《有机化学》(第四版)第三章-不饱和烃(习题答案)
第三章 不饱和烃
思考题
习题3.1 写出含有六个碳原子的烯烃和炔烃的构造异构体的构造式。其中含有六个碳原子的烯烃,哪些有顺反异构?写出其顺反异构体的构型式(结构式)。(P69)
解:C6H12有13个构造异构体,其中4个有顺反异构体:
C6H10有7个构造异构体:
习题3.2 用衍生物命名法或系统命名法命名下列各化合物:(P74)
(1) 对称二异丙基乙烯 or 2,5-二甲基-3-己烯
(2) 2,6-二甲基-4-辛烯
(3) 二乙基乙炔 or 3-己炔
(4) 3,3-二甲基-1-戊炔
(5) 1-戊烯-4-炔
(6) 3,4-二丙基-1,3-己二烯-5-炔
(7) 2,3-二甲基环己烯
(8) 5,6-二甲基-1,3-环己二烯
习题3.3 用Z,E-命名法命名下列各化合物:(P74)
(1) ↑↑ (Z)-1-氯-1-溴-1-丁烯
(2) ↓↑ (E)-2-氟-3-氯-2-戊烯
(3) ↑↓ (E)-3-乙基-2-己烯
(4) ↓↑ (E)-3-异丙基-2-己烯
习题3.4 完成下列反应式:(P83)
(1)
(2)
(3)
(4)
习题3.5 下列各组化合物分别与溴进行加成反应,指出每组中哪一个反应较快。为什么?(P84)
(1) 和 (2) 和
(3) 和 (4) 和
解:烯烃与溴的加成反应是由亲电试剂首先进攻;双键上电子云密度越大,越有利于亲电加成反应的进行。所以,各组中反应较快者如上所示。
习题3.6 分别为下列反应提出合理的反应机理:(P84)
(1)
解:
(2)
解:
习题3.7 完成下列反应式:(P90)
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
习题3.8 下列反应的产物是通过什么反应机理生成的?写出其反应机理。(P90)
解:
习题3.9 在酸催化下,下列化合物与溴化氢进行加成反应的主要产物是什么?如果反应在过氧化物作用下进行,其主要产物有何不同?为什么?(P90)
在酸催化下,烯烃与溴化氢的加成是亲电加成反应,加成取向决定于碳正离子的稳定性;
在过氧化物存在下,烯烃与溴化氢的加成是自由基加成反应,加成取向决定于自由基的稳定性;
(1) 2-甲基-1-丁烯
解:
(2) 2,4-二甲基-2-戊烯
解:
(3) 2-丁烯
解:
习题3.10 烯烃加H2SO4的反应机理,与烯烃加HX的机理相似。试写出丙烯与硫酸加成的反应机理。(P94)
解:
习题3.11 完成下列反应式:(P94)
(1)
解释:
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
习题3.12 完成下列反应式:(P97)
(1)
(2)
(3)
(4)
习题3.13 写出乙炔与亲核试剂(CN-、HCN)加成的反应机理。(P99)
解:
习题3.14 在C2H5O-的催化下,CH3C≡CH与C2H5OH反应,产物是CH2=C(CH3)OC2H5而不是CH3CH=CHOC2H5,为什么?(P99)
解:该反应是亲核加成反应:
习题3.15 完成下列反应式:(P99)
(1)
解释:
(2)
解释:
习题3.16 完成下列反应式:(P101)
(1)
(2)
氧化反应总是发生在电子云密度较大的双键上。
习题3.17 完成下列反应式:(P103)
(1)
(2)
(3)
(4)
习题3.18 写出下列反应物的构造式:(P103)
(1)
(2)
(3)
习题3.19 某化合物分子式为C6H12,经臭氧解得到一分子醛和一分子酮,试推测C6H12可能的结构。如果已知得到的醛为乙醛,是否可以确定化合物的结构?写出其构造式。(P104)
解:C6H12可能的结构:
若得到的醛是乙醛,C6H12的结构为:
习题3.20 某些不饱和烃经臭氧解分别得到下列化合物,试推测原来不饱和烃的结构。(P104)
(1)
(2)
(3)
习题3.21 完成下列反应式:(P107)
(1)
(2)
习题3.22 3-氯-1,2-二溴丙烷可作为杀根瘤线虫的农药, 试选择适当的原料合成之。(P108)
解:
习题3.23 由丙炔及必要的的原料合成2-庚炔。(P110)
解:
习题3.24 为了合成2,2-二甲基-3-己炔,除用氨基钠和液氨外,现有以下几种原料可供选择,你认为选择什么原料和路线合成较为合理?(P110)
(1) √(2) √(3) (4)
解:选择(2) 和(3) 较为合理。
如果选择(1) 和(4) ,将主要得到消除产物。
习题3.25 完成下列反应式?(P110)
(1)
(2)
(3)
(4)
习题3.26 试将1-己炔和3-己炔的混合物分离成各自的纯品。(P110)
解:
课后习题
(一) 用系统命名法命名下列各化合物:
(1) | (2) 对称甲基异丙基乙烯 |
3-甲基-2-乙基-1-丁烯 | 4-甲基-2-戊烯 |
(3) | (4) |
2,2,5-三甲基-3-己炔 | 3-异丁基-4-己烯-1-炔 |
(二) 用Z,E-标记法命名下列各化合物:
(1) ↓↑ | (2) ↑↑ |
(E)-2,3-二氯-2-丁烯 | (Z)- 2-甲基-1-氟-1-氯-1-丁烯 |
(3) ↑↑ | (4) ↑↑ |
(Z)-1-氟-1-氯-2-溴-2-碘乙烯 | (Z)-3-异基-2-己烯 |
(三) 写出下列化合物的构造式,检查其命名是否正确,如有错误予以改正,并写出正确的系统名称。
(1) 顺-2-甲基-3-戊烯 | (2) 反-1-丁烯 |
顺-4-甲基-3-戊烯 | 1-丁烯 (无顺反异构) |
(3) 1-溴异丁烯 | (4) (E)-3-乙基-3-戊烯 |
2-甲基-1-溴丙烯 | 3-乙基-2-戊烯 (无顺反异构) |
(四) 完成下列反应式:
解:红色括号中为各小题所要求填充的内容。
(1)
(2)
(3)
(4)
(硼氢化反应的特点:顺加、反马、不重排)
(5)
(6)
(硼氢化反应的特点:顺加、反马、不重排)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
(13)
(14)
(五) 用简便的化学方法鉴别下列各组化合物:
(1)
解:
(2)
解:
(六) 在下列各组化合物中,哪一个比较稳定?为什么?
(1) (A) , (B)
解:(B)中甲基与异丙基的空间拥挤程度较小,更加稳定。
(2) (A) , (B)
解:(A)中甲基与碳-碳双键有较好的σ-π超共轭,故(A)比较稳定。
(3) (A) , (B) , (C)
解:(C)的环张力较小,较稳定。
(4) (A) , (B)
解:(A)的环张力较小,较稳定。
(5) (A) , (B) , (C)
解:(C)最稳定。
(6) (A) , (B)
解:(A)的环张力很大,所以(B)较稳定。
(七) 将下列各组活性中间体按稳定性由大到小排列成序:
(1)
(2)
解:(1)C>A>B (2)B>C>A
(八) 下列第一个碳正离子均倾向于重排成更稳定的碳正离子,试写出其重排后碳正离子的结构。
(1) (2)
(3) (4)
解:题给碳正离子可经重排形成下列碳正离子:
(1) (2)
(3) (4)
(九) 在聚丙烯生产中,常用己烷或庚烷作溶剂,但要求溶剂中不能有不饱和烃。如何检验溶剂中有无不饱和烃杂质?若有,如何除去?
解:可用Br2/CCl4或者KMnO4/H2O检验溶剂中有无不饱和烃杂质。
若有,可用浓硫酸洗去不饱和烃。
(十) 写出下列各反应的机理:
(1)
解:
(2)
解:
(3)
解:该反应为自由基加成反应:
引发:
增长:
… …
终止: 略。
(4)
解:
(箭头所指方向为电子云的流动方向!)
