2022年第三章烯烃教案.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载第三章 烯 烃一、学习目的和要求1. 把握烯烃的构造异构和命名；2 把握烯烃的结构；3 把握烯烃结构的 Z/E 标记法和次序规章；4. 把握烯烃的来源和制法；5. 把握烯烃的物理性质；6 把握烯烃的化学性质：催化氢化、亲电加成,马尔柯夫尼柯夫规章,硼氢化-氧化反应、臭氧化反应；7. 明白烯烃的重要代表物：乙烯、丙烯和丁烯；二本章节重点、难点烯烃的分子结构、 键的特点、 键与 键的区分、 Z/E 标定法、记住次序规章、碳正离子的结构及其稳固性、亲电加成的反应历程和影响因素、乙烯的分子轨道、丙稀的游离基反应、马氏与反马氏规章；三教

2、学内容烯烃是指分子中含有一个碳碳双键的开链不饱和烃,烯烃双键通过 SP 2 杂化轨道成键,因此和烷烃相比,相同碳原子的烯烃比烷烃少两个碳原子,通式为 CnH2n ； 3.1 烯烃的构造异构和命名3.1.1 烯烃的同分异构烯烃的同分异构现象比烷烃的要复杂,除碳链异构外,仍有由于双键的位置不同引起的位置异构和双键两侧的基团在空间的位置不同引起的顺反异构；造异构（以四个碳的烯烃为例）：名师归纳总结 CH3-CH2-CH=CH2 1-丁烯位置异构第 1 页,共 17 页CH3-CH=CH-CH 3 2-丁烯构造异构CH3-CCH3=CH2 2-甲基丙烯碳链异构- - - - - - -精选学习资料 -

3、 - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载3.1.2 烯烃的命名1 烯烃系统命名法烯烃系统命名法,基本和烷烃的相像；其要点是：1） 挑选含碳碳双键的最长碳链为主链,称为某烯；2） 从最靠近双键的一端开头,将主链碳原子依次编号；3） 将双键的位置标明在烯烃名称的前面（只写出双键碳原子中位次较小的一个）；4） 其它同烷烃的命名原就；例如： CH3CHCH=CH 2 的名称是 3- 甲基 -1- 丁烯； CH 3烯烃去掉一个氢原子后剩下的一价基团就是烯基,常见的烯基有：2 CH2=CH- 乙烯基 CH3CH=CH- 丙烯基（ 1- 丙烯基） CH2=CH-CH 2- 烯丙基（ 2- 丙烯基

4、） CH2= C异丙烯基CH3 烯烃衍生物命名法（补充）烯烃衍生物命名法是以乙烯为母体,将其他烯烃看成他们的烷基衍生物；例：CH2=CH-CH3甲基乙烯（CH2）2C=CH 2 （不对称二甲基乙烯）使用范畴：结构简洁的烯烃；3.2 烯烃的结构最简洁的烯烃是乙烯,我们以乙烯为例来争论烯烃双键的结构；3.2.1 双键的结构乙烯与丙烯的共价键参数如下：121.7 名师归纳总结 HC CH0.108nm第 2 页,共 17 页117HH0.133nm- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - C=C键能为 610KJ / mol学习必备欢迎下载,由键能看出碳碳双键的键,

5、CC键能为 346KJ / mol 能不是碳碳单键的两倍,说明碳碳双键不是由两个碳碳单键构成的；事实证明碳碳双键是由一个 键和一个 键构成的；现代物理方法证明：乙烯分之的全部原子在同一平面上；3.2.2 sp 2杂化杂化轨道理论认为,碳原子在形成双键时是以sp2 杂化方式进行的,这种杂化过程如下所示：2s2p2 三个 spsp2杂化sp2p激发态的关系2 sp2 sp2杂化态2 一个sp2 sp轨道与 轨道的关系 p3.2.3 烯烃分子中化学键的形成形成烯键的两个碳原子为 sp 2杂化,它们各用一个 sp 2 杂化轨道以“ 头碰头” 方式重叠形成碳碳 键；每个碳原子余下的两个 sp 2轨道分别

6、与其它原子或基团结合形成两个 单键；这样而形成的五个 键均处同一平面上,两个碳原子各剩余一个未参与杂化的 p 轨道,并垂直于该平面,且相互平行,从而侧面重叠形成 键,也可以描述为以“ 肩并肩” 方式形成 键；所以碳碳双键相当于由一个碳碳 键和一个碳碳 键组成, 平均键能为 610.9 kJ.mol-1,其中碳碳 键的平均键能为 343.3 kJ.mol-1, 键的键能为 263.6 kJ.mol-1, 键的键能较 键的小；（ 键键能 = 双键键能 碳碳单键键能 = 610KJ / mol 346 = 264KJ / mol ）3.2.4 乙烯分子的形成方式名师归纳总结 - - - - - -

