第3章 不饱和烃:烯烃和炔烃
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第3章不饱和烃:烯烃、炔烃和二烯烃出列反应的主要产物并给出合的反应机z 写出下列反应的主要产物,并给出合理的反应机理。
Br 2h ν反应机理:Br 2h νBr ⋅链引发:Br ⋅HBr ++链转移:Br 2+Br ⋅+链终止Br ⋅+链终止:z写出下列反应的主要产物,并给出合理的反应机理。
出列反应的主要产物并给出合的反应机HBr反应机理:H+Br−不饱和烃烯烃炔烃二烯烃3.1 烯烃烯烃:是一类含有碳碳双键的不饱和烃。
式通式:C Hn2n与环烷烃互为构造异构体烯烃的结构 乙烯的结构轨道侧面重叠成的键重叠程z 由两个p 轨道侧面重叠而成的π键,重叠程度比σ键小的多。
所以π键不如σ键稳定,易断裂。
双键键长比碳碳单键的键长短。
键能为:610.9-347.3键能为:347.3 KJ/mol=263.6KJ/molπ键电子云比较分散,有较大的流动性,容z键电子云比较分散有较大的流动性容易极化变形,化学反应性较强。
乙烯的结构构造异构:因碳链的不同和双键在碳链上的 构造异构因碳链的不同和键在碳链上的位置不同产生的各种异构体。
位置异构位异构碳链异构顺反异构:π键不具轴对称性,双键旋转受阻。
33立体异构:构型立体异构构型双键碳原子上各连有两个不相同的原子或基团时烯烃的命名(系统命名法)z 母体命名为“烯”,编号时优先照顾官能团双键。
①选择主链②编号:不饱和碳近端开始135246③写出名称:注明双键位置4-甲基-2-己烯154甲基环321,5-二甲基环戊烯链长大于十个碳时,烯前加“碳”字,如:十一碳烯z 链长大于十个碳时,烯前加碳字,如:十碳烯烯烃顺反异构体的命名z 在顺反异构体的系统命名前加“顺”或“反”表示构型。
相同基团在双键同侧称为顺,异侧称为反。
顺-2-丁烯1234反-2-氯-2-丁烯反-2-丁烯烯烃的顺反异构现象a ab b(i)(ii)(iii)(iv)z 顺反异构的必要条件:双键所连的碳原子分别连有两个不同的原子或基团。
第三章不饱和烃:烯烃和炔烃♦烯烃/炔烃的结构、同分异构和命名;烯烃炔烃的化学性质;♦/♦烯烃亲电加成反应的历程和马氏规则;♦乙烯氢和烯丙氢的含义和反应特点;♦掌握烯烃的自由基加成反应。
♦烯烃的系统命名法;♦烯烃的亲电加成反应和马氏规则、氧化反应。
3.1 烯烃和炔烃的结构3.1.1碳碳双键的组成 3.1.1 碳碳双键的组成含有碳碳双键的不饱和烃叫做烯烃,单烯烃分子中只有一个双键;碳碳双键叫做烯键, 是烯烃的官能团。
单烯烃的通式是C n H 2n ;H H CC 最简单的烯烃是乙烯:HH C C)一) 乙烯的结构H 1170.108nm H H 0.133nm 物理方法证明: 1. 所有碳原子和氢原子共平面;键角接2. 键角接近120°;3.双键键长0.133nm 比单键键长0.154nm 短;4. 双键键能611kJ/mol 小于单键键能两倍347×2=694 kJ/mol347264kJ/l611-347 =264 kJ/mol二)碳原子的SP 2C 2p 2p激发2s 2s2p 2p sp 2杂化sp 2 C = C sp 2-sp 2 σ键2p 2p 2p-2p π键{2>C 3电负性:C sp C sp二) 双键的结构π键不同于σ键, π键具有以下特点:1.π键无轴对称, 不能自由旋转;2. π键键能比σ键能小;611-347=264kJ/mol 3. π电子云具有流动性;C=C 键能C-C 键能破坏π键的能量π电子云位于成键原子的上下两层, 原子核对π电子云的束缚能力弱, 因此, π键易被试CC 剂进攻发生反应, π键比σ键更活泼。
3.1.2 碳碳三键的组成炔烃的结构乙炔是最简单的炔烃, 为线型分子。
H C C H炔烃的官能团是碳碳三键, 碳原子是sp杂化, 两个sp轨道在同一条直线上。
碳碳三键的特点:①炔烃的亲电加成活性不如烯烃。
原因:两个碳原子之间电子云密度大;C-C 键长短, 使π键的重叠程度大;②碳碳三键上的氢炔-H 有一定的酸性。
两个π键形成的圆柱型电子云不易极化。
()电负性C sp > C sp 2> C sp 3, 使C-H键极性增强。
