有机化学【烯烃】 PPT

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-CH2-Cl>-CH2-OH>-CH2-NH2
例:
CH3 C=C CH2CH3
H
H
顺- 2 -戊烯
(Z)- 2 -戊烯
CH3 H
C=C
CH3 CH2CH3
顺-3-甲基-2 -戊烯 (E)-3-甲基-2 -戊烯
(C)当基团含有双键或三键时,可以认为双 键和三键原子连接着两个或三个相同的原子。
例:
乙基碳正离子的结构
甲基是供电子基 碳原子的sp2杂化
一般烷基碳正离子的稳定性次序是: 叔>仲>伯>甲基正离子
> > > CH3
H3C C+
H H3C C+
H H3C C+
H H C+
CH3
CH3
H
H
碳正离子重排现象
甲基转移
+
(CH3)3CCHCH3
+
(CH3)2C-CH(CH3)2
(CH3)3CCH=CH2 HCl (CH3)3CCHClCH3 + (CH3)2CCl-CH(CH3)2
(4)与水加成
例:
CH2=CH2+HOH
H3PO4 280~300℃,7~8Mpa
CH3-CH2-OH
烯烃的直接水合:
在酸(常用硫酸或磷酸)的催化作用下, 烯烃与水直接加成生成醇。反应必须在高温、 高压下才能进行,所以这是醇的工业制法之一。
反应机理与烯烃加HX一致; 反应产物符合马氏规则。

CH2=C(CH3)2 + H+
(2)与卤化氢加成
-C| =C| - + H:X
|| -C-C-
||
(HX=HCl,HBr,HI) H X
烯烃与卤化氢的加成,对烯烃而言,其活性为: (CH3)2C=C(CH3)2 > (CH3)2C=CHCH3 > (CH3)2C=CH2 > CH3CH=CH2 > CH2=CH2;
卤化氢的活性次序为:HI>HBr>HCl。
个褪色反应非常迅速,容易观察,它是验证碳碳 双键是否存在的一个特征反应。
例:
(CH3)2CHCH=CHCH3 + Br2 CCl4 (CH3)2CHCHBrCHBrCH3 (CH3)3CCH=CH2 + Cl2 CCl4 (CH3)3CCHClCH2Cl
反应历程:
第一步
第二步 1. 反应分两步,第一步慢,第二步快 2. 经过环状溴鎓离子中间体 3. 反式(anti-)加成,无重排产物。
CH3-CH=CH2 HCl
CH3-C| H-C| H2 Cl H
2-氯丙烷 主产物
(CH3-C| H-C| H2 1-氯丙烷)
H Cl
马氏规则的解释 例如:
CH3-CH=CH2
HX -X-
CH3-C+H-CH3 (Ⅰ) CH3-CH2-C+H2 (Ⅱ)
(Ⅰ)为仲碳正离子,(Ⅱ)为伯碳正离子, 由于(Ⅰ)比(Ⅱ)稳定,形成时所需活比能较 低,因此(Ⅰ)比(Ⅱ)更容易生成,则产物以 2-氯丙烷为主。
烷基硫酸
烷基硫酸和水共热,则水解生成醇 :
CH3 CH3
C| —CH3+H2O OSO3H
CH3 CH3
C| -CH3 OH
例:
CH2=CH2 + H2SO4 (98%)
CH3CH2OSO3H H2O CH3CH2OH
CH2=C(CH3)2 + H2SO4 (63%)
(CH3)3COSO3H
H2O (CH3)3COH
二、烯烃的异构现象
烯烃不仅存在碳架异构,还存在官能团位次 (重键位次)异构,均属于构造异构现象。
例如:
CH3CH2CH=CH2
1-丁烯
C| H3 CH3-C=CH2
2-甲基丙烯 (异丁烯)
CH3CH=CHCH3
2-丁烯
顺反异构现象
a
a
C=C
b
b
顺式
a
C=C
b
b a
反式
顺反异构体的分子构造是相同的,即分子 中各原子的连接次序是相同的,但分子中各原 子在空间的排列方式(即构型configuration) 是不同的,这种异构现象属于立体异构现象。
在反应中,具有亲电性能的试剂叫做亲电 试剂。
由亲电试剂的作用而引起的加成反应叫做 亲电加成反应(electrophilic addition)。
(1)与卤素加成
CH3CH=CH2+Br2 CCl4
Br CH3-CH-CH2
Br
烯烃一般与氯或溴发生加成反应。烯烃与溴 的作用,通常以四氯化碳为溶剂,在室温下即可 发生反应。溴的四氯化碳溶液原来是黄色的,它 和烯烃加成形成二溴化物后,即转变为无色。这
