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文檔簡介
1、第三章 烯烴,主要內(nèi)容 烯烴結(jié)構(gòu)、同分異構(gòu)和命名 烯烴的化學(xué)反應(yīng) 烯烴的制備,烯烴指分子中含碳碳雙鍵C=C 的不飽和烴。,H2C=CH2 、CH3CH=CH2 、 CH3CH2CH=CH2-烯烴同系列,H3CCH3 、CH3CH2CH3 、 CH3CH2CH2CH3-烷烴同系列,單烯烴通式: CnH2n,CH鍵,CC鍵,第一節(jié) 結(jié)構(gòu)、同分異構(gòu)和命名,烯烴的結(jié)構(gòu), 鍵,現(xiàn)代物理方法證明:乙烯分子的所有原子在同一平面上。,官能團(tuán): C=C(鍵); =Csp2; 五個鍵在同一個 平面上;電子云分布在平 面的上下方。,鍵鍵能 = 雙鍵鍵能 碳碳單鍵鍵能 = 610 346 = 264 KJ / mol
2、,鍵的特點,不如鍵牢固(因p軌道是側(cè)面重疊的)。 不能自由旋轉(zhuǎn)(鍵沒有軌道軸的重疊)。 電子云沿鍵軸上下分布,不集中,易極化,發(fā)生反應(yīng)。 不能獨立存在。,(一)構(gòu)造異構(gòu),1-丁烯 (1-butene),2-丁烯 (2-butene),2-甲基丙烯 (2-methylpropene),環(huán)丁烷 (cyclobutane),甲基環(huán)丁烷,烯烴的同分異構(gòu),(二)順反異構(gòu)體(cis-trans isomer),二者不能相互轉(zhuǎn)換,是可以分離的兩個不同的化合物。,順反異構(gòu)又稱為幾何異構(gòu)(geometrical isomer),幾何異構(gòu)體之間在物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)上都可以有較大的差別,因而容易分離。,滿足條件:每
3、個雙鍵碳上都連有不同原子或原子團(tuán),反式(有生理活性) 順式 (無) 治療卵巢功能不全或 垂體功能異常引起的 各種婦科疾病,己烯雌酚,(1)普通命名法,乙烯,丙烯,烯烴的命名,(2)系統(tǒng)命名法,1-丁烯,2-己烯,3-甲基-1-丁烯,3-正丙基-6-溴-1-己烯,烯基:當(dāng)烯烴上去掉一個氫原子后剩下的一價基團(tuán)叫做烯基。,CH2CH 乙烯基 CH2CHCH 烯丙基 (或 2丙烯基) CH3CHCH 丙烯基 (或 1丙烯基),亞某基:同一碳上帶有兩個游離價的基團(tuán)叫做亞某基(某叉基)。,CH2CH 亞乙基(乙叉基) CH3CH2CH2CH 亞丁基 (丁叉基),3-乙基-1-己烯,4-乙基環(huán)己烯,環(huán)戊烯,
4、1-甲基環(huán)己烯,3-氯環(huán)庚烯,環(huán)烯烴命名,順反異構(gòu)體的命名,順反命名法: 系統(tǒng)名稱前加一“順(或cis)”或“反(trans)”字。,順-2-戊烯,反-2-戊烯,順反命名法有局限性,即在兩個雙鍵碳上所連接的兩個基團(tuán)彼此應(yīng)有一個是相同的,彼此無相同基團(tuán)時,則無法命名其順反。,cis-2-pentene,trans-2-pentene,Z式:雙鍵碳原子上兩個較優(yōu)基團(tuán)或原子處于雙鍵同側(cè)。 E式:雙鍵碳原子上兩個較優(yōu)基團(tuán)或原子處于雙鍵異側(cè)。,(Z)- 3-甲基-2-戊烯 (E)- 3-甲基-4-異丙基-3-庚烯,(Z)-2-戊烯 (E)-2-戊烯,順-2-戊烯,反-2-戊烯,順、反異構(gòu)體的命名與(Z)
