共轭二烯烃
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一二烯烃分子中含有不止一个双键的开链烃,按照双键数目的多少,分别叫做二烯烃,三烯烃.....至多烯烃等。
其中以二烯烃最为重要。
而根据二烯烃中双键位置的不同,又可以分为三类:a 累积二烯烃:两个双键连接在同一个碳原子上。
B 共轭二烯烃:两个双键之间,有一个单键相隔。
C 隔离二烯烃:两个双键之间,有两个或以上的单键相隔。
在这里主要介绍共轭二烯烃的性质。
1共轭二烯烃的结构以及共轭效应:1,3—丁二烯是最简单的共轭二烯烃,下面就以它为例来说明共轭二烯烃的结构。
在丁二烯分子中,四个碳原子和六个氢原子都处在同一个平面上。
其每一个碳原子都是sp2杂化,它们以sp2杂化轨道与相邻的碳原子相互交盖形成碳碳单键,与氢原子的1S轨道形成碳氢单键。
分子中一共形成了三个碳碳单键和六个碳氢单键,sp2杂化碳原子的三个σ键指向三角形的三个顶点,三个σ键相互之间的夹角都接近120°。
由于每一个碳原子的σ键都排列在一个平面上,所以就形成了分子中所有σ键都在一个平面的结构,此外,每一个碳原子都有一个未参与杂化的p轨道,它们都和丁二烯分子所在的平面垂直,因此这四个p轨道互相平行,在四个碳原子之间都有电子云交盖,从而电子也并不固定在两个原子之间,从而发生离域。
也就是说四个电子在四个原子轨道形成的共轭体系中流动,并不固定在某一位置。
2 共轭二烯烃的性质A 1,2—加成和1,4—加成共轭二烯烃和卤素,氢卤酸等都容易发生亲电加成,但可产生两种加成产物,如下所示:(1,2—加成产物和1,4—加成产物的键线式)1,2—加成产物是一分子试剂在同一个双键的两个碳原子上的加成,而1,4—加成产物则是一分子试剂加载共轭双键的两端碳原子上,同时原来的双键变为单键,而双键之间的单间变为双键。
1,3—丁二烯之所以有这两种加成方式,与其共轭结构有密切关系。
下面以溴化氢与丁二烯的加成来说明这一原理。
丁二烯与溴化氢的加成第一步也是H+的进攻,加成反应可能发生在C(1)或者C(2)上,然后生成相应的碳正离子(I)和(II)对于这两种碳正离子来说,双键上的碳原子,以及带有正电荷(在键线式中所表达出来的)的碳原子都是sp2杂化,而在(I)碳正离子中,三个碳原子剩余的p轨道均平行于三个碳原子锁组成的平面,因此它们之间存在共轭效应,从而正电荷并不只是单纯的聚集在同一个碳原子上,电荷因共轭效应而被分配到三个碳原子上,并且在C(2)和C(4)上的正电荷相对较多,从而分子比较稳定,生成(I)碳正离子所需要的活化能相对更低,而(II)碳正离子则没有共轭效应,因此反应总是向着(I)碳正离子的方向进行。
第五章 二烯烃的共轭效应§1、二烯烃一、二烯烃的分类和命名:二烯烃和炔烃是同分异构体,通式C n H 2n-2 (一) 分类:根据二个烯键在分子中的相对位置分:累积式的二烯烃Ë«¼ü»ýÀÛÔÚͬһCÉÏ ±û¶þÏ©C=C=CCH 2=C=CH 2共轭式二烯烃C=C-C=CCH 2=CH-CH=CH 2¶þ¸öË«¼ü±»Ò»¸öµ¥¼ü¸ô¿ª1£¬3¶¡¶þÏ©孤立式的二烯烃C=C-(CH 2)n-C=Cn > 1¶þ¸öË«¼ü±»¶þ¸öÒÔÉϵ¥¼ü¸ô¿ª其中:孤立式的二烯烃的性质和单烯烃相似。
每个双键各行其势,相互影响很小。
累积式的二烯烃数量少且实际应用也不多。
共轭式二烯烃在理论和实际应用上都很重要。
所以,我们讨论的是共轭二烯烃,它具有新的,特殊的性质。
(二) 命名:和烯烃相似,主要是分别指出烯键的数目和位置就行2-¼×»ù-1£¬3-¶¡¶þÏ© 1£¬3£¬5-¼ºÈýÏ©| | λÖà ÊýÄ¿CH 2=C CH=CH 2CH 3CH 2=CH-CH=CH-CH=CH 2对多烯烃,每个烯键都可能有顺反构型问题,二个烯键有二个顺反问题,组合起来就有三个顺顺,顺反,反反三种异构体˳£¬Ë³-2¡¢4-¼º ¶þ Ï©(Z),(Z)-C=CCH 3HC=CCH 3H HH˳¡¢·´-2¡¢4¼º¶þÏ© £¨·´£¬Ë³£©(Z),(Z)-·´£¬·´-2¡¢4-¼º ¶þ Ï©(E),(E)-(三)1、3丁二烯的构象:CH 2=CH-CH=CH 2C2¡¢C3 Χ ÈÆ µ¥ ¼ü Ðý ת »á ²ú Éú ²» ͬ µÄ ¿Õ ¼ä ¹¹ ÏóCCCH 2CH 2H¶þ¸öË«¼üÔÚC2¡¢C3ͬ²àS-˳- 1¡¢3-¶¡¶þÏ© S-Sigle µ¥CC CH 2CH 2HHS-·´-1¡¢3¶¡¶þÏ©¶þ¸öË«¼üÔÚC2¡¢C3Ïà·´²à性质上都是围绕单键旋转产生的,从能量上说S-反稳定,但在化学反应中参加反应时,S-反→S-顺。
1. 共轭二烯不同于单烯和隔离二烯的性质:(1)键参数H HHH H H 1234◆1,3-丁二烯分子中,双键的键长(137pm )比乙烯分子中的双键(134pm )稍长;◆C2-C3单键的键长(147pm )则比乙烷分子中的C-C 单键(154pm )短一些;4.1.2共轭二烯烃的结构(2)氢化热◆共轭的1,3-丁二烯在结构上比非共轭的1,4-戊二烯更稳定。
