химия - Северный (Арктический)
реклама
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования Северный (Арктический) Федеральный университет Имени М.В.Ломоносова ХИМИЯ Часть:III Учебное пособие К выполнению самостоятельной работы по химии студентами направлений подготовки 20.03.01; 21.03.01. Архангельск 2015 Рассмотрены и рекомендованы к изданию методической комиссией Института естественных наук и технологий ФГАОУ Северный (Арктический) Федеральный университет Имени М.В.Ломоносова Составитель: Доцент кафедры химических технологий - Л.В.Майер, Рецензенты: О.С.Бровко, ведущ. научн. сотр., канд. хим. наук, В.А.Рудакова, канд.техн.наук, ОАО «АЦБК» Химия. Учебное пособие. Часть:III/ Л.В. Майер. – Архангельск: Северный (Арктический) федеральный университет, 2015. – 119 с., иллюстр.9. Учебное пособие содержит теоретический материал по номенклатуре, способам получения, физическим и химическим свойствам основных классов органических соединений. В пособии приведены варианты заданий для самостоятельной работы студентов. Учебное пособие содержит необходимый справочный материал. Предназначены для студентов 1-го курса специальностей 20.03.01, 21.03.01. Ил.9, Табл. , Библиогр. назв.5. ВВЕДЕНИЕ Методическое пособие предназначено для студентов институтов комплексной безопасности и нефти и газа и содержит в сжатом виде сведения об основных классах органических соединений и задания для самостоятельной работы с примерами решения некоторых задач. 1. Предмет органической химии. Теория строения химических соединений А.М.Бутлерова Органической химией первоначально называлась химия веществ, полученных из организмов растений и животных. Термины «органическая химия» и «органическое вещество» введены в 1807 г. шведским химиком Й.Берцелиусом, с этого момента органическая химия была выделена в самостоятельную науку. До этого вещества классифицировали по источнику их получения, поэтому различали три химии: «растительную», «животную» и «минеральную». В органических веществах (получаемых из организмов растений и животных) обязательно содержится углерод и такие элементы как водород, кислород, азот, иногда фосфор и сера. Поэтому часто органическую химию называют химией соединений углерода. Немецкий химик К.Шорлеммер дал классическое определение этой науки: органическая химия-это химия углеводородов и их производных (т.е.соединений, которые могут быть получены на основе углеводородов). Органические вещества имеют ряд особенностей: 1.Многочосленность органических соединений (более 18 млн.) обусловлена способностью атомов углерода соединяться между собой, образуя длинные линейные и разветвленные цепи, замкнутые циклы. 2.Органические вещества горючи, при нагревании разлагаются, при горении обязательно образуют углекислый газ и воду. 3.В состав молекул органических веществ может входит большое число атомов, поэтому многие из них имеют огромные молекулярные массы. 4.Органичесике вещества можно объединить в ряды сходных по составу, строению и свойствам – гомологов. 5. Для органических веществ характерно явление изомерии – это явление существования разных веществ – изомеров с одинаковым составом, но различным строением, а, значит, и различными химическими свойствами. Фундаментальным законом в неорганической химии является Периодический закон и система химических элементов Д.И.Менделеева (1869г.), в органической химии таким законом служит теория строения органических соединений А.М. Бутлерова, предложенная Александром Михайловичем Бутлеровым в 1861 г. на съезде немецких врачей и естествоиспытателей в г.Шпейере в докладе «О химическом строении». Основные положения теории строения А.М.Бутлерова: 1.Атомы в молекулах соединяются в соответствии с их валентностью. Углерод во всех органических и в большинстве неорганических соединений четырехвалентен. 2.Свойства веществ зависят не только от их качественного и количественного состава, но и от строения их молекул. Это положение объясняет явление изомерии. 3. Свойства веществ зависят от взаимного влияния атомов в молекулах. 4. Химическое строение молекулы можно выразить при помощи структурной формулы, которая для данного вещества является единственной. В течении XX в. положения теории химического строения органических соединений были развиты на основе теории строения атома, теории химической связи, теории химических реакций и имеют универсальный характер. Основное положение современной теории можно сформулировать: Свойства веществ зависят не только от их химического строения, но также и от их электронного и пространственного строения. 1.1. Основы номенклатуры органических соединений Длительное время названия органических соединений отражали происхождение вещества (муравьиная, яблочная, винная кислоты, молочный сахар, винный и древесный спирты), способ его получения (пировиноградная кислота) или наиболее яркие его свойства (глицерин - от греческого сладкий). Эти случайные названия, известные как тривиальные, используются и сейчас, например, этин обычно называют ацетиленом, метановую кислоту – муравьиной кислотой. С увеличением числа известных органических соединений стали использовать рациональную номенклатуру, в которой все вещества рассматриваются как производные наиболее простого представителя класса (для непредельных углеводородов это метан, для непредельных – этилен и ацетилен): НСС - СН3 СН3 – СН=СН - СН3 СН3 – СО – С2Н5 метилацетилен диметилэтилен метилэтилкетон В настоящее время единой для всех органических веществ является международная или номенклатура ИЮПАК (систематическая или заместительная). Согласно этой номенклатуре: 1. В основе названия самая длинная углеродная цепь, в состав которой входит одна или несколько функциональных групп (-ОН,-СООН, -СНО, -NH2). 2. Нумерация цепи начинается с того конца цепи, к которому ближе боковой заместитель или наиболее «старшая» функциональная группа, старшинство которых определяется рядом: СООН СN CHO C=O OH SH NH2 3. В название включают обозначение двойной или тройной связи, суффикс –ан соответствует насыщенной цепи, -ен – двойной связи, -ин – тройной связи, положение кратной связи указывают цифрой в конце названия соединения. 1.2. Изомерия и ее виды Изомеры – это вещества, имеющие одинаковый состав, но разное химическое или пространственное строение, а значит и разные свойства. Основные виды изомерии: Структурная изомерия, при которой вещества различаются порядком связи атомов в молекулах: 1). изомерия углеродного скелета СН3 – СН2 – СН2 – СН3 СН3 – СН – СН3 СН3 н-бутан изобутан (2-метилпропан) 2). изомерия положения: изомерия положения кратных связей: СН3 – СН2 – СН=СН2 СН3 – СН=СН – СН3 бутен-1 бутен-2 изомерия положения заместителей: Cl H3C – CH2 – CH2 – Cl СН3 – СН – СН3 1-хлорпропан 2-хлорпропан изомерия положения функциональных групп: СН3 – СН2 – СН2 – СН2ОН СН3 – СН2 – СНОН – СН3 бутанол-1 бутанол-2 3). межклассовая изомерия: СН3 – СН=СН – СН3 СН2 – СН2 бутен-2 СН2 – СН2 циклобутан или через общие формулы: CnH2n CnH2n-2 алкены циклоалканы диены алкины Пространственная изомерия, при которой молекулы веществ имеют одинаковые заместители у каждого атома углерода, но отличаются их взаимным расположением в пространстве: 1). цис-транс-изомерия(геометрическая) характерна для соединений, содержащих двойную связь и циклических соединений: у цисизомеров заместители располагаются по одну сторону плоскости двойной связи или цикла, у транс-изомеров – по разные стороны. СН3 Н3 СН3 Н \ / \ / С=С С=С / \ / \ Н Н Н СН3 цис-бутен-2 транс-бутен-2 Н / СН3 СН2 С СН2 С СН3 Н Н Н СН2 С СН2 С СН3 СН3 цис-1,2-диметилциклобутан транс-1,2-диметилциклобутан 2). Оптическая изомерия возможна только в том случае, когда у атома углерода в молекуле четыре разных заместителя. Такой атом называется ассиметрическим (*С). Оптические изомеры являются зеркальным отображением друг друга, их невозможно совместить наложением так, чтобы они совпали, например -аланин, молочная кислота: СН3 – *СН – СООН NH2 2-аминопропановая кислота (-аланин) Н СН3 – *СН – СООН ОH 2-оксипропановая кислота (молочная кислота) Н *С – СН3 Н3С – *С НО СООН НООС ОН оптические изомеры молочной кислоты 1.3 Типы гибридизации атома углерода Электронное строение атома углерода в основном состоянии 1s 2s 2р2, на р-орбиталях 2-го уровня находятся два неспаренных элекетрона. Это позволяет атому углерода образовать по обменному механизму только две ковалентные связи. 2 2 Однако во всех органических соединениях углерод образует четыре ковалентные связи, что становится возможным в результате гибридизации атомных орбиталей. Гибридизация - это взаимодействие атомных орбиталей с близкими значениями энергии, сопровождающееся образованием новых 'гибридных' орбиталей. Гибридизация - процесс, требующий затрат энергии, но эти затраты с избытком компенсируются за счет энергии, выделяющейся при образовании большего числа ковалентных связей. образующиеся 'гибридные' орбитали имеют форму ассимметричной гантели и резко отличаются от исходных орбиталей атома углерода. Для атома углерода возможно три типа гибридизации: sр3гибридизация - взаимодействующие орбитали показаны синими стрелками: sр2-гибридизация: sр-гибридизация: Гибридные орбитали атома углерода способны участвовать в образовании только -связей, незатронутые гибридизацией р-орбитали образуют только -связи. Именно этой особенностью определяется пространственное строение молекул органических веществ. 2. Типы химических реакций в органической химии При химических реакциях происходит разрыв одних химических связей и образование других, в результате получаются вещества с новыми свойствами и строением. В реакциях неорганических веществ обычно участвуют ионы, поэтому они протекают с высокими скоростями. В органических реакциях участвуют молекулы, поэтому они идут медленно и требуют участия катализатора, повышения температуры или давления. Выход продукта 50-80%, одновременно идут побочные реакции, поэтому органические реакции записывают в виде схемы, в которой показывают исходные вещества и главный продукт реакции, условия ее проведения. 1. Реакции присоединения: из двух или нескольких молекул образуется одно вещество, в реакции присоединения вступают ненасыщенные соединения (алкены, алкины), реакции различаются в зависимости от присоединяемого реагента: 1). Гидрирование – присоединение водорода: Ni, t СН2=СН2 + Н2 СН3 – СН3 этен этан 2). Гидратация – присоединение воды: H3PO4, t СН2=СН2 + Н2O СН3 – СН2OH этен этанол 3). Галогенирование – присоединение галогена: СН2=СН2 + Cl2 СН2Cl– СН2Cl этен 1,2 - дихлорэтан 4). Полимеризация – соединение множества молекул низкомолекулярного вещества (мономера) в крупные молекулы (макромолекулы) полимера: УФ nСН2=СН2 (…– СН2 – СН2–…)n этен полиэтилен 2. Реакции замещения: в молекуле один атом ( или группа атомов) замещается другим атомом (или группой атомов): СН4 + Cl2 СН3Cl + НCl метан хлорметан 3. Реакции отщепления (элиминирования): в результате реакции образуется новое вещество, содержащее кратную связь: 1). Отщепление галогеноводорода: С2Н5ОН CH3 – CH2Br + NaOH СН2=СН2 + NaBr + H2O бромэтан этен 2). Дегидрирование - отщепление водорода: 400-600 OC, Al2O3 СН3 – СН3 СН2=СН2 + Н2 этан этен 3). Дегидратация – отщепление воды: 170OC, H2SO4 СН3 – СН2OH СН2=СН2 + H2O этанол этен 4). Крекинг – термическое расщепление алканов: 500OC СН3 – СН2 – СН2 – СН2 – СН3 CН3 – СН2 – СН3 + СН2=СН2 пентан пропан этен 4. Реакции изомеризации: из молекул одного вещества образуются молекулы другого вещества с той же молекулярной формулой, другого строения: AlCl3,t СН3 – СН2 – СН2 – СН2 – СН3 CН3 – CH – СН2 – СН3 СН3 н-пентан 2-метилбутан (изопентан) 3. АЛКАНЫ (парафины, предельные углеводороды) Алканы (парафины) – это алифатические (нециклические) предельные углеводороды, в которых атомы углерода связаны друг с другом простыми (одинарными) связями. 3.1. Гомологический ряд алканов Алканы имеют общую формулу CnH2n+2. метан С8Н18 октан С15Н32 этан С9Н20 нонан С16Н34 пропан С10Н22 декан С17Н36 бутан С11Н24 ундекан С20Н42 пентан С12Н26 додекан С25Н52 гексан С13Н28 тридекан С30Н62 гептан С14Н30 тетрадекан СН4 С2Н6 С3Н8 С4Н10 С5Н12 С6Н14 С7Н16 пентадекан гексадекан гептадекан эйкозан пентакозан триаконтан Каждый последующий член этого ряда отличается от предыдущего на группу СН2. Эта группа называется гомологической разностью. Вещества, сходные по химическим свойствам, состав которых отличается на целое число групп СН2, называются гомологами. Совокупность гомологов составляет гомологический ряд. Простейший представитель и родоначальник алканов - метан СН4. 3.2. Номенклатура алканов Согласно систематической номенклатуре, названия предельных углеводородов составляют по следующим правилам: 1. Выбирают наиболее длинную - главную цепь атомов углерода в молекуле 2. Нумеруют атомы углерода в главной углеродной цепи, начиная с того конца, к которому ближе расположены разветвления (радикалы). 3. Углеводород называют в таком порядке: сначала указывают цифрой место расположения заместителя, затем называют этот заместитель, в конце добавляют название главной цепи. 4. Если несколько заместителей находится на равных расстояниях от конца цепи, то нумерацию начинают с более разветвлённого конца. 5. Если разветвлённость обоих концов одинакова и заместители находятся на одинаковых расстояниях от конца цепи, то их перечисляют в алфавитном порядке. 3 4 5 6 СН3 – СН – СН2 – СН2 – СН – СН2 – СН3 2 7 8 СН2 9 СН2 – СН2 – СН3 3-метил-6-этилнонан 1 СН3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 СН3 – СН2 – СН – СН2 – СН2 – СН – СН2 – СН2 – СН3 СН3 СН3 3,6-диметилнонан 6 5 4 3 2 1 СН3 – СН – СН2 – СН – СН – СН3 СН3 1 2 СН3 СН3 2,3,5-триметилгексан 3 4 5 6 СН3 – СН 2 – СН – СН – СН2 – СН3 СН3 С2Н5 3-метил-4-этилгексан Для названия предельных углеводородов применяют в основном систематическую и рациональную номенклатуры. Общее (родовое) название предельных углеводородов — алканы. Названия первых четырех членов гомологического ряда метана тривиальные: метан, этан, пропан, бутан. Начиная с пятого названия образованы от греческих числительных с добавлением суффикса – ан. Для простейших углеводородов изостроения сохраняются их несистематические названия: изобутан, изопентан, неопентан. По рациональной номенклатуре алканы рассматривают как производные простейшего углеводорода — метана, в молекуле которого один или несколько водородных атомов замещены на радикалы. Эти заместители (радикалы) называют по старшинству (от менее сложных к более сложным). Если эти заместители одинаковые, то указывают их количество. В основу названия включают слово "метан": CH3 │ H3C—C—CH3 │ CH3 C2H5 │ H3C—CH—CH—CH3 | CH3 тетраметилметан (2,2-диметилпропан) метилэтилизопропилметан (2,3-диметилпентан) Свою номенклатуру имеют и радикалы (углеводородные радикалы). Одновалентные радикалы называют алкилами и обозначают буквой R или Alk. Их общая формула CnH2n+ 1 . Названия радикалов составляют из названий соответствующих углеводородов заменой суффикса -ан на суффикс -ил (метан — метил, этан —этил, пропан — пропил и т.д.). Двухвалентные радикалы называют, заменяя суффикс -ан на илиден (исключение - радикал метилен ==СН2). Трехвалентные радикалы имеют суффикс -илидин (исключение радикал метин ==СН). В таблице 2 приведены названия первых пяти углеводородов, их радикалов, возможных изомеров и соответствующие им формулы. Таблица 2. Формула углеводорода Название радикала углеводорода радикала метан метил этан этил пропил изопропил пропан н-бутан н-бутил метилпропан (изо-бутан) метилпропил (изо-бутил) трет-бутил н-пентан н-пентил метилбутан (изопентан) метилбутил (изопентил) диметилпропан диметилпропил (неопентан) (неопентил) 3.3. Изомерия алканов Для алканов характерна структурная изомерия (изомерия углеродного скелета). Она обусловлена возможностью разветвления углеродной цепи. Углеводород с неразветвлённой цепью называется нормальным изомером. В алканах с разветвлённой цепью заместители (боковые цепи) могут занимать разное положение относительно главной цепи. Такие вещества называются структурными изомерами. СН3 – СН2 – СН2 – СН3 нормальный бутан СН3 – СН – СН3 СН3 изобутан СН3 – СН2 – СН2 – СН2 – СН2 – СН3 н-гексан СН3 – СН – СН2 – СН2 – СН3 СН3 2-метилпентан СН3 – СН2 – СН – СН2 – СН3 СН3 3-метилпентан СН3 * СН3 – СН – СН – СН3 **** СН3 ** *** СН3 – С – СН2 – СН2– СН– СН3 СН3 СН3 СН3 2,3-диметилбутан 2,2,5-триметилгексан Как видно из структурных формул изомеров, атомы углерода могут быть соединены с разным числом других атомов углерода. В зависимости от этого различают первичные (*С), вторичные (**С), третичные (***С) и четвертичные (****С) углеродные атомы. Если от молекулы углеводорода отщепить один или несколько атомов водорода, то образуется углеводородный радикал. Названия радикалов происходят от названий соответствующих алканов с заменой окончания –ан на –ил: (СН3 –) метил (СН3 – СН2 – СН2 –) н-пропил (СН3 – СН2 – СН2 – СН2 –) н-бутил СН3 СН3 СН- изопропил СН – СН2 – изобутил СН3 СН3 3.4. Получение алканов В промышленности алканы получают путём выделения их из природного газа, из нефти и сопутствующих ей нефтяных газов. Главной частью горючих природных газов, а также рудничного газа является метан (98%). Попутные нефтяные газы состоят в основном из этана, пропана, бутана и частично пентана. Их отделяют от нефти на газоконденсатных станциях. Одновременно с газами нефть очищается от воды, грязи и песка, после чего транспортируется по трубам. Из нефти при ее разгонке (перегонке, дистилляции) отбирают последовательно по температуре кипения и получают следующие фракции: Бензины – т.