4、有机化学:二烯烃和共轭体系(4H)课件.ppt
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- 有机化学 烯烃 共轭 体系 课件
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1、第四章第四章 二烯烃和共轭体系二烯烃和共轭体系第一节第一节 二烯烃的分类和命名二烯烃的分类和命名第二节第二节 二烯烃的结构二烯烃的结构第三节第三节 共轭二烯烃的性质共轭二烯烃的性质第四节第四节 共轭效应共轭效应第五节第五节 重要共轭二烯烃的工业制法重要共轭二烯烃的工业制法 分子中含有两个碳碳双键的不饱和烃称为分子中含有两个碳碳双键的不饱和烃称为二二烯烃烯烃,亦称双烯烃。其通式为:,亦称双烯烃。其通式为:CnH2n-2(n3的的自然数),它与相应炔烃互为同分异构体,属官自然数),它与相应炔烃互为同分异构体,属官能团异构。能团异构。二烯烃既有链状结构,也有环状结构。例如:二烯烃既有链状结构,也有环
2、状结构。例如:H2C=CH-CH=CH2第一节第一节 二烯烃的分类和命名二烯烃的分类和命名 根据二烯烃分子中两个双键相对位置的不同,可根据二烯烃分子中两个双键相对位置的不同,可将其分为三类:将其分为三类:一、分类一、分类二烯烃二烯烃聚集二烯烃:聚集二烯烃:CH2=C=CH2共轭二烯烃共轭二烯烃:CH2=CH-CH=CH2孤立二烯烃:孤立二烯烃:CH2=CH-(CH2)n-CH=CH2n1n1CH3H2C=C-CH=CH22-2-甲基甲基-1,3-1,3-丁二烯丁二烯/(俗名:(俗名:异戊二烯异戊二烯)二、系统命名法二、系统命名法H2C=C=CH2CH3CH2CH=C=CH2H2C=CH-CH=
3、CH2丙二烯丙二烯1,2-1,2-戊二烯戊二烯1,3-1,3-丁二烯丁二烯CH33-3-甲基甲基-1,4-1,4-环己二烯环己二烯1,3-1,3-环戊二烯环戊二烯HHCCH2CCH2HHCCH2CCH2s-s-顺顺-1,3-1,3-丁二烯丁二烯/s-(Z)-1,3-s-(Z)-1,3-丁二烯丁二烯s-s-反反-1,3-1,3-丁二烯丁二烯/s-(E)-1,3-s-(E)-1,3-丁二烯丁二烯single bondCH3HHHH3CHCCCC或或反反,反反-2,4-2,4-己二烯己二烯/(2E,4E)-2,4-(2E,4E)-2,4-己二烯己二烯CH3HHHH3CHCCCC或或反反,顺顺-2,4
4、-2,4-己二烯己二烯/(2E,4Z)-2,4-(2E,4Z)-2,4-己二烯己二烯第二节第二节 二烯烃的结构二烯烃的结构 以丙二烯烃为例,它的两个以丙二烯烃为例,它的两个键相互垂直,键相互垂直,是线型非平面分子。是线型非平面分子。一、聚集(或累积)二烯烃一、聚集(或累积)二烯烃 CH2=C=CH2sp2spHHHHCCC 二、共轭二烯烃二、共轭二烯烃 以以1,3-丁二烯分子为例。丁二烯分子为例。HHHC=CC=CHHHHHHHHH.碳原子均碳原子均为为spsp2 2杂化杂化构成大构成大 键键C C2 2-C-C3 3之间具有之间具有部分双键性质部分双键性质2 24 43 31 144 由每个
5、碳原子的由每个碳原子的p p轨道相邻者彼此侧面重叠构成了轨道相邻者彼此侧面重叠构成了 键,这些键,这些电子已不在局限于电子已不在局限于C C1 1-C-C2 2或或C C3 3-C-C4 4之间的之间的定域运动,而主要地是在四个碳原子之间运动。像这定域运动,而主要地是在四个碳原子之间运动。像这种现象叫做电子的离域,所组成的化学键叫做种现象叫做电子的离域,所组成的化学键叫做离域离域键键,又称为共轭,又称为共轭键。这种存在共轭键。这种存在共轭键的分子体系键的分子体系称为称为共轭体系共轭体系。因在。因在1,3-1,3-丁二烯分子中是由丁二烯分子中是由-键所键所组成的,故也称为组成的,故也称为-共轭体