7、-第 3 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载乙烯分子的形成方式如下所示：HHHHHHHCCHHHHH乙烯中的 键 键的形成 电子云外形3. 2 .5 键的特点 键的特点如下：与 键相比, 键与 键有明显区分,由此打算了烯烃的化学性质,（1） 键以“ 肩并肩” 方式重叠,碳碳之间的连线不是轴对称,因此以双键相连的两个原子之间不能再以碳碳之间连线为轴自由旋转,假如吸取肯定的能量, 克服 p 轨道的结合力,才能环绕碳碳之间连线旋转,结果使 键破坏；（2） 键由两个 p 轨道侧面重叠而成,重叠程度比一般 键小,键能小, 不如 键坚固,简洁发生反应；（3

8、） 键电子云不是集中在两个原子核之间,而是分布在上下两侧,原子核对 电子的束缚力较小,因此 电子有较大的流淌性,在外界试剂电场的诱导下,电子云变形,导致 键被破坏而发生化学反应；（4） 键不能独立存在,只能与 键共存； 3.2.6 顺反异构由于双键不能自由旋转,而双键碳上所连接的四个原子或原子团是处在同一平面的,当双键的两个碳原子各连接两个不同的原子或原子团时,就能产生顺反异构体；例如：HC = CH顺丁烯顺反异构体构型异构H3CCH 3bp 3.7 HC = CCH3反丁烯（立体异构体）H3CHbp0.88 这种由于组成双键的两个碳原子上连接的基团在空间的位置不同而形成的构型不同的现象称为顺

9、反异构相现象；名师归纳总结 构成双键的任何一个碳原子上所连的两个基团要不同是产生顺反异构体的必要条件 ,如第 4 页,共 17 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载下图所示：构成双键的任何一个碳原子上所连的两个基团要不同是产生顺反异构体的必要条件,如下图所示：aCCaaCCaaCCaaCCdbbbdbdab有顺反异构的类型无顺反异构的类型顺反异构体的命名可在系统名称前加一“ 顺” 或“ 反” 字,例如：CH 3 HCCCH2 CH 3 HCH 3CH2CCHHCH 2CH 3顺-2-戊烯甲基-3-反-3-己烯【顺反命名法有局限性】,

10、即在两个双键碳上所连接的两个基团彼此应有一个是相同的,彼此无相同基团时,就无法命名其顺反；例如：BrCCHHCCCH2CH 3CH 3CCCH2CH 2CH 3CH 3CH2CH 2CH 3CH 3CH 2CHCH 3 CH 3CH 3Cl为解决顺反命名法的局限性,33 E Z 命名法 331 次序规章 次序规章的要点：IUPAC规定,用 Z、E命名法来标记顺反异构体的构型；（1）比较与双键碳原子直接连接的原子的原子序数,按大的在前、小的在后排列；例如： I Br Cl S P F O N C D H -Br -OH -NH2 -CH3 H （2）假如与双键碳原子直接连接的基团的第一个原子相同

11、时,就要依次比较其次、第 三次序原子的原子序数,来打算基团的大小次序；例如： CH3CH2- CH 3- （因第一次序原子均为C,故必需比较与碳相连基团的大小）名师归纳总结 CH3- 中与碳相连的是 CH 、H、H 第 5 页,共 17 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - CH3CH2- 中与碳相连的是学习必备欢迎下载 CC 、H、H 所以 CH3CH2- 优先；同理： CH33C- CH3CHCH3CH- CH 3 2CHCH 2- CH 3CH2CH2CH2- （3）当取代基为不饱和基团时,就把双键、三键原子看成是它与多个某原子相连；例如：OCH

12、2=CH相当于 CH 2-CH C=O 相当于 COC C332 E Z 命名法Z、E 命名法的详细内容是：一个化合物的构型是Z 型仍是 E 型,要由“ 次序规章” 来决定 ,分别比较两个双键碳原子上的取代基团按“ 次序规章” 排出的先后次序,假如两个双键碳上排列次序优先的基团位于双键的同侧,就为 Z 构型,反之为 E构型；Z 是德文 Zusammen 的字头,是同一侧的意思；E是德文 Entgegen 的字头,是相反的意思；例如：E；BrC=CHBr CH 3-E-1-氯-2-溴丙烯CH 3ClCl HCH3C=CCH 2CH 2CH3CH3CH2- CH 3-CH3CH2CHCH 3CH3

