烯烃

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C采取sp2杂化,形成三个等同的sp2杂化轨道,平面构 型并取最大键角为120°。
120
£ ¡ C
2 3¸ ¸sp ¸¸¸ ì ¸
¸¸ ׸ ó ¸ ü ¸¸120
¸
¸¸¸ ¸¸¸p¸ ì ¸ 2 ¸ 3¸ ¸sp ¸¸¸ ì ¸¸¸ ±
H C H C
H H
H C H C
H H
(一)烯烃的结构 实验测得乙烯中六个原子共平面。
乙醛(酮式)
CH CH + H 2O
HgSO 4,稀H2SO 4 98-105 C
OH H HC CH
重排
O H-C-CH 3

RC CH + H 2O
HgSO 4,稀H2SO 4
OH H RC CH
烯醇式
重排
O R-C-CH 3
酮式
2、亲电加成 (electrophilic addition)
烯醇式为什么会重排成酮式呢?
(一)加成反应(addition)
氢化热:1mol不饱和烃氢化时所放出的能量称为氢化 热 。氢化热越高,说明原来的不饱和烃的内能越高, 稳定性越差。不同结构的烯烃进行催化加氢时反应热数 据如下:
(一)加成反应(addition)
数据表明:
① 不同结构的烯烃催化加氢时反应热的大小顺序:
CH2=CH2>RCH=CH2>RCH=CHR,
H
9p 0 1 mC
134pm
H C
116.76o
H C H C
H
H
121. o 6
H
H
乙烯的键长和键角
乙烯的结构示意图
(二)炔烃的结构
以乙炔为例。 实验测得:C2H2四个原子共直线。
0.106nm 0.120nm
H
C
C
H
在乙炔分子中的碳原子是sp杂化:
激发 杂化
杂化
2 个sp
p轨道
(二)炔烃的结构 二个sp杂化轨道取最大键角为180°,直线构型:
学时:4学时
教学重点与难点:
1. 烯烃、炔烃和二烯烃的结构、亲电加成反应及其机
理;
2.烯烃、炔烃的氧化还原反应; 3. 运用诱导效应和共轭效应分析其亲电加成的反应活 性和区域选择性。
难点:诱导效应和共轭效应。
5.1 烯烃和炔烃的结构
含有 C=C或C≡C的烃称为不饱和烃。 例如:
(一)烯烃的结构 (structure of alkenes) 杂化轨道理论的描述 :
5.2 烯烃和炔烃的物理性质(自学)
3. 熔点:
分子的对称性↑,烯、炔的熔点↑。
例如:内烯、炔的熔点>末端烯烃、内炔; 反式烯烃的熔点>顺式烯烃。 4. 相对密度: 烯烃和炔烃的相对密度>同碳数烷烃
5. 折射率:
烯烃和炔烃分子中含有π键,电子云易极化,
它们的折射 率>同碳数烷烃。
5.3 烯烃和炔烃的化学性质

炔烃的催化氢化是逐步实现的,由于第二步加氢非常快,
以致采用一般催化剂时,反应无法停留在烯烃的阶段,若
选择一些活性减弱的特殊催化剂如Lindlar催化剂(附着 于CaCO3及氧化铅上的金属钯细粉),可使产物停留在烯
烃阶段。

