有机化学不饱和烃.pptx
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1、2、杂化轨道理论的解释Sp2杂化激发态基态杂化态第1页/共74页3、乙烯分子的形成 4 4、键 原子轨道以原子轨道以“肩并肩肩并肩”(或平行)的方式发生轨道重叠,(或平行)的方式发生轨道重叠,轨道重叠部分对通过一个键轴的平面具有镜面反对称性,此为轨道重叠部分对通过一个键轴的平面具有镜面反对称性,此为键。键。第2页/共74页 键能 610KJ/molCC 键能 346KJ/mol 说明碳碳双键不是由两个碳碳单键构成的,而是由一个键和一个键构成的。键的特点:不如键牢固。不能自由旋转。电子云沿键轴上下分布,不集中,易极化,发生反应。不能独立存在。第3页/共74页612 烯烃的顺反异构 顺反异构,又称
2、为几何异构,是由于分子中内旋转顺反异构,又称为几何异构,是由于分子中内旋转受阻而产生的一种立体异构。受阻而产生的一种立体异构。双键化合物、环状取代物双键化合物、环状取代物都存在顺反异构。都存在顺反异构。一、产生顺反异构体的原因:双键的化合物由于双键不能自由旋转,当双键连有不同的原子或基团时,就会出现两种不同的空间排布方式,从而产生顺反异构体。环状化合物把碳环近似的看成一个平面,连在环碳上的原子或基团就有在环平面的上下之分,从而产生顺反异构现象。二、产生顺反异构体的条件:就烯烃而言,构成双键的任何一个碳原子上所连的两个基团要不同。第4页/共74页例如:例如:第5页/共74页三、烯烃的命名:烯烃系
3、统命名法,基本和烷烃的相似。其要点是:1)选择含碳碳双键的最长碳链为主链,称为某烯。2)从最靠近双键的一端开始,将主链碳原子依次编号。3)将双键的位置标明在烯烃名称的前面(只写出双键碳原子中位次较小的一个)。4)其它同烷烃的命名。第6页/共74页四、顺反异构体的命名:1.顺/反标记法:相同的原子或基团位于双键(或环平面)的同侧为“顺式”;否则为“反式”。2.Z/E标记法:该法是1968年IUPAC规定的系统命名法。规定按“次序规则”,若优先基团位于双键的同侧为Z式(德文Zusammen的缩写,中文意为在一起);否则为E式(德文Entgegen的缩写,中文意为相反的)。第7页/共74页应用举例:
4、含C=C双键的化合物:第8页/共74页第9页/共74页 环状化合物:环状化合物:顺反命名和命名Z、E是不能一一对应的。两种标记方法在绝大多数情况下是一致的,即顺式就是Z 式,反式就是E式。但有时却刚好相反。第10页/共74页613 烯烃的物理性质 烯烃是无色物质,具有一定气味。在常温下,24个碳原子为气态,518为液态,19以上为固态。它们的沸点、熔点和相对密度都随相对分子质量的增加而上升,但相对密度都小于1,不溶于水,易溶于有机溶剂。614 烯烃的化学性质 烯烃的化学的性质与烷烃不同,它很活泼,可以和很多试剂作用。由于烯烃有双键,因此能起加成、氧化、聚合等反应。第11页/共74页2、催化加氢
5、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。1、催化加氢 一、加成反应加成反应 第12页/共74页 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:1 mol不饱和烃催化加氢所放出的热量称为氢化热氢化热与烯烃的稳定性第13页/共74页 (1)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
