有机化学第3章 化学反应速率 ppt
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化学ppt课件
氧化还原反应
了解氧化还原反应的概念 、电子转移和氧化剂、还 原剂的作用。
物质的状态与变化
物质的三态
学习固态、液态和气态物质的基本特征和相互转化过程。
物理变化与化学变化
掌握物理变化和化学变化的区别与联系,理解化学变化的本质。
能量变化
了解化学反应中的能量变化,如吸热反应和放热反应,以及化学 键能与反应热的关系。
胶体化学基础
胶体的定义、分类及制备方法,胶体 性质及应用。
胶体稳定性与聚沉
胶体稳定性的影响因素,聚沉方法及 原理。
08
课程总结与复习建议
关键知识点回顾与总结
原子结构与元素周期表
化学键与分子结构
掌握原子的电子排布、元素周期表的基本 规律及元素性质的递变规律。
理解离子键、共价键的形成原理,掌握分 子的几何构型和化学键对分子性质的影响 。
机理分析
了解反应机理,如亲电取代、亲核取 代、自由基反应等,掌握反应条件对 反应的影响。
生物体内重要有机物简介
糖类
了解单糖、双糖、多糖的结构与性质,及其在生物体内的 功能,如葡萄糖、淀粉、纤维素等。
脂类
了解脂肪、磷脂、固醇等的结构与性质,及其在生物体内 的功能,如甘油三酯、磷脂双分子层等。
蛋白质
了解氨基酸、蛋白质的结构与性质,及其在生物体内的功 能,如酶、抗体等。同时,掌握蛋白质的合成与降解过程 。
器材使用方法
演示正确使用实验器材的方法,如器材的握持、 操作、清洗和存放等。
器材保养与维护
教授如何保养实验器材,延长使用寿命,如定期 清洗、干燥和防锈等。
危险化学品管理与废弃物处理
危险化学品分类
01
详细介绍易燃、易爆、有毒、有腐蚀性等危险化学品的分类及
第三章 烯烃 (有机)
*1 HI > HBr > HCl
*2 双键上电子云密度越高,反应速率越快。 (CH3)2C=CH2 > CH3CH=CHCH3 > CH3CH=CH2 > CH2=CH2
24
4、重排问题
HCl (CH3)3CCH=CH2
{
(CH3)3CCHClCH3 17%
(CH3)2CCl-CH(CH3)2
[
H H +
P Rh P
S
S
H
E 127
E
120
126
116 > >
119.2
112.5
> >
≈
19
二、烯烃的亲电加成
加成反应的定义和分类
定义:两个或多个分子相互作用,生成 一个加成产物的反应称为加成反应。 分类: 根据反应时化学键变化的特征分 (或根据反应机理分) 加成 反应
{
自由基加成(均裂) 离子型加成(异裂) 环加成(协同)
H2 C
X
Cl -92 I +21
RCH2
H2 C
X
H
X
RCH2
CH2X
X
HCl +33 HI -100
36
四、 烯烃的硼氢化反应
1 甲硼烷、乙硼烷的介绍 BH3
H H B H
H H B H O
H3B THF H3B OR2
H H B H O
R R
H
H B B H
H H
B2H6
H
能自燃,无色 有毒,保存在 醚溶液中。
H3C H H3C -e H H3C -e CH3 H3C + CH3
逆向Diels-Alder裂解
有机化学课件 第三章 烯烃3
应经历溴 离子、反式加成。 • 反应经历溴鎓离子、反式加成。
Br H C C CH3 H H3C H C Br
+
H3C C C
H
H C
Br2
CH3
H Br
-
CH3 H CH3 C
Br
CH3
Br C H CH3
CH3 Br H (R) H Br (R) CH3 dl-
CH3 H Br (S) Br H (S) CH3
CH3 CH3 C CH=CH2 CH3 CH3 CH3 C CH CH3 + CH3 H3C Cl CH3 C CH CH3 Cl CH3 83%
HCl
17%
反应经历碳正离子中间体。 反应经历碳正离子中间体。 1,2-甲基迁移、1,2-负氢迁移。重排为更稳定的碳正离子。 1,2-甲基迁移、1,2-负氢迁移。重排为更稳定的碳正离子。
试比较下列分子或离子的超共轭效应大小。 [讨论] (1) 试比较下列分子或离子的超共轭效应大小。 讨论]
1) CH3CH=CH2 CH3CH2CH=CH2 (CH3)2CHCH=CH2 A B C 2) (CH3)3C (CH3)2CH CH3CH2 CH3 A B C D
+ + + +
(2) 试静态分析烯烃双键碳原子上电子云密度的大小。 试静态分析烯烃双键碳原子上电子云密度的大小。
碳正离子稳定性次序: 碳正离子稳定性次序: 3o C+ > 2o C+ > 1oC+ >CH3+
G
C
+
G
C
+
给电子基,使正电荷分散,碳正离子稳定: 给电子基,使正电荷分散,碳正离子稳定: 吸电子基,使正电荷更集中 碳正离子不稳定 碳正离子不稳定; 吸电子基,使正电荷更集中,碳正离子不稳定;
第3章自由基聚合反应
高分子化学
第3章 自由基聚合反应
3.3-3.4
3.3.3.2 引发剂效率
引发聚合的引发剂占引发剂分解和消耗总量的分率称为引发 剂效率(initiator efficiency),用f表示。 诱导分解(inducer decomposition) 诱导分解是指自由基向引发剂的转移反应。
f:一般为0.8,?过氧源自二异丙苯高分子化学第3章 自由基聚合反应
3.3-3.4
主要类型: 氢过氧化物:
如:特丁基过氧化氢(t-BHP)、异丙苯过氧化氢(CHP)
过氧化二烷基
如:过氧化二特丁基、过氧化二异丙苯
低活性
过氧化二酰基
如:BPO、过氧化十二酰(LPO)
过氧化酯类
如:过氧化特戊酸特丁酯(BPP)、过氧化苯甲酸特丁酯
Mx + ROOH
Mx OH + RO
过氧化物引发剂容易发生诱导分解,而偶氮类引发剂不 容易诱导分解。 诱导分解的结果:引发效率下降
高分子化学
第3章 自由基聚合反应
3.3-3.4
笼蔽效应(cage effect) 在溶液聚合反应中,浓度很低的引发剂分子被溶剂分子 包围,像处在笼子中一样。引发剂分解成初级自由基后,其 寿命非常短,只有10-11~10-9s,,必须及时扩散出溶剂笼子, 才能引发单体聚合。否则部分初级自由基来不及扩散就偶合 成稳定物质,使初级自由基浓度下降,致使引发效率降低。
3.3-3.4
向溶剂和链转移剂的转移反应也会使引发效率下降。 此外,引发剂、单体的种类、浓度、溶剂的种类、体系粘 度、反应方法、反应温度等都会影响引发效率。
表3-13 偶氮二异丁腈的引发效率(f)
单体 丙烯腈 苯乙烯 醋酸乙烯
f/% 约100 约80 68~82
有机化学第三章反应机理
H H H H C H H C C C H H H
>
CH3
常见碳自由基稳定性顺序:
CH2
>
CH2 CH CH2
( CH3)3 C
>
(CH3)2 CH >
CH3CH2 > CH3
(2) 产物分布 产物分布主要受两种因素影响: 反应物分子中各类氢的活泼性; 分子中各类氢的数目
三种不同氢在卤代时的相对生成速率:
1、亲核加成反应历程
决速步骤是由带负电荷或部分负电荷的试剂对碳
原子进行亲核进攻,产物结果为加成。 (1)炔烃的亲核加成
HC CH
+
CH3OH
KOH
H2C CH
OCH3
炔烃为什么可以发生亲核加成反应?
