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第六章 烯 烃 教学要求: 1 、掌握烯烃的结构( sp 2 杂化、 键) 、异构及命名。 2 、掌握烯烃的化学性质及制法。 3 、熟悉烯烃的亲电加成反应历程。 4 、了解烯烃的来源和用途。. ① 定义: ② 通式: C n H 2n ③ 不饱和度: 1 (与单环烃相同,有一个不饱和度。) 单烯烃与单环环烷烃互为构造异构体。 ④官能团:碳碳双键 C = C. § 6.1 烯烃的结构、异构和命名 6.1.1 烯烃的结构 ① sp 2 杂化、 键
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第六章 烯 烃 教学要求: 1、掌握烯烃的结构(sp2杂化、 键) 、异构及命名。 2、掌握烯烃的化学性质及制法。 3、熟悉烯烃的亲电加成反应历程。 4、了解烯烃的来源和用途。
①定义: ② 通式: C n H 2n ③不饱和度:1 (与单环烃相同,有一个不饱和度。) 单烯烃与单环环烷烃互为构造异构体。 ④官能团:碳碳双键 C = C
§ 6.1 烯烃的结构、异构和命名 6.1.1 烯烃的结构 ① sp2杂化、 键 ②乙烯所有原子在一平面 ③键长较烷烃的短(s成分较多) C为sp2杂化 平面结构 π键的极化度大,具有较大的流动性及反应活性。
①碳链异构 构造异构 ②双键位置不同引起的异构 构型异构 ③立体异构(顺反异构,属 非对映异构) 6.1.2 烯烃的异构 (判断何种烯有顺反异构) 练习:P117 问题6.3
当两个双键碳原子上各连有不同取代基时,可能有顺反异构体。例:当两个双键碳原子上各连有不同取代基时,可能有顺反异构体。例: 例:丁烯
6.1.3 烯烃的命名 ①构造异构体:系统命名 一价基 ②顺反异构体:顺、反 Z、E
烯烃的命名(IUPAC) 规则: a. 选主链:选择含双键的最长碳链作主链,称某烯。 b. 编号:从靠近双键的一端开始编号。 c. 确定取代基、双键的位置。
d. 写法 例: 2,4-二甲基-2-己烯 4-甲基-2-戊烯 3-甲基-2-乙基-1-丁烯 2,5,5-三甲基-2-己烯 1-十五碳烯
e. 烯基命名 乙烯基 烯丙基 丙烯基 异丙烯基 1-丁烯基 2-丁烯基 f. 顺反异构命名 顺-2-丁烯 反-2-丁烯
顺-3-甲基-2-戊烯 反-3-甲基-2-戊烯 (Z)-3-氯-2-戊烯 g. Z,E命名 Z型:同一个碳上的两个基团按次序规则,两个碳上的 较优基团在双键同侧的为Z型。 E型:同一个碳上的两个基团按次序规则,两个碳上的 较优基团在双键异侧的为E型。
* 反-2,4-二甲基-3-乙基-3-己烯 (Z)-2,4-二甲基-3-乙基-3-己烯 (Z)-3-甲基-2-氯-2-戊烯 顺-3-甲基-2-氯-2-戊烯 (Z)-1,2-二氯溴乙烯 例:写出下列化合物的全部立体异构体并命名:
(2E,4R)-4-氯-2-戊烯 (2E,4S)-4-氯-2-戊烯 (2Z,4S)-4-氯-2-戊烯 (2Z,4R)-4-氯-2-戊烯 例: (2Z,5R)-3-甲基-5-溴-2-己烯
6.1.4 环烯烃 ①通式: C n H 2n-2 ②不饱和度:2 ③命名: 规则:编号总是从双键开始。 环戊二烯 4-甲基环己烯 2,3-二甲基环己烯 二环[2.2.1]庚-2(3)-烯 二环[2.2.1]庚-1(2)-烯
④环丙烯(张力很大,但一些植物中有苹婆酸)④环丙烯(张力很大,但一些植物中有苹婆酸) ⑤较小环无反式(如反环庚烯不稳定) ⑥反环辛烯:有手性 ⑦布悦特规律:较小双环桥头C上有双键,不稳定
§ 6.2 烯烃的相对稳定性 用燃烧热、氢化热推测。 燃烧热、氢化热↓,稳定性↑。 6.2.1 燃烧热 含同数C的烯烃异构体中: ①与C=C直接相连的R ↑,稳定性↑; ②反式较顺式稳定 6.2.2 氢化热 含不同C数和不同C架的烯烃异的相对稳定性: CH2 =CH2 < R CH=CH2 < RCH=CHR < R2C=CHR < R2C= CR2 即C=C上相连的R ↑,稳定性↑
§ 6.3 烯烃的制法 常用消去反应。 6.3.1 RX脱HX ①反应: ②试剂:强碱 如 1°RX,用 t-BuOK/DMSO,效果好 ③如有两个以上 b-H: A、用Zaitsev规律 B、得混合物,易提纯否?
