第三章 不饱和烃:烯烃和炔烃doc

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第三章 不饱和烃:烯烃和炔烃
本章重点内容
一、命名
1、烯烃和炔烃构造异构体的命名 1)选择含双键或三键在内的最长碳链为主链。 2)靠近双键或三键一端编号,重键的位次用数字标明(标号较小的碳原子)。 3)书写:与烷烃书写格式相同(当主链碳原子数大于十时,命名时汉字数字与烯或炔
字之间应加一个“碳”字)。
CH3 H3C C CH
用强酸作为脱水剂。
2)卤代烷脱卤化氢
在强碱作用下发生反应。
2、炔烃的制备
1)二卤代烷脱卤化氢
2)炔烃的烷基化
HC CH NaNH2 NH3
-33oC
HC CNa CH3CH2CH2CH2Br
NH3 -33oC
HC CCH2CH2CH2CH3
例题解析
例 1 命名下列化合物。
Cl (1) Br
C
C CH2CH3 CH3
面。
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炔烃为 sp 杂化,未参与杂化的两个 p 轨道的对称轴互相垂直且都垂直于 sp 杂化轨道对 称轴所在直线。 2、性质
物理性质 电负性:三键碳原子>双键碳原子>饱和碳原子; 沸点:烯烃顺式异构体>反式异构体。顺式异构体具有弱极性,分子间作用力增大,故 沸点较高。 熔点:反式异构体>顺式异构体。反式异构体对称性教好,晶格紧密,故熔点较高。 化学性质 1)加成反应 加氢: 炔烃比烯烃更容易进行催化氢化(与分子形状有关,炔烃为线型结构,易吸附)。 用喹啉或醋酸铅部分毒化的 Pd-CaCO3 一般称为 Lindlar 催化剂。Lindlar 催化剂、P-2 化 剂生成顺式烯烃;使用 Na 和液 NH3 则生成反式烯烃。 与卤素加成: 现象是溴的红棕色消失。用于检验烯烃、炔烃及其他含有碳碳重键的化合物。卤素加成 的活性顺序:氟>氯>溴>碘 同时含双键、三键时,双键先加成。原因是三键中 S 轨道成分多,电子更靠近原子核, 难于给出电子。 亲电加成反应机理:
不对称烯烃加硫酸,也符合 Markovnikov 规则,烯烃间接水合制备醇。除乙烯得到伯醇, 其它烯烃得到仲醇或叔醇。此法称间接水合法或硫酸法。
与次卤酸的加成: 不对称烯烃和次卤酸(Cl2+H2O)的加成,反应生成β-卤代醇。符合 Markovnikov 规则。 与水的加成: 烯烃与水加成称直接水合法,是醇的工业制法。除乙烯外得不到伯醇。炔烃水合(库切 罗夫水合法):炔在 HgSO4-H2SO4 催化下水合生成醛或酮的反应。 硼氢化-氧化反应: α-烯烃经硼氢化-氧化反应得到伯醇。硼氢化-氧化反应是反马氏规则的,因为氢的 电负性大于硼的电负性。进行顺式加成。由末端炔经硼氢化-氧化反应可以制备醛。 2)氧化反应 高锰酸钾的氧化: 用等量稀的碱性高锰酸钾水溶液,在较低温度下与烯烃或其衍生物反应,生成顺式 α-二 醇。此反应使高锰酸钾的紫色消失,故可用来鉴别含有碳碳双键的化合物;收率低,一般不 用于合成。 在较强烈的条件下(如加热或在酸性条件下),碳碳键完全断裂,烯烃被氧化成酮或羧酸。 烯烃结构不同,氧化产物也不同,此反应可用于推测原烯烃的结构。
2、将 1-己炔转化成 2-己酮的试剂是(
Z,E—命名法:
依据次序规则比较出两个双键碳原子所连接取代基优先次序。当较优基团处于双键的同
侧时,称 Z 式;处于异侧时,称 E 式。
Br
Cl
CC
Cl
H
H3C C CH3CH2
CH2CH2CH3 C
CH(CH3)2
反-1,2-二氯溴乙烯
(Z)-3-甲基-4-异丙基-3-庚烯
3、烯炔的命名
1)选择含有双键和叁键在内的最长碳链为主链;
同理,B 氧化后生成丙酮和 CO2, (CH3)2C 和 CH2 ,把二者连接起来,即得到 B 的构
造异构式为 (CH3)2C=CH2 。C 氧化后仅生成乙酸,说明它未氧化前具有 CH3CH ,而它和
化合物 A、B 为同分异构体,都是含四个碳原子的烯烃说明它具有对称结构,把两个
CH3CH 连接起来,即得到 C 的构造式CH3CH=CHCH3 。