烯烃可以吗?
亲核反应历程:
CH3OH HC CH HC CH
+
KOH
+
CH3O
+
K
+
H2O
CH3O OCH3 CH3OH
ROH
CH3 CH3 C CH3 CH2
+
CH3 Br CH3
C Br C CH3
CH2Br CH2
CH3 CH3 C CH2Br
+
CH3 HBr CH3 C H CH2Br
+
Br
本反应只与HBr作用,与HCl或HI不作用。
四、亲电反应历程
1、亲电加成反应(烯烃、炔烃) (1)烯烃的亲电加成 因π键电子云受原子核的束缚较小,易极化,具 有供电性,易受到带正电荷或部分正电荷的亲电试剂 进攻,发生亲电加成反应。
=
2×3.8
=
7.6
>
CH3
常见碳自由基稳定性顺序:
CH2
>
CH2 CH CH2
( CH3)3 C
>
(CH3)2 CH >
CH3CH2 > CH3
(2) 产物分布 产物分布主要受两种因素影响: 反应物分子中各类氢的活泼性; 分子中各类氢的数目
三种不同氢在卤代时的相对生成速率:
1、亲核加成反应历程
决速步骤是由带负电荷或部分负电荷的试剂对碳
原子进行亲核进攻,产物结果为加成。 (1)炔烃的亲核加成
HC CH
+
CH3OH
KOH
H2C CH
OCH3
炔烃为什么可以发生亲核加成反应?
烯烃可以吗?
亲核反应历程:
CH3OH HC CH HC CH
+
KOH
+
CH3O
+
K
+
H2O
CH3O OCH3 CH3OH
ROH
CH3 CH3 C CH3 CH2
+
CH3 Br CH3
C Br C CH3
CH2Br CH2
CH3 CH3 C CH2Br
+
CH3 HBr CH3 C H CH2Br
+
Br
本反应只与HBr作用,与HCl或HI不作用。
四、亲电反应历程
1、亲电加成反应(烯烃、炔烃) (1)烯烃的亲电加成 因π键电子云受原子核的束缚较小,易极化,具 有供电性,易受到带正电荷或部分正电荷的亲电试剂 进攻,发生亲电加成反应。
=
2×3.8
=
7.6
第三章 第一节 第1课时 甲烷的性质(共55张PPT)
甲烷燃烧会生成一氧化碳和水,D项错误。
1.近年来,一些大城市的部分公交车改用天然气作为燃料,这样 做的主要目的是( A.加大发动机动力 )
B.降低成本
C.减少对空气的污染 D.减少二氧化碳的排放量 【解析】选C。天然气的主要成分为甲烷,燃烧比较充分,可以 减少对空气的污染。
光照 CH Cl+Cl HCl+CH2Cl2 二氯代物) 3 2 _________________________( 光照
CH HCl+CHCl3 三氯代物) 2Cl2+Cl2 _________________________( CHCl3+Cl2 HCl+CCl4 四氯代物) ________________________( 不溶 于水,除 其中,CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4都_____ 气体 外,其余三种都是液体。 CH3Cl是_____
【误区警示】
(1)甲烷的卤代反应的产物是混合物。 (2)甲烷等有机物与氯气发生取代反应时,取代的位置和个数是 难以控制的,因此制备卤代烃一般不采用取代反应。
【变式训练】(2013·临海高一检测)光照对下列反应几乎无影 响的是( A.H2与Cl2 ) B.CH4与Cl2
C.CH4与O2
D.次氯酸分解
少量白雾 c.试管中有_________; 上升 d.试管内液面_____; 有固体析出 。 e.水槽中___________ 无明显现象 。 无光照时:___________
甲烷与氯气在光照时发生反应, 化学反应方程式为 CH HCl+CH3Cl 一氯代物) 4+Cl2 _______________________( 实验 结论
提示:CH4是正四面体结构,碳原子处于正四面体的中心,四个氢
1.近年来,一些大城市的部分公交车改用天然气作为燃料,这样 做的主要目的是( A.加大发动机动力 )
B.降低成本
C.减少对空气的污染 D.减少二氧化碳的排放量 【解析】选C。天然气的主要成分为甲烷,燃烧比较充分,可以 减少对空气的污染。
光照 CH Cl+Cl HCl+CH2Cl2 二氯代物) 3 2 _________________________( 光照
CH HCl+CHCl3 三氯代物) 2Cl2+Cl2 _________________________( CHCl3+Cl2 HCl+CCl4 四氯代物) ________________________( 不溶 于水,除 其中,CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4都_____ 气体 外,其余三种都是液体。 CH3Cl是_____
【误区警示】
(1)甲烷的卤代反应的产物是混合物。 (2)甲烷等有机物与氯气发生取代反应时,取代的位置和个数是 难以控制的,因此制备卤代烃一般不采用取代反应。
【变式训练】(2013·临海高一检测)光照对下列反应几乎无影 响的是( A.H2与Cl2 ) B.CH4与Cl2
C.CH4与O2
D.次氯酸分解
少量白雾 c.试管中有_________; 上升 d.试管内液面_____; 有固体析出 。 e.水槽中___________ 无明显现象 。 无光照时:___________
甲烷与氯气在光照时发生反应, 化学反应方程式为 CH HCl+CH3Cl 一氯代物) 4+Cl2 _______________________( 实验 结论
提示:CH4是正四面体结构,碳原子处于正四面体的中心,四个氢
物理有机化学 第3章、溶剂效应
溶剂化显色物质一般是那些具有高度极化的基态和极性小得多 的激发态的化合物.可近似地认为激发态的自由能在任何溶剂 中是恒定的,而基态的自由能是随着溶剂极性的增大而大幅度 地改变,即溶剂极性越大,溶剂化作用越强,自由能越低,因 此激发所需要的能量从也将越大,即λmax向光谱的蓝端移动.