кип. от 40 до 180 0С (содержат углеводороды С5-С10), состоят более чем из 100 нормальных и разветвленных алканов, циклоалканов, алкенов и ароматических углеводородов; керосин - т.кип. от 180 до 230 0С (содержат углеводороды С11-С12); легкий газойль (дизельное топливо) - т.кип. от 230 до 305 0С (содержат углеводороды С13-С17); тяжелый газойль и легкий дистиллят смазочного масла - т.кип. от 305 до 405 0С (содержат углеводороды С18-С25); смазочные масла - т.кип. от 405 до 515 0С (содержат углеводороды С26-С38); остаток после перегонки нейти называется асфальтом или битумом. 1. Гидрирование углей при высокой температуре, гидрирование окиси или двуокиси углерода в присутствии катализаторов (Fe, Co, Ni): t С + 2H2 CH4 n C + (n+1) H2 → CnH2n+2 n CO + (2n+1) H2 → CnH2n+2 + n H2O 2. Промышленный способ получения алканов из синтез-газа (СО+Н2): o 200 C nCO + (2n+1)H2 CnH2n+2 + nH2O кат. 3.Синтез Вюрца. В лабораторных условиях алканы можно получить действием металлического натрия на галогенпроизводные углеводородов: СН3 – СН 2Cl + 2Na СН3 – СН 2 – СН2 – СН3 + 2NaCl СН3 – СН 2Cl бутан хлорэтан Метод позволяет получать углеводороды с более длинной цепочкой. Реакция, на которой основан синтез Вюрца, хорошо протекает только с галогеналканами, в молекулах которых атом галогена присоединён к первичному атому углерода. Реакцию Вюрца лучше использовать для получения более крупных углеводородов из одного галогеналкана, так как при использовании различных галогеналканов получается смесь алканов, трудноразделимая в лабораторных условиях. 4. Гидрирование непредельных углеводородов (присоединение водорода). Реакция протекает в присутствии катализаторов гидрирования (Pt, Pd, Ni). Присоединение водорода происходит по месту разрыва двойной связи: Pt СН3 – СН 2 – СН = СН2 + H2 СН3 – СН 2 – СН2 – СН3 бутен –1 н-бутан Pt СН СН + 2H2 СН3 – СН3 ацетилен этан 5. Декарбоксилирование натриевых солей карбоновых кислот. Реакция проводится путём сплавления солей карбоновых кислот со щелочами: t СН3CООNa+ NaO H СН4 + Na2CO3 ацетат натрия метан 6. Гидролиз карбидов. Карбидами называются соединения металлов с углеродом (CaC2 – карбид кальция, Al4C3 - карбид алюминия). При действии воды на карбид алюминия образуется метан и гидроксид алюминия: Al4C3 + 12H2O 3CH4 +4Al(OH)3 3.5. Свойства алканов При обычных условиях метан, этан, пропан, бутан и его изомеры – бесцветные газы. Неразветвлённые алканы, начиная с С5 и до С17 – жидкости, С17 и далее – твёрдые вещества. Все алканы мало растворимы в воде. Алканы – химически инертные вещества, что объясняется прочностью связей углерод-углерод и углерод-водород. Все атомы углерода в молекулах алканов находятся в состоянии sp3- гибридизации. Вокруг одинарной углерод-углеродной связи возможно практически свободное вращение, и молекулы могут приобретать самую разнообразную форму. Все связи в молекулах алканов одинарные. Перекрывание происходит по оси, соединяющей ядра атомов, т.е. это -связи. Связи углерод-углерод неполярные. Связи углерод-водород слабополярные, т.к. электронная плотность смещена в сторону более электроотрицательного атома углерода. Реакции с участием алканов, как правило, инициируются высокой температурой, электромагнитным излучением или катализаторами. 3.5.1. Реакции замещения Наиболее характерными реакциями алканов являются реакции свободнорадикального замещения. В ходе этих реакций атом водорода замещается на атом галогена или какую-либо группу. Механизм реакций свободнорадикального замещения представляют тремя основными стадиями: 1. Инициирование – зарождение цепи, образование свободных радикалов (активных частиц) под действием источника энергии – УФоблучения, нагревания. 2. Развитие цепи – цепь последовательных взаимодействий свободных радикалов и неактивных молекул, в результате которых образуются новые радикалы и новые молекулы. 3. Обрыв цепи – объединение свободных радикалов в неактивные молекулы, прекращение развития цепи реакций. 1. Реакции галогенирования (замещения водорода на галоген). Алканы могут реагировать с хлором, бромом, если реакция инициируется светом. h CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl хлорметан На свету происходит гомолитический разрыв молекул хлора с образованием радикалов. Свободные радикалы – это молекулы или ионы, имеющие неподеленный электрон на внешней оболочке, благодаря чему радикалы проявляют в реакцих высокую химическую активность: Cl2 2Cl Образовавшиеся свободные радикалы взаимодействуют с молекулами метана, «отрывая» у них атом водорода, и превращая в радикалы CH3: CH4 + Cl CH3 + HCl Радикалы CH3, в свою очередь, сталкиваются с молекулами хлора и разрушают их с образованием новых радикалов: CH3 + Cl2 CH3 Cl + Cl Происходит развитие цепи. Наряду с образованием радикалов происходит их «гибель» в результате процесса рекомбинации – образования неактивной молекулы из двух радикалов: Cl + CH3 CH3Cl Cl + Cl Cl2 CH3 + CH3 CH3 – CH3 В результате рекомбинации образуется побочный продукт – молекула этана. В реакционной смеси, полученной при хлорировании метана, наряду с хлорметаном (CH3Cl) и хлороводородом, будут содержаться дихлорметан (CH2Cl2), трихлорметан или хлороформ (CHCl3), тетрахлорметан или четырёххлористый углерод (CCl4), а также этан и продукты его хлорирования. В реакции замещения наиболее легко вступают третичные атомы углерода, затем вторичные, затем первичные. h CH3 – CH2 – CH3 + Cl2 CH3 – CHCl – CH3 + HCl пропан 2-хлорпропан 2. Реакции нитрования (замещения водорода на нитрогруппу NO2). Алканы вступают в реакцию с азотной кислотой при нагревании (реакция Коновалова): o t=120 C CH4 + HОNO2 CH3NO2 + H2O нитрометан Нитрование также можно проводить оксидами азота. 3. Реакции сульфирования (замещения водорода на сульфогруппу – SO3H). Алканы вступают в реакцию с серной кислотой при нагревании: o t=120 C CH3 – CH2 – CH3 + HОSO3H CH3 – CH – CH3 + H2O пропан SO3H 2-пропансульфокислота 3.5.2. Реакции окисления 1. Горение. Алканы сгорают на воздухе с выделением большого количества теплоты: CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O На реакции горения алканов основано их применение в качестве топлива. 2. Каталитическое окисление. (катализатор – соединения Mn). Реакция окисления алканов широко используются в промышленности для получения альдегидов, кетонов, спиртов, например при каталитическом окислении метана получают метиловый спирт (метанол): Кат. CH4 + [O] CH3OH метиловый спирт [O] CH3 – СН2 – СН2 – СН3 2CH3 – СОOH + Н2О Уксусная кислота Кат. 3.5.3. Взаимодействие с водяным паром При высокой температуре (800оС) происходит конверсия метана с водяным паром: CH4 + H2O CO + 3H2 Реакция протекает в присутствии катализатора. Её продуктом является синтез-газ – смесь оксида углерода (II) с водородом. Синтез-газ широко используется в органическом синтезе. 3.5.4. Крекинг Крекинг – это расщепление молекул органических соединений с разрывом углерод-углеродных связей под действием высоких температур (более 400оС). При крекинге образуются алканы с меньшим числом атомов углерода. СН3 – СН 2 – СН2 – СН3 CH4 + СН2 = СН – СН3 бутан метан пропен 3.5.5. Дегидрирование (отщепление водорода) При пропускании алканов над катализаторами (Pt, Ni, Al2O3, Cr2O3) при высокой температуре (400-600oC) происходит отщепление двух атомов водорода и образование алкена: t, кат. СН2 –СН2 СН2 = СН2 + Н2 этен Н Н этан 3.5.6. Ароматизация Алканы с шестью или более атомами углерода в цепи в присутствии катализатора циклизуются с образованием бензола и его производных: кат. СН3 – СН 2 – СН2 – СН 2 – СН2 – СН3 гексан + H2 бензол СН3 кат. СН3 – СН 2 – СН2 – СН 2 – СН2 – СН2 – СН3 гептан + 4H2 толуол 3.5.7. Применение алканов Газообразные алканы (метан и пропан-бутановая смесь) используются в качестве топлива. Жидкие углеводороды составляют значительную часть в моторных и ракетных топливах и используются в качестве растворителей. Вазелиновое масло (смесь жидких углеводородов с числом атомов углерода до 15) – прозрачная жидкость без запаха и вкуса, используется в медицине, парфюмерии и косметике. Вазелин (смесь жидких и твердых предельных углеводородов с числом углеродных атомов до 25) применяется для приготовления медицинских мазей. Парафин (смесь твердых алканов С19-С35) – белая твердая масса без запаха и вкуса (т.пл.50-700С) – применяется для изготовления свечей, пропитки спичек и упаковочной бумаги, для тепловых процедур в медицине. Служит сырьем при получении органических кислот и спиртов, моющих средств и поверхностно-активных веществ. Нормальные предельные углеводороды средней молекулярной массы используются как питательный субстрат в микробиологическом синтезе белка из нефти. Галогенпроизводные алканов используются как растворители, хладагенты и сырье для дальнейших синтезов. В нефтехимической промышленности предельные углеводороды являются базой для получения разнообразных органических соединений, служат сырьем в процессах получения полупродуктов для производства пластмасс, каучуков, синтетических волокон, моющих средств и др. 4. АЛКЕНЫ (Олефины, этиленовые углеводороды) Непредельные (ненасыщенные углеводороды) содержат в молекулах кратные связи и меньше атомов водорода, чем соответствующие предельные углеводороды. К ним относятся алкены, алкины, алкадиены, циклоалкены. Алкены – углеводороды, в молекулах которых имеется одна двойная связь между атомами углерода: С=С 4.1. Гомологический ряд алкенов Алкены образуют свой гомологический ряд с общей формулой CnH2n. Простейшим представителем этого ряда, его родоначальником является этен (этилен) С2Н4. По его названию гомологический ряд алкенов называют еще этиленовыми углеводородами. С2Н4, СН2 = СН2 Н Н С=С Н Н бруттоформула С2Н4 С3Н6 С4Н8 структурная формула СН2 = СН2 СН3 – СН = СН2 СН2 = СН – СН2 – СН3 СН3 – СН = СН – СН3 СН2 = СН – СН3 название этен (этилен) пропен (пропилен) бутен-1 (бутилен) бутен-2 изобутен (2метилпропен) СН3 С5Н10 СН3 – СН2 – СН2 – СН = СН2 пентен-1 (амилен) Для названия алкенов суффикс –ан в названии алкана замещается на –ен. В названиях алкенов атомы углерода нумеруются, начиная с того конца главной цепи, к которому ближе расположена двойная связь. Цифру, указывающую положение двойной связи, обычно ставят после названия цепи, например пентен-1, пентен-2 и т.д. Остальной порядок составления названия такой же, как у алканов: СН – СН3 ║ СН3 – СН2 – С – СН3 3-метилпентен-2 СН3 – С = СН – СН2 – СН – СН3 СН3 СН3 2,5-диметилгексен-2 В названиях алкенов простого строения часто используют окончания – илен: этен-этилен, пропен-пропилен и т.д. Непредельные углеводородные радикалы алкенов называют, добавляя окончание -енил: (СН2 = СН –) – этенил (винил) (СН2 = СН – СН2 –) – пропенил (аллил) 4.2. Изомерия Для алкенов характерна структурная, пространственная и межклассовая изомерия. 1.Структурная изомерия связана с различным положением двойной связи в углеводородной цепи и с разветвлённостью цепи. Например, бутен имеет изомеры: СН2 = СН – СН2 – СН3 СН3 – СН = СН – СН3 СН2 = С – СН3 бутен-1 бутен-2 СН3 2-метилпропен-1 2. Пространственная изомерия (цис-транс- изомерия) обусловлена разным положением заместителей относительно плоскости, в которой расположены двойные связи: Н3С СН3 Н3С Н С=С С=С Н Н Н СН3 цис – бутен-2 транс – бутен-2 Цис- и транс-изомеры различаются по свойствам. Так как энергия -связи достаточно велика, то взаимное превращение цис- и трансизомеров происходит лишь под влиянием жёстких воздействий. 3. Межклассовая изомерия. Алкены изомерны циклоалканам, например: СН2= СН – СН2 – СН2 – СН2 – СН3 гексен-1 циклогексан 4.3. Способы получения алкенов 1.Дегидратация спиртов. Дегидратация спиртов (отщепление воды) в присутствии водоотнимающих реагентов (серной кислоты, фосфорной кислоты, оксида алюминия, хлорида цинка) является лабораторным способом получения этилена и его гомологов: СН3 – СН2OН этанол H2SO4, t CН2 = СН2 + H2O этен (этилен) При дегидратации спиртов более сложного строения действует правило Зайцева: водород отщепляется от наименее гидрированного атома (связанного с наименьшим количеством водорода): СН3 СН3 СН3 – СН2 – СН – С – СН3 СН3 – СН2 – СН = С – СН3 + H2O ОН Н 2-метилпентанол-3 2-метилпентен-2 2. Получение алкенов из галогенпроизводных алканов. а) Из моногалогенпроизводных алкены получают, действуя на них спиртовым раствором щёлочи: СН3 – СН2Cl + KOH хлорэтан С2Н5OН СН2 = СН2 + KCl + H2O этен (этилен) б) Из дигалогенпроизводных алкены получают, действуя на них цинком: СН3 – СН2 – СН – С – СН3 + Zn СН3 – СН2 – СН = СH – СН3 + ZnBr2 пентен-2 Br Br 2,3-дибромпентан в) Из двух молекул дигалогенпроизводных алкены получают, действуя на них цинком: СН3 – СНCl2 + 2Zn СН3 – СН = СH – СН3 + 2ZnCl2 СН3 – СНCl2 бутен-2 дихлорэтан 3. Дегидрирование алканов. Дегидрирование алканов в присутствии катализатора (Pt, Ni, Al2O3, Cr2O3) при температуре 400-600оС – один из промышленных способов получения алкенов: Pt, toC CnH2n+2 CnH2n + Н2 СН3 – СН2 – СН2 – СН3 СН2 = СН – СН2 – СН3 бутен-1 бутан СН3 – СН = СН – СН3 бутен-2 4. Крекинг нефтепродуктов. Другой промышленный способ получения алкенов – крекинг нефтепродуктов: СН2 = СН2 + СН4 СН3 – СН 2 – СН3 СН3 – СН = СН2 +Н2 этилен метан пропан пропилен 4.4. Свойства алкенов При обычных условиях этен, пропен и бутены – бесцветные газы. Неразветвлённые алкены, начиная с С5 и до С18 - жидкости, С19 и далее – твёрдые вещества. Все алкены мало растворимы в воде, хорошо растворяются в органических растворителях. С увеличением молекулярной массы повышаются температуры плавления и кипения алкенов. При образовании молекулы этилена имеет место sp2-гибридизация, при которой в атоме углерода, находящемся в возбуждённом состоянии (С*1s22s12p3), гибридизации могут подвергаться не все, а только три орбитали внешнего уровня: одна s и две р-орбитали. Третья р-орбиталь с неспаренным электроном остаётся в неизменном виде. При образовании молекулы этилена гибридные орбитали каждого атома углерода перекрываются с двумя s-орбиталями атомов водорода и друг с другом. Электроны, находящиеся на этих орбиталях образуют -связи (рис. 2). При сближении двух атомов углерода происходит также взаимодействие негибридизированных р-орбиталей путём бокового перекрывания. Электроны, находящиеся на этих орбиталях, образуют -связь : Таким образом, двойная связь в молекуле этилена состоит из одной - и одной -связи. Алкены проявляют большую реакционную способность, чем алканы, что обусловлено наличием в их молекулах двойных связей. Алкены способны вступать в реакции присоединения за счёт разрыва связей. Кроме того, -связь под действием окислителей разрушается легче, чем -связь, поэтому алкены легко окисляются, проявляя восстановительные свойства в окислительно-восстановительных реакциях. Рис.2. 