第三章 单烯烃
( alkenes)
本章重点讲解:
? 1,烯烃的结构与顺反异构 —— 理解
? 2,烯烃的命名 —— 掌握
? 3,烯烃的物理性质 —— 了解
? 4,烯烃的化学性质 —— 掌握
? 5,烯烃的亲电加成反应机理 —— 理解
3,1 烯烃的结构
C Cs p
2
A
B
A
B
E
官能团,C=C( πσ键);
=Csp2; 五个 σ 键在同一个
平面上; π 电子云分布在平
面的上下方。
?* MO
?* MO
? MO
? MO
键 能 / k J m o l - 1 3 4 6 6 1 0
C - C C = C
键 长 / n m 0, 1 5 4 0, 1 3 4
?键键能,264kJ/mol
3,1 烯烃的结构
? 因 ? 键使 C-C键旋转受阻,使与双键碳相连的基团或原
子在空间有固定的排列,存在 顺反异构 现象。
C C
C H 3 C H 3
H H
C C
H C H 3
C H 3 H
顺式,双键碳原子上两个相同的原子或基团处于双键同侧。
反式,双键碳原子上两个相同的原子或基团处于双键反侧。
顺、反异构体转化活化能,>264kJ/mol
顺式 反式
3,2 烯烃的命名
1)选择含双键最长的碳链为主链;
2)从靠近双键端开始编号:
3)将双键位号写在母体名称之前 。
C H 2 = C H C H 2 = C H C H 2 C H 3 C H = C H
乙 烯 基 烯 丙 基 丙 烯 基
1,IUPAC命名法
例 1 CH3-CH=C-CH2CH2CH2CH3
CH2
CH2
CH3-CH-CH3
6-甲基 -3-丁基 -2-庚烯
3,2 烯烃的命名
C C
C H 3 C H 2 C H 3
H H
C C
H C H 2 C H 3
C H 3 H
反 - 2 - 戊 烯顺 - 2 - 戊 烯
2,顺反异构体的命名和 Z,E标记法
Z式,双键碳原子上两个较优基团或原子处于双键同侧。
E式,双键碳原子上两个较优基团或原子处于双键异侧。
C C
( 优 ) C H 3
H
C H 2 C H 3 ( 优 )
C H 3
C C
C H 3
( 优 ) C H 3 C H 2
C H ( C H 3 ) 2 ( 优 )
C H 2 C H 2 C H 3
(Z)- 3-甲基 -2-戊烯 (E)- 3-甲基 -4-异丙基 -3-庚烯
? 顺序大
的基团称
较 优基团
3,2 烯烃的命名
H 3 C
H
C H 2 C H 2 C H 3
C H 2 C C H 2 C H 3
C H 3 H
1
2 3
5 6 74
实例一 ( E) -5-甲基 -3-丙基
-2-庚烯
(E)-5-methyl-3-
propyl-2-heptene
实例二
H
C l
C l
B r
(Z)-1,2-二氯 -1-溴乙烯
( Z)-1-bromo-1,2-dichloroethylene
3,2 烯烃的命名
C H
3
C H
2
C = C C H
2
C H
3
C
2
H
5
C H
3
化 合 物 有 无 顺 反 异 构?1,
2, 命 名 化 合 物, 1 )
C C
C H
3
C H
3
B r
C = C
C H
3
C H
2
C l
C H
3
C H
2
C H
2
C C H
3
C l H2 )
H


3.3 烯烃的物理性质
H 3 C H
HH 3 C
H C H 3
HH 3 C
?,0 0.33 0 ?/10-30 c.m
b.p,4oC 1oC
m.p,-138.9oC -105.6oC
顺反异构体,因几何形状(结构)不同,物理性质不同。
3.4 烯烃的化学性质
? 3.4.1 加成反应 1)催化加氢
C H 3 C H
3
+ H 2
p t
H H
C H 3H 3 C
C H 3
+ D 2
p t
D
D
C H 3
反 应 条 件,加温加压
产 率,几乎定量
常用催化剂,Pt > Pd > Ni
*1 顺式为主
*2 空阻小的双键优先
*3 空阻小的一侧优先
3.4.1 加成反应
? 2)亲电加成反应 **
缺电子试剂对富电子碳碳双键的进攻,分为 二步 。
C C E N u s l o w
+
C C
E
N u -
f a s t C C
E
N u
亲 电 试 剂 亲 核 试 剂
+
亲电试剂,本身缺少一对电子,又有能力从反应中得到电
子形成共价键的试剂。 例,H+,Br+,lewis酸等。
第一步,亲电试剂对双键进攻形成 碳正离子 。
第二步,亲核试剂与碳正离子中间体结合,形成加成产物。
控制整个反应速率的第一步反应(慢),由亲电试剂进攻
而引起,故此反应称 亲电加成反应。
3.4.1 加成反应
+ B r 2
B r
B r
a,与卤素加成 **