E.M.Kosower首先尝试用一个染料的电子跃迁来建立一套溶 剂极性标度.他选择碘化l-乙基-4-甲氧羰基吡啶盐.
在许多有用的经验溶剂参数中,基于溶剂化显色现象的Z值是最全 面的 .
§3.3 非质子极性溶剂
有一些溶剂具有较大的介电常数和电偶极矩, 但不含酸性氢, 不 能形成氢键. 一般称为非质子极性溶剂.
对于负离子与中性分子之间的双分子反应来说,在极性非质子 溶剂中的反应速率要比在质子溶剂中大得多.例如,
这些化合物的特殊的溶剂化性质是由于分子几何形状使它们对 正离子的溶剂化作用远远大于对负离子的溶剂化作用.
1. 必须满足Franck-Condon原理, 即电子跃迁必须发生得比核移 动快, 使成为一个非平衡的激发态, 其中溶剂围绕溶质的排 列如同基态一样; 2. 标准物吡啶盐在许多非极性溶剂中不溶解, 使用在这些非极 性溶剂中有较大溶解性的其它标准物, 可以克服这问题;
3. 在极性最大的溶剂中(基态溶剂化作用强, 自由能降低很多, λ <331nm, 相当于Z>86.4, 即需较大的能量来激发), 则在更强 的吡啶环的π→π*带不能区别出charge transfer band. 后来Dimroth又发展了一套更全面的溶剂极性标度ET, 是将吡啶 苯酚内铵盐作为标准物(Pyridinium-N-phenol betaines)
作为标准物的氯代叔丁烷几乎完全以SN1机理进行溶剂解反应, 但由于溶剂解反应是在大量过量的溶剂中进行的, 不可能以动力 学级数来判断溶剂是否有亲核行为, 因此氯代叔丁烷作为模型化 合物的合理性必须得到验验. 方法就是用其他模型化合物与氯代 叔丁烷的溶剂解速率进行比较,为此曾选择了下列桥头碳原子 的化合物.
E.M.Kosower首先尝试用一个染料的电子跃迁来建立一套溶 剂极性标度.他选择碘化l-乙基-4-甲氧羰基吡啶盐.
在许多有用的经验溶剂参数中,基于溶剂化显色现象的Z值是最全 面的 .
§3.3 非质子极性溶剂
有一些溶剂具有较大的介电常数和电偶极矩, 但不含酸性氢, 不 能形成氢键. 一般称为非质子极性溶剂.
对于负离子与中性分子之间的双分子反应来说,在极性非质子 溶剂中的反应速率要比在质子溶剂中大得多.例如,
这些化合物的特殊的溶剂化性质是由于分子几何形状使它们对 正离子的溶剂化作用远远大于对负离子的溶剂化作用.
1. 必须满足Franck-Condon原理, 即电子跃迁必须发生得比核移 动快, 使成为一个非平衡的激发态, 其中溶剂围绕溶质的排 列如同基态一样; 2. 标准物吡啶盐在许多非极性溶剂中不溶解, 使用在这些非极 性溶剂中有较大溶解性的其它标准物, 可以克服这问题;
3. 在极性最大的溶剂中(基态溶剂化作用强, 自由能降低很多, λ <331nm, 相当于Z>86.4, 即需较大的能量来激发), 则在更强 的吡啶环的π→π*带不能区别出charge transfer band. 后来Dimroth又发展了一套更全面的溶剂极性标度ET, 是将吡啶 苯酚内铵盐作为标准物(Pyridinium-N-phenol betaines)
作为标准物的氯代叔丁烷几乎完全以SN1机理进行溶剂解反应, 但由于溶剂解反应是在大量过量的溶剂中进行的, 不可能以动力 学级数来判断溶剂是否有亲核行为, 因此氯代叔丁烷作为模型化 合物的合理性必须得到验验. 方法就是用其他模型化合物与氯代 叔丁烷的溶剂解速率进行比较,为此曾选择了下列桥头碳原子 的化合物.
高中化学必修2课件全集:《第3章 有机化合物》知识点梳理
2. 乙醇的分子结构
分子式: C2H6O
HH
结构式:H C—C—O—H 乙醇分子的比例模型
HH 结构简式:CH3CH2OH
或C2H5OH
醇的官能团--羟 基写作-OH 醇属于烃的衍生物
思考:-OH 与OH- 有何区别?
