中南大学理工类专业有机化学教案03烯烃和炔烃

1第三章烯烃和炔烃授课对象：应用化学、制药工程、化学工程与工艺、药学学时安排：5-6h一、教学目的与要求：1、掌握烯烃和炔烃的结构特征和命名；烯烃的顺反异构。2、掌握烯炔的化学性质的异同点；烯烃的亲电加成反应和氧化反应;3、熟悉烯炔的系统命名规则；4、了解立体选择反应和立体专一反应;5、了解烯炔烃的物理性质；反应过渡态及反应活化能与反应速率的关系;二、教学重点1、烯烃的结构特征:π键的形成和特点；顺反异构的构型标记及次序规则；2、烯烃亲电加成反应和反应机理，马氏规则及理论解释；烯烃的氧化反应；3、炔氢的活性；三、教学难点：1、烯烃亲电加成反应机理；2、立体选择反应和立体专一反应的区别；3、反应过渡态及反应活化能与反应速率的关系；四、教学方法讲授法。为突出重点，突破难点，拟采用如下教学方法：1、关于烃的命名法则因中学的基础较好，应精选例题，边讲边练。2、对于碳碳双键和叁键的形成和特点,应充分利用模型和课件动画，帮助学生树立立体形象。3、从实验现象或实验数据出发，引导学生理解亲电加成反应机理，运用诱导效应和共轭效应解释马氏规则。5、用模型对照说明溴与顺、反-2-丁烯加成的立体化学产物；举例说明立体选择反应和立体专一反应的区别。五、教具电脑、投影仪、Powerpoint课件、球棒模型，教鞭。六、教学步骤及时间分配导言：烷烃分子中各原子均以σ键相连，而烯炔烃分子中分别含有碳碳双键和叁键官能团，均为不饱和烃,双键和叁键均σ键和π键组成。介绍本章学习的重点要求。1.1烯烃一、结构特征以乙烯的形成为例，讲解：π键和π电子的概念。演示：乙烯分子模型，结合键长、键角等参数强调：双键C——sp2杂化，平面构型；叁键C——sp杂化2与σ键比较，分析π键的特点：①只能与σ键共存；②肩并肩重叠，不能自由旋转；③重叠程度小；键较不稳定，易于极化。指出：C=C双键和是烯烃的官能团。二、命名和异构现象（一）命名精选2-3个例子，分析命名规则的要点：①选主链（含双键，最长）；②编号（近双键，位最小）；③表达（双键位，要标明）列举常见的烯基：乙烯基、烯丙基和丙烯基，并指出烯丙基和丙烯基的不同。指出：英文命名的后缀“ene”举例说明烯炔的命名规则：（二）异构现象以C4H6为例，师生共同写出它的所有的异构体，指出哪些是碳链异构体，哪些是位置异构体；重点分析2-丁烯，结合π键的特点（不能自由旋转），说明顺反异构的概念和产生的原因和条件：①分子中存在限制旋转的因素；②被限制旋转的两个碳原子上连接两个原子或基团必须不同。思考：化合物CH3CH=CH2与CH3CH=CH-CH=CHCH3是否存在顺反异构想现象，如有，有几个顺反异构体？介绍顺反异构构型的两种标记法，强调：顺、反，Z、E是不同的命名系统。举例说明：顺反异构体的性质差异，强调生理活性的差异。练习：写出2，4-庚二烯所有顺反异构体，并用两种方法标记构型。三、烯烃的物理性质（课后自学）四、烯烃的化学性质结构决定性质，紧扣碳碳双键结构特点，重点讲解亲电加成和氧化反应。（一）加成反应1、催化加氢（略讲，指出氢化热可解释相似结构化合物的稳定性，如反-2-丁烯比顺式要稳定；存在共轭体系的分子稳定性较大）2、亲电加成（重点）（1）加卤素活性：F2＞Cl2＞Br2＞I2（常见加Cl2和Br2）应用：加溴，鉴别烯烃。反应机理：以加溴的经典实验现象和结果引出。①须在极性条件下进行3②分两步进行：第一步，带部分正电荷的溴进攻π电子形成环状溴正离子（是反应中间体）；第二步，溴负离子从环状溴正离子反面进攻形成产物。反应特点：①共价键异裂，产生正、负离子，属于离子型反应；②第一步为决速步骤，亲电试剂进攻底物，以此称亲电加成反应。溴正离子（通常指Br2）为亲电试剂。