5、、(E)構(gòu)型的命名不是完全相同的,它們之間沒有必然聯(lián)系。 這是兩種不同的命名法。順、反異構(gòu)體的命名指的是相同原子或基團(tuán)在雙鍵平面同一側(cè)時為順,在異側(cè)時為反。Z、E構(gòu)型指的是原子序數(shù)大的原子或基團(tuán)在雙鍵平面同一側(cè)時為Z,在異側(cè)時為E。,注 意,反- 1,2-二氯-1-溴乙烯 Trans- 1-bromo-1,2-dichloroethene (Z)-1,2-二氯-1-溴乙烯 (Z)-1-bromo-1,2-dichloroethene,基團(tuán)的優(yōu)先順序(Cohn-Ingold-Prelog定序規(guī)則),(1)原子序數(shù)大者優(yōu)先,同位素質(zhì)量大者優(yōu)先 如: I Br Cl S P F O N C D H
6、(2)基團(tuán)的第一個原子相同時,比較與其相連的下一個原子 如:-CH2CH3 -CH3 -CH2Cl -CH2F -CH2OCH3 -CH2OH -CH(CH3)2 -CH2CH(CH3)2,(3)對不飽和基團(tuán),可認(rèn)為與同一原子連接 2 或 3 次,如:,例: 比較以下基團(tuán)的優(yōu)先順序,(4)取代基互為對映異構(gòu)體時,R構(gòu)型優(yōu)先于S構(gòu)型; 取代基互為幾何異構(gòu)體時,順(Z)優(yōu)先于反(E)式,(Z)- 3-甲基-2-戊烯 (E)- 3-甲基-4-異丙基-3-庚烯,自 學(xué),第二節(jié) 烯烴的物理性質(zhì),雙鍵的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)分析,鍵能: s 鍵 347 kJ / mol p 鍵 263 kJ / mol,p 鍵活性比
7、 s 鍵大 不飽和,可加成至飽和,p 電子結(jié)合較松散,易參與反應(yīng)。是電子供體,有親核性。,與親電試劑結(jié)合 與氧化劑反應(yīng),第三節(jié) 烯烴的化學(xué)性質(zhì),烯烴加成的三種主要類型,親電加成,加 成,自由基加成,催化加氫,(異裂),(均裂),重點,常用的催化劑:鉑黑(Pt),鈀(Pd),Raney Ni,烯烴的催化加氫,順 式 加 成,穩(wěn)定性增加,雙鍵碳上連有烷基多的烯烴是內(nèi)能較低的、穩(wěn)定的烯烴。,補(bǔ)充:烯烴的類型及其穩(wěn)定性,分類:將烯烴看作乙烯的取代產(chǎn)物,四取代烯烴,三取代烯烴,二取代烯烴,一取代烯烴,穩(wěn)定性:多取代烯烴較穩(wěn)定,乙烯,trans,cis,有 van der waals 排斥力,一些常見的烯
8、烴親電加成,親電試劑,鹵代烷,硫酸氫酯,醇,鄰二鹵代烷,b-鹵代醇,次鹵酸,烯烴的親電加成反應(yīng)(Electrophilic addition),烯烴與 HX 的加成,(X Cl, Br, I; 活性: HI HBr HCl ),例:,鹵代烴消除的逆反應(yīng),與HX的加成機(jī)理 經(jīng)碳正離子的加成機(jī)理,機(jī)理:,雙鍵為電子供體 (有親核性或堿性),H有親電性,碳正離子中間體,反應(yīng)進(jìn)程圖,過渡態(tài) I,過渡態(tài) II,中間體,反應(yīng)進(jìn)程分析,產(chǎn)物,碳正離子(Carbocation, Carbonium ion),碳正離子:一類碳上只帶有六個電子的活潑中間體,碳正離子一般無法分離得到,可通過實驗方法捕獲:,甲基碳正
