亲电加成的一般机理

目标要求 1 掌握烯烃的类型 结构和命名2 掌握烯烃构型的表示方式 顺式和反式 E型和Z型 3 了解一些常用的不饱和基团 烯基 4 理解烯烃的亲电加成反应5 熟知亲电加成的一般机理 碳正离子机理 6 掌握Markovnilkov加成规则及解释7 掌握卤素与烯烃的加成机理 环正离子机理 及反应对立体选择性的解释8 掌握烯烃的硼氢化反应9 知道烃的聚合和共聚10 知道烯烃加成的过氧化效应 自由基加成及聚合11 掌握烯烃的催化氢化及立体化学12 掌握烯烃的氧化 氧化反应在合成上的应用13 掌握烯烃 氢的卤化 烯丙基自由基的结构特点 一 烯烃的类型 结构和命名 单烯 通式 CnH2n二烯 多烯 烯烃 含C C的碳氢化合物 类型 共轭二烯烃 孤立二烯烃 n 1 累积二烯烃 维生素A 1 sp2杂化 跃迁 原子轨道重组 3个sp2轨道2pz 平面型 结构 2 乙烯 CH2 CH2 的成键示意 p键侧面交叠 电子云结合较松散 双键不能旋转 有立体异构 与双键相连的原子在同一平面上 cis trans 命名 普通命名 系统命名 乙烯 异丁烯 异戊二烯 ethylene isobutene isoprene 2 乙基 1 戊烯 3 甲基环戊烯 1 甲基环戊烯 2 十二碳烯 3 methylcyclopent 1 ene 2 ethyl 1 pentene dodec 2 ene 选取含双键的最长链为主链 给双键以最小编号 双取代烯烃异构体用 顺 反 标记 顺 2 2 5 三甲基 3 己烯 cis 2 2 5 trimethyl 3 hexene 取代基在双键的同侧 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 二者不能相互转换 是可以分离的两个不同的化合物 顺反异构又称为几何异构 geometricalisomer 注意 并不是所有含双键的烯烃都有顺反异构现象 条件 构成双键的任一碳原子上所连接的两个原子或原子团要不相同 有 无 无 有 多取代烯烃 用Z或E型标记 Z型 两个双键碳上的较优基团 或原子 在同一侧 E型 两个双键碳上的较优基团 或原子 不在同一侧 原子的优先顺序 I Br Cl S P O N C D H 烃基的优先顺序 CH3 3C CH3CH2CH CH3 CH3 2CHCH2 CH3 CH2 3 CH3CH2CH2 CH3CH2 CH3 例 Z 3 甲基 2 戊烯 E 2 溴 1 氯丙烯 Z 3 乙基 1 3 戊二烯 5R 2E 5 甲基 3 丙基 2 庚烯 顺 2 2 5 三甲基 3 己烯 Z 2 2 5 三甲基 3 己烯 Z 3 methylpent 2 ene E 2 bromo 1 chloroprop 1 ene Z 3 ethylpenta 1 3 diene 5R 2E 5 methyl 3 propyl 2 heptene 一些常用的不饱和基团 烯基 甲基乙烯基醚 乙烯基氯 烯丙基胺 例 二 烯烃的化学性质 I 双键的结构与性质分析 键能 s键 347kJ molp键 263kJ mol p键活性比s键大不饱和 可加成至饱和 p电子云分布在键轴的上 下两侧 受原子核的作用较小 容易受到亲电试剂的进攻 是电子供体 有亲核性 与亲电试剂结合与氧化剂反应 烯烃加成的三种主要类型 亲电加成 加成 自由基加成 催化加氢 异裂 均裂 重点 烯烃的亲电加成反应 Electrophilicaddition 一些常见的烯烃亲电加成反应 亲电试剂 卤代烷 硫酸氢酯 醇 邻二卤代烷 b 卤代醇 次卤酸 烯烃与H X的加成 X Cl Br I 活性 HI HBr HCl 例 卤代烃消除的逆反应 烯烃与H OSO3H 硫酸 的加成 合成上应用 水解制备醇 通过与硫酸反应可除去烷烃 