有机化学课-图文第3章.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,有机化学,第3章 单 烯 烃,3.2,烯烃的结构,3.1,烯烃的命名和异构,3.4,烯烃的化学性质,3.3,烯烃的物理性质,3.5,自然界中的烯烃,3.1 烯烃的命名和异构,烯烃的命名,3,.,1,.1,烯烃的系统命名,1,.,（1）选主链,选择包含双键在内的最长碳链为主链；如果有多条链等长时，则选择含取代基最多的链为主链，根据主链碳原子的个数（如烷烃一样）命名时称为,“,某烯,”,。例如：,3.1 烯烃的命名和异构,（2）给主链碳原子编号,从靠近双键的一端起开始给主链碳原子编号，并尽可能地给双键以最小的编号。例如：,3.1 烯烃的命名和异构,（3）标位次,标出双键碳原子中位次较小的一个，书写时放在母体烯烃名称的前面。需要注意的是，,1-,烯烃中的,“,1,”,往往省去，所以单烯烃的名称前面没有数字表明其为,“,1,烯烃,”,其他跟烷烃的命名原则相同。例如：,3.1 烯烃的命名和异构,烯烃的顺反异构命名,2,.,当双键上的每个碳原子连有两个不同的原子或基团且双键的两个碳原子上有一对或两对相同的原子或基团时可在烯烃名字前面加,“,顺,”,或,“,反,”,字，即为,“,顺反命名法,”,。当两个双键碳原子上相同基团在双键的同一侧时，称为,“,顺式,”,反之，称为,“,反式,”,。例如：,3.1 烯烃的命名和异构,如果双键碳原子上所连接的四个原子或基团均不相同时，需要采用,Z/E,命名法。,系统命名法中的次序规则可应用于这里来判断每个双键碳原子上所连接的原子或基团中哪个为较优基团，若两个双键碳原子上所连接的较优基团在双键的同一侧，则称为,“,Z,”,式，反之则为,“,E,”,式。例如：,3.1 烯烃的命名和异构,若烯烃分子中有两个或两个以上双键，且每一个双键碳原子上都有,Z,或,E,两种构型，则需要标出所有这些双键的构型。例如,:,3.1 烯烃的命名和异构,烯烃的同分异构,3,.,1,.,2,烯烃的构造异构,1,.,（1）碳链异构,在烯烃分子中由于碳骨架不同所引起的同分异构现象称为碳链异构。例如：,3.1 烯烃的命名和异构,（2）官能团异构,在烯烃分子中由于双键位置不同所引起的同分异构现象称为官能团异构。例如：,上述两个烯烃分子的碳链中双键的位置发生了改变。,3.1 烯烃的命名和异构,顺反异构,2,.,在,2,-,丁烯分子中，由于分子中碳碳双键不能自由旋转，甲基、氢、甲基、氢四个基团在空间上会有如下两种排布方式：,这种由于烯烃分子中碳碳双键不能自由旋转而使得两个双键碳原子所连接的原子或基团在空间的排布不同所引起的同分异构现象称为顺反异构。,并不是所有的烯烃都存在顺反异构，只有符合下述条件的烯烃才会存在顺反异构：,双键上的两个碳原子都连有两个不同的原子或基团；,双键的两个碳原子上有一对或两对相同的原子或基团。,3.2 烯烃的结构,烯烃分子中存在碳碳双键，这是与烷烃分子在结构上最大的差别，因此研究烯烃的结构主要就是研究双键的结构。烯烃中最简单的分子就是乙烯，我们可以通过乙烯来了解烯烃双键的结构。乙烯分子中的碳碳双键并不是由两个单键形成的，而是由一个,键和一个,键构成的。现代物理方法表明乙烯分子中所有的原子都在同一个平面上，每个碳原子和三个原子相连，键长和键角如下：,3.2 烯烃的结构,杂化轨道理论根据这些事实，设想乙烯碳原子成键时，碳原子是以一种原子轨道杂化方式进行杂化，即由一个,s,轨道和两个,p,轨道进行杂化，组成三个等同的,sp,2,杂化轨道，这三个,sp,2,杂化轨道的对称轴在同一个平面上，彼此成,120,角。我们把这种杂化方式称为,sp,2,杂化。,3.2 烯烃的结构,sp,2,杂化轨道的形状和,sp,3,杂化轨道的形状相似，也是不对称的葫芦形，一头大一头小，只是小的一头比,sp,3,杂化轨道略小，大的一头比,sp,3,杂化轨道的一头略大。