有机无机化学化工热力学教学课件第03烯烃

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X=Cl, Br 实际上所用的HO-X是X2+H2O。因此,产物中既有与HOX的加成产物,又有与X2加成的产物。
CC
HOX
CC OH X
不对称烯烃与HOX加成时,-X加成到含氢较多的碳上。
广义Markovnidov规则:带正电荷部分加成到含氢较多的
碳上。
31
3.6.3 游离基加成—过氧化物效应
光或过氧化物 CH3CH CH2 + HBr
X2 CC
X
CC
XX
本机理 与教材
X
X
-X CC
X
X
中的机 理是不
X 同的,
此反应的重要用途:
目前在
1. 产物邻二卤代烃是合成炔烃或共轭二烯烃的前体;
争论中。 2. Br2-H2O或Br2-CCl4鉴定烯烃的存在;但不能区分究竟是烯烃还是炔烃。所以,鉴
定往往不能仅靠一个试剂。
30
(5)与次卤酸(HO-X)的加成
H H
H
BH
H
协同反应:四元环过渡态
CH3CH H
CH2 H
BH
产物
此反应不是亲电加成,而是一个协同反应,加成方向由空间因 素决定。
从结果上看是一个反马氏加成。
34
硼氢化产物的氧化:
(CH3CH2CH2)3B 30%H2O2 + NaOH CH3CH2CH2OH
机 理 : (CH3CH2CH2)3B 30%H2O2 (CH3CH2CH2O)3B
16
假 设 a > a', b > b'
a C
'a
b C
b'
Z型
同碳上下比较
a C
'a
b' C
b
E型
Z-“小”的取代基(a和 b)在双键的同侧; E- “小”的取代基(a和 b)在双键的不同侧。 a,a’,b,b’为次序,由次序规则定。
注意:顺、反与Z、E没有任何对应关系。
17
3.4 烯烃的来源和制法 3.4.1 烯烃的工业来源和制法
H2SO4
170oC
CH2 CHCH2CH2CH3 + CH3CH CHCH2CH3 主要产物
18
3.4.2 烯烃的实验室制法(续)
(2) 卤 代 烃 脱 卤 化 氢
KOH
CH3CHCH2CH3 醇
CH2 CHCH2CH3 + CH3CH CHCH3
X
Br
(3) 邻 二 卤 代 烃 脱 卤 素
CH3CH CHCH3 + Zn(粉) Br Br
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硼氢化的产物可不必分离直接进行氧化反应,方便、高效。
36
3.6.5 氧化反应 以后各章不再讲解完全氧化。但应知道完全氧化的基本知
CH3
(5) CH3CH CH CH2 3-甲 基 -1-丁 烯 , 或 3-甲 基 丁 烯
CH3
•如双键位置在第一个碳上,双键位置数据可省略。
4
3.2 烯烃的结构 3.2.1 乙烯的结构 (1)乙烯分子所有的碳和氢原子都分布在同一平面。
•双键上的碳采取 sp2杂化,形成处于同一平面上的 三个 sp2 杂化轨道
22
催化氢化反应是放热反应,双键的能量越高,放出的热 量越高,因此经常用催化氢化时所放出的热量(氢化热)来衡量 不同双键的能量高低(稳定性)。
23
3.6.1 亲电加成 双键具有暴露于分子平面的电子云,因而易受到亲电试
剂的进攻。 (1)与卤化氢(HX)的加成
X=Cl,Br,I;与HI的加成比较特殊。 试剂:可以使用干燥的HX;也可用浓酸+X-;
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(2)与硫酸(H2SO4)的加成
CH3CH CH2 + 浓 H2SO4
CH3CH CH3
OSO3H
硫酸单异丙脂
H2O
H2SO4的 结 构
O
HO S OH
O
CH3CH CH3 + H2SO4
OH
异丙醇
此法称间接水合法
1.加成规则和机理与HX是相同的; 2.该反应可以用于制备醇,称为烯烃的间接水合法。 3.优点:对烯烃要求低;缺点:环境污染、设备腐蚀。
