第五章 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C n H 2n-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Ë«¼ü»ýÀÛÔÚͬһCÉÏ ±û¶þÏ©C=C=CCH 2=C=CH 2共轭式二烯烃C=C-C=CCH 2=CH-CH=CH 2¶þ¸öË«¼ü±»Ò»¸öµ¥¼ü¸ô¿ª1£¬3¶¡¶þÏ©孤立式的二烯烃C=C-(CH 2)n-C=Cn > 1¶þ¸öË«¼ü±»¶þ¸öÒÔÉϵ¥¼ü¸ô¿ª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2-¼×»ù-1£¬3-¶¡¶þÏ© 1£¬3£¬5-¼ºÈýÏ© | | λÖà ÊýÄ¿CH 2=C CH=CH 23CH 2=CH-CH=CH-CH=CH 2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˳£¬Ë³-2¡¢4-¼º ¶þ Ï©(Z),(Z)-C=CCH 3HC=CCH 3H HH˳¡¢·´-2¡¢4¼º¶þÏ© £¨·´£¬Ë³£©(Z),(Z)-·´£¬·´-2¡¢4-¼º ¶þ Ï©(E),(E)-(三)1、3丁二烯的构象:CH 2=CH-CH=CH 2C2¡¢C3 Χ ÈÆ µ¥ ¼ü Ðý ת »á ²ú Éú ²» ͬ µÄ ¿Õ ¼ä ¹¹ ÏóCCCH 2CH 2H¶þ¸öË«¼üÔÚC2¡¢C3ͬ²àS-˳- 1¡¢3-¶¡¶þÏ© S-Sigle µ¥CC CH 2CH 2HHS-·´-1¡¢3¶¡¶þÏ©¶þ¸öË«¼üÔÚC2¡¢C3Ïà·´²à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。
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:CH 2=CHCH=CH 2 + Br 22CHCH=CH 2Br BrCH 2CH=CHCH 2BrBr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CHCl 3/40 70% 环己烷/-150C 62%2.D-A 反应。
狄耳斯-阿尔德反应(Diel—Alder)1、3—丁二烯和丁二烯酸酐作用。
»·¼ºÏ©-4¡¢5-¶þËáôûOO+OOO ±¼£¬5h°× 90%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C2、C3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++COOHCOOHCOOH COOH˫ϩÌå Ç×˫ϩÌåÀý È磹用途:由链状化合物生成环状化合物的重要方法 §2电子离域和共轭效应一、二烯烃的结构:(一)累积式二烯烃: CH 2=C=CH2p ps s C 3H 4 ±û ¶þ Ï©½á ¹¹ £º缺图 所以,它有二个相互垂直的Π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:CH 2=C=CH 2 + H 2OCH 2=CCH 3CH 3OCH 3H +(2) 异构化:(H 的重排)(CH3)(CH 3)2CHCCH(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:CH 2CHCHCH 2sssC 4H 6ÿ ¸ö C Ô- ×Ó ¶¼ ÊÇ SP 2 ÔÓ »¯分子中:3个C -C σ SP 2- SP 26个C -H σ SP 2-S (1)丁二烯的所有原子共平面 键角-120度(2)C 2、C3的σ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,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π电子分子轨道y yyy 1234µÍ·ßE特点:Ψ1无结点,Ψ2、Ψ3、Ψ4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 ,Ψ1、Ψ2。
看Ψ1:π键四个电子不是在C1、C2、C 3、C4之间而是在连接四个Cl 的分子轨道中运动;即四个π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、C 3之间也有部分π键看Ψ2:C1、C2 和C 3、C4间键又加强了,C2、C 3间键减弱,所以,结果是虽然所有 的键都具有π键的性质,但C2- C 3键所具有的π键性质小些。
VB 法不能解释共轭现象,因为C2、C 3重叠后,和旁的不能再重叠了。
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:π、π共轭:CH2=CH-CH=CH2 π键和π键链接起来这个π键不一定非是C=C、C=N、N=N……P-π共轭:π键和P轨道连接起来,有重叠,有覆盖:p34Cl 2S22P5ÓÃÓڳɻü类似的含有未共用电子对的O、N、Cl都可以发生P-π共轭,条件是P轨道和π键的P轨道平行。
p34+CH2CH CH2:CH2CH CH2:CH2CH CH3:-p33p32(存在空轨道)σ-π超共轭:σ键和π键连起来σ-P超共轭:σ键和P轨道连起来了(CH3)C3CH3+这里必须是α-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α-H数目。
所以-CH3 > -CH2R > -CHR2 > -CR2这样就可以解释各种稳定性问题。
例:(CH3)3C > (CH3)2CH > CH3CH2 > CH3(CH3)3C > (CH3)2CH > CH3CH2 > CH3++++也可以解释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 σ+先加到双键上,从π键上取得电子,从新杂化形成SP 3σ键,这时有两种可能:CHCH 2CHCH2+BrBrCHCH 2CHCH2CH CH 2CHCH2++p -p ¸²éîÓÐÒº·öH µÄ³¬¸²éî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C 2,也可以进攻C 4,这样就分别有了1、4-和1、2-加成CHCH 2CHCH 2+Br CH CH 2CHCH2CHCH 2CHCH2¸² éî »Ó ³É-Br1、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。