三个,sp,2,杂化轨道的对称轴分布在同一个平面上，并以碳原子为中心，分别指向三角形的三个顶点，对称轴的夹角约为,120,，每个碳原子剩下一个未参与杂化的,2p,轨道，仍保持原来的形状，其对称轴垂直于三个,sp,2,杂化轨道的对称轴所在的平面，如图,3-1,所示。,图3-1 sp,2,杂化轨道的形状及在空间的伸展方向,3.2 烯烃的结构,在乙烯分子中每个碳原子各以一个,sp,2,杂化轨道头碰头重叠形成一个,C-C,键外，又各以两个,sp,2,杂化轨道和四个氢原子的,1s,轨道重叠，形成四个,C-H,键，这样形成的五个,键均在同一个平面上，如图,3-2,所示。每个碳原子还剩有一个对称轴垂直于这个平面的,p,轨道，这两个,p,轨道肩并肩侧面重叠，组成一个新的轨道，称为,键。,图3-1,2,乙烯分子,键和,键的形成,3.2 烯烃的结构,其他烯烃的双键也都是由一个,键和一个,键组成的。与,键相比，,键具有以下特点：,键不如,键牢固，也不能自由旋转，因为形成,键的两个,p,轨道是从侧面重叠的，而不是沿着,p,轨道的轴向重叠；,键电子云沿键轴上下分布，不集中，易极化，因而易发生反应；,键不能独立存在，必须与,键同时存在。,3.3 烯烃的物理性质,3.3 烯烃的物理性质,表3-,1,一些常见烯烃的物理常数,3.3 烯烃的物理性质,续表,3.4 烯烃的化学性质,烯烃的加成反应,3,.,4,.1,催化氢化,1,.,3.4 烯烃的化学性质,亲电加成,2,.,（1）与酸的加成,强酸分子可以解离出质子（即,H,+,是亲电试剂），可以与烯烃进行亲电加成反应。而弱的有机羧酸，如乙酸、甲酸、醇和水等只有在强酸（如硫酸）催化下才能与烯烃发生亲电加成反应。其反应通式如下：,其中，,-Nu,为,-X,，,-OSO,3,H,OH,，,-OCOCH,3,等。,3.4 烯烃的化学性质,与卤化氢的加成 烯烃很容易与,HX,发生加成反应，生成卤代烷。由于,HX,水溶液的活性较小，反应时可以把干燥的,HX,气体通入烯烃或烯烃的醋酸溶液中来反应，而不是用,HX,的水溶液来发生反应。另外，水与烯烃也可以发生加成反应。,烯烃与,HX,发生反应时，,HX,的反应活性顺序：,HIHBrHCl,。,不对称烯烃与,HX,气体的加成产物遵守马氏规则。例如：,3.4 烯烃的化学性质,下列化合物与卤化氢起加成反应时，主要产物是什么？,(1)异丁烯 (2)丁烯 (3)2，4,-,二甲基,-,2,-,己烯,思考题,3-1,3.4 烯烃的化学性质,与硫酸的加成 将乙烯通入冷的浓硫酸中生成硫酸氢乙酯：,硫酸氢乙酯水解生成乙醇：,不对称烯烃与硫酸加成反应的取向符合马氏规则，例如：,工业上常常利用这一反应从石油裂化气制备乙醇及其同系物。但缺点是消耗大量的硫酸，设备的腐蚀极为严重。,3.4 烯烃的化学性质,（2）与水的加成,一般情况下烯烃与水是不发生加成反应的，但是在强酸如磷酸的催化下，烯烃可以跟水发生加成反应生成醇,这是工业上制备乙醇和异丙醇的方法，称为烯烃的直接水合法。,不对称烯烃与水加成遵守马氏规则。例如：,3.4 烯烃的化学性质,（3）与卤素的加成,烯烃能与卤素起加成反应，生成的产物为邻二卤代物。,这个反应在常温就可以迅速而定量地进行。当卤素为溴的四氯化碳溶液时，与烯烃反应，溴会褪色。因此实验室里常利用该反应来检验烯烃。,卤素的反应活性次序：,F,2,Cl,2,Br,2,I,2,。,3.4 烯烃的化学性质,（4）与次氯酸的加成,HOCl,、,HOBr,等都能与烯烃发生加成反应，生成物是在相邻的碳原子上连有卤原子和羟基的化合物，称为卤代醇。反应遵守马氏规则，因为在次卤酸分子中氧原子的电负性较强，使之极化成,HO,-,X,+,，卤素成为了带正电荷的试剂，加在含氢较多的双键碳原子上。,卤代醇是重要的化工原料，可用于制造多种重要产品，如环氧化物、甘油等。,3.4 烯烃的化学性质,（5）与甲硼烷的加成（硼氢化反应）,甲硼烷分子中的硼原子外层只有,6,个电子，是缺电子试剂，因此能与烯烃反应。,B-H,键与烯烃双键进行加成的反应，称为硼氢化反应。反应的产物为三烷基硼，是分步进行加成而得到的。,不对称烯烃与硼烷发生加成反应时，硼原子加到含氢较多的双键碳原子上。