江苏省启东中学奥赛辅导有机化学教案 2 脂肪烃化合物(8)

2018-11-17 21:54

分子化合物,它们的相对分子量并不是完全相同的,所以高聚物实际是许多相对分子量不同的聚合物的混合物。由相同单体,但在不同反应条件下聚合而得的聚合物,不仅平均相对分子量的大小不同,它们的不同相对分子量分子的组成分布以及高分子链的结构等也可以有很大的不同,因此它们的性能和用途也不同。为了要得到各种不同规格和用途的聚合物,就要研究在不同条件下聚合的各种反应历程以及所得产物的结构。以聚乙烯来说,在100~250℃,150~300MPa,且有少量引发剂存在的反应条件下所得到的聚乙烯,工业上叫做高压聚乙烯。高压聚乙烯的平均相对分子质量在25,000~50,000左右。这里所用的引发剂是自由基链反应的引发剂,所以这种聚合反应又叫做自由基聚合反应。高压聚乙烯分子并不是单纯的直链化合物,由于是自由基链反应的缘故,它的分子中还具有支链。这种分子结构决定了它的密度较低(约为0.92g·cm-3)和比较柔软,所以高压聚乙烯又叫做低密度聚乙烯或软聚乙烯。 工业上乙烯也可通过齐格勒-纳塔催化剂[(CH3CH2)3Al+TiCl4]在低压下(0.1~1MPa)、60~150℃时聚合。由低压法得到的工业产品叫做低压聚乙烯。由于齐格纳-纳塔催化剂的作用,低压聚乙烯分子基本上是直链分子,平均相对分子量可在10,000~300,000之间,一般在35,000左右。低压聚乙烯的密度较高(约为0.94g·cm-3),也较坚硬,所以又叫做高密度聚乙烯或硬聚乙烯。

聚乙烯无毒,化学稳定性高,能耐酸,耐碱,抗腐蚀,具有优良的电绝缘性能,它是目前大量生产的优良高分子材料。低压和高压聚乙烯的性质不同,它们各有合适的应用。 其它烯烃也可以聚合。例如:

Al(C2H5)3-TiCln CH3CHCH2 温度,压强CH3催化剂n CH24CH2CHnCHCl 温度,压强催化剂CH2CHClnn CH2CHCHCH2 温度,压强CH2CHCHCH2n

聚丙烯也无毒,化学稳定性好,能绝缘。大量用作日用品的原料。聚氯乙烯在光照或一定的温度下,缓慢地放出氯化氢气体,因此,聚氯乙烯塑料不能用来作为食品包装材料,也不能用作塑料鞋类的原料。

聚烯烃还可以由不同的两种单体共同聚合而得。这种聚合反应叫做共聚反应。例如,乙烯与丙烯共聚得到乙丙橡胶。

HCnH2CCH2+CH3CH2H2CCH2CHCH3CH2n

炔烃一般不聚合成高分子,而是发生低分子缩合。例如,乙炔在不同催化剂作用下,聚合得到不同的产物。

Cu2Cl2-NH4Cl2 CHCHCu2Cl2-NH4Cl3 CH3 CHCHCHNi(CN)2,(C6H5)3PCH2CHCCCHCH2CH2CHCCH

乙炔的二聚体和氯化氢加成,得到2-氯-1,3-丁二烯,它是氯丁橡胶的单体。

H2CCHCCH+HClCu2Cl2, NH4ClH2CCClHCCH2

2.4.7 酸性

有机化合物的酸性代表分子中给出氢质子的能力。

RHR+H

共轭碱越稳定,所对应的酸的酸性越强;化合物的酸性越强,所对应的共轭碱的碱性越弱。 一些化合物酸性强弱顺序为:

HCCH 酸 共轭碱>CH2CH2>CH2CH3>HHHH

这是由于不同杂化态碳的电负性大小不同所引起的,其次序为:

C(sp) >C(sp2)> C(sp3)。

环戊二烯有一定的酸性的另一个重要原因是,环戊二烯给出质子后形成的负离子,具有芳香性,稳定性高(见4.2.3)

从下列反应可以看出端基炔烃和环戊二烯的酸性:

RCCH+ NaRCCNa + H2RRCCCHCH+ Ag(NH+ Cu(NH3)2NO3RRCCCAg + NHCCu + NH4NO3 + NH33)2Cl4Cl + NH3

+ NaNa++ H

在上述条件下,烯烃和烷烃不发生反应。根据上述反应中炔化银、炔化亚铜沉淀的颜色和气体的生成可以鉴定端基炔烃的存在。重金属炔化物在湿润时还比较稳定,但在干燥状态下受热或受撞击时,易发生爆炸。为了避免发生爆炸意外,实验室中不宜再利用的重金属炔化物,应立即加酸予以处理。

