有机化学-烯烃的反应.ppt

有机化学 郭孟萍化学与生物工程学院 第三章单烯烃 重点 单烯烃的结构 命名 包括顺反命名 化学性质和诱导效应及其应用 单烯烃的制备 难点 亲电加成反应历程及其应用 诱导效应及其应用 第三章单烯烃 单烯烃是指分子中含有一个碳碳双键的不饱和开链烃 烯烃双键通过SP2杂化轨道成键 通式 CnH2n 第一节烯烃的结构 1 烯键的形成 键的特点 键没有对称轴 不能自由旋转 键不能自主成键 只能与 共存 键不如 键稳定 容易破裂 故容易发生化学反应 键的键能为264 4kJ mol 比 键的键345 6kJ mol小 C C双键的键长0 134nm比C C单键的键长0 154nm更短 第二节烯烃的同分异构和命名 一 烯烃的同分异构现象 除了碳干异构外 还有双键的位置异构以及由双键引起的顺反异构 所以 烯烃的异构现象比烷烃多 产生顺反异构的条件 构成双键的任何一个碳原子上所连接的两个原子或基团要不相同 二 烯基 当烯烃从形式上去掉一个氢原子后剩下的一价基团叫做烯基 表3 1烯基的名称 烯基中文名英文名 三 烯烃的系统命名 1 选主链 含双键的最长碳链 2 编号 从靠近双键的一端开始 3 标明双键的位置 放在烯烃的前面 2 4 二甲基 2 己烯 4 顺 反命名法 两个相同的基团在同一侧时为顺式 在两侧时为反式 5 Z E命名法 两个大基团在同侧时为 Z 构型 在两侧时为 E 构型 6 常见基团的顺序规则 1 几种原子的顺序I Br Cl S P O N C D H 2 几种常见的烷基的顺序 例 4 甲基 3 庚烯写出其构型并命名 Z 4 甲基 3 庚烯 E 4 甲基 3 庚烯 例 命名或写出构造式命名 E 1 氯 1 溴 2 碘 4 甲基 1 己烯 Z 3 甲基 4 乙基 5 异丙基 3 辛烯 第三节烯烃的物理性质 烯烃的物理性质与烷烃相似 但顺反异构体有点差异 沸点 顺式 反式与分子的极性有关 熔点 反式 顺式与分子的对称性有关 第四节烯烃的化学性质 一 亲电加成反应加成反应 在反应中 键断开 双键所连的两碳原子和其它原子或原子团结合 形成两个 键 这种反应称为加成反应 亲电加成反应 由于烯烃双键的形状及其电子云分布特点 烯烃容易给出电子 容易被缺电子的物种进攻 这些缺电子的物种如正离子 易被极化的双原子分子如X X 和路易斯酸等都是亲电试剂 亲电试剂与能给电子的烯烃双键反应 称为亲电加成反应 一 亲电加成 1 与酸的加成 1 与卤化氢的加成 a 卤化氢活泼性次序 HI HB HCl b 不对称烯烃加成 遵守马氏规则 即氢原子加在含氢较多的碳上 卤原子加在含氢较少的碳上 80 一 亲电加成 凡反应中键的形成或断裂 有两种以上取向而有一主要产物生成者称为区位选择性 马尔科夫尼科夫规则是历史上第一个发现的区位选择性规则 例 一 亲电加成 2 与硫酸的加成 3 与有机酸的加成 不对称烯烃与硫酸加成也遵守马氏规则 一 亲电加成 2 与卤素的加成 1 溴的四氯化碳溶液与烯烃加成时 溴的颜色会消失 实验室里常用这个反应来鉴别烯烃 2 卤素活性 氟 氯 溴 碘氟与烯烃反应太激烈 会使碳链断裂 碘与烯烃难以反应 3 与ICl IBr的加成 混合试剂 4 与卤素和水的反应 一 亲电加成 3 与乙硼烷的反应 乙硼烷 二 自由基加成反应 当有过氧化物 H2O2 ROOR 存在时 不对称烯烃与氢溴酸加成的反应取向刚好是反马氏规则的 此反应不是亲电加成反应而是自由基加成反应 二 自由基加成反应 反应机理 1 链引发 二 自由基加成反应 2 链增长 