官决烃能定化团的合的物衍概特殊生念性物质的的原子概或原念子 :
团称为官能团。
几种常见的官能团名称和符号
点燃
CH2=CH2+3O2 2CO2+2H2O
②与酸性KMnO4的作用: 将乙烯通入酸性KMnO4溶液中: 现象:紫色褪去
乙烯能使酸性KMnO4溶液褪色
⑵加成反应
将乙烯通入溴水中: 现象:黄色(或橙色)褪去
1, 2—二溴乙烷 (无色液体) 有机物分子中双键或三键两端的碳原子与其它 原子或原子团直接结合生成新的化合物的反应, 叫做加成反应 。
C. CH3-CH=CH3 CH2
CH2
同分异构体
化合物具有相同的分子式,但具有不同结构 式的化合物互称同分异构体。
C4H10 丁烷
CH3CH2CH2CH3
CH3CHCH3 CH3
特点
同系物
同分异构体 (化合物) 同素异形体 (单质)
同位素
同:(通式)结构相似 不同:分子式 同: 分子式 不同:结构
常见烷烃的结构式:
乙烷: H H ||
H-C-C-H || HH
丙烷:
HHH ||| H-C-C-C-H ||| H HH
丁烷: H H H H 异丁烷: H
H-C| -C| -C| -C| -H
| H--C--H
||||
H
H
HHHH
|
|
化学反应速度
依据这一反应机理推断其速率方程式, 并确定相关物种的反应级数。
1-3、反应速度理论简介 一、碰撞理论(路易斯) 以气体分子运动论为基础,主要用于气相 双分子反应。 例如:反应
O3 (g) NO(g) NO2 (g) O2 (g)
r kc( NO)c(O3 )
发生反应的两个基本前提: • 发生碰撞的分子应有足够高的能量 • 碰撞的几何方位要适当
r(N2O5 ) 2.58 105 mol L-1 s-1
1-2、反应机理(反应物转变为产物的真实过程) 一、定义:化学反应经历的过程叫做反应机理 (或反应历程)。
二、简单反应 (1)、基元反应 :一步完成的反应称为基元反应,没 有可用宏观实验方法检测到的中间产物。 (2)、简单反应 :由一个基元反应构成的化学反应称 为简单反应 三、复杂反应 (1)、由两个或两个以上基元反应构成的化学反应称 为复杂反应,可用实验检测到中间产物的存在,但它被 后面的一步或几步反应消耗掉,因而不出现在总反应方 程式中。
如:
500K NO2 g COg T NOg CO 2 g
为由下列两步组成的复合反应
①NO2 NO2 NO3 NO (慢)
②NO3 CO NO2 CO2
(快 )
中间产物NO3可被光谱检测到,但是没有从混 合物中分离出来。
(2)、定速步骤:复杂反应的速度决定于组成 该反应得各基元反应速度最慢的一步,我们把它 叫做复杂反应的定速步骤
单位: mol· L-1· s-1; mol· L-1· min-1; mol· L-1· h1
例: N2O5(CCl4)
c2 ( N 2O5 ) c1 ( N 2O5 ) V ( N 2O5 ) t2 t1
1-3、反应速度理论简介 一、碰撞理论(路易斯) 以气体分子运动论为基础,主要用于气相 双分子反应。 例如:反应
O3 (g) NO(g) NO2 (g) O2 (g)
r kc( NO)c(O3 )
发生反应的两个基本前提: • 发生碰撞的分子应有足够高的能量 • 碰撞的几何方位要适当
r(N2O5 ) 2.58 105 mol L-1 s-1
1-2、反应机理(反应物转变为产物的真实过程) 一、定义:化学反应经历的过程叫做反应机理 (或反应历程)。
二、简单反应 (1)、基元反应 :一步完成的反应称为基元反应,没 有可用宏观实验方法检测到的中间产物。 (2)、简单反应 :由一个基元反应构成的化学反应称 为简单反应 三、复杂反应 (1)、由两个或两个以上基元反应构成的化学反应称 为复杂反应,可用实验检测到中间产物的存在,但它被 后面的一步或几步反应消耗掉,因而不出现在总反应方 程式中。
如:
500K NO2 g COg T NOg CO 2 g
为由下列两步组成的复合反应
①NO2 NO2 NO3 NO (慢)
②NO3 CO NO2 CO2
(快 )
中间产物NO3可被光谱检测到,但是没有从混 合物中分离出来。
(2)、定速步骤:复杂反应的速度决定于组成 该反应得各基元反应速度最慢的一步,我们把它 叫做复杂反应的定速步骤
单位: mol· L-1· s-1; mol· L-1· min-1; mol· L-1· h1
例: N2O5(CCl4)
c2 ( N 2O5 ) c1 ( N 2O5 ) V ( N 2O5 ) t2 t1
第三章反应历程
二级同位素效应:在反应中与同位素直接相连的键不发 生变化,而是分子中其它化学键变化所观察到的效应, 其KH/KD值通常在0.7 - 1.5范围内。
第三章反应历程
例
CH4 + CD4
1:
1
Cl2
hv
CH3Cl + CD3Cl
>> 1
C-H断裂所需的活化能比C-D断裂所需的 活化能小,因此C-H的反应速率比C-D键 反应速率要大。 说明决速步骤与C-H键的断裂有关,否则 kH/kD为1:1
第三章反应历程
3. 有机反应试剂的分类
有机反应是试剂和反应物相互作用而发生的
亲核试剂:具有较大的负电密度,反应中 有 给出电子(Nu:)包括所有的阴离子、具 机 有未共享电子的物质、氨及有机碱类、所 反 有烷基金属、金属还原剂、能供给电子的 应 烯烃或芳烃 试 亲电试剂:具有较高的正电密度,易接受 剂 电子(E+)包括所有的阳离子、可以接受
第三章反应历程
例外:乙炔基正离子是线型结构,空轨道 是Sp杂化轨道;苯基正离子是平面结构, 空轨道是Sp2杂化轨道。 利用X-ray和核磁共振的研究表明,三苯 甲基正离子为螺旋浆结构,三个苯环成 54°角。
+
C
第三章反应历程
碳正离子的产生