顺-2-丁烯与反-2-丁烯的氢化产物都是丁烷, 它们的氢化热分别为119.7 和115.5 kJ·mol-1, 反式比顺式少放出4.2kJ·mol-1的能量,说明反式 的内能比顺式低4.2kJ·mol-1,意味着反-2-丁烯 较为稳定。
2.亲电加成反应
烯烃具有双键,在分子平面双键位置的上方和 下方都有较大的π电子云。碳原子核对π电子云的束 缚较小,所以π电子云容易流动,容易极化,因而烯 烃具有供电性能,容易受到带正电或带部分正电荷 的亲电性质点(分子或离子)的攻击而发生反应。
例:
反-3-甲基-6-乙基-4-辛烯
(2)Z,E-命名法:
采用Z,E-命名法时,根据次序规则比较出 两个双键碳原子上所连接的两个原子或基团的优 先次序。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(Z是德文 Zusammen的字首,同一侧之意);如果两个双 键碳原子上的“较优”原子或基团处于双键两侧, 则称为E式(E是德文Entgegen的字首,相反之 意)。然后将Z或E加括号放在烯烃名称之前,同 时用半字线与烯烃名称相连。
第三章 烯 烃
(alkene)
(烯烃的通式:CnH2n )
一、烯烃的结构
碳碳双键是烯烃的官能团,也是烯烃 的结构特征。
乙烯的结构
碳原子的sp2杂化轨道
乙烯分子的五个σ键
这五个σ键的对称轴都在同一平面上
π键
π键和σ键不同,它没有对称轴,不 能自由旋转。π键电子云对称地分布于分 子平面的上方和下方,具有较大的流动性, 因此,π键表现出较大的化学活泼性。
CH2 = CH2 CH3CH=CH2
乙烯 ethylene 丙烯 propene
CH3CH2CH=CH2 (CH3) 2C=CH2
丁烯 butene 异丁烯 iso-butene
例:
H3C H
C=C
CH2CH3 H
顺-2-戊烯或(Z)-2-戊烯
H C=C CH2CH3
H3C
H
反-2-戊烯或(E)-2-戊烯
17%
83%
负氢转移
+
+
(CH3)2CHCHCH3 (CH3)2C-CH2CH3
HBr
(CH3)2CHCH=CH2
(CH3)2CHCHBrCH3 + (CH3)2CBr-CH2CH3
次要产物
主要产物
(3)与H2SO4加成
例:
CH3 C=CH2+H2SO4 CH3
烯烃的间接水合:
CH3 CH3
C| -CH3 OSO3H
次序规则:
为了表示分子的某些立体化学关系,需要确定有 关原子或基团的排列次序,这种方法称为次序规则。 次序规则的要点:
(A)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(“较优” 基团排在前面);若为同位素,则质量高者定 为“较优”基团;未共用电子对(:)被规定 为最小(原子序数定为0)。例如,一些原子 的优先次序为(式中“>”表示优先于):
H3C C=C CH2CH3
H
CH3
(Z)-3-甲基-2-戊烯 (反-3-甲基-2-戊烯)
H C=C CH2CH3
H3C
CH3
(E)-3-甲基-2-戊烯 (顺-3-甲基-2-戊烯)
H3C C=C CH2CH2CH2CH3
CH3CH2
CH2CH2CH3
(E)-3-甲基-4-丙基-3-辛烯
当烯烃主链的碳原子数多于十个时,命名时 汉字数字与烯字之间应加一个“碳”字(烷烃不 加碳字),称为“某碳烯”,例如:
1
H3C
2
H
CH2CH2CH3
3 4 56 7
CH2CCH2CH3
CH3 H
( E)-5-甲基-3-丙基-2-庚烯
四、烯烃的物理性质
烯烃在常温常压下的状态以及其沸点、 熔点等都和烷烃相似。含2-4个碳原子的烯 烃为气体,含5-18个碳原子的烯烃为液体。 烯烃的相对密度都小于1。烯烃几乎不溶于 水,易溶于非极性溶剂,如戊烷、四氯化 碳。
CH3(CH2)3CH=CH(CH2)4CH3 5-十一碳烯
烯烃顺反异构体的命名
烯烃顺反异构体的命名可采用两种方法 ——顺反命名法和Z,E-命名法 (1)顺反命名法:
两个双键碳原子中的两个相同原子 或基团处于双键同一侧的,称为顺式 (cis-),反之称为反式(trans-)。书写 时分别冠以顺、反,并用半字线与化合 物名称相连。
反应历程:
第一步:
C=C +H-X 慢 -C| -C| - + X-
|+ H
第二步:
碳正离子
||

-C-C- + X-
|+
Fra Baidu bibliotek
H
|| -C-C-
||
HX
马氏规则----
马尔科夫尼科夫(Markovnikov)规则
不对称烯烃与氯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双键碳原 子上,氯原子(或其它原子或基团)则加到含 氢较少的或不含氢的双键碳原子上。例:
顺反异构体比较:
H3C
H
H3C
H
H
CH3
:
0
b.p. 1oC
m.p. -105.6oC
H3C
H
0.33 D 4oC
-138.9oC
五、烯烃的化学性质 1.催化加氢
在适当的催化剂存在下,烯烃与氢进行加成 反应,生成相应的烷烃。例如:
CH3CH=CH2+H2 Ni,25℃,5MPa CH3CH2CH3
例:
CH3 H
C=C
CH3 H
CH3 H
C=C
CH3 Cl
CH3 H
C=C
Cl CH2CH3
三、烯烃的命名
烯烃系统命名法命名原则如下: (A)选择含有双键在内的最长碳链作为主链, 支链作为取代基,根据主链所含碳原子数称为 “某烯”。 (B)将主链上的碳原子上从双键最靠边的一端 开始依次用阿拉伯数字1,2,3,…编号,双键 的位次用两个双键碳原子中编号小的碳原子的号 数表示,写在“某烯”之前,并用半字线相连。 (C)取代基的位次、数目、名称写在“某烯” 名称之前,其原则和书写格式与烷烃相同。
催化加氢亦称催化氢化,它是还原反应 的一种形式。常用的催化剂为铂、钯和镍 等金属。
催化加氢机理
催化加氢的机理还未完全研究清楚,通常 认为氢吸附在金属的表面,烯烃也通过p-轨道 与金属络合,然后烯烃与氢加成。催化剂的作 用是降低活化能。一般氢化为顺式加成。
氢化热
烯烃的加氢反应是个放热反应。一摩尔烯烃 催化加氢放出的能量叫做氢化热,它的数值随烯 烃结构的不同而有所变化。氢化热的大小反映了 烯烃分子结构的稳定性(氢化热越小表示分子越 稳定),所以由氢化热数值的比较可以用来探讨 不同烯烃的稳定性。例:
CH2=CH- 乙烯基
CH3-CH=CH- 丙烯基
CH2=CH-CH2- 烯丙基
CH3-C| = CH2 异丙烯基
亚基: 有两个自由价的基称为亚基。
H2C=
亚甲基
CH3CH=
亚乙基
(CH3)2C=
亚异丙基
-CH2-
亚甲基
-CH2CH2-
1,2- 亚乙基
-CH2CH2CH2-
1,3- 亚丙基
命名练习:
antibonding pi- molecular orbital
2p atomic orbital
2p atomic orbital
bonding pi-molecular orbital
碳碳双键
碳碳双键是由一个σ键和一个π键所组成的。碳 碳双键的键长为0.133nm。碳碳双键键能则为 611kJ·mol-1 。断裂乙烷的碳碳σ键需要能量 347kJ·mol-1,这说明了碳碳π键断裂时大约只需611- 347=264kJ·mol-1 ,所以π键较σ键为弱,较易断裂。 因此,π键的存在使烯烃具有较大的反应活泼性。
I>Br>Cl>S>O>N>C>D>H>:
例:
Cl
H
Br
Cl
(Z)-1,2-二氯-1-溴乙烯
(B)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。依此则一些基团的依先次序为:
-C(CH3)3>-CH(CH3)2>-CH2CH3>-CH3
CH3C+(CH3)2 H2O
CH3C(CH3)2 -H+ CH3C(CH3)2
+OH2
OH
(5)与次卤酸加成
反应通式:
-CH=CH2 相当于
H (C) || -C| -C| -H (C) H
O||
O-(C) |
-C-OH 相当于 -C-OH
|
(O)
例:
H C=C CH=CH2
CH3
CH2CH3
CH3 C=C CH=CH2
H
CH2CH3
(E)-3-乙基-1,3-戊二烯 (Z)-3-乙基-1,3-戊二烯
当烯烃分子中去掉一个氢原子后,剩下的 基团称为烯基,常见的烯基有:
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