∆H 0= -254 kJ/molCH 2CHCH 2CH CH 2+ 2H 2PtCH 3(CH 2)3CH 31,4-戊二烯1,4-pentadiene∆H0= -226 kJ/molCH 2CHCH + 2H 2PtCH 3(CH 2)3CH 3CHCH 31,3-戊二烯1,3-pentadiene1. 共轭二烯不同于单烯和隔离二烯的性质:4.1.2共轭二烯烃的结构(3)加成和聚合反应1,2-加成(1,2-Addition )1,4-加成(1,4-Addition )CH 2CH CH CH 2+ HBr CH 3CH CH CH 2Br CH 3CH CH CH 2Br3-溴-1-丁烯(3-bromo-1-butene )1-溴-2-丁烯(1-bromo-2-butene )1 2 3 4H 2CH CH CH2+ HBr CH 3CH CH CH 2BrCH 3CH CH CH 2Br3-溴-1-丁烯(3-bromo-1-butene )1-溴-2-丁烯(1-bromo-2-butene )1 2 3 4H 2CH CH CH 2+ HBr CH 3CH CH CH 2Br CH 3CH CH CH 2Br 3-溴-1-丁烯(3-bromo-1-butene )1-溴-2-丁烯(1-bromo-2-butene )1 2 3 41. 共轭二烯不同于单烯和隔离二烯的性质:4.1.2共轭二烯烃的结构CH 2CH CH CH 2CH 2CH CH CH 2n 1,2-加聚产物n 顺-1,4-加聚产物反-1,4-加聚产物1 2 3 4CH 2H CH 2H n H CH 2CH 2H H 2CH CH CH 2CH 2CH CH CH 2n 1,2-加聚产物n 顺-1,4-加聚产物反-1,4-加聚产物1 2 3 4CH 2H CH 2H n H CH 2CH 2H H 2CH CH CH 2CH 2CH CH CH 2n 1,2-加聚产物n顺-1,4-加聚产物反-1,4-加聚产物1 2 3 4CH 2H CH 2H nH CH 2CH 2HH 2CH CH 2CH 2CH CH CH 2n 1,2-加聚产物n 顺-1,4-加聚产物反-1,4-加聚产物1 2 3 4CH 2H CH 2H n H CH 2CH 2H H 2CH CH CH 2CH 2CH CH CH 2n 1,2-加聚产物n 顺-1,4-加聚产物反-1,4-加聚产物1 2 3 4CH 2H CH 2H n H CH 2CH 2H (3)加成和聚合反应1. 共轭二烯不同于单烯和隔离二烯的性质:4.1.2共轭二烯烃的结构(4)Diels –Alder reaction◆Diels-Alder 反应于1928年被发现,并于1950年获诺贝尔化学奖。
3.2.2 共轭二烯烃的结构和共轭效应Structures and Conjugative Effects ofConjugated Dienes(1)共轭二烯烃的结构。
在共轭二烯烃中,最简单的是1,3-丁二烯,下面我们就以它为例来说明共轭二烯烃的结构。
根据近代物理方法测定,1,3-丁二烯中碳碳双键的键长是0.135nm,碳碳单键的键长是0.148 nm,也就是说,它的双键比乙烯的双键(0.134 nm)长,而单键却比乙烷的单键(0.154 nm)短。
这说明1,3-丁二烯的单、双键较为特殊,键长趋于平均化。
杂化轨道理论认为,在1,3-丁二烯中,4个sp2杂化轨道的碳原子处在同一平面上(图3.6),每个碳原子上未杂化的p轨道相互平行,且都垂直于这个平面。
这样,在分子中不仅C1、C2和C3、C4间各有一个π键,C2、C3间的p 轨道从侧面也有一定程度的重叠(图3.6),使4个p电子扩展到四个碳原子的范围内运动,每两个碳原子之间都有π键的性质,组成一个大π键,这种共轭体系称为π-π共轭体系。
在共轭体系中,π电子Array不再局限于成键两个原子之间,而要扩展它的运动范围,这种现象称为电子离域。
电子离域范围愈大,体系的能量愈低,分图3.6 1,3-丁二烯分子中π键所在平面与纸面垂直子就愈稳定。
共轭体系的各原子必须在同一平面上,每一个碳原子都有一个未杂化且垂直于该平面的p轨道,这是形成共轭体系的必要条件。
按照分子轨道理论,4个p电子可以组成4个分子轨道,两个成键轨道(ψ1、ψ2)、两个反键轨道(ψ3、ψ4),如图3.7。
图3.7 1,3-丁二烯的原子轨道和π分子轨道图形从图中可以看出,ψ1在键轴上没有节面,而ψ2、ψ3、ψ4各有1个、2个、3个节面。
节面上电子云密度等于零,节面数目越多能量越高。
ψ4有3个节面,所有碳原子之间都不起成键作用,是能量最高的强反键;ψ3有2个节面,能量比只有1个节面的ψ2高,ψ3为弱反键;ψ2为弱成键分子轨道;ψ1没有节面,所有碳原子之间都起成键作用,是能量最低的成键轨道。