(十一) 预测下列反应的主要产物,并说明理由。
解:(1)
双键中的碳原子采取sp2杂化,其电子云的s成分小于采取sp杂化的叁键碳,离核更远,流动性更大,更容易做为一个电子源。
所以,亲电加成反应活性:>
(2)
解释:在进行催化加氢时,首先是H2及不饱和键被吸附在催化剂的活性中心上,而且,叁键的吸附速度大于双键。
所以,催化加氢的反应活性:叁键>双键。
(3)
解释:叁键碳采取sp杂化,其电子云中的s成分更大,离核更近,导致其可以发生亲核加成。而双键碳采取sp2杂化,其电子云离核更远,不能发生亲核加成。
(4)
解释:双键上电子云密度更大,更有利于氧化反应的发生。
(5)
解释:氧化反应总是在电子云密度较大处。
(6)
解释 : C+稳定性:3°C+>2°C+
(十二) 写出下列反应物的构造式:
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(十三) 根据下列反应中各化合物的酸碱性,试判断每个反应能否发生?(pKa的近似值:ROH为16,NH3为34,RC≡CH为25,H2O为15.7)
(1)
所以,该反应能够发生。
(2)
所以,该反应不能发生。
(3)
所以,该反应不能发生。
(4)
所以,该反应不能发生。
(十四) 给出下列反应的试剂和反应条件:
(1) 1-戊炔 → 戊烷
解:
(2) 3-己炔 → 顺-3-己烯
解:
(3) 2–戊炔 → 反-2-戊烯
解:
(4)
解:
(十五) 完成下列转变(不限一步):
(1)
解:
(2)
解:
(3)
解:
(4)
解:
(十六) 由指定原料合成下列各化合物(常用试剂任选):
(1) 由1-丁烯合成2-丁醇
解:
(2) 由1-己烯合成1-己醇
解:
(3)
解:
(4) 由乙炔合成3-己炔
解:
(5) 由1-己炔合成正己醛
解:
(6) 由乙炔和丙炔合成丙基乙烯基醚
解:
(十七) 解释下列事实:
(1) 1-丁炔、1-丁烯、丁烷的偶极矩依次减小,为什么?
解:电负性:>>
键的极性:>>
分子的极性:1-丁炔>1-丁烯>丁烷(即:1-丁炔、1-丁烯、丁烷的偶极矩依次减小)
(2) 普通烯烃的顺式和反式异构体的能量差为4.18kJ•mol-1,但4,4-二甲基-2-戊烯顺式和反式的能量差为15.9 kJ•mol-1,为什么?
解:
顺-4,4-二甲基-2-戊烯 反-4,4-二甲基-2-戊烯
由于叔丁基的体积大,空间效应强,导致在顺-4,4-二甲基-2-戊烯中,叔丁基与甲基处于双键同侧,空间障碍特别大,能量更高。
(3) 乙炔中的键比相应乙烯、乙烷中的键键能增大、键长缩短,但酸性却增强了,为什么?
解:炔烃分子中的叁键碳采取sp杂化。与sp2、sp3杂化碳相比,sp杂化s成分更多,电子云离核更近,受核的束缚更强,电负性更大。
由于sp杂化碳的电子云离核更近,使乙炔中的键键能增大、键长缩短;
由于sp杂化碳的电负性更大,使中的电子云更偏向碳原子一边,导致乙炔分子中氢原子更容易以H+的形式掉下来,酸性增强。
(4) 炔烃不但可以加一分子卤素,而且可以加两分子卤素,但却比烯烃加卤素困难,反应速率也小,为什么?
解:烯烃、炔烃与卤素的加成反应是亲电加成,不饱和键上的电子云密度越大,越有利于亲电加成。
由于炔烃中的叁键碳采取sp杂化,电负性较大。所以,炔烃与卤素加成时,比烯烃加卤素困难,反应速率也小于烯烃。
(5) 与亲电试剂Br2、Cl2、HCl的加成反应,烯烃比炔烃活泼。然而当炔烃用这些试剂处理时,反应却很容易停止在烯烃阶段,生成卤代烯烃,需要更强烈的条件才能进行第二步加成。这是否相互矛盾,为什么?
解:不矛盾。
烯烃与Br2、Cl2、HCl的加成反应都是亲电加成。由于双键碳的电负性小于叁键碳,导致双键上的π电子受核的束缚程度更小,流动性更大,更有利于亲电加成反应。所以,与亲电试剂Br2、Cl2、HCl的加成反应,烯烃比炔烃活泼
而、都是吸电子基,它们的引入,导致双键上电子云密度降低,不利于亲电加成反应的进行。所以,当炔烃用亲电试剂Br2、Cl2、HCl处理时,反应却很容易停止在烯烃阶段,生成卤代烯烃,需要更强烈的条件才能进行第二步加成
(6) 在硝酸钠的水溶液中,溴对乙烯的加成,不仅生成1,2-二溴乙烷,而且还产生硝酸-β-溴代乙酯(BrCH2CH2ONO2),怎样解释这样的反应结果?试写出各步反应式。
解:溴与乙烯的加成是亲电加成反应,首先生成活性中间体——环状溴翁正离子。后者可与硝酸根负离子结合得到硝酸-β-溴代乙酯(BrCH2CH2ONO2):
(7) (CH3)3CCH=CH2在酸催化下加水,不仅生成产物 (A),而且生成 (B),但不生成 (C)。 试解释为什么。
解:该实验现象与烯烃酸催化下的水合反应机理有关:
(2°C+) (3°C+)
与(C)相关的C+为 (1°C+),能量高,不稳定,因此产物(C)不易生成。
(8) 丙烯聚合反应,无论是酸催化还是自由基引发聚合,都是按头尾相接的方式,生成甲基交替排列的整齐聚合物,为什么?