6、系。由共轭体系所产生共轭体系。由共轭体系所产生的电子效应叫做的电子效应叫做共轭效应共轭效应,它对有机物的性质会带来,它对有机物的性质会带来显著的影响。显著的影响。44Br2HClH2CH2=CH-CH=CH2BrBrCH2=CH-CH-CH2CH2=CH-CH2-CH3BrBrCH2-CH=CH-CH2ClCH2=CH-CH-CH3ClCH2-CH=CH-CH3+CH3-CH=CH-CH3Pd第三节第三节 共轭二烯烃的性质共轭二烯烃的性质1,2-1,2-加成产物加成产物1,4-1,4-加成产物加成产物一、一、1,2-加成和加成和1,4-加成加成4 3 2 1 其中其中1 1,4-4-加成又称为
7、共轭加成,它是共轭体系加成又称为共轭加成,它是共轭体系的特性。的特性。1 1,2-2-加成和加成和1 1,4-4-加成谁为主,主要取决于加成谁为主,主要取决于二烯烃的结构和反应条件。在反应体系中,二者互二烯烃的结构和反应条件。在反应体系中,二者互相竞争,并最终以平衡形式存在。例如:相竞争,并最终以平衡形式存在。例如:1,2-1,2-加成加成(速率控制)(速率控制)1,4-1,4-加成加成(平衡控制)(平衡控制)反应反应条件条件反应温度较低反应温度较低溶剂极性较小溶剂极性较小反应时间较短反应时间较短反应温度较高反应温度较高溶剂极性较大溶剂极性较大反应时间较长反应时间较长平衡控制平衡控制速率控制速
8、率控制图图4-1 1,2-4-1 1,2-加成和加成和1,4-1,4-加成势能图加成势能图二、聚合反应与合成橡胶二、聚合反应与合成橡胶 根据来源橡胶可分为天然橡胶和合成橡胶两大类。根据来源橡胶可分为天然橡胶和合成橡胶两大类。而共轭二烯烃很容易发生聚合反应生成合成橡胶。而共轭二烯烃很容易发生聚合反应生成合成橡胶。例如:例如:1、顺丁橡胶、顺丁橡胶顺顺-1,4-1,4-聚丁二烯聚丁二烯/顺丁橡胶(顺丁橡胶(or BRor BR)nCH2=CHCH=CH2Ziegler-Natta 催化剂HC=CHCH2CH2nT.P2、异戊橡胶(即合成天然橡胶)、异戊橡胶(即合成天然橡胶)顺顺-1,4-1,4-聚
9、丁二烯聚丁二烯丁苯橡胶丁苯橡胶nCH2=CCH=CH2CH3Ziegler-Natta 催化剂HC=CCH3CH2CH2nT.P3、丁苯橡胶、丁苯橡胶nCH2=CHCH=CH2CH=CH2+n过氧化物CHCH2CH2CH=CHCH2n三、周环反应三、周环反应 在有机化学反应中,有一类既不是离子型反应,在有机化学反应中,有一类既不是离子型反应,又不是自由基型反应,而是经过多中心环状(一般为又不是自由基型反应,而是经过多中心环状(一般为四元或六元环)过渡态进行的反应,在反应中共价键四元或六元环)过渡态进行的反应,在反应中共价键的断裂和生成是同时发生的(或者称协同进行的),的断裂和生成是同时发生的(
10、或者称协同进行的),像这类有机反应统称为周环反应。例如:像这类有机反应统称为周环反应。例如:+过渡态过渡态周环反应的特征:周环反应的特征:在反应过程中,没有生成任何活性中间体。在反应过程中,没有生成任何活性中间体。反应条件是加热或光照,反应速度基本上不受溶反应条件是加热或光照,反应速度基本上不受溶剂或催化剂的影响。剂或催化剂的影响。在反应过程中,旧键的断裂和新键的生成是经过在反应过程中,旧键的断裂和新键的生成是经过一多中心环状过渡态协同进行的。一多中心环状过渡态协同进行的。反应具有高度的立体选择性,可生成空间定向产反应具有高度的立体选择性,可生成空间定向产物。物。周环反应主要包括周环反应主要包
