有机化学第四章炔烃和二烯烃教案.doc

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KmnO4/ H+
R—C≡C—R/R—COOH + R/—COOH
用KmnO4氧化,反应后高锰酸钾溶液的颜色退去,用来鉴别炔烃。根据氧化产物的不同,用来推断炔烃的结构。
—C≡C—比C==C难于加成,也难于氧化,氧化速率比烯烃的慢。化合物中,双键和叁键同时存在时,氧化首先发生在双键上。
Cr O3
HC≡C(CH2)7CH==C(CH3)2
HC≡C(CH2)7CHO + CH3COCH3
炔烃也能被臭氧氧化,可发生
C≡C键的来自百度文库裂,生成两分子的羧酸。
O3/CCl4
O
H2O2
R—C≡C—R/
R—C——C—R/
R—C——C—R/
O
O
OO
/
RCOOH + R COOH
由分析生成的羧酸的结构,可推知原炔烃的结构。
第十次课(第19~20学时)
4、炔化物的生成
叁键上所连的氢具有微弱的酸性,可以被金属取代,生成炔化物。
如:乙炔与银氨溶液反应,析出白色的乙炔银沉淀。
HC≡CH + AgNO3+ NH3Ag—C≡C—Ag↓+ NH4NO3乙炔与铜氨溶液反应,生成棕红色的乙炔亚铜沉淀。
HC≡CH + CuCl
+ NH3

≡ —

4
Cl
2
Cu C
C Cu
+ NH
生成炔化物的反应现象很明显,而
——C————C——
乙炔,所有的原子都在一条直线上。由于碳原子发生SP杂化,杂化轨道中S成分较
多,电负性相应较大,对电子的吸引能力较强,使两个碳原子相互靠近,—C≡C—键长0.12nm,比C==C双键键长短。
—C≡C—的键能为835 kg/mol,比C==C双键的键能610 kg/mol大。
乙炔分子也可用球棒模型表示。
C==C
Br
CH3
Br
CH3
C H
5
H
C H
5
C H
5
2
2
2
C2H5C≡CC2H5+ HCl
C==C
+
C==C
Cl
C2H5
Cl
H
99%
1%
不对称炔烃与亲电试剂的加成,先得到一卤代烯,而后得二卤代烷,产物是符合马氏规则的。
HX
HX
X
R—C≡CH
R—C==CH2
R—C—CH3
X
X
炔烃与亲电试剂的加成比烯烃的难进行,一般要光照或催化剂催化下才能进行。
R—C≡C—R型的炔烃不发生炔化物的
反应。用此反应来鉴定乙炔和
R—C≡CH型的炔烃。
干燥的炔银或炔化亚铜在受热或受震动时,易发生爆炸,生成金属和碳;