4.4.1. Реакции присоединения Отличительной чертой представителей непредельных углеводородов является их способность вступать в реакции электрофильного присоединения. Электрофильные реакции – это реакции, протекающие под действием электрофилов – частиц, имеющих недостаток электронной плотности, например незаполненную орбиталь. Например, катион водорода, не имеющий ни одного электрона: Н – 1е H+ Атомы углерода, между которыми имеется двойная связь, находится в состоянии sp2-гибридизации. Негибридизованные р-орбитали соседних атомов углерода перекрываются, образуя -связь, которая легко поляризуется под действием внешнего электрического поля. При приближении положительно заряженной частицы электроны -связи смещаются в её сторону, образуя -комплекс. Н Н С=С Н Н + H Затем происходит полное смещение электронной пары -связи к одному из атомов углерода, что приводит к появлению на нём неподелённой электронной пары. Орбиталь атома углерода, на которой находится эта пара, и незаполненная орбиталь катиона водорода перекрываются. Образуется ковалентная связь по донорно-акцепторному механизму. У второго атома углерода при этом остаётся незаполненная орбиталь, т.е. положительный заряд: СН2+ – СН3 карбокатион Карбокатион может взаимодействовать с частицей, имеющей неподелённую электронную пару (нуклеофилом). Примером реакции электрофильного присоединения является реакция гидрогалогенирования (присоединения галогеноводородов) 1. Присоединение галогеноводородов Галогеноводороды легко присоединяются к алкенам: СН2 = СН2 + HBr СН3 – СН2Br этен бромэтан Реакция начинается с образования электрофильной частицы – катиона водорода: HBr H+ + BrКатион водорода взаимодействует с двойной связью, образуя -комплекс, который преобразуется в карбокатион: СН2 = СН2 + H+ СН2 = СН2 СН3 – СН2+ H+ Карбокатион реагирует с нуклеофилом – бромид-ионом, образуя молекулу бромэтана: СН2+ – СН3 + Br- СН3 – СН2Br Присоединение галогеноводородов к гомологам этилена происходит по правилу Марковникова: Атом водорода галогеноводородов и других несимметричных водородных соединений присоединяется к наиболее гидрированному атому углерода при двойной связи (т.е. к атому углерода, который связан с большим числом атомов водорода). СН3 – СН = СН2 + HBr CH3 – CHBr – CH3 2-бромпропан 2. Гидрирование (присоединение водорода) Присоединяя водород, алкены переходят в алканы: t, Pt (Pd, Ni) CnH2n + Н2 CnH2n+2 t, Pt (Pd, Ni) СН2 = СН2 + Н2 СН3 – СН3 этен этан 3. Реакции галогенирования (присоединение галогена). Алкены легко присоединяют галогены, особенно хлор и бром. Присоединение происходит симметрично относительно двойной связи: R – СН = СН – R’ +X2 R – СН – СН – R’ X X СН2 = СН2 + Br2 СН2Br – СН2Br этен 1,2-дибромэтан На этой реакции основано качественное определение непредельных соединений: бромная вода при пропускании через неё алкенов обесцвечивается. 4. Гидратация (присоединение воды). При гидратации алкенов образуются спирты. Присоединение воды происходит согласно правилу Марковникова в присутствии катализаторов (H3PO4, H2SO4, ZnCl2, Al2O3) при повышенной температуре: t, кат. СН3 – СН = СН2 + H2O СН3 – СНOH – СН3 пропен пропанол-2 5. Алкилирование (присоединение алканов). Алкены могут присоединять предельные углеводороды с образованием высших алканов. Реакции алкилирования протекают в присутствии катализаторов (AlCl3, AlBr3, HF, H2SO4). СН3 – СН 2 – СН2 – СН2 – СН3 пентан СН2 = СН2 + СН3 – СН 2 – СН3 этен пропан СН3 – СН 2 – СН – СН3 2-метилбутан СН3 6. Сульфирование (присоединение серной кислоты) В результате взаимодействия алкенов с серной образуются алкилсульфаты: R – СН = СН2 + H - OSO3H R – СН – СН3 OSO3H При взаимодействии алкилсульфатов с водой образуются спирты: R – СН – СН3 + H2O R – СН – СН3 + H2SO4 OSO3H ОН 4.4.2. Реакции окисления кислотой Алкены легко окисляются. Характер окисления зависит от строения алкенов, вида окислителя и условий окисления. 1. Окисление в мягких условиях. Перманганат калия в нейтральной или слабощелочной средах окисляет алкены с разрывом -связи. При этом образуются гликоли – двухатомные спирты. V, [O] R – СН = СН2 R – СН – СН2 KMnO4 OH OH V, [O] СН2 = СН2 +[O] +H2O СН2OH – СН2OH KMnO4 этен этандиол (этиленгликоль) V, [O] СН2 = СН – СН3 +[O] +H2O СН2OH – СНOH – СН3 KMnO4 пропен пропандиол Эта реакция служит для качественного определения алкенов. 2. Окисление в жёстких условиях. Сильные окислители (перманганат калия или дихромат калия в присутствии серной кислоты) окисляют алкены с полным разрывом молекулы по месту двойной связи. Если углеродная цепь линейная, то в результате реакции образуются две кислоты: СН3 – СН = СН2 + 4[O] катализатор, t СН3 – СOOН + HCOOH 1-пропен уксусная муравьиная кислота кислота Если углеродная цепь разветвлённая, то в результате реакции образуются кетон и кислота: кат СН3 – С = СН – СН3 + [O] СН3 – СOOН + СН3 – С – СН3 уксусная СН3 кислота O 2-метил-2-бутен пропанон (ацетон) Если углеродная цепь имеет два боковых ответвления по обе стороны двойной связи, то в результате реакции образуются два кетона: кат СН3 – С = С – СН2 – СН3 + [O] СН3 – С – СН3 + СН3 – СН2 – С – СН3 СН3 СН3 2,3-диметил-2-пентен O О пропанон бутанон-2 (ацетон) При высокотемпературном окислении алкенов в кислороде или на воздухе они сгорают: СН2 = СН2 + 3O2 2CO2 + 2H2O этен 4.4.3. Полимеризация алкенов Непредельные углеводороды легко вступают в реакции полимеризации. Полимеризация – это реакция соединения одинаковых молекул (мономеров) с образованием нового вещества с большой молекулярной массой - полимеров. При полимеризации этилена происходит разрыв -связей в молекулах под действием света, излучения, химических веществ. Образовавшиеся частицы взаимодействуют друг с другом: СН2 = СН2 + СН2 = СН2 + СН2 = СН2 + ... - СН2 – СН2- + -СН2 – СН2- + -СН2 – СН2- + ... - СН2 – СН2 – СН2 – СН2 – СН2 – СН2- ... (-СН2 – СН2 –)n полиэтилен nСН = СН2 -СН – СН2СН3 СН3 n Полипропилен 5. АЛКАДИЕНЫ Алкадиены – углеводороды, в молекулах которых имеется две двойные связи между атомами углерода. 5.1. Гомологический ряд алкадиенов. Изомерия Общая формула алкадиенов CnH2n-2, где n=3,4,5... Следовательно, любой алкадиен является изомером алкина (см. главу 4 «Алкины») с тем же числом атомов углерода. СН2 = С = СН2 СН2 = СH – СН = СН2 СН2 = С – СН = СН2 пропадиен-1,2 бутадиен-1,3 СН3 2-метилбутадиен-1,3 В зависимости от положения двойных связей, различают следующие виды алкадиенов: алкадиены с кумулированными связями (СН2 = С = СН2) алкадиены с сопряжёнными связями (СН2 = СH – СН = СН2) алкадиены с изолированными связями (СН2 = СH – СН2 – СН = СH2) 5.2. Свойства алкадиенов 1. Гидрирование и галогенирование. Алкадиены могут присоединять водород и галогены. В диенах, содержащих изолированные двойные связи присоединение идёт независимо к каждой из двойных связей. При этом могут присоединяться две молекулы реагента: СН2=СH–СН2–СН2–СН=СH2+2Br2 СН2Br–СHBr–СН2–СН2–СНBr–СH2Br гексадиен-1,5 1,2,5,6-тетрабромгексан Диеновые углеводороды с сопряжёнными двойными связями присоединяют атомы водорода или галогена в 1,2- или 1,4- положения. Преобладает 1,4-присоединение, при этом образуется новая двойная связь между углеродными атомами: 1 2 3 4 СН3 – СH = СН – СН3 1,4-присоединение СН2=СH–СН=СН2 + Н2 СН3 – СH2 – СН = СН2 1,2-присоединение СН2Br–СH = СН–СН2Br 1,4-присоединение СН2=СH–СН=СН2 + Br2 СН2Br–СHBr–СН=СН2 1,2-присоединение При избытке галогена происходит галогенирование и второй двойной связи. Полное гидрирование бутадиена-1,3 до алкана протекает в присутствии никелевого катализатора. 2. Гидрогалогенирование (присоединение галогеноводородов) Присоединение хлороводорода к бутадиену-1,3 приводит к образованию продуктов 1,2 и 1,4-присоединения: 1 2 3 4 СН3–СH=СН–СН2Cl 1,4-присоединение СН2=СH–СН=СН2 СН3–СHCl–СН=СН2 1,2-присоединение 5.3. Отдельные представители Наибольшее практическое значение имеют алкадиены с сопряжёнными двойными связями. Типичными их представителями являются бутадиен-1,3 (дивинил) и 2-метилбутадиен-1,3 (изопрен). Бутадиен 1,3 (дивинил) – бесцветный газ, практически нерастворим в воде. В промышленности его получают дегидрированием бутана в присутствии катализаторов: Cr2O3, Al2O3 СН3 – СH2 – СН2 – СН3 СН2 = СH – СН = СН2 + Н2 бутан бутадиен-1,3 Другим способом получения бутадиена-1,3 является каталитическая дегидратация и дегидрирование этилового спирта (реакция Лебедева): MgO, ZnO 2СН3 – СH2OН СН2 = СH – СН = СН2 + Н2 + 2Н2O этиловый спирт бутадиен-1,3 Бутадиен-1,3 используется для получения синтетического каучука. Синтетический каучук получают путём полимеризации бутадиена-1,3 в присутствии металлического натрия: Na СН2 = СH – СН = СН2 (-СН2 – СH = СН – СН2-)n бутадиен-1,3 бутадиеновый каучук (полибутадиен) Изопрен (2-метилбутадиен-1,3) получают дегидрированием 2метилбутана в присутствии катализаторов: СН3 – СH – СН2 – СН3 Cr2O3, Al2O3 СН2 = С – СН = СН2 + 2Н2 СН3 СН3 2-метилбутан изопрен Изопрен используется для получения синтетического каучука. Синтетический каучук получают путём полимеризации бутадиена-1,3 в присутствии металлического натрия: nСН2 = С –СН = СН2 -СН2 – С = СН – СН2- n СН3 СН3 изопреновый каучук (полиизопрен) 6. АЛКИНЫ (Ацетиленовые углеводороды) Алкины – углеводороды, в молекулах которых имеется одна тройная связь между атомами углерода. 6.1 Гомологический ряд алкинов Простейшим алкином является этин (ацетилен): НССН Общая формула алкинов CnH2n-2. С2Н2 этин (ацетилен) С3Н4 пропин С4Н6 бутин С5Н8 пентин С6Н10 гексин С7Н12 гептин 6.2 Изомерия. Номенклатура. 1. Изомерия положения тройной связи. Наблюдается у алкинов, начиная с бутина: НС С – СН2 – СН3 СН3 – С С – СН3 бутин-1 бутин-2 2. Изомерия углеродного скелета. Возможна у алкинов, начиная с пентина: НС С – СН2 – СН2 – СН3 НС С – СН – СН3 пентин-1 СН3 3-метилбутин-1 3. Межклассовая изомерия. Алкины изомерны алкадиенам так как имеют общую формулу CnH2n-2. Так как тройная связь предполагает линейное строение углеродной цепи, пространственная (цис-транс-) изомерия невозможна. Наличие тройной связи в алкинах отражается окончанием –ин, а её положение в цепи номером атома углерода: СН3 СН3 СН3 – С – CН – С ≡ С – СН3 СН3 4,5,5-триметилгексин-2 6.3 Получение алкинов 1. Реакция разложения карбида кальция водой: Карбид кальция СaС2 получают прокаливанием смеси угля и негашёной извести в электропечи: 2500oC 3С + CaO СaС2 + СO Далее карбид кальция разлагается водой с выделение ацетилена: СaС2 + 2H2O НССН + Сa(OН)2 карбид ацетилен кальция 2. Термическое разложение природного газа и нефтепродуктов (крекинг). 1500 oC 2СН4 НССН +3Н2 1200 oC С2Н6 НССН +2Н2 3. Получение гомологов ацетилена из дигалогенпроизводных алканов. Реакция проводится действием на них спиртовым раствором щёлочи: С2Н5ОН СН3 – СНCl – CН2Cl + 2KOH 1,2-дихлорпропан С2Н5ОН СН3 – СН2 – CНCl2 + 2KOH 1,1-дихлорпропан СН3 – C CH + 2KCl + 2Н2O пропин СН3 – C CH + 2KCl + 2Н2O пропин 6.4. Свойства алкинов Ацетиленовые углеводороды, содержащие в молекуле от двух до четырёх атомов углерода – газы, начиная с С5Н8 – жидкости, высшие алкины с С16Н30 – твёрдые вещества. Ацетилен (С2Н2) – бесцветный газ, без запаха. Растворим в воде. Горит сильно коптящим пламенем, образует с воздухом взрывоопасные смеси. Атомы углерода, между которыми находится тройная связь, находятся в состоянии sp-гибридизации. Это означает, что в гибридизации участвует одна s- и одна р-орбиталь, а две р-орбитали остаются негибридизованными. Перекрывание гибридных орбиталей приводит к образованию -связи, а за счёт негибридизованных р-орбиталей соседних атомов углерода образуются две -связи. Все гибридные орбитали атомов, между которыми образована двойная связь, а также заместители при них лежат на одной прямой, а плоскости -связей перпендикулярны друг другу. Тройная углерод-углеродная связь прочнее двойной связи. Ацетиленовые углеводороды способны вступать в реакции присоединения, замещения, окисления, полимеризации и конденсации. 6.4.1. Реакции присоединения Алкины относятся к непредельным углеводородам и поэтому вступают в реакции присоединения. В основном это реакции электрофильного присоединения. 1.Гидрирование (присоединение водорода). В присутствии катализаторов (Pt, Pd, Ni, Fe) происходит процесс восстановления алкинов в алкены и алканы: +Н2 НССН кат., t +Н2 СН2 = СН2 СН3 – СН3 этин этилен этан (ацетилен) 2. Реакции галогенирования (присоединение галогена). Алкины легко присоединяют хлор и бром. Реакция протекает в две стадии: НССН + Br2 СНBr = СНBr 1,2-дибромэтен СНBr = СНBr + Br2 СНBr2 – СНBr2 1,1,2,2-тетрабромэтан Ацетилен обесцвечивает бромную воду. 3. Гидрогалогенирование (присоединение галогеноводородов). Галогеноводороды легко присоединяются к алкинам. Реакция протекает в две стадии. На первой стадии образуется галогенпроизводное алкена: НССН + HCl СН2 = СHCl этин хлорэтен (ацетилен) (винилхлорид) На второй стадии к этому галогенпроизводному присоединяется вторая молекула галогенводорода в соответствии с правилом Марковникова: СН2 = СHCl + HCl СН3 – СHCl2 1,1-дихлорэтан 4. Присоединение воды (реакция Кучерова). Ацетилен и его гомологи присоединяют воду (гидратируются) в присутствии катализаторов – солей ртути HgSO4 или Hg(NO3)2. При гидратации ацетилена образуется уксусный альдегид: Hg2+ O НССН + H2O СН2 = СH – OH СН3 – С виниловый спирт H уксусный альдегид Hg2+ НСС– СН3 + H2O Н3С – С – СН3 О пропанон-2 (ацетон) 6.4.2. Реакции окисления Алкины легко окисляются. 3НССН + 8KMnO4 3КOOC – СOOК + 8MnO2 + 2KOH + 2H2O оксалат калия Ацетилен горит в кислороде с выделением очень большого количества теплоты: 2НССН + 5O2 4СO2 + 2H2O +2600 кДж На этой реакции основано действие кислородно-ацетиленовой горелки, пламя которой имеет температуру более 3000оС, что позволяет её использовать для сварки и резки металлов. 6.4.3. Реакции замещения Водород, связанный с атомом углерода при тройной связи, очень подвижен, вследствие чего для ацетилена и его гомологов характерны реакции замещения. Ацетилен и его гомологи, имеющие тройную связь при первом атоме углерода, взаимодействуют с аммиачными растворами гидроксидов или солей серебра и меди (1): НССН + 2Ag[(NH3)2]OH AgCCAg + 4NH3 + 2H2O ацетиленид серебра НССН + 2Cu[(NH3)2]OH CuCCCu + 4NH3 + 2H2O ацетиленид меди (I) Эти реакции используют для отделения алкинов с тройной связью в конце молекулы от всех остальных алкинов: СН3 – С С – СН3 + Ag[(NH3)2]OH нет реакции Смесь алкинов пропускают через аммиачный раствор оксида серебра. Образовавшаяся соль выпадает в осадок. Её отфильтровывают и разлагают кислотой. 6.4.4. Реакции полимеризации Ацетиленовые углеводороды способны образовывать линейные или циклические продукты полимеризации: Актив. уголь 3НССН 600оС бензол 7. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ (Арены) Арены – это углеводороды, молекулы которых содержат циклическую группировку из шести углеродных атомов (бензольное кольцо). Простейшим ароматическим углеводородом является бензол С6Н6: 7.1. Гомологический ряд ароматических углеводородов Гомологи бензола – это ароматические углеводороды, в которых один или несколько атомов водорода замещены на алкильные радикалы. Общая формула аренов CnH2n-6, где n = 6,7,8... Простейшим гомологом бензола является C7H8 метилбензол (толуол): CH3 Следующий за толуолом гомолог имеет состав C8H10. Этому составу отвечают 4 соединения: CH3 C2H5 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 этилбензол диметилбензол 1,3-диметилбензол 1,4-диметилбензол (орто-ксилол) (мета-ксилол) (пара-ксилол) Ароматические соединения образуют радикалы: C6H5- или C6H5 – CH2- или CH2 фенил бензил Общее название радикалов ароматических углеводородов – арил. Названия гомологов бензола составляются из названия заместителя (алкила) с добавлением корня бензол, например этилбензол. Если гомолог содержит несколько заместителей, то их положение указывают цифрами, означающими номера атомов углерода в бензольном кольце, при которых находятся эти заместители, например 1,2-диметилбензол. Нумерацию начинают с одного из атомов углерода, при котором есть заместитель. Для многих гомологов широко используются тривиальные названия, например толуол, ксилол. Для обозначения изомеров с двумя одинаковыми заместителями используют приставки орто-, мета-, пара-. В орто-изомере заместители имеют положение 1,2, в мета-изомере – положение 1,3, в пара-изомере – положение 1,4. 7.2. Способы получения бензола и его гомологов 1. Получение из нефти и каменного угля. Основные источники получения ароматических углеводородов – продукты сухой перегонки (коксования) каменного угля и нефти. 