3(一)烯烃和炔烃的异构现象(一)烯烃和炔烃的异构现象(3).官能团异构官能团异构2.构型异构构型异构-顺反异构顺反异构(二)(二)烯烃、炔烃的命名烯烃、炔烃的命名1.选择含有双、三键在内的最长碳链作为主链,按主选择含有双、三键在内的最长碳链作为主链,按主链碳原子数称为某烯或某炔。链碳原子数称为某烯或某炔。2.主链编号应从距重键较近一端开始,以重建碳原子主链编号应从距重键较近一端开始,以重建碳原子中编号较小的数字表示重键的位
3、次,写在主链名称之中编号较小的数字表示重键的位次,写在主链名称之前、取代基名称之后,并用短线隔开。前、取代基名称之后,并用短线隔开。3,3-二甲基-1-丁烯2,5-二甲基-2-己烯4-甲基甲基-2-己炔己炔3.当一个分子中同时含有双键和叁键时,则会有当一个分子中同时含有双键和叁键时,则会有两种不同的情况:两种不同的情况:(1)双键和叁键处于不同的位次:按最低系列)双键和叁键处于不同的位次:按最低系列原则给双、叁键以尽可能低的位次编号。原则给双、叁键以尽可能低的位次编号。(2)(2)双键、叁键处在相同的位次:选择给双键以最低的双键、叁键处在相同的位次:选择给双键以最低的位次编号。位次编号。4-乙
4、基乙基-1-庚烯庚烯-5-炔炔4.顺反异构体命名法顺反异构体命名法Z-E命名原则:如果一个双键碳原子上连接的命名原则:如果一个双键碳原子上连接的较优基团与另一个双键碳原子上连接的较优基团较优基团与另一个双键碳原子上连接的较优基团在双键同侧,其构型用在双键同侧,其构型用Z表示,反之用表示,反之用E表示。表示。(E)-1-氯氯-1-溴溴-丙烯丙烯(Z)-1-氯氯-2-溴溴-丙烯丙烯重要的烯基:重要的烯基:(E)3-甲基-4-异丙基-3-庚烯 三三 烯烃和炔烃的物理性质烯烃和炔烃的物理性质 与烷烃的不同之处:与烷烃的不同之处:不同碳原子的电负性:不同碳原子的电负性:三键碳原子双键碳原子饱和碳原子。三
5、键碳原子双键碳原子饱和碳原子。偶极矩:偶极矩:端炔端烯端炔端烯(但极性较弱)。如:(但极性较弱)。如:CHCH3 3CHCH2 2CCH CHCCH CH3 3CHCH2 2CHCHCHCH2 2 2.6710-30Cm1.010-30Cmb.p b.p 顺式(顺式(3.53.5)反式(反式(0.90.9)顺式异构体具有较弱的极性,分子间偶极顺式异构体具有较弱的极性,分子间偶极-偶极偶极作用力作用力。m.p m.p 反式反式(-105.5)(-105.5)顺式顺式(-139.3)(-139.3)反式异构体的对称性好,在晶格中的排列较紧密。反式异构体的对称性好,在晶格中的排列较紧密。顺反异构体:
6、顺反异构体:(一)加成反应(一)加成反应 四、烯烃和炔烃的化学性质四、烯烃和炔烃的化学性质 1.1.加卤素加卤素不饱和烃加卤素的反应活性:不饱和烃加卤素的反应活性:烯烃烯烃炔烃炔烃卤素对不饱和烃加成的反应活性:卤素对不饱和烃加成的反应活性:F2 ClCl2 2 Br Br2 2 I I2 2 氟与不饱和烃的加成异常猛烈,而碘与不饱和烃的氟与不饱和烃的加成异常猛烈,而碘与不饱和烃的加成较为困难。因此,加卤素通常指的是加成较为困难。因此,加卤素通常指的是加氯加氯和和加溴加溴。原因:原因:三键碳原子为三键碳原子为sp杂化,较双键杂化,较双键sp2杂化杂化碳原子的碳原子的s 成分成分,电子更靠近原子核
