# 烯烃

> CIE A-Level 化学 · 第13单元：烃
> 来源: https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9701-u13-alkenes/

本子主题涵盖烯烃（含有碳碳双键的不饱和烃）的结构、立体异构、关键反应和聚合，是CIE A-Level化学有机考题的核心考点。

**先修:** [烷烃的结构与成键](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9701-u13-alkanes/); 共价键和反应机理基础

## 学习目标

- 描述烯烃的结构与成键
- 解释烯烃相对烷烃的反应活性差异
- 命名并绘制烯烃，包括E/Z立体异构体
- 记忆并绘制烯烃亲电加成反应的机理
- 绘制烯烃加聚物的重复单元

## 烯烃的结构与成键

**烯烃** — 含有至少两个碳原子间碳碳共价双键的不饱和烃

*记法:* General formula C$_n$H$_{2n}$ (monounsaturated alkenes)

*例:* 乙烯 (C$_2$H$_4$), 丙烯 (C$_3$H$_6$)

碳碳双键由一个轨道头碰头重叠形成的强σ（$\sigma$）键，加上一个p轨道侧面重叠形成的弱π（$\pi$）键组成。π键的电子密度暴露在双键平面的上方和下方，因此容易被亲电试剂进攻。

**例题:** 解释为什么C=C的平均键能（+612 kJ mol⁻¹）小于两倍C-C的平均键能（+347 kJ mol⁻¹）

1. 单个C-C键仅含一个σ键，键能为+347 kJ mol⁻¹。
2. C=C双键包含一个σ键和一个键能更低的π键，π键的键能低于σ键。
3. 计算两倍C-C键能：$2 \times 347 = 694$ kJ mol⁻¹，高于测得的C=C键能612 kJ mol⁻¹。
4. 差值来自π键强度更低，π键比σ键更容易断裂。

> **考试提示:** 当题目要求解释为什么烯烃比烷烃更活泼时，一定要提到π键暴露的电子密度和其更低的键能才能拿满分。

## 烯烃的E/Z立体异构

**E/Z异构** — 由于碳碳双键周围旋转受限，双键连接的基团空间排列不同，产生的一种立体异构

*例:* E-1,2-二氯乙烯和Z-1,2-二氯乙烯

只有当双键中的*每个碳*都连接两个不同基团时，才会存在E/Z异构。优先级按照Cahn-Ingold-Prelog (CIP) 规则分配：直接连接的原子原子序数越大，优先级越高。

> **mnemonic**
>
> Z = 高优先级基团位于**Zame（同侧，对应same）**；E = 高优先级基团位于**相反Ends（异侧）**

**例题:** Assign the E/Z configuration to CH$_3$CH=C(Cl)CH$_3$

1. 列出每个双键碳上的基团：左侧碳：H (Z=1) 和 CH$_3$ (C, Z=6)；右侧碳：Cl (Z=17) 和 CH$_3$ (C, Z=6)
2. 分配优先级：左侧碳：CH$_3$ (高) > H (低)；右侧碳：Cl (高) > CH$_3$ (低)
3. 检查高优先级基团的位置：左侧高优先级CH$_3$和右侧高优先级Cl位于双键的相反两侧
4. 结论：该分子为**E异构体**

> **考试提示:** 如果双键中有一个碳连接两个相同基团，就不可能存在E/Z异构 —— 一定要先检查这一点。

## 亲电加成反应

**亲电加成** — 缺电子的亲电试剂进攻烯烃富电子π键，断裂π键并形成两个新单键的反应机理

常考的反应包括加氢（加成H$_2$）、加卤（加成Cl$_2$/Br$_2$）、加氢卤酸（加成HCl/HBr）和水合（加成水蒸气）。对于不对称烯烃，马氏规则预测主产物：氢原子会加到双键中含氢更多的碳上。

**例题:** 画出乙烯和HBr反应的机理并命名产物

1. 乙烯富电子的π键进攻HBr中带部分正电的H原子（亲电试剂）
2. $$H^{\\text{δ}+}-Br^{\text{δ}-}$$
3. H-Br键异裂，形成带正电的碳正离子中间体和Br⁻离子
4. Br⁻离子进攻碳正离子，形成新的共价键
5. 最终产物名称：溴乙烷