11、括电环化反应电环化反应、环加成反应环加成反应和和-键迁移反应键迁移反应等几种类型。等几种类型。1、电环化反应、电环化反应1.1 含含“4n”个个电子共轭多烯烃体系电子共轭多烯烃体系HCH3CH3H顺旋HCH3CH3HHCH3CH3H对旋HCH3H3CHhv(2E,4E2E,4E)-2,4-2,4-己二烯己二烯反反-3,4-3,4-二甲基环丁烯二甲基环丁烯顺顺-3,4-3,4-二甲基环丁烯二甲基环丁烯1.2 含含“4n+2”个个电子电子共轭多烯烃体系共轭多烯烃体系(2E,4Z,6Z2E,4Z,6Z)-2,4,6-2,4,6-辛三烯辛三烯反反-5,6-5,6-二甲基二甲基-1,3-1,3-环己二烯
12、环己二烯CH3HCH3HCH3HCH3H对旋CH3HCH3HCH3CH3HH顺旋hv顺顺-5,6-5,6-二甲基二甲基-1,3-1,3-环己二烯环己二烯课堂练习课堂练习1、请判断下列反应在哪种条件下才能进行、请判断下列反应在哪种条件下才能进行?()(苏大(苏大06年)年)CH3CH3?HCH3HCH3A.加热顺旋加热顺旋 B.光照对旋光照对旋 C.加热对旋加热对旋 D.光照顺旋光照顺旋答案:答案:A A2、环加成反应、环加成反应2.1 2+2环加成环加成环丁烷环丁烷+hv过渡态过渡态2.2 4+2环加成环加成 该反应又称该反应又称狄尔斯狄尔斯-阿尔德(阿尔德(Diels-Alder)反应,反应
13、,或双烯合成反应,简称或双烯合成反应,简称D-A反应反应,属可逆反应。,属可逆反应。双烯体双烯体亲双烯体亲双烯体+苯OOOOOO马来酸酐马来酸酐环己烯环己烯1,2,5,6-四氢化苯二甲酸酐四氢化苯二甲酸酐+课堂练习课堂练习3、2、1、+CCO2EtCCO2Et?CO2EtCO2Et?2or+?CO2CH3CH3+CH3CO2CH3CO2CH3CH3(61%)(39%)4、完成反应(表明产物的立体构型)、完成反应(表明产物的立体构型)4.14.2CH3CH3HHHHCH3CH3OOO(苏大(苏大06年)年)(湘大(湘大06年)年)OOO+3、周环反应的理论解释、周环反应的理论解释 1965年,年
14、,美美伍德沃德和霍夫曼提出了伍德沃德和霍夫曼提出了“分子轨道对分子轨道对称守恒原理称守恒原理”,从而揭开了周环反应的奥秘。,从而揭开了周环反应的奥秘。分子轨道对称守恒原理主要有三种理论解释,即前线分子轨道对称守恒原理主要有三种理论解释,即前线轨道理论、能量相关理论和芳香过渡态理论。其中前线轨轨道理论、能量相关理论和芳香过渡态理论。其中前线轨道理论最为简明、易懂。道理论最为简明、易懂。前线轨道理论是由前线轨道理论是由日日福井谦一提出的。该理论将分福井谦一提出的。该理论将分子轨道中最高占有分子轨道(简称子轨道中最高占有分子轨道(简称HOMO)和最低空分子)和最低空分子轨道(简称轨道(简称LUMO)
15、统称为称为前线分子轨道()统称为称为前线分子轨道(FMO),),将分布在前线分子轨道中的电子称为前线电子。认为化学将分布在前线分子轨道中的电子称为前线电子。认为化学键的形成主要是由键的形成主要是由FMO的相互作用所决定的。的相互作用所决定的。HOMOLUMOHOMO能量基态激发态图图4-2 4-2 乙烯的前线分子轨道示意图(乙烯的前线分子轨道示意图()223.1 前线分子轨道示意图前线分子轨道示意图12HOMOLUMOLUMOHOMO能量基 态激发态1234图图4-3 1,3-4-3 1,3-丁二烯的前线分子轨道示意图(丁二烯的前线分子轨道示意图()441234HOMOLUMOLUMOHOMO
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