OH H2O
CH3CH2CH2OH + B(OH)3
做 合 成 题 时 , 从 乙 烯 经 过 硼 氢 化 -氧 化 反 应 制 备 丙 醇 的 反 应 可 以 写 成 : CH3CH CH2 B2H6 (CH3CH2CH2)3B 30%H2O2 + NaOH CH3CH2CH2OH
合成设计此式可省略不写
第三章 烯烃(Alkene)
1
本章重点与难点
• 烯烃的顺反异构与Z/E命名法; • 烯烃的制备方法; • 烯烃的化学性质;烯烃各反应的机理; • 烯烃的鉴定;
2
分之中具有一个碳碳双键的开链不饱和烃叫做烯烃。通 式为CnH2n. 3.1 烯烃的构造异构和命名
例1:丁烯的三个异构体
(1) CH3-CH2-CH=CH2 (2) CH3-CH=CH-CH3 (3) CH3C CH2
成 键 轨 道
乙烯的成键轨道和 *反键轨道形成示意图
•组成键的电子称为 电子;
•组成 键的电子称为 电子;
8
(4) 碳碳单键和双键电子云分布的比较
C-C 键
C-C 键
电子云不易与外界接近 电子云暴露在外.易接近亲电试剂
•键电子云集中在两核之间,不易与外界试剂接近;
•双键是由四个电子组成,相对单键来说,电子云密度更大;且 构成键的电子云暴露在乙烯分子所在的平面的上方和下方, 易受亲电试剂攻击,所以双键有亲核性。
CH3CH2 C
H
CH3 C
H
顺 -2-戊 烯
15
3.3 Z-E标记法
Br C
CH3
Cl C
H
Z-1-氯 -2-溴 丙 烯
Z-1-bromo-2-chloropropene
Br C
H
H C
Cl
E-1-氯 -2-溴 乙 烯
E-1-bromo-2-chloroethene
IUPAC规定: Z - Zusammen-表示“共同” E - Entgegen-表示“相反”
28
(3)与水(H2O)的加成
CC
H2O H3PO4--硅 藻 土
反应机理:
CC H
+ H3O
CH C
O H
CC
H
H2O
-H CH C
H O
H
CH C
O H
此法称为直 接水合法, H3PO4是催 化剂而不是 试剂; 该法的优点 是显而易见 的,但缺点 是对烯烃的 要求较高。
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(4)与卤素(X2)的加成 X=Cl, Br;需要非极性有机溶剂,如CCl4等。反式加成。
CF3CHCH3 X
带有双键的化合物与HX加成是否遵从马氏规则,取决于正碳离子的稳定性, 而正碳离子的稳定性取决于双键化合物自身的结构。
26
应注意到如果使用H2SO4+X-作试剂,随着X-的不同,浓 硫酸的浓度和加热速度均不同。
马氏加成与马氏(加成)产物 反马氏加成与反马氏(加成)产物 正碳离子(也称碳正离子)的结构
1
H CH3CH CH2
12 2
HH
X CH3CH2CH2
X CH3CHCH3
稳定
CH3CH2CH2X
CH3CHCH3 X 主要产物
25
不遵从马氏规则的反应
HX
CF3CH CH2
CF3CH2CH2X
1
CF3CH2CH2
X
H
稳定
CF3CH CH2
12
HH
2 CF3CHCH3
X
CF3CH2CH2X 主要产物
HCl不能发生游离基加成是因为H-Cl键太强,因此不能发 生链增长的第二步;而HI不能发生游离基加成是因为C-I键太 弱,所以不能发生链增长的第一步。
33
3.6.4 硼氢化-氧化反应
硼氢化反应:
CH3CH
B2H6 CH2
(CH3CH2CH2)3B
反应机理:
CH3CH
C
Fra Baidu bibliotek
H H
H H BH
CH3CH C
a C
b
a C
b
a C
b
b C
a
顺式(两个相同基团处于双键同侧) 反式(异侧)
• 只要任何一个双键上的同一个碳所连接的两个取代基是 相同的,就没有顺反异构.
• 命名:在前加一顺(cis-)或反(trans-)字表示.