13、2CH- CH 3CH 2CH2-CH 3 Z-3-甲基 -4- 异丙基庚烷BrC=CClBr ClZ-1,2- 二氯 -1-溴乙烯ClHCl H【提请留意】 ：用箭头帮忙判定Z、 E构型是相当有益的；同一方向为Z；不同方向为例：名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载【特殊说明：需要说明的是,顺反命名和命名 3.4 烯烃的制备 3.4.1 工业制法 烯烃工业上可由石油裂解制得；3.4.2 试验室制法Z、E是不能一一对应的】（1）由醇脱水：醇在无机酸催化剂存在下加热时,失去一分子水而得到相应的烯烃；常

14、用的酸是硫酸和磷酸；中学中就已经明白到由乙醇在浓硫酸存在下,加热脱水生成乙烯；（2）卤代烷脱卤化氢：仲、叔卤代烷形成烯烃时,其双键位置主要趋向于在含氢较少的相邻碳原子上；以取代较多的烯烃为主要产物,这就是札依采夫（Saytzeff规律；3.5 烯烃的物理性质在常温下, C2C4 的烯烃为气体,都随分子量的增加而上升,比重都小于C5C16 的为液体, C17 以上为固体；沸点、熔点、比重 1,都是无色物质,溶于有机溶剂,不溶于水；沸点： 3.7 C 0.88 C 熔点： -138.9 C -105.6 C 顺、反异构体之间差别最大的物理性质是偶极矩,一般反式异构体的偶极矩较顺式小,名师归纳总结

15、或等于零, 这是由于在反式异构体中两个基团和双键碳相结合的键,它们的极性方向相反可第 7 页,共 17 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载以抵消,而顺式中就不能；在顺、反异构体中,顺式异构体由于极性较大,沸点通常较反式高；又由于它的对称性 较低,较难填入晶格,故熔点较低；3.6 烯烃的化学性质 烯烃的化学性质很活泼,可以和许多试剂作用,主要发生在碳碳双键上,能起加成、氧 化聚合等反应； 此外,由于双键的影响, 与双键直接相连的碳原子上的氢也可发生一些反应；加成反应是在一个分子中加入一个小分子的反应,在反应中 子和其它原子团结合,形成

16、两个 - 键；3.6.1 催化氢化 键断开,双键上两个碳原RCH 2CH 2+H 2催化剂RCH 2 CH 3+H催化剂为PtO2, Pd/C, Pd/BaSO4, R-Ni, Pt黑等；从氢化热的大小可比较烯烃的稳固性：乙烯丙烯丁烯顺-2- 丁烯异丁烯反-2- 丁烯127.2 125.1 126.8 119.7 118.8 115.5 kJ/mol 从上述数据看出,连接在双键碳原子上的烷基数目越多的烯烃越稳固；H2 CCH2 RCH CH2RCH CHRR2C CHR CH2R -CHR2 -CR3 4）碳正离子的稳固性烷基上 C-H 键愈多,超共轭效应愈大；碳正离子带正电荷的碳是sp2杂化

17、,与其他原子结合构成三个键,在同一平面上,同时仍有一个空的p 轨道,垂直于这个平面；依据静电学的理论：带电体系的稳固性随着电荷的分散而增大；即电荷越分散越稳定；影响正电荷稳固的因素有电子效应和空间效应；电子效应是指诱导效应和共轭效应,诱导效应前面已经介绍过了,共轭效应有 -p, p- , - , - 等几种方式；由于空轨道具有接受电子的才能,所以,当烷基的碳氢 键与空轨道处于共轭状态时,碳氢键的 电子有离域到 C+的空轨道中的趋势,中心碳原子的正电荷得到分散,体系趋于稳固；因此,参与 -p 共轭的 C-H 键的数目愈多,就正电荷越简洁分散,碳正离子也就越稳固,愈易生成；所以,烷基碳正离子的稳固

18、性次序为：名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载5）马氏规章的说明从中间体的稳固性考虑,在碳 碳离子：（2）与 H2SO4的加成- 碳双键的亲电加成中,生成的中间体是较为稳固的正CH 2=CH 2 + H-O-SO3HO-15 CH 3-CH 2-OSO 3H硫酸氢乙酯硫酸氢乙酯水解生成乙醇,加热就分解成乙烯；CH 2=CH 298%H 2SO4CH 3-CH 2-OSO 3HH2OCH 3CH 2OH90硫酸氢乙酯不对称烯烃与硫酸加成的反应取向符合马氏规章；例如：CH 3CH=CH 2 + H 2