原因:3.2 烯烃和炔烃的同分异构3.2.1 烯烃321构造异构碳架异构位置异构:官能团(重键)位置立体异构:构型异构:顺反异构3炔烃3.2.2构造异构无立体异构3.2.1 烯烃1、构造异构(如:C 4H 8)碳链异构:CH 3CH 2CH CH 2CH 3C CH 2CH 3CH CH 官能团异构:3CH 3CH 2CH CH 2含有相同数目碳原子的烯烃和环烷烃是同分异构体官能团位置异构:CH 3CH 2CH CH 2CH 3CH CHCH2、构型异构:顺反异构体构型异构: 构造式相同, 原子的空间排列方式不同。
烯烃的顺反异构: 属于立体异构中的构型异构,由于双键不能自由旋转而产生。
相同基团在双键同侧为顺式, 不同侧为反式。
反式比顺式更稳定(空间阻碍)CH 3CH 3CH 2CC CH 3H C C CH 3HC CHHC C无顺反异构产生顺反异构的条件:1) 限制旋转的因素, 如: 烯烃双键、脂环烃碳环。
2)2)两个双键碳上都不能连有相同的原子或基团。
a a a aC C b b C C c b C C b C C a b 3a c a3.3 烯烃和炔烃的命名1、系统命名法(某烯)(和烷烃有很大的相似性,但略有不同)A、选择含双键最长的、最多取代基碳链作为主链;B、在编号时从靠近双键的一端开始, 使表示双键位置的数字尽可能小;C、双键的位置要标明, 并用两个双键碳中编号较小的数字标明。
注:数字和汉字之间必须用“-”横线隔开。
CH CH C CH CH CH CH C CHCH 322223323CH 3CH 32-乙基-1-戊烯3,4-二甲基-2-己烯CH 3CH CH 3C C 2H 5CH23-甲基-2-乙基-1-丁烯注:母体C 原子数超过10个, 称“某碳烯”,CH 3(CH 2)7CH=CH(CH 2)7CH 3 9-十八碳烯2、烯基的命名烯烃去掉一个氢原子, 剩下的一价基团叫烯基。
CH 2 CH乙烯基丙烯基CH 3CH CH烯丙基CH 2C CH HHHCH 2CH CH 2异丙烯基CH 2CCH 33.3.3 烯烃顺反异构体的命名1)顺反命名: 顺/反:C 顺反命名法: 两个双键C 上至少要有一对相同的原子或基团。
H HC CCH 3HC C顺-2-丁烯反-2-丁烯CH 3CH 3CH 3HC C HBrC CCH 2CH 2CH 3CC CH 3?2)Z/E Z(Zusammen) 2) Z/E命名:(德文:)相同E(德文:Entgagen) 相反命名原则:将两个双键碳原子分别所连的两个原子或基团, 按取代基优先“次序规则”分别排出两个双键C 上的;较优基团, 较优基团在双键同侧为Z 式; 较优基团在双键异侧为E 式。
aca cECCbd>>CCbd><Z①取代基(基团)大小优先次序规则:P73 表3-1①原子序数越大越优先, 同位素原子按质量大小排, 孤电子对最小:I > Br > Cl > S > F > O > N > C > D > H > :②若与双键直接相连的原子的原子序数相同,则从此原子起向外比较,依次类推,直到解决优先次序。
-C(CH >-CH(CH >-CH >-CH C(CH 3)3>CH(CH 3)2>CH 2CH 3>CH 3-CH 2OH>-CH 2CH 3; -CH 2OCH 3>-CH 2OH; -CH 2Br>-CCl 3③不饱和键中, 三键拆成三个单键, 双键拆成两个单键:NC N>>>CH CCHCH 2CH 2CH 3>>: : 比较以下基团的优先顺序例:比较以下基团的优先顺序122CH 2CH 3与CH CH CHCH CH >22232与CH 333CH3C 3CH 3>CH 3CH 3C C H CH 3C C (Z)-2-(E)-2-HHC CCH 3HC C()丁烯()丁烯注: E-构型不一定为反式; Z-构型也不一定是顺式。
