炔烃二烯烃红外光谱PPT课件

.,1,(一)炔烃,分子中含有碳碳叁键“CC”的不饱和烃叫炔烃。通式CnH2n-2，与同碳数二烯烃互为同分异构体。,4.1命名与异构,异构,炔烃的异构可由碳链的结构及官能团位置变化引起，但由于碳最高只有4价，叁键碳只能连有一个烃基，所以炔烃不存在顺反异构体，炔烃的异构体数因此较相应碳数烯烃的异构体要少。例：丁烯与丁炔相比丁烯有三个构造异构体及两个顺反异构体。而丁炔只有1-丁炔和2-丁炔两个异构体。,.,2,命名,命名与烯烃相似，只要把“烯”改成“炔”即可。,1-戊炔,2-戊炔,.,3,当分子中同时含有双键和叁键时，应使主链中尽可能包括双键和叁键。编号应使双键及叁键有尽可能小的位次。“炔”字放在最后，主链碳数在烯中体现出来。,1-己烯-4-炔,2-己烯-4-炔,.,4,当从两侧起，双键、叁键处于相同位置时，则应选择使双键的位置较小的编号方式。,1-己烯-5-炔,3-乙烯基-1-戊烯-4-炔,.,5,4.1炔烃的结构,.,6,.,7,HCC180oCC键能837kJmolC-C键能347kJmol,乙炔分子的模型,.,8,数据比较,由于叁键比双键多了一个键，所以键长、键能都与双键不同。,叁键比双键短，说明碳原子比乙烯中要更靠近，键能也要高。另外，由于sp杂化碳的电负性比sp2、sp3碳电负性大，因此C-H键中的共用电子对相对烯烃、烷烃来说更靠近C原子，C-H键易断裂，使得乙炔中的炔H有微弱的酸性。,.,9,4.3炔烃的物理性质,炔烃的物理性质随分子量的增加而有规律的变化。低级炔烃常温下是气态，C4以上炔烃为液体，高级炔烃为固体。沸点比相应的烯烃高1020，比重（相对密度）也稍大，但仍小于1。难溶于水，易溶于CCl4等有机溶剂。常见炔烃的部分性质，见书中P67页表4-1,.,10,4.4炔烃的化学性质,炔烃中的叁键虽与双键不同，却有共同之处，它们都是不饱和键，都由键和键构成，所以烯、炔的性质有相同的地方，都易发生加成、氧化和聚合反应，另外叁键碳上所连的氢也有相当的活泼性，可以发生一些特殊的反应。炔烃可发生以下一些反应：,.,11,4.4.1叁键碳上氢原子的活泼性(弱酸性),乙炔和1-炔烃（R-CCH）分子中，连接在叁键碳（sp杂化）上的氢原子受叁键碳电负性的影响，其C-H键中共用电子对偏向叁键碳一侧，而使得该H原子能以质子（H+）的形式离去，则该H具有弱酸性，是活泼氢原子。它能与强碱（如金属钠或氨基钠）发生酸碱反应，或与一些重金属盐（如银盐及亚铜盐）反应生成重金属炔化物。,.,12,4.4.1.1与金属钠的反应,将乙炔通过加热熔融的金属钠，就可得到乙炔钠或乙炔二钠。另外用氨基钠和乙炔反应，控制反应温度在110-120，也可得到乙炔钠。,氨基钠为白色固体，其碱性强于NaOH，易吸收空气中水而分解，需保存在惰性介质中或制成氨基钠的液氨溶液。可在少量铁离子催化下，由金属钠与液氨反应制得。,.,13,炔钠的烷基化反应,炔化钠与伯卤代烷反应，相当于在叁键碳上引入一个烷基，故称为烷基化，可用于合成高级炔烃，是增长碳链的合成方法之一。,此法多用于实验室有机合成中。例：,.,14,4.4.1.2与重金属盐的反应,1-炔烃与银氨溶液反应，立即生成白色的炔化银沉淀；与氯化亚铜氨溶液反应则生成砖红色的炔化亚铜沉淀，只有端炔有此性质，是区别端炔与非端炔及烯烃的方法。,白色沉淀,砖红色沉淀,炔化银,乙炔亚铜,.,15,爆炸品炔化银,炔化银或炔化亚铜在干燥状态下，受热、震动或撞击时，可发生猛烈的爆炸。分解成金属和碳并放出大量的热。,为了安全，实验中生成的重金属炔化物，反应后必须用硝酸将其分解。,.,16,4.4.1.3炔氢的弱酸性,炔烃中的炔氢可以和强碱反应，说明它有弱酸性，这是为什么呢？首先，我们观察一下与炔氢相连的碳原子的情况。