13
注意: 只要任何一个双键上的同一个碳所连接的两个取代基是 相同的,就没有顺反异构。
9
•乙烯的键形成示意图
10
(5)乙烯的结构对键长、键角的影响
•甲烷的H-C-H键角109.5º •C-C单键长:0.154nm •C=C双键键长:0.133nm •断裂乙烷C-C 单键需要
347kJ/mol(83kcal/mol) 的 能 量;
•断 裂 双 键 需 要 611kJ/mol (146kcal/mol)的能量; •说 明 碳 碳 键 断 裂 需 要 264kJ/mol(63kcal/mol) 的 热 量 。
因为下面两个化合物是同一个化合物,而不是顺反异构体
a C
a
b C
c
a C
a
c C
b
• 顺反异构体,因几何形状(结构)不同,物理性质不同。
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有顺反异构个体的烯烃命名举例
CH3 C
H
CH3 C
H
顺 -2-丁 烯
CH3 C
H
CH3 C
Cl
顺 -2-氯 -2-丁 烯
CH3 C
H
H C
CH3
反 -2-丁 烯
π键使烯烃有较大的活性
11
3.2.1 顺反异构现象 •由于双键不能自由旋转,当双键的两个碳原子各连接不同的 原子或基团时,可能产生不同的异构体。
注意:所谓双键不能自由旋转,是有条件的,即通常条件。
12
3.2.1 顺反异构现象(续) 条件:—构成双键的任何一个碳原子上所连接的两个 原子或基团都要不同;
(2)末端烯烃沸点比其它异构体要低;
(3)直链烯的沸点要高于带支链的异构体,但差别不大;
(4)顺式异构体的沸点一般比反式的要高;而熔点较低;
(5)烯烃的相对密度都小于1;
(6)烯烃几乎不溶于水,但可溶于非极性溶剂(戊烷,四氯化碳,
乙醚等)。
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3.6 烯烃的化学性质
•碳碳双键 •断裂乙烷C-C 单键需要347kJ/mol(83kcal/mol). •断裂双键需要611kJ/mol(146kcal/mol); •说明碳碳 键断裂需要264kJ/mol(63kcal/mol), 键稳 定性较 键差,因而化学性质活泼。 •烯烃在起化学反应时往往随着一条 键和一条 键的断裂又 生成两个新的 键,相当于一条 键转化为一条 键,故多 为放热反应。
Markovnidov规则(马氏规则) 马氏规则的局限性。
CC
+ HX
CC HX
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与HX的加成举例:
CH3
C CH3
CH2 + HCl
CH3 CH3C CH3 +
Cl (I)
CH3 CH3CH CH2Cl
(II)
CH3CH2CH2CH CH2
KI H3PO4
CH3CH2CH2CH I
CH3
烯烃与HX加成反应的机理
炼厂气分离;石油的裂解: CnH2n+2 CH4 + CH2=CH2 + CH3-CH=CH2 + 其它 3.4.2 烯烃的实验室制法
(1) 醇 脱 水
CH3CH2OH
H2SO4
170oC
CH2 CH2 + H2O
CH3CH2OH
Al2O3
350~360oC
CH2 CH2 + H2O 98%
CH3 CH CH2CH2CH3 OH
π
CC
+ YZ
CC
YZ
21
3.6.1 催化氢化 常用催化剂Pd、Pt、Ni,反应是放热的。
CC
Pd,Pt,Ni + HH
CC
HH
顺式加成:即加成上去的两个氢原子是从烯 烃分子平面的同一侧上去的。上式看不出这 种过程。
Raney Ni:用NaOH 处理Ni-Al合金得到的 一种高效催化剂。
烯烃催化氢化需要的 压力不是很高。
5
(2)sp2杂化轨道与σ- 键的形成
角度数据同 sp2杂化轨道和乙烯教的材键不同
6
(3)p轨道与π- 键的形成 •碳原子上未参加杂化的p轨道,它们 的对称轴垂直于乙烯分子所在的平面, 它们相互平行以侧面相互交盖而形成 键。 •键不能自由旋转.
7
*
乙烯的成键轨道和 *反键轨道 反 键 轨 道
CH3CH CHCH3 + ZnBr2
这 个 反 应 是 一 个 反 式 消 除 反 应 ,即 当 两 个 卤 素 原 子 处于对交叉位置时才会反应
Br
反式消除
19
3.5 烯烃的物理性质(自学)
学习物理性质的两条主线: 1. 随碳原子的数目的递变规律; 2. 与同碳数其它类别化合物比较;
(1) 含2~4个碳原子的烯烃为气体,5~18个碳原子的烯烃为液 体;
反应机理:
CH3CH2CH2Br
RO OR
RO
链引发:
RO + H Br
ROH + Br

或 H Br
H + Br
链增长:
CH3CH CH2 + Br CH3CHCH2Br + H Br
CH3CHCH2Br CH3CH2CH2Br+ Br
链终止反应及其产物是什么?
32
1.烯烃与H-Br的游离基加成是反马氏加成; 2.游离基加成反应物必须是HBr,且必须有光或过氧化物为条 件;如果不符合这个条件,则一律进行亲电加成。
CH3
1-丁烯 2-丁烯
2-甲 基 丙 烯
3
例2:戊烯的五个个异构体 (1) CH3-CH2 -CH2 -CH=CH2 1-戊烯,或戊烯 (2) CH3 -CH2 -CH=CH-CH3 2-戊烯
(3) CH2 C CH2 CH3 2-甲 基 -1-丁 烯 , 或 2-甲 基 丁 烯
CH3
(4) CH3C CHCH3 2-甲 基 -2-丁 烯
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