2. Дегидроциклизация алканов Бензол и его гомологи можно получить из алканов в присутствии катализаторов (оксиды хрома, молибдена, ванадия): кат. CН3 – СН2 – СН2 – СН2 – СН2 – СН3 гексан + 4H2 бензол CН3 кат. CН3 – СН2 – СН2 – СН2 – СН2 – СН2 – СН3 гептан + 4H2 метилбензол (толуол) 3. Реакция дегидрирования Бензол может быть получен из циклогексана с участием платины в качестве катализатора: СН2 СН2 СН2 Pt + 3H2 СН2 СН2 СН2 циклогексан бензол 4. Реакция Вюрца-Фиттига. Гомологи бензола можно получить из бензолгалогенидов: Cl CН3 +2Na + CН3Cl хлорбензол + 2NaCl метилбензол (толуол) 5. Методы алкилирования. Используются для получения гомологов бензола. Алкилирование по Фриделю-Крафтсу проводится с использованием алкилгалогенидов, спиртов и алкенов в качестве алкилирующих реагентов. Катализатор – хлорид алюминия. Например, C2Н5 + C2Н5 – ОН этанол Катал. бензол + Н2О этилбензол C2Н5 + C2Н5 – Cl хлорэтан Катал. + НCl бензол этилбензол Алкилирование алкенами проводится с использованием в качестве катализаторов хлоридов алюминия, железа (III), цинка, а также фосфорной кислоты: CН3 – СН – CН3 + CН2 = СН – СН3 пропен Катал. бензол изопропилбензол (кумол) 7.3. Свойства ароматических углеводородов Бензол – бесцветная жидкость. В воде практически нерастворим, но сам является хорошим растворителем многих органических веществ. Другие ароматические углеводороды – жидкости или твёрдые вещества, легче воды, практически в ней нерастворимы. Хорошо растворяются в органических растворителях. Горят ярким коптящим пламенем. Большинство ароматических соединений, токсичны. Химические свойства ароматических углеводородов определяются строением бензольного кольца. В соответствии с современными представлениями в молекуле бензола орбитали внешнего энергетического уровня каждого атома углерода находятся в состоянии sp2-гибридизации. Рис. 3. Электроны, находящиеся на гибридных орбиталях, образуют связи между соседними атомами углерода и -связи углерод-водород: р-Орбитали шести атомов углерода в бензоле, которые не участвуют в гибридизации, располагаются перпендикулярно плоскости бензольного кольца и перекрываются друг с другом сверху и снизу этой плоскости. Электроны, находящиеся на этих орбиталях, образуют единую устойчивую -электронную систему: Рис. 4. Так возникает химическая связь, объединяющая все шесть атомов углерода в бензоле. Молекула С6Н6 плоская, все атомы углерода расположены на одинаковых расстояниях друг от друга, образуя правильный шестиугольник. Рис.5. Для бензола характерны реакции замещения водорода в бензольном кольце. В отличие от непредельных соединений типа алкенов и алкинов бензол очень стоек к окислению, с трудом вступает в реакции присоединения. 7.3.1. Реакции замещения Реакции замещения протекают под воздействием электрофильных частиц, то есть являются реакциями электрофильного замещения. Они представляют из себя последовательность реакций присоединения и отщепления. 1. Реакции галогенирования. Замещение водорода в бензольном кольце на хлор или бром осуществляется при взаимодействии бензола с галогенами с участием катализатора (FeCl3, FeBr3 и AlCl3). При галогенировании гомологов бензола с участием катализаторов образуются продукты замещения водорода в бензольном кольце. FeCl3 CH3 + Cl2 CH3 + HCl Cl метилбензол 1-метил-3-хлорбензол (толуол) Если хлорирование производится на свету (без катализатора), то на хлор замещаются атомы водорода в боковой цепи: h, ttoC CH3 + Cl2 CH2Cl + HCl хлористый бензил Возможно полное замещение всех атомов водорода в бензольном кольце при интенсивном облучении: Cl Cl + 3Cl2 Cl Cl h + 6HCl Cl Cl гексахлорбензол 2. Нитрование бензола. Нитрование происходит при действии концентрированных азотной и серной кислот: бензол смеси NO2 + Н2О H2SO4 + HNO3 бензол на нитробензол CH3 CH3 O2N + 3HNO3 NO2 + 3H2O NO2 2,4,6-тринитротолуол (тротил) 3. Сульфирование. Водород в бензольном кольце может быть замещён на сульфогруппу SO3H при действии концентрированной серной кислоты: SO3H + HО – SO3Н + H2O бензол бензолсульфокислота 4. Алкилирование. В молекулу бензола вместо водорода можно ввести алкильный радикал. Процесс алкилирования можно провести действием на бензол галогенпроизводного алкана или алкена в присутствии катализатора (AlCl3): AlCl3 C3H7 + C3H7Cl + HCl хлорпропан пропилбензол C2H5 + CH2 = CH2 этен этилбензол 7.3.2. Ориентация при электрофильном замещении в бензольном ядре Если в ароматическом кольце имеется заместитель, при дальнейшем замещении он будет оказывать ориентирующее воздействие. Все заместители по их ориентирующему воздействию при реакциях электрофильного замещения делятся на две группы. Заместители первого рода (орто-пара-ориентанты) – направляют другие заместители преимущественно в орто- и пара-положения. К ним относят алкильные радикалы (-CH3, -С2Н5 и т.д.), группы -ОН, -NH2, -NH – R, -N – R2, галогены. CH3 NO2 ортонитротолуол CH3 + HNO3 NO2 паранитротолуол CH3 Заместители второго рода (мета-ориентанты) – направляют другие заместители преимущественно в мета-положения. К ним относят группы CF3, -NO2, -SO3H, -COOH, -CN. 7.3.3. Реакции присоединения 1. Гидрирование. Бензол присоединяет водород в присутствии платинового или никелевого катализатора: CH2 Pt (Ni) H2C CH2 + 3H2 H2C CH2 CH2 циклогексан 2. Присоединение галогенов. При интенсивном облучении светом бензол может присоединять хлор: CHCl HClC CHCl + 3Cl2 HClC CHCl CHCl гексахлорциклогексан (гексахлоран) В результате этой реакции разрушается -электронная система бензола и образуется галогенпроизводное циклоалкана. 7.3.4. Реакции окисления Толуол, этилбензол, ксилолы и другие гомологи бензола окисляются легче, чем сам бензол. Окисление в мягких условиях проводится KMnO4, H2O2, смесью K2Cr2O7 + H2SO4. Окислению подвергаются боковые заместители, например: CH3 COOH +3[O] метилбензол толуол C2H5 + H2O бензойная кислота COOH +3[O] + СО2 этилбензол бензойная кислота При очень энергичном окислении происходит разрушение бензольного ядра. Например, в присутствии катализатора, содержащего смесь оксидов ванадия и молибдена, при температуре 350-450оС бензол окисляется кислородом воздуха с образованием малеинового ангидрида: O CH - C 2 +9О2 2 O + 4CO2 + 4H2O CH - C O малеиновый ангидрид 8. СПИРТЫ Спирты – это углеводороды молекулы которых содержат одну или несколько гидроксильных групп -ОН. 8.1. Классификация спиртов 1. По характеру радикала. – предельные СН3 – СН2 – СН2OH пропанол-1 – непредельные СН2 = СН – СН2OH пропенол-2 (аллиловый спирт) – ароматические –СН2OH бензиловый спирт 2. По количеству –ОН групп. – одноатомные (алканолы) СН3 – СН2OH этанол – двухатомные (гликоли) OH– СН2 – СН2 –OH этиленгликоль (этандиол) – трёхатомные (триолы) OH–СН2–СНOH–СН2–OH глицерин (пропантриол) – полиатомные СН2 – СН – СН – СН – СН – СН2 гексаол (сорбит) ОН ОН ОН ОН ОН ОН 2. По характеру атома углерода, связанного с –ОН группой. – первичные R – *СН2OH – вторичные R **СНOH R` – третичные R R` – ***C – OH R`` R, R`, R`` - углеводородные радикалы. Непредельные спирты, содержащие гидроксильную группу у атома углерода, связанного двойной связью, называются енолами. Енолы, как правило, неустойчивы и самопроизвольно изомеризуются в карбонильные соединения – альдегиды и кетоны. Этот процесс называют кето-енольной таутомерией. O СН2 = СH – OH СН3 – С этенол Н (виниловый спирт) уксусный альдегид 8.2. Предельные одноатомные спирты (алканолы) 8.2.1. Гомологический ряд. Номенклатура Общая формула алканолов CnH2n+1OH. При образовании названий спиртов к названию углеводорода, соответствующего спирту, добавляют суффикс –ол. Нумерацию главной цепи начинают с того конца, к которому ближе расположена –ОН группа. СН3 OH СН3 – СН2OH СН3 – СН2 – СН2OH СН3 – СН – СН3 метанол (метиловый спирт) этанол (этиловый спирт) пропанол-1 (пропиловый спирт) пропанол-2 (изопропиловый спирт) ОН СН3 – СН2 – СН2 – СН2 OH СН3 – СН2 – СН2 – СН3 бутанол-1(бутиловый спирт) бутанол-2 ОН СН3 – СН2 – СН2 – СН2 – СН2 OH СН3 – СН – СН2 – СН2 – СН3 пентанол-1 (амиловый спирт) пентанол-2 ОН СН3 – СН2 – СН – СН2 – СН3 пентанол-3 ОН 8.2.2. Изомерия 1. Изомерия углеродного скелета. СН3 – СН2 – СН2 – СН2 – СН2 – СН2ОН СН3 – СН2 – СН2 – СН – СН2ОН гексанол-1 CH3 2-метил-1-пентанол 2. Изомерия положения гидроксильной группы. Появляется у спиртов, начиная с пропанола: СН3 – СН2 – СН2OH СН3 – СН – СН3 пропанол-1 (пропиловый спирт) ОН пропанол-2 (изопропиловый спирт) 3. Межклассовая изомерия. Спирты изомерны простым эфирам, например, углеводороду с общей формулой С2Н6О соответствуют два межклассовых изомера: СН3 – СН2OH СН3 – О – СН3 этанол диметиловый эфир 8.2.3. Получение предельных одноатомных спиртов 1. Гидролиз галогенопроизводных алканов водным раствором щёлочи. СН3 – СН2 – СН2 – СН2 Br + Na OH СН3 – СН2 – СН2 – СН2OH +NaBr 1-бромбутан бутанол-1 2. Гидратация алкенов (присоединение воды). Реакция протекает в присутствии H2SO4 , по правилу Марковникова: + Н СН3 – СН = СН2 + H ОН СН3 – СН – СН3 пропен ОН пропанол-2 3. Брожение сахаров. С6Н12О6 2СН3 – СН2OH + 2СO2 глюкоза этанол 4. Гидрирование (восстановление) альдегидов и кетонов. В присутствии катализаторов (Ni, Pt, Pd, Co) альдегиды восстанавливаются до первичных спиртов, кетоны – до вторичных. O R–C + Н2 R – *CH2 – OH H альдегид первичный спирт R – C – R` + Н2 R – **CH – R` O OH кетон вторичный спирт O СН3 – C + Н2 СН3 – CH2 – OH H уксусный этанол альдегид СН3 – C – С2Н5 + Н2 СН3 – CH – С2Н5 O OH бутанон-2 бутанол-2 8.2.4. Свойства предельных одноатомных спиртов При обычных условиях спирты С1 – С12 – жидкости. Высшие спирты от С13 до С20 – пастообразные вещества, от С21 и выше – твёрдые вещества. Все спирты легче воды (плотность меньше единицы). Метанол, этанол, пропанол хорошо растворимы в воде, бутанол и другие жидкие спирты ограниченно растворимы в воде. Высшие спирты – нерастворимы в воде. Химические свойства спиртов определяются реакционноспособной гидроксильной группой и строением связанного с ней радикала. Реакции могут протекать с разрывом связи О–Н или С–ОН. 1. Взаимодействие со щелочными металлами. Предельные одноатомные спирты проявляют себя как очень слабые кислот, они взаимодействуют со щелочными металлами,образуя соли спиртов, называемые алкоголятами и не взаимодействуют со щелочами. 2СН3 – СН2OH + 2Na 2СН3 – СН2ONa + H2 этанол этилат натрия Алкоголяты – твёрдые вещества, обладающие свойствами щелочей. Алкоголяты легко подвергаются гидролизу: СН3 – СН2ONa + H2О СН3 – СН2OH + NaOH 2. Взаимолействие с галогеноводородами. В ходе реакции замещается гидроксильная группа на галоген, реакция обратима, равновесие смещается вправо в присутствии водоотнимающих средств (H2SO4): СН3 – СН2OH + HBr СН3 – СН2Br + H2О этанол бромэтан 3. Дегидратация (отщепление воды). Реакция идёт в присутствии водоотнимающих средств – H2SO4, H3РO4, Al2O3, ZnCl2 а) межмолекулярная дегидратация В результате межмолекулярной дегидратации спиртов образуются простые эфиры: R – OH + HO – R` H2SO4, t 1400C С2Н5 – OH + HO – С2Н5 этанол этанол R – O – R` + H2О H2SO4, t 140 С2Н5– O – С2Н5 + H2О диэтиловый эфир H2SO4, t 140 С2Н5 – OH + HO – СН3 С2Н5– O – СН3 + H2О этанол метанол метилэтиловый эфир б) внутримолекулярная дегидратация Внутримолекулярная дегидратация происходит при нагревании спиртов в присутствии водоотнимающих средств до более высокой температуры, чем температура межмолекулярной дегидратации. В результате образуются алкены. Легче дегидратации подвергаются третичные, затем вторичные, затем первичные спирты. СН3 – СН2 – OH этанол (первичный спирт) H2SO4, t > 1400C СН2 = СН2 + H2О этилен H2SO4, t > 1400C СН3 – СН – СН3 СН3 – СН = СН2 + H2О пропен ОН пропанол-2 (вторичный спирт) 4. Этерификация (образование сложных эфиров). При взаимодействии спиртов с органическими или неорганическими кислотами образуются сложные эфиры. В качестве катализаторов применяют концентрированную H2SO4, HCl, BF3: + Н R– СOOH + НO – R` R – C – O – R` + H2O кислота спирт O сложный эфир + Н СН3 – СOOH + НO – СН3 СН3 – C – O – СН3 + H2O уксусная метанол кислота O метилацетат + Н СН3 –OH + НO–SO2OH СН3 – O – SO2OH + H2O метанол серная метилсульфат кислота 5. Реакции окисления. При каталитическом окислении кислородом воздуха, перманганатом или дихроматом калия в присутствии серной кислоты получаются альдегиды и кетоны. Первичные спирты окисляются сначала в альдегиды, а затем в карбоновые кислоты: O O [O] СН3 – СН2OH СН3 – С [O] СН3 – С H - H2O OH уксусный альдегид уксусная кислота -H2O этиловый спирт При окислении вторичных спиртов образуются кетоны: [O] СН3 – СН – СН3 СН3 – С – СН3 - H2 O ОН О пропанол-2 пропанон-2 (ацетон) Третичные спирты устойчивы к окислению. 6. Дегидрирование. При пропускании паров спирта при 200-300оС над металлическим катализатором (Cu, Ag, Pt) первичные спирты превращаются в альдегиды, а вторичные – в кетоны: О Cu, t R– СН2OH первичный спирт R – СН – R` Cu, t ОН вторичный спирт R– С + H2 Н альдегид R – С – R` + H2 О кетон 8.3. Предельные многоатомные спирты Многоатомные спирты содержат в молекуле несколько гидроксильных групп. Двухатомные спирты называют диолы (гликоли). Их названия строятся из названия соответствующего алкана с добавлением окончания –диол. Трёхатомные спирты называют триолы (глицерины). Их названия строятся аналогично названиям двухатомных спиртов, но с добавлением окончания –триол. СН2 – OH СН2 – OH СН2 – OH СН – OH СН2 – OH этандиол-1,2 пропантриол-1,2,3 (этиленгликоль) (глицерин) Свойства многоатомных спиртов во многом сходны со свойствами одноатомных спиртов. 8.3.1. Получение предельных многоатомных спиртов Этиленгликоль этиленоксида: в промышленности получают гидратацией СН2 – СН2 + H2O OH – СН2 – СН2 – OH O этиленгликоль этиленоксид Глицерин получают из пропена по следующей схеме: O2 H 2O 2 H2O СН3 – СН = СН2 СН2OH – СН = СН2 СН2 – CH – СН2OH пропен аллиловый спирт O СН2 – СН – СН2 ОН ОН ОН глицерин 8.3.2. Химические свойства многоатомных спиртов Химические свойства многоатомных спиртов могут проходить по одной или по всем гидроксильным группам. 1.Взаимодействие со щелочными металлами. СН2 – OH СН2 – ONa + 2Na + H2 СН2 – OH СН2 – ONa этиленгликоль гликолят натрия СН2 – OH СН2 – ONa 2 СН – OH + 6Na 2 СН – ONa + 3H2 СН2 – OH СН2 – ONa глицерин глицерат натрия Гликоляты и глицераты легко подвергаются гидролизу с образованием соответствующего спирта (этиленгликоля или глицерина) и щёлочи. 2. Взаимодействие со щелочами и нерастворимыми основаниями. В отличие от одноатомных спиртов многоатомные спирты проявляют более сильные кислотные свойства, поэтому легко взаимодействуют не только со щелочными металлами, но и со щелочами и с нерастворимыми основаниями: СН2 – OH СН2 – ONa + 2NaОН + 2H2О СН2 – OH СН2 – ONa этиленгликоль гликолят натрия СН2 – OH СН2 – O Сu СН – OH + Cu(OH)2 СН – O + 2H2О СН2 – OH СН2 – OH глицерин глицерат меди Реакция взаимодействия с гидроксидом меди является качественной на многоатомные спирты. В результате получаются комплексные соединения (глицераты и гликоляты) ярко-синего цвета. 3. Взаимодействие с галогеноводородами. СН2 – OH СН2 – Br + HBr + H2О СН2 – OH СН2 – OH этиленгликоль 2-бромэтанол СН2 – Br СН2 – Br + HBr + H2О СН2 – OH СН2 – Br 2-бромэтанол 1,2-дибромэтан 4. Этерификация (образование сложных эфиров). При взаимодействии многоатомных спиртов с органическими или неорганическими кислотами также образуются сложные эфиры. Реакция катализируется сильными неорганическими кислотами, например, серной кислотой: СН2 – OH СН2 – O – NO2 H2SO4 СН – OH + 3HONO2 СН – O – NO2 + 3H2O СН2 – OH СН2 – O – NO2 глицерин тринитрат глицерина (нитроглицерин) Сложные эфиры, образованные глицерином и органической кислотой называются жирами (глицеридами): O СН2 – OH СН2 – O – C – R O СН – OH + 3HCOO – R СН – O – C – R + 3H2O СН2 – OH глицерин O СН2 – O – C – R триглицерид (жир) 9. ФЕНОЛЫ Фенолы – это органические соединения, содержащих в молекуле гидроксильную группу, непосредственно связанную с ароматическим ядром: OH фенол Одноатомные фенолы: CH3 CH3 ОН CH3 ОН 2-метилфенол 3- метилфенол (орто-крезол) (мета-крезол) Двухатомные фенолы: ОН ОН ОН ОН 4- метилфенол (пара-крезол) ОН ОН ОН орто-дигидроксибензол мета-дигидроксибензол пара-дигидроксибензол (пирокатехин) (резорцин) (гидрохинон) Трёхатомный фенол: ОН ОН ОН 1,2,3-тригидроксибензол (пирогаллол) Большинство фенолов – бесцветные кристаллические вещества. Одноатомные фенолы обладают характерным резким запахом. Все фенолы обладают бактерицидным действием. 9.1. Получение фенолов 1. Кумольный метод Наиболее распространённый промышленный способ получения фенола. Исходным сырьём кумольного метода являются бензол и пропилен. CH3 – CH - CH3 AlCl3 + СН2 = СН – СН3 1) бензол пропилен изопропилбензол(кумол) О–О–Н CH3 – CH – CH3 2) CH3 – C – CH3 110-130оС + О2 гидропероксид кумола О–О–Н CH3 – C – CH3 ОН H2SO4 + CH3 – C – CH3 ║ фенол O ацетон Метод разработан в 1949 г. П.Г. Сергеевым, Б.Д. Кружаловым, Р.