《有机化学》课程教学课件（PPT讲稿）第四章 烯烃

第四章烯烃4.1烯烃的结构和异构烯烃（alkene)通常是指分子中含有一个碳碳双键～c-c、的烃类化合物。烯烃比相应的饱和烷烃少两个氢原子，因此又称它为不饱和烃（unsaturatedhydrocarbon)，通式为C,H2,,○乙烯是最简单的烯烃，分子式为C,H4乙烯中的碳为s2杂化，它形成的三个sp2杂化轨道与碳处于同一平面，任何一对轨道之间夹角均为120°（图4-1）。乙烯的两个碳各以一个叩2轨道相互结合，形成一个C-C键，其余两个轨道与氢的s轨道结合形成两个C-Hα键。分子中六个原子及所形成的五个α键都处在同一平面（图4-2）

第四章烯烃 4. 1烯烃的结构和异构 烯烃（alkene)通常是指分子中含有一个碳碳双 键 的烃类化合物。烯烃比相应的饱和烷烃少两 个氢原子，因此又称它为不饱和烃（unsaturated hydrocarbon)，通式为C„H2„〇 乙烯是最简单的烯烃，分子式为C2H 4乙烯中的碳 为sp 2杂化，它形成的三个sp2杂化轨道与碳处于同一平 面，任何一对轨道之间夹角均为120°(图4-1)。 乙烯的两个碳各以一个叩2轨道相互结合，形成一 个C-C σ键，其余两个轨道与氢的s轨道结合形成两个 C-H σ键。分子中六个原子及所形成的五个σ键都处 在同一平面（图4-2)

HnHOspHH120°图42乙烯分子：只表示出键图4-1原子轨道：sp杂化轨道

剩下的2.轨道垂直于S,2杂化轨道所在的平面，两个轨道平行重叠，形成一种新的键，称为元键。元键由两部分组成，一部分电子云在原子平面的上方，另一部分电子云在原子平面的下方（图4-3）。构成π键的电子云称为π电子云Hin.HitIHC-HHHHH图4-3乙烯分子：碳碳双键

剩下的2P轨道垂直于sP 2杂化轨道所在的平面， 两个P轨道平行重叠，形成一种新的键，称为π键。 π键由两部分组成，一部分电子云在原子平面的上 方，另一部分电子云在原子平面的下方（图4-3)。 构成π键的电子云称为π电子云

乙烯的结构已为电子衍射和光谱研究所证实（图4-4）。乙烯是一个平面分子，H-C-C的键角接近于120°，碳碳双键键长0.134nm。丙烯（图4-5)与乙烯结构十分接近，C=C键长也是0.134nm，键角接近120°。C-C单键长0.150nm，比乙烷中C-C单键（0.153nm）略短。一种解释认为这种关系是由于碳的杂化不同而引起的，烯中碳为sp2杂化，轨道s成分大，核对电子云束缚紧，键能增强，键长缩短。另一种解释认为是烷基的给电子作用引起的

乙烯的结构已为电子衍射和光谱研究所证实（图 4-4）。乙烯是一个平面分子，H-C-C的键角接近于 120°，碳碳双键键长0.134nm。 丙烯（图4-5)与乙烯结构十分接近，C =C键长也 是0.134nm，键角接近120° 。 C-C单键长0.150nm， 比乙烷中C-C单键(0.153nm)略短。 一种解释认为这种关系是由于碳的杂化不同而引 起的，烯中碳为sp2杂化，轨道s成分大，核对电子云 束缚紧，键能增强，键长缩短。另一种解释认为是烷 基的给电子作用引起的

D50nmCH3HinanH0.134nmH0.134nm117.5°200.110nm120121°HHHH图4-5丙烯分子图44乙烯分子，形状和大小

碳碳双键是由一个元键及一个键组成，这两种键成键的方式不同。键是轨道沿键轴方向进行重叠，电子云呈轴对称，重叠程度大，碳碳结合较紧，键能较高。而元键是轨道肩并肩重叠，电子云成平面对称，重叠程度小，元键键能比α键小（图4-6）。对称轴g键n（a）。键的轨道呈轴对称对称面p-p元键（b）键的轨道呈平面对称图46键和键的轨道对称性

碳碳双键是由一个π键及一个σ键组成，这两种 键成键的方式不同。 σ键是轨道沿键轴方向进行重 叠，电子云呈轴对称，重叠程度大，碳碳结合较紧， 键能较高。而π键是P轨道肩并肩重叠，电子云成平 面对称，重叠程度小，π键键能比σ键小（图4-6)

但是双键由键与兀键组成，因此双键比单键的键能大，但其强度又不是单键的两倍：C-C361. 0kJ/molC=C612. 5kJ/mol元键键能约为612.5-361.0= 251.5kJ/mol,比o键键能小361.0-251.5=109.5kJ/mo1.元键的电子受核的束缚小，具有较大的流动性及反应活性，因此烯烃具有较活泼的化学性质。元键的成键方式决定它不能像键那样沿键轴自由旋转，因为旋转结果重叠变小其至键断裂（图4-7)

但是双键由σ键与π键组成，因此双键比单键的键 能大，但其强度又不是单键的两倍： C-C 361.0kJ/mol C=C 612.5kJ/mol π键键能约为 612.5-361.0 = 251.5kJ/mol， 比σ键键能小 361.0 - 251.5=109.5 kJ/mol. π键 的电子受核的束缚小，具有较大的流动性及反应活 性，因此烯烃具有较活泼的化学性质。 π键的成键方式决定它不能像σ键那样沿键轴 自由旋转，因为旋转结果重叠变小甚至键断裂（图 4-7)

川HHHICH旋转90°CHHH.CH.C图4-7碳碳双键旋转将使P轨道间不能重登，破坏键

π键旋转受阻产生烯烃的另一种异构现象几何异构（geometricalisomerism）o例如2-丁烯有两种不同的空间排列方式。其中两个相同基团在异侧的称为反式（trans），两个相同基团在同侧的称为顺式（cis）。CHCHHHHHCHCH顺（cis）-2丁烯反（trans）-2-丁烯沸点3.5C沸点0.9C

π键旋转受阻产生烯烃的另一种异构现象—— 几何异构（geometrical isomerism) ◦例如2-丁烯 有两种不同的空间棑列方式。其中两个相同基团在 异侧的称为反式（trans)，两个相同基团在同侧的 称为顺式(cis)

顺-2-丁烯和反-2-丁烯是两种物质，具有不同的沸点及物理性质，由于旋转受阻，除非键断裂，否则两个异构体不能相互转化是不是任何烯烃都有几何异构呢？观察乙烯、丙烯、2-甲基-2-丁烯可以发现，它们只有一种排列方式，并无顺、反异构的区别HCHHHCHCHHHHHHCH乙烯丙烯2.甲基2丁烯

顺-2-丁烯和反-2-丁烯是两种物质，具有不同 的沸点及物理性质，由于旋转受阻，除非键断裂， 否则两个异构体不能相互转化。 是不是任何烯烃都有几何异构呢？观察乙烯、 丙烯、2-甲基-2-丁烯可以发现，它们只有一种排 列方式，并无顺、反异构的区别