二烯烃共轭体系共振论学习培训模板课件.ppt
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1、第四章第四章 二烯烃二烯烃 共轭体系共轭体系 共振论共振论分子中含有两个碳碳双键的不饱和烃称为二烯烃。分子中含有两个碳碳双键的不饱和烃称为二烯烃。CH2CHCHCH21,3-丁二烯丁二烯CH2CH CH2CH CH21,4-戊二烯戊二烯1,4-环己二烯环己二烯1,3-环辛二烯环辛二烯二烯烃的通式:二烯烃的通式:CnH2n-2二二烯烯烃烃环状环状链状链状12345123412341234至少需要含有至少需要含有3个碳原子。即个碳原子。即n3通式与炔烃相同。通式与炔烃相同。最常见的二烯烃:最常见的二烯烃:1,3-环戊二烯环戊二烯1,3-环丁二烯环丁二烯稳定稳定很不稳定很不稳定1234123454.
2、1 二烯烃的分类与命名二烯烃的分类与命名4.1.1 二烯烃的分类二烯烃的分类根据双键位置的不同,可分为根据双键位置的不同,可分为3种类型。种类型。二烯烃二烯烃隔离二烯烃隔离二烯烃:累积二烯烃:累积二烯烃:共轭二烯烃:共轭二烯烃:CH2CHCH2CHCH2CH2CHCH2CH2CH2CH两个双键被两个或两个以上的单键隔开两个双键被两个或两个以上的单键隔开;两个双键连接在同一个碳原子;两个双键连接在同一个碳原子;两个双键被一个单键隔开;两个双键被一个单键隔开;1,4-戊二烯戊二烯1,5-己二烯己二烯H2CCCH2CH2CCHCH3CH2CHCHCH2CH2CCH3CHCH22-甲基甲基-1,3-丁
3、二烯丁二烯(异戊二烯异戊二烯)1,2-丁二烯丁二烯丙二烯丙二烯1,3-丁二烯丁二烯4.1.2 二烯烃的命名二烯烃的命名含有两个双键称为二烯,同时表明两个双键的位次。含有两个双键称为二烯,同时表明两个双键的位次。CH2CHCHCH2CH2CHCH2CHCH21,3-丁二烯丁二烯1,4-戊二烯戊二烯1,4-环己二烯环己二烯1,3-环辛二烯环辛二烯CH2C CH CH2CH31,2-戊二烯戊二烯CH CH CH2CH CH2CH31,4-己二烯己二烯2345113421234512345612346514325678CH2CH3CCCH2CH3CCCCCH3H3CHHHH2,3-二甲基二甲基-1,3
4、-丁二烯丁二烯二烯烃的顺反异构体的命名:二烯烃的顺反异构体的命名:(2Z,4Z)-2,4-己二烯己二烯CCCCCH3H3CHHHH(2Z,4E)-2,4-己二烯己二烯1234342561542631顺顺,顺顺-2,4-己二烯己二烯顺顺,反反-2,4-己二烯己二烯S-顺顺-1,3-丁二烯丁二烯S-(Z)-1,3-丁二烯丁二烯S-反反-1,3-丁二烯丁二烯S-(E)-1,3-丁二烯丁二烯HCH2CH2CCHHHCH2CH2CC s 指单键指单键(single bond)s-顺式顺式s-反式反式这里的这里的S顺、顺、S反是指两个双键以单键为轴进行反是指两个双键以单键为轴进行旋转所形成的两种不同的构象
5、。旋转所形成的两种不同的构象。4.2 二烯烃的结构二烯烃的结构4.2.1 丙二烯的结构丙二烯的结构0.131 nmCCCH2HHsp2sp2sp118.4CCCH2HHHHHH两个两个键相互垂直键相互垂直图图4.1 丙二烯的结构示意图丙二烯的结构示意图注意注意:丙二烯分子中有四个平面相互垂直丙二烯分子中有四个平面相互垂直.CH2=C=CH2sp2spsp2丙二烯结构示意图丙二烯结构示意图特点:键长平均化单键具有部分双键的性质特点:键长平均化单键具有部分双键的性质0.1377 0.1340.1483 0.1540.134nmC=CC C0.154nm4.2.2 1,3-丁二烯的结构丁二烯的结构C