“顺/反”命名法和“Z/E”命名法无必然的联系!CH 3CCCH 3Cl CCBrClClH(Z)-1,2-二氯-1-溴乙烯(E)-2-氯-2-丁烯H 氯反-1,2-二氯-1-溴乙烯顺-2-氯-2-丁烯CH 2CH 2CH 3C H 3CH 2CH 3CH 3CH 2(E)-3-甲基-4-乙基-3-庚烯顺-3-甲基-4-乙基-3-庚烯CH 3CH 2CH 2CH 3C C CH 3CH 3CH 3CH 2CH(CH 3)2C CC CCH 2CH 2ClCH 3(Z)-3-甲基-4-异丙基-3-庚烯2,3-二甲基-5-氯-2-戊烯烯烃的系统命名法练习345761. 选择含双键最长的碳链为主链.C CH 322CH 3CH 2CH 2-C-CH 2CH 2CH 2CH 3CH 3-丙基-2-庚烯12. 靠近双键一端开始编号. 3. 双键位码于母体名称之前.CH 34. 顺/反或(Z)/(E)----放在最前面.CH C C CH 3CH 3C C CH 3CH-CH 33HC 2H 5顺-3-甲基-2-戊烯CH 2CH 2CH 2CH 3C CCH 3CH 268543271(E )-3-甲基-2-戊烯(E)-3-甲基-4-异丙基-3-辛烯课堂练习:命名下列化合物.CH CH CHCHC H3CHCH 3CH CH HCl附加:环烯烃从双键开始编号, 加字头“环”, 为环某烯, 如CH CH 41环戊烯4-乙基-1-环己烯CH 34CH3CH 2CH 3123432CH 3454-甲基-3-乙基环庚烯4-甲基-5-乙基环己烯3.3.4 烯炔的命名炔烃的异构现象, 是由碳链不同或三键的位置; 不同而引起的;炔烃没有顺反异构。
炔烃的命名和烯烃的命名相同, 将“某烯”改为“某炔”即可。
(CH CHC CH C CCH 3CH 3CH 2(3)22-戊炔3-甲基-1-丁炔2,2,5-三甲基-3-己炔CH 3CC CCHCH 3CH 3,,CH 3CH 3当同时含有双键和三键的烃称为某烯炔。
命名时:选含有不饱和键最多的最长碳链为主链, 主链碳原子编号时, 从离官能团最近的一端开始, 在同等的情况下, 要使双键的位次最小。
CH 33-戊烯-1-炔2--1--3,5-CH 3CH CHC CHCH C C C C CH 2甲基己烯,二炔注: 编号时, “谁近谁先, 相同烯先”CH CH 2CHCH C CH CH 3–C ≡C–C =CH–CH 2–CH 3=CH 21234567CH 2-甲基-3-4-乙烯基-4-庚烯-2-炔1 2 3 4 5 6 7注: 若有等不饱和键和等碳原子数时, 以双键多的链为主链3.5烯烃和炔烃的化学性质一、烯烃的化学性质加成反应CH氧化反应α−碳原子——与官能团相连的碳原子, 其氢为α−H 。
酸性C C HpK 氧化反应a CH 2=CH 234三键与双键都是不饱和键, CH3–CH 342,反应相似:加成反应(催化加氢、亲电加成), 氧化反应、聚合反应, 但也有一定特殊性。
sp 杂化控制电子的能力更强, 亲电加成反应稍慢于双键.烯烃和炔烃的化学性质一、加成反应加成反应: 烯烃的π键断裂, 原来的双键上各加一个原子或基团。
Y CC C Z CZY+Y=Z:H2, X2Y≠Z:H-X , HO-X(次卤酸), H-OH , (H-BH2)2, H2SO41、催化加氢CH 2CH 2+H 2CH 3CH 3过渡金属: 铂(Pt)、钯(Pd)等及瑞尼镍(骨架镍)催化加氢的机理还没有完全搞清楚, 通常认为氢吸附在金属表面, 烯烃通过π轨道与金属络合,然后加氢。
因此: 烯烃为平面分子, 从烯烃双键平面的同侧加氢, 为顺式加氢。
催化加氢都是顺式加成, 即新的碳氢σ键都形成于双键的同一侧。
H CH 3H 2, Pt CH 3CH CH 3COOH70%85%烯烃双键碳原子上取代基越少, 空间位阻就小, 越易在CH33H70%-85%催化剂表面吸附, 进而氢化速度快。
因此, 烯烃催化氢化的速度是:R 2C=CR 2 < R 2C=CHR < R 2C=CH 2~RCH=CHR < RCH=CH 2 < CH 2=CH 21) 催化加氢(不同催化剂,不同产物)①强还原剂(烷烃)R C CHH 2R CH CH 2RCH 2CH 3H 2强还原剂:Ni 、Pt 、Pt 等CH 3CH 2CH 2CH 3+H 2PtCH 3 C CCH 3催化剂催化剂②林德拉(Lindlar)试剂(顺式烯烃)林德拉试剂:C CO B SO 是沉淀在CaCO 3或BaSO 4上的Pd,并用醋酸铅或喹啉降低其活性。