C

Ag
2
C + 2Ag
+ 364 kj/mol
Ag C
对实验中生成的金属炔化物,可因浓盐酸将其分解,以免发生危险。
Ag—C≡C—Ag + HCl
HC≡CH + 2AgCl
第四章炔烃和二烯烃
教学要点:
1、主要介绍了炔烃的结构特征、异构和命名、炔烃的物理性质、化学性质、炔烃的制备方法。
2、介绍了二烯烃的分类及命名、二烯烃的结构、共轭二烯烃的反应。
3、介绍了共轭效应、π-π共轭、p-π共轭, σ-π超共轭的作用。
本章重点:
炔烃的结构、命名、炔烃的化学反应、炔烃的制法。共轭效应、共轭作用及其对反应的影响;共轭二烯烃结构及反应特征。
P83表4—2杂化态不同的碳原子的电负性
5、还原
〈1〉催化氢化:
在催化剂的存在下,炔烃与H2反应;
H2/催化剂
H2/
催化剂
R—C≡CH
R—CH==CH2
R—CH2—CH3
采用选择一定的催化剂,部分催化可以控制产物烯烃的构型。
常用林德拉(Lindlar)催化剂(简称Lindlar—Pd),Lindlar催化剂是在Pd—CaCO3催化剂中加入抑制剂醋酸铅和喹啉使之部分毒化从而降低催化活性。
(CH3)2C==O
OH
HgSO4/H2SO4CH3
C6H5—C≡CH + H2OC6H5—C==O91%
3、氧化
炔烃受氧化剂时,—C≡C—断裂,生成羧酸、CO2等。
不同结构的炔烃氧化后,产物不同。
KmnO4/ H+
HC≡CH2CO2
KmnO4/ H+
R—C≡CH2R—COOH
KmnO4/ H+
R—C≡C—R2R—COOH
炔烃经Lindlar催化剂催化还原是合成顺式烯烃的一条较好的途径。
〈2〉用钠、锂还原
在液氨中,用钠或锂还原炔烃,主要得到反式烯烃;
Na + NH3液
)
3
7
H
3
(
n—C H
H
7—C≡C—C3 7
C==C
n-C
H -n
H
3 7—n
C H
(E)—4—辛烯97%
采用不同的还原方式,炔烃可被还原成顺式或反式。
二、炔烃的命名
三、炔烃的物理性质
四、炔烃的化学性质
五、乙炔
六、炔烃的制备
一、炔烃的结构
以乙炔为例:H—C≡C—H
C:发生SP杂化,有二个SP杂化轨道,一个与碳形成C—Cσ键,另一个与氢形
成C—Hσ键。剩余的二个未参与杂化的P轨道,相互侧面重叠,形成二个π键。C≡C叁键是由一个σ键,二个相互垂直的 π键组成。
二乙烯基乙炔 (1,5—已二烯—3—炔)
3HC≡CH
500℃
苯 (产量低、副反应多)
C H
6
6
四聚:
Ni(CN)280~120℃/1.5 MPa
4 HC≡CH
C8 8环辛四烯
H
乙炔或其一元取代物可与具有—OH、—SH、—NH2、=NH(亚氨基)、—CONH2、—COOH等基团的化合物发生加成反应。生成带有双键的乙烯基产物。
②—C≡C—中碳发生SP杂化,S轨道成分越大、 键长就越短,键的离解能就越大。
③—C≡C—具有较高的对称性。
2、水化
炔烃与水反应,先生成一个很不稳定的烯醇式中间体。
H2O / H+
OH
R—C≡CH
R—C==CH2
烯醇
羟基直接与碳碳双键相连的结构称为烯醇式结构。
烯醇式结构很不稳定,会很快的转变为稳定的羰基化合物,即酮式结构
X
C H
C≡CCH
3
2
5
3
2
5
为什么乙炔的氢原子比乙烯和乙烷的氢原子都活泼呢?
这是因为叁键碳原子是发生的SP杂化,形成的炔氢键是SP—Sσ键,而乙烯和乙烷形成的C—H键分别是SP2—S、SP3—Sσ键。由于SP杂化碳原子的电负性大于SP2
和SP3杂化碳原子,使炔键碳原子对叁键的π电子云的吸引作用力加大,进而减小了对炔氢的吸引能力,使炔氢容易异裂离解出氢质子,显酸性,易为金属取代。
碱150~180℃/压力
HC≡CH + C
H OH
H
C==CH—OC H
5
2
5
2
2
乙烯基乙醚
六、炔烃的制备
1、由二元卤代烷脱卤化氢
二元卤代烷有两种形式:
X
X
X
—CH—CH—
—CH2—C—
邻二卤代烷
X
偕二卤代烷
XX
KOH/醇
X
NaNH2
—CH—CH—
—C==CH—
—C≡C—
乙烯基卤
Br2
BrBr
KOH/醇
Br
如:CH3—CH==CH2
CH3—CH—CH2
CH3—CH==CH2
丙烯
NaNH2
CH3—C≡CH(丙炔)
偕二卤代烷可以从酮来制取:
O
PCl5/吡啶/苯
Cl
R—C—CH2—RR—C—CH2—R/R—C≡C—R/
如,乙炔与HCl反应,在氯化汞盐的催化下,能较快的进行。
HgCl2/C 120-180℃
HC≡CH + HC l
H2C==CH—Cl氯乙烯
烯炔在加卤素时,首先加在双键上。
CH2—CH—CH2—C≡CH
2
2—C≡CH + B r
CH ==CH—CH
2
BrBr
为什么炔烃的亲电加成要比烯烃难一些?
①—C≡C—的 π电子比C==C双键的π电子难以极化。
—C==C—OH—C—C==O
烯醇式结构酮式结构
烯醇式结构转变为酮式结构的这种异构现象称为酮、醇互变异构,或简称为互变异构。
乙炔与水的反应:
2+
H
H2SO4,Hg /~100℃
HC≡CH + H2O
H2C==C—OH
CH3CHO
2+
乙烯醇
乙醛
24
H SO
,Hg
CH3—C≡CH + H2O
CH3—C==CH2
Cu—C≡C—Cu + HCl
2Cl2
HC≡CH + Cu
乙炔或R—C≡C—H型的炔烃在液氨中与氨基钠发生反应,生成炔化钠。
HC≡CH + NaNH2
NH3/液
HC≡CNa + NH3
RC≡C—H + NaNH2
NH3/液
RC≡CNa + NH3
炔化钠与卤代烃作用,用来合成炔烃的同系衍生物。
C
H C≡CNa + CH
Lindlar催化剂不仅可以实现部分氢化,还可以控制产物的构型。炔烃经Lindlar催化剂催化还原,可得到顺式烯烃。
Lindlar催化剂
C6 5
C
6
H
5
C6H5—C≡C—C6H5+ H2
H
C==C
H
H
顺二苯基乙烯
C6H5—C≡C—C6H5+ H2
Pd /C(未毒化)C6H5—CH2—CH2—C6H5
(二甲基乙炔)
2
(CH3)2CH—C≡CH