19、SO 4约 1MPaCH 3-CH-CH 3OSO 2OH硫酸氢异丙酯（3）与水的加成 ：水不能直接与水加成,应加酸的催化,过程与氢卤酸的加成相像；（4）与卤素的加成烯烃能与卤素起加成反应,生成邻二卤代物；名师归纳总结 CH 2=CH 2 + Br 2 / CCl 4CH 2-CH 2溴褪色（黄无）第 11 页,共 17 页BrBr试验室里,常用此Br反应来检验烯烃+ Br 2 / CCl 4Br卤素的反应活性次序： F2 Cl2 Br2 I2 ；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载氟与烯烃的反应太猛烈,往往使碳链断裂；碘与烯烃难于起反

20、应；故烯烃的加卤素实际上是指加氯或加溴；依据试验事实,也是分两步进行：第一步： - 络合物 溴蓊离子其次步：从上述机理看： C=C 连有 -CH3越多, 电子越简洁极化,有利于亲电试剂攻击,反应速度快；溴翁离子所连基团,使溴翁离子正电性愈分散,越稳固,越易形成,反应速度愈快；按以上机理, 乙烯与溴的氯化钠水溶液加成时就应得到三个产物如：（证据）试验结果与理论相符,说明反应是分两步进行的,如一步完成,就应只有一种产物 1,2- 二溴乙烷； 加水可加速反应的进行,说明水使溴分子发生了极化,从而使烯烃易与溴发生亲电加成反应；（5）与次卤酸反应烯烃也能与卤水等（次卤酸）起加成反应；CH 2=CH 2

21、+ HOCl Cl 2+H 2OCH 3CH=CH 2 + HOClCH 2 CH 2是制取重要有机合成原料OHCl环氧乙烷（O）的中间体氯乙醇CH 3-CH-CH 2OH Cl名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 反应遵守马氏规章,学习必备欢迎下载因卤素与水作用成次卤酸（H-O-Cl ）, 在次卤酸分子中氧原子的电负性较强,使之极化,氯成为了带正电荷的试剂；反应机理：由于 Cl吸电子使 C1 或 C2带有部分正电荷,但正电荷位于C1上,由于甲基的给电子作用使之比正电荷位于C2上更稳固,故负离子攻击C1,例如：HBr

22、CH 32CCH 2+ Br 2+H2OCH 32CCH 2 Br+OH3.6.3 过氧化物效应在过氧化物存在时,HBr 的加成方向是反马氏加成,由于有过氧化物参与反应,反应是自由基型的,反应机理如下：名师归纳总结 （1）（自由基）第 13 页,共 17 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载虽然自由基不显正电性,但是它缺少一个配对电子,所以它也是一种亲电试剂,它进攻双键时也有两种可能性；然而由于自由基的稳固性是 中主要是发生第三步和第四步反应；3 2 1 ,因此在上面这种历程要留意的是烯烃和其它卤化氢（HCl,HI 加成时没有过氧效应

23、,这是由于 H-Cl 键较牢,H 不能被自由基夺去而生成氯自由基,所以不发生自由基加成反应；H-I 键虽然弱,其中的H 很简洁被自由基夺去,但是所形成的碘自由基活性较差,很难与双键发生加成反应；另一方面 HI 很简洁和双键进行离子反应,所以这里的自由基加成反应难以实现；此外 HI 是一个仍原剂,它能破坏过氧化物；这也抑制了自由基加成反应的发生；3.6.4 与乙硼烷的加成（硼氢化反应）C=C+ 1 / 2 B 2H 6CC B 2H62BH3HBH 2乙硼烷是甲硼烷的二聚体,反应时乙硼烷离解成甲硼烷,1）产物为三烷基硼,是分步进行加成而得到的；CH 3CH=CH 21/2B 2H 6CH 3CH

24、2CH2BH 2CH 3CH=CH 22CH 3CH 2CH 22BH一烷基硼CH 3CH=CH二丙基硼CH 3CH 2CH 23B三丙基硼2）不对称烯烃加硼烷时,硼原子加到含氢较多的碳原子上,缘由是键中键的极性为（电负性 B： 2.0; H：2.1 ）CH 3名师归纳总结 3 CH 3CH=CH2H BH 2CH 3CH 2CH 2BH 2CH 3-C=CH 2第 14 页,共 17 页1%99%烷基硼与过氧化氢H2O2 的氢氧化钠 NaOH溶液作用, 立刻被氧化, 同时水解为醇；RCH 2CH 23BH2O 2RCH 2CH 2O 3B3H 2O3RCH 2CH 2OH + BOH3OH-

