有机化学第三章-烯烃

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第三章 烯烃
主要内容 烯烃的结构 烯烃的命名 烯烃的物理和化学性质
3.1 烯烃 σ键和 π键的比较
1. π键键能较σ键低,不稳定,易打开;具有较 大的化学活性。
2. π键不能自由旋转。
乙烯分子的结构
乙烯分子中的σ键
乙烯分子中的π键
3.1.1 烯烃的结构特征
双键碳是sp2杂化。 键是由p轨道侧面重叠形成。 由于室温下双键不能自由 旋转,所以有顺反异构 体。
R C
R'
R" C
H
注意双 键的变化
(1) O3 (2) H2O, Zn
_ KMnO4(稀,冷), OH
O RCOOH(过氧酸)
R
R"
C O + O C 酮、酸
R'
OH
R
R"
C O + O C 酮、醛
R'
H
R R" R' C C H
OH OH
邻二醇
R
R"
CC
R'
H
O
环氧化物
(1)高锰酸钾氧化:
1) 用稀的碱性KMnO4氧化,可将烯烃氧化成邻二醇。
3 烯烃的亲电加成反应
加成反应:两个或多个分子相互作用,生成一个加成产物的反 应
在烯烃分子中,由于π电子具流动性,易被极化,因 而烯烃具有供电子性能,易受到缺电子试剂(亲电试剂) 的进攻而发生反应.
这种由亲电试剂的作用而引起的加成反应称为亲电加 成反应。
电负性大小顺序:氧>卤素>硫
一些常见的烯烃亲电加成 亲电试剂
1个 s 键 (sp-sp) 2 个 键 (p-p)
高压法
n CH2=CH2
乙烯
少量引发剂 150~250℃ 150~300Mpa
(单体)
[ CH2-CH2 ]n
聚乙烯 (高分子)
高压聚乙烯
低压法
TiCl 4 Al(C 2H5)3
n CH2=CH2
60~75℃
[ CH2-CH2 ]n
低压聚乙烯
0.1~1Mpa
聚乙烯是一个电绝缘性能好,耐酸碱,抗腐蚀,用途广的 高分子材料(塑料)。
烯烃广泛存在于自然界中,例植物中含有
微量乙烯,它是植物的一种内源激素。催 熟植物,牙科麻醉剂,燃烧用于烹饪。
烯烃又是重要的工业原料,用它可生
产:乙醇、乙醛、乙酸等,被称为化学工 业的基石。
重要的烯烃 乙烯和丙烯
2.2 炔烃和二烯烃
2.2.1 炔烃的通式、结构和命 名
炔烃:含CC的碳氢化合物 单炔烃的通式:CnH2n-2 结构:直线型分子
(3)烯烃与 H-X 的加成(不对称加成)
由于进攻分子为不对称分子,所以,这种加成称为 不对称加成。
C C +HX
CC HX
(X = Cl, Br, I; 活性: HI > HBr > HCl )
例:
CH2 CH2 + HCl
150 - 250 oC AlCl3 or FeCl3
CH3CH2Cl
3 、将双键的位置标明在烯烃(母体)名称的前面。 4、 其它同烷烃的命名。
CH2=C-CH2-CH3 CH2-CH2-CH3 2-乙基-1-戊烯
主链选择 (1) X
(2) X (3)
1 23 4 5 6
CH3-C=CH-CH2-CH-CH3
6
43
21
CH3
CH3
编号正确 编号错误
2,5-二甲基-2-己烯
1 双键的结构与性质分析
CC
CC
➢ 键活性比 s 键大 ➢不饱和,可加成至饱和
电子结合较松散, 易参与反应。是电子 供体,有亲核性。
➢与亲电试剂结合 ➢与氧化剂反应
2 烯烃加成的三种主要类型
CC
+AB
加成
重点
CC AB
➢亲电加成 ➢自由基加成 ➢催化加氢
AB
AB
AB
A +B A +B H2
(异裂) (均裂)
HX (X=Cl, Br, I)
+
H OH
XX (X=Cl, Br)
X OH
次卤酸
CCl4
CC HX
卤代烷
CC
硫酸氢酯
H OSO3H
CC