7、,核对核,电子更靠近原子核,核对核外电子的束缚力外电子的束缚力,不易给出电子,不易给出电子,故三键的亲故三键的亲电加成比双键慢。电加成比双键慢。当分子中同时含有双键和三当分子中同时含有双键和三键时,反应将键时,反应将优先发生在双键上。优先发生在双键上。2.加卤化氢加卤化氢马氏规则马氏规则:当与烯烃加成时,氢加到含氢:当与烯烃加成时,氢加到含氢较多的双键碳原子上,卤素加到含氢较少的双键较多的双键碳原子上,卤素加到含氢较少的双键碳原子上。碳原子上。不对称炔烃与卤化氢等极性加成,同样服从不对称炔烃与卤化氢等极性加成,同样服从“马氏规则马氏规则”。过氧化物效应(过氧化物效应(又称卡拉施又称卡拉施(Kh
8、arasch)效应)效应)该该反应反应不使用不使用HX的水溶液,的水溶液,以避免烯烃与水加成。以避免烯烃与水加成。注意:氯化氢、碘化氢无过氧化物效应注意:氯化氢、碘化氢无过氧化物效应HX对烯烃加成的相对活性:对烯烃加成的相对活性:因为:在因为:在HF中,中,F的原子半径小,但电负性大,故的原子半径小,但电负性大,故对对H原子的束缚力较大,不易离解出原子的束缚力较大,不易离解出H+和和F。3.加加H2SO44.加水反应加水反应烯烃直接水合生成醇的反应需在酸催化下进行烯烃直接水合生成醇的反应需在酸催化下进行(常用常用的酸为硫酸或磷酸的酸为硫酸或磷酸)。烯烃直接水合,除乙烯得到乙醇外,其它烯烃都将烯
9、烃直接水合,除乙烯得到乙醇外,其它烯烃都将得到得到仲醇或叔醇仲醇或叔醇。炔烃的直接水合是较为困难的,它需在硫酸汞炔烃的直接水合是较为困难的,它需在硫酸汞的硫酸溶液的催化下才容易发生加成反应。的硫酸溶液的催化下才容易发生加成反应。该反应又叫库切洛夫反应该反应又叫库切洛夫反应5.加次卤酸(卤素和水)加次卤酸(卤素和水)结论结论:炔烃水合,除乙炔得到乙醛外,炔烃水合,除乙炔得到乙醛外,一烷基炔都将得到一烷基炔都将得到甲基酮,甲基酮,二烷基炔二烷基炔(RCH3)都将得到非甲基酮。都将得到非甲基酮。6.催化加氢催化加氢+435)-828=-129kJmol-1由此可见,催化加氢是一个由此可见,催化加氢是
10、一个放热反应放热反应(氢化热)氢化热)。(1 1)、反应能否自动进行?)、反应能否自动进行?需要明确的问题需要明确的问题:(2)、催化加氢的反应机理:)、催化加氢的反应机理:一般认为是通过催化剂表面上进行的,又称表面催化。一般认为是通过催化剂表面上进行的,又称表面催化。其反应历程可表示如下:其反应历程可表示如下:常用催化剂:常用催化剂:Pt、Pd、Ni等。等。(3 3)、催化加氢的反应活性:)、催化加氢的反应活性:烯烃与炔烃的反应活性:烯烃与炔烃的反应活性:炔烃(线型分子,易于吸附)炔烃(线型分子,易于吸附)烯烃。烯烃。分子中同时含有分子中同时含有CC和和CC,将得到什么产物?如:将得到什么产