利用不同的还原催化剂可以立体选择性地加氢。
(一)加成反应(addition)
H OH H C C H 总键能 2678KJ/mol 1% H O H C C H H 2741KJ/mol 更稳定! 99%
互变异构: 室温下,两个构造异构体能迅速地相互转 变,达到动态平衡的现象,叫互变异构现象。
2、亲电加成 (electrophilic addition)
(5) 与次卤酸加成 (补充) 次卤酸的酸性很弱,它与烯烃加成时,生成β-氯代醇:
(1) 与卤素加成
(2) 与卤化氢加成 (3) 与硫酸加成 (4) 与次卤酸(X2+H2O)加成 (5) 与水加成
(一)加成反应(addition)
2、亲电加成 (electrophilic addition)
(1) 与卤素加成 (a) 与溴和氯加成
主要与Cl2、Br2发生加成反应。(F2太快,I2太慢。)
-I 效应增强(吸电子基)+I 效应增强(供电子基)
-F > -Cl > -Br > -I > -OCH3 > -NHCOCH3 >
-C6H5 > -CH=CH2 > -H > -CH3> -C2H5 >
-CH(CH3)2 > -C(CH3)3
3、诱导效应 (Induction effect)
R2C=CH2>R2C=CHR>R2C=CR2
顺-RCH=CHR>反-RCH=CHR
②烯烃的热力学稳定性次序为: R2C=CR2>R2C=CHR>RCH=CHR, R2C=CH2>RCH=CH2>CH2=CH2 反-RCH=CHR>顺-RCH=CHR
(一)加成反应(addition)
2、 亲电加成 (electrophilic addition)
② 分离、提纯;鉴别烯烃。 例:用化学方法区别下列化合物:
OSO 2OH 浓H2SO4 溶于硫酸
不溶于硫酸
2、亲电加成 (electrophilic addition)
(4) 与水加成 (a) 烯烃加水
C=C + H 3O
+
H+
CH-C
+
H2O
CH-C +OH 2
-H+ H+
Baidu Nhomakorabea
CH-C OH
此反应副产物多,缺乏制备价值。 但控制条件,改变Cat.,烯烃可直接水合:
(一)加成反应 (二) 氧化反应
(三) α-氢原子的反应
(四) 炔烃的活泼氢反应 (五)聚合反应(自学)
5.3 烯烃和炔烃的化学性质
烯烃:由于π键键能小,易破裂,∴烯烃的反 应都是围绕着π键进行的: ①π键电子云流动,较松散,可作为一电子源, 起Lewis碱的作用,与亲电试剂发生加成反应。 ② α-H,受C=C影响,可发生取代反应。 炔烃:官能团 -C≡C- 1个σ、2个π键: 性质类似烯烃,如加成、氧化、聚合; 2个相互⊥的π:有不同于烯烃的性质, 如炔氢的酸性。
(一)加成反应(addition)
1、催化加氢
在适当的催化剂作用下,烯烃或炔烃与氢加成生成烷烃:
CH2=CH 2 + H 2
催化剂
CH3-CH 3
RC CH + H 2
Ni or Pd,Pt
RCH 2CH3
Ni须经处理,得Raney Ni,又叫活性Ni、骨架Ni。这 种镍特点是具有很大表面积,便于反应。 按下列机理进行:
C=C + Br 2
红棕色
CCl 4
Br Br C C
无色
炔烃能与两分子卤素加成:
RC CH
Cl 2 (or Br 2)
RCCl=CHCl
Cl 2 (or Br 2)
RCCl 2CHCl 2 (RCBr 2CHBr 2)
此反应可用来检验C=C或C≡C是否存在。
2、亲电加成 (electrophilic addition)
加卤素反应活性:烯烃>炔烃。例:
CH2=CH-CH 2-C CH + Br 2
乙醚 低温
CH2BrCHBrCH 2C CH
4,5-二溴-1-戊炔
叁键加卤素时,小心控制条件,可得一分子加成产物:
Br2
CH3C CCH 3
H3C Br
Br C=C CH3
。 乙醚,-20 C
WHY?
2、亲电加成 (electrophilic addition)
Na
H3CH2C H
H C C CH2CH3
液氨
3- 己炔
反 -3- 己烯
(一)加成反应(addition)
催化加氢反应的意义: ① 实验室制备纯烷烃;工业上利用此反应可使粗汽油中 的少量烯烃(易氧化、聚合)还原为烷烃,提高油品质量。
② 根据被吸收的氢气的体积,测定分子中双键或三键
的数目。 ③ 测定氢化热,推测烯烃的稳定性
马氏规则——烯、炔加卤化氢时,氢原子总是加到 含氢较多的不饱和碳上。例如:
CH3CH2CH=CH 2 + HBr
乙酸 80%
CH3CH2CH CH 2 Br H
2-溴丁烷
Br
CH3CH2CH2C CH
HBr
CH3CH2CH2C=CH 2 HBr Br
2-溴-1-戊烯
CH3(CH 2)2-C-CH 3 Br
∴π键易断裂、易极化、易起化学反应。
5.2 烯烃和炔烃的物理性质(自学)
1.物态: C4以下的烯、炔是气体,C5-C18为液体,C19以上是 固体。 2.沸点: 末端烯烃的沸点>同碳数烷烃; 相对分子质量↑,烯烃和炔烃的沸点↑; 碳数相同时,正构烯、炔的沸点>异构烯、炔; 碳架相同时,末端烯、炔的沸点>内烯、炔(不饱 和键位于碳链的中间); 双键位置相同时,顺式烯烃的沸点>反式烯烃;
电子效应
3、诱导效应 (Induction effect)
诱导效应——由于分子中原子或原子团的电负性不同的 影响,使整个分子中成键的电子云沿分子链向一个方向
偏移,使分子发生极化的现象。用符号I 表示。
C A C H C B
电负性:A >H
I
比较标准
电负性:B <H +
I
效应
效应
3、诱导效应 (Induction effect) 常见一些原子或原子团的电负性大小如下:
(一)加成反应(addition)
H2
吸附 解吸
H
H
C2H4
H H CH2=CH 2
H-CH 2-CH 2-H
中间形成一个Ni-H键(半氢化态)为过渡态。 催化加氢反应的立体化学:顺式加成!
CH 3 CH 3 + H2
Ni
H H H3C CH 3
(一)加成反应(addition)
炔烃的催化氢化(选择性还原):
CH3CHCH3 OSO3H H2O △
CH3CH2OH 乙醇(伯醇)
CH3CHCH 3 OH 2-丙醇(仲醇)
CH3HC CH2
H2SO4(80% )
问题:上述二反应,何者较快?
2、亲电加成 (electrophilic addition)
烯烃间接水合反应的意义:
① 工业上制备乙醇和其他仲醇、叔醇,但有环境污 染和设备腐蚀问题;




