第二节 烯烃 炔烃

一、烯烃

1.1 组成

1. 定义：烯烃的官能团是碳碳双键，是含有不饱和键的烃类化合物。
2. 组成元素 ：只含有\(\ce{C、H}\) 两种元素

1.2 结构

1. 官能团：烯烃的官能团是碳碳双键。烯烃只含有一个碳碳双键时，通式一般表示为\(\ce{C_{n}H_{2n}(n\ge 2)}\)
2. 杂化：碳碳双键两端的碳原子均采取\(\ce{sp^{3}}\) 杂化；其余具有四条单键的碳原子采取\(\ce{sp^{3}}\) 杂化
3. 碳碳双键两端的碳原子以及与之相连的四个原子一定在同一平面内；以乙烯为例，分子中碳原子均采取\(\ce{sp^{3}}\) 杂化，碳原子与氢原子之间均以单键（\(\ce{\sigma}\)键）相连接，键角为120°
4. 烯烃的立体异构：
   1. 顺式结构：相同的原子或原子团排列在双键的同一侧
   2. 反式结构：相同的原子或原子团排列在双键的两侧
   3. 性质：化学性质基本相同，物理性质有一定差异

1.3 性质与转化规律

1. 物理性质

1. 乙烯：纯净的乙烯为无色、稍有气味的气体，难溶于水，密度比空气的略小
2. 烯烃：
   1. 沸点：随分子中碳原子数的增加，沸点一般逐渐升高，密度一般增大
   2. 烯烃的密度小于水的密度，都难溶于水，易溶于有机溶剂
   3. 状态： 当碳原子数小于或等于4时，烯烃在常温下呈气态

2. 化学性质及转化规律

1. 链状单烯烃的化学性质 ：
   1. 氧化反应：
      1. 使酸性高锰酸钾溶液褪色（该反应常用于烯烃的检验）
      2. 可燃性：\(\ce{C_{n}H_{2n} + \dfrac{3n}{2}O2 ->[点燃] nCO2 + nH2O }\) (现象：明亮火焰，冒黑烟)
   2. 加成反应——特征反应 ：烯烃能跟\(\ce{X2、HX}\) 、氢气、水等适宜条件下发生加成反应。不对称烯烃和不对称分子的加成有两种方式。

\(\ce{CH3CH=CH2 + HBr ->[催化剂][\Delta] CH3CH2CH2Br }\) \(\ce{CH3CH=CH2 + HBr ->[催化剂][\Delta] CH3CHBrCH3 }\)

1. 加聚反应——特征反应 ：

1. 二烯烃的化学性质 ：分子中含有两个碳碳双键的链烃是二烯烃，二烯烃可用通式\(\ce{C_nH_{2n-2}(n \ge 4,且为正整数)}\) 。1，3-丁二烯与\(\ce{Br2}\) 按1：1加成
   1. 1，2-加成：\(\ce{CH2=CH-CH=CH2 ->[一定条件] CH2BrCHBrCH=CH2 }\)
   2. 1，4-加成：\(\ce{CH2=CH-CH=CH2 ->[一定条件] CH2BrCH=CHCH2Br }\)

1.4 烯烃、炔烃被酸性高锰酸钾溶液氧化

1. 概况：烯烃、炔烃被\(\ce{KMnO4}\) 溶液氧化时，不同的部分被氧化会有不同的产物
2. 对应关系

1.5 烯烃的不对称加成

1. 马氏规则：氢主要加到含氢多的双键碳原子上，卤素加到含氢少的双键碳原子上

\(\ce{CH3-CH=CH2 + HBr -> CH3-CHBr-CH3 }\) (2-溴丙烷)

1.6 双烯合成

1. 概念：共轭二烯烃（含有两个碳碳双键，且两个双键被一个单键隔开的烯烃，如1，3-丁二烯）与含碳碳双键的化合物在一定条件下发生反应得到环加成产物，这类反应叫做第尔斯—阿尔德反应，也叫双烯合成。

1. 其他常见的双烯合成反应

二、炔烃

2.1 组成

1. 定义：炔烃的官能团是碳碳三键，是含有不饱和键的烃类化合物。
2. 组成元素 ：只含有\(\ce{C、H}\) 两种元素

2.2 结构

1. 官能团：炔烃的官能团是碳碳三键。炔烃只含有一个碳碳三键时，通式一般表示为\(\ce{C_{n}H_{2n-2}(n\ge 2)}\) （但通式为此，也不一定是炔烃，也有可能是二烯烃）
2. 杂化：碳碳三键两端的碳原子均采取\(\ce{sp}\) 杂化；其余具有四条单键的碳原子采取\(\ce{sp^{3}}\) 杂化
3. 碳碳三键两端的碳原子以及与之相连的两个氢原子一定处于同一条直线上；以乙炔为例，分子中碳原子均采取\(\ce{sp}\) 杂化，碳原子与氢原子之间均以单键（\(\ce{\sigma}\)键）相连接，键角为180°

2.3 性质

1. 物理性质

1. 乙炔：无色、无臭的气体，微溶于水，易溶于有机溶剂，密度比空气略小
2. 炔烃：
   1. 熔、沸点：随碳原子数的增多，熔、沸点一般逐渐升高，密度一般逐渐增大
   2. 状态：常温下，碳原子数小于或等于4的炔烃是气态烃

2. 化学性质及转化规律

1. 氧化反应 ：
   1. 燃烧：\(\ce{2C2H2 + 5O2 ->[点燃] 4CO2 + 2H2O }\) (火焰明亮并伴有黑烟)
   2. 能使酸性高锰酸钾溶液褪色
2. 加成反应 ：
   1. 与\(\ce{Br2}\) ：\(\ce{CH#CH + Br2 -> CHBr=CHBr }\) ；\(\ce{CHBr=CHBr + Br2 ->CHBr2CHBr2 }\)
   2. 与\(\ce{H2}\) ：\(\ce{CH#CH + H2 ->[催化剂][\Delta] CH2=CH2 }\) ；\(\ce{CH#CH + 2H2 ->[催化剂][\Delta] CH3CH3 }\)
   3. 与\(\ce{HCl}\) ：\(\ce{CH#CH + HCl ->[催化剂][\Delta] CH2=CHCl }\)
   4. 与\(\ce{H2O}\) ：\(\ce{CH#CH + H2O ->[催化剂][\Delta] CH3-CHO}\) （乙炔与水加成后的产物乙烯醇\(\ce{CH2=CH-OH}\)不稳定，很快转化为乙醛）
3. 加聚反应 ：\(\ce{nCH#CH ->[催化剂] -[CH=CH]_{n} -(聚乙炔) }\)
4. 乙炔的制备 ：\(\ce{CaC2 + 2H2O -> Ca(OH)2 + C2H2 ^ }\)