二 自由基加成反应 注意 不对称烯烃与氢溴酸加成的反应取向刚好是反马氏规则的 但对HCl HI加成反应的取向没有影响 为什么 原因 H CI键的解离能比H Br键的大 产生自由基比较困难 而H I键虽然解离能小 较易产生I 但I 的活泼性差 难与烯烃迅速加成 容易自相结合成碘分子 I2 三 催化氢化 或称催化加氢 反应和氢化热 1 催化加氢 在催化剂存在下 有机化合物与氢分子发生的反应称为催化氢化 常用催化剂 Pt Pd 瑞尼Ni等 三 催化氢化 或称催化加氢 反应和氢化热 一般认同的机理 烯烃和氢气被吸附在分散得很细的金属的巨大表面时 使氢分子的H H共价键削弱 氢几乎以原子状态吸附在催化剂表面 同时 烯烃中的 键也被削弱 从而大大降低了氢化反应所需要的活化能 氢原子与烯烃双键的碳原子结合生成烷烃 氢是在烯烃被吸附的一侧加成 即顺式加成 催化剂表面对烷烃的吸附能力小于烯烃 烷烃一旦生成 就从催化剂表面解吸出来 异相催化 三 催化氢化 或称催化加氢 反应和氢化热 2 氢化热及烯烃的稳定性氢化反应是放热反应 1mol不饱和化合物氢化时放出的热量称为氢化热 每个双键的氢化热约125kJ mol 氢化热的大小可以得知烯烃的稳定性 氢化热越小 稳定性越大 例 顺 2 丁烯氢化热 119 7kJ mol反 2 丁烯氢化热 115 5kJ mol 1 丁烯氢化热 126 8kJ mol 三 催化氢化 或称催化加氢 反应和氢化热 故反式烯烃稳定性大于顺式 顺式稳定性大于1 丁烯 三 催化氢化 或称催化加氢 反应和氢化热 4 应用 汽油品质的改进 把汽油中的烯烃氢化为烷烃 改进油脂的性质 将液态的油脂变为固态的脂肪 便于运输和储存 四 氧化反应 1 KMnO4或OsO4氧化 中性或碱性介质 在中性或碱性介质中高锰酸钾可以将烯烃氧化成邻二醇 自己被还原成二氧化锰 呈现棕褐色 可用来检验烯烃 生成的邻二醇可能被继续氧化 得率低 如用四氧化锇代替 收率提高 生成顺式产物 但是毒性较大 且昂贵 四 氧化反应 酸性介质 在酸性介质中高锰酸钾可以将烯烃氧化成羧酸 酮和二氧化碳 自己被还原成二价锰离子 紫色消失 可用来检验烯烃 根据生成物的结构可以推断烯烃的 四 氧化反应 例题 原烯烃的结构为 四 氧化反应 2 臭氧化反应 1 常用还原剂 四 氧化反应 2 还原水解产物 3 应用因为臭氧化还原水解是定量进行 且选择性强 故常用来推断烯烃的结构 推断其构造式 四 氧化反应 3 催化氧化 五 聚合反应 烯烃在一定的条件下 键断裂 分子间一个接一个地互相加合 成为相对分子质量巨大的高分子化合物 六 a 氢的自由基卤代反应 六 a 氢的自由基卤代反应 为什么会有这样的结果 可以用下面的结果来解释 伯氢 烯丙氢 乙烯氢 乙烯氢难以反应 烯丙氢容易反应 其它氢处于中间状态 原因是离解能不同 六 a 氢的自由基卤代反应 不同的C H键的离解能是不同的 大小顺序是 烯丙H 叔C H 仲C H 伯C H 乙烯H故反应活性大小顺序是 烯丙H 叔C H 仲C H 伯C H 乙烯H 第五节诱导效应 1 定义 在有机化合物中 由于电负性不同的取代基团的影响 使整个分子中成键电子云按取代基团的电负性所决定的方向而偏移的效应称为诱导效应 第五节诱导效应 2 特征 诱导效应的特征是沿着碳链传递 并随碳链的增长迅速减弱或消失 通过静电诱导而影响到分子的其他部分 没有外界电场的影响也存在 第五节诱导效应 3 表示形式 一般用I来表示诱导效应 I相当于吸电子效应 I相当于供电子效应 饱和的C H键的诱导效应规定为零 