Ю. Удрисом и М.Е. Немцовым. Кумольный метод экономически наиболее выгоден: он даёт возможность получать два ценных продукта – фенол и ацетон с использованием дешёвого сырья – пропан-пропиленовой фракции газов крекинга нефти. 3) + 9.2. Свойства фенолов Фенолы – кристаллические вещества или высококипящие жидкости, обладающие характерным резким запахом. Сам фенол бесцветное кристаллическое вещество, tпл = 43оС. На воздухе окисляется, сначала розовеет, затем темнеет; кристаллы расплываются вследствие гигроскопичности. Мало растворим в холодной воде, хорошо – в горячей. Обладает сильным антисептическим действием. Токсичен, вызывает ожоги. Водный 40%-й раствор фенола называется карболовой кислотой, применяется для дезинфекции. В молекуле фенола гидроксогруппа непосредственно связана с атомом углерода бензольного ядра. В ней общее электронное облако связи О – Н смещено в сторону атома кислорода, поэтому у кислорода появляется частичный отрицательный заряд, а у атома водорода – частичный положительный заряд. Следовательно, водород гидроксильной группы имеет «кислотный» характер. Кислотные свойства у фенола выражены сильнее, чем у спиртов. В то же время, в бензольном ядре увеличивается электронная плотность в орто- и пара- положениях. Гидроксильная группа относится к числу наиболее сильных орто-, пара-ориентантов. 1.Взаимодействие со щелочными металлами. ОН ОNa 2 + 2Nа 2 + H2 фенол фенолят натрия 2. Взаимодействие со щелочами. ОН ОNa + NаОН + H2О фенол фенолят натрия Феноляты устойчивы к гидролизу, но разлагаются под действием кислот т.к. фенол – очень слабая кислота: ОNa ОH + CO2 + H2О фенолят натрия 3.Образование простых эфиров. + NaHCO3 фенол Простые эфиры образуются при взаимодействии фенола с галогенпроизводными алканов или ароматических углеводородов: ОН O – CH2 – CH3 KOH + CH3 – CH2I фенол йодэтан + HI фенилэтиловый эфир O– ОН Cl KOH + + HCl фенол хлорбензол дифениловый эфир 4. Образование сложных эфиров (этерификация). Простые эфиры образуются при взаимодействии фенола с галогенпроизводными алканов или ароматических углеводородов: O ║ ОН O – C – CH3 + CH3 – COOH + H2О фенол уксусная кислота фенилацетат 5. Бромирование фенола В отличие от бензола для бромирования фенола не требуется катализатор. Взаимодействие протекает избирательно: атомы брома направляются в орто- и пара-положения: ОН OH Br Br + 3Br2 + 3HBr Br 2,4,6-трибромфенол 6. Нитрование фенола Реакция протекает при комнатной температуре под действием разбавленной азотной кислоты. В результате образуется смесь орто- и пара- изомеров нитрофенола: ОН OH + 2HNO3 2 OH NO2 + + 2H2О NO2 ортонитрофенол паранитрофенол При использовании концентрированной азотной образуется 2,4,6-тринитрофенол (пикриновая кислота). ОН OH O2N NO2 + 3HNO3 + 3H2О кислоты NO2 2,4,6-тринитрофенол (пикриновая кислота) 7. Сульфирование фенола Сульфирование при комнатной температуре даёт фенолсульфокислоту, а при более высокой температуре фенолсульфокислоту: ОН OH ортопара- o 100 C + H2SO4 ОН + H2О SO3H пара-фенолсульфокислота OH o SO3H 20 C + H2SO4 + H2О орто-фенолсульфокислота 8. Алкилирование. Фенолы могут присоединять непредельные углеводороды: СН3 H2SO4 ОН + СН2 = С – СН3 СН3 C OH СН3 СН3 Фенол 2-метилпропен 4-трет-бутилфенол 9. Гидрирование ароматического ядра. При гидрировании фенола в присутствии катализатора (Ni) образуется циклогексанол: ОН OH Ni + 3H2 циклогексанол 10. Поликонденсация с альдегидами Реакция поликонденсации – это реакция получения полимера, протекающая с выделением низкомолекулярного побочного продукта. Поликонденсация фенола с формальдегидом происходит с образованием фенолоформальдегидных смол. ОН OH ОН СН2ОН кат. 2 + 2H2С=О + СН2ОН п-гидроксиметилфенол о-гидроксиметилфенол ОН НОН2С ОН OH Н НОН2С НОН2С + Процесс поликонденсации израсходования одного из макромолекул: ОН (n + 1) СН2 + Н2О димер может продолжаться до полного реагентов с образованием огромных ОН H + nHСНO ОН ОН СН2 ОН СН2 H + nН2О (n-1) Образование линейных молекул происходит при обычной температуре. Проведение реакции при нагревании приводит к тому, что образующийся продукт имеет разветвлённое строение. 11. Окисление. Фенол легко окисляется при действии на него смеси дихромата калия и концентрированной серной кислоты: O ОН ║ K2Cr2O7 + 2[O] + H2О H2SO4 ║ O пара-бензохинон 12. Качественная реакция на фенол. Фенол реагирует с хлоридом железа (3) комплексного соединения фиолетового цвета: 6С6Н5ОН + FeCl3 (C6H5O)6Fe + 3HCl с образованием 10. АЛЬДЕГИДЫ Альдегиды – это соединения, в молекулах которых карбонильная группа (=С=О) соединена с радикалом и атомом водорода: O R–C H Название альдегида по номенклатуре ИЮПАК складывается из названия соответствующего углеводорода с добавлением окончания «– аль». Часто альдегиды называют по названию кислот, в которые они превращаются при окислении. HCHO – метаналь (формальдегид, муравьиный альдегид) СН3 – СНО – этаналь (ацетальдегид, уксусный альдегид) СН3 – СН2 – СНО – пропаналь (пропионовый альдегид) СН3 – СН2 – СН2 – СНО – бутаналь (масляный альдегид) СН3 – СН – СНО – 2-метилпропаналь (изомасляный альдегид) СН3 СН3 – СН2 – СН2 – СН2 – СНО – пентаналь (валериановый альдегид) Кроме предельных альдегидов бывают непредельные: СН2 = СН2 – СНО – пропеналь (акролеин) Ароматические: О С Н бензальдегид (бензойный альдегид) 10.1. Получение альдегидов 1. Окисление первичных спиртов. K2Cr2O7 СН3 – СН2 – OH + [O] СН3 – СНO + H2O этанол этаналь 2. Гидролиз дигалогенпроизводных алканов. СН3 – СНBr2 + H2O СН3 – СНO + 2HBr 1,1-дибромэтан этаналь Альдегиды образуются, если оба атома галогена находятся при первичном атоме углерода. 3. Гидратация алкинов (реакция Кучерова). Реакция идёт в присутствии катализаторов – солей ртути HgSO4 или Hg(NO3)2. При гидратации ацетилена образуется уксусный альдегид: Hg2+ O НССН + H2O СН2 = СH – OH СН3 – С ацетилен виниловый спирт H этаналь 4. Дегидрирование спиртов. Cu, t СН3 – СН2 – СН2 – OH СН3 – СН2 – СНO + H2 пропанол-1 пропаналь . 10.2. Свойства альдегидов Формальдегид – газ, хорошо растворим в воде, его 40%-ный раствор называют формалином, ядовит. Ацетальдегид, пропаналь, бутаналь и другие низшие альдегиды – легко кипящие жидкости, смешиваются с водой во всех соотношениях. Низшие альдегиды обладают резким запахом, высшие альдегиды имеют приятный запах, напоминающий запахи цветов, поэтому используются в парфюмерии. Углеродный атом карбонильной группы находится в состоянии sp2гибридизации. Вследствие большой электроотрицательности кислорода по сравнению с углеродом, связь С=О сильно поляризована. Полярность карбонильной группы сказывается на физических и химических свойствах. Эта группа одна из наиболее реакционно-способных. Характерными реакциями альдегидов являются: присоединение по двойной связи карбонильной группы; замещение атома кислорода карбонильной группы азотсодержащими соединениями; конденсация. 10.2.1. Реакции присоединения 1. Присоединение циановодорода и гидросульфита натрия. Альдегиды легко присоединяют циановодород и гидросульфит натрия: Н Н СН3 – С = О + HCN CH3 – C – OH этаналь CN циангидрин Н Н СН3 – С = О + NaHSO3 CH3 – C – ОН этаналь SO3Na гидросульфитное соединение 2. Присоединение водорода. В присутствии никелевого или платинового катализаторов альдегиды присоединяют водород и восстанавливаются до первичных спиртов: О Н Кат. СН3 – СН2 – С + СН3 – СН2 – СН2ОH пропаналь Н Н пропанол-1 10.2.2. Реакции полимеризации и поликонденсации 1. Реакция альдольной конденсации. Две молекулы альдегида могут соединяться друг с другом в присутствии щёлочи. При этом образуются соединения с более длинной углеродной цепью, которые содержат альдегидную и гидроксильную группы: О OH О 2СН3 – С CH3 – CH – СН2 – C Н Н этаналь 2-гидроксибутаналь Такое вещество называют альдолем. При отщеплении молекулы воды от гидроксибутаналя, образуется альдегид, содержащий двойную связь: OH Н О О CH3 – CH – СН – C CH3 – CH = СН – C + H2O Н Н бутен-2-аль (кротоновый альдегид) Такие реакции называются реакциями альдольно-кротоновой конденсации. 2. Реакция поликонденсации с фенолами (см. химические свойства фенолов). 10.2.3. Реакции окисления 1. Окисление в мягких условиях Альдегиды очень легко окисляются. При этом образуются органические кислоты или их соли: [O] СН3 – СНО СН3 – СOOН этаналь уксусная кислота 2. Реакция серебряного зеркала является качественной реакцией на альдегиды – окисление их аммиачным раствором оксида серебра при нагревании: O ║ СН3 – СН2 – СНО + Ag2O + NH3 СН3 – СН2 – С – ОNH4 +2Ag пропаналь пропионат аммония 3. Окисление гидроксидом меди. СН3 – СН2 – СНО + 2Cu(OH)2 СН3 – СН2 – СOOН + Cu2O +2H2O пропаналь пропионовая кислота 10.2.4. Реакции замещения 1. Замещение кислорода карбонильной группы. Атом кислорода в молекуле альдегида может быть замещён на галоген при действии галогенидов фосфора: СН3 – СН2 – СНО + PCl5 СН3 – СН2 – СНCl2 + POCl3 пропаналь 1,1-дихлорпропан 2. Взаимодействие с галогенами. Замещение происходит в основном в -положение по отношению к карбонильной группе: О О + Н или ОН СН3 – СН2 – С + Br2 СН3 – СНBr – С + HBr Н Н пропаналь 2-бромпропаналь 11. КЕТОНЫ Кетоны – это углеводороды, в молекулах которых карбонильная группа соединена с двумя разными или одинаковыми углеводородными радикалами: R – C – R` ║ O Название кетонов по номенклатуре ИЮПАК складывается из названия соответствующего углеводорода с добавлением окончания «–он» и указанием местоположения карбонильной группы. СН3 – C – СН3 пропанон (ацетон, диметилкетон) ║ O СН3 – C – СН3 – СН2 – СН3 пентанон-2 (метилпропилкетон) ║ O СН3 – C – СН – СН3 – 3-метилбутанон-2 (метилпропилкетон) ║ О СН3 11.1. Получение кетонов 1.Окисление вторичных спиртов. СН3 – СНОН – СН3 + [O] СН3 – С – СН3 + H2O ║ О пропанол-2 пропанон 2. Гидролиз дигалогенпроизводных алканов. СН3 – СCl2 – СН – СН3 + H2O СН3 – С – СН – СН3 + 2HCl ║ СН3 О СН3 2-метил,3,3-дихлорбутан 3-метилбутанон-2 3.Присоединение воды к гомологам ацетилена. Реакция проходит по такому же механизму как и гидратация ацетилене, в присутствии солей ртути, сначала образуется непредельный спирт, затем кетон: Hg2+ СН3 – С ≡ С – СН3 + HОН СН3 – СН=С – СН3 СН3 – СН2 – С – СН3 ║ ОН О бутин-2 бутенол-2 бутанон-2 11.2. Свойства кетонов 11.2.1. Реакции присоединения 1. Присоединение циановодорода и гидросульфита натрия. Кетоны легко присоединяют циановодород и гидросульфит натрия: CN СН3 – C – СН3 + HCN CH3 – C – СН3 ║ O OH пропанон циангидрин SO3Na СН3 – С – СН3 + NaHSO3 CH3 – C – OH ║ О СН3 пропанон гидросульфитное соединение 2. Присоединение водорода. Гидрирование кетонов в присутствии катализаторов приводит к образованию вторичных спиртов: СН3 – С – СН3 + H2 СН3 – СНОН – СН3 ║ О пропанон пропанол-2 В отличие от альдегидов кетоны не взаимодействуют со спиртами и не вступают в реакции конденсации и полимеризации. 11.2.2. Реакции окисления Кетоны окисляются значительно труднее альдегидов и только сильными окислителями, при действии на кетоны сильных окислителей происходит разрыв углеродной цепи и образуется смесь различных карбоновых кислот: [O] СН3 – СН2 – СО – СН2 – СН3 СН3 – СН2 – СООН + СН3 – СООН диэтилкетон, пентанон-3 пропионовая уксусная кислота кислота 11.2.3. Реакции замещения 1. Замещение кислорода карбонильной группы. Так же, как и в альдегидах, атом кислорода в молекуле кетона может быть замещён на галоген при действии галогенидов фосфора: СН3 – С – СН3 + PCl5 СН3 – СCl2 – СН3 + POCl3 ║ О пропанон 2,2-дихлорпропан 2. Взаимодействие с галогенами СН3 – С – СН3 + Cl2 СН3 – С – СН2Cl + HCl ║ ║ О О пропанон 1-хлорпропанон 12. КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ Карбоновыми кислотами называют органические вещества, в состав которых входит карбоксильная группа: R – CООН. В карбоновых кислотах карбоксильная группа может быть связана с различными углеводородными радикалами. В связи с этим выделяют различные виды карбоновых кислот: предельные СН3 – СН2 – СООН непредельные СН2 = СН – СООН ароматические СООН В зависимости от числа карбоксильных групп, содержащихся в молекуле, различают одноосновные и двухосновные кислоты: СН3 – СН2 – СООН НООС – СООН НООС СООН Одноосновные называют монокарбоновыми, а двухосновные – дикарбоновыми. 12.1. ПРЕДЕЛЬНЫЕ ОДНООСНОВНЫЕ КИСЛОТЫ Общая формула CnH2n+1COOH. Названия карбоновых кислот состоят из названия соответствующего алкана с добавлением окончания – овая и слова «кислота». Нумерацию атомов углеродной цепи начинают с карбоксильной группы. СН3 СН3 – СН – СН2 – СН – СООН СН3 – СН – С – СН – СН2 – СООН СН3 СН3 СН3 СН3 СН3 2,4-диметилпентановая 3,4,4,5-тетраметилгексановая Для некоторых карбоновых кислот применяют тривиальные названия. HCООH – метановая (муравьиная) СН3 – СООН – этановая (уксусная) СН3 – СН2 – СООН – пропановая (пропионовая) СН3 – СН2 – СН2 – СООН – бутановая (масляная) СН3 – СН2 – СН2 – СН2 – СООН – пентановая (валериановая) СН3 – СН2 – СН2 – СН2 – СН2 – СООН – гексановая (капроновая) СН3 – СН2 – СН2 –СН2 – СН2 – СН2 – СООН – гептановая (энантовая) С15Н31СООН – гексадекановая (пальмитиновая) С16Н33СООН – гептадекановая (маргариновая) С17Н35СООН – октадекановая (стеариновая) 12.1.1. Получение предельных одноосновных кислот 1. Окисление первичных спиртов и альдегидов. СН3 – СН2 – ОН + [O] СН3 – СН2 – СOОН этанол уксусная (этановая) кислота [O] СН3 – СН2 –СНО СН3 – СН2 –СOOН пропаналь пропионовая кислота При окислении кетонов, вторичных и третичных спиртов в жёстких условиях происходит расщепление углеводородной цепи молекул, и образуется, как правило, смесь карбоновых кислот: СН3–СOОН уксусная кислота СН3СН2СН2 СН2 – СООН [O] валериановая кислота СН3СН2 – СО – СН2 СН2 СН2 – СООН СН3СН2СН2 – СООН масляная кислота СН3СН2 – СООН пропионовая кислота 2. Окисление алканов. Смесь низших алканов (бутан-октан) окисляется в присутствии катализаторов, главным образом, до уксусной кислоты : СН3 – СН2 – СН2 – СН3 бутан О2, 2000С 2СН3–СOОН уксусная кислота 3. Гидролиз нитрилов. При нагревании нитрилов (R – C ≡ N) с водой в кислой или щелочной среде образуются карбоновые кислоты: 2Н2О СН3 – C ≡ N СН3 – СOОН + NH3 Н+ ацетонитрил уксусная кислота 4. Карбонилирование алкенов (оксосинтез). Кислоты, начиная с пропионовой, могут быть получены путём присоединения оксида углерода (2) и воды к алкенам. Процесс проводится при высокой температуре и давлении, катализаторами являются концентрированные H2SO4 и H3PO4: СН3 СН3 – C = СН2 + CO + Н2О H3PO4, t=300-350 P=20-30МПа СН3 2-метилпропен СН3 – С – СOОН СН3 2,2-диметилпропановая кислота 12.1.2. Свойства предельных одноосновных кислот Карбоновые кислоты обладают аномально высокими температурами плавления и кипения. Это объясняется ассоциацией молекул, обусловленной водородной связью. Наиболее характерна димерная ассоциация: О СН3 – С Н–О С – СН3 О–Н О Большая часть кислот в твёрдом, жидком и даже газообразном состоянии находится в виде димеров. Только при высоких температурах димеры распадаются на мономеры. Кислоты гомологического ряда от С4 до С8 – бесцветные жидкости. Муравьиная, уксусная и пропионовая кислоты обладают острым кислым запахом. Кислоты от масляной до октановой имеют неприятный прогорклый запахом. Высшие кислоты – твёрдые вещества, не имеющие запаха. Муравьиная, уксусная и пропионовая кислоты хорошо растворимы в воде. Другие жидкие кислоты ограниченно растворимы в воде. Твёрдые кислоты в воде нерастворимы. По химическим свойствам из карбоновых кислот самой сильной является муравьиная кислота, остальные кислоты намного слабее большинства минеральных кислот, но сильнее угольной. 1. Диссоциация карбоновых кислот. Карбоксильная группа легко отщепляет водород. Поэтому у карбоновых кислот хорошо выражены кислотные свойства: СН3 – СООН СН3 – СОО- + Н+ 2. Образование солей при взаимодействии с металлами, оксидами и щелочами. 