(CH3)2CHCH=CHCH3 + Br2 (CH3)2CHCHBrCHBrCH3CCl40oC
C C + B r B r
δ
-
δ
+

B r
-
C C
B r
( Ⅰ ) ( Ⅱ )
C C
B r
o r

B r
-
C C
B r
B r
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 溴鎓离子
3.4.1 加成反应
? 加成是亲电的
C H 2 = C H 2 C H 3 C H = C H 2 ( C H 3 ) 2 C = C H C H 3 ( C H 3 ) 2 C = C ( C H 3 ) 2 C H 2 = C H B r
1 2 1 0, 4 1 4 0, 0 4
?烷基是给电子基,有利于亲电加成。
因双键上电子云密度增大,使反应速率加快。
?卤素的反应活性为,F2>Cl2>Br2>I2
b,与卤化氢加成 C H 3 C = C H 2
C H 3
+ H B r C H 3 C C H 3
B r
C H 3
+ C H 3 C C H 2 B r
C H 3
H
9 0 % 1 0 %
3.4.1 加成反应
C H 3 C = C H 2
C H 3
H B r
C H 3 C
C H 3
C H 3
+
C H 3 C H
C H 3
C H 2
+
3
o
C
+
1
o
C
+
( A )
( B )( C )
在不对称烯烃的加成中,氢总是加到 含氢较多 的双键碳原子上。
加成取向属 反应速率 问题,与中间体 碳正离子稳定性 有关
A
B
C
E a 2
E a 1
E
反 应 进 程
?加成取向 —— 马氏规则 **
Why?
3.4.1 加成反应
CR R 'R ''
+
G GC+ C+
R C H 2C H 2
+
sp 2sp 3




含六个电子、带正电荷的碳氢基团。
带正电荷的碳 sp2杂化;平面型结构;
键角 120 。
碳正离子稳定性次序,3o C+ > 2o C+ > 1oC+ >CH3+
A,给电子基,使正电荷分散,
碳正离子稳定;
B,吸电子基,使正电荷更集
中,碳正离子不稳定;
R C
R
R
+
给电子基 吸电子基
3.4.1 加成反应
R 2 C = C R 2 > R 2 C = C H R > R 2 C = C H 2 > R C H = C H R > R C H = C H 2 > C H 2 = C H 2
+
C H 3 C H C H 3
H
H HCCC
+
H - C - C H - C - H
H H
HH
+
σ -p 超共轭 六条 C-H键参与
σ -p 超共轭
结果,正电荷分
散,体系稳定。
σ-π超共轭,C-Hσ键与相邻 π轨道之间的电子离域。
σ-p 超共轭,C-Hσ键与相邻原子上的 P轨道之间的电子离域。
超共轭
C-Hσ电子的离域对碳正离子稳定性的影响
双键碳上烷基越多的烯烃越稳定。
3.4.1 加成反应
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
区位选择性问题:
烯烃与 HX的加成反应,具有 区位选择性,在 绝大
多数 的情况下,产物符合 马氏规则 。
双 键 碳 上 连 有 给 电 子 基
双 键 碳 上 连 有 吸 电 子 基
双 键 碳 上 连 有 孤 电 子 对 的 原 子 或 基 团
C H 3 C H 2 C H = C H 2
H B r
C H 3 C H 2 C H C H 3
B r
F 3 C - C H = C H 2
H X
F 3 C - C H 2 C H 2 X
X C H = C H 2 H C l X C H C H 3
C l
3.4.1 加成反应
C H 3 C H = C H 2 + H O S O 2 O H C H 3 C H C H 3
O H
C H 3 C H C H 3
O S O 2 O H
H 2 O
C H 3 C H = C H 2 + C l 2 ( H 2 O ) C H 3 C H C H 2 C l
O H
c,与硫酸加成
与 次卤酸加成 烯烃与溴或氯的水溶液( X2/H2O)反应,生成 ?-卤代醇。
马氏加成产物
d,与水加成(酸催化)
C H 3 C H = C H 2 + H 2 O
H 3 P O 4
1 9 5 o C,2 M p a C H 3 C H C H 3
O H
硫酸、磷酸等催化,烯烃
与水直接加成生成醇。
3.4.1 加成反应
C H 2 C H = C H 2 B H 3 C H 2 C H 2 C H 2 3 B3
C H 2 C H 2 C H 2 3 B H 2 O 2O H - C H 2 C H 2 C H 2 O H3
1 o 醇
e,与硼烷加成
三烷基硼碱性
氧化,羟基取代
硼原子得醇。
亲电试剂 是 缺电子的硼
C H 2 C H = C H 2
H +
H 2 O
1 ) B H 3
2 ) H 2 O 2 / O H -
C H 2 C H C H 3
O H
C H 2 C H 2 C H 2 O H 1
o
o
2
比较
3.4.1 加成反应
C H 3 C H 2 C H = C H 2
R O O R
P e r o x i d e s
N o
C H 3 C H 2 C H 2 C H 2 B r
C H 3 C H 2 C H C H 3
B r
H B r
3)自由基加成反应 (过氧化物效应)
过氧化物存在下,溴化氢 与烯烃的自由基历程加成。
反马氏加成
马氏加成
加成的区域选择性 比较反应中间体 (自由基 )的稳定性
B r + C H 3 C H 2 C H = C H 2
a
b
C H 3 C H 2 C H C H 2 B r
C H 3 C H 2 C H C H 2
B r
2 o
1 o由过氧化物存在而引起烯烃加成取向的改
变,称 过氧化物效应 。
3.4.2 氧化反应
K M n O 4 ( 冷 )
顺 加
H H
OO
M n
O O - K +
H 2 O H
H
O H O H
1)高锰酸钾氧化 低温,中性或稀碱条件下,产物,顺式邻二醇
加热、酸性或碱性条件下,碳 -碳双键断裂,生成 羧酸或酮 。
C H 3 C = C H C H 2 C H 3
C H 3
O H -,
K M n O 4
C H 3 C
C H 3
O + C H 3 C H 2 C O O H
可用于烯烃的鉴别
3.4.2 氧化反应
1, 3 - 偶 极 分 子 O O O O O O+ -+ - 与 烯 烃 加 成
C C + O 3 加 成 C C
O
O
O 重 排
O O
C
O
C Z n
H 2 O C O + O C
C H 3 C H = C C H 3
C H 3 1 ) O
3
2 ) Z n / H 2 O C H 3 C H O + C H 3 C O
C H 3
2)臭氧化反应
产物:
羰基化
合物
3)环氧化反应 过氧酸氧化。产物 1,2- 环氧化合物 。
顺式加成。 反应具有 立体专一性、立体选择性、区域选择性。
C C
H
C H 3 C H 2
C H 3
H
+ C H 3 C O 3 H C C
O
C H 3 C H 2
H C H 3
H
+ C C
O
H
H C H 3
C H 3 C H 2
可用于鉴别不同的烯烃
3.4.2 氧化反应
C H 3
+ C H 3 C O 3 H N a 2 C O 3 O H H
O H O H H
+H
+ H
2 O
H 3 C
H 3 C O H
? 环氧化物的开环 稀酸开环得 反式邻二醇
3.4.3 聚合反应 n C H 2 = C H
R
催 化 剂
或 引 发 剂
[ C H 2 C H
R
] n
简介 Ziegler-Natta 齐格勒 -纳塔催化剂
3.4.4 ?-氢的卤代
C H 3 C H C H = C H 2
H a - H
a - C
C H 3 C H = C H 2 + C l 2
5 0 0 o C
C C l 4
r, t,
C l C H 2 C H = C H 2
C H 3 C H C H 2
C l C l
C H 3 C H = C H 2 + C l
C H 2 C H = C H 2
C l 2
C l C H 2 C H = C H 2 + C l
C H 3 C H C H 2 C l
C l 2
C H 3 C H C H 2 C l + C l
C l
光照、高温。 自由基取代反应。
C l 2 高 温 2 C l
自由基稳定性:烯丙基自由基 > 2oC自由基(p-?) (?-p)
3.4.4 ?-氢的卤代
N
O
O
B r
C H 3 C H 2 C H 2 C H = C H 2 N B S( C
6 H 5 C O O ) 2
C H 3 C H 2 C H C H = C H 2 + C H 3 C H 2 C H = C H C H 2
B r B r
反应控制在高温、卤素低浓度条件下进行。
NBS N-溴代丁二酰亚胺
C H 3 C H 2 C H C H = C H 2 C H 3 C H 2 C H C H C H 2
C H 3 C H 2 C H C H = C H 2
B r
C H 3 C H 2 C H = C H C H 2 B r
反应条件:光或引发剂
本章练习
? P64~65 第一题( 4,7);第二题( 1,2,
3,5,6,9);第七题( 4)