6.3.2 ROH脱H2O (实验室制烯最有用之法) ①H2SO4、H3PO4、KHSO4等强酸作脱水剂(常用) ②ROH蒸汽高温下通过Al2O3等催化剂
6.3.3 双分子消去反应( E2) ①反应动力学: A、二级反应 = k [ RL][ B-] B、一步反应,双分子反应 (同位素效应证明为协同进行)。(似SN2) ②能线图:似SN2 ③活性次序: RI>RBr> RCl > RF
6.3.4 E2与SN2的竞争 ∴用体积大的强碱(如t-BuOK),在较高温度,即使是1°RX 也可主要为消去反应。
6.3.5 E2反应的区域选择性 ① Zaitsev规律的理论依据:影响烯稳定性的因素在一定程度上也影响生成它的过度状态。 ②试剂(强碱)体积↑, Zaitsev烯↓ 6.3.6 E2反应的立体化学 ① 大多数为反式消去(反式共面) ② E2是立体选择性反应,主要生成反式异构体
6.3.7 单分子消去反应( E1) ①能线图:似SN1(且与SN1 竞争) 两步反应:第一步为定速步骤 第二步为产物决定步骤 ②与SN1 竞争: A、底物结构: b-C上R数↑,E1 ↑ B、试剂碱性↑,消去↑(但为E2机理) ∴制备烯烃最好用E2
§ 6.4 烯烃的物理性质 6.4.1 沸点和熔点 ①物状、 m.p. 、b.p.规律似烷 ② 顺反异构体:顺式 b.p. 高,反式m.p. 高 6.4.2 偶极矩 ①较小 ②解释顺反异构体之b.p. 、m.p. 规律
§ 6.5 烯烃的反应 官能团C=C 结构特点: 含有双键,一个σ键一个π键。 π键较弱,易被打开,加两个原子或原子团转变为σ键。 典型反应是加成反应。
6.5.1 加HX ①反应: (H I 可用K I + H3PO4 代) ②溶剂:烃类、 CH2Cl2 、CHCl3、AcOH等有机溶剂 ③极性催化剂(如AlCl3)可加速反应 ④活性次序: HI>HBr> HCl (> HF) 也可,但同时使烯聚合
⑤反应机理:亲电加成,C+中间体 ⑥区域选择性: A、马氏规律 B、解释:用C+稳定性 ⑦C+的重排: A、重排成更稳定的叔C+ B、迁移基团:H、CH3(均带一对电子转移) C、涉及中间体为C+的反应,均有重排现象(如SN1、E1)
6.5.2 水合 ①直接水合: A、酸催化:浓度中等强酸(H2SO4、H3PO4、HNO3) B、产物为马氏规律 ②间接水合: A、两步:第一步 浓H2SO4;第二步 H2O B、应用:用浓H2SO4可除去烷、卤代烃中少量烯。
6.5.3 加X2 ①反应: ②活性次序: F2 > Cl2 >Br2 > I2 ( 太猛烈,少用)(常用) (平衡反应) ③加Br2 A、迅速 B、溶剂: AcOH 、CHCl3、CCl4 、CH2Cl2 都可 C、定性: Br2 / CCl4 ( Br2红棕色褪去 )
④立体化学 A、立体有择反应(只生成某一种立体异构体)(加Cl2 或Br2 ) B、得反式加成产物。例:
⑤反应机理:加Br2研究得多 A、2个 Br 分别加上去 B、亲电加成( Br+ 先进攻) C、溴鎓离子中间体(比C+稳定) 由此可解释:a、立体化学(反式加成); b、溶剂中的某些负离子出现在产物中(副产物)。