氢过程对于试剂的选择应从产物的立体结构来推断,因为得到顺式结构,所以可选择 Lindlar
催化剂或 P-2 催化剂,所以可通过以下的反应来进行合成:
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CH CH H2
P- 2
Cl (2) CH3CH2 C
C CH3 F
[解析] 当两个双键碳原子均连接不同的原子或基团时,即产生顺反异构现象,但当两 个双键碳原子所连接的四个原子或基团都不相同时,难用顺—反标记法来命名,而 Z,E标记法适用于所有烯烃的顺反异构体,因此我们采用 Z,E-标记法。与该标记法密切相关的 是次序规则,其要点是:将与双键碳原子直接相连的原子按原子序数大小排列,大者为“较 优”基团;如果与双键碳原子直接相连的原子的原子序数相同,则需要再比较由该原子外推 至相邻的第二个原子的原子序数,如仍相同,再依次外推,直至比较出较优的基团为止。
金属炔化物既是强碱又是强亲核试剂,它能与伯氯代烷(仲卤代烷产率低,叔卤代烷发 生消除反应)发生亲核取代反应,使乙炔和端位炔进行烷基化反应,将低级炔烃转变为较高 级的炔烃。
炔烃的鉴定: 将乙炔或端位炔分别加到硝酸银的氨溶液或氯化亚铜的氨溶液中,则生成炔银或炔亚铜 沉淀。
三、制法
1、烯Βιβλιοθήκη Baidu的制法
1)醇脱水
2)在满足最低系列原则下,优先考虑双键,使其具有较小编号;
3)书写:称某碳“烯”某“炔”;
4)若双键和三键处于相同的位次供选择时,优先给双键较低编号。
HC C CH2 CH2 CH CH2
1-己烯-5-炔
二、结构与性质
1、结构: 烯烃为 sp2 杂化,余下一个未参与杂化的 p 轨道,垂直与三个杂化轨道对称轴所在的平
第(1)题中,乙基优于甲基,溴原子优于氯原子。因为当两个双键碳原子上的“较优” 原子或基团都处于双键的同侧时,称为 Z 式;两个双键碳原子上的“较优”原子或基团处 于双键两侧时,称为 E 式,所以该分子为 E 式,命名为(E)-2-甲基-1-氯-1-溴丁烯;同理, 第(2)题中氯原子优于乙基,氟原子优于甲基,命名为(E)-2-氟-3-氯-2-戊烯。
CH3
CH CH3
H3C CH C CH CH3
4,4-二甲基-2-戊烯
3-甲基-1-丁炔
通常将碳碳双键处于端位的烯烃,统称α-烯烃。碳碳三键处于端位的炔烃,一般称为端
位炔烃。
2、烯烃顺反异构体的命名
顺反命名法:
两个相同原子或基团处于双键碳原子同一侧的称为顺式,反之称为反式。但当两个双键
碳原子所连接的四个原子或基团都不相同时,则难用顺反命名法命名。
例 2 完成下列反应方程式。
(1) H3C C CHCH3 + HCl
CH3
(2) (CH3)2C
1) O3
CH2 2) H2 O Zn
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(3) H3C CH CHCH3 + H2
臭氧化: 生成醛和/或酮。根据生成醛和酮的结构,就可推断烯烃的结构。炔烃与臭氧反应生成羧 酸。 臭氧除和碳碳三键以及双键外,其他官能团很少反应,分子的碳架也很少发生重排,故 此反应可根据产物的结构测定重键的位置和原化合物的结构。 环氧化反应: 烯烃与过氧酸(简称过酸)反应生成 1,2-环氧化物,常用的过氧酸有过氧甲酸、过氧 乙酸、过氧苯甲酸、过氧间氯苯甲酸、过氧三氟乙酸等。 3)α-氢原子的反应
CH3CH=CH2 + Cl2 500 oC
ClCH2CH=CH2 + HCl
反应历程为自由基取代反应。在 N-溴代丁二酰亚胺为溴化剂时,α-氢可以在较低温度 下反应。
4)炔烃的活泼氢反应 金属炔化物的生成及其应用:
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叔碳自由基>仲碳自由基>伯碳自由基 对 HX 而言,过氧化物效应只限于 HBr。HCl 键较强不易生成自由基;HI 活性低。炔 烃加 HBr 也有过氧化物效应,机理与烯烃加成类似。 与硫酸的加成:
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例 5 用指定的有机原料和不超过 3 个碳的化合物及必要的试剂合成下列化合物。
CH CH
CH3CH2 C H
C CH2CH3 H
[解析] 从要合成的化合物与所给原料来看,发生了碳链的增长,并且叁键部分加氢形
成双键,从这两部分来看,碳链增长是端炔的性质,所以判断出应先进行碳链增长的反应,
之后再部分加氢。碳增长了 4 个,对于叁键来说是对称结构,所以选择卤乙烷即可。部分加
HCl
CH2 CH2
CH3CH2Cl
Na
CH CH
NaC
液 NH3
CH3CH2C CCH2CH3
CNa CH3CH2Cl CH3CH2C CCH2CH3
H2
CH3CH2 C
Pd-BaSO4/ 喹 啉
H
C CH2CH3 H
单元练习题
一、选择题
1、下列烯烃发生亲电加成反应最活泼的是 (
)。
A、H2C=CHCl3 B、CH3CH=CHCH3 C、H2C=CHCF3
例 4 有 A、B、C 三种异构体,它们有相同的分子组成,分别用高锰酸钾溶液氧化时, A 生成丙酸和 CO2;B 生成丙酮和 CO2;C 仅生成乙酸。试推测它们的构造式。
[解析] A 用高锰酸钾氧化时,生成丙酸和 CO2,说明为氧化前,分子中原来具有
CH3CH2CH 和 CH2 ,把二者通过双键连接起来,即为 A 的构造异构体 CH3CH2CH=CH2 。
R RC
被氧 化为
R RC O
H RC
被氧 化为
OH RC O
H HC
被氧 化为
OH HO C O
与烯烃相似,炔烃也可以被高锰酸钾溶液氧化。较温和条件下氧化时,非端位炔烃生成 a-二酮。在强烈条件下氧化时,非端位炔烃生成羧酸(盐),端位炔烃生成羧酸(盐)、二氧 化碳和水。炔烃用高锰酸钾氧化,同样即可用于炔烃的定性分析,也可用于推测三键的位置。
例 3 用化学方法鉴别下列化合物。 A、 CH3(CH2)5CH CH2 B、 CH3(CH2)5C
CH C、 CH3(CH2)4C
CCH3
[解析] 从三个化合物来看,A 是烯烃,且为α-烯烃,B、C 是炔烃,其中 B 为端炔, 考虑到α-烯烃和端炔都有其特殊的化学性质,我们就通过这些特性来进行鉴别。其中端炔 的特性是使硝酸银的氨溶液形成白色沉淀,α-烯烃的特性是在强烈氧化条件下生成气体(二 氧化碳),端炔也具有该性质,所以我们应先鉴别出端炔再进行 A 和 C 的鉴别。因此正确的 答案应该是加入硝酸银的氨溶液有白色沉淀生成的是 B;加入高锰酸钾的酸性溶液加热有二 氧化碳气体放出的是 A,剩余的为 C。
Ni
[解析] (1)本题是烯烃的亲电加成反应,符合马氏规则,H 加在含氢较多的碳上,卤原子加
在含氢较少的碳上,所以反应的结果为 H3C
CH3 C CH2CH3 。
Cl
(2)本题是烯烃的臭氧化、还原、水解反应,得到的是双键断裂的两个醛(或酮),本
题结果为
H3C H3C
C
O + HCHO 。
(3)本题是烯烃的催化加氢,镍做催化剂,得到完全氢化的烷烃 CH3CH2CH2CH3 。
CC
Br : Br
Br-
CC
+
Br
Br CC Br
烯烃活次序:(CH3)2C=C(CH3)2 > (CH3)2C=CHCH3 > (CH3)2C=CH2 > CH3CH=CH2 > CH2=CH2
与卤化氢加成: Markovnikov 规则:不对称烯烃与卤化氢等极性试剂进行加成反应时,氢原子总是加到 含氢较多的碳原子上,氯原子(或其它原子或基团)则加到含氢较少或不含氢原子的碳上。 利用马氏规则可以预测反应的产物。
碳正离子的活性次序:
+
(CH3)3C
+
> (CH3)2CH
+
> CH3CH2
>
+
CH3
卤化氢的活性次序:HI > HBr > HCl 加 HBr 时的过氧化物效应
CH3CH=CH2 + HBr 过氧 化物
CH3CH2CH2Br
由于反应机理不同,有过氧化物存在时按自由基反应机理进行。在自由基反应机理中, 首先进攻的不是氢原子,而是溴原子。自由基的稳定性为:
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