,sp-s,sp2-s,sp3-s,与H原子相连的C原子的杂化方式不同，与炔氢相连的叁键碳采用的是sp杂化，与烯烃中双键上H原子相连的双键碳采用sp2杂化，与烷烃中H原子相连的碳原子采用sp3杂化。,.,17,原因解释,由于sp杂化(s成份占1/2)中，s成份最大，其杂化轨道电子离核近，受核的引力大，即叁键碳比双键碳及饱和碳的电负性大，则在炔烃中，由sp-s形成的“C-H”的电子云更靠近叁键C原子，增大了“C-H”的极性，-CC-H+，共用电子对越靠近C原子，则C-H越容易断开，从而使炔氢显示出一定的酸性，比较容易离解而发生一些反应。,炔氢的酸性是相对烷、烯烃而言，从Pka值来看，其酸性比水还要弱得多。,.,18,Lindlar催化加氢,由于Pt催化活性很高，生成的烯烃极易继续加成生成烷烃。如要得到烯烃，需选用催化活性较低的催化剂，常用的是Lindlar催化剂。Pd-CaCO3/Pb(Ac)2或Pd-BaSO4/喹啉,采用Lindlar催化剂催化加氢所得烯烃是顺式的。,.,19,4.4.2.2亲电加成(1)加X2,炔烃与X2作用可生成二卤代物，继续作用则生成四卤代物。,这一反应如在光照的情况下，反应剧烈并爆炸。所以盛乙炔气、氯气的钢瓶要分开存放，以确保安全。炔烃和溴也可以发生类似反应，反应现象为Br2的红棕色褪去，故可用于炔烃的鉴别。,.,20,炔烃加卤素反应比烯烃困难一些，当化合物中同时含有双键和叁键时，首先在双键上发生加成反应。如在低温、缓慢加Br2条件下，叁键可不反应。,无催化剂时，叁键键长短，键能大，键电子云呈筒状分布，与双键相比不易极化，故不易进行加成反应；有催化剂存在时，叁键易吸附在催化剂表面，则叁键比双键易反应。,.,21,(2)加HX,炔烃加HX比烯困难，不对称炔和HX加成，符合马氏规则。如丙烯在FeCl3催化下与HCl反应可得到全加成产物。,此反应若在亚铜盐或高汞盐催化，可停留在烯烃。,与烯烃类似的是在加HBr时，如在光照或过氧化物存在下，则加成是反马氏加成。,.,22,(3)加H2O,乙炔在高汞盐(5%HgSO4)催化下，通入10%稀H2SO4中，可发生乙炔直接与水加成的反应，得到乙醛，这是工业上合成乙醛的重要方法。,乙醛,乙烯醇,一种极不稳定的结构,.,23,库切洛夫(Kucherov)反应,该反应是1870年，俄国人库切洛夫发现的，被称为库切洛夫反应，是一个分子重排反应。只有乙炔反应能生成乙醛，其它炔烃加成的结果都生成酮。,中间体是乙烯醇式结构，也称烯醇式结构，是一种极不稳定，易发生分子重排的化学结构。在醛或酮中，就有烯醇式和酮式的互变异构体存在。,.,24,4.4.2.3亲核加成(1)加HCN,炔烃为何可以进行亲核加成反应，目前仍有争论。但实验表明，炔烃确实比烯烃更容易进行亲核加成反应。乙炔与HCN反应可生成重要的化工原料丙烯腈。,丙烯腈,不对称炔烃加HCN，加成结果同样符合马氏规则。,腈又经水解或加H2，可生成相应的酸和胺类有机物。,.,25,(2)加ROH,在碱的存在下，炔烃可与醇发生加成反应，得到产物甲基乙烯基醚。此反应是一亲核加成反应。,炔烃在碱性条件下与醇加成，按以下机理完成。,.,26,(3)加CH3COOH,羧酸与炔烃在催化剂存在下，可以发生加成反应。如：乙炔与醋酸反应，生成醋酸乙烯酯。,乙酸乙烯酯又称“醋酸乙烯酯”,醋酸乙烯酯是生产维尼纶的主要原料。另外此法也是制备聚乙烯醇的重要手段，因乙烯醇极不稳定，无法聚合。用此产物聚合后水解，得聚乙烯醇。在碘溶液中快速拉伸，制得偏振片。,.,27,4.4.3氧化反应,炔烃与烯烃相比更易被氧化剂(如KMnO4)氧化。乙炔通入高锰酸钾溶液中，即可被氧化成CO2和H2O，同时KMnO4溶液褪色并生成MnO2沉淀。因反应现象非常明显，常用于炔烃的定性鉴别。,3HCCH+10KMnO4+2H2O6CO2+10KOH+10MnO2此反应若在酸性条件下反应，则无二氧化锰沉淀产生。