**概念自测**

测试你对马氏规则的理解

1. HBr加成到丙烯 (CH$_3$CH=CH$_2$) 的主产物是什么？

   - 1-溴丙烷
   - 2-溴丙烷
   - 丙醛
   - 丙烷

   *解析:* 正确！H加到含氢更多的CH₂端，因此溴加到中心碳，主产物为2-溴丙烷。

> **考试提示:** 弯箭头必须从电子源（C=C π键或孤对电子）出发 —— 起始位置错误会在机理题中丢分。

*计算器:* forbidden

## 烯烃的加成聚合

烯烃可以发生加成聚合，许多小分子烯烃单体连接在一起形成长聚合物链。每个单体中的π键断裂，相邻单体之间形成新的单键。该反应不产生其他副产物。

**例题:** 画出氯乙烯 (CH₂=CHCl) 形成聚合物的重复单元并命名该聚合物

1. 断裂氯乙烯单体中的C=C双键
2. 画出碳骨架，原双键的两个碳向外伸出开放键
3. 所有取代基保留连接在原来的碳上
4. Repeating unit: $-[CH_2-CHCl]-$, polymer name: poly(chloroethene) (PVC)
5. $$-[CH_2-CHCl]-_n$$

> **考试提示:** 绘制重复单元时，一定要将开放键画在括号外侧 —— 漏画这一点是常见的丢分错误。

## 常见错误

- **错误做法:** 声称烯烃中所有C-C键的旋转都受限
  - 原因: 只有C=C双键的旋转受限；烯烃中的C-C单键可以自由旋转
  - 正确做法: 只有π键导致C=C双键旋转受限，这是E/Z异构产生的原因
- **错误做法:** 亲电加成机理中，弯箭头从亲电试剂出发
  - 原因: 烯烃的C=C π键是富电子源，进攻亲电试剂
  - 正确做法: 弯箭头从C=C双键出发，指向亲电原子
- **错误做法:** 绘制重复单元时，将下标n写在括号内
  - 原因: n表示重复单元的数量，应该放在括号外侧
  - 正确做法: 重复单元画在括号内，开放键伸出括号外，n作为下标放在右括号外侧
- **错误做法:** 按照基团的分子质量而非原子序数分配E/Z优先级
  - 原因: 优先级是根据直接连接在双键上的原子的原子序数分配的，不是基团的总质量
  - 正确做法: 比较直接连接在每个双键碳上的原子的原子序数来分配优先级

## 速查表

| 主题 | CIE考试核心要点 |
| --- | --- |
| 单烯烃通式 | C$_n$H$_{2n}$ |
| C=C成键 | 1 σ + 1 π键；旋转受限 |
| E/Z优先级规则 | 原子序数越大优先级越高；Z = 同侧，E = 异侧 |
| 马氏规则 | H加到双键中含H更多的碳上 |
| 加成产物 | H$_2$ → 烷烃；Br$_2$ → 二溴代烷；HBr → 溴代烷；H$_2$O → 醇 |
| 重复单元规则 | 断开C=C，开放键伸出括号外 |

## 下一步

烯烃是有机化学中的核心官能团，其亲电加成机理是理解CIE A-Level考试中大多数其他有机反应的基础。掌握E/Z异构和机理绘制对在卷1和卷2有机部分拿高分至关重要。你接下来要学习的另一类烃是芳烃（芳香烃），与烯烃相比，芳烃具有不同的成键和反应活性规律。你也可以通过链接资源更深入地学习立体异构和有机反应机理的整体知识。

- [卤代衍生物与醇](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9701-u14-overview/)
- [卤代烷](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9701-u14-halogenoalkanes/)
- [醇类](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9701-u14-alcohols/)

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来自 [OwlsPrep](https://www.owlsprep.com) —— A-Level / IB / AP / IGCSE 免费学习指南，依据官方考纲编写。原页面：https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9701-u13-alkenes/