,烷基硼与过氧化氢,(H2O2),的氢氧化钠,(NaOH),溶液作用，立即被氧化，同时水解为醇。,3.4 烯烃的化学性质,烯烃的加成反应,3,.,4,.,2,用KMnO,4,或OsO,4,氧化,1,.,(1)用稀、冷的碱性或中性KMnO,4,水溶液氧化,反应中，烯烃被氧化成邻二醇，,KMnO,4,的紫色褪去，且有,MnO2,沉淀生成。故此反应可用来鉴定不饱和烃。上述反应生成的产物为顺,-1,，,2-,二醇，可看成是特殊的顺式加成反应。也可以用,OsO,4,代替,KMnO,4,进行反应。,3.4 烯烃的化学性质,(2)用酸性KMnO,4,氧化,烯烃在酸性加热的条件下用,KMnO,4,氧化，反应进行得很快，得到碳链断裂的氧化产物，如低级酮、羧酸或二者的混合物，因为在酸性条件下，,KMnO,4,氧化能力较强，,Mn,7+,被还原为,Mn,2+,，不仅可以氧化烯烃，其他很多化合物也能被氧化。,氢氧化钠,(NaOH),溶液作用，立即被氧化，同时水解为醇。,3.4 烯烃的化学性质,臭氧化反应,2,.,在低温下将含有臭氧（,6%8%,）的氧气通入液态烯烃或烯烃的四氯化碳溶液中，臭氧迅速而定量地与烯烃作用生成臭氧化物的反应，称为臭氧化反应。生成的臭氧化物，经进一步处理，分解成醛、酮或二者的混合物，结果是烯烃双键断裂。,3.4 烯烃的化学性质,臭氧化反应,烯烃臭氧化物的还原水解产物与烯烃结构有如下对应关系：,因此，可以通过臭氧化物的还原水解产物来推测原烯烃的结构，把所得到的醛、酮分子中的氧去掉，剩余部分用双键连接起来，即为原来的烯烃。,3.4 烯烃的化学性质,臭氧化反应,某化合物A的分子式为C,7,H,14,，经臭氧化还原水解后得到一分子醛和一分子酮，请推测原烯烃的分子结构。,思考题,3-2,3.4 烯烃的化学性质,催化氧化,3,.,某些烯烃在特定催化剂存在下能被氧化生成重要的化工原料，如环氧乙烷、乙醛、丙酮等。,此类反应是特定反应，不能泛用。例如，若要将其他烯烃氧化成环氧烷烃，则要用过氧酸来氧化。,乙烯和丙烯在氯化钯的催化下可以被氧气氧化生成乙醛和丙酮。,3.4 烯烃的化学性质,烯烃的聚合反应,3,.,4,.,3,在一定的条件下（如在少量引发剂或催化剂作用下），烯烃分子中的,键断裂而互相加成形成高分子化合物的反应称为聚合反应。例如乙烯的聚合：,聚乙烯是一种电绝缘性能好、耐酸碱、抗腐蚀、用途广的高分子材料（塑料）。合成高分子化合物的主要直接原料叫单体，如乙烯就是聚乙烯的单体。,3.4 烯烃的化学性质,烯烃,-,H的反应,3,.,4,.,4,-,H的取代反应,1,.,温度低于250时，烯烃与氯或溴的四氯化碳溶液主要发生加成反应，产物为邻二卤代烷；但在500600高温时，烯烃与氯或溴则主要发生,-,H的取代反应，产物为一卤代烷。,3.4 烯烃的化学性质,-,H的氧化反应,2,.,工业上用金属氧化物的混合物为催化剂，在空气中氧化丙烯为丙烯醛：,丙烯醛再进一步氧化则生成丙烯酸：,丙烯在胺的作用下进行氧化，可以生成丙烯腈：,3.5 自然界中的烯烃,乙烯,3,.,5,.,1,乙烯在常压下为无色可燃性气体，微具甜味，沸点为,-103.7,，临界温度为,9.9,，临界压力为,50.5MPa,。乙烯在空气中容易燃烧，呈明亮的火焰；几乎不溶于水，难溶于乙醇，易溶于乙醚和丙酮；由乙烷、石脑油、轻柴油等经裂解、压缩、分离、精制而成。乙烯是重要的石油化工原料，主要用于制备合成树脂、合成橡胶、合成纤维，还用于生产乙二醇、环氧乙烷、乙醛、醋酸、苯乙烯等有机合成产品。乙烯有着合成塑胶聚乙烯及聚氯乙烯、合成乙醇,(,酒精,),、催熟农产品等重要用途,也是一种已证实的植物和昆虫激素。,3.5 自然界中的烯烃,丙烯,3,.,5,.,2,丙烯为无色略带甜味的气体，其沸点为-47.7，是重要的基本有机化工原料，工业上主要由烃类裂解所得到的裂解气和石油炼厂的炼厂气分离获得。,丙烯用量最大的是生产聚丙烯，另外由丙烯可制得丙烯腈、异丙醇、苯酚和丙酮、丁醇和辛醇、丙烯酸及其脂类以及制环氧丙烷和丙二醇、环氧氯丙烷和合成甘油等。,谢谢观看！,