烯烃
烯烃中碳碳双键的π键的键能比σ键的小,因而容易在双键的碳原子上加两个原子或原子团而转变成更强的σ键。
π键容易受到带正电或带部分正电荷的亲电性质的分子或离子的攻击而发生反应,具有亲电性能的试剂叫做亲电试剂。由亲电试剂的作用而引起的加成反应叫做亲电加成反应。
(1)亲电加成反应
a. 加卤化氢
烯烃能与卤化氢气体或浓的氢卤酸起加成反应,生成卤代烷。
亲电加成反应的难易程度:碘化氢最易发生加成,溴化氢次之,氯化氢最难(HI>HBr>BCl)。
工业上制备氯乙烷的方法之一:乙烯在三氯化铝催化下,通过加成反应实现
丙烯与卤化氢(极性试剂)加成时,可能生成两种加成产物。
实验证明丙烯与卤化氢加成的主要产物是2—卤丙烷。
根据大量的实验结果归纳出一条经验规律,凡不对称烯烃与卤化氢等极性试剂进行加成时,试剂中带正电荷的部分总是加到含氢较多的双键碳原子上,试剂中带负电荷的部分则加到含氢较少或不含氢的双键碳原子上------马尔柯夫尼柯夫(Markovnikov)规则,简称马氏规则或不对称烯烃加成规则。
利用这个规则可以预测不对称烯烃的加成产物。
烯烃与卤化氢加成反应的历程:
{dy}步反应是极性分子卤化氢中的质子首先与双键上的p 电子结合,经p 络合物生成碳正离子;
第二步反应是碳正离子再与卤负离子结合,生成卤代烃:
其中{dy}步是决定整个反应速度的步骤,在这一步中生成的碳正离子愈稳定,反应愈容易进行。
马氏规则可用碳正离子的稳定性来解释:
根据物理学上的规律,一个带电体系的稳定性决定于电荷的分布情况,电荷愈分散体系愈稳定。碳正离子的稳定性也同样取决于其本身电荷的分布情况。
碳正离子的稳定性:
在丙烯与HBr进行的加成反应的{dy}步中,产生的碳正离子可能有两种
由于反应速度决定步骤是生成碳正离子的{dy}步,因而两种卤代烷在{zh1}产物中的比例取决于生成这两种碳正离子的相对速度,后者则取决于生成它们的过渡状态能量的高低,过度状态的能量低,活化能小,反应速度快。由于仲碳正离子比伯碳正离子稳定,相应的过渡状态的能量前者比后者低,因而2—溴丙烷生成的速度较快是主要产物。
在卤化氢与不对称烯烃加成反应中,生成的主要活性中间体是最稳定的碳正离子,反应的主要产物是它与负离子结合所形成的化合物。当不规则烯烃与HXO、H2SO4等加成反应时,反应也符合马氏规则。
b. 与卤素起反应
当乙烯与溴(红棕色)起反应时生成无色的1,2—二溴乙烷(CH2BrCH2Br)液体。常用于烯烃的鉴别。
(2)催化加氢
在催化剂(Pt、Pd、Ni等过渡金属)存在下,烯烃与氢加成生成烷烃
烯烃为气体时,可以和氢气混合,再通过催化剂进行加成反应。烯烃为液体或固体时,可先溶解在惰性溶剂中,加催化剂后通入氢气,一起摇动进行加氢反应。
催化加氢反应可以定量的进行,每打开一个p 键,就消耗一摩尔氢气,计算消耗掉的氢气的体积,可以测定双键的数目。
烯烃的催化加氢是放热反应,放出的热量称为氢化热。如加氢所得的产物相同时,氢化热越小,原来的烯烃就越稳定。
(3)氧化反应
烯烃容易被高锰酸钾等氧化剂所氧化,氧化发生在双键处,生成中间体之后生成邻位二元醇。
反应往往难于停留在这一阶段,生成的邻位二元醇会进一步被氧化,结果使碳链在原来的双键处断裂,生成氧化程度更高的产物。
烯烃能使高锰酸钾酸性溶液的紫色迅速褪去,并生成褐色的二氧化锰沉淀,故实验室中常用高锰酸钾的碱性溶液来鉴别碳碳双键的存在。