25、 - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载此反应是用末端烯烃来制取伯醇的好方法,其操作简洁,副反应少,产率高；在有机合成上具有重要的应用价值；硼氢化反应是美国化学家布朗（布朗获得了 1979 年的诺贝尔化学奖；3.6.5 氧化反应（1）用 KmnO 4或 OsO 4 氧化Brown）与 1957 年发觉的,由此 1 用稀的碱性KmnO 4氧化,可将烯烃氧化成邻二醇；22MnO 22KOH3RCH=CH22KMnO 44H 2O碱性3R-CH-CH或中性OH OH反应中 KMnO 4 褪色,且有MnO 2沉淀生成；故此反应可用来鉴定不饱和烃；此反

26、应生成的产物为顺式 -1 ,2- 二醇,可看成是特殊的顺式加成反应；也可以用 OsO4代替 KMnO 4 进行反应,反应结果是一样的；2）用酸性 KMnO 4 氧化在酸性条件下氧化,反应进行得更快,得到碳链断裂的氧化产物（低级酮或羧酸）；R-CH=CH 2KMnO 4R-COOHHCOOHCO 2 + H 2OH2SO4羧酸RCCHRKMnO 4RCOR-COOHRRH2SO 4酮羧酸此反应既可以用来鉴别烯烃,也可以制备肯定结构的有机酸和酮；3.6.6 臭氧化反应将含有臭氧 （68%）的氧气通入液态烯烃或烯烃的四氯化碳溶液,臭氧快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；为了防

27、止生成的过氧化物连续氧化醛、酮,通常臭氧化物的水解是在加入仍原剂（如Zn / H2O）或催化氢化下进行；例如：CH 3-C=CHCH 31 O 3CH 3 CH 3COCH 3CHOCH 32 Zn/H 2O丙酮乙醛通过臭氧化物仍原水解的产物来估计原烯烃的结构；例如：臭氧化仍原水解产物的结构为：名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载 CH3COCH, OCHCH2CHO , HCHO, 依据此可以估计原烯烃的结构为：CH3-C=CHCH 2CH=CH 2CH33.6.7 聚合反应烯烃在少量引发剂或催

28、化剂作用下,键断裂而相互加成,形成高分子化合物的反应称为聚合反应；例如,乙烯的聚合高压法n CH 2=CH 2少量引发剂 CH 2-CH2 n高压聚乙烯低压法150250 低压聚乙烯聚乙烯乙烯150300Mpa（高分子）（单体）n CH 2=CH 2TiCl 4 AlC 2H53 CH 2-CH 2 n6075 0.11Mpa 聚乙烯是一个电绝缘性能好,耐酸碱,抗腐蚀,用途广的高分子材料（又称塑料）；TiCl 4 AlC 2H53nCH 3CH=CH 25010Mpa CH-CH 2 nCH 3聚丙烯TiCl 4-AlC 2H5 3 称为齐格勒（ Ziegler 德国人）、纳塔（ Natta

29、意大利人）催化剂；1959 年齐格勒 纳塔利用此催化剂首次合成了立体定向高分子,人造自然橡胶；为有机合成做出了具大的奉献；为此,两人共享了 3.6.8 氢原子的反应1963 年的诺贝尔化学奖；双键是烯烃的官能团,官能团的邻位统称为 位, 位（ 碳）上连接的氢原子称为 - H（又称为烯丙氢） ； - H 由于受双键的影响, -H 键离解能减弱；故 - H 比其它类型的氢易起反应；其活性次序为： - H （烯丙氢） 3 H 2 H 1 H 乙烯 H名师归纳总结 有 - H的烯烃与氯或溴在高温下（500600）,发生 - H原子被卤原子取代的反应而第 16 页,共 17 页- - - - - - -

30、精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载不是加成反应；例如：CH 3-CH=CH 2 + Cl 2500 CH2-CH=CH 2 + HClClCl2500 Cl+ HCl3 - H 2 - H 1 - H 卤代反应中 - H 的反应活性为：例如：CH 3CH33Br 21mol500 CH 3CH 33CH 3CH 32CH-CH=CH-CHC-CH=CH-CHCH-CH=CH-CHBrBr主要产物次要产物反应机理是自由基反应；3. 7 重要的烯烃 乙烯、丙烯和丁烯都是重要的烯烃,它们都是有机合成中的重要原料,都是高分子合成中的重要单体；名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 17 页