有机化学课件(徐寿昌全).ppt
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1、第四章 炔烃、二烯烃及红外光谱,分子中含有碳碳叁键的烃叫做炔烃。其通式为:CnH2n-2 官能团为-CC-,(一)炔 烃,(1)异构现象从丁炔开始有异构体.,由碳链不同和叁键位置不同所引起。由于在碳链分支的地方不可能有叁键的存在,所以炔烃的异构体比同碳原子数的烯烃要少。同时,由于叁键碳上只可能连有一个取代基,因此炔烃不存在顺反异构现象.,4.1 炔烃的异构和命名,系统命名法:以包含叁键在内的最长碳链为主链,按主链的碳原子数命名为某炔,代表叁键位置的阿拉伯数字以取最小的为原则而置于名词之前,侧链基团则作为主链上的取代基来命名.,(2)炔烃的命名,炔烃分子中同时含有碳碳双键时,命名时选择含有双键和
2、三键的最长碳链为主链,先命名烯再命名炔。编号要使两者位次数值和最小,若有选择时应使双键的位次最小。例如:,2-戊炔,5-甲基-2-己炔,3-戊烯-1-炔,5-乙基-1-庚烯-6-炔,3-乙基-6-庚烯-1-炔,not,乙炔分子是一个线形分子,四个原子都排布在同一条直线上.乙炔的两个碳原子共用了三对电子.,二、炔烃的结构,乙炔分子:,炔烃的结构特征是分子中具有碳碳叁键。,由炔烃叁键同一个碳原子上的两个sp杂化轨道所组成的键是在同一直线上方向相反的两个键.在乙炔中,每个碳原子各形成了两个具有圆柱形轴对称的 键.它们是Csp-Csp和Csp-Hs.,乙炔分子中的 键,乙炔的每个碳原子还各有两个相互
3、垂直的未参加杂化的p轨道,不同碳原子的p轨道又是相互平行的.一个碳原子的两个p轨道和另一个碳原子对应的两 个p轨道,在侧面交盖形成两个碳碳键.,乙炔分子中的键,两个互相垂直的 键中电子云的分布位于键轴的上下和前后部位,当轨道重叠后,其电子云形成以C-C 键为对称轴的圆筒形状。,乙炔分子的 电子云,碳碳叁键是由一个强的 键和两个较弱的 键 组成键能:乙炔的碳碳叁键的键能是837 kJ/mol;乙烯的碳碳双键键能是611 kJ/mol;乙烷的碳碳单键键能是347 kJ/mol.C-H键长:和p轨道比较,s轨道上的电子云更接近原 子核。一个杂化轨道的s成分越多,则在此杂化轨道上的电子也越接近原子核。
4、所以乙炔的C-H键的键长(0.106 nm)比乙烯(0.108 nm)和乙烷(0.110nm)的C-H键的键长要短。碳碳叁键的键长:最短(0.120 nm),这是除了有两个 键,还由于 sp 杂化轨道参与碳碳键的组成。,(1)炔烃的物理性质和烷烃,烯烃基本相似;(2)低级的炔烃在常温下是气体,但沸点比相 同碳原子的烯烃略高;(3)随着碳原子数的增加,沸点升高.,三、炔烃的物理性质,(4)叁键位于碳链末端的炔烃(又称末端炔烃)的沸点低于叁键位于碳链中间的异构体.(5)炔烃不溶于水,但易溶于极性小的有机溶剂,如石油醚,苯,乙醚,四氯化碳等.,四、炔烃的化学性质,炔烃的主要性质是叁键的加成反应和叁键
5、碳上氢原子的活泼性(弱酸性).,1.叁键碳上氢原子的活泼性(弱酸性),叁键的碳氢键由sp杂化的碳原子与氢原子组成的键,由于sp杂化碳的电负性比较强,使C-H键的电子云更靠近碳原子,从而使氢原子带有部分正电荷,所以它容易离解出质子。因此,炔烃H原子活泼,具有弱酸性且可被某些金属原子取代。,炔烃具有酸性,是与烷烃和烯烃比较而言,其酸性比水还弱.(见书中pKa比较),甲基,乙烯基和乙炔基负离子的碱性和稳定性比较:,CH3-甲基负离子,CH2=CH-乙烯基负离子,CHC-乙炔基负离子,补充:炔烃的制备,由相应的碳原子数的烯烃为原料合成:(i)CH3CCCH2CH3,解:,与金属钠作用 CHCH CHC