9、離子,伯碳正離子,仲碳正離子,叔碳正離子,碳正離子的相對穩(wěn)定次序:,補(bǔ)充:芐基和烯丙基碳正離子的相對穩(wěn)定性:, 3 2 1,p鍵對碳正離子的穩(wěn)定作用,p p共軛效應(yīng),芐基碳正離子,烯丙基碳正離子,(共軛)給電子的作用,烷基對碳正離子的穩(wěn)定作用(誘導(dǎo))給電子效應(yīng),穩(wěn)定性,烷基充當(dāng)給電子基作用,(electron releasing group),(通過單鍵傳遞的)誘導(dǎo)給電子效應(yīng),sp 超共軛效應(yīng), 電子轉(zhuǎn)移,使電荷更分散,有利于體系的穩(wěn)定,超共軛解釋,烯烴親電加成取向(反應(yīng)的區(qū)位選擇性) Markovnikov規(guī)則(馬氏規(guī)則),Markovnikov規(guī)則:氫原子總是加在含氫較多的碳上,加成機(jī)理對
10、Markovnikov規(guī)則的解釋,中間體碳正離子的穩(wěn)定性決定加成的取向,例:,機(jī)理:,2o 碳正離子 較穩(wěn)定,1o 碳正離子 較不穩(wěn)定,例:下列加成不遵守Markovnikov規(guī)則,請給出合理的解釋,強(qiáng)吸電子基團(tuán),不同結(jié)構(gòu)烯烴與HX反應(yīng)活性順序如下,請給出合理的解釋,(CH3)2CHCH2 CH3CH2CHCH2 CH2CH2 CH2CHCl,親電加成中的重排現(xiàn)象及解釋,重排現(xiàn)象 碳正離子的證據(jù),重排產(chǎn)物,機(jī)理,H遷移,烯烴與 H-OSO3H(硫酸)的加成,合成上應(yīng)用水解制備醇,通過與硫酸反應(yīng)可除去烯烴,硫酸氫酯(ROSO3H),(乙醇和異丙醇的工業(yè)制法),與H2SO4 的加成機(jī)理,機(jī)理,不對
11、稱烯烴與硫酸加成符合馬氏規(guī)則,烯烴與X2的加成,在有機(jī)分析中的應(yīng)用:鑒別烯烴 例:烯烴 5溴的CCl4溶液 紅棕色褪去,比較下列兩個反應(yīng),Br2在反應(yīng)中起決定作用,用碳正離子機(jī)理解釋,碳正離子機(jī)理不能圓滿解釋下列反應(yīng),如:,若通過一般親電加成機(jī)理,烯烴與鹵素的加成的環(huán)正離子機(jī)理,環(huán)正離子 環(huán)鹵鎓離子,由離去基團(tuán)背面進(jìn)攻 反式加成,環(huán)鹵鎓離子穩(wěn)定性:Br Cl(Br的電負(fù)性較小, 體積較大,易成環(huán)),故烯烴加Br2立體選擇性較好。,例:用環(huán)正離子機(jī)理解釋下列結(jié)果,b鹵代醇,機(jī)理,烯烴與 XOH (或X2 / H2O or OH)的反應(yīng),or,加X2的立體化學(xué):反式加成為主,b-鹵代醇,主要產(chǎn)物,
12、特別注意不對稱烯烴與次鹵酸的加成方式。,烯烴親電加成反應(yīng)小結(jié),親電加成機(jī)理小結(jié),親電試劑,親電加成的一般形式,親電部分:與雙鍵p電子結(jié)合,親核部分:與碳正離子結(jié)合,Electrophiles (親電試劑),Nucleophiles (親核試劑),親電型反應(yīng)(親電加成,親電取代):由親電試劑參與的反應(yīng),決速步驟,試劑的親電部分起關(guān)鍵作用,烯烴的自由基加成 過氧化效應(yīng),反 Markovnikov 規(guī)則,符合Markovnikov 規(guī)則,Kharasch發(fā)現(xiàn)過氧化效應(yīng)(1933年),無過氧化物,有過氧化物,過氧化效應(yīng),硼烷及性質(zhì),甲硼烷(Borane),乙硼烷(Diborane) (甲硼烷的二聚體)