H OH
CC XX
CC X OH
邻二卤代烷 b-卤代醇
(1)烯烃与X2的加成
烯烃能与卤素起加成反应,生成邻二卤代物。
CH2=CH2 + Br2 / CCl4
CCCCHHHH333C3CCCHHHH====CCCCHHHH2222
+ +++
HBr HHHBBBrrr
CCCCHHHH333-3--C-CCC====CCCCHHHH2222
+ +++
HCl HHHCCClll
CCCCCCCHC8HHH88HHH038H00333-%0333---1%%3CB---%CCCCCBB0-CCCCCBHCr0CC(-HHrrHl( (--Hr%HlHlC-(-HlCC--主 C3C-主 主 C3C3H主 C3HHH) H3HH) )33H)33333
(优)CH3 C
H
CH2CH3(优)
CH3
C
C
CH3
(优)CH3CH2
CH(CH3)2(优) C
CH2CH2CH3
(Z)- 3-甲基-2-戊烯 (E)- 3-甲基-4-异丙基-3-庚烯
3.1.2 烯烃的异构体和命名
要点: 1、选择含碳碳双键的最长碳链为主链,称为某烯。 2、 从最靠近双键(官能团)的一端开始,将主链碳原 子依次编号。
CH2=CH2 乙烯 CH3-CH=CH2 丙烯 ,
CH3CH3 CH3CH2CH-CHCH=CH2
3.4-二甲基-1-己烯
Z、E命名法
BBrr
HH
(C1C)HH33
CC==CC CCl l
BBrr>>CCHH33-CCl l >> HH
(E(E)-)1-1- -氯氯-2-2- -溴溴丙丙烯烯
(2)
X CC

HX
H有亲电性
CC

H
X
CC HX
加成机理对马氏规则的解释
例: CH3CH2 CH CH2 HBr
CH3CH2 CH CH2 Br H
+ CH3CH2 CH CH2
4:1
H Br
机理:
2o 正碳离子 较稳定
1o 正碳离子 较不稳定
CH3CH2 CH CH2 H Br
CH3CH2 CH Br
> O > N > C >H
(2)基团的第一个原子相同时,比较与其相连的下一个原子, 依次类推
如:-CH2CH3 > -CH3 -CH2Cl > -CH2F -CH2OCH3 > -CH2OH
(3)对不饱和基团,可认为与同一原子连接 2 或 3 次
CH CH2
如: CH O
CH CH2 CC
CH O OC
CH2 + H
CH3CH2 CH CH2 H Br
中间体正碳离 子的稳定性决 定加成的取向!!
CH3CH2 CH CH2 Br H
CH3CH2 CH CH2 H Br
➢亲电加成的一般形式
CC
决速步骤
E Nu
CC E
Nu
CC E Nu
6 烯烃的氧化
烯烃氧化的主要类型
KMnO4(浓,热), H+
CN
NC CN NC
3 Z、E命名法(顺序规则法)
一个化合物的构型是Z型还是E型,要由“顺序规则”来决 定。 分别比较两个双键碳原子上的取代基团按“顺序规则”
排出的先后顺序,如果两个双键碳上排列顺序在前的基
团位于双键的同侧,则为Z构型,反之为E构型。
Z是德文 Zusammen 的字头,是同一侧的意思。 E是德文 Entgegen 的字头,是相反的意思。
1 顺反异构体的概念
➢ 顺反异构用“顺”或“反”注明基团相对位置。
顺反异构体的确定? 用“顺”or“反”? 取代基的次序规则!
顺式
反式
顺反异构体的构型用Z和E来表示,构型是Z或E要用次 序规则来决定
2 取代基的次序规则
(1)原子序数大者优先,同位素质量大者优先
如: I > Br > Cl > S > P > F
KMnO4 H2SO4
R′ C CHR''
R
KMnO4 H2SO4
R-COOH
羧酸
R′ CO
R