但无论在什么条件下反应，炔烃都会被氧化成羧酸。根据炔烃的氧化产物，可以方便地推断出炔烃的结构。,.,28,炔烃结构的推测,因炔烃叁键碳上只能连有一个烃基，所炔烃结构的推测比烯烃更方便更容易。炔烃氧化后的产物只有羧酸和CO2。,例：某炔经KMnO4氧化后得到以下两种有机物，试推测该炔烃的结构。,和,.,29,练习：,由氧化碎片推出原炔烃的两个片段。,4-甲基-2-戊炔,则炔烃结构为：,.,30,4.4.4聚合反应,低级炔烃在不同条件下可以聚合成不同的聚合产物。如乙炔可以发生二聚、三聚和四聚，可聚合成链状化合物，也可成环，但不易聚合成高聚物。将乙炔通入到热的氯化亚铜和氯化铵的盐酸溶液中，可发生二聚或三聚。,.,31,聚合成环状化合物,低级炔烃在特殊条件下，可聚合成苯及苯的同系物。三分子乙炔在三苯基膦、羰基镍的催化下，聚合成苯。丙炔则聚合成均三甲苯。,均三甲苯,.,32,二、乙炔的制备,1.电石（CaC2）法CaO和焦炭在电弧炉中，加热到2500以上，反应生成CaC2，CaC2遇水则可放出乙炔气体。此方法工艺简单、成熟，乙炔的纯度也较高，但耗电量很大，成本较高。,2.烷烃的裂解将CH4通过1500的高温管，加热0.001-0.01s，然后骤冷就得到乙炔。此法耗电量少，成本低，但生产的乙炔纯度低，需分离提纯，目前工业上乙炔的生产大都采用此法。,.,33,4.5乙炔,一、用途乙炔是一种重要的化工原料。纯净的乙炔是无色无味的气体。工业上由电石制得的乙炔，因混有少量的H2S、H3P等杂质，有一种特殊的气味。乙炔难溶于水，易溶于丙酮中，1V丙酮可溶解25V乙炔。乙炔m.p.=-83.4、b.p.=-81.8，爆炸极限3-81%，乙炔易燃易爆，尤其是液态的乙炔，稍受震动就可能爆炸。当溶于丙酮中后稳定性增加，因此贮存乙炔是在12atm下（1V溶300V乙炔），用装有多孔性物质和丙酮的钢瓶中，多孔性物质常用硅藻土、石棉等，乙炔燃烧时火焰明亮，可用于照明。乙炔与氧气混合后燃烧，其火焰温度可达到3500，常用于气焊、气割中，乙炔在自然界中很少存在，是人工生产的化工原料。其生产方法有两种。,.,34,三、其它炔的制备,其它炔烃的常用制法有二。1.利用炔化钠和伯卤代烷的烷基化反应。,2.邻二卤代烷或偕二卤代烷脱卤化氢。,.,35,小结,一、炔烃的命名双键、叁键同在*二、炔烃的物理性质三、炔烃的化学性质*（一）、炔氢的反应*1.炔氢与金属钠的反应2.炔氢与重金属盐的反应（Ag(NH3)2+、Cu(NH3)2+）（二）、加成反应*1.催化加氢Lindlar催化加氢2.亲电加成X2(Br2)、HX、H2O3.亲核加成HCN、RCOOH、ROH（三）、氧化反应KMnO4*,.,36,(二)二烯烃,烯烃分子内含有两个或多个双键的分别称为二烯烃和多烯烃。多烯烃的性质与结构相似的二烯烃性质相似。通式CnH2n-2,.,37,4.6分类与命名,1.隔离二烯烃（isolateddiene),2.聚集二烯烃(cumulateddiene),3.共轭二烯烃(conjugaaateddiene),丙二烯,1,3-丁二烯,.,38,二烯烃的系统命名法,1.选主链选含双键个数最多的最长碳链为主链，叫“X二烯”,在此烯烃中，最长碳链有5个碳，但因选主链要求双键个数最多，所以只能含两个双键的4个碳的碳链为主链。,2-乙基-1,3-丁二烯,.,39,2.主链编号从最靠近双键的一端编号，双键的位置用阿拉伯数字表示，写在母体名前，数字间用逗号隔开。,1,4-戊二烯,.,40,二烯烃的命名,3.书写名称最后将取代基的位置、数量、名称写在母体名前，就构成二烯烃的全名。,4-乙烯基-1,6-庚二烯,.,41,4.顺反异构体命名若需要，则按顺反法及Z/E法标出顺反结构，并写在全名前即可。