工科化学15章17-18.ppt

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1、作业习题.2命名下列化合物或写出结构式1(b)异丙基;(d)仲丁基;(e)烯丙基;(f)丙炔基;(n)叔丁基(o)新戊基(p)异丙烯基(q)2环戊烯基3/11/202312.(a)3,4-二甲基已烷;(b)4-甲基-4-丙基庚烷;2-甲基-5-乙基-4-丙基辛烷;(d)2,4-二甲基-3-乙基-4-丙基癸烷(e)乙基异丁基仲丁基叔戊基甲烷(f)2甲基3乙基4丙基辛烷命名:3/11/202323.(a)甲基叔丁基乙烯,或4,4-二甲基-2-戊烯;(b)4-甲基-2-乙基-1,3-戊二烯;(E)-3-乙基-2-已烯;(d)(Z)-1-氟-2-溴-1-碘-丙烯;(f)4-乙基-1-庚烯-5-炔;(g

2、)顺-1-甲基-3-乙炔基环已烷,或顺-3-甲基-环已烷乙炔;(h)(2Z,4Z)-2,4-已二烯;(i)1-丙基-2-炔丙基-1,3-环戊二烯;(j)3-烯丙基环戊烯;(k)顺-3,6-二甲基-4-庚烯-1-炔3/11/202333(l)反2苯基2丁烯(o)(3Z,7E)3,8二甲基3,7癸二烯(q)(E)4甲基3异丙基3己烯1炔3/11/20234(三)加成反应(三)加成反应(additionreaction)定定义义烯烃或炔烃的键键能小,易断裂形成两个键。即在含双键或三键的两个碳原子上各加上一个原子或原子团的反应即为加成反应(多为放热,是烯烃和炔烃的特征反应)。不稳定环烷烃的开环反应也属

3、于加成反应1.催化加氢催化加氢概概况况Pt、Pd、Ni催化下,烯烃和炔烃与氢加成,生成相应的烷烃,放出的热称氢化热(1mol不饱和烃氢化时放出的热量)3/11/20235机理机理(改变反应途径,降低活化能非自由基或离子反应)吸附在催化剂上的氢分子生成活泼的氢原子与被催化剂削弱了键的烯、炔加成氢化热与烯烃的稳定性氢化热与烯烃的稳定性乙烯丙烯1丁烯顺2丁烯反2丁烯氢化热/kJmol-1-137.2-125.9-126.8-119.7-115.5(1)双键碳原子烷基越多,氢化热越低,烯烃越稳定(数据有例外)R2C=CR2R2C=CHRR2C=CH2RCH=CH2CH2=CH2(2)反式异构体比顺式稳

4、定(3)乙炔氢化热-313.8kJmol-1,比乙烯的两倍(-274.4kJmol-1)大,故乙炔稳定性小于乙烯3/11/20236炔烃加氢的控制炔烃加氢的控制概况活性较低的催化剂可使炔烃加氢停在烯烃不同的催化剂和条件,可控制烯烃构型林德拉(Lindlar)催化剂钯/碳酸钙中加少量醋酸铅或喹啉钝化制得。催化炔烃加氢成顺式烯烃炔烃在液氨中用金属钠或锂还原,得反式烯烃3/11/20237环烷烃的催化加氢环烷烃的催化加氢产物环烷烃催化加氢生成烷烃难易环丙烷、环丁烷、环戊烷、环己烷开环难度增加,环的稳定性增大催化加氢的意义催化加氢的意义定向制备顺式或反式烯烃,达到定向合成的目的提高汽油(由粗汽油变为加

5、氢汽油)的质量环烷烃环丙烷环丁烷环戊烷环己烷催化剂NiNiPtPt温度/802003003003/11/202382.与卤化氢加成与卤化氢加成(1)对称烯烃和炔烃与卤化氢加成)对称烯烃和炔烃与卤化氢加成生成相应卤化物卤化氢的活性次序:HIHBrHCl(2)不不对对称称烯烯烃烃和和炔炔烃烃与与卤卤化化氢氢加加成成两种产物。为主产物3/11/20239马尔科夫尼科夫规则马尔科夫尼科夫规则(Markovnikovsrule)(马式规则1890)内容不对称烯、炔、环烷烃与卤化氢等极性试剂加成,氢原子或带部分正电荷的基团总是加到含氢较多的重键碳原子上,卤原子或带部分负电荷的基团加到含氢较少或不含氢的重键

6、碳原子上说明说明低温或催化剂,炔烃与卤化氢加成可停在烯烃烯烃加卤化氢的活性次序不同于加氢R2C=CR2R2CCHRR2C=CH2RCH=CH2CH2=CH23/11/202310(3)亲电加成反应)亲电加成反应(electrophilicadditionreaction)机理机理 例,烯烃与卤化氢加成离子型而非自由基反应烯烃双键有供电性能,易受带正电亲电质点攻击。具有亲电性能的试剂称亲电试剂E+。由亲电试剂引起的加成反应称亲电加成反应。亲电加成是烯烃和炔烃的特征反应第一步,H+进攻双键电子,键断裂,一个碳原子带一对电子与H+结合,由sp2变为sp3杂化;双键另一碳原子失电子成碳正离子中间体,保