CH2=CH 2 + HO Cl
Cl-CH 2-CH 2-OH
-氯乙醇
实际操作时,常用氯和水直接反应。例:
CH3CH CH2 + Cl2 H2O CH3CHCH2Cl OH 1-氯-2-丙醇
烯烃与次卤酸加成也是亲电加成反应。
3、诱导效应 (Induction effect)
电子效应 (Electronic effect): 分子中电子云密度的分布对性质产生的影响。 诱导效应 (Induction effect) 共轭效应 (conjugation effect)
2,2-二溴戊烷
2、亲电加成 (electrophilic addition)
(3) 与硫酸加成
C C + HOSO3H C C OSO3H 硫酸氢酯 H2O △ C C OH
以上的反应相当于烯烃间接水合。
烯烃与H2SO4的加成也是亲电加成,遵循马氏规则。
H2C CH2 H2SO4(98%) H2O CH3CH2OSO3H △
CH2=CH 2 + H 2O
H3PO4/硅 藻 土 300 C,7~8MPa

CH3-CH 2-OH
为了减少“三废”,保护环境,可用固体酸, 如杂多酸代替液体酸催化剂。
2、亲电加成 (electrophilic addition)
(b) 炔烃加水
HC CH H2O H2SO4-HgSO4 OH CH CH2 (烯醇式) O 重排 CH3 C H
•如在Lindlar催化剂作用下,炔仅与一分子氢加 •成,主要生成顺式烯烃产物;而在液氨中,用钠 •和锂还原炔烃,主要得到反式烯烃。
CH3CH2C CCH2CH3 + H2 Pd-CaCO3 H3CH2C C H 3- 己炔 顺-3- 己烯 C H CH2CH3
CH3CH2C
CCH2CH3 + H2
第5章
烯烃、炔烃和二烯烃
内容提要
5.1 烯烃和炔烃的结构 5.2 烯烃和炔烃的物理性质
5.3 烯烃和炔烃的化学性质
5.4 共轭二烯烃的结构和共轭效应 5.5 共振结构理论简介
教学要求与学时:
1. 掌握烯烃、炔烃和二烯烃的结构、亲电加成反应及
其机理;
2.掌握烯烃、炔烃的氧化还原反应。 3. 运用诱导效应和共轭效应分析其亲电加成的反应活 性和区域选择性。 4.了解共振论的基本知识。
乙炔分子的σ骨架:
H
C
C
C
H
每个碳上还有两个p轨道,相互肩并肩形成2个π键:
H
C
C
H
π键的特性:
① π键不能单独存在,不能自由旋转。 ② π键键能小,不如σ键牢固。
碳碳双键键能为611kJ/mol,碳碳单键键能为347kJ/mol,
∴π键键能为611-347=264kJ/mol ③ π键电子云流动性大,受核束缚小,易极化。
(2) 与卤化氢加成 Markovnikov规则 烯烃和炔烃均能与卤化氢发生加成反应:
C=C + H: X (HX=HCl,HBr,HI) C H
HX
C X
X RC CH
HX
R-C=CH2
R-C-CH3
X X 反应速度:HI>HBr>HCl
(∵酸性HI>HBr>HCl,HF易聚合 )
2、亲电加成 (electrophilic addition)
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