案例5.烯烴的結(jié)構(gòu)特點與化學(xué)性質(zhì)

烯烴的結(jié)構(gòu)特點和化學(xué)性質(zhì)烯烴雙鍵是有機化學(xué)教學(xué)中的重要官能團之一，也是中學(xué)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的自然生長點。在講授烯烴的化學(xué)性質(zhì)之前，授課教師應(yīng)重點分析烯烴雙鍵的成鍵特點，對比烷烴和烯烴結(jié)構(gòu)的不同，引導(dǎo)學(xué)生通過結(jié)構(gòu)的分析和對比得出烯烴的化學(xué)通性，強化學(xué)生對結(jié)構(gòu)和性質(zhì)之間辯證關(guān)系的掌握和理解。（一）烯烴的“構(gòu)-性關(guān)系”以乙烯（C2H4）為代表，分析烯烴中碳元素的成鍵特點：碳為sp2雜化，形成3個兼并的雜化軌道，3個雜化軌道的軸指向平面正三角形的三個頂點，還剩下一個沒有參與雜化的p軌道，該p軌道與3個雜化軌道所在的平面相垂直。成鍵時，兩個碳原子各以一sp2雜化軌道頭碰頭重疊形成一個C—CO鍵，并各與兩個氫元素的1s軌道頭碰頭重疊分別形成2個C—HO鍵，這些O鍵同處一個平面；同時，兩個碳原子上的p軌道肩并肩重疊形成一個n鍵，n鍵和o鍵所在的平面相互垂直。乙烯分子中C—H鍵和C=C鍵鍵長分別為110pm和134pm，ZHCC和ZHCH均接近120°，由此引導(dǎo)學(xué)生得出乙烯分子為平面型結(jié)構(gòu)，且n電子暴露在平面之外。由于n鍵為肩并肩重疊而成，O鍵為頭碰頭重疊而成，通過重疊程度的比較，得出TT鍵不如o鍵穩(wěn)定，所以烯烴比烷烴的化學(xué)性質(zhì)活潑，且反應(yīng)大多發(fā)生在官能團雙鍵上；由于n電子暴露在雙鍵所在平面之外，且電子帶負(fù)電荷，容易受到親電試劑和強氧化劑的進攻，所以烯烴主要的化學(xué)性質(zhì)為親電加成和氧化反應(yīng)。而雙鍵為不飽和鍵，可以加氫還原。在理解乙烯雙鍵成鍵特點的基礎(chǔ)上，再推廣到乙烯的同系物，得出同一種官能團結(jié)構(gòu)相似，決定了化學(xué)性質(zhì)相似，但要受到基團電子效應(yīng)和空間效應(yīng)的影響，對于不同的烯烴，相對穩(wěn)定性不同，反應(yīng)活性大小也不同；同種性質(zhì)的鍵，由于碳原子的雜化狀態(tài)不同，鍵長和鍵角的大小也也所變化。并舉例通過學(xué)生討論、探究的方式進行闡釋。（二）化學(xué)性質(zhì)之親電加成親電加成烯烴分子中決定反應(yīng)性能的主要結(jié)構(gòu)單元是由一個O鍵和一個n鍵所組成的碳-碳雙鍵，n鍵的強度比o鍵小，容易通過在雙鍵碳原子上加兩個原子或原子團而轉(zhuǎn)變成o鍵。因此，烯烴的典型反應(yīng)式加成反應(yīng)。本章的重點和難點也是烯烴的親電加成反應(yīng)及其反應(yīng)機理。首先講授學(xué)生比較熟悉的中學(xué)化學(xué)教學(xué)中涉及到的HX和雙鍵的加成，通過實驗條件和數(shù)據(jù)的分析和對比，運用多種教學(xué)方式和手段講授：烯烴和HX反應(yīng)活性大小的比較和判斷；反應(yīng)機理的分析；決速步驟的判斷和應(yīng)用；碳正離子中間體的結(jié)構(gòu)的理解；碳正離子相對穩(wěn)定性大小的分析和比較；不對稱烯烴加成的區(qū)域選擇性——MarkovnikovRuler的分析、理解和推廣應(yīng)用；烯烴親電加成反應(yīng)過程中的重排現(xiàn)象——碳正離子中間體的重排的過程及其推廣應(yīng)用、加成的立體化學(xué)特點。接著介紹第二種親電試劑X2，以Br2為例，通過分析烯烴與溴加成的實驗事實——只得到反式加成產(chǎn)物，重點分析講解加溴的機理——溴鎓離子的結(jié)構(gòu)和特點，注意對比碳正離子中間體和溴鎓離子結(jié)構(gòu)上的異同，對比烯烴加HX和加X在立體化學(xué)上的異同點，并結(jié)2合分子的手性舉實例探究產(chǎn)物的立體化學(xué)特點和立體選擇性。在