相当于加HOX X=Cl ,Br 6.5.4 加次卤酸(HOX) ①反应: ②遵从马氏规律: HO -—X + (X加在H多C上) ③ 立体化学:反式加成 ④反应机理:活性中间体可能是环状卤鎓离子
6.5.5 烯烃与HBr的自由基加成反应 ①过氧化物效应: 过氧化物存在下:反应速度快; 反马式产物。 ②只有HBr在过氧化物存在或光照下,才为反马式产物 ③机理:自由基加成 A、用自由基稳定性次序可解释反马式的区域选择性 B、Br换成I、Cl,则链增长的2个反应中有一个吸热 ④应用:烯+ HBr,有两种不同区域选择性,合成两种溴代烷
6.5.6 硼氢化反应 乙硼烷 B2H6,甲硼烷BH3 (常写为) ①硼氢化反应: RCH=CH2 + BH3(或B2H6)→(RCH2CH2)3B A、由于空间位阻效应和电子效应( H2B -—H + ) 因此,B加在取代基少的C上(仍符合马式规律) B、一般生成三烷基硼烷,位阻大的烯可得二烷基硼烷、一烷基硼烷。 C、顺式加成 D、应用:有机合成中广泛,之一如下。
②硼氢化—氧化反应 A、反应: ① BH3 RCH=CH2 ————→ RCH2CH2OH ② H2O2/ OH- B、优点: a、反马式加 H2O 产物 b、区域选择性、立体选择性(顺式加成)都很高 c、不发生重排 例:
③机理: A、硼氢化反应: 络合物——不稳定的中间产物 P143 B、具有弱酸性,它在碱性溶液中转变为它的共轭碱,见P143~144 C原子带一对电子转移到氧上 ∴ 构型保持不变
6.5.7 臭氧化反应 ①臭氧化—还原水解反应: ① O3 >C=C<————→ >C=O + O=C< ② Zn / H2O醛、酮 ②用途: A、推结构 B、合成(缩短碳链) ③机理: P144 A、臭氧化(迅速、定量),得臭氧化合物 B、还原水解(Zn避免醛被氧化为酸)
6.5.8 用 KMnO4 氧化反应 ①视条件不同,可: A、双键断裂(酸性KMnO4) B、双键不断(稀、冷、中或碱性KMnO4,得顺式产物) ②双键断裂:生成酮、羧酸、CO2 A、反应:P146(顶,2个) B、应用: a、推结构(似O3) b、合成 c、定性 ( KMnO4紫色褪去)
6.5.9 催化加氢 ①反应:催化剂 >C=C< + H2 ———→ >CH—CH<(烷) ②催化剂:常用非均相催化剂,Pt、Pd、Ni、Rb等分散度很高的金属粉末,并吸附在载体上 ③活性次序: RCH=CH2 >二取代、三取代、四取代烯 烷基链长短、分支,影响不大 ④立体活性:A、主要顺式加成 B、催化剂、溶剂、压力对顺反式产物比例有一定影响 ⑤机理: P147
6.5.10 聚合 条件不同,得不同性质聚合物。 ①自由基聚合(高聚): P147~148 ②异丁烯的二聚(低聚): 离子型聚合,有C+中间体。 P148
§ 2.7 烃烃的工业来源和用途 (自己看) 2.7.1 来源 2.7.2 用途 习题:P150~151 1、 2(2、4)、4(1、3、6)题