第6章 碳碳键的生成反应
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第6章 炔烃和二烯烃问题参考答案1.炔烃没有顺反异构体。
因为三键碳是sp 杂化,为直线形构型,故无顺反异构现象。
2.HC CCH 2CH 2CH 2CH 3H 3CC CCH 2CH 2CH 3H 3CH 2CC CCH 2CH 2CH 3HCCCHCH 2CH 3HCCCH 2CHCH 3HCCCCH 3H 3CC CCHCH 3CH 3CH 3CH 3CH 3CH 31-己炔2-己炔3-己炔3-甲基-1-戊炔4-甲基-1-戊炔3,3-二甲基-1-丁炔4-甲基-2-戊炔3.化)4. 表面上看来,碳碳三键更具不饱和性,那末怎样来理解这些事实呢? 解释烯烃比炔烃更容易亲电加成的原因,有以下三点:(1).由于三键和双键的碳原子的杂化状态不同三键碳原子的杂化状态为sp ,较双键(sp 2)的s 成份为多,由于s 成份的增加,使sp 杂化轨道比sp 2杂化轨道的直径短,因而造成碳碳三键较双键为短。
所以在炔烃中形成π键的两个p 轨道的重叠程度较烯烃为大,使炔烃中的π键更强些。
而且由于不同杂化状态的电负 性为sp >sp 2>sp 3,炔烃分子中的sp 碳原子和外层电子(π电子)结合得更加紧密,使其不易给出电子,因而使快烃不易发生亲电加成反应。
(2).由于电子的屏蔽效应不同炔烃和烯烃分子中,都存在着σ电子和π电子,可以近似地看成π电子是在σ电子的外围。
σ电子受原子核的吸引而π电子除受原子核的吸引外还受内层电子的排斥作用,因而就减弱了受核的束缚力,即为电子的屏蔽效应。
乙烯分子中有五个σ键,即有五对σ电子,而乙炔分子中只有三个σ键即只有三对σ电子,因而乙烯分子中的电子的屏蔽效应大于乙炔分子,所以乙烯分子中的π电子受原子核的吸引力小,易给出电子,也就容易发生亲电加成反心,而乙炔则较难。
(3).炔烃比烯烃的加成较难的原因,还可以从形成的中间体碳正离子的稳定性不同来说明:R CH CH 2+E+R +H C H 2C E RCCH+E +RC +C HE由于烷基正离了要比烯基正离子稳定些,所以烯烃的亲电加成较易。
114第六章 炔烃分子中含有碳碳叁键的烃叫做炔烃。
碳碳叁键可位于碳链中的任意位置。
开链炔烃的分子通式为C n H 2n-2 。
碳碳叁键位于碳链一端的炔烃称之为单取代或末端炔烃。
6.1 炔烃的结构与烯烃的碳碳双键相比,炔烃的碳碳叁键经历了不同的杂化。
在此杂化过程中,碳的2s 轨道和三个2p 轨道中的一个进行杂化。
每个杂化轨道含有1/2 s 轨道和1/2 p 轨道的成分。
这些杂化轨道称之为sp 轨道。
由于sp 轨道的s 成分增加,乙炔中碳氢键的极性比乙烷和乙烯中的大很多。
乙烯的pK a 值大约在44,而乙炔的pK a 值大约在25,所以末端炔烃在一些特定的情况下,可以当成弱酸,尽管酸性甚至比水还弱很多。
碳碳叁键是两个sp 杂化的碳原子相互之间形成的。
碳原子中的两个sp 杂化轨道沿一轴线呈180 o 伸展 ,该轴线与非杂化的2p x 和2p y 轨道垂直。
当两个sp 杂化碳原子相互靠近时,sp-sp σ 键形成,于是每个碳原子其它两个p 轨道之间就以肩并肩方式重叠,形成两个相互垂直的π键,如图6.1所示。
因此,乙炔C 2H 2是一个线形分子,四个原子都排布在同一条直线上。
由于此线形特性,环状炔烃至少含有十个碳原子才能消除过多的张力。
此外,围绕炔烃叁键部分的电子云密度要比乙烷、乙烯大得多。
与烯烃类似,炔烃容易与亲电试剂相互作用。
(a)(b)图6.1 乙炔的模型(a )乙炔 sp 杂化示意图(b)乙炔的电子云结构模型乙炔碳碳叁键的长度为120pm,键能大约是836 kJ/mol,所以碳碳叁键是已知的键能最大,键长最短的碳碳键。
表格6.1 乙烷,乙烯,乙炔的共价键参数乙烷乙烯乙炔C-C 键键能(KJ)C-C 键长度(pm) 154 134 120C-H 键键能(KJ) 410 444 506C-H键长度(pm) 110 108 106 很明显可以看出(836-368) 并不是(607-368)的两倍,而且实验结果表明,要打开乙炔中的π键需要大约318 KJ/mol的能量,而对于乙烯需要268KJ/mol,所以我们可以得到结论,炔烃与亲电试剂的反应比烯烃与亲电试剂的反应要迟钝。
碳碳双键发生的化学反应
碳碳双键是由两个碳原子共享四个电子而形成的共轭键。
它们可以参与许多化学反应,下面是一些常见的碳碳双键反应:
1. 加成反应:在加成反应中,一个或多个试剂添加到碳碳双键上,形成新的化学键。
例如,在氢化反应中,氢气(H2)可以加成到碳碳双键上,生成饱和的碳碳单键。
2. 消除反应:消除反应是碳碳双键断裂的反应,通常伴随着新的化学键的形成。
一个常见的消除反应是脱水反应,在这个反应中,碳碳双键上的一个碳原子失去一个水分子(H2O),形成一个新的双键。
3. 氧化反应:碳碳双键可以被氧化剂氧化,形成含有更多氧原子的化合物。
例如,碳碳双键可以被酸性高锰酸钾(KMnO4)氧化为羧酸。
4. 还原反应:碳碳双键可以被还原剂还原,减少为含有更少氧原子的化合物。
一个常见的还原反应是烷基化反应,其中碳碳双键上的一个碳原子被氢原子取代。
这只是碳碳双键可以发生的一些典型化学反应的例子,实际上有许多不同类型的反应都可以涉及到碳碳双键。
具体的反应类型和机理取决于反应条件和试剂的选择。