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有機化學/反應入門/烯烴

來自華夏公益教科書

烯烴是有機分子,至少含有一個碳碳雙鍵,被稱為不飽和。飽和是指所有碳都具有單鍵。如果雙鍵彼此相鄰,它們被稱為累積二烯。如果兩個雙鍵之間只有一個 C-C 鍵,則稱為共軛二烯。如果多個單鍵介入,則是孤立二烯。

烯烴中的雙鍵能量高於單鍵,更具反應性。在有機會的情況下,分子會優先選擇單鍵而不是雙鍵或三鍵。

鍵解離能是指斷裂鍵所需的能量。


鍵解離能
C-C → C° + C° ≈ 85 kcal/mole
C=C → C° + C° ≈ 145 kcal/mole

乙烯是最小、最簡單的烯烴。它是平面形的,其鍵之間的角度約為 120°。

乙烯中的 C-H 鍵比乙烷中的 C-H 鍵更強,因為 π 鍵從碳中吸引電子密度,進而從氫中吸引電子密度。這使得乙烯不活潑,並使碳具有 sp2 性質,這種性質更接近 s,能量更低。


烯烴相簿
IUPAC
常用名稱
CH2=CH2 乙烯 乙烯
CH3CH=CH2 丙烯 丙烯
CH2=CH2CH2CH3 1-丁烯 1-丁烯
CH3CH=CHCH3 2-丁烯 2-丁烯
CH2=C(CH3)2 2-甲基丙烯 異丁烯
環丁烯
3-甲基環丙烯

IUPAC 烯烴命名法

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  1. 找到包含雙鍵兩個碳的最長碳鏈
  2. 從左到右和從右到左對該鏈編號,選擇使雙鍵編號最小的方案
  3. 使用兩個用於識別雙鍵的數字中的較小者作為字首,後跟一個連字元,不留空格,以烷烴的命名方式命名該鏈,將 -烷改為 -烯

然後按照命名滷代烷烴的其餘規則進行操作

烯醇是指同時含有雙鍵OH 基團的化合物。

為了命名,找到包含 C=C 和 OH- 的最長碳鏈。OH 基團具有更高的優先順序(編號更低)。氧的優先順序高於碳。


CH2=CH2CH-OH 2-丙烯-1-醇 丙-2-烯-1-醇

(IUPAC 命名)

數字“2”指的是雙鍵,可以放在名稱的開頭,也可以放在“烯”的前面。

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IUPAC
2-環己烯-1,4-二醇
4-環己烯-1,3-二醇


烷烴和烯烴取代基的命名

烷基是指飽和取代基(全部為單鍵)。

烯基是指不飽和取代基(表示雙鍵)。


IUPAC 命名
常用名稱
(1-甲基環己基)乙烯
1-乙烯基環己醇 1-乙烯基環己醇
(環丙烷二醇) 1-(1-丙烯基)-1,2-環丙烷二醇
1-(2-丙烯基)-1,2-環丙烷二醇
1-烯丙基-1,2-環丙烷二醇
命名含多個雙鍵的烯烴
CH2=C=CH2 丙二烯 丙二烯
CH2=C=CH-CH3 1,2-丁二烯
CH2=CH-CH=CH2 1,3-丁二烯
1,3-環戊二烯
1,3,5-己三烯
3-亞甲基-1,4-戊二烯

烯烴的製備,或如何製造雙鍵。

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R-H + X2 + (加熱或光照) → R-X


R-X + H2O (透過 SN1 或 SN2) → R-OH


CH3CH2Br → H2C=CH2 + HBr


CH3CH2-OH → CH2=CH2 + H2O


CH3CH2Br → CH2=CH2


H2C-CH2Br + (強鹼) + Δ → CH2=CH2 (一步完成) (Δ ≡ 加熱)


什麼是“Δ”?

Δ 是希臘字母“Delta”的大寫,在科學中用來表示某事物的變化。在有機化學和本書中,它用作簡寫,表示加熱條件的變化,即加熱。


速率方程

速率 = K2[CH3CH2Br][鹼]

1°、2°、3° 都適用於 E2 反應(記住,甲基沒有第二個碳可以進行消除反應)。

(圖片)

E1 反應

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消除反應是生產烯烴的一種方法。瞭解有關它們的更多資訊 這裡.

消除與取代?

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有一些方法可以預測反應將遵循消除機制還是取代機制或途徑。


消除
取代
高溫(最大的因素) 低溫
強鹼 良好的親核試劑(體積龐大阻礙親核性)

叔滷代烷優先進行 E1、SN1。


烯烴的反應

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溴與乙烯氣體之間的親電加成反應

CH2=CH2 + Br2 → CH2BrCH2Br

完全燃燒

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與其他烴類一樣,只要有足夠的燃燒反應活化能,烯烴可以在過量的空氣或氧氣中燃燒。以下反應是乙烯與氧氣的完全燃燒反應

CH2=CH2 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O

溴化氫

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濃溴化氫與乙烯氣體之間的親電加成反應

CH2=CH2 + HBr → CH3CH2Br

任何烯烴與 HBr 反應的通式為


RCH=CHR' + HBr → RCH2-CHR'Br

對於不對稱烯烴,如丁-1-烯,以下反應也是可行的


RCH=CHR' + HBr → RCHBr-CH2R'

其中 R 和 R' 是烷基,例如 CH3 或 CH3CH2

冷濃硫酸與乙烯氣體之間的親電加成反應

CH2=CH2 + H2SO4 → CH3CH3SO3H

乙基氫硫酸鹽在水中加熱時會水解


CH3CH3SO3H + H2O → CH3CH2OH + H2SO4

兩步反應的總反應


CH2=CH2 + H2O → CH3CH2OH


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