7、持sp2杂化第二步,碳正离子中间体与卤负离子快速结合形成产物3/11/202311(4)诱导效应)诱导效应(inductiveeffect)定定义义分子内原子或基团电负性(包括原子杂化状态)不同,引起成键电子云沿着原子链向某一方向移动的现象,简称I效应吸吸电电子子和和供供电电子子诱诱导导效效应应以氢原子为标准,吸电子的是I效应,供电子的是+I效应。I效应随距离的增加迅速减少,一般传递三个化学键吸电子顺序吸电子顺序(已按徐寿昌P315加过)NR3+NH3+NO2CNCOOHFBrClIOArCOROCH3OHC6H5CH2=CHHCH3C2H5CH(CH3)2C(CH3)3CO2-O-氢前面I效

8、应,氢后面+I效应3/11/202312(5)p超共轭效应超共轭效应(hyperconjugationeffect)定定义义乙基正碳离子中,一个碳由sp2变为sp3杂化,另一个带正电碳仍是sp2杂化,它缺电子,有一空p轨道。该未杂化的空p轨道与相邻甲基上C-H键几乎平行,空p轨道与C-H键有一定程度的相互重叠,即为p超共轭效应后后果果使碳正离子的正电荷分散到相邻的烷基上,增加了碳正离子的稳定性规规律律与碳正离子相连的烷基越多,超共轭效应越强,碳正离子越稳定。碳正离子的稳定性次序:叔碳正离子(3R+)仲碳正离子(2R+)伯碳正离子(1R+)甲基碳正离子(CH3+)3/11/202313(6)马氏

9、规则的理论解释)马氏规则的理论解释例:丙烯与HX亲电加成用用诱诱导导效效应应解解释释甲基有+I效应,使双键电子云向C1偏移,C1比C2有较高电子云密度带负电,亲电试剂H+首先进攻C1,生成主要产物2卤丙烷用用超超共共轭轭较较应应解解释释亲电试剂H+进攻双键上两个碳原子,生成CH3CH2CH2+和(CH3)2CH+。(CH3)2CH+稳定性大于CH3CH2CH2+(2R+1R+),主要产物是2卤丙烷3/11/2023143.与卤素的加成与卤素的加成 反反应应类类型型离子型,产物:邻二或邻四卤代烃。同时含双键和三键,双键先加成。原因:sp杂化更靠近原子核,难给出电子应用应用碳碳重键鉴定。溴的四氯化

10、碳红色液消失(炔较慢)活性次序活性次序氟氯溴碘。氟过于剧烈,碘较困难(测双键)环烷烃的加成环烷烃的加成注意注意加成取代不同。前者离子、低温,后者自由基、高温3/11/2023154.与与H2SO4的加成的加成 概概况况烯烃与硫酸加成生成硫酸氢酯(烷基硫酸),酸性水解得醇。不对称烯烃与硫酸加成,符合马氏规则应用应用 工业制醇,称间接水合法(或硫酸法)除去烷烃中少量烯烃,提高石油产品的质量(硫酸氢酯溶于硫酸,烷烃不溶)注意注意A、仅乙烯得伯醇,余得仲、叔醇;B、第二式易进行3/11/2023165.与水的加成与水的加成 烯烃加成及应用烯烃加成及应用条件磷酸作催化剂,不对称烯与水加成服从马氏规则应用

11、工业制醇另一方法直接水合法。可减少硫酸对设备的腐蚀(但条件较苛刻)注意仅乙烯可得伯醇,其余得仲、叔醇3/11/202317炔烃加成及构造异构炔烃加成及构造异构条件硫酸汞的硫酸溶液作催化剂,生成中间产物烯醇(羟基与双键碳原子直接相连),它很快重排成醛或酮互变异构烯醇式不稳定,易重排为酮式称烯醇式和酮式的互变异构(interconversionisomery),是构造异构的一种特殊形式(教材错)3/11/2023186.与次卤酸的加成与次卤酸的加成 概概况况烯烃与次卤酸加成生成卤代醇,次卤酸HClO常用氯水或溴水代替。不对称烯烃与次卤酸加成服从马氏规则说明说明 次卤酸HOCl不稳定,故常用氯和水代

12、之氯乙醇是制备环氧乙烷的重要原料注意与“P4342.烯烃的取代反应(高温光照)及P4373.与卤素的加成(CCl4)”条件差别3/11/2023197.硼氢化反应硼氢化反应 要点要点(P36)氢电负性(2.1)大于硼(2.0),BH键中硼带正电烯烃的硼氢化反应烯烃的硼氢化反应不对称烯烃与乙硼烷(甲硼烷BH3不单独存在)加成,硼加到双键含氢较多的碳原子上(从空间位阻考虑也如此),得烷基硼。烷基硼在碱性溶液中用H2O2氧化,得伯醇硼氢化-氧化主要用途之一注意烯烃经硼氢化氧化得到的醇与水合法得到的醇不同:烯烃经硼氢化氧化均得伯醇,水合法得仲、叔醇马氏规则氢原子或带部分正电荷的基团加到含氢较多碳原子上,卤原子或带部分负电荷的基团加到含氢较少或不含氢碳原子上3/11/202320炔烃的硼氢化反应炔烃的硼氢化反应炔烃经硼氢化氧化得烯醇,立即互变为酮或醛补充CH3CCH+B2H6(CH3CH=CH)3BCH3CH=CHOHCH3CH2CHO2005年4月7日17-18到此止3/11/202321

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