13、,兩電子三中心鍵,BH3 : THF,硼氫化氧化反應(yīng),反應(yīng)的特點: 產(chǎn)率較高。 區(qū)域選擇性反應(yīng)(主要為反Markovnikov規(guī)則取向)。 立體專一性反應(yīng)(順式加成)。 無重排產(chǎn)物生成(說明什么?)。,硼氫化,氧化,立體化學(xué):順式加成 (syn),三烷基硼,硼氫化氧化反應(yīng),硼氫化步驟機(jī)理硼烷與烯烴的加成,少取代,位阻小,四中心過渡態(tài),H, B順式加成,H, B同步加成,硼氫化氧化反應(yīng)區(qū)域選擇性舉例,硼氫化還原反應(yīng),Herbert C. Brown 1912,Georg Wittig 18971987,The Nobel Prize in Chemistry 1979,for their dev
14、elopment of the use of boron- and phosphorus-containing compounds, respectively, into important reagents in organic synthesis,烯烴的氧化,烯烴氧化的主要類型,酮、酸,酮、醛,鄰二醇,環(huán)氧化物,注意雙鍵和H的變化,烯烴氧化成鄰二醇,反應(yīng)的立體化學(xué)(重要) 順式加成(立體專一性反應(yīng)),cis,機(jī)理(了解),五元環(huán)中間體,五元環(huán)中間體,烯烴氧化成酮或酸(強(qiáng)氧化劑氧化),合成上有意義的應(yīng)用,二酮、二酸 或酮酸,烯烴氧化成酮或醛(臭氧氧化),機(jī)理(了解):,一級臭氧化物,二級臭氧
15、化物,用 Zn還原,使不氧化生成的醛,易被氧化至酸,臭氧氧化烯烴的應(yīng)用 合成上用于制備醛,有機(jī)分析上用于分析烯烴的結(jié)構(gòu),通過產(chǎn)物猜測烯烴結(jié)構(gòu),烯烴的臭氧化反應(yīng)的應(yīng)用,測定烯烴的結(jié)構(gòu),(CH3)2C=CH2,O3,H2O,Zn,(CH3)2C=O + CH2O,Zn,O3,H2O,烯烴氧化成環(huán)氧化物,常用過氧酸:,過氧酸氧化烯烴的機(jī)理(了解),協(xié)同機(jī)理,反應(yīng)的立體化學(xué) 順式加成(立體專一性反應(yīng)),構(gòu)型“保持”,合成環(huán)氧化物 開環(huán)制備反式鄰二醇,合成上應(yīng)用,反式鄰二醇,烯烴-H的鹵代反應(yīng),烯烴a位氫的鹵化(烯丙位的鹵代反應(yīng)),烯烴與 X2反應(yīng)的兩種形式(例:丙烯Cl2):,烯丙位氯代的條件: 高溫(氣相)、Cl2低濃度,烯丙位,烯丙位氯代機(jī)理自由基取代機(jī)理,鏈引發(fā),鏈轉(zhuǎn)移,烯丙基自由基 (穩(wěn)定,易生成),鏈終止: 略,第(2), (3)步重復(fù)進(jìn)行,為什么烯丙基 自由基較穩(wěn)定?,烯丙基自由基的軌道圖形,現(xiàn)代譜學(xué)方法證實烯丙基只有三種氫,表示為,離域體系(共軛體系),一般表達(dá)式 (有4種氫),共軛表達(dá)式 (有3種氫)
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