•中性底物的异裂产生 RX R+X X可以为卤素、羟基、甚至氢原子。
未共享电子的物质、所有碳正离子、酸类、 二氯卡宾、氧化剂
第三章反应历程
4. 研究反应历程的方法
4.1 产品的分离和鉴定
Ph
Br2
Ph
MeOH
Br Ph
Br Ph
+
Ph Br
Ph OMe
• 说明烯烃和卤素分子的两个部分不是同时加成
第三章反应历程
例
CH4 + CD4
1:
1
Cl2
hv
CH3Cl + CD3Cl
>> 1
C-H断裂所需的活化能比C-D断裂所需的 活化能小,因此C-H的反应速率比C-D键 反应速率要大。 说明决速步骤与C-H键的断裂有关,否则 kH/kD为1:1
第三章反应历程
3. 有机反应试剂的分类
有机反应是试剂和反应物相互作用而发生的
亲核试剂:具有较大的负电密度,反应中 有 给出电子(Nu:)包括所有的阴离子、具 机 有未共享电子的物质、氨及有机碱类、所 反 有烷基金属、金属还原剂、能供给电子的 应 烯烃或芳烃 试 亲电试剂:具有较高的正电密度,易接受 剂 电子(E+)包括所有的阳离子、可以接受
第三章反应历程
例外:乙炔基正离子是线型结构,空轨道 是Sp杂化轨道;苯基正离子是平面结构, 空轨道是Sp2杂化轨道。 利用X-ray和核磁共振的研究表明,三苯 甲基正离子为螺旋浆结构,三个苯环成 54°角。
+
C
第三章反应历程
碳正离子的产生
•中性底物的异裂产生 RX R+X X可以为卤素、羟基、甚至氢原子。
未共享电子的物质、所有碳正离子、酸类、 二氯卡宾、氧化剂
第三章反应历程
4. 研究反应历程的方法
4.1 产品的分离和鉴定
Ph
Br2
Ph
MeOH
Br Ph
Br Ph
+
Ph Br
Ph OMe
• 说明烯烃和卤素分子的两个部分不是同时加成
有机化学 第三章 烯烃和炔烃
炔烃的加氢:
炔烃的催化加氢反应是逐步实现的。
R C C R' + H2
pd
R H
C C
R' H 2 H pd
RCH2CH2R'
选择适当的催化剂可是产物停留在烯烃阶段: 使用Lindlar催化剂、Pd/C、硼化镍(P-2)催化剂可得顺 式烯烃;在液氨中用Na、Li还原炔烃主要得到反式产物。
RC CR' + H2
H2C 乙烯 HC 乙炔
2013年8月2日7时17分
CH2
H2C
H C 丙烯
CH3
C11H22 十一(碳)烯
CH
HC
C 丙炔
CH3
C15H28 十五(碳)炔
22
2)从靠近重键端开始编号,并以构成重键的 两个碳原子中号数小的一个表示重键的位置, 将重键位号写在母体名称之前:
H2 C
H3C
C H C
H C H2 C
2013年8月2日7时17分
10
碳碳双键(C≡ C)中C的杂化轨道:
C C
C
sp 杂化
杂化 2s2
2013年8月2日7时17分
2p2
sp 杂化
2p
11
C C
2013年8月2日7时17分 12
C2H2(乙炔)分子:
H
2013年8月2日7时17分
C C
H 线型分子
13
2013年8月2日7时17分
Lindlar Cat.
R H
R' C C H
C2H5 C C H H
38
(顺式烯烃); H2
2013年8月2日7时17分
Pd/CaCO3 喹啉
有机化学 第三章化学反应速度
n(NH 3 ) 2.0mol - 0mol 1
4.0mol - 5.0mol - 1/ 2 7.0mol - 10mol - 3/ 2 2.0mol
( NH 3 )
n(N 2 )
Hale Waihona Puke .0mol (N 2 )n( H 2 )
(H 2 )
2.0mol
结论: ★对于同一反应方程式, 的值与选择何种物质 来求算无关。 ★反应式写法不同,或者说化学反应的基本单元 定义不同,反应进度也不同。 注意:
k t1 / 2 ln cO cO 2 ln 2
t1 2 0.693 k
注意: t1/2 与起始浓度C0无关。
例:反应2N2O5 (g)→4NO2(g) + O2(g)服从
速率方程式v = k c(N2O5)。设某温度时
k = l.68×10-2s-1,如在一个5.00L的容器
中放入2.50molN2O5,在该温度下反应
v = k c x(A) c y(B);
说明:x—反应物A的级数
y—反应物B的级数
总的反应级数:n = x + y
反应级数与反应分子数的比较
反应级数 速率方程 任何反应 整数或分数 不一定相等 反应分子数 反应机理 基元反应 整数(1,2,3) 相等
提出依据 使用范围 取值 与反应物系数和
基元反应与普通反应比较: 反应方程式:aA+bB→dD+eE
例: H2(g) + I2(g) = 2HI (g) H2(g) + 2I(g) = 2HI (g) 慢反应
控制速率步骤
•
一、简单反应与复合反应
有机化学第三章烯烃
2. 加卤化氢 (HX)
烯烃同卤化氢加成,得到一卤代烷。
CH2 CH2 + HX CH3CH2X
反应活性: HI > HBr > HCl
用途:用于制备一卤代烷
反应历程:(分两步进行)
C C + H X
慢
C C H
+
快
X-
C C H X
碳正离子中间体的结构
不对称烯烃的加成取向
主
次
马氏(Markovnikov)规律(经验规律): 当结构不对称烯烃与 HX加成时, H加在含H较多的双键C上, X加在含H较少的双 键C上的产物是主要产物. 这种反应称为区域选择性反应。 (注意: 有些加成反应是反马氏的。) CH3-CH=CH2 + I Cl
BrCH2
(3)
CH3
C
C
CH3 CH2 CH3
(E)- 2,3-二甲基-1-溴-2-戊烯
注意:
1. 顺、反异构体的顺反命名法与(Z)、(E) 构型的命名是没有关系的两种不同命名方法。
即: Z≠顺, E≠反
顺-3-甲基-2-戊烯
2.