6、式(二者(二者能差为能差为-1)。)。(2)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:第14页/共74页卤素的反应活性次序:F2 Cl2 Br2 I2。与卤素的加成2、亲电加成 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氯和加溴。第15页/共74页与酸的加成1)与HX的加成 1 HX的反应活性 HI HBr HCl HF 通常指的是前三种。这是因为:在HF中,F的原子半径小,但电负性大,故对H原子的束缚力较大,不易离解出H+和F。值得注意的是:该反应通常是将干燥的HX气体
7、直接通入烯烃进行反应。若使用HCl,需在AlCl3的催化下进行反应。第16页/共74页2不对称烯烃的加成产物遵守马氏规则 马氏规则 不对称烯烃与卤化氢等极性试剂进行加成时,试剂中带正电荷的部分E+总是加到含氢较多的双键碳原子上,试剂中带负电荷的部分(Nu)总是加到含氢较少的双键碳原子上。3 过氧化物效应 当有过氧化物(如 H2O2,R-O-O-R等)存在时,不对称烯烃与HBr的加成产物不符合马氏规则(反马氏取向)的现象称为过氧化物效应。第17页/共74页2)与H2SO4的加成硫酸氢乙酯水解生成乙醇,加热则分解成乙烯 第18页/共74页4)烯烃直接水合,除乙烯得到乙醇外,其它烯烃都将得到仲醇或叔
8、醇(间接水合也具有同样的规律)。第19页/共74页与乙硼烷的加成(硼氢化反应)乙硼烷是甲硼烷的二聚体,反应时乙硼烷离解成甲硼烷,B2H6 2BH3 1)产物为三烷基硼,是分步进行加成而得到的。2)不对称烯烃加硼烷时,硼原子加到含氢较多的碳原子上。第20页/共74页3)烷基硼与过氧化氢(H2O2)的氢氧化钠(NaOH)溶液作用,立即被氧化,同时水解为醇。二、氧化反应二、氧化反应1用KmnO4氧化反应的净结果:H 原子加到含氢较少的双键碳原子上,表面上看其反应取向是“反 马氏规则”的。但实际上是符合马氏规则”的。第21页/共74页2)用酸性KmnO4氧化该反应由于反应后高锰酸钾的紫色褪去,同时生成
9、褐色的二氧化锰沉淀,故可用来鉴别不饱和键的存在。第22页/共74页CH2=CO2+H2OR CH=R COOHRR1C=R COR1烯烃高锰酸钾氧化产物与烯烃结构的关系为:烯烃结构 高锰酸钾氧化产物 第23页/共74页2、臭氧化反应(用含有臭氧68%的氧气作氧化剂)为了防止生成的过氧化物继续氧化醛、酮,通常臭氧化物的水解是在加入还原剂(如Zn/H2O)或催化氢化下进行。第24页/共74页CH2=HCHOR CH=RCHORR1C=RCOR1烯烃臭氧化物的还原水解产物与烯烃结构的关系为:烯烃结构 臭氧化还原水解产物 3催化氧化第25页/共74页三、聚合反应 烯烃在少量引发剂或催化剂作用下,键断裂
10、而互相加成,形成高分子化合物的反应称为聚合反应。第26页/共74页四、-H的反应-H由于受C=C的影响,C-H键离解能减弱。其活性顺序为:-H(烯丙氢)3H 2H 1H 乙烯H第27页/共74页烯烃与卤素究竟是发生加成反应还是-卤代反应,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。-卤代反应为自由基取代反应。第28页/共74页615 烯烃的制备一、工业制法1石油裂解2由醇脱水 二、实验室制法1醇脱水2卤代烃脱卤化氢3邻二卤代烷脱卤素4炔烃的控制还原第29页/共74页616 烯烃电加成反应历程和马氏规则的解释 一、烯烃的亲电加成反应历程 烯烃的亲电加成反应历程可由实验
11、证明 这一实验事实告诉我们:极性分子的存在可以加速反应的进行。第30页/共74页 实验事实告诉我们:该加成反应一定是分步进行的。否则,不会有1-氯-2-溴乙烷和2-溴乙醇生成。且可以断定是Br+首先进攻。否则不会有1,2-二溴乙烷的生成。第31页/共74页公认的反应历程:第32页/共74页一般Br2,I2通过鎓离子历程,HX等通过碳正离子历程。二、马氏规则的解释和碳正离子的稳定性1)用诱导效应解释2)-共轭效应来解释 第33页/共74页3)用活泼中间体碳正离子的稳定性来解释碳正离子的稳定性顺序为:从电负性看,Csp2 Csp3 故烷基上的电荷向C+转移,分散了C+的电荷,烷基越多,分散作用越大