22.5 烃类化合物的制备

有机化合物的制备就是利用有机化学反应由有机原料通过一步或多步化学反应来合成所需要的有机化合物。制备有机化合物时所用的有机反应都必须是在实验室或工业上能够实现的反应;对于多步化学反应,每一步反应的反应物必须是上一步反应的主要产物;有机制备的步骤要尽可能短且合理。

2.5.1 烷烃的制备 1. 1. 烯烃加氢

烯烃在铂、钯或镍等金属催化剂的存在下,与氢加成生成烷烃。

催化剂RHCCHR'+ H2RH2CCH2R'

由于烯烃较容易得到,故烯烃氢化是制备烷烃的主要方法。

2. 2. Wurtz合成法

卤代烷(烷烃中的一个或几个氢原子被卤原子取代所得到的化合物为卤代烷)在金属钠作用下,偶联为烷烃。

此法宜合成对称烷烃。对于伯卤代烷(溴代烷或碘代烷),产率很高。此反应也可用来制备芳烃。例如:

2RX+ NaRR + NaXBr+CH3(CH2)3Br+2Na醚20℃CH2(CH2)2CH3 + 2NaBr

3. 3. Corey—House合成法

二烃基銅锂试剂与卤代烃发生偶联反应生成烷烃。

R'2CuLi

(R与R’可以相同,也可以不同;R-为烷基、乙烯基、芳基)

+ RXR'R + NaCl 此法可合成对称的和不对称烷烃,也可以用于增长烯烃及芳香烃的碳链。

二烷基铜锂试剂也是由卤代烃合成的。

R'X+ LiCuXR'LiCuXR'2CuLi

例如:合成 (CH3)3CCH2CH2CH2CH3

本方法的发现者之一Corey,E.J.因在有机合成中取得的杰出成就而荣获1990年诺贝尔化学奖。

4. 4. Grignard试剂法

将卤代烷RX与金属镁Mg在干燥的乙醚中反应得到格氏试剂RMgX,它是有机合成中重要的试剂之一,有广泛的用途。Grignard因发现这个试剂而荣获1912年诺贝尔化学奖。格氏试剂中存在C-Mg键,由于C原子的电负性大于Mg原子,故成键电子对偏向C原子,偏离Mg原子,使C原子带部分负电荷,Mg原子带部分正电荷 。在外来试剂作用下,成键电子对可完全偏向C原子形成碳负离子进攻质子而显碱性,也可进攻正电性的碳而显亲核性。因此,格氏试剂遇水或酸就攫取水或酸中的质子生成烷烃。

+ Li(CH3)3C-X(CH3)3C-Li[(CH3)3C]2CuLiCH3CH2CH2CH2X(CH3)3C-CH2CH2CH2CH3RMgX+ H2ORH + Mg(OH)X

格氏试剂的这个性质被用来从卤代烃合成相同碳骨架的烷烃。

CH3BrCH3例如:由合成

CH3Br

CH3MgMgBrH2OCH3绝对乙醚

格氏试剂除了与水作用外,也可以与卤代烃反应生成烷烃。例如:

RMgX + R'XR—R' + MgX2

在卤代烷中,碳的电负性小于卤素,碳与卤原子之间的成键电子对偏向卤原子,偏离碳原子,使碳原子带部分正电荷,卤原子带部分负电荷,故格氏试剂中带部分负电荷的碳带着成键电子对进攻卤代烷中带部分正电荷的碳,而卤原子带着成键电子对离去得到烷烃。 5. Kolbe电解法

羧酸钠盐在中性或弱酸性溶液中电解,得到烷烃

2RCO2Na+2H2O电解RR+2CO2+2NaOH+H2

反应经过自由基中间体:

RCO-e2RCO2CO2RRRR

2.5.2 烯烃的制备

1. 卤代烃脱卤化氢

卤代烃在碱的醇溶液中脱去卤化氢得到烯烃。

CH3CH2CH2CHClCH3KOH/醇CH3CH2CHCHCH3+CH3CH2CH2CHCH2

主要产物为双键上取代基较多的烯烃。这个结论是查依采夫(Saytzeff A.M.)根据大量实

80% 20%验事实归纳而得到的一个经验规则,所以叫查依采夫规则。

2.醇脱水

醇在酸(通常浓H2SO4)催化下,加热脱水是制备烯烃的常用方法之一。例如:

CH3CH2CH2CHOHCH3H+CH3CH2CHCHCH3+CH3CH2CH2CHCH2

反应产物遵循查依采夫规则。此反应常常伴有重排产物形成(见6.3.2.6)。也可以用氧化铝作脱水剂,大大减少重排现象,但反应温度要求较高(300℃以上)。 3. 邻二卤代物脱卤