C(CH3)3 C CH2Cl
只要其中一个原子优先,则整个基团优先。
C C
H2 Ni
C
C
催化加氢时,H原子总是从双键的同一侧加成上去,称为 顺式加成。 催化加氢反应是放热反应。每摩尔不饱和化合物氢化时放 出的热量称为氢化热。 氢化热的大小反映了烯烃的稳定性,氢化热越小表示分子越 稳定。
一些烯烃的氢化热
烯烃的稳定性特点:A. 同双键所连的烷基越多,分子越稳定。 B. 反式烯烃比顺式烯烃稳定。(空间位阻)
CH3CH2CH2CH2Br
有机化学第三章烯烃
CC
+ A-B
CC
AB
象这样的反应叫加成反应。其它的还有聚合反 应、氧化反应等。这些反应都发生在双键上。
一、催化加氢
烯烃在铂、钯或镍等金属催化剂存在下,可以与氢加成而生 成烷烃。
H2
CC
CC
Ni
?催化加氢时,H原子总是从双键的同一侧加成上去,称为 顺式加成。
?催化加氢反应是放热反应。每摩尔不饱和化合物氢化时放 出的热量称为氢化热。
官能团位置异构 (如:辛醇/仲
同分异构 isomerism
辛醇)
构型异构 configurational 立体异构
顺反 ,Z 、E 异构 对映,非对映异构
Stereo- 构象异构
conformational
(2)烯烃的顺反异构(立体异构)
CH3 C
H
CH3 C
H
CH3 C
H
H C
CH3
由于烯沸顺烃点2分-3子丁.7℃烯中的原子或基团在沸反空点2间-0的丁.9℃烯排布方式不 同而产生的同分异构现象,称为顺反异构,也称几何异 构。
I > Br > Cl > O > N > C > D > H
CH3
CH(CH3)2
CC
CH3CH2 3 4 CH2CH2CH3
12
5 67
(E)–3–甲基–4–异丙基–3–庚烯
BrCH 2 C CH 3
CH 3 C
CH 2CH 3
(E)- 2,3-二甲基-1-溴-2-戊烯 反-2,3-二甲基-1-溴-2-戊烯
(3)π 键不能自 由转动
π键电子云呈平面 对称,重叠小,键 能因此较σ 键小。
2.烯烃的异构
有机化学反应机理
3.催化作用:
机理应与催化剂的作用相符,如在酸催化 下烯烃加水,反应过程与质子的作用相符, 即有正碳离子产生,而不会有负碳离子.
4.同位素标记:利用放射性同位素 可以确定反应过程中原子的去向,如反应:
表明反应中生成苯炔中间体
5.立体化学:根据化合物的构型变化可以推 断反应物变化的方式,键的形成和断裂方 向等,如反应:
控制
有机反应沿着不同的进程必然得到不同的产物, 若产物量取决于反应速率者称为动力学控制或 速率控制;若产物是根据热力学平衡得到者则 称为热力学控制或平衡控制。【在有机化学反 应中,绝大多数是受动力学控制的】
对于两个相互竞争的不可逆反应,主要是动力 学控制的产物。如丙烯与溴化氢加成时,2-溴 丙烷是主要产物。 能量较低。
例如:以B(CH3)3作为参考酸,(C2H5)
3N的碱性小于(C2H5)2NH;由于叔丁基的 位阻作用,使得邻叔丁苯甲酸酸性大于间叔丁苯 甲酸
4.有机酸碱的规律性在有机化学中除了 广泛用于正确选择酸碱试剂或酸碱催 化剂外,更普遍的用于有机化合物的 分析鉴定、分离提纯以及合理解释有 关的客观现象等方面,它们的基本原 理主要是以下三点:
对于两个相互竞争的可逆反应,在平衡建
立前,产物仍为动力学控制,达到平衡时, 能量较低,稳定性较大的产物量较多,即 为热力学控制。例如1,3-丁二烯与氯化氢 加成,1,2-加成产物是动力学控制产物, 1,4-加成产物是热力学加成产物。
此类反应可通过控制反应条件(如温度,时 间,溶剂等)实现。
3.4 取代基效应与线形自
得到的产物为反式,表明溴的加成是分步 进行,而且两个溴原子是从双键的两侧加 上去的。
6.化学热力学方法:通过研究化学反应是放 热还是吸热,⊿H、⊿S的增减,以及自由能 ⊿G的变化求得相关机理方面的许多信息, 有机化学中用以下公示计算焓变:
有机化学-烯烃的反应
⑦对R1CH=CHR2型烯,“X-总和加到靠近链端的双键C原子上”。
通式表示: (烯烃亲电加成反应有两种历程)
第六节 烯烃的亲电加成反应历程和马氏规则
第六节 烯烃的亲电加成反应历程和马氏规则
二、马尔科夫尼科夫规则的解释和碳正离子稳定性: 1、诱导效应解释 例: 以丙烯为例: 甲基碳原子:SP³杂化,双键碳原子:SP²杂化; SP³电负性 < SP²杂化态,故甲基表现为向双键供电子。
通过实验发现是二步完成的。否则就不会发生上面反应;且溴是在第一步先加,氯后加。 如果溶液中还有其它阴离子,反应产物中也会出现。
第六节 烯烃的亲电加成反应历程和马氏规则
烯烃与溴的亲电加成反应历程可能为:
烯烃与各种酸的加成反应历程:
第六节 烯烃的亲电加成反应历程和马氏规则
关于这个历程要搞清楚下面几个问题:
当有过氧化物(H2O2,ROOR)存在时,不对称烯烃与氢溴酸加成的反应取向刚好是反马氏规则的。
此反应不是亲电加成反应而是自由基加成反应.
二、自由基加成反应
01
反应机理:
02
链引发:
二、自由基加成反应
二、自由基加成反应
链增长:
注意:不对称烯烃与氢溴酸加成的反应取向刚好是反马氏规则的。但对HCl,HI加成反应的取向没有影响。为什么?
例题:
1
原烯烃的结构为:
2
四、氧化反应
四、氧化反应
(1)常用还原剂:
2、臭氧化反应:
还原水解产物
应用 因为臭氧化还原水解是定量进行,且选择性强,故常用来推断烯烃的结构。
推断其构造式:
四、氧化反应
四、氧化反应
催化氧化
烯烃在一定的条件下л键断裂,分子间一个接一个地互相加合,成为相对分子质量巨大的高分子化合物.
通式表示: (烯烃亲电加成反应有两种历程)
第六节 烯烃的亲电加成反应历程和马氏规则
第六节 烯烃的亲电加成反应历程和马氏规则
二、马尔科夫尼科夫规则的解释和碳正离子稳定性: 1、诱导效应解释 例: 以丙烯为例: 甲基碳原子:SP³杂化,双键碳原子:SP²杂化; SP³电负性 < SP²杂化态,故甲基表现为向双键供电子。
通过实验发现是二步完成的。否则就不会发生上面反应;且溴是在第一步先加,氯后加。 如果溶液中还有其它阴离子,反应产物中也会出现。
第六节 烯烃的亲电加成反应历程和马氏规则
烯烃与溴的亲电加成反应历程可能为:
烯烃与各种酸的加成反应历程:
第六节 烯烃的亲电加成反应历程和马氏规则
关于这个历程要搞清楚下面几个问题:
当有过氧化物(H2O2,ROOR)存在时,不对称烯烃与氢溴酸加成的反应取向刚好是反马氏规则的。
此反应不是亲电加成反应而是自由基加成反应.
二、自由基加成反应
01
反应机理:
02
链引发:
二、自由基加成反应
二、自由基加成反应
链增长:
注意:不对称烯烃与氢溴酸加成的反应取向刚好是反马氏规则的。但对HCl,HI加成反应的取向没有影响。为什么?
例题:
1
原烯烃的结构为:
2
四、氧化反应
四、氧化反应
(1)常用还原剂:
2、臭氧化反应:
还原水解产物
应用 因为臭氧化还原水解是定量进行,且选择性强,故常用来推断烯烃的结构。
推断其构造式:
四、氧化反应
四、氧化反应
催化氧化
烯烃在一定的条件下л键断裂,分子间一个接一个地互相加合,成为相对分子质量巨大的高分子化合物.
有机化学:第三章 烯烃 二烯烃2
氢化热与不饱和烃的稳定性相关: 氢化热越高,不饱和烃所含 内能越高 ,其稳定性
则越低.
( 用于 比较不饱和烃的稳定性)
烯烃
氢化热 / kJ· mol-1
CH2 CH2
137.2
CH3CH CH2
125.9
CH3CH2CH CH2 (CH3)2C CH2
126.8 118.8
(CH3)2C CHCH3 (CH3)2C C(CH3)2 顺- CH3CH CHCH3 反- CH3CH CHCH3
应用:工业上制备醇;
利用此反应除去烷烃中的烯烃
(4) 与次卤酸加成
OH
C C + X2 + H2O
C C + HX
HOX(常用卤素与水的混合物代替)X
烯烃在水溶液同卤素的加成,生成邻-
卤代醇(β-卤代醇)。
反应特点:遵循马氏规则
(5) 与水加成
烯烃与水反应:
硫酸、磷酸等强酸存在下,烯烃可与水加成生成醇。
反应特点 :
不同的不饱和烃反应 速率不相同: 参加亲电加成反应的不饱和键上电子云密度越大,
越容易发生亲电加成反应
H2C CHCOOH < H2C CHBr < H2C CH2 < CH3CH CH2 < (CH3)2C CH2 < (CH3)2C CHCH3 < (CH3)2C C(CH3)2
∵ 烷基具有供电子作用,增加了双键上的电子云密 度,利于亲
∴X-可从与碳正离子直接相连的三个共价键组 成的平面 的两边进攻;
卤负离子与碳正离子结合的示意图
反应特点:
反应物不饱和烃的速率: 重键碳上 连接供电基时,反应速率增加; 连接吸电基时,反应速率减慢。 (同与卤素反应)
则越低.
( 用于 比较不饱和烃的稳定性)
烯烃
氢化热 / kJ· mol-1
CH2 CH2
137.2
CH3CH CH2
125.9
CH3CH2CH CH2 (CH3)2C CH2
126.8 118.8
(CH3)2C CHCH3 (CH3)2C C(CH3)2 顺- CH3CH CHCH3 反- CH3CH CHCH3
应用:工业上制备醇;
利用此反应除去烷烃中的烯烃
(4) 与次卤酸加成
OH
C C + X2 + H2O
C C + HX
HOX(常用卤素与水的混合物代替)X
烯烃在水溶液同卤素的加成,生成邻-
卤代醇(β-卤代醇)。
反应特点:遵循马氏规则
(5) 与水加成
烯烃与水反应:
硫酸、磷酸等强酸存在下,烯烃可与水加成生成醇。
反应特点 :
不同的不饱和烃反应 速率不相同: 参加亲电加成反应的不饱和键上电子云密度越大,
越容易发生亲电加成反应
H2C CHCOOH < H2C CHBr < H2C CH2 < CH3CH CH2 < (CH3)2C CH2 < (CH3)2C CHCH3 < (CH3)2C C(CH3)2
∵ 烷基具有供电子作用,增加了双键上的电子云密 度,利于亲
∴X-可从与碳正离子直接相连的三个共价键组 成的平面 的两边进攻;
卤负离子与碳正离子结合的示意图
反应特点:
反应物不饱和烃的速率: 重键碳上 连接供电基时,反应速率增加; 连接吸电基时,反应速率减慢。 (同与卤素反应)
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则:
G T G T 2.30RT lg Q
= -2.30 RT lg K +2.30 RT lgQ
G T 2.30RT lg
在非标态、指定温度下 Q/K < 1 Q/K > 1 Q/K = 1
Q K
GT < 0 GT > 0 GT = 0
正向自发 正向非自发 处于平衡
3
2009/10/28
3)书写平衡常数时应注意的事项:
(1)反应方程式的书写不同,平衡常数值不同。 如:273 k 时,反应 N2O4(g) = 2NO2(g) 的平衡常数 K c 反应 反应
= 0.36, 则
Kc Kc
2NO2(g) = N2O4(g) NO2(g) = 0.5 N2O4(g)
Kp
7
2009/10/28
例2 由MnO2(s)和HCl 制备Cl2(g)的反应的 G f (kJ/mol) 为:
MnO2(s) + 4H+(aq) + 2Cl-(aq) = Mn2+ (aq) + Cl2(g) + 2H2O(l) -465.2 0 -131.3 -228.0 0 -237.2
[PNH 3 ]2 [PH 2 ] [PN 2 ]
3
1.56 10 15 ( Pa 2 )
Kp
[PH 2 / P ]3 [PN 2 / P ]
[PNH 3 / P ]2
= 1.56 × 105
P = 1.00 × 105 Pa = 1 bar
标准平衡常数无量纲,数值上与实验平衡常数往往不同。
(1.0 / 1.0) (100 / 100)
4 2
3.35 10 7
8
2009/10/28
能否用标态下的数据来判断非标态下的反应? (即用 G T 来代替 GT) 根据实践经验,一般认为:
① ②
G T ≤ - 40 kJ/mol G T ≥ +40 kJ/mol
反应非自发
(kJ/mol) 例2 下列反应的 G f
为: + 2Cl-(aq) = Mn2+ (aq) + Cl2(g) + 2H2O(l) 0 -237.2
MnO2(s) +
4H+(aq)
-465.2 0 -131.3 -228.0 问: ① 标态下、298 K 时,反应能否自发? 应能否自发?
1
2009/10/28
平衡态的特点 反应达到平衡状态时,反应物和生成物的 浓度不再随时间而变化,这时各物质的浓度或 分压称平衡浓度或平衡分压。 反应物和生成物平衡浓度或平衡分压之间 的定量关系用平衡常数表示。 • 可逆反应,动态平衡(G = 0) 正向反应速率 = 逆向反应速率 • 平衡常数以及平衡的移动
Kp
( PN 2 / P )( PH 2 / P ) 3 [PN 2 / P ][PH 2 / P ]3 [PNH 3 / P ]2
( PNH 3 / P ) 2
6
2009/10/28
当 GT = 0 时,体系处于平衡状态, 有
G T 2.30RT lg K
K ≥ 10+7 K ≤ 10–7 10–7 < K < 10+7
反应自发、完全 反应不可能 可通过改变条件 来促进反应进行
③ -40 40
< G T < +40
例3 某反应 A(s) = B(g) + C(s) 的 G 298 = 40.0 kJ/mol (1) 计算该反应在298 K 下的 K p (2) 当B 的分压降为1.00 × 10-3 kPa 时,正向反 应能否自发进行? 解: (1)
注:( )中的为起始浓度;[ ]中的为平衡浓度。
• 在一定温度下,Kc 为常数 • 测定平衡时各组分的浓度(或分压),通过平衡 常数表达式,可求出K.
2)标准平衡常数(K):
如:
N2(g) + 3 H2(g) = 2NH3(g) 平衡压力: 4.17 12.52 3.57 (106 kPa)
Kp
二、平衡常数
1、 平衡常数(K) 1)实验平衡常数 可逆反应:aA + bB = cC + dD 若均为气体 且在温度为 T (K) 时达到平衡: 若均为气体,且在温度为 时达到平衡 [PC ]c [PD ]d Kp [PA ]a [PB ]b 若在溶液中,平衡时的浓度分别为[ [A] ],
② 若用12.0 若用12 0 mol/dm3 的HCl,其它物质仍为标态,298 K 时反
解: ② Q
(Mn 2 ) / C PCl / P 4 2 (H ) / C (Cl ) / C
2
(12.0 / 1.0) (12.0 / 1.0) 根据: G T G T 2.30RT lg Q G = 25.4 + 2.30×8.31×10-3 ×298 ×(-6.47) = - 11.5 (kJ/mol) < 0 反应自发 一些反应在标态下不能进行,但在非标态下可以进行
5
2009/10/28
解: 673 K时,
G T H 298 TS 298 H 298 2 H f , ( NH 3 ) 2 ( 46.1) 92.2(kJ / mol )
S 298 2 S , ( NH 3 ) S , ( N 2 ) 3 S , ( H 2 )
2009/10/28
第三章 化学反应的限度
一、化学平衡及其特点 二、平衡常数 衡常数K 1 平衡常数 1)实验平衡常数 2)标准平衡常数 3)书写平衡常数时要注意的事项 2 平衡常数与Gibbs自由能变 1)用热力学数据求算K 2)Q的引入 3)化学反应方向的判断 4)化学反应限度的判断 3 多重平衡 三、化学平衡的移动 1 浓度对化学平衡的影响 2 压力对化学平衡的影响 3 温度对化学平衡的影响
G 298 可查表得到。
G T 可由 G T H 298 TS 298 公式计算。
例
分别计算在 298K 和 673K 时
N2(g) + 3 H2(g) = 2 NH3(g)
反应的平衡常数。 解: 298K时,
θ θ θ ΔGθ 298 2ΔG f(NH 3 (g)) ΔG f(N 2 (g)) 3ΔG f( H 2 (g))
例1 2000 °C 时,下列反应的 K p = 9.8 × 10-2
N2(g) + O2(g) = 2NO(g) 判断在下列条件下反应进行的方向:
PN 2 (kPa) ① 82.1 ② 5.1 ③ 2.0×103
① 解:
Qp
PO 2
82.1 5.1 5.1×103
( PNO / P ) 2
问 问: ① 标态下、298 标态 K 时,反应能否自发? 时 反应能否自发 ② 若用12.0 mol/dm3 的HCl,其它物质仍为标态,298 K时,反应能否自发? 解:①
rG m if Gm (生成物) if Gm (反应物)
[ 228 0 + 2 (-237.2)] ( 237 2)] G 298 = [-228.0 - [(-4465.2) + 2 (-131.3)] = 25.4 (kJ/mol) > 0
[C]c [D]d Kc [ A]a [B]b
Kc 为浓度平衡常数 其中,[PA] 等为平衡分压,Kp 为压力平衡常数
Kp、Kc 可由实验测定,称之为实验平衡常数
2
2009/10/28
例:
H2(g) + I2(g) = 2 HI(g)
实 起始浓度 平衡浓度 3 3 3 3 [HI ]2 验 (10 mol/dm ) (10 mol/dm ) Kc 编 [ H 2 ] [I 2 ] (H2) (I2) (HI) [H2] [I2] [HI] 号 1 10.677 11.695 0 1.831 3.129 17.67 54.5 2 11.354 9.044 0 3.560 1.250 15.59 54.6 3 11.357 7.510 0 4.565 0.738 13.54 54.5 4 0 0 4.489 0.479 0.479 3.531 54.4 5 0 0 10.692 1.141 1.141 8.410 54.3
= 2 ×192.51-191.49-3×130.6 = - 198.3 (J·mol-1 ·K-1)
G J / mol ) 673 92.2 673 ( 198.3) 41.3(kJ
G 673 41.3 10 3 3.211 2.30RT 2.30 8.31 673 Kp 6.15 10 4 lg K p
PNO
1.00 1.6 4.1×103
( PN 2 / P )( PO 2 / P )
= (0.0100)2/(0.821)(0.821) = 1.48 × 10-4
Qp K p = (1.48 × 10-4)/ 9.8 × 10-2 < 1
正向自发
② ③
Qp Qp = 9.8 × 10-2 =1 平衡 Qp = 1.6 Qp K p = 1.6/ 9.8 × 10-2 > 1 正向非自发
2 ( 16.5) 0 0 33.0(kJ/mo l)
G 298 2.30 RT lg K p
G 33 10 3 298 5.786 2.30RT 2.30 8.31 298 Kp 6.11 10 5
lg K p