2СН3 – СООН + Mg (СН3 – СОО)2Mg + H2 уксусная кислота ацетат магния 2СН3 – СН2 – СООН + СаO (СН3 – СН2 – СОО)2Са + H2O пропановая кислота пропионат кальция НСООН + KOH НСООK + H2O муравьиная формиат кислота калия С водным раствором аммиака, который проявляет свойства оснований, карбоновые кислоты также образуют соли: СН3 – СН2 – СН2 – СООН + NH3 СН3 – СН2 – СН2 – СООNH4 масляная кислота бутират аммония 3. Взаимодействие со спиртами (этерификация). Карбоновые кислоты взаимодействуют со спиртами в присутствии сильных неорганических кислот. От молекулы кислоты отделяется группа –ОН, а от молекулы спирта атом Н, в результате образуются сложные эфиры: Н+ СН3 – СН2 – СООН + HO – СН3 СН3 – СН2 – С – О – СН3 + H2O пропионовая кислота метанол ║ O метилпропионат 4. Образование ангидридов. При действии сильных водоотнимающих веществ (H3PO4, H2SO4, P2O5) на карбоновые кислоты образуются ангидриды кислот: P2O5 2СН3 – СН2 – СООН СН3 – СН2 – С – O – C – СН2 – СН3 + H2O пропионовая кислота ║ ║ O O пропионовый ангидрид 5. Взаимодействие с галогенидами фосфора и серы. При взаимодействии галогенидов фосфора и серы с карбоновыми кислотами образуются галогенангидриды кислот: СН3 – СООН + PCl5 СН3 – СОCl + POCl3 + HCl уксусная хлорангидрид кислота уксусной кислоты СН3 – СООН + SOCl2 СН3 – СОCl + SO2 + HCl уксусная хлорангидрид кислота уксусной кислоты 6. Взаимодействие с галогенами. Так же, как и в альдегидах, хлор и бром могут замещать атом водорода в -положение по отношению к карбоксильной группе с образованием галогензамещённых кислот: СН3 – СН2 – СООН + Br2 СН3 – СНBr – СООН + HBr пропионовая 2-бромпропановая кислота кислота 7. Окисление. Насыщенные кислоты с нормальной углеродной цепью окисляются с трудом, кислоты с третичным атомом углерода дают при окислении (K2Cr2O7 или H2O2) гидроксикислоты, содержащие в молекуле кроме карбоксильной группы еще и гидроксильную –ОН группу: ОН [O] СН3 – СН – СООН СН3 – С – СООН СН3 СН3 изомасляная кислота оксиизомасляная кислота (2-метилпропановая) (2-метил-2-оксипропановая) В отличие от других кислот, муравьиная кислота легко окисляется: [O] НСООН СO2 + H2O 8. Восстановление карбоновых кислот. Кислоты восстанавливаются с трудом. Под действием алюмогидрида лития LiAlH4 или диборана В2Н6 карбоновые кислоты восстанавливаются до спиртов. Кат. СН3 – СН2 – СООН + Н2 СН3 – СН2 – СН2ОН + Н2О пропионовая пропанол-1 кислота 12.1.3. Отдельные представители 1. Муравьиная (метановая) кислота НСООН. Впервые была выделена в XVII веке из красных лесных муравьёв. Содержится в соке жгучей крапивы, хвое, фруктах. Безводная муравьиная кислота бесцветная жидкость с острым запахом и жгучим вкусом, вызывающая ожоги на коже. В промышленности её получают из оксида углерода (II): 200oC, 0,7МПа NaOH + CO НСООNa H2SO4 HCOOH - NaHSO4 Муравьиная кислота отличается рядом особенностей. Под влиянием водоотнимающих средств она разлагается. Эту реакцию используют для получения оксида углерода (2): H2SO4 HCOOH СО + Н2О В присутствии платины муравьиная кислота разлагается с выделением углекислого газа: HCOOH CO2 + H2 Наличие в молекуле муравьиной кислоты альдегидной группы обуславливает её восстанавливающие свойства. Она вступает в реакцию серебряного зеркала: HCOOH + Ag2O СО2 + Н2О + 2Ag Муравьиную кислоту применяют в текстильной и кожевенной промышленности, а также для консервирования кормов. 2. Уксусная (этановая) кислота СН3СООН. Широко распространена в природе: содержится в растительных и живых организмах, образуется при брожении, гниении, скисании вина, пива, содержится в кислом молоке, сыре. Образуется при окислении многих органических соединений. Безводная уксусная кислота плавится при +16,6оС, кристаллы её прозрачны как лёд, поэтому её называют ледяной. Впервые была получена в таком виде русским учёным Т.Е. Ловицем. Техническая уксусная кислота имеет концентрацию 70-80%. В промышленности её производят окислением ацетальдегида кислородом воздуха в присутствии марганцевых катализаторов или уксусно-кислым брожением жидкостей, содержащих этиловый спирт: СН3 – СH – СН2ОН + О2 СН3 – CООН + H2O Натуральный уксус содержит около 5% уксусной кислоты. Из него путём фракционной перегонки получают уксусную эссенцию, используемую в пищевой промышленности для консервирования. 12.2. НЕПРЕДЕЛЬНЫЕ ОДНООСНОВНЫЕ КИСЛОТЫ В непредельных карбоновых кислотах карбоксильная группа соединена с непредельным углеводородным радикалом. Названия непредельных кислот, в которых углеводородный радикал содержит двойную связь, складывается из названия соответствующего алкена с указанием положения двойной связи в цепи, окончания –овая и слова «кислота». СН2 = СH – CООН – пропеновая (акриловая) СН3 – СН = СН – СООН – бутен-2-овая (кротоновая) СН2 = СН – СН2 – СООН – бутен-3-овая (винилуксусная) СН2 = С – СООН – 2-метилпропеновая (метакриловая) СН3 С17Н33СООН или СН3–(СН2)7–СН=СН–(СН2)7–СООН олеиновая кислота С17Н31СООН или СН3–(СН2)4–СН=СН–СН2–СН=СН–(СН2)7–СООН линолевая кислота С17Н29СООН или СН3–СН2–СН=СН–СН2–СН=СН– СН2– СН=СН–(СН2)7–СООН линоленовая кислота 12.2.1. Получение непредельных одноосновных кислот 1. Каталитическое окисление алкенов. СН2 = С – СН3 + 3[O] СН2 = С – СOOН СН3 изобутен СН3 метакриловая кислота 2. Каталитическое окисление альдегидов. СН2 = СH – СOН + [O] СН2 = СH – СOOН акролеин акриловая кислота 3. Дегидратация оксикислот (отщепление молекул Н2О). KOH НО – СН2 – СН2 – СООH СН2 = СH – СOOН + Н2О 3-оксипропановая кислота акриловая кислота 12.2.2. Свойства непредельных одноосновных кислот Химические свойства непредельных одноосновных кислот определяются наличием в молекуле двойной связи и карбоксильной группы. Поэтому для непредельных кислот характерны все типичные реакции карбоновых кислот (реакции со щелочами, спиртами и т.д.). См. предельные карбоновые кислоты. Кроме этого для них характерны реакции, обусловленные наличием двойной связи. 1. Реакции присоединения по двойной связи. Непредельные кислоты легко присоединяют галогены: СН2 = СH – CООН + Cl2 СН2Cl – СHCl – CООН акриловая кислота 2,3-дихлорпропионовая кислота Непредельные кислоты могут присоединять воду и галогеноводороды. Если в молекуле непредельной кислоты двойная связь расположена при втором углеродном атоме, то она присоединяет воду и галогеноводороды против правила Марковникова: СН2 = СH – CООН + HBr СН2Br – СH2 – CООН акриловая кислота 3-бромпропионовая кислота СН2 = СH – CООН + H2О СН2ОН – СH2 – CООН акриловая кислота 3-оксипропионовая С участием катализаторов непредельные кислоты присоединяют водород: С17Н33СООН + H2 С17Н35СООН олеиновая стеариновая кислота кислота 2. Окисление. В отличие от предельных кислот, непредельные кислоты легко окисляются. При окислении непредельных кислот перманганатом калия в щелочной среде можно получить дигидроксикислоты: NaOH СН2 = СH – CООН + [O] СН2OH – СHOH – CООН 2,3-дигидроксипропионовая кислота При действии более сильных окислителей происходит разрыв углеродной цепи по двойной связи и образуются две кислоты: одноосновная и двухосновная: [O] СН3 – СН=СН – СООН СН3 – СООН + НООС – СООН кротоновая кислота щавелевая кислота 12.3. АРОМАТИЧЕСКИЕ КИСЛОТЫ К ароматическим кислотам относят карбоновые кислоты, молекулы которых содержат бензольные кольца. Простейшей ароматической карбоновой кислотой является бензойная кислота: СООН Бензойную кислоту получают главным образом окислением толуола перманганатом калия, дихроматом калия или кислородом: СН3 COOH + 3[O] толуол + H2O бензойная кислота Кроме этого, бензойную кислоту можно получить гидролизом трихлорпроизводного толуола: СCl3 COOH + 2H2O + 3HCl бензотрихлорид бензойная кислота Бензойная кислота проявляет все химические свойства карбоновых кислот. 12.4. ДВУХОСНОВНЫЕ КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ 12.4.1. Предельные двухосновные кислоты Молекулы двухосновных карбоновых кислот содержат две карбоксильные группы. По международной номенклатуре названия предельных двухосновных кислот производят от названия соответствующего алкана с добавлением окончания –диовая. HOOC – COOH – этандиовая (щавелевая) HOOC – СН2 – COOH – пропандиовая (малоновая) HOOC – СН2 – СН2 – COOH – бутандиовая (янтарная) HOOC – СН2 – СН2 – СН2 – COOH – пентандиовая (глутаровая) HOOC – СН2 – СН2 – СН2 – СН2 –COOH – гександиовая (адипиновая) Щавелевая кислота – бесцветное кристаллическое вещество. Выделяется из водных растворов в виде кристаллогидрата H2C2O42 H2O. Её получают путём нагревания формиата натрия до 400оС. В результате образуется оксалат натрия: t=400 2HCOONa Na2C2O4 + H2 Далее, действием неорганических кислот на оксалат натрия получают щавелевую кислоту: Na2C2O4 + HCl H2C2O4 + NaCl В водном растворе щавелевая кислота ступенчато диссоциирует на ионы: 1 ступень: HOOC – COOH H+ + HOOC – COO2 ступень: HOOC – COO- H+ + -OOC – COOЩавелевая кислота одна из самых сильных карбоновых кислот. 12.4.2. Ароматические двухосновные кислоты СООН СООН СООН СООН фталевая (орто-фталевая) кислота СООН изофталевая (мета-фталевая) кислота СООН терефталевая (пара-фталевая) кислота 13. ЭФИРЫ 13.1. Простые эфиры (оксиды алкилов) Простые эфиры- это органические соединения, в которых два углеводородных радикала связаны между собой атомами кислорода (кислородным мостиком):R1-O-R2. СН3 – 0 – СН3 - диметиловый эфир, метоксиметан; С2Н5 –0 - С2Н5 – диэтиловый эфир, этоксиэтан; СН3 – 0- С2Н5 – метилэтиловый эфир, метоксиэтан. Номенклатура простых эфиров обычно связана с названием углеводородных радикалов, связанных с кислородом, по систематической номенклатуре – по названию предельного углеводорода, с которым связана группа (R-O-). С2Н5 – О-СН-СН3 СН3-О-СН2-СН-СН3 СН3 СН3 2-этоксипропан 1-метокси-3-метилбутан Изомерия простых эфиров зависит от изомерии радикалов, связанных с кислородом: СН3-О-СН2-СН2 -СН3 - метилпропиловый эфир; СН3-СН2-О-СН2 -СН3 - диэтиловый эфир. Простые эфиры в природе не встречаются, их получают синтетическим путем. 1. Межмолекулярной дегидратацией спиртов под действием минеральных кислот (серной): H2SO4 С2Н5–ОН + ОН-С2Н5 С2Н5-О-С2Н5 + Н2О этанол диэтиловый эфир 2. Взаимодействием галогеналкилов с алкоголятами: СН3-I + Na-О-С2Н5 СН3-О-С2Н5+NaI йодметан этилат натрия метилэтиловый эфир Простые эфиры- инертные вещества, в отличие от сложных эфиров они не гидролизуются. Они разлагаются на холоду концентрированными кислотами (серной, иодоводородной), металлический натрий их расщепляет. H2SO4 (конц.) C2H5-O-C2H5 HI (конц.) 2Na, t С2H5O-SO2-OC2H5 + H2O диэтилсульфат C2H5OH + C2H5I C2H5ONa + C2H5Na этилнатрий 13.2. Сложные эфиры органических и минеральных кислот. При взаимодействии карбоновых кислот со спиртами (реакция этерификации) образуются сложные эфиры: О ⁄⁄ R-COOH + HO-R1 → R-C-О-R1 + H2O Номенклатура сложных эфиров обычно складывается из названий кислот и спиртов, остатки которых содержатся в их молекулах. По систематической номенклатуре сложные эфиры называют, прибавляя в качестве приставки название спиртового радикала к названию кислоты, в котором окончание –овая заменяется на -оат. О H-C-О-C2H 5 муравьиноэтиловый эфир или этилформиат (этилметаноат) О СH3-C-О-C 2H 5 уксусноэтиловый эфир, или этилацетат (этилэтаноат) Изомерия сложных эфиров определяется изомерией углеводородных радикалов кислот и спиртов. 13.2.1.Получение сложных эфиров. Сложные эфиры получают чаще всего из природных продуктов, или реакцией этерификации – взаимодействием кислоты и спирта в присутствии минеральной кислоты (серной) или SiCl4. О О ║ ║ R-C - ОН+НО-R 1 R-C-О-R1 + H2O кислота спирт сложный эфир Выделение молекулы воды происходит за счет гидроксила кислоты и атома водорода спирта. Реакция этерификации обратима, эфиры легко гидролизуются. С одной и той же кислотой скорость реакции первичных спиртов в два раза выше, чем вторичных и во много раз выше, чем третичных. С одним и тем же спиртом, первичные кислоты вступают в реакцию быстрее, затем вторичные и третичные. 13.2.2. Химические свойства сложных эфиров. 1.Реакция гидролиза (омыление). Это реакция, обратная реакции этерификации. Проходит в кислой или щелочной среде О ║ Н+ или ОН-R-C-О-R1 + H2O R-C-ООН +НО-R 1 сложный кислота спирт эфир О ║ Н+ или ОНСН3-С-О-С2Н5 + Н2O CH3-COOH + С2Н5ОН этилэтаноат уксусная кислота этанол 2. Восстановление (присоединение водорода). При восстановлении сложных эфиров образуется смесь двух спиртов: О ⁄⁄ СН3-С-О-СН3 + 2Н2 С2Н5ОН + СН3ОН метилэтаноат этанол метанол О ⁄⁄ С 3Н7-С-О-С2Н5 + 2Н2 С2Н5ОН + С3Н7-СН2ОН этилбутират этанол бутанол 14. ЖИРЫ И ВОСКИ. ОЛИФЫ Жиры – это смесь полных сложных эфиров глицерина и одноосновных высших карбоновых (жирных) кислот. Состав, строение. Классификация. В образовании сложных эфиров могут принимать участие разные высшие жирные кислоты, но из спиртов – только один – глицерин, поэтому эти эфиры называют глицеридами. СН2ОН H 2 C-OCOR │ │ СНОН + 3 R-COOH→ H – C-OCR +3H2O │ │ СН2ОН H2-C-OCR глицерин триглицерид Как правило, природные жиры – смеси глицеридов различных кислот, чаще всего встречаются кислоты с С12-С18. Они могут быть предельными (пальмитиновая и стеариновая) и непредельными (олеиновая, линолевая и линоленовая). По происхождению жиры делятся на животные жиры, образованные в основном предельными кислотами , они являются твердыми соеди- нениямии и на растительные жиры ( жидкие растительные масла), которые представляют собой глицериды непредельных кислот. Гицериды, содержащие кислотные остатки одинаковых кислот, называют простыми, разных – смешанными. Жиры могут состоять одновременно из предельных и непредельных кислот, например свиной жир (сало) – состоит из триглицеридов олеиновой, пальмитиновой и стеариновой кислот, а коровье масло – из триглицеридов олеиновой, пальмитиновой, масляной и стеариновой кислот. 14.1.Химические свойства жиров. 1.Окисление жиров. Растительные масла, содержащие непредельные кислоты, при окислении на воздухе образуют гидропероксидные группировки: О-О-Н │ -СН=СН-СН2-СН=СН- + О2 → -СН=СН-СН2-СН=СНфрагмент непредельной кислоты Затем при помощи пероксидных мостиков (- О – О -) отдельные молекулы непредельных глицеридов объединяются между собой с образованием пространственной полимерной структуры. По этому признаку все растительные масла делятся на высыхающие (льняное, ореховое, конопляное), полувысыхающие (подсолнечное, соевое, хлопковое) и невысыхающие (оливковое, арахисовое, миндальное). Процесс высыхания (полимеризации) можно ускорить, добавляя к маслам специальные ускорители – сиккативы (соли свинца, марганца, кобальта). При нагревании масла с такими добавками получают олифы. Олифы применяют для изготовления и разведения красок, шпатлевок, грунтовки окрашиваемой поверхности. Краски, изготовленные на основе олифы, являются одним из основных защиты металла от атмосферной коррозии, дерева – от гниения. 2.Омыление жиров. При омылении щелочью получают глицерин и соли высших жирных кислот – мыла: H 2 C-OCOR CH2OH │ │ СН-ОCOR + 3 NaOH→ CHOH +3R-COONa │ │ СН2 -ОCOR CH2-OH жир глицерин мыло 3.Гидрогенизация жиров (гидрирование). Проходит в присутствии никеля, при этом жидкие масла переходят в твердые, их применяют для технических целей и для производства маргарина. СH 2 -OCOС17Н33 CH2-OСОС17H35 │ Ni │ СН-ОCOС17 Н33 +3Н2 → СН-ОCOС17Н35 │ │ СН2 -ОCOС17Н33 СН2 -ОCOС17Н35 триолеин тристеарин жидкий триглицерид твердый триглицерид Воски. Это жироподобные вещества растительного и животного происхождения. По химическому составу воски – также сложные эфиры. Однако в их состав вместо глицерина входят одноатомные высшие жирные спирты – цетиловый, мирициловый или цериловый. Воск может быть растительного (пальмовый, хлопковый), животного (пчелиный) и ископаемого происхождения (торфяной). Воск очень устойчив к действию химических реактивов, не изменяется при длительном хранении. Жиры применяются как продукт питания, в технике жиры используют в производстве мыл, косметики, глицерина, олифы, смазочных масел, лекарств. Воск используют для изготовления электроизоляционных материалов, политур, лаков, мастик. 15. УГЛЕВОДЫ Углеводы – органические вещества, молекулы которых состоят из атомов углерода, водорода и кислорода, причем водород и кислород находятся в них, как правило, в таком же соотношении, как и в молекуле воды (2:1). Общая формула углеводов – Cn(H2O)m, т.е. они как бы состоят из углерода и воды. Все углеводы можно разделить на две большие группы. 1. Простые углеводы (моносахариды или монозы). Они не подвергаются гидролизу с образованием более простых углеводов. В зависимости от числа углеродных атомов в молекуле различают триозы (С3), тетрозы (С4), пентозы (С5), гексозы (С6) и т.д.. Если моносахариды содержат альдегидную группу, то они относятся к классу альдоз (альдегидоспиртов), если кетонную – к классу кетоз (кетоспиртов). 2. Сложные углеводы (полисахариды или полиозы). Они подвергаются гидролизу и образуют при этом простые углеводы. 