6、Na NaCCNa与氨基钠作用 RCCH+NaNH2 RCCNa+NH3,Na,Na,液氨,注:1.常用此方法制备碳链增长的炔烃2.炔化合物是重要的有机合成中间体.,(1)生成炔化钠和烷基化反应,烷基化反应,与硝酸银的液氨溶液作用(白色沉淀)CHCH+2Ag(NH3)2NO3 AgCCAg+2NH4NO3+2NH3RCCH+Ag(NH3)2NO3 RCCAg+NH4NO3+NH3 与氯化亚铜的液氨溶液作用(红色沉淀)CHCH+2Cu(NH3)2Cl CuCCCu+2NH4Cl+2NH3 RCCH+Cu(NH3)2Cl RCCCu+NH4NO3+NH3,(2)生成炔化银和炔化亚铜-炔烃的定性检验
7、,注:1.炔化物和无机酸作用可分解为原来的炔烃。可利用这些反应在混合炔烃中分离末端炔烃。2.重金属炔化物在干燥状态下受热或撞击易爆炸,对不再利用的重金属炔化物应加酸处理。,思考,如何将丁烷、1-丁烯、1-丁炔鉴别开来?,R-CC-R R-CH=CH-R R-CH2-CH2-R在 H2 过量的情况下,反应不易停止在烯烃阶段.从以下乙炔和乙烯的氢化热数据可看出:HCCH+H2 H2C=CH2 氢化热=175kJ/mol H2C=CH2+H2 H3C-CH3 氢化热=137kJ/mol炔烃比烯烃更容易加氢。如果同一分子中同时含有叁键和双键,首先在三键上发生加氢反应。,Pt,Pd或NiH2,Pt,Pd
8、或NiH2,2.加成反应,(1)催化加氢,如希望炔烃选择加氢生成烯烃,则使用活性较低的催化剂,如Lindlar催化剂。,顺式加成,Lindlar催化剂附在碳酸钙(或BaSO4)上的钯并用醋酸铅处理。铅盐起降低钯的催化活性,使烯烃不再加氢,而对炔烃的加氢仍然有效,因此反应可停留在烯烃阶段。,由于乙炔比乙烯容易发生加氢反应,工业上可利用此性质控制 H2 用量,使乙烯中的微量乙炔加氢转化为乙烯。,炔烃与氯,溴加成:HCCH+Cl2 ClCH=CHCl+Cl2 HCCl2-CHCl2 R-CC-R+X2 RXC=CXR+X2 R-CX2-CX2-R,(2)亲电加成,(A)和卤素的加成,炔烃与氯,溴加成
9、,控制条件也可停止在一分子加成产物上.,CH2=CH-CH2-CCH+Br2 低温 CH2BrCHBrCH2CCH,在低温下,缓慢地加入溴,叁键不参加反应选择性加成:,*为什么炔烃的亲电加成不如烯烃活泼?,烷基碳正离子(中间体)正碳原子是sp2杂化状态,它的正电荷易分散到烷基上.烯基碳正离子(中间体)sp杂化状态,正电荷不易分散.所以能量高,不稳定.形成时需要更高的活化能,不易生成.,乙烯和乙炔的电离势能(1015和1088kJ/mol)也说明了这点.,烯基碳正离子的结构,sp2杂化,sp杂化+2个p轨道,Cu2Cl2或HgSO4,(B)和氢卤酸的加成,不对称炔烃的加成反应符合马尔科夫尼科夫规
10、律.,HCCH+HCl H2C=CH-Cl 氯乙烯亚铜盐或高汞盐作催化剂,可加速反应的进行.,分子重排,分子重排,区分烯烃水合反应的条件!,烯醇式化合物 酮,(C)和水的加成,一个分子或离子在反应过程中发生了基团的转移和电子云密度重新分布而最后生成较稳定的分子的反应,称为分子重排反应(或称重排反应)。,乙醛的总键能2741kJ/mol比乙烯醇的总键能2678kJ/mol大,即乙醛比乙烯醇稳定.由于两者能量差别不大(63kJ/mol),在酸存在下,它们中间相互变化的活化能很小,两者容易很快的相互转变。,为什么?,互变异构现象、互变异构体、酮-烯醇互变异构现象,注:只有乙炔和水的加成生成乙醛,其他
