首页化学有机化学有机化学 02 第三章 不饱和脂肪烃.ppt

02 第三章 不饱和脂肪烃.ppt

页数:43页文件大小:1.09 MB来源: 有机化学ppt课件

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。

第三章不饱和脂肪烃章节封面,列出单烯烃结构异构命名、性质及亲电加成机理与马氏规则三部分内容
乙烯结构页,展示 SP2 杂化由一个 S 轨道与两个 P 轨道混合形成三个等同杂化轨道的过程
乙烯结构参数表,对比 C=C 键长 0.134nm 与两倍 C-C 键能,说明 π 键不能旋转且化学活性较大
查看本课件的文字版(共 43 页,供检索与复制)

第1页:不饱和脂肪烃章节封面

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
  • 二、烯烃的性质及亲电加成反应机理
  • 三、诱导效应与马氏规则的理论解释

第2页:乙烯的结构与SP2杂化

一、烯烃的结构、异构现象、命名——1、乙烯的结构

SP2 杂化
1 个 S 轨道与 2 个 P 轨道混合,形成三个能量等同新轨道的过程。
  • 碳原子基态:2S2 2P2
  • 杂化后形成 3 个 SP2 杂化轨道,剩余 1 个未杂化 P 轨道

乙烯结构式:H2C = CH2

第3页:π键的特点与乙烯参数

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。

乙烯分子的结构参数
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。

第4页:烯烃的异构现象

2、异构现象

  • 构造异构
    • 碳链异构
    • 位置异构
    • 官能团异构
    • 互变异构
  • 立体异构
    • 构型异构:顺反异构(几何异构)、旋光异构(光学异构)
    • 构象异构

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。

第5页:烯烃的命名原则

3、命名(三原则)

  • 长:含双键的最长碳链为主链
  • 多:主链有几种选法时,选取代基多者为主链
  • 低:编号使双键「=」的位次最低

命名示例

  • 3-丙基-2-庚烯
  • 2,4-二甲基-3-乙基-3-己烯

第6页:顺反异构与烯基命名

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。

顺反异构体的命名
顺/反命名、Z/E 命名
常见烯基的命名
乙烯基、烯丙基、丙烯基

第7页:次序规则

次序规则

  1. 按原子序数大小排列,大者为较优基团:I > Br > Cl > S > O > N > C > D > H
  2. 直接相连的原子序数相同时,外推比较相邻的第二个原子的原子序数,依次外推:-C(CH3)3 > -CH(CH3)2 > -CH2CH3 > -CH3
  3. 基团含有重键时,可认为重键连接 2 个或 3 个相同的原子

第8页:Z/E命名法

Z/E 命名法:较优基团在双键同侧为 Z,在双键异侧为 E。

  • Z-3-氯-2-戊烯
  • Z-2,4-二甲基-3-乙基-3-己烯

第9页:烯烃的化学性质概览

二、烯烃的化学性质

  1. 加成反应
  2. 氧化反应
  3. 聚合反应
  4. α-H 的取代反应

第10页:加成反应与水合

1、加成反应

马氏规则
氢加到连氢较多的双键碳上
直接水合法
烯烃在酸催化下与水直接加成生成醇
硼氢化反应
产物相当于与水的反马氏加成物

加成产物可用于鉴别烯烃。

第11页:间接水合法与过氧化物效应

间接水合法(硫酸法)
烯烃先与硫酸加成生成硫酸氢酯(如硫酸氢异丙酯),再水解生成醇。

注意:烯烃与 HBr 在过氧化物催化下得到反马氏加成产物。

第12页:KMnO4氧化

2、氧化反应

KMnO4 氧化
烯烃被高锰酸钾氧化生成顺-邻二醇。
用途
鉴别烯烃;推断结构式

第13页:O3氧化与催化氧化

2、氧化反应(续)

O3 氧化
烯烃经臭氧氧化后水解,用于测定双键位置与推断结构。
催化氧化
在催化剂作用下被氧化,用于制备环氧乙烷等含氧化合物。

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。

第14页:聚合反应

3、聚合反应

聚合反应
适当条件下,烯烃分子中的 π 键打开,通过加成自身结合生成高分子化合物的反应。

第15页:α-H的取代反应

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。

第16页:亲电加成反应历程

烯烃加成反应历程

  1. 反应是分步进行的
  2. 首先带正电荷的试剂进攻电子云密度较高的双键

结论:烯烃的加成是亲电加成,且为反式加成(实验证实)。

第17页:诱导效应

三、诱导效应与马氏规则的理论解释

诱导效应
不同原子形成共价键时,由于电负性不同,共用电子对偏向电负性较强的原子而使共价键带有极性,键的极性可通过静电作用力沿与其相邻的原子间 σ 键继续传递下去,这种作用叫诱导效应。

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+)。

第18页:诱导效应的特点

吸电子基团
如 -Cl、-CF3 表现为吸电子诱导效应(-I)
供电子基团
如 -CH3 表现为供电子诱导效应(+I)