11、物?如:结论结论:反应反应优先发生在三键上。优先发生在三键上。氢化热与烯烃的稳定性:氢化热与烯烃的稳定性:1mol不饱和烃催化加氢所放出的热量不饱和烃催化加氢所放出的热量称为氢化热称为氢化热。不饱和烃的不饱和烃的氢化热氢化热,说明说明原不饱和烃分子的原不饱和烃分子的内能内能,该不饱和烃的,该不饱和烃的相对稳定性相对稳定性。从能图可看出:从能图可看出:烯烃顺反异构体的稳定性是:烯烃顺反异构体的稳定性是:反式反式顺式顺式(二者(二者能差为能差为4.2kJ.mol-1)。)。双键碳原子双键碳原子连有烷基数目连有烷基数目,氢化热氢化热,稳定性稳定性。因此,烯烃的稳定性次序为:因此,烯烃的稳定性次序为:
12、显然,烯烃催化加氢的相对活性应该是:显然,烯烃催化加氢的相对活性应该是:乙烯乙烯一取代乙烯一取代乙烯二取代乙烯二取代乙烯三取代乙烯三取代乙烯四取代乙烯四取代乙烯(4)、催化加氢的立体化学:)、催化加氢的立体化学:1.烯烃:烯烃:烯烃的催化加氢大多烯烃的催化加氢大多为顺式加氢为顺式加氢。但催化剂、溶剂和。但催化剂、溶剂和压力会对顺式加氢和反式加氢产物的比例产生影响。压力会对顺式加氢和反式加氢产物的比例产生影响。(5).炔烃:炔烃:炔烃的催化加氢直接得到烷烃,但也可以停留在烯烃炔烃的催化加氢直接得到烷烃,但也可以停留在烯烃阶段。阶段。二取代乙炔的部分加氢,二取代乙炔的部分加氢,不仅可以得到烯烃,而
13、且不仅可以得到烯烃,而且可以可以控制烯烃的构型:控制烯烃的构型:采用采用Lindlar催化剂催化剂P-Z催化剂,Pd-CaCO3/Pb(OAc)2或或Pd-BaSO4/喹啉;喹啉;将得到顺式烯烃。将得到顺式烯烃。采用采用Na(或或Li)/液液NH3还原炔烃还原炔烃将得到反式烯烃。将得到反式烯烃。(二)氧化反应(二)氧化反应1.高锰酸钾氧化:高锰酸钾氧化:显然,不同构型的烯烃在氧化后将得到具有显然,不同构型的烯烃在氧化后将得到具有不同光学活性的产物。不同光学活性的产物。(1)KMnO4/OH-,H2O该该反应可用于推测原烯烃或炔烃的结构。反应可用于推测原烯烃或炔烃的结构。该反应由于反应后高锰酸钾
14、的紫色褪去,同该反应由于反应后高锰酸钾的紫色褪去,同时生成褐色的二氧化锰沉淀,故可用来鉴别不饱时生成褐色的二氧化锰沉淀,故可用来鉴别不饱和键的存在。和键的存在。(2)KMnO4/H+2.臭氧氧化反应:臭氧氧化反应:-二二酮酮臭氧化分解反应除碳碳双键和三键外,其臭氧化分解反应除碳碳双键和三键外,其它官能团很少反应,且很少发生重排,故可根它官能团很少反应,且很少发生重排,故可根据产物的结构来推测碳碳重键的位置和原化合据产物的结构来推测碳碳重键的位置和原化合物的结构。物的结构。(三)(三)-氢原子的反应氢原子的反应烯烃与卤素究竟是发生加成反应还是烯烃与卤素究竟是发生加成反应还是-卤代卤代反应,取决于
15、反应温度。通常是较低的温度有利反应,取决于反应温度。通常是较低的温度有利于加成,高温或低浓度卤素有利于卤代。于加成,高温或低浓度卤素有利于卤代。3.催化氧化反应:催化氧化反应:(四)(四)聚合反应聚合反应(五)(五)金属炔化物的生成金属炔化物的生成乙炔银(白色)乙炔铜(红棕色)与氢氰酸加成丙烯腈含有-CN(腈基)的化合物叫腈。注:一般碳碳双键不能进行此反应。用化学方法鉴别下列化合物:1-丁炔、2-丁炔、丁烷1-丁烯、2-丁烯、丁炔五、烯烃的亲电加成反应机理五、烯烃的亲电加成反应机理(一)(一)亲电试剂与亲核试剂亲电试剂与亲核试剂亲核试剂:亲核试剂:带有负电荷或分子中具有较高的电子密度。例如:O