卤代烃中的少量烯烃杂质 硫酸氢酯 ROSO3H 乙醇和异丙醇的工业制法 烯烃在H 催化下与H2O的水合反应 催化剂 强酸H2SO4 H3PO4 HBF4 氟硼酸 TsOH 对甲苯磺酸 等 类似反应 H 催化下烯烃与HOR或RCOOH的加成 催化剂 醚 酯 烯烃与X2的加成 加X2的立体化学 反式加成为主 立体有择反应 立体选择性 Br2 Cl2 在有机分析中的应用 鉴别烯烃例 烯烃 5 溴的CCl4溶液 红棕色褪去 烯烃与XOH 或X2 H2OorOH 的反应 or 加X2的立体化学 反式加成为主 立体有择反应 b 卤代醇 主要产物 b 卤代醇的应用 制备环氧乙烷衍生物 机理 分子内SN2 p237 242 OH在Cl邻位 反应较容易 烯烃亲电加成取向 反应的区域选择性 Markovnikov规则 马氏规则 Markovnikov规则 氢原子总是加在含氢较多的碳上 烯烃亲电加成反应小结 亲电加成反应机理 I 经碳正离子的加成机理 与HX的加成机理 机理 双键为电子供体 有亲核性或碱性 H有亲电性 碳正离子中间体 碳正离子 碳正离子 含有一个外层只有六个电子的碳原子作为其中心碳原子的正离子 烷基碳正离于按照正电荷的碳原于的位置 分为一级 伯 二级 仲 三级 叔 三类 碳正离子的稳定性 原因 p共轭效应 反应进程图 过渡态I 过渡态II 中间体 反应进程分析 产物 加成机理对Markovnikov规则的解释 中间体碳正离子的稳定性决定加成的取向 例 机理 2o碳正离子较稳定 1o碳正离子较不稳定 例 下列加成不遵守Markovnikov规则 请给出合理的解释 强吸电子基团 亲电加成中的重排现象及解释 重排现象 碳正离子的证据 重排产物 机理 H迁移 亲电加成机理小结 亲电试剂 亲电加成的一般形式 亲电部分 与双键p电子结合 亲核部分 与碳正离子结合 Electrophiles 亲电试剂 Nucleophiles 亲核试剂 亲电型反应 亲电加成 亲电取代 由亲电试剂参与的反应 亲电试剂 缺电子试剂 如H Cl Br BF3 AlCl3 路易斯酸 等 决速步骤 试剂的亲电部分起关键作用 亲电加成反应机理 II 烯烃与X2的加成机理 例 立体化学 反式加成 一些支持亲电加成机理实验现象 反应在干燥体系中进行较慢 加极性试剂 如H2O或FeCl3 后速度加快 极性分子 极性分子 说明极性分子对X2可能有极化诱导作用 比较下列两个反应 Br2在反应中起决定作用 用正碳离子机理解释 碳正离子机理不能完满解释反应的立体选择性 如 若通过一般亲电加成机理 结论 加成可能通过其它机理 构象分析 差别不大 有差别 但不很大 环卤鎓离子稳定性 Br Cl Br的电负性较小 体积较大 易成环 故烯烃加X2立体选择性 Br2 Cl2 烯烃与卤素加成的环正离子机理 环正离子环卤鎓离子 由离去基团背面进攻 环正离子的实验依据 无重排产物生成 例 用环正离子机理解释下列结果 b 卤代醇 机理 用环正离子机理解释反应的立体选择性 SN2 背面进攻 环己烯加溴的立体化学 烯烃与X2 H2O或X2 HO 反应的立体化学 7 硼氢化反应 烯烃的间接水合反应 硼氢化反应 烯烃与硼氢化物进行的加成反应 烷基硼的氧化反应 烷基硼在碱性条件下与过氧化氢作用 生成醇的反应 比较两种烯烃间接水合反应的异同 硼氢化反应的立体选择性 顺式加成硼氢化反应的区域选择性 反马氏规则 硼氢化反应因为是一步反应 反应只经过一个环状过渡态 所以不会有重排产物产生 烯烃加成机理小结烯烃构型的表示方式 顺式和反式 E型和Z型 烯烃的亲电加成反应 常见的反应类型通过碳正离子的亲电加成机理Markovnilkov加成规则及解释卤素与烯烃的加成机理 环正离子机理 及反应对立体选择性的解释烯烃的硼氢化反应 