15.1. Моносахариды Общая формула моносахаридов CnH2nOn. Из гексоз наибольшее значение имеют глюкоза (виноградный сахар) и фруктоза (фруктовый сахар). Глюкоза – представитель альдоз, а фруктоза – кетоз. Глюкоза и фруктоза – изомеры, имеющие одну и ту же молекулярную формулу, но различное строение. В состав глюкозы входит альдегидная группа, а в состав фруктозы – кетонная: H O \ // C CH2OH H – C – OH C= О HO – C – H HO – C – H H – C – OH H – C – OH H – C –OH H – C – OH CH2OH CH2OH глюкоза фруктоза (природная) (природная) В молекулах углеводов нумерацию начинают со стороны карбонильной группы. Моносахариды существуют в виде цепной и циклической форм, которые существуют в растворах одновременно и могут переходить одна в другую. 15.1.1. Получение моносахаридов 1. Фотосинтез. В растениях углеводы образуются из углекислого газа и воды: h nCO2 + nH2O CnH2nOn + nO2 2. Гидролиз ди - и полисахаридов. C12H22O11 + H2O 2C6H12O6 дисахарид моносахарид (C6H10O5)n + mH2O nC6H12O6 полисахарид моносахарид 15.1.2. Химические свойства моносахаридов Моносахариды существуют не только в виде открытых цепных форм, но и в виде циклов, эти две формы способны свободно переходить одна в другую в водных растворах – их называют таутомерными. Открытая или цепная форма содержит свободную альдегидную или кетонную группу, циклическая – таких групп не содержит. Так глюкоза в водном растворе существует в трех формах: открытой (альдегидной) и двух циклических, фруктоза – открытой (кетонной) и двух циклических. H O H OH C H-C-OH HO-C-H C H-C-OH H-C-OH CH2OH открытая или цепная форма глюкозы H-C-OH HO-C-H O H-C-OH Н-C CH2OH циклическая форма глюкозы Циклическая или полуацетальная форма получается при переходе атома водорода в гидроксильной группе к атому кислорода, это объясняется полярностью карбонильной группы и тем, что цепная молекула монозы в пространстве изогнута При таком переходе возникает кислородный мостик и образуется т.н. полуацетальный или гликозидный гидроксил. Он отличается от других ОН- групп повышенной реакционной способностью. Например, для глюкозы циклическая и открытая форма выглядят следующим образом: CH2OH CH2OH C OH C O H O H H H H C C C C OH H OH H H ОН HO C C OH C C H OH H OH альдегидная форма циклическая (полуацетальная) форма От формы, в которой находится моноза зависят ее химические свойства. Глюкоза в открытой (цепной) форме вступает в реакции, характерные для альдегидов, в циклической – для глюкозы характерны только реакции спиртов. Гликозидный гидроксил, как самый активный, реагирует в первую очередь. Для моносахаридов характерно большое количество оптических изомеров, так как в их молекулах присутствуют несколько несимметричных атомов углерода (С*). Например, природная D-глюкоза отличается от синтетической L-глюкозы только взаимным расположением атомов водорода и ОН- групп: H O H O C C H-C*-OH HО-C*-H НO-C*-H H- C*-ОН H-C*-OH HО-C*-H H-C*-OH HО-C*-Н CH2OH CH2OH D-глюкоза L-глюкоза 1. Восстановление. Все моносахариды также как альдегиды и кетоны, при восстановлении образуют спирты. При восстановлении гексоз образуются шестиатомные спирты – гекситы. D-глюкоза при этом переходит в шестиатомный спирт – D-сорбит. H O C CH2OH H-C-OH H-C-OH HO-C-H [H2] H-C-OH H-C-OH CH2OH D-глюкоза HO- C-Н H-C-OH H-C-OН CH2OH D-сорбит 2. Окисление. В зависимости от характера окислителя могут образовываться одноосновные или двухосновные гидроксикислоты. Например, при окислении глюкозы образуются: H O COOH C COOH H-C-OH H-C-OH H-C-OH HO-C-H HNO3 НO-C-H HBrO HO-C-H H-C-OH H-C-OH H-C-OH H-C-OH H-C-OH H-C-OH COOH CH2OH CH2OH D-сахарная кислота D-глюкоза D-глюконовая кислота Все моносахариды относятся к восстанавливающим сахарам, для них характерны реакции “серебряного зеркала” и взаимодействие с фелинговой жидкостью(Cu(OH)2+Na2SO4). Эти реакции являются качественными. Например, при реакции глюкозы с фелинговой жидкостью: H O C COOH H-C-OH H-C-OH HO-C-H HO- C-Н +2Cu(OH)2 +Cu2O + 2H2O H-C-OH H-C-OH H-C-OH H-C-OН CH2OH CH2OH 3. Брожение. Спиртовое брожение протекает под влиянием микроорганизмов, в результате спиртового брожения гексоз образуется этиловый спирт: зимаза С6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 Известны и другие виды брожения, например: Молочнокислое брожение: молочнокислые бактерии С6H12O6 2CH3 – CH – COOH OH молочная кислота Маслянокислое брожение: маслянокислые бактерии С6H12O6 C3H7 - COOH + 2CO2 + 2H2 масляная кислота Лимоннокислое брожение: OH [O] С6H12O6 HOOC-CH2-C-CH2-COOH + 2H2O грибки COOH лимонная кислота 15.2. Отдельные представители моносахаридов Гексозы (С6H12O6). D-глюкоза (виноградный сахар) – кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, tпл=1460С, примерно в два раза уступает по сладости сахарозе, в свободном состоянии встречается в растениях, меде, в животных организмах, так в крови человека всегда содержится 0,08-0,11% глюкозы. В промышленности глюкозу получают из крахмала кипячением с серной кислотой. D-фруктоза (фруктовый сахар) - кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, tпл=1040С, встречается в свободном состоянии плодах и фруктах, входит в состав ди- и полисахаридов. Фруктоза - ценный питательный продукт, она в два раза слаще сахарозы и в три раза слаще глюкозы. L-аскорбиновая кислота(витамин С) – кристаллическое вещество с tпл=1920С, хорошо растворима в воде, получают из D-глюкозы, широко распространена в природе, содержится в свежих фруктах, ягодах и овощах. Дисахариды. К дисахаридам относятся сахароза (свекловичный или тростниковый сахар), лактоза (молочный сахар), мальтоза (солодовый сахар) и целлобиоза. В основном они состоят из гексоз, поэтому общая формула дисахаридов С12H22O11. 15.3. Высокомолекулярные углеводы (несахароподобные полисахариды) Несахароподобные полисахариды – природные высокомолекулярные вещества, являющиеся продуктами конденсации большого числа молекул моносахаридов. Общая формула полисахаридов (C6H10O5)n. Основными представителями несахароподобных полисахаридов являются крахмал, гликоген и целлюлоза (клетчатка). Крахмал – самый распространенный в природе полисахарид, он играет роль резервного вещества многих растений. В технике крахмал получают в основном из картофеля (25% крахмала). В состав крахмала входят два полисахарида – амилоза (20-30%) и амилопектин (70-80%). Эти полисахариды состоят из остатков α-D-глюкозы, связанных α -1,4-гликозидгликозидными связями. Они различаются пространственным строением и молекулярной массой. При гидролизе крахмала ( при нагревании в присутствии минеральных кислот) образуются различные продукты: (C6H10O5)n → растворимый крахмал→(C6H10O5)m→nC12H22O11→2nC6H12O6 крахмал декстрины мальтоза глюкоза Крахмал является невосстанавливающим сахаром, качественная реакция на крахмал – синее окрашивание при добавлении иода. Крахмал - ценный пищевой продукт, он является также ценным сырьем для производства этилового и н-бутилового спиртов, ацетона, молочной и лимонной кислот, глицерина и т.д.. Используется для проклеивания бумаги и картона, для производства клеев, лаков, пленок, волокон, пластмасс. Гликоген («животный крахмал») – полисахарид, аналогичный крахмалу, но с большей молекулярной массой и разветвленностью, является резервным питательным веществом в организме человека и животных ( откладывается в печени). Целлюлоза или клетчатка (от лат. cellula –клетка), основная часть оболочек растительных клеток. В чистом виде не встречается, образцом почти чистой целлюлозы может служить фильтровальная бумага и очи- щенная вата. Целлюлоза представляет собой полисахарид, состоящий из остатков β-D-глюкозы, связанных β-1,4-гликозид-гликозидными связями. Молекулярная масса целлюлозы составляет 1,5-2 млн., она образует длинные линейные цепи, уложенные в пучки, пучки, сплетаясь, образуют микроволокна. Линейная структура целлюлозы объясняет образование волокнистых материалов – хлопок , пенька, лен. Целлюлоза широко применяется в производстве бумаги, картона, вискозного волокна, целлофана, линолеума, целлулоида, нитрокрасок, лаков и эмалей и т.д. УПРАЖНЕНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ Домашнее задание 1 «Предельные, непредельные углеводороды» Вариант №1 1. Напишите структурные формулы 3-х изомеров гептана и назовите их. 2. Напишите структурные формулы соединений по их названиям: 3-метилпентин-1, 2-метил-3,4-диэтилоктан, 3,3-диметилгептан, 1,3-диметилциклопентан, 2-метил-4-изопропилнонан. 2,2,5,5тетраметилгексен-3, 2-метил-3 –этил-гептен-1, 2-метилбутадиен-1,3. 3. Назовите соединения по номенклатуре ИЮПАК: СН3-СН-СН-СН2-СН3 ׀ ׀ СН3 СН3 СН3 ׀ СН3-С-СН2-СН2-СН3 ׀ СН3 СН3-СН-СН2-СН-СН2-СН2-СН3 ׀ ׀ СН3 С2Н5 СН3-С=СН2-СН3 ׀ СН2-СН3 4. Для 2,3-диметилбутена-2 написать реакции присоединения водорода, хлороводорода, окисления в мягких и жестких условиях. 5. Написать реакцию получения пентина из дигалогенпроизводного, взаимодействия пентина с избытком водорода, хлора, хлороводорода, водой. 6. Указать класс приведенных углеводородов и назвать их: С3Н6, С4Н8, С2Н2, С6Н12, С6Н10, С5Н8. 7. Составить реакции гидрирования пентадиена-1,3. 8. Вывести молекулярную формулу вещества, содержащего 85,7% углерода и 14,3% водорода. Плотность паров по водороду равна 21. Домашнее задание 1 «Предельные, непредельные углеводороды» Вариант №2 1. Сколько изомеров у гексана ? Напишите структурные формулы этих изомеров и назовите их. 2. Напишите структурные формулы соединений по их названиям: 2,2-диметилпентан; 2,4,6-триметилоктан; 2-метил-3-этилгексадиен-1,4; 1,4-диметилциклопентан; 2,2-диметил-4,6-дипропилнонан; 3-метил-4этилоктан; 2,3,5-триметил-гексен-2; 3-метилпентин-1. 3. Назовите соединения по номенклатуре ИЮПАК: СН3-СН-СН2-СН-СН2-СН3 СН3-СН-СН2-СН-СН2-СН3 ׀ ׀ ׀ ׀ СН3 СН3 СН3 ׀ СН3-СН2-С-СН2-СН=СН2 ׀ СН3 С2Н5 СН3-СН-СН2-СН3 ׀ СН2-СН2-СН3 СН3 4. Для 2-метилпентена-1 написать реакции присоединения водорода, хлороводорода, окисления в мягких и жестких условиях. 5. Написать реакцию получения пентина-1 дегидратацией соответствующего спирта, взаимодействия пентина-1 с бромом, с водой, избытком водорода, хлороводорода. 6. Указать класс приведенных углеводородов и назвать их: С3Н8, С5Н12, С2Н2, С2Н4, С6Н14, С6Н10. 7. Составить реакции хлорирования пентадиена-1,3 в 1,2- и 1,4положения. Назвать продукты. 8. Вывести молекулярную формулу вещества, содержащего 81,8% углерода и 18,2% водорода. Определить плотность паров по водороду. Домашнее задание 1 «Предельные, непредельные углеводороды» Вариант №3 1.Сколько изомеров у пентана ? Напишите структурные формулы этих изомеров и назовите их. 2. Напишите структурные формулы соединений по их названиям: 3-метил-3-этилпентан; 2,2,4,4-тетраметилгексан; 3-этилоктан; 1,2,3-триметилциклопентан; 3-метил-4-изопропилдекан; 3,4диметилгексан; 2,3,5-триметилгептен-1; 3-метилбутадиен-1,2. . 3. Назовите соединения по номенклатуре ИЮПАК: СН3-СН-СН-СН2-СН2-СН3 СН3 СН3 СН3-СН-СН2-СН-СН2-СН2-СН3 ׀ ׀׀ ׀ СН3 С3Н7 СН3 СН3-СН-СН2-СН3 ׀ ׀ СН3-С-СН2-СН=СН-СН2-СН3 С2Н5 ׀ СН3 4. Написать для пентина-2 формулы изомера положения, структурного изомера, межклассового изомера. 5. Для 2,4-диметилпентена-2 написать реакции присоединения водорода, хлороводорода, окисления в мягких и жестких условиях. 6. Написать реакцию получения бутина из дигалогенпроизводного, взаимодействия 3-метил-бутина с избытком водорода, хлора, хлороводорода, водой. 7. Указать класс приведенных углеводородов и назвать их: С3Н6, С4Н8, С2Н2, С6Н12, С6Н10, С5Н8. 8. Вывести молекулярную формулу вещества, содержащего 83,72% углерода и 16,28% водорода. Молекулярная масса вещества равна 86. Домашнее задание 1 «Предельные, непредельные углеводороды» Вариант №4 1. Сколько изомеров у октана? Напишите структурные формулы 5 изомеров октана и назовите их. 2. Напишите структурные формулы соединений по их названиям: 2-метилоктана; 2,4,5,5-тетраметилгептан; 3,4-диэтилгексан; 1,2-диметилциклобутан; 3,4-диизопропилнонан; 3,5-диметилоктен-3; 2метил-3,4 –диэтилгексен-3; 2-метилпентадиен-1,4. . 3. Назовите соединения по номенклатуре ИЮПАК: СН3-СН - СН-СН2-СН3 СН3-СН-СН2-СН-СН3 ׀ ׀ С2Н5 СН3 ׀ СН3 ׀ С2Н5 СН3 СН3-СН-СН2-СН3 ׀ ׀ СН3-С-СН2-СН-СН3 СН2-СН2-СН3 ׀ ׀ СН3 СН3 4. Написать реакции взаимодействия 2-метил-пентина с избытком водорода, хлора, хлороводорода, водой. 5. Написать реакцию получения пропена из пропана, взаимодействия пропена с бромоводородом, с водой, окисления в мягких условиях. 6. Указать класс приведенных углеводородов и назвать их: С3Н8, С5Н12, С2Н2, С2Н4, С6Н14, С6Н10. 7. Составить для гептина-1 структурные формулы изомера положения, структурного изомера, межклассового изомера и назвать по международной номенклатуре. 8. Вывести молекулярную формулу вещества, содержащего 84,21% углерода и 15,79% водорода. Плотность паров по воздуху равна 3,93. Домашнее задание 1 «Предельные, непредельные углеводороды» Вариант №5 1. Для пентена-2 составьте структурные формулы изомера положения, цис- транс-изомера, межклассового изомера и назовите их. 2. Напишите структурные формулы соединений по их названиям 2-метилпентан; 2,5,6-триметилоктан; 3,3-диэтилгексан; 1,3-диметилциклогексан; 2-метил-4-изопропилнонан; 3-метил-4этилгептен-1; 3-метилбутин-1; 2,3-диметилгексадиен-1,4. 3. Назовите соединения по номенклатуре ИЮПАК: СН3-СН-СН-СН2-СН3 СН3-СН-СН2-СН-СН2-СН2-СН3 ׀ ׀ ׀ ׀ СН3 СН3 СН3 С2Н5 СН3 СН3-СН-СН2-СН3 ׀ ׀ СН3-С-СН2-СН2-СН3 СН2-СН3 ׀ СН3 4. Для 3,4-диметилгексена-3 написать реакции присоединения водорода, хлороводорода, окисления в мягких и жестких условиях. 5. Написать реакцию получения пентина из дигалогенпроизводного, взаимодействия пентина с избытком водорода, хлора, хлороводорода, водой. 6. Указать класс приведенных углеводородов и назвать их: С3Н6, С4Н8, С2Н2, С6Н12, С6Н10, С5Н8. 7. Составить структурные формулы всех возможных изомеров бутина и назвать по международной номенклатуре. 8.Вывести молекулярную формулу вещества, содержащего 85,7% углерода и 14,3% водорода. Плотность паров по водороду равна 21. Домашнее задание 1 «Предельные, непредельные углеводороды» Вариант №6 1. Напишите структурные формулы 5 изомеров гексана и назовите их. 2. Напишите структурные формулы соединений по их названиям 2,2-диметилпентан; 2,4,6-триметилоктан; 2-метил-3-этилгексан; 1,4-диметилциклопентан; 2,2-диметил-4,6-дипропилнонан; гександиен-1,3; 2,4,6-триметилгептан; 2,3-диметилпентадиен-1,4. 3. Назовите соединения по номенклатуре ИЮПАК: СН3-СН-СН2-СН-СН2-СН3 СН3-СН-СН2-СН-СН3 ׀ ׀ ׀ ׀ СН3 СН3 С2Н5 ׀ СН3-СН2-С-СН2-СН2-СН3 ׀ СН3 СН3 С3Н7 СН3-СН-СН2-СН3 ׀ СН2-СН-СН3 ׀ СН3 4. Написать реакцию получения бутена-2 из спирта, взаимодействия бутена-2 с бромом, с водой, окисления в мягких условиях. 5. Выбрать галогенропроизводные, из которых можно получить алкины: 2,3-дибромпентан, 1,1-дихлорбутан, 1,2-дибром-3-метилпентан, 2,3дибромгенксан, 2,4-дихлоргексан. Написать уравнения соответствующих реакций, назвать полученные алкины. 6. Указать класс приведенных углеводородов и назвать их: С3Н8, С5Н12, С2Н2, С2Н4, С6Н14, С6Н10. 7. Составить возможные реакции гидратации с этаном, этеном, ацетиленом. 8. Вывести молекулярную формулу вещества, содержащего 81,8% углерода и 18,2% водорода. Определить плотность паров по водороду. Домашнее задание 1 «Предельные, непредельные углеводороды» Вариант №7 1. Выбрать пары гомологов и изомеров среди следующих углеводородов: 2-метилпентан, пропан, 2-метилпропан, гексан, циклопентан, нбутан, циклогексан. 2. Напишите структурные формулы соединений по их названиям 2,3-диметилпентан; 2,2-диметил-3,4-диэтилоктан; 1,2-диметилциклобутан; 2-метил-3-изопропилгексан; 2,2,5,5-тетраметилгексанол-3; 1,2-диметилциклопентан; бутадиен-1,2. 3. Назовите соединения по номенклатуре ИЮПАК: СН3-СН - СН-СН2-СН3 СН3-СН-СН2-СН-СН2 -СН3 ׀ ׀ ׀ ׀ С2Н5 С3Н7 СН3 С2Н5 СН3-СН-СН3 ׀ С3Н7-С-СН2-СН2-СН3 СН3 4. СН2-СН2-СН2-СН3 ׀ СН-СН3 ׀ ׀ СН3 4. Для 2,3-диметилпентена-2 написать реакции присоединения водорода, хлороводорода, окисления в мягких и жестких условиях. 5. Написать реакцию получения 3-метилпентина-1 из дигалогенпроизводного, взаимодействия 3-метилпентина-1 с избытком водорода, хлора, хлороводорода, водой. 6. Составить структурные формулы всех возможных изомеров пентина и назвать по международной номенклатуре. 8. Указать класс приведенных углеводородов и назвать их: С3Н6, С4Н8, С2Н2, С6Н12, С6Н10, С5Н8. 9. Вывести молекулярную формулу вещества, содержащего 82,7% углерода и 17,3% водорода. Плотность паров по водороду равна 29. Домашнее задание 1 «Предельные, непредельные углеводороды» Вариант №8 1. Выбрать пары гомологов и изомеров среди следующих углеводородов: пентан, 2-метилпентан, бутан, 2-метилбутан, гексан, циклобутан, циклопентан. 