12、,碳正离子越稳定。从-P共轭效应看,参与-P共轭的键数目越多,则正电荷越分散,碳正离子越稳定。第34页/共74页第35页/共74页三、烯烃加溴化氢时过氧化物效应解释 链引发 过氧化物的O O 键是一个较弱的共价键,它受热容易发生均裂,从而引发试 剂生成自由基,使反应按自由基加成机理进行第36页/共74页H-Cl、H-I与不对称烯烃加成无过氧化物效应的原因:H-Cl的离解能大(431KJ/mol),产生自由基比较困难。H-I的离解能较小(297KJ/mol),较易产生I,但I的活泼性差,难与烯烃迅速加成,却易自身结合成I2分子。由于自由基的稳定性为:3R 2R 1R CH3,故其自由基加成的产物
13、是反马氏规则的。第37页/共74页621 炔烃的结构1、实验事实、实验事实 乙炔分子是直线形结构,乙炔分子是直线形结构,其中其中HCC=180,CC键长键长=0.12nm,C-H键长键长=0.106nm。第二部分 炔 烃第38页/共74页Sp杂化2 2、杂化轨道理论的解释、杂化轨道理论的解释激发态基态杂化态第39页/共74页3、乙炔分子的形成 乙炔分子的成键情况第40页/共74页622 烯炔的命名(1)选择含有三键和双键的最长碳链为主链。(2)主链的编号遵循链中双、三键位次最低系列原则。(3)通常使双键具有最小的位次。1-戊烯-4-炔 3-戊烯-1-炔(不叫2-戊烯-4-炔)623 炔烃的物理
14、性质 炔烃的沸点比对应的烯烃高10-20C,比重比对应的烯烃稍大,在水里的溶解度也比烷和烯烃大些。第41页/共74页624 炔烃的化学性质一、加成反应加成反应 1、催化加氢 催化氢化常用的催化剂为 Pt,Pd,Ni,但一般难控制在烯烃阶段。用林德拉(Lindlar)催化剂,可使炔烃只加一分子氢而停留在烯烃阶段。且得顺式烯烃。第42页/共74页烯烃与炔烃的反应活性:炔烃(线型分子,易于吸附)烯烃。分子中同时含有CC和CC,反应优先发生在三键上。Lindlar催化剂催化剂:P-2催化剂、催化剂、Pd-CaCO3/Pb(OAc)2或或Pd-BaSO4/喹啉;喹啉;采用Na(或Li)/液NH3还原炔烃
15、将得到反式烯烃。第43页/共74页2、亲电加成 与卤素:与HX(1)R-CC-H 与HX等加成时,遵循马氏规则。(2)炔烃的亲电加成比烯烃困难。原因:三键碳原子为 SP 杂化,较双键 SP2 杂化碳原子的 S 成分,电子更靠近原子核,核对核外电子的束缚,不易给出电子,故三键的亲电加成比双键慢。第44页/共74页 CH2=CH2+Br2/CCl4 溴褪色快 H-CC-H+Br2/CCl4 溴褪色慢3、亲核加成 水化反应 在炔烃加水的反应中,先生成一个很不稳定的烯醇,烯醇很快转变为稳定的羰基化合物(酮式结构)。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。第45页/
16、共74页乙炔水化时生成乙醛,其他炔烃水化时,则变成酮。HCN、EtOH、CH3COOH等的亲核加成反应 第46页/共74页反应的净结果相当于在醇、羧酸等分子中引入一个乙烯基,故称乙烯基化反应。而乙炔则是重要的乙烯基化试剂。反应历程:由于反应的关键步骤是由亲核试剂的进攻引起的,故由于反应的关键步骤是由亲核试剂的进攻引起的,故称称亲核加成反应。亲核加成反应。反应的结果,象亲电加成一样,反应的结果,象亲电加成一样,也遵循也遵循“不对称加成规律不对称加成规律”。第47页/共74页2、臭氧化反应叁键比双键难于氧化,双键和叁键同时存在时,双键首先被氧化 二、氧化反应 1用KmnO4氧化第48页/共74页三
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