共轭二烯烃除具有单烯烃的性质外,由于两个双键彼此之间的相互影响,还表现出一些特殊的化学性质。
1.共轭二烯烃的1,2-和1,4-加成
共轭二烯烃可以与卤素、卤化氢等亲电试剂发生亲电加成,且比单烯烃更容易。与一分子亲电试剂发生的加成反应通常有两种可能。例如:
这两种不同的加成产物是由加成方式不同造成的。一种是断开一个π键,试剂加到这个双键的两端,另一双键不变,这种只在一个双键上发生的加成反应称为1,2-加成反应;另一种是试剂加在共轭体系的两端,同时在C2—C3之间形成一个新的π键,这种同时发生在两个双键上的加成反应称为1,4-加成。
产生这两种加成方式的原因是分子中存在共轭效应。如1,3-丁二烯与HBr的1,4-加成反应,第一步就是在H+影响下,丁二烯被极化,H+即与附近显负电性的第一个碳加成,生成碳正离子:
在碳正离子中,带正电荷的碳正离子为sp2杂化,它的空的p轨道可以与π键中的p轨道发生重叠,形成包含三个碳原子的缺电子大π键。由于π电子的离域,使正电荷得到分散,体系能量降低。
由于共轭体系内存在正负电荷交替,且大π键电子云不是平均分布在这三个碳原子上,而是正电荷主要集中在C2和C4上,所以反应的第二步,Br-既可以加到C2上,生成1,2-加成产物;也可以加到C4上,生成1,4-加成产物。
拓展阅读—双烯合成反应
共轭二烯烃的1,2-加成和1,4-加成是同时进行的,两种加成产物的比例取决于反应物的结构、反应温度、溶剂的极性等。一般在较高温度下或极性溶剂中,反应以1,4-加成产物为主;在较低的温度下或非极性溶剂中,以1,2-加成产物为主。(www.xing528.com)
2.双烯合成
1928年,德国化学家狄尔斯(Diels O.)和阿德尔(Alder K.)发现,共轭二烯烃与含有碳碳双键或碳碳三键的化合物能进行1,4-加成反应,生成六元环状化合物,这类反应称为Diels-Alder反应,又称双烯合成反应。这是共轭二烯烃的另一特征反应。例如:
在这类反应中,两种反应物相互作用,旧键的断裂和新键的生成同时进行,经过一个环状过渡态,而没有活性中间体(碳正离子或自由基等)生成。
双烯合成反应中,通常将共轭二烯烃称为双烯体,与共轭二烯烃进行双烯合成的不饱和化合物称为亲双烯体。实践证明,双烯体上连有给电子基团,如R—,亲双烯体上连有吸电子基团,如—CHO、—COR、—COOR、—CN、—NO2时,反应比较容易进行。
双烯合成反应是由直链化合物合成环状化合物的重要方法之一,在理论和实际生产中都占有重要地位。
思考题2-11 由乙炔和其他必要原料合成1,3-丁二烯。
思考题2-12 完成下列反应式:
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