,（2Z,4E）-2,4-庚二烯,顺,反-2,4-庚二烯,（3E,5E）-1,3,5-庚三烯,反,反-1,3,5-庚三烯,.,42,4.71,3丁二烯,122.8o,1.结构,.,43,氢化热：烯烃氢化时，断裂一个键形成两个键所放出的能量。,共轭效应：由于共轭双键的存在，而使分子中原子间发生相互影响，以至引起键长的平均化，体系稳定性增强的作用。,.,44,2.共轭效应的分类,（1）共轭,（3）-、-p超共轭,（2）p-共轭,.,45,3.共轭效应,（1）共轭,.,46,（2）p-共轭,.,47,例题：排列下列正碳离子的稳定顺序,正碳离子的稳定性：,.,48,.,49,.,50,.,51,（3）超共轭,-超共轭,.,52,共轭效应分类,.,53,产生共轭效应的条件,1.分子中参与共轭的原子处于同一平面上只有如此，p轨道才有可能互相平行，发生共轭。2.p轨道互相平行如此才能互相重叠，发生共轭。3.p电子数小于p轨道的2倍若p电子数等于p轨道的2倍，则轨道全充满，就不能形成共价键，也就无法形成共轭。4.共轭体系与构造相似的非共轭体系相比，共轭体系的能量低，分子稳定，共轭体系越大，分子能量越低，越稳定。,.,54,共轭体系的特点,1.共轭体系与构造相似的非共轭体系相比，共轭体系的能量低，分子稳定，共轭体系越大，分子能量越低，体系越稳定。2.共轭体系中，电子或p电子离域导致整个体系中电子密度平均分配，总的结果是电子向共轭体系中电子密度较低的部分转移。3.体系中电子云密度的平均化，导致键长也发生平均化，长键变短，短键变长。4.共轭体系与吸电子基或供电子基相连时，共轭体系会出现“交替极性”。,.,55,电子效应总结1,在烯烃中我们学习了诱导效应，二烯烃中又学习了共轭效应和超共轭效应，这三种效应统称为电子效应，其中共轭效应比其他两种电子效应的影响更为显著。诱导效应(+I,-I)：分子内各原子电负性不同，而使键电子沿碳链偏移的效果(导致共价键的极性变化，随碳链增长而减弱)。,.,56,电子效应总结2,共轭效应(+C,-C)：共轭体系中，由电子离域而引起的电子分布不均衡性交替极性，并可通过键传递，不受碳链长短的影响。如：,.,57,电子效应总结3,超共轭效应：由键电子离域而引起的电子位移效应，作用比共轭效应弱，并与C-H键数目有关，C-H键越多，引起的超共轭效应就越大。,电子效应对有机反应的难易、反应位置及生成何种产物均有重要的影响，学习和研究有机反应机理经常要用到。,.,58,4.8共轭双烯的化学性质,共轭(conjugation)其实并没有什么深奥的含义，只不过是多个轨道之间互相交盖重叠在一起的意思。共轭双烯的物理、化学性质与单烯都很相似，单能发生的反应，共轭双烯也可以发生同样的反应（如亲电加成、氧化、聚合等），但共轭双烯由于其独特的结构使其也有它自己独特的一些反应。如1,4-加成反应和双烯合成反应(Diels-Alderreaction)。,.,59,1，2-加成与1，4-加成,1,2-加成,1,4-加成,p-共轭,.,60,共振杂化体,高温以1，4加成产物为主；低温以1，2产物为主。,.,61,狄尔斯-阿尔德（D.Diels-K.Aiderreaction）反应,共轭二烯烃可与亲双烯体发生1，4-加成反应生成环状化合物。,.,62,在这类反应中，含共轭双键的二烯烃称为双烯体，而含碳碳叁键或双键的化合物称亲双烯体，由于共轭双烯上电子较多，故要反应，亲双烯体应是亲电试剂，所以当双键上连有强吸电子基(-COOH、-CHO、-CN、-NO2等)时，由于有更强的亲电性，更有利于双烯合成反应。,.,63,此反应是一类重要的有机反应，可将链状分子转化成环状化合物，而且收率较高(D-A两人为此获1950年诺贝尔化学奖)。,.,64,完成下列转化：,解答：,.,65,请解释下述事实：（1）1，3-丁二烯和HBr进行1，2-加成比1，4-加成更快。（2）1，3-丁二烯和HBr进行1，4-加成的产物比1，2-加成的产物更稳定。