16、H-,Cl-,H2O等亲电试剂:亲电试剂:带有正电荷或分子中具有低电子密度中心。例如:H+,X+,NO2+亲核反应:亲核反应:整个反应中的慢反应步骤由亲核试剂进攻反应物而引起的反应。亲电反应:亲电反应:整个反应中的慢反应步骤由亲电试剂进攻反应物而引起的反应。(二)烯烃的亲电加成反应机理(二)烯烃的亲电加成反应机理 这一实验事实告诉我们:这一实验事实告诉我们:极性分子的存在可以加速极性分子的存在可以加速反应的进行。反应的进行。解释解释:乙烯的乙烯的键流动性大,易受外加试剂的影响而极化。键流动性大,易受外加试剂的影响而极化。实验事实告诉我们:该加成反应一定是实验事实告诉我们:该加成反应一定是分步进
17、行的。分步进行的。否则,不会有否则,不会有1-氯氯-2-溴乙烷和溴乙烷和2-溴乙醇生成。溴乙醇生成。问题问题:在反应体系中存在在反应体系中存在 Cl-、Br+、BrBr-三种离子,那么,三种离子,那么,是哪一种离子首先进攻呢?是哪一种离子首先进攻呢?可以断定是可以断定是BrBr+首先进攻首先进攻。否则不会有。否则不会有1,2-1,2-二溴乙烷二溴乙烷的生成。的生成。问题问题:BrBr-为什么不首先进攻带有部分正电核的双键为什么不首先进攻带有部分正电核的双键碳原子呢?碳原子呢?(思考)(思考)实验事实告诉我们:既然产物以反实验事实告诉我们:既然产物以反-1,2-二溴环戊烷为二溴环戊烷为主,主,反
18、应中间体就不会是实验事实反应中间体就不会是实验事实(二二)所提供的中间体碳所提供的中间体碳正离子。正离子。公认的反应历程:公认的反应历程:该反应的关键步骤是因该反应的关键步骤是因 的进攻引起的,因此,的进攻引起的,因此,这这是一个是一个亲电加成反应亲电加成反应(属于离子型反应)属于离子型反应)。(三)马氏规则的解释(三)马氏规则的解释1.用诱导效应解释用诱导效应解释(1)诱导效应)诱导效应(Inductiveeffect):由于原子或基团的:由于原子或基团的电负性引起键的极性变化,通过对相邻原子的诱导,电负性引起键的极性变化,通过对相邻原子的诱导,沿着碳链传递,使分子中不直接相连的共价键的电子
19、沿着碳链传递,使分子中不直接相连的共价键的电子密度分布向同一方向偏移的效应,用密度分布向同一方向偏移的效应,用I表示。环境也可表示。环境也可引起诱导效应。吸电子引起诱导效应。吸电子I,供电子,供电子+I.(2)诱导效应的特点:)诱导效应的特点:诱导效应沿着碳链传递,迅速减弱。一般经过诱导效应沿着碳链传递,迅速减弱。一般经过个原子后,影响就很小了。个原子后,影响就很小了。诱导效应具有迭加性。诱导效应具有迭加性。吸电子与推电子能力越强诱导效应越强。吸电子与推电子能力越强诱导效应越强。给电子基团给电子基团:电负性比氢小的,如烷基、负离子等。:电负性比氢小的,如烷基、负离子等。吸电子基团吸电子基团:电
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