11、炔烃都生成酮 如:R-CCH 得:甲基酮 R-CC-R 得:混合酮(若:R为一级取代基,R为二、三级取代基,则C=O与R相邻),烯醇式,酮式,和烯烃情况相似,在光或过氧化物存在下,炔烃和HBr的加成也是自由基加成反应,得到是反马尔科夫尼科夫规律的产物。,炔烃仅与HBr 有过氧化物效应!,(3)自由基加成,(4)亲核加成与醇的加成,反应历程:,甲基乙烯基醚,乙酸乙烯酯,丙烯腈,以上反应首先是由CH3O-、CH3COO-、CN-等亲核试剂进攻乙炔开始,反应的结果也可以看作是这些试剂的氢原子被乙烯基(CH2=CH)所取代,因此这些反应又叫作乙烯基化反应。,3.氧化反应,(2)缓慢氧化可停止在二酮阶段
12、,(1)与氧化剂(KMnO4或O3)反应,产物均为羧酸或CO2,利用炔烃的氧化反应,检验叁键的存在及位置这些反应产率较低,不宜制备羧酸或二酮.,CHCH+CHCH CH2=CH-CCH 乙烯基乙炔 CH2=CH-CCH CH2=CH-CC-CH=CH2 二乙烯基乙炔 3 CHCH 4 CHCH,Cu2Cl2+NH4ClH2O,CHCH催化剂,Ni(CN)2,(C6H6)3P醚,苯,Ni(CN)2醚,环辛四烯,4.聚合反应,在不同的催化剂作用下,可选择性的聚合成链形或环状化合物,乙炔的二聚物和HCl加成 CH2=CH-CCH+HCl CH2=C-CH=CH2 Cl 氯丁橡胶的单体,Cu2Cl2+
13、NH4Cl,此例中在叁键上发生亲电加成能生成较稳定的共轭二烯。,4.5 重要的炔烃 乙炔,(1)碳化钙法生产乙炔,(2)由天然气或石油生产乙炔,甲烷的部分氧化法,一、乙炔的制备,(A)乙炔不稳定,易分解:CHCH 2 C+H2=-227 kJ/mol(B)乙炔的爆炸极限:3%80%.为避免爆炸,一般用浸有丙酮的多孔物质(如石棉,活性炭)吸收乙炔后储存钢瓶中,以便于运输和使用.(C)乙炔燃烧:2 CHCH+5 O2 4CO2+2H2O=-270 kJ/mol-乙炔在氧中燃烧所形成的氧炔焰最高可达3000,因此广泛用来熔接或切割金属.,二、乙炔的性质,H2C=CH-Cl 氯乙烯 H2C=CH-OH
14、CH3CHO 乙醛CHCH H2C=CH-OCH3 甲基乙烯基醚 H2C=CH-CN 丙烯腈 H2C=CH-OCOCH3 乙酸乙烯酯这些反应的结果可看成是这些试剂的氢原子被乙烯基(H2C=CH-)取代,因此这些反应又叫做乙烯基化反应.它们的聚合物大多数是合成树脂,塑料,合成纤维及合成橡胶原料.,HCl,HOH,CH3OH,HCN,CH3COOH,(D)乙炔作为原料和单体,通式为:CnH2n-2二烯烃的分类:(1)累积二烯烃-两个双键连接在同一C上.不稳定。H2C=C=CH2 丙二烯(2)共轭二烯烃-两个双键之间有一单键相隔。H2C=CH-CH=CH2 1,3-丁二烯(3)隔离二烯烃-两个双键间
15、有两个或以上单键相隔。H2C=CH-CH2-CH=CH2 1,4-戊二烯,(二)二烯烃,(2Z,4E)-2,4-己二烯,共轭二烯烃的命名,H2C=CH-CH2-CH=CH2,1,4-戊二烯,1,3,5-己三烯,1,3-丁二烯:,4.6 共轭二烯烃的结构和共轭效应,一、共轭二烯烃的结构,(1)每个碳原子均为sp2杂化的.(2)四个碳原子与六个氢原子处于同一平面.,(3)每个碳原子均有一个未参加杂化的p轨道,垂直于丁二烯分子所在的平面。,键所在平面与纸面垂直,键所在平面在纸面上,(4)四个p轨道 都相互平行,不仅在 C(1)-C(2),C(3)-C(4)之间发生了 p轨道的侧面交盖,而且在C(2)
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