HCOOH CO2 + H2O
R''-COOH
羧酸
= R'
H KMnO4 / H+
CC
R
R"
R'
C =O +
R
该反应可用于推测原烯烃的结构。
OH
O =C R"
反应的用途: 1° 鉴别烯烃, 2° 制备一定结构 的有机酸和酮, 3° 推测原烯烃的结构。
CC
MnO4 稀,冷
CC
O
O
Mn
O
O
OH
CC
H2O
HO
OH
顺式 α - 二醇
反应中KMnO4褪色,且有褐色MnO2沉淀生成。故此 反应可用来鉴定不饱合烃。
此反应生成的产物为顺式-1,2-二醇,可看成是特 殊的顺式加成反应。
也可以用OsO4代替KMnO4进行反应,
2)用酸性KMnO4氧化
R-CH=CH2
+ +++
CCCCHHHH333-3--C-2CCC0HHH%H222-2--C-BCCBBCBHrHHrrHr2222
22020%0%%
100%
110000%%
5 亲电加成反应机理 —— 碳正离子的加成机理
与HX的加成机理为例:
CC
+ HX
机理:
双键为电子供体 (有亲核性或碱性)
CC HX
碳正离子中间体
CH3
CH2CH2CH3
C=C
CH3CH2
CHCH3
CH3
CH3CH2- > CH3(CH3)2CH- > CH3CH2CH2-
(Z)-3-甲基-4-异丙基-3-庚烯
(3)
Br
Cl
Br C=CCl
ClC=C H
Cl
H
Br > Cl Br > Cl
Cl > H Cl > H
(Z)-1,2-二氯-1-溴乙烯 (Z)-1,2-二氯-1-溴乙烯
原烯烃的结
CH3-C=CHCH2CH=CH2 CH3
(3)催化氧化
(2) 催化氧化: CH2 CH2 + O2
CH2 CH2 + O2
Ag 280~ 300。C,1~ 2MPa 1P2d5C~l123-0C。uCC,l20,.H42MOPa
O C H3C H O
CH3 CH CH2 + O2 PdCl123-0C。uCCl2,H2O
1、α-H(烯丙氢)的卤代反应(高温或光照)
αCH3 CH CH2 + Cl2 500。C αCH2 CH CH2
αCH3 CH CH2 +
Cl O
N Br (简称 NBS) hν αCH2 CH CH2
O
Br
高温下发生取代而不是加成(>250℃)NBS N-溴代琥 珀酰亚胺
8 聚合反应
烯烃在少量引发剂或催化剂作用下,键断裂而互相 加成,形成高分子化合物的反应称为聚合反应。
CH2-CH2
溴褪色(黄 无)
+ Br2 / CCl4
Br Br Br Br
实验室里,常用此 反应来检验烯烃
卤素的反应活性次序: F2 > Cl2 > Br2 > I2 。
氟与烯烃的反应太剧烈,往往使碳链断裂;碘与烯烃难于
起反应。故烯烃的加卤素实际上是指加氯或加溴。
(2) 加水反应 烯烃直接水合生成醇的反应需在酸催化下进行(常用
TiCl 4 Al(C 2H5)3
nCH3CH=CH2
50℃ 10Mpa
[ CH-CH2 ]n
CH3
聚丙烯
TiCl4-Al(C2H5)3 称为齐格勒(Ziegler 德国人)、 纳塔(Natta 意大利人)催化剂。
1959年齐格勒 纳塔利用此催化剂首次合成了立体 定向高分子,人造天然橡胶。为有机合成做出了具大 的贡献。为此,两人共享了1963年的诺贝尔化学奖。
顺和Z、反和E 没有对应关系!
3.1.3 烯烃的物理性质
烯烃的物理性质如熔点、沸点、相对 密度和溶解度等与相应的烷烃相似。常温 时,C2~C4的烯烃是气体,C5~C18是液体, C18以上是固体。沸点随着分子质量的增加 而增加,烯烃密度小于1,都难溶于水而易 溶于有机溶剂。
3.1.4 烯烃的化学性质
(2)臭氧化反应
CCHH33--CC==CCHHCCHH33 CCHH33
1) 1)
OO33
22))ZZnn/H/H22OO
CCHH33 CCHH33
CC
OO
丙丙酮酮
CCHH33CCHHOO
乙乙醛醛
可通过臭氧化物还原水解的产物来推测原烯烃的结构。 例如:
臭氧化还原水解产物,
CH3COCH3 OCHCH2CHO HCHO,
CH3 C CH3 O
7α-H(烯丙氢)的反应
双键是烯烃的官能团,凡官能团的邻位统称为α位,α位 (α碳)上连接的氢原子称为α- H(又称为烯丙氢)。 α- H由于受C=C的影响,αC-H键离解能减弱。
故α- H比其它类型的氢易起反应。
其活性顺序为: α- H(烯丙氢)> 3°H > 2°H > 1°H > 乙烯H
的酸为硫酸或磷酸)。
= CH2 CH2 + H2O H2SO4
CH3CH2OH
1醇
= R CH CH2 + H2O H2SO4
R CH CH3 OH
。 2醇
R’
R C =CH2
+ H2O
H2S O4
R’ R C CH3
OH
3 。醇
烯烃直接水合,除乙烯得到乙醇外,其它烯烃都将
得到仲醇或叔醇(间接水合也具有同样的规律)。
CH3CH2
CH2CH3
CC
+ HBr
H
H
30 oC CHCl3
CH3CH2CH2CHCH2CH3 Br 76 %
4 烯烃亲电加成反应的区位选择性——马氏规则
马氏规则 不对称烯烃与卤化氢等极性试剂进行加成时, 试剂中带正电荷的部分E+ 总是加到含氢较多的双键碳原子 上,试剂中带负电荷的部分(Nu)总是加到含氢较少的双 键碳原子上。
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