,解：（1）,因为-CH3的+I效应，（）比（）更稳定，即正电荷分散的更好，所以形成（）较（）快，因此1，2-加成比1，4-加成为快。（2）在1，4-加成的产物中，双键所有的取代基比1，2-加成的产物更多，因此，它是更稳定的。,.,66,聚合反应,1,3丁二烯比烯烃更容易聚合，在金属钠的催化下，发生分子间的1,4-加成反应和1,2-加成反应，生成一种混合带支链的高分子聚合物，但弹性、耐磨、抗老化等不如天然橡胶，直到齐格勒-纳塔催化剂出现，情况才彻底改观，控制产物的立体构型均为顺式，被称为顺丁橡胶。,.,67,4.9橡胶,天然橡胶,1处理：橡胶植物-胶乳-经醋酸处理后凝固-经压制成生橡胶（线状结构，加热变软，溶剂溶涨）-经加硫处理成天然橡胶（网状结构，性能良好）-成型加工成橡胶制品。2结构：顺-1,4-聚异戊二烯3发展史,.,68,合成橡胶,通用合成橡胶：顺丁橡胶、乙丙橡胶、异戊橡胶、丁苯橡胶特种合成橡胶：用于特殊用途。甲基橡胶(第一次世界大战，德),丁钠橡胶(1910-1932俄),氯丁橡胶(1925-1937美),丁苯橡胶(1933-1937德),丁腈橡胶(1925-1937德),塑料中的四烯：聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯，聚苯乙烯。,纤维中的四纶：涤纶，锦纶，腈纶，维纶。,.,69,(三)红外吸收光谱法InfraredAbsorptionSpectometry,IR,.,70,红外吸收光谱法的特点,红外光谱法具有以下特点：1.而红外光谱是振-转光谱，涉及振动能级的跃迁，几乎可用于所有化合物的研究。2.红外光谱法最重要和最广泛的用途是对有机化合物进行结构分析。3.红外光谱可用于定量分析，但干扰较大。4.可测定气体、液体、固体样品，并且试样用量少，分析速度快，不破坏样品。,.,71,电磁波的概念,.,72,红外光谱的吸收强度和表示方法,1透光度（6-7）式中I0入射光强度；I入射光被样品吸收后透过的光强度。2吸光度（6-8）横坐标：表示波长或波数,波数是波长的倒数，即（cm-1）=104/(m),.,73,红外吸收光谱法是依据物质对红外辐射的特征吸收建立起来的光谱分析方法。分子吸收红外辐射后发生振动和转动能级的跃迁，故红外光谱又称分子振动转动光谱。红外光谱波长范围约为0.781000m：1.近红外光区（0.782.5m）2.中红外光区（2.550m）3.远红外光区（501000m）,.,74,二、红外光谱图表示方法红外光谱图一般用T-曲线或T-曲线来表示：,.,75,一、分子振动1.谐振子分子中的原子以平衡点为中心，以非常小的振幅（与原子核之间的距离相比）作周期性的振动，可近似的看作简谐振动。由经典力学可导出该体系的基本振动频率计算公式：,第二节红外吸收基本理论,或,.,76,任意两个相邻的能级间的能量差为：,K为化学键的力常数，与键能和键长有关；为双原子的折合质量：。发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。,.,77,原子沿键轴方向伸缩，键长发生周期性变化而键角不变的振动称为伸缩振动，用符号表示。它又可以分为对称伸缩振动(s)和不对称伸缩振动(as)。对同一基团，不对称伸缩振动的频率要稍高于对称伸缩振动。,分子的振动形式,（1）伸缩振动,.,78,伸缩振动亚甲基：,变形振动亚甲基,亚甲基的振动形式,.,79,基团振动与红外光谱区域物质的红外光谱是其分子结构的反映，谱图中的吸收峰与分子中各基团的振动形式相对应。通常把能代表基团存在、并有较高强度的吸收谱带称为基团频率，其所在的位置一般又称为特征吸收峰。例：28003000cm-1CH3特征峰；16001850cm-1C=O特征峰,.,80,1.基频区（40001350