2. Напишите структурные формулы соединений по их названиям 3,4,5-триметилгексан; 2,3-диметил-4-пропил-3-этил-октан; 1,3-диметилциклопентан; 3-метил-3-изопропилгексан; 2-метилпентанол-1, 1-метил-4 –этил-гептен-2; 2,3-диметилоктадиен-1,4. 3. Назовите соединения по номенклатуре ИЮПАК: СН3-СН - СН-СН2-СН3 ׀ ׀ С3Н7 С2Н5 СН3-СН-СН3 ׀ С2Н5-С-СН2-СН3 ׀ СН3 С2Н5-СН-СН2-СН-СН2 -СН3 ׀ ׀ СН3 С2Н5 СН2-СН2-СН3 ׀ СН-СН3 ׀ С2Н5 4. Написать реакции взаимодействия пентина с избытком водорода, хлора, хлороводорода, водой. 5. Написать реакцию получения бутана из бутена, взаимодействия бутена с хлором, водородом, водой, окисления. 6. Указать класс приведенных углеводородов и назвать их: С3Н8, С5Н12, С2Н2, С2Н4, С6Н14, С6Н10. 7. Составить структурные формулы 6 возможных изомеров гептена и назвать по международной номенклатуре. 8. Вывести молекулярную формулу вещества, принадлежащего к гомологическому ряду алканов, плотность паров по водороду которого равна 29. Домашнее задание 1 «Предельные, непредельные углеводороды» Вариант №9 1. Написать структурные формулы соединений: 2,5-диметилгексан, 2,3-диметил-4 –этил-гептен-1, 2-метилбутадиен-1,3. 3,4-диметилгексан, 2,3,5-триметилгептен-1, 3-метилбутадиен-1,2; 1,2диметилциклопентан. 2. Для 3,5-диметилгексена-3 написать реакции присоединения водорода, хлороводорода, окисления в мягких и жестких условиях. 3. Для ацетилена написать реакции взаимодействия с водородом (с одной молекулой), с водой, образования ацетиленида меди. 4. Указать класс приведенных углеводородов и назвать их: С3Н6, С4Н8, С2Н2, С6Н12, С6Н10, С5Н8. 5. Составить структурные формулы возможных изомеров пентана и назвать по международной номенклатуре. 6. Выбрать пары гомологов и изомеров среди следующих углеводородов: пентан, 2-метилпентан, бутан, 2-метилбутан, гексан, циклобутан, циклопентан. 7. Составить реакции присоединения 1 моль водорода в 1,2- и 1,4- положения для пентадиена-1,3. Назвать продукты. 8. Вычислить массовые доли углерода и водорода в молекулах этана, этена и этина. Домашнее задание 1 «Предельные, непредельные углеводороды» Вариант №10 1. Написать структурные формулы соединений: 3-метил-4-этилоктан; 2,3,5-триметил-гексен-2; 3-метилпентин-1; 2,2,5,5-тетраметилгексан; 2-метил-3 –этил-гептен-1; 2-метилбутадиен-1,3. 2. Для 2,3-диметилбутена-2 написать реакции присоединения водорода, хлороводорода, окисления в мягких и жестких условиях. 3.Написать реакцию получения пентина из дигалогенпроизводного, взаимодействия пентина с избытком водорода, хлора, хлороводорода, водой. 4.Указать класс приведенных углеводородов и назвать их: С3Н6, С4Н8, С2Н2, С6Н12, С6Н10, С5Н8. 5.Составить структурные формулы изомеров пентена (изомера положения двойной связи, углеродного скелета, геометрического и межклассового изомера) и назвать по международной номенклатуре. 6. Составить изомеры для гептана, содержащие третичные атомы углерода. Назвать их. 7. Написать возможные реакции гидратации пропана, пропена, пропина. 8. Вычислить массовые доли углерода и водорода в молекулах пропана, пропена и пропина. Домашнее задание №2 Вариант1 1. Назовите по международной номенклатуре следующие соединения: СH3-CH-CH-CH3 CH3-CHCl-CОOH CH3-CH-CH2-CH-CH3 OH CH3 OH OH 2. Напишите структурные формулы следующих соединений: 1). 3-бромгексанол-2; 2). 2-метил-3-этилпентанол-1; 3). 2-метилпентаналь, пропанон; 4). Гексаналь, бутанон-2; 5). 2-метилпропановая кислота; 2,3,3-трихлорбутановая кислота. 6). 3,4-диметилгептановая кислота; 2-аминопропановая кислота; 3. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения, указать название продуктов реакций: а) спирты C2H4XYC2H5-O-C2H5 б) альдегиды, кетоны Уксусный альдегидэтанолэтиленацетиленуксусный альдегид 4. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения, назвать X, Y, Z: CH4CH3ClCH3OHHCOHHCOOHCO2 5. Напишите уравнения реакций получения следующих эфиров: 1). уксусно-пропилового; 2). муравьино-этилового; 6. Какие продукты получаются: 1). При гидролизе метилацетата Домашнее задание №2 Вариант2 1. Назовите по международной номенклатуре следующие соединения: СH3-CH-CH-CH3 CH3-CH2-CH2OH CH3-CH2-CH2-CH-CH3 OH CООH OH 2. Напишите структурные формулы следующих соединений: 1). 2,7-дихлороктандиол-4,5; 2). 2-этилфенол 3). Гексаналь, бутанон-2; 4). Пропаналь, пентанон-3; 5). Масляная кислота, 3-метилпентановая кислота; 6). Валериановая кислота, 2,4-дихлорпентановая кислота; 3. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения, указать название продуктов реакций: 1). C2H5OHC2H4C2H5ClC2H5OH 2). Уксусный альдегидэтанолэтиленацетиленуксусный альдегид 4.Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения, назвать X, Y, Z: 1). метанXYуксусная кислота 5. Напишите уравнения реакций получения следующих эфиров: 1). пропионово-метилового 2). уксусно-метилового 6. Какие продукты получаются: 1). При щелочном гидролизе метилбутирата; 2). При восстановлении водородом пропионо-метилового эфира; Домашнее задание №2 Вариант3 1. Назовите по международной номенклатуре следующие соединения: СH3-CH-CH-CH3 CH3-CH2 -CH2-CH2OH CH3-CH2-CH2-CH2CООH СH3 CH3 2. Напишите структурные формулы следующих соединений: 1). 5-метил-3-бромфенол; 2).3,4,5-триэтилфенол; 3). 2-метилпентаналь, пропанон 4). 2,3-диметилбутаналь, гексанон-3; 5). Уксусная кислота, 2,2,3-триметилпентановая кислота; 6). Муравьиная кислота, 2,2-диметилпропановая кислота; 3. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения, указать название продуктов реакций: 1). Пропанол-11-бромпрорпанн–гексан бензол изопропилбензол фенол 2). Этанэтиленэтанолуксусный альдегидэтанол 4. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения, назвать X, Y, Z: 1). этанолXэтановая кислотаY 5. Напишите уравнения реакций получения следующих эфиров: 1).метилформитата; 2).этилпропионата; 6. Какие продукты получаются: 1). При гидролизе метилбутирата; 2). При щелочном гидролизе пропилпропионата; Домашнее задание №2 Вариант4 1. Назовите по международной номенклатуре следующие соединения: СH3-CH-CH- CH2 -CH3 CH3-CHCl-CОOH CH3-CH-CH2-CH-CH3 OH CH3 OH OH 2. Напишите структурные формулы следующих соединений: 1). 2,4-диметилпенанол-2; 2). Бутандиол-1,2. 3). Этаналь, 3-метил-пентанон-2; 4).метаналь, пентанон-2; 5). Муравьиная кислота, 2,2-диметилпропановая кислота; 6). 2-хлор-метилбутановая кислота, молочная кислота; 3. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения, указать название продуктов реакций: 1). Пропанол-1 Xпропанол-2 2) Уксусный альдегидэтанолэтиленацетиленуксусный альдегид 4. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения, назвать X, Y, Z: 1).СH4XC2H6C2H4C2H5OHCH3COOH 5. Напишите уравнения реакций получения следующих эфиров: 1). уксусно-метилового; 2).метилформитата; 6. Какие продукты получаются: 1). При гидролизе пропилформиата; 2). При щелочном гидролизе пропилпропионата; Домашнее задание №2 Вариант5 1. Назовите по международной номенклатуре следующие соединения: СH3-CH-CH-CH3 CH3-CHCl-CH2OH CH3-CH-CH2-CH-CH3 OH CH3 OH OH 2. Напишите структурные формулы следующих соединений: 1). 3-бромгексанол-2; 2). 2,7-дихлороктандиол-4,5; 3).3,4-диметилпентаналь, пропанон; 4).ацетальдегид, гексанон-2. 5). Уксусная кислота, 2,2,3-триметилпентановая кислота; 6). Муравьиная кислота, 2,2-диметилпропановая кислота; 3. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения, указать название продуктов реакций: 1). Этанол Y 1,2-дихлорэтан 2). Метанметанолформальдегидфенолформальдегидная смола 4. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения, назвать X, Y, Z: 1). CaCO3CaOCaC2C2H2CH3CHOCH3COOH 5. Напишите уравнения реакций получения следующих эфиров: 1). этилпропионата; 2).пропилпропионата. 6. Какие продукты получаются: 1). При гидролизе этилпропионата; 2). При восстановлении водородом пропионо-метилового эфира; Домашнее задание №2 Вариант6 1. Назовите по международной номенклатуре следующие соединения: СH3-CH-CH-CH3 CH3-CH2OH CH3-CH-CH2-CH-CОOH CH3 CH3 CH3 CH3 2. Напишите структурные формулы следующих соединений: 1). 3-бромгексанол-2; 2). 2-метил-3-этилпентанол-1; 3). 2,3-диметилбутаналь, гексанон-3; 4). Пропаналь, пентанон-3; 5). 2-хлор-метилбутановая кислота, молочная кислота; 6). Пропеновая кислота, 2-хлор-3-метилгептановая кислота. 3. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения, указать название продуктов реакций: 1). 2-метилпропанол-1Z2-метилпропанол-2 2). ЭтанолэтиленХэтанол 4. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения, назвать X, Y, Z: 1). хлорэтанэтанолXэтановая кислотаYметан 5. Напишите уравнения реакций получения следующих эфиров: 1). этилпропионата; 2).пропилпропионата. 6. Какие продукты получаются: 1). При гидролизе метилбутирата; 2). При щелочном гидролизе пропилпропионата; Домашнее задание №2 Вариант7 1. Назовите по международной номенклатуре следующие соединения: СH3-CH-CH-CH3 CH3-CОOH CH3-CH-CH2-CH-CОOH CH3 CH3 CH3 CH3 2. Напишите структурные формулы следующих соединений: 1). 2-этилфенол; 2). Бутандиол-1,2. 3). Этаналь, 3-метил-пентанон-2; 4).метаналь, пентанон-2; 5). 2-хлор-метилбутановая кислота, молочная кислота; 6). 2-метилбутановая кислота, 3,4-дихлоргексановая кислота; 3. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения, указать название продуктов реакций: 1). ЭтанолэтиленХэтанол 2). +HCl +H2O, KOH H+, t=1800C H2O, t, катализатор С2H4 A B C D 4. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения, назвать X, Y, Z: 1). метанXYZацетат натрия + 5. Напишите уравнения реакций получения следующих эфиров: 1). пропилпропионата. 2).пропилформиата. 6. Какие продукты получаются: 1). При гидролизе метилацетата; 2). При восстановлении водородом этилпентаната; Тренировочный тест по курсу «Органическая химия» 1. Углеводород, в молекуле которого орбитали ВСЕХ атомов углерода находятся в состоянии sp-гибридизации – это: 1. бутадиен-1,3 2. пропин 3. этин 4. бутин-2 2. Углеводород, относящийся по составу к алканам это: 1. С6Н12 2. С7Н16 3. С3Н4 3. Пропанол-1 и пропанол-2 представляют собой: 1. гомологи 2. структурные изомеры 3. пространственные изомеры 4. одно и то же вещество 4. Способ получения формальдегида это: 4. С6Н6 1. восстановлением метанола 3. окисление метанола 2. окисление метана 4. восстановления метана 5. Для уксусной кислоты характерны реакции: А. полимеризации Б. «серебряного зеркала» В. этерификации Г. взаимодействия с натрием Вариант ответа: 1. А, В 2. В, Г 3. А, Б 6. К природным полимерам относится: 1. полистирол 3. полиэтилен 4. Б, Г 2. ацетатное волокно 4. целлюлоза 7. Правильное название вещества СН3 – СН– СН3 ОН 1. 2-метилпропанол-1 2. 2-метилпропанол-2 3. пропанол-2 4. нет правильного ответа 8. При гидратации алкенов образуются одноатомные спирты: 1. ароматические 2. предельные 3. Непредельные с двойной связью 4. Непредельные с тройной связью 9. Этанол и глицерин можно различить с помощью: 1. водорода 2. гидроксида меди (II) 3. соляной кислоты 4. бромной воды 10. Пропаналь и ацетон можно различить с помощью: 1. лакмуса 2. соляной кислоты 3. аммиачного раствора оксида серебра 4. ацетата натрия 11. В реакции превращения двух спиртов в метилэтиловый эфир исходные вещества это: А. метанол Б. этанол В. 2-метилбутанол-1 Г. пропанол Вариант ответа: 1. А, В 2. А, Г 3. А, Б 4. Б, Г 12. К искусственным полимерам относится: 1. лигнин 2. ацетатное волокно 3. полиэтилен 3. полиизопрен 13. Структурный изомер н-пентана: 1. 2-метилбутан 2. 2-метилпропен 3. 2-метилпропан 4. 2,2-диметилбутан 14. С гидроксидом натрия реагирует: 1. пропан 2. бензол 3. фенол 4. бутан 15. Функциональная группа спиртов и фенолов: 1. – ОН 2. – NO2 3. – СО 16. Кетоны получают окислением: 1. первичных спиртов 3. третичных спиртов 4. – СОOH 2. вторичных спиртов 4. альдегидов 17. Этилпропионат можно получить взаимодействием веществ: А. этанол Б. уксусная кислота В. пропанол Г. пропионовая кислота Вариант ответа: 1. А, В 2. А, Г 3. А, Б 4. Б, В 18. Из диеновых углеводородов можно получить синтетические полимеры: А. полистирол Б. полипропилен В. полибутадиен Г. полиизопрен Вариант ответа: 1. А, В 2. В, Г 3. А, Б 4. Б, В ПРИЛОЖЕНИЯ Основные классы органических соединений Класс соединений Алканы, CnH2n+2 Алкены, CnH2n Алкины, Функциональная группа или кратная связь Все связи С – С одинарные Одна двойная связь С=С Одна тройная Пример соединения СН3СН3 Название соединения Этан СН2 = СН2 Этен (этилен) СНСН Этин (ацети- CnH2n-2 Алкадиены, CnH2n-2 Спирты, Простые эфиры Альдегиды кетоны Карбоновые кислоты связь СС Две двойные связи – ОН гидроксильная –О– оксигруппа – С–Н О карбонильная – С– О карбонильная О –С \ ОН карбоксильная Сложные эфиры О –С –О– сложноэфирная СН2=СН – СН=СН2 лен) Бутадиен – 1,3 СН3СН2 – ОН Этанол СН3СН2 – О – СН2СН3 Диэтиловый эфир, этоксиэтан Уксусный альдегид, этаналь О СН3 –С \ Н СН3 – С – СН3 О О СН3 –С Ацетон, пропанон Уксусная кислота, этановая кислота \ ОН О СН3 – С – О – СН3 Физические свойства алканов Метиловый эфир уксусной кислоты, метилацетат Свойства спиртов Названия карбоновых кислот Формула кислоты Название кислоты международное тривиальное Название кислотного отстатка HCООH метановая муравьиная формиат СН3 – СООН этановая уксусная ацетат СН3 – СН2 – СООН пропановая пропионовая пропионат СН3–СН2–СН2– СООН бутановая масляная бутират С4Н9СООН пентановая валериановая валериат С5Н11СООН гексановая капроновая капронат С6Н13СООН гептановая энантовая энтинат С7Н15СООН октановая каприловая каприлат С8Н17СООН нонановая пеларгоновая пеларгонат С9Н19СООН декановая каприновая капринат С15Н31СООН гексадекановая пальмитиновая пальмитат С16Н33СООН гептановая маргариновая маргарат С17Н35СООН октадекановая стеариновая стеарат НООС-СООН этандиовая щавелевая оксалат НООС-СН2-СООН пропандиовая малоновая малонат НООС-СН2- СН2-СООН бутандиовая янтарная сукцинат СН2=СН-СООН пропеновая акриловая акрилат СН3 - СН=СН-СООН Бутен-2-овая кротоновая СН2=СН-СН2 - СООН Бутен-3-овая винилуксусная СН3 - СНСН-СООН тетроновая СН2Cl– СООН хлоруксусная СНCl2– СООН дихлоруксусная СCl3– СООН трихлоруксусная С17Н33СООН октадилен-9-овая олеиновая олеат С6Н5СООН бензойная бензолкарбоновая бензоат Применение и свойства эфиров Сложные эфиры широко используются в качестве растворителей, пластификаторов, ароматизаторов. Эфиры муравьиной кислоты: HCOOCH3 — метилформиат, tкип = 32 °C; растворитель жиров, минеральных и растительных масел, целлюлозы, жирных кислот; ацилирующий агент; используют в производстве некоторых уретанов, формамида. HCOOC2H5 — этилформиат, tкип = 53 °C; растворитель нитрата и ацетата целлюлозы; ацилирующий агент; отдушка для мыла, его добавляют к некоторым сортам рома, чтобы придать ему характерный аромат; применяют в производстве витаминов B1, A, E. HCOOCH2CH(CH3)2 — изобутилформиат несколько напоминает запах ягод малины. HCOOCH2CH2CH(CH3)2 — изоамилформиат (изопентилформиат) растворитель смол и нитроцеллюлозы. HCOOC6H5 — бензилформиат, tкип = 202 °C; имеет запах жасмина; используется как растворитель лаков и красителей. HCOOCH2CH2C6H5 — 2-фенилэтилформиат имеет запах хризантем. Эфиры уксусной кислоты: CH3COOCH3 — метилацетат, tкип = 58 °C; по растворяющей способности аналогичен ацетону и применяется в ряде случаев как его заменитель, однако он обладает большей токсичностью, чем ацетон. CH3COOC2H5 — этилацетат, tкип = 78 °C; подобно ацетону растворяет большинство полимеров. По сравнению с ацетоном его преимущество в более высокой температуре кипения (меньшей летучести). CH3COOC3H7 — н-пропилацетат, tкип = 102 °C; по растворяющей способности подобен этилацетату. CH3COOCH(CH3)2 — изопропилацетат, tкип = 88 °C; по растворяющим свойствам занимает промежуточное положение между этил- и пропилацетатом. CH3COOC5H11 — н-амилацетат (н-пентилацетат), tкип = 148 °C; напоминает по запаху грушу, применяется как растворитель для лаков, поскольку он испаряется медленнее, чем этилацетат. CH3COOCH2CH2CH(CH3)2 — изоамилацетат (изопентилацетат) напоминает по запаху бананы. CH3COOC8H17 — н-октилацетат имеет запах апельсинов. Эфиры масляной кислоты: C3H7COOCH3 — метилбутират, tкип = 102,5 °C; по запаху напоминает ранет. C3H7COOC2H5 — этилбутират, tкип = 121,5 °C; имеет характерный запах ананасов. C3H7COOC4H9 — бутилбутират, tкип = 166,4 °C; C3H7COOC5H11 — н-амилбутират (н-пентилбутират) и C3H7COOCH2CH2CH(CH3)2 — изоамилбутират (изопентилбутират) имеют запах груш, а также служат растворителями в лаках для ногтей. Эфиры изовалериановой кислоты: (СH3)2CHCH2COOCH2CH2CH(CH3)2 — изоамилизовалерат (изопентилизовалерат) имеет запах яблока. Список используемой литературы 1.Нечаев А.П. Органическая химия.–М.:