分子中含有碳碳雙鍵(C=C)的烴,叫做烯烴,其中只含有一個碳碳雙鍵的叫做單烯烴,通式為CnH2n;含有兩個碳碳雙鍵的叫做二烯烴,通式為CnH2n-2。碳碳雙鍵是烯烴的官能團。
一、單烯烴的命名和同分異構
1.單烯烴的命名
烯烴的系統(tǒng)命名原則和烷烴基本相同。不同的是,必須選擇含有雙鍵的最長的碳鏈作為主鏈,根據主鏈上碳原子的數目稱為某烯,碳原子數目在11以上的稱為某碳烯,然后由距離雙鍵最近的一端開始給主鏈碳原子編號,將第一個雙鍵碳原子的號數寫在烯烴名稱的前面以表示雙鍵的位置。
2.單烯烴的同分異構
單烯烴除有碳鏈異構外,還有由子雙鍵位置不同而產生的官能團位置異構和雙鍵碳原子上的基團在空間的排列方式不同而產生的順反異構。2-丁烯就有順、反兩個異構體。
在順-2-丁烯中,相同的基團——兩個甲基(或兩個氫原子)——在雙鍵的同側;而反-2-丁烯中兩個甲基(或兩個氫原子)則在雙鍵的反側。順反異構屬于立體異構中的一種。
烯烴具有順反異構的條件是每個雙鍵碳上必須連有兩個不同的原子或基團。
二、單烯烴的化學性質
烯烴的化學性質比較活潑,可以發(fā)生加成、氧化、聚合以及α-H的取代反應等。
1.加成反應
反應過程中,雙鍵中有一個鍵斷裂,試劑的兩部分分別加到原來以雙鍵相連的兩個碳原子上而生成新的化合物,這樣的反應叫做加成反應。在有機化學反應里,加成反應也是一種主要反應類型。
(1)與氫加成在催化劑(鎳、鈀、鉑等)作用下,烯烴可與氫發(fā)生加成反應,生成烷烴。
CH3CH=CH2+H2—(Pt)→CH3CH2CH3
(2)與鹵素加成
烯烴與氯、溴等在室溫條件下很容易發(fā)生加成反應。例如,將乙烯或丙烯通入溴的四氯化碳溶液中,由于生成無色的二溴代烷而使溴的紅棕色退去,烯烴也可以使溴水退色。此反應用于烯烴的定性鑒別。
CH2=CH2十Br2→BrCH2-CH2Br(1,2一二溴乙烷)
CH3-CH=CH2+Br2→CH3-CHBr-CH2Br(1,2一二溴丙烷)
(3)與水加成在酸的催化下,烯烴可以與水加成生成醇,這個反應也叫做烯烴的水合。
CH2=CH2+H2O—(H+)→CH3-CH2-OH(乙醇)
不對稱烯烴與水的加成遵守馬爾可夫尼可夫(Markovnikov)規(guī)律,即氫原子主要加到含氫較多的雙鍵碳原子上。
2.氧化反應
烯烴很容易被氧化,如與酸性高錳酸鉀溶液反應,則C=C雙鍵斷裂,生成羧酸或酮。當雙鍵碳原子上連有兩個氫原子時,則被氧化成二氧化碳和水。
利用高錳酸鉀溶液可以鑒別烯烴,另外,根據烯烴的氧化產物可以推斷烯烴的結構。
3.聚合反應
在一定條件下,許多烯烴通過加成的方式互相結合,生成高分子化合物,這種反應叫做聚合反應。如乙烯在一定條件下,可生成聚乙烯。
在上述反應中,乙烯稱為單體,生成的產物稱為聚合物,n為聚合度。聚乙烯用途很廣,可用以制成食品袋、塑料杯等日常用品,在工業(yè)上可制電工部件的絕緣材料等。
4.取代反應
在烯烴分子中,與雙鍵碳直接相連的碳上的氫(a-氫),因受雙鍵的影響,易發(fā)生取代反應。例如,在高溫下,丙烯可與氯作用,生成3-氯丙烯。
烯烴與鹵素在常溫下,發(fā)生的是加成反應,而在高溫或光照條件下,發(fā)生的是取代反應。由此可見有機反應的復雜性及嚴格控制反應條件的重要性。
三、二烯烴
1.二烯烴的分類和命名
根據分子中兩個碳碳雙鍵的相對位置,可以把二烯烴分為3類:
①聚集二烯烴。兩個雙鍵連在同一個碳原子上的二烯烴,如丙二烯;
②共軛二烯烴。兩個雙鍵被一個單鍵隔開的二烯烴,如1,3-丁二烯;
③隔離二烯烴。兩個雙鍵被兩個以上單鍵隔開的二烯烴,如1,4一戊二烯。
二烯烴的命名與單烯烴相同,只是在“烯”字前加一個“二”字,并注明兩個雙鍵的位置。
2.共軛二烯烴的化學性質
共軛二烯烴具有烯烴的一般性質,如能與氫、鹵素等試劑加成,能被氧化,能進行聚合等,但共扼二烯烴還具有特殊的反應性能。
(1)1,4一加成作用1,3-丁二烯與一分子試劑加成時,按照孤立烯烴的加成情況,應該只得到1,2-加成產物,但實際上還可得到1,4-加成產物,而且往往1,4-加成產物占主要比例。例如與澳加成時,試劑的兩部分分別加到分子兩端的碳原子上,而在C2和C3之間形成一個新的雙鍵,就得到1,4-加成產物,這種加成作用,叫做1,4-加成作用。1,4-加成作用是烯烴的特殊反應性能。
(2)雙烯合成反應共扼二烯烴和某些含有碳碳雙鍵的化合物發(fā)生1,4-加成作用,生成環(huán)狀化合物的反應叫做環(huán)化加成反應,也叫Diels-Alder反應或雙烯合成反應。在反應中共軛二烯烴叫做雙烯體,乙烯或取代乙烯等含有碳碳雙鍵的化合物叫做親雙烯體。雙烯合成反應在合成上是很重要的。
四、自然界的烯經
烯烴在某些生物中有很重要的作用。例如乙烯是植物的內源激素,許多植物中含有微量的乙烯。乙烯可以加速樹葉的死亡與脫落,從而使新葉得以生長。乙烯還可以使摘下來的未成熟的果實加速成熟。又如順-9-二十三碳烯是雌家蠅的性信息素。