③溴负离子从反面进攻。分析：环状溴正离子的构型，电子结构和活泼性，。示投影：顺、反-2-丁烯与溴的加成讨论：立体专一和立体选择反应（立体化学的研究结果反证机理的合理性）。（2）加HX等不对称的试剂反应活性：HI＞HBr＞HCl马氏规则：试剂中带正电的部分（H+）主要加到含氢较多的双键碳上。反应机理：第一步，H+进攻π电子，形成碳正离子（决速步骤）；第二步，X—与碳正离子结合形成产物（无立体选择性）分析：碳正离子的构型——平面构型各级碳正离子的稳定性：叔＞仲＞伯强调：马氏规则产物的实质：形成较稳定的碳正离子的必然结果。说明：为什么只有加溴才形成环状溴正离子？（3）加H2SO4主要产物：遵循马氏规则，应用：所得硫酸氢酯可水解得到醇（选择不同取代的烯烃，可得伯、仲、叔醇）；硫酸氢酯溶于硫酸，可除去混杂在烷烃中的少量烯烃。思考题：比较1-丁烯、2-丁烯、异丁烯与H2SO4加成的反应活性。3、自由基加成反应（HBr与烯烃加成的过氧化物效应）实例：在过氧化物存在下，丙烯与溴化氢的加成，主要产物违反马氏规则。为什么？因遵循不同反应机理。自由基加成反应机理：①过氧键较不稳定，易均裂形成自由基RO·；②RO·与HBr反应，产生Br·——链引发③Br·与烯烃CH3CH=CH2加成，主要形成2°自由基（说明为什么）。④HBr与2°自由基反应，得到反马氏加成产物——链增长。设问：为什么HCl和HI与烯烃的加成，不存在过氧化物效应？（从H—X和C—X键的键能来分析）。（二）氧化反应（Oxidation）1、KMnO4氧化4强调：条件不同，产物不同。（1）中性和碱性条件——邻二醇（π键断裂）（2）酸性条件/加热——酮、酸、CO2（C=C键断裂，可采用断裂一个键，两端加羟基，再脱水的思路来帮助写出氧化产物）。应用：根据颜色变化，鉴定不饱和烃；根据产物结构的分析，判断烯烃的结构。例题：某烃A（C10H18），催化加氢得B（C10H22），经氧化得CH3COCH3，CH3COCH2COOH，CH3COOH。试推断A可能的结构式。2、臭氧氧化与KMnO4氧化比较，产物只是醛或酮，没有酸和CO2（从反应机理和条件解释）强调：先O3氧化，在Zn/H2O。应用：烯烃结构的鉴定。思考：①上例结构，如果经历臭氧氧化/锌粉-水解，其产物是什么？②有一个化合物A（C8H12），可加2摩尔H2，A经臭氧化-锌粉水解，得一个二醛，试推断A的结构。（三）烯烃的聚合和医用高分子材料（自学）五、烯烃的制备(自学)1.2炔烃一、炔烃的异构和命名举例说明烯炔的命名规则：选主链（含双键和叁键）；编号（近重键），两端距重键等距时，优先双键。表达：先烯后炔，重键位置要标明。二、炔烃的物理性质(略炔烃的结构)三、炔烃的结构C的杂化状态——sp；π键的形成：两个π键相互垂直，呈圆筒状；反应活性：比烯烃较小。如：CH≡C-CH2CH=CH2低温下与等摩尔的Br2加成，生成CHBr=CBr-CH2CH=CH2。四、炔烃的制备(略)五、炔烃的化学性质1、加HX：按马氏规则，以丙炔为例说明。2、炔烃的水化：先生成烯醇式，再异构化成醛或酮。3、炔淦的生成末端炔烃的特性反应，用来检验端炔。分析：末端炔氢为什么有一定的酸性？（比较三种杂化碳的电负性大小）强调：炔氢酸性很弱（如乙炔pKa=25），而炔负离子是一强碱。5练习：用简便的化学方法鉴别下列化合物：丁烷、1-丁烯、1-丁炔、环丙烷复习总结：①强调本章的重点②精选几个思考题进行复习总结；课堂分析几个有代表性的习题：第3题第7、13、14题。点做习题：第1题:(2)(4);第2题（2）（7）；第4题（2）（3）（7）(8)；第11、12题参考资料：①邢其毅主编《基础有机化学》（第二版）上册②王积涛主编《有机化学》