北京大学有机化学课件5.ppt
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1、第五章 烯烃,exit,本章提纲,第一节 烯烃的结构特征第二节 烯烃的命名第三节 烯烃的物理性质第四节 烯烃的化学性质第五节 烯烃的制备,1 双键碳是sp2杂化。2 键是由p轨道侧面重叠形成。3 由于室温下双键不能自由 旋转,所以有Z,E异构体。,第一节 烯烃的结构特征,C=C 1.346 1.347 CCC 126.4 o 123.8 od 3(Z不稳定)4(E稳定)b.p.(m.p.)4 o C(-138.9 o C)1 o C(-105.6 o C)0.33/10-30 c.m 0/10-30 c.m,CH3-CH3,一 几个重要的烯基,CH3CH=CH丙烯基propenyl,CH=CH
2、CH2烯丙基allyl,CH2=C异丙烯基isopropenyl,第二 节 烯烃的命名,CH2=CH乙烯基Vinyl,二 亚基,H2C=CH3CH=(CH3)2C=亚甲基 亚乙基 亚异丙基Methylidene ethylidene isopropylidene CH2 CH2CH2 CH2CH2CH2 亚甲基 1,2-亚乙基 1,3-亚丙基Methylene ethylene(dimethylene)trimethylene,两种亚基:中文名称通过前面的编号来区别,英文名称通过词尾来区别,有两个自由价的基称为亚基。,实例一,(5R,2E)-5-甲基-3-丙基-2-庚烯(5R,2E)-5-me
3、thyl-3-propyl-2-heptene,三 烯烃命名实例,实例二,(Z)-1,2-二氯-1-溴乙烯(Z)-1-bromo-1,2-dichloroethylene,双键在环上,以环为母体,双键在链上,链为母体,环为取代基。,实例三,2-甲基-3-环己基-1-丙烯3-cyclohexyl-2-methyl-1-propene,第三节 烯烃的物理性质,:0 0.33 0/10-30 c.m b.p.4oC 1oCm.p.-138.9oC-105.6oC,第四节 烯烃的化学性质,一 烯烃的亲电加成二 烯烃的自由基加成三 烯烃的氧化四 烯烃的硼氢化反应五 烯烃的催化氢化六 烯烃与卡宾的反应七
4、烯烃的聚合反应八 烯烃的-卤化,一 烯烃的亲电加成,1 加成反应的定义和分类2 亲电加成反应机理的归纳3 烯烃与卤素的加成4 烯烃与氢卤酸的加成5 烯烃与水、硫酸、有机酸、醇、酚的反应6 烯烃与次卤酸的加成,定义:两个或多个分子相互作用,生成一个 加成产物的反应称为加成反应。,加成反应,自由基加成(均裂)离子型加成(异裂)环加成(协同),亲电加成亲核加成,1 加成反应的定义和分类,分类:根据反应时化学键变化的特征分(或根据反应机理分),2 亲电加成反应机理的归纳,(2)离子对中间体(顺式加成),(1)环正离子中间体(反式加成),(4)三分子过渡态(反式加成),+,YE,EY,Y-,(3)碳正离
5、子中间体(顺式加成)(反式加成),反 应 式,3 烯烃与卤素的加成,(CH3)3CCH=CH2+Cl2(CH3)3CCHClCH2Cl,CCl4,50oC,(CH3)2CHCH=CHCH3+Br2(CH3)2CHCHBrCHBrCH3,CCl4,0oC,反 应 机 理,A 反应分两步进行 B 速控步是亲电的一步 C 反式加成,空阻太大 共轭,反应性翻转,以下两个化合物不能发生亲电加成反应,1*要画成扩张环。2*加成时,溴取那两个直立键,要符合构象最小改变原理。当加成反应发生时,要使碳架的构象改变最小,这就是构 象最小改变原理。3*双键旁有取代基时,要考虑碳正离子的稳定性。4*由平面式改写成构象
6、式时,构型不能错。5*当3-位上有取代基时,要首先考虑避免双邻位交叉构象。6*原料要尽可能取优势构象。,环己烯衍生物加溴时要注意如下问题,下面结合实例对这六点予以说明。,扩张环,非扩张环(不稳定),a直键 a假直键 e平键 e假平键,环己烯的构象,1*要画成扩张环。,环己烯的加溴反应,2*加成时,溴取那两个直立键,要符合构象最小改变原理。当加成反应发生时,要使碳架的构象改变最小,这就是构 象最小改变原理。,6,6,1,2,3,4,5,6,6,6,5,5,5,4,4,4,3,3,3,1,1,1,2,2,2,1,2,3,4,5,1-甲基环己烯的加溴反应,2*加成时,溴取那两个直立键,要符合构象最小
7、改变原理。3*双键旁有取代基时,要考虑碳正离子的稳定性。,(S)-3-甲基环己烯的加溴反应,4*由平面式改写成构象式时,构型不能错。5*当3-位上有取代基时,要首 先考虑避免双邻位交叉构象,双邻位交叉构象,*,*,Br2,Br2,(S)-4-甲基环己烯的加溴反应,优势构象,非优势构象,(1R,2R,4S)-4-甲基-1,2-二溴环己烷(主),(1S,2S,4S)-4-甲基-1,2-二溴环己烷(次),6*原料要尽可能取优势构象。,加氯与加溴反应机制的比较,反式加成产物 顺式加成产物加氯 32%68%加溴 83%17%,C6H5CH=CHCH3,Br2,C6H5CH=CHCH3,Cl2,碳正离子,
8、环正离子,离子对,一般情况,加溴、加氯通过环正离子中间体进行。特殊条件下,加溴通过环正离子中间体进行。加氯通过碳正离子或离子对进行。,4 烯烃与氢卤酸的加成,反应式,CH2=C(CH3)2+HX CH3-C(CH3)2,反应机理,X,CH2=C(CH3)2+H+CH3C(CH3)2 CH3-C(CH3)2,X,X-,慢,+,讨 论,(1)速率问题*1 HI HBr HCl*2 双键上电子云密度越高,反应速率越快。,(CH3)2C=CH2 CH3CH=CHCH3 CH3CH=CH2 CH2=CH2,(2)区位选择性问题,区位选择性 区位专一性 马尔可夫尼可夫规则,烯烃与HX的加成反应,具有区位选
9、择性,在绝大多数的情况下,产物符合马氏规则。,CH3CH2CH=CH2+HBr CH3CH2CHCH3,(CH3)2C=CH2+HCl(CH3)2C-CH3,F3C-CH=CH2+HCl F3CH2CH2Cl,Br,100%,Cl,NC-,(CH3)3N+-,主要产物(25%),CH3CH2CH2CH=CHCH3+HBr,CH3CH2CH2CH2CHBrCH3+CH3CH2CH2CHBrCH2CH3,HAc 80%,(3)重排问题,(CH3)3CCH=CH2(CH3)3CCHClCH3+(CH3)2CCl-CH(CH3)2,HCl,17%,83%,(CH3)2CHCH=CH2(CH3)2CHC
10、HBrCH3+(CH3)2CBr-CH2CH3,HBr,主要产物,次要产物,(CH3)3CCHCH3,+,(CH3)2CHCHCH3,+,+,+,(CH3)2C-CH2CH3,负氢转移,(CH3)2C-CH(CH3)2,甲基转移,(4)反应的立体选择性问题,HX,+,顺式加成产物,反式加成产物,H+,HBr,反式加成产物,反式加成,顺式加成,优势构象,5 烯烃与水、硫酸、有机酸、醇、酚的反应,(1)反应机理与烯烃加HX一致(如加中性分 子多一步失H+)。,CH2=C(CH3)2+H+CH3C+(CH3)2CH3C(CH3)2 CH3C(CH3)2,慢,H2O,OH2,+,OH,-H+,(2)反
11、应符合马氏规则。(3)反应条件:与水、弱有机酸、醇、酚的反应 要用强酸作催化剂。,(4)在合成中的应用不同,CH2=CH2+H2SO4(98%)CH3CH2OSO3H CH3CH2OH,CH2=C(CH3)2+H2SO4(63%)(CH3)3COSO3H(CH3)3COH,H2O,H2O,HX ROH HOSO2OH HOH ArOH RCOOH,加水制醇,加醇、酚制醚,加酸制酯。,6 烯烃与次卤酸的加成,反应式,+H2O+X2,(HO-X+),1符合马氏规则 2反式加成,类 似 试 剂:ICl,ClHgCl,NOCl(亚硝酰氯),反应机理,机理1:,+X2,X-,-H+,机理2:,H2O+X
12、2,-HX,HO X,HO-+X+,X+,-OH,二 烯烃的自由基加成,烯烃受自由基进攻而发生的加成反应称为自由基加成反应。,CH3CH=CH2+HBr CH3CH2CH2Br,过氧化物 或 光照,2 反应式,1 定义,3 反应机理,链增长 CH3CH=CH2+Br CH3CHCH2Br CH3CHCH2Br+HBr CH3CH2CH2Br+Br,链终止:(略),4 反应规则-过氧化效应(卡拉施效应),HBr在过氧化物作用下或光照下与烯烃发生反马氏的加成反应称为过氧化效应.,(1)HCl,HI不能发生类似的反应(2)多卤代烃 BrCCl3,CCl4,ICF3等能发生自由基加成反应。,判断哪根键
13、首先断裂的原则,*1 生成最稳定的自由基 H-CCl3 414.2KJ/mol CCl3 CHCl2 CH2Cl CH3,*2 最弱的键首先断裂 Br-CCl3 Cl-CCl3 I-CCl3 CCl3 284.5KJ/mol 339.0KJ/mol 217.6KJ/mol,光照,5 自由基加成的适用范围,三 烯烃的氧化,1 烯烃的环氧化反应2 烯烃被KMnO4和OsO4氧化3 烯烃的臭氧化反应,1 烯烃的环氧化反应,C6H5COOCC6H5+CH3ONa,C6H5COOH,CH3COH CH3COOH,=,=,=,=,=,=,=,O,O,30%H2O2,H+,O,O,CHCl3,-5o-0oC
14、,C6H5COCH3+C6H5COONa,O,O,O,H+,过氧化物易分解爆炸,使用时要注意温度和浓度。,实验室常用过氧化物来制备过酸。,制 备,(1)过酸的定义和制备,定义:具有-CO3H基团的化合物称为过酸。,(2)环氧化合物,1,2-环氧丙烷,2,3-环氧丁烷,n,n+1-环氧化合物是不稳定的,在酸或碱的催化作用下都会发生开环反应。,慢,亲电加成,快,反 应 机 理,+CH3CO3H,+CH3CO2H,(3)环氧化反应,定义:烯烃在试剂的作用下,生成环氧化合物的反应。,速率问题,双键上的电子云密度越高越易反应。过酸碳上的正性越高越易反应。,环氧化反应的几点讨论,(3)当双键两侧空阻不同时
15、,环氧化反应从空阻小的一侧进攻。,(2)产物是对称的,只有一个产物。产物是不对称的,产物是一对旋光异构体。,+CH3CO3H,+CH3CO2H,+CH3CO2H,+CH3CO2H,NaCO3,+,99%,1%,(1)环氧化反应是顺式加成,环氧化合物仍保持原烯烃的构型。,反应中的立体化学问题,(4)1,2-环氧化合物的开环反应,1,2-环氧化合物是不稳定的,在酸或碱的催化作用下都会发生开环反应.碱催化,负离子进攻空阻较小的碳。酸催化,负离子进攻正性较大的碳。,在酸催化作用下的开环反应机理如下:,CH3COOH,30%,H2O2,H+,-OOCCH3,H2O,,H+or-OH,+C6H5COOOH
16、,Na2CO3,+C6H5COONa,溶于水相,反型开环,+,2 烯烃被KMnO4和OsO4氧化,(1)烯烃被KMnO4氧化,冷,稀,中性或碱性KMnO4,热,浓,中性或碱性KMnO4,酸性KMnO4,+CH3COOH,+CH3COOH,(2)烯烃被OsO4氧化,(3)应用:1 制邻二醇 2 鉴别双键 3 测双键的位置,KMnO4 或 OsO4,从空阻小的方向进攻,CH3CO3H,H+,-H+H2O,3 烯烃的臭氧化反应,含6-8%臭氧的氧气和烯烃作用,生成臭氧化合物的反应称为臭氧化反应。,+O3,6-8%,低温,惰性溶剂,二级臭氧化合物,H2O,H2O2,Zn(OH)2,Zn,CH3SCH3
17、,CH3SCH3,=,O,臭氧化合物被水分解成醛和酮的反应称为臭氧化合物的分解反应,O3,Zn,H2O,RCHO+,+Zn(OH)2,CH3SCH3,H2O,RCHO+,+CH3SCH3,O,H2 Pd/C,RCH2OH+HOCHRR”+H2O,LiAlH4orNaBH4,RCH2OH+HOCHRR”,烯烃的臭氧化反应的应用,(1)测定烯烃的结构,(2)由烯烃制备醛、酮、醇。,(CH3)2C=CH2,O3,H2O,Zn,(CH3)2C=O+CH2O,H2O,Zn,O3,四 烯烃的硼氢化反应,1 甲硼烷、乙硼烷的介绍,BH3,H3B THFH3B OR2,B2H6,能自燃,无色有毒,保存在醚溶液
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