含有双键或叁键的化合物以及含有双官能团或多官能团的化合物在合适的条件下 催化剂 引发剂 温度等 发生加成或缩合等反应 使两个分子 叁个分子或多个分子结合成一个分子的反应称为聚合反应 A OH 维纶 CH3 丙纶 C6H5 丁苯橡胶 CN 晴纶 Cl 氯纶 H 高压聚乙烯 食品袋薄膜 奶瓶等软制品 低压聚乙烯 工程塑料部件 水桶等 三 烯烃的化学性质 II 烯烃的聚合反应 烯烃的离子型聚合 正离子型引发剂 单体 聚合物 n为聚合度 烯烃的共聚 乙丙橡胶 依据n的大小把聚合反应分为二聚 n 2 三聚 n 3 齐聚 n20 烯烃的自由基加成 过氧化效应 反Markovnikov规则 符合Markovnikov规则 Kharasch发现过氧化效应 1933年 无过氧化物 有过氧化物 过氧化效应 过氧化效应的机理 烷氧基自由基 稳定的3o自由基 链引发 链传递 链终止 略 烯烃的自由基型聚合 例 聚苯乙烯 机理 链引发 链传递 过氧化苯甲酰 Benzoylperoxide 一种自由基引发剂 烯烃的催化氢化 还原反应 实验室常用催化剂 Pt Pd 用活性炭 CaCO3 BaSO4等负载 RaneyNi H2压力 Pt Pd 常压及低压RaneyNi 中压 4 5MPa 温度 常温 100oC 催化氢化机理 催化剂作用 降低反应的活化能 对逆向反应同样有效 催化剂的可逆性 过渡金属催化剂 氢气吸附在催化剂表面 催化剂再生 烯烃与催化剂络合 催化氢化的立体化学 主要顺式加氢 立体有择反应 位阻为主要影响因素 例 位阻对加氢取向的影响 烯烃的氧化 烯烃氧化的主要类型 酮 酸 酮 醛 邻二醇 环氧化物 注意双键和H的变化 烯烃氧化成酮或酸 强氧化剂氧化 合成上有意义的应用 二酮 二酸或酮酸 烯烃氧化成酮或醛 臭氧氧化 机理 一级臭氧化物 二级臭氧化物 用Zn还原 使不氧化 生成的醛 易被氧化至酸 臭氧氧化烯烃的应用合成上用于制备醛 有机分析上用于分析烯烃的结构 通过产物推测烯烃结构 烯烃氧化成邻二醇 反应的立体化学 重要 顺式加成 立体专一性反应 问题 反式烯烃反应得什么产物 cis 机理 五元环中间体 五元环中间体 烯烃氧化成环氧化物 常用过氧酸 过氧酸氧化烯烃的机理 了解 协同机理 加成主要发生在位阻小的一边 主要产物 反应的立体化学 顺式加成 立体专一性反应 构型 保持 合成环氧化物 问题 还有什么方法可制备环氧化物 开环制备反式邻二醇 开环机理 环氧化合物的酸性开环 合成上应用 反式邻二醇 两种制备邻二醇方法比较 外消旋 反式加成 meso 顺式加成 cis 思考题 请分别写出反式烯烃在上述两中反应条件下生成的产物 5 烯烃a位氢的卤化 烯丙位的卤代反应 烯烃与X2反应的两种形式 例 丙烯 Cl2 烯丙位氯代的条件 高温 气相 Cl2低浓度 烯丙位 烯丙位氯代机理 自由基取代机理 链引发 链转移 烯丙基自由基 稳定 易生成 链终止 略 第 2 3 步重复进行 为什么烯丙基自由基较稳定 烯丙基自由基的轨道图形 现代谱学方法证实烯丙基只有三种氢 表示为 离域体系 共轭体系 一般表达式 有4种氢 共轭表达式 有3种氢 等性 共轭使结构稳定 实验的结果与烯丙基自由基的结构 同位素标记 从机理上考虑 结论 真正的烯丙基自由基为两个共振结构的杂化体 共振式1 共振式2 共振关系 烯丙位自由基取代机理的完整表达 链引发 链转移 链终止 略 第 2 3 步重复进行 烯丙基自由基 烯丙位溴代的实验室常用方法 NBS溴代机理 自由基取代机理 N bromosuccinimideN 溴代丁二酰亚胺 NBS持续提供低浓度Br2 链引发 链转移 请补充完整 NBS的其它应用 苄基位的溴代自由基机理 亲电加成 分子内亲核取代 思考题 试写出产物形成的完整机理 烯烃聚合与氧化还原反应小结烯烃的正离子型聚合和