邻二卤代物在锌粉(或镍粉)存在下,较易脱去卤素生成烯烃。

RCHXCHXR'ZnRCHCHR'80% 20%

如果是邻二碘代物,一般不需要加锌粉(或镍粉),在加热条件下很快脱去碘得到烯烃。这也是碘与烯烃较难发生加成反应的原因。

4. 4. 炔烃还原

炔烃可被部分还原为烯烃。在不同反应条件下,炔烃可被还原为顺式烯烃或反式烯烃。

H2/Pd-BaSO啉4-喹RCHRCCR'Na/NHR3R'CH顺式加成HCCR'反式加成H

5. 5. 醛酮与Wittig试剂反应

醛酮与Wittig试剂反应是制备烯烃的一种重要方法。

RR

Wittig试剂的合成方法如下: Ph3PCR'RCR'RCR'R'+ Ph3P=O+OC

Ph3P+R2CHXPh3PCHR2X-n-BuLiPh3PCR2

2.5.3 炔烃的制备 1. 乙炔的制备

乙炔是最重要的炔烃,它不仅是一种有机合成的重要基本原料,而且又大量地用作高温氧炔焰的燃料。工业上可用煤﹑石油或天然气作为原料生产乙炔,所以乙炔是个可以大量生产而又成本低廉的工业产品。

(1) (1) 碳化钙法生产乙炔 焦炭和石灰在高温电炉中反应,得到碳化钙(电

石)。

碳化钙作为产品出厂。需要乙炔时,在现场使电石与水反应,即得到乙炔。

CaC23C+CaO2000℃CaC2+CO+2H2OCa(OH)2+HCCH

此方法在工业上使用已久,耗电量大,但生产工艺比较简单。

(2) 由天然气或石油生产乙炔 甲烷是天然气的主要成分,在1500oC的高温下, 甲烷 能通过一系列的反应生成乙炔。这是一个强烈的吸热反应。因此工业上又使一部分甲烷同时被氧化(加入氧气),由此产生热量来供给由甲烷合成乙炔所需要的大量热量。所以此法又叫做甲烷的部分氧化法。

2CH41500℃0.01~0.1sHCCH+3H24CH4+O2HCCH+2CO+7H2

反应的产物包括乙炔﹑一氧化碳和氢气。分离乙炔后得到一氧化碳和氢气的混合物,又叫做“合成气”,可作为基本有机合成(例如合成甲醇)的基本原料。 为了避免乙炔在高温下分解为碳和氢,要求在反应中生成的乙炔迅速地冷却,所以甲烷通过反应区的时间必须很短,一般只有0.01至0.1秒。在天然气资源丰富的国家,此方法的成本较低,适宜大规模生产。基于同样的道理,石油的低沸点馏分也可以在一定的温度下裂解或与氢气一起在高温下裂解,得到以乙炔为主的或以乙烯和乙炔两者为主的裂解气体,此法已应用于工业生产中。 2、二卤代烷脱卤化氢

二卤代烷在强碱作用下脱去二分子卤化氢生成炔烃是合成炔烃的一种常见方法。

RCHXCHXR'KOH/醇RCHCR'XNaNH2RCCR'

RCH2CX2R'NaNH2RCCR'

碱性试剂KOH能使炔烃中叁键移向链的中部,而NaNH2等能使炔烃中叁键移向末端,例如:

CH3CH2CCHKOH △CH3CCCH3

CH

HOCH2CC(CH2)6CH3LiHN(CH2)3NH2t-BuOKHO(CH2)8C

3、由酮制备

酮与氯化磷反应得到二氯代烃,加热条件下,脱去氯化氢得到炔烃。

ClRCOCH2R'+PCl5 吡啶,干苯RCClCH2R'加热RCCR'

4、四卤代烷脱卤

相邻四卤代烃,在锌粉存在下,加热脱卤得到炔烃。

XRCXXCXR'ZnRCCR'

5、金属炔化物与卤代烃反应

碱金属炔化物中碱金属原子电负性小,而sp杂化态的C原子电负性较大,故C原子与碱金属原子之间的成键电子对明显偏向C原子,偏离碱金属原子。此C原子可带着成键电子对进攻伯卤代烃(或烯丙基卤代烃、苄基卤代烃)反应生成更长碳链的炔烃。


江苏省启东中学奥赛辅导有机化学教案 2 脂肪烃化合物(8).doc 将本文的Word文档下载到电脑 下载失败或者文档不完整,请联系客服人员解决!

下一篇:基金设立流程

相关阅读
本类排行
× 注册会员免费下载(下载后可以自由复制和排版)

马上注册会员

注:下载文档有可能“只有目录或者内容不全”等情况,请下载之前注意辨别,如果您已付费且无法下载或内容有问题,请联系我们协助你处理。
微信: QQ: