1、二烯烃的共轭效应54511二烯烃的共轭效应1、二烯烃一、二烯烃的分类和命名:二烯烃和炔烃是同分异构体,通式CnH2n-2(一) 分类:根据二个烯键在分子中的相对位置分:累积式的二烯烃 共轭式二烯烃 孤立式的二烯烃 其中:孤立式的二烯烃的性质和单烯烃相似。 每个双键各行其势,相互影响很小。 累积式的二烯烃数量少且实际应用也不多。 共轭式二烯烃在理论和实际应用上都很重要。所以,我们讨论的是共轭二烯烃,它具有新的,特殊的性质。(二) 命名:和烯烃相似,主要是分别指出烯键的数目和位置就行 对多烯烃,每个烯键都可能有顺反构型问题,二个烯键有二个顺反问题,组合起来就有三个顺顺,顺反,反反三种异构体(三)1
2、、3丁二烯的构象: 性质上都是围绕单键旋转产生的,从能量上说S-反稳定,但在化学反应中参加反应时,S-反S-顺。二、共轭二烯烃的制法:工业制法1、 丁烯脱氢:(1) 催化脱氢:(2) 氧化脱氢:2、 丁烷脱氢:3、 由乙炔制备: 4、2-甲基-1、3-丁二烯的制法:三. 共轭二烯烃的性质:具有烯烃的性质,此外也有烯烃所没有的特性 1. 1、4加成:一般1、2加成和1、4加成同时发生,试剂不仅可以加到一个双键上,而且也可以加到共轭体系的两端C原子上,二者的比例决定于反应条件,也就是与溶剂、温度有关。 1、2 1、4 温度-80 80% 20% -40 20% 80% 溶剂CHCl3/40 70%
3、 环己烷/-150C 62%2D-A反应。狄耳斯-阿尔德反应()1、3丁二烯和丁二烯酸酐作用。 反应特征:(1)一部分共轭体系,丁二烯,共轭体系的二双链打开,在、形成双链,二烯体。(2) 另一部分是含不饱和双链的体系,叫亲二烯体(3) 生成的都是环状化合物(4) 顺式加成用途:由链状化合物生成环状化合物的重要方法3.聚合反应和合成橡胶:(1)分类: 共聚反应:丁苯橡胶 (2)聚合反应: 合成橡胶:氯丁橡胶单体的制备:反应历程: 天然橡胶:分散性较大的异戊二烯的高分子量聚合物的混合体。来源:橡树 结构:线性高分子化合物 体型(网络型)高分子 可塑性 延展性2 电子离域和共轭效应一、二烯烃的结构:
4、(一)累积式二烯烃: 缺图所以,它有二个相互垂直的键模型性质:性质很活泼,双链可以一个个打开发生加成反应(1) 水化反应: (2) 异构化:(H的重排) (二) 共轭二烯烃的结构共轭二烯烃在结构和性质上都表现出一系列特性。1、 结构: 分子中:3个C-C SP2- SP2 6个C-H SP2-S(1)丁二烯的所有原子共平面 键角-120度(2)C2、C3的键键长为0.148nm,小于一般单键0.154nm(3)氢化热值:单烯烃氢化热大约为125.5KJ/mol 丁二烯实测值为238KJ/mol,低了13 KJ/mol 说明丁二烯分子稳定,分子内能低了2、用MO说明丁二烯化学键的形成:丁二烯分子
5、,共四个C原子,所以丁二烯分子中有四个P轨道,所以可以组成四个电子分子轨道特点:1无结点,2、3、4分别有1、2、3个结点,在节点处电子云密度很小,对成键不起作用,分子轨道能量越高,在基态时四个电子填充两个MO,1、2。看1:键四个电子不是在C1、C2、C3、C4之间而是在连接四个Cl的分子轨道中运动;即四个电子是包括四个C原子的二个分子轨道中,这轨道叫做离域轨道,键叫离域键,所以C2、C3之间也有部分键看2:C1、C2 和C3、C4间键又加强了,C2、C3间键减弱,所以,结果是虽然所有 的键都具有键的性质,但C2- C3键所具有的键性质小些。VB法不能解释共轭现象,因为C2、C3重叠后,和旁
6、的不能再重叠了。二、共轭效应共轭就是离域、共用,轭:连起来的意思。1、概念:由于键的离域,电子云分布发生变化,对性质产生影响。这种效应叫。2、共轭体系的类型: 、共轭:CH2=CH-CH=CH2 键和键链接起来 这个键不一定非是C=C、C=N、N=NP-共轭:键和P轨道连接起来,有重叠,有覆盖类似的含有未共用电子对的O、N、Cl都可以发生P-共轭,条件是P轨道和键的P轨道平行。 -超共轭:键和键连起来 -P超共轭:键和P轨道连起来了 这里必须是-H原子发生共轭,这种效应对分子性质的影响比较小,所以叫超共轭,又叫次级共轭,共轭作用的大小,看-H数目。所以 这样就可以解释各种稳定性问题。例: 也可
7、以解释1、4-,1、2-,加成问题:这种加成和单烯烃亲电加成反应一样,Br+先加到双键上,从键上取得电子,从新杂化形成SP3键,这时有两种可能: 超共轭分子能量没有共轭降的低,所以主选可能(1)动态共轭效应,又因为共轭体系极性是交替存在的,所以Br-可以进攻C2,也可以进攻C4,这样就分别有了1、4-和1、2-加成1、4-,1、2-加成二者比例不同,这是由于速度控制和平衡控制产生的。速度控制产物:低温条件下,由活化能较低的途径决定的产物。平衡控制产物:由达到平衡时稳定的产物决定。所以速度控制产物就是温度较低时,由活化能小而快速生成的产物。平衡控制产物就是温度较高时,方向为最稳定的物压。所以1、
8、4-,1、2-产物比较所以,1、2-产物为速度控制产物(2)产物稳定性的比较所以,1、4-产物为平衡控制产物说明:势能图,过渡态,中间体。过渡态:是反应物到产物的中间过滤状态,是推测出来的。中间体:基元反应产物,实际存在,稳定的可分离得到。三、离域体系的共轭论表述法: 共轭论是离域体系的另一种表示方法,它和共轭效应是一致的,它是用来补足经典结构式表达上的局限性的,例:苯可以写成二种经典结构式 经典结构式它无法描述电子离域的情况,双键和单键均不是原来纯粹的含义。苯可以写成两种经典结构式。所以,经典结构式和复杂离域体系表达式上有距离。所以,1931年Rauling提出共振论,显然和价键理论有关,所
9、以共振论是价键理论的延伸和发展,它的基础是经典的结构式。(一) 共振论的基本概念:1、 正则结构(极限结构,共振结构),可能的经典结构。2、 共振杂化体(真实结构),所有极限结构的叠加,即所有可能的经典结构的共振,共振于可能的经典结构之间的。表示方法: 例: 这种极限结构指的是离域的限度,所以可能写出的极限结构式越多,电子离域的可能性越大,体系的能量越低,越稳定。但必须注意共振杂化体是单一物质,只有一个结构、能量问题:任何一个单独的极限结构所含有的能量必定高于共振杂化体(即真实化合物的能量)。3、 共振能:实际化合物与最低能量的极限结构之间的能量差,又叫离域能,共轭能例: 苯与环己烯E=150
10、KJ/mol,即为苯的共振能(二) 书写正则结构基本原则:1、 必须符合经典结构式的规则。例:C四价,外层电子不超过八个。2、 各种极限结构之间仅仅是电子排列上的不同,但原子核位置不能动,即不可写成不同化合物,C原字位置也不能改动。例: 3、 每个极限结构式必须保持相同数目的电子(对)数例: 4、 极限结构式的贡献:(1) 共价键多的极限结构式比少的稳定。(2) 没有电荷分离的比有电荷分离的贡献大,不遵守电负性原则的电荷分离,极限结构更不稳定,贡献更小。(3) 键角和键长变形太大的极限结构,贡献更小,可不写。(三)共振论的应用与局限: 应用: 解释共轭多烯的键长平均化;解释自由基,C+稳定性。 局限:解释不了不具有芳香性的物质的性质。
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