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本课件讲解不饱和脂肪烃,依次展开单烯烃的 SP2 杂化结构、异构与命名、加成氧化聚合等性质及亲电加成机理,再讲炔烃结构与端基炔反应,最后讨论二烯烃的分类、共轭体系与共轭效应。
3 不饱和脂肪烃:通式 CnH2n(单烯烃)
一、烯烃的结构、异构现象、命名——1、乙烯的结构
乙烯结构式:H2C = CH2
π 键的特点:不能旋转,有较大的流动性,易发生极化,键能较小;与 σ 键相比,π 键表现出较大的化学活性。
| 参数 | 数值 | 说明 |
|---|---|---|
| 分子构型 | 平面型 | 键角接近 120° |
| C=C 键长 | 0.134 nm | 短于 C—C 单键 |
| C=C 键能 | 610 kJ/mol | 两倍 C—C 键能为 691.2 kJ/mol |
| 未杂化 P 轨道 | 垂直于平面 | 垂直于 3 个 SP2 杂化轨道所在平面,侧向交盖成 π 键 |
注:610 kJ/mol 小于两倍 C—C 单键键能 691.2 kJ/mol,说明 π 键键能小于 σ 键,故 π 键较易断裂。
2、异构现象
以 C4H8 为例,环烷烃与烯烃之间存在官能团异构,烯烃本身还存在顺反异构。
3、命名(三原则)
命名示例
为表示分子中的某些立体化学关系,需确定分子中有关原子或基团的排列次序,即次序规则。
次序规则
Z/E 命名法:较优基团在双键同侧为 Z,在双键异侧为 E。
二、烯烃的化学性质
1、加成反应
加成产物可用于鉴别烯烃。
注意:烯烃与 HBr 在过氧化物催化下得到反马氏加成产物。
2、氧化反应
2、氧化反应(续)
注:本页源文件以反应式图示为主,具体产物以原课件图片与教材正文为准。
3、聚合反应
4、α-H 的取代反应
烯烃的 α-H(烯丙位氢)在一定条件下可被卤素取代,生成烯丙基型卤代物,反应按游离基历程进行。
注:本页源文件仅提取到小节标题,反应式与条件以原课件图片为准。
烯烃加成反应历程
结论:烯烃的加成是亲电加成,且为反式加成(实验证实)。
三、诱导效应与马氏规则的理论解释
氯原子表现为吸电子的诱导效应,记作 -I(Induction),使远端碳带部分正电荷(δ+)。
诱导效应的特点
不同杂化态碳原子的电负性由大到小顺序:Csp > Csp2 > Csp3
马氏规则的解释
马氏规则更确切的表述:试剂中的正性部分加到电子云密度较高的双键碳原子上。
示例:CF3CH=CH2 + HBr → ? (以生成较稳定碳正离子的方向为主)
II、炔烃:通式 CnH2n-2
一、炔烃的结构和命名——1、乙炔的结构:三键碳为 SP 杂化。
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 分子构型 | 线型分子 |
| π 键数目 | 两个 π 键 |
| C≡C 键长 | 0.120 nm(较 C=C 双键短) |
| C≡C 键能 | 835 kJ/mol |
| 几何异构 | 无 |
乙炔的球棍模型:以球代表原子、棍代表化学键,直观显示乙炔分子中 C≡C 三键与 C—H 键呈直线型排布。
注:本页以模型图示为主,文字版仅作说明。
乙炔的斯陶特(比例填充)模型:按原子半径与键长比例制作,显示乙炔分子中电子云相互交盖的实际空间形态。
注:本页以模型图示为主,文字版仅作说明。
乙炔的透视模型:以透视画法表现乙炔分子的线型构型,显示三键中两个 π 键相互垂直的空间取向。
注:本页以模型图示为主,文字版仅作说明。
2、炔烃的命名
命名示例:5-甲基-1-己炔、3-甲基-1-己烯-4-炔、4-己烯-1-炔、1-丁烯-3-炔
二、炔烃的化学性质
1、加成反应
可与三键加成的试剂:H2、Br2、HX(HCl、H2O)、HCN
加 HCN:乙炔与氰化氢加成,经烯醇式中间体重排生成丙烯腈,是工业上制备丙烯腈的重要方法。
注:本页源文件以反应式图示为主,具体条件与产物结构以原课件图片为准。
III 二烯烃
1、分类(据双键的相对位置)
丙二烯(H2C=C=CH2)的结构:中间碳原子为 SP 杂化,两个累积双键相互垂直,两端 CH2 分别处于互相垂直的平面内。
注:本页以结构图示为主,文字版仅作说明。
2、命名:选含两个双键的最长碳链作主链,使双键的编号最小。
二、1,3-丁二烯的结构:CH2=CH-CH=CH2
| 项目 | 1,3-丁二烯 | 参照物 |
|---|---|---|
| 分子构型 | 原子共平面,键角接近 120° | — |
| C=C 键长 | 与乙烯的 C=C 键长相近 | 乙烯 |
| C—C 键长 | 0.147 nm | 乙烷 0.154 nm |
分子中碳碳间的键长趋向于平均化,形成离域的 π 键。
1,3-丁二烯的 π-π 共轭:四个碳原子各提供一个相互平行的 P 轨道,轨道侧向交盖形成覆盖四个碳原子的离域大 π 键,使电子不再局限于两个成键原子之间。
注:本页以轨道交盖示意图为主,文字版仅作说明。
共轭体系的类型
三类共轭体系的轨道交盖示意:σ-π 超共轭、σ-P 超共轭与 P-π 共轭,分别对应 σ 键与 π 键(或 P 轨道)之间的电子离域。
注:本页以轨道示意图为主,文字版仅作说明。
共轭体系的特点
三、化学性质——1、加成反应
常温下主要发生 1,4 加成:1,3-丁二烯与 HBr 加成时,可生成 1,2 加成与 1,4 加成两种产物,1,4 加成产物因双键取代较多而更稳定。
注:本页源文件以反应历程图示为主,产物比例与条件以原课件图片为准。
2、双烯合成(Diels-Alder 反应,主反应)
注:本页源文件以反应式图示为主,具体产物结构以原课件图片为准。
课堂练习
注:本页源文件以结构式与反应式为主,答案与解析以原课件图片为准。
本章(3 不饱和脂肪烃)内容到此结束。本页源文件仅提取到章节名页眉,无正文文字。
注:本页为章节收尾页,正文字符少于 60 字,建议对照原课件图片确认是否有本章小结或思考题。
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