解:以自由基聚合为例。若按头尾相接的方式,生成甲基交替排列的整齐聚合物,则与之相关的自由基都是二级自由基:
二级自由基 二级自由基
二级自由基
头尾相接、甲基交替排列的整齐聚合物
反之,则会生成稳定性较差的一级自由基:
二级自由基 一级自由基
丙烯在酸催化下进行聚合反应,其活性中间体为碳正离子,其稳定性顺序同样为:
三级>二级>一级碳正离子。
(十八) 化合物(A)的分子式为C4H8,它能使溴溶液褪色,但不能使稀的高锰酸钾溶液褪色。1 mol (A)与1mol HBr作用生成(B),(B)也可以从(A)的同分异构体(C)与HBr作用得到。(C)能使溴溶液褪色,也能使稀和酸性高锰酸钾溶液褪色。试推测(A)、(B)和(C)的构造式。并写出各步反应式。
解:(A) (B)
(C) 或
反应式略。
(十九) 分子式为C4H6的三个异构体(A)、(B)、(C),可以发生如下的化学反应:
(1) 三个异构体都能与溴反应,但在常温下对等物质的量的试样,与(B)和(C)反应的溴量是(A)的2 倍;
(2) 三者都能HCl发生反应,而(B)和(C)在Hg2+催化下与HCl作用得到的是同一产物;
(3) (B) 和(C)能迅速地与含HgSO4的硫酸溶液作用,得到分子式为C4H8O的化合物;
(4) (B)能与硝酸银的溶液反应生成白色沉淀。
试写出化合物(A)、(B)和(C)的构造式,并写出有关的反应式。
解:(A) (B) (C)
有关的反应式略。
(二十) 某化合物(A)的分子式为C7H14,经酸性高锰酸钾溶液氧化后生成两个化合物(B)和(C)。(A)经臭氧化而后还原水解也得相同产物(B)和(C)。试写出(A)的构造式。
解:
(二十一) 卤代烃C5H11Br(A)与氢氧化钠的乙醇溶液作用,生成分子式为C5H10的化合物(B)。(B)用高锰酸钾的酸性水溶液氧化可得到一个酮(C)和一个羧酸(D)。而(B)与溴化氢作用得到的产物是(A)的异构体(E)。试写出(A)、(B)、(C)、(D)和(E)的构造式及各步反应式。
解:
各步反应式:
(二十二) 化合物C7H15Br经强碱处理后,得到三种烯烃(C7H14)的混合物(A)、(B)和(C)。这三种烯烃经催化加氢后均生成2-甲基己烷。(A)与B2H6作用并经碱性过氧化氢处理后生成醇(D)。(B)和(C)经同样反应,得到(D)和另一异构醇(E)。写出(A)~(E)的结构式。再用什么方法可以确证你的推断?
解:C7H15Br的结构为:
(A)~(E)的结构式:
将(A)、(B)、(C)分别经臭氧化-还原水解后,测定氧化产物的结构,也可推断(A)、(B)、(C)的结构:
(二十三) 有(A)和(B)两个化合物,它们互为构造异构体,都能使溴的四氯化碳溶液褪色。(A)与Ag(NH3)2NO3反应生成白色沉淀,用KMnO4溶液氧化生成丙酸(CH3CH2COOH)和二氧化碳;(B)不与Ag(NH3)2NO3反应,而用KMnO4溶液氧化只生成一种羧酸。试写出(A)和(B)的构造式及各步反应式。
解:
各步反应式:
(二十四) 某化合物的分子式为C6H10。能与两分子溴加成而不能与氧化亚铜的氨溶液起反应。在汞盐的硫酸溶液存在下,能与水反应得到4-甲基-2-戊酮和2-甲基-3-戊酮的混合物。试写出C6H10的构造式。
解:
(二十五) 某化合物(A),分子式为C5H8,在液氨中与金属钠作用后,再与1-溴丙烷作用,生成分子式为C8H14的化合物(B)。用高锰酸钾氧化(B)得到分子式C4H8O2为的两种不同的羧酸(C)和(D)。(A)在硫酸汞存在下与稀硫酸作用,可得到分子式为C5H10O的酮(E)。试写出(A)~(E)的构造式及各步反应式。
解:
各步反应式:
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