6、H2 CH CH CH20.1483nm0.1377nm4个个 C 原子都是原子都是 sp2-杂化,杂化,CC键:键:sp2-sp2 交盖,交盖,CH键:键:sp2-1s 交盖,交盖,所有的原子共平面。所有的原子共平面。键角:键角:120。图图 4.2 1,3-丁二烯的丁二烯的结构示意图结构示意图图图 4.3 1,3-丁二烯丁二烯 的的键键C1C2键键C3C4键键2p-2p 交盖交盖C2C3:2p-2p 部分交盖部分交盖 4个个电子离域在电子离域在4个个C原子上。原子上。电子的离域降低了电子的离域降低了体系的能量。体系的能量。图图4.4 1,3-丁二烯的分子轨道丁二烯的分子轨道1,3-丁二烯的
7、分子轨道丁二烯的分子轨道:四个四个p轨道组合成轨道组合成一组分子轨道。一组分子轨道。2是最高占有轨道是最高占有轨道(HOMO,highestoccupied mole.orbital);3*是最低未占是最低未占有轨道有轨道(LUMO,lowest unocupied mole.orbital)。分子轨道分子轨道()是电子在是电子在整个分子中的运动状态整个分子中的运动状态。4.3 电子离域与共轭体系电子离域与共轭体系4.3.1-共轭体系共轭体系CH2CHCHCH21,3-丁二烯丁二烯1,3-丁二烯分子中丁二烯分子中,碳碳单键键长碳碳单键键长0.147nm,比乙烷碳碳单键键长比乙烷碳碳单键键长0.
8、154nm短短,由此可见由此可见 1,3-丁二烯分子中碳碳之间的键长趋于平均化。丁二烯分子中碳碳之间的键长趋于平均化。这种离域的结果,使其电子云密度的分布有所改变,这种离域的结果,使其电子云密度的分布有所改变,从而使其内能更小,分子更稳定,键长趋于平均化,从而使其内能更小,分子更稳定,键长趋于平均化,这样由于共轭产生的效应叫做这样由于共轭产生的效应叫做共轭效应共轭效应。在在1,3-丁二烯的分子中,四个丁二烯的分子中,四个电子是在四个碳原子的电子是在四个碳原子的分子轨道中运动,这种现象称为分子轨道中运动,这种现象称为电子的离域电子的离域。这样的分子成为这样的分子成为共轭分子共轭分子。这种单键和双
9、键交替排列的体系称为这种单键和双键交替排列的体系称为,共轭体系共轭体系。由由电子离域所体现的电子离域所体现的共轭效应称为共轭效应称为,共轭效应共轭效应。CH2CHCHCH2CH2CHCH2CHCH3CH2CH2CH2CH3CH3CH2CH2CH2CH3254kJ/mol-226kJ/mol=254kJ/mol-226kJ/mol=28kJ/mol28kJ/molE=(共轭能或离域能)(共轭能或离域能)共轭双烯共轭双烯隔离双烯隔离双烯CH3CH CHCH CH2 2H2氢氢化化热热 2 22 26 6k kJ J/m mo ol lCH2CHCH2CH CH2 2H2氢氢化化热热 2 25 54
10、 4k kJ J/m mo ol l从氢化热可以看出共轭体系的稳定性从氢化热可以看出共轭体系的稳定性:CH2CHCOHCH2CHCCHCH2CHCN乙烯基乙炔乙烯基乙炔丙烯醛丙烯醛丙烯腈丙烯腈共轭体系中共轭体系中电子的离域可用弯箭头表示。电子的离域可用弯箭头表示。电子的电子的离域方向为箭头所示方向。如:离域方向为箭头所示方向。如:共轭体系不限于双键,也不限于碳原子。共轭体系不限于双键,也不限于碳原子。COCCHH2HHCH2CH2CHCH共轭效应产生的条件:共轭效应产生的条件:(1)构成共轭体系的原子必须在同一平面内。)构成共轭体系的原子必须在同一平面内。(2)p轨道的对称轴垂直与该平面。轨道
11、的对称轴垂直与该平面。共轭效应与诱导效应的区别:共轭效应与诱导效应的区别:(1)共轭效应只存在与共轭体系内。)共轭效应只存在与共轭体系内。(2)共轭效应在共轭链上产生电荷正负交替现象。)共轭效应在共轭链上产生电荷正负交替现象。(3)共轭效应的传递不因共轭链的增长而明显减弱。)共轭效应的传递不因共轭链的增长而明显减弱。4.3.2 p-共轭体系共轭体系CCHHCHHHCH2CHCH2图图 4.4 烯丙基自由基的烯丙基自由基的p-共轭共轭CH2CHCH2烯丙基自由基未成对电子的烯丙基自由基未成对电子的p轨道与双键轨道与双键轨道在侧面轨道在侧面相互重叠构成的共轭体系称为相互重叠构成的共轭体系称为p-共