诱导效应的特点

  • 传到 γ 碳原子时已经很微弱
  • 具有叠加性

不同杂化态碳原子的电负性由大到小顺序:Csp > Csp2 > Csp3

第19页:马氏规则的解释

马氏规则的解释

  1. 用诱导效应解释马氏规则
  2. 用碳正离子的稳定性解释马氏规则

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)

第20页:炔烃章节导览

II、炔烃:通式 CnH2n-2

  • 一、炔烃的结构和命名
  • 二、炔烃的化学性质

第21页:乙炔的结构

一、炔烃的结构和命名——1、乙炔的结构:三键碳为 SP 杂化。

乙炔分子的结构要点
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

第22页:乙炔球棍模型

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。

第23页:乙炔斯陶特模型

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。

第24页:乙炔透视模型

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。

第25页:炔烃的命名

2、炔烃的命名

  • 选含三键的最长碳链为主链,使三键的编号最低
  • 若有双键,选含二者的最长碳链为主链
  • 三键或双键的编号遵循「最低系列」
  • 若双键、三键处于相同的位次供选择,优先给双键以最低的编号

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

第26页:炔烃的化学性质概览

二、炔烃的化学性质

  1. 加成反应
  2. 氧化反应
  3. 聚合反应
  4. 炔 H 的反应

第27页:炔烃的加成反应

1、加成反应

可与三键加成的试剂:H2、Br2、HX(HCl、H2O)、HCN

第28页:炔烃加成的取向

  • 炔烃与不对称试剂的加成产物符合马氏规则
  • 炔烃与 HBr 在过氧化物催化下得到反马氏加成产物

第29页:加HCN与丙烯腈生成

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。

第30页:氧化反应与炔化物

2、氧化反应
KMnO4 将炔氧化成羧酸或二氧化碳,例如 CH3C≡CH 氧化生成 CH3COOH + CO2 + H2O
3、聚合反应
炔烃在一定条件下可发生聚合
4、炔化物的生成
端基炔氢具有酸性,可与金属离子反应生成炔化物

第31页:二烯烃章节导览

III 二烯烃

  • 一、双烯的分类、命名
  • 二、1,3-丁二烯的结构
  • 三、共轭体系与共轭效应
  • 四、共轭二烯烃的化学性质

第32页:双烯的分类

1、分类(据双键的相对位置)

聚集二烯烃
H2C=C=CH2(中间碳为 SP 杂化)
共轭二烯烃
CH2=CH-CH=CH-CH3
隔离二烯烃
CH2=CH-CH2-CH=CH2

第33页:丙二烯的结构

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。

第34页:二烯烃的命名

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。

  • 4-丙基-1,4-己二烯
  • 3-甲基-2,4-己二烯
  • 5-甲基-1,3-环戊二烯
  • (2Z,4E)-2,4-庚二烯

第35页:1,3-丁二烯的结构

二、1,3-丁二烯的结构:CH2=CH-CH=CH2

1,3-丁二烯与乙烷的结构参数对比
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。

第36页:1,3-丁二烯的π-π共轭

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。

第37页:共轭体系的类型

电子离域
成键电子不只局限在两个成键原子之间,而可流动到其他原子上,这种现象称为电子的离域。
共轭体系
轨道交盖 — 电子离域 — 形成共轭体系,表现为体系能量降低(离域能),化合物稳定。

共轭体系的类型

  • π-π 共轭:单双键交替出现
  • P-π 共轭:与双键碳相连的原子有 P 轨道(如 H2C=CH-CH2+、H2C=CH-CH2·、H2C=CH-Cl)
  • σ-π 超共轭
  • σ-P 超共轭

第38页:三类共轭示意

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。

第39页:共轭效应及其特点

共轭效应(C,conjugative effect)
共轭体系中由于 π 电子在整个体系中离域,体系中任一原子受到外界影响,均会影响到体系其余部分,这种电子通过共轭体系传递影响原子的现象称共轭效应。

共轭体系的特点

  1. 单双键有平均化的倾向
  2. 体系越长越稳定
  3. 任一原子受影响时,体系电子云出现疏密交替的现象,并不因共轭体系的增长而减弱
  4. 化合物某些性质发生变化

第40页:共轭二烯烃的1,4加成

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。

第41页:双烯合成

2、双烯合成(Diels-Alder 反应,主反应)

双烯体
共轭二烯烃,提供四个 π 电子
亲双烯体
含不饱和键的化合物,与双烯体成环

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。

第42页:稳定性比较与练习

课堂练习

  • 下列化合物哪个较稳定?3-甲基-2,5-庚二烯 与 5-甲基-2,4-庚二烯(共轭二烯较隔离二烯稳定)
  • 游离基的稳定性比较
  • 完成反应

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。

第43页:不饱和脂肪烃章末

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。

顶部目录