Y CC HC X I I 0 I 第五节诱导效应 4 具有 I效应原子和原子团的相对强度 同族元素 F Cl Br I从上到下依次减小同周期元素 F OR NHR从左到右依次增强不同杂化态 第五节诱导效应 5 具有 I效应的原子团主要是烷基 相对强度是 例 CH3 CH CH2分子中的甲基与 键相连 由于电负性Csp3 Csp2 所以甲基具有 I效应使 键上的电子云发生偏移 第六节烯烃的亲电加成反应历程和马氏规则 一 烯烃的亲电加成反应历程 1 烯烃与溴加成 实验证明 烯烃的亲电加成反应历程受极性介质影响 CH2 CH2Br Br反应是一步完成的呢还是二步完成的 例 通过实验发现是二步完成的 否则就不会发生上面反应 且溴是在第一步先加 氯后加 如果溶液中还有其它阴离子 反应产物中也会出现 第六节烯烃的亲电加成反应历程和马氏规则 烯烃与溴的亲电加成反应历程可能为 烯烃与各种酸的加成反应历程 第六节烯烃的亲电加成反应历程和马氏规则 关于这个历程要搞清楚下面几个问题 Br2是异裂 故是离子型加成 因为是Br 先进攻 所以是亲电成 为什么是Br 先进攻C负离子 因为Br 不如Br 稳定 溴鎓离子 是反应的中间体 因为Br 是缺电子而双键极化 Br 是从溴鎓离子反面进攻的 从立体效应考虑 从反面进攻更有利于Br 接近中心C原子 出现ClCH2CH2Br产物 是因为体系中Cl 和Br 两种负离子竞争反应的结果 烯烃和其它试剂加成和上面历程相似 但中间体不是溴鎓离子而是碳正离子 对R1CH CHR2型烯 X 总和加到靠近链端的双键C原子上 第六节烯烃的亲电加成反应历程和马氏规则 通式表示 烯烃亲电加成反应有两种历程 第六节烯烃的亲电加成反应历程和马氏规则 二 马尔科夫尼科夫规则的解释和碳正离子稳定性 1 诱导效应解释例 以丙烯为例 甲基碳原子 SP 杂化 双键碳原子 SP 杂化 SP 电负性 SP 杂化态 故甲基表现为向双键供电子 2 用活泼中间体碳正离子的稳定性来解释 碳正离子的稳定性与跟 超共轭效应的多少有关 C H P共轭效应9个 C H P共轭效应6个 C H P共轭效应3个 C H P共轭效应无 超共轭 C H 电子可离域到 键或碳正离子的空轨道上分散正电荷 2 用活泼中间体碳正离子的稳定性来解释 根据物理学上的规律 一个带电体系的稳定性取决于所带电荷的分布情况 电荷愈分散 体系愈稳定 故有 利用碳正离子的稳定性可以解释马氏规则的结果 2 用活泼中间体碳正离子的稳定性来解释 3 从过渡态来考虑 2 用活泼中间体碳正离子的稳定性来解释 1 在过渡态1中 甲基分散了碳上的部分正电荷 稳定了过渡态1 在过渡态2中 甲基不能分散碳上的部分正电荷 因此过渡态2不如过渡态1稳定 2 过渡态 1 比过渡态 2 稳定 活化能低 形成速率快 故加成产物2 卤丙烷是主产物 第七节乙烯和丙烯 一 乙烯了解乙烯的性质 工 农业中的应用 来源以及乙烯利的应用 二 丙烯了解丙烯的性质 工 农业中的应用 来源以及其依赖乙烯化工的发展而发展 第八节烯烃的制备 一 经由消除反应的合成方法1 脱卤化氢和脱水 B 卤素 羟基 1 这类反应称为 消除反应 2 脱HX和H2O有一个取向问题 扎依采夫 以后再介绍 认为 生成的烯烃是双键两端取代基多的为主 第八节烯烃的制备 例1 81 19 例2 第八节烯烃的制备 2 脱卤素用Zn或Mg把邻二卤化物消除两个卤原子而得烯烃 在合成上应用不大 但可以用此方法保护双键 第八节烯烃的制备 例 下式要氧化羟基而不破坏双键 就可以用此方法