12、轭体系。共轭体系。烯丙基自由基的表示法:烯丙基自由基的表示法:或或p-共轭体系:共轭体系:烯丙基正离子烯丙基正离子CH2CHCH2CH2CHCH2CH2CHCl氯乙烯氯乙烯CH2CH O R乙烯基醚乙烯基醚4.3.3 超共轭超共轭(Hyperconjugation)HCCCHHHHHHCHHCHCH2丙烯分子中的超共轭丙烯分子中的超共轭 这种涉及到这种涉及到轨道与轨道与轨道参与的电子离域作用称轨道参与的电子离域作用称为为超共轭效应超共轭效应,亦称亦称,-共轭效应共轭效应。超共轭效应比超共轭效应比,-共轭效应弱得多。共轭效应弱得多。参与超共轭的参与超共轭的C-H键越多,超共轭效应越强键越多,超共
13、轭效应越强:CRHRCHCH2CHHRCHCH2CHHHCHCH2CC+CCHHHHHHHHHCC+HCHHHHHHCC+HHHHHC+HHH4.4 共振论共振论(Resonance theory)Pauling L.1931-1933年年(1)共振论的基本概)共振论的基本概念念共振论:共振论:即离域体系可以用几个经典结构的叠加来描述。即离域体系可以用几个经典结构的叠加来描述。(I)(II)(III)CH2CHCHCH2CH2CHCHCH2CH2CHCHCH21,3-丁二烯的共振杂化体丁二烯的共振杂化体一个分子所具有的结构式越多,分子一个分子所具有的结构式越多,分子 越稳定。越稳定。极限结构用
14、双箭头符号极限结构用双箭头符号 表示。表示。极限结构对共振杂化体的贡献原则:极限结构对共振杂化体的贡献原则:(a)共价键数目相等,贡献相同。共价键数目相等,贡献相同。(b)共价键多的极限结构稳定,对杂化体贡献大。共价键多的极限结构稳定,对杂化体贡献大。CH2CHCH2+CH2CHH2C+CHCH2CH CH2CH CH2CH2+-CH2CH CH2CH2-+CH2RCOO-RCO-O五个共价键,贡献大五个共价键,贡献大四个共价键,贡献小四个共价键,贡献小(c)电荷分离的极限结构稳定性低,对杂化体贡献小,电荷分离的极限结构稳定性低,对杂化体贡献小,违反电负性原则极限结构对杂化体的贡献极小,忽略。
15、违反电负性原则极限结构对杂化体的贡献极小,忽略。CH2CH CHOCH2CH CHO+CH2CH CHO+CH2CH CHO-CH2CH CHO-+贡献极小贡献极小,忽略忽略 贡献大贡献大 贡献较小贡献较小(d)键长、键角变化大的极限结构对杂化体的贡献小。键长、键角变化大的极限结构对杂化体的贡献小。贡献大贡献大贡献较小,可忽略不计贡献较小,可忽略不计4.4.2 书写极限结构式的基本原则:书写极限结构式的基本原则:(a)极限结构式要符合价键理论和极限结构式要符合价键理论和Lewis结构理论。结构理论。RNOO-RNO-ORNOO+(b)同一化合物的不同极限结构只是电子排布的变化,同一化合物的不同
16、极限结构只是电子排布的变化,原子核位置不变。原子核位置不变。R COOCH2CHCHCH3CH2CHCHCH3CH3CH2CH3CH2CH3CH3CH3CHRCOOCH2CHCH3CHOOH下列化合物是不同化合物之间的动态平衡。下列化合物是不同化合物之间的动态平衡。(c)同一化合物的不同极限结构的成对电子数目必须相同。同一化合物的不同极限结构的成对电子数目必须相同。CH2CHCH2CH2CHH2CCHH2CCH2CH2CHCH2CH2CHCH24.4.3 共振论的应用共振论的应用烯丙基自由基稳定的原因:烯丙基自由基稳定的原因:(I)(II)(III)CH2CHCHCH2CH2CHCHCH2CH
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