3—甲基—1—丁炔(异丙基乙炔)
(CH3)3—
C
≡ —
CH
3)2
, , —三甲基— —已炔
C
C CH
2 2 5
3
二甲基乙炔
,异丙基乙炔这一炔烃的命名方式对于在—
C≡C—两端连有简单烷基
时是比较适用的,它是以乙炔作为母体命名的。
对于在分子中同时含有—C≡C—和C==C的分子的化合物称为烯炔。
二、炔烃的命名
炔烃的命名,同烯烃的命名情况相似,只是将原来写的“某烯”改写为“某炔”。
1、选取含有叁键的最长碳链作为主链。
2、从靠近叁键的一端进行编号。
3、写出炔烃的名称。
当有多条可供选择的主链时,应选择含取代基多的作为主链。
在保证叁键编号较小的同时,应使取代基编号较小。
CH
3—C≡C—CH3
—丁炔
乙炔易爆炸,易燃烧。氧炔焰的温度可达3000℃ 。
乙炔能起聚合反应,一般不聚合成高聚物,在不同的催化剂作用下发生二聚、三聚、四聚等低聚作用。
二聚:
Cu2Cl2+ NH4Cl / H+
HC≡CH + HC≡CH
HC≡C—CH==CH2
乙烯基乙炔(1—丁烯—3—炔)
三聚:
3HC≡CH
HC==CH—C≡C—CH==CH
炔烃:含有—C≡C—的不饱和烃类化合物称为炔烃。
二烯烃:含有二个C==C双键的不饱和烃类化合物。
炔烃、二烯烃比烷烃少四个H,比单烯烃少二个H。通式:CnH2n- 2含同数碳原子的炔烃和二烯烃是同分异构体,是官能团异构。
炔烃和二烯烃在性质及结构上都是不相同的,是两类不同的链烃。
第一节炔烃
一、炔烃的结构
R—C≡C—R
R
Na+ NH
H
3
R
H2
/ Lindlar R
催化剂
C==C
C==C
H
R
H
H
E
Z
五、乙炔
1、制法:
工业上,主要有两种生产方法;
〈1〉电石法:
2500℃
3C + CaO
CaC2+ CO↑
CaC2+ H2O
H—C≡C—H + Ca(OH)2
纯乙炔应是无色、无臭的气体,但由电石制备的乙炔,因含有硫化钙和磷化钙,与水反应产生H2S、PH3等,使产生的乙炔带有难闻的臭味。
四、炔烃的化学性质
炔烃分子中的官能团是—C≡C—,由于有二个 π键能发生和烯烃相似的反应。但—C≡C—与C==C在结构上有所不同,所以在化学反应上也有所不同。
炔烃能发生加成、氧化、聚合等反应。
1、亲电加成
炔烃与卤素和卤化氢能起亲电加成。是反式加成。
Br
C6H5
Br
C6H5—C≡CCH3+ Br2
C6H5—C==C
应命名为:3—戊烯—1—炔
而不采用2—戊烯—4—炔
对于炔烃,存在着碳干异构和位置异构。
CH
CH CH CH
C≡CH
1—已炔
3
2
2
2
CH3CH2CH2C≡CCH3
2—已炔
CH3CH2C≡CCH2CH3
3—已炔
CH3
CH3CH2—CH—C≡CH
3—甲基—1—戊炔
(CH3)2CHCH2C≡CH
4—甲基—1—戊炔
(CH3)2CH—C≡C—CH3
4—甲基—2—戊炔
(CH
3)3
3,3—二甲基—1—丁炔
C—C≡CH
三、炔烃的物理性质
炔烃的物理性质,也是随着相对分子质量的增加而有规律的变化。炔烃的沸点比对应的烯烃高,相对密度比对应的烯烃稍大,在水里的溶解读也比烷烃和烯烃大些。
P80图4—6
直链烃类的沸点
表4—1
炔烃的物理常数
〈2〉由烃类裂解:
以天然气为原料,裂解制造乙炔。
从轻油和重油裂解通过适当的条件可以同时得到乙炔和乙烯。
2、性质:
乙炔是无色、无臭的气体。可溶于水,在丙酮中的溶解度更大。
在常压下一体积的丙酮能溶解20体积的乙炔, 在1.2 Mpa下则能溶解300体积的乙炔。所以,为了运输和使用的方便,通常把乙炔在1.2 Mpa下压入盛满丙酮浸润饱和的多孔性物质(如硅藻土,软木屑或石面)的钢筒中。
在命名时;1、选取含双键和叁键的最长的碳链为主链。2、编号时,通常使双键的位次具有最小的位次。3、命名时称为“某烯炔”。
CH==CH—CH—C≡CH1—戊烯—4—炔
CH2==CH—CH==CH—C≡CH1,3—已二烯—5—炔
如果在编号时,出现两种情况,其中一种编号较高时,则宜采取最低的一种。
CH3—CH==CH—C≡CH
本章难点:
炔烃的化学反应、共轭效应。
考核要求:
识记:炔烃的命名,sp杂化与炔烃的结构。
领会: 共轭二烯烃结构。
综合分析:共轭作用及其对反应的影响。
应用:共轭二烯烃反应。
熟练应用:炔烃的化学反应、炔烃的制法。
教学时数:6学时
教学内容:
第一节
炔烃
第二节
二烯烃
第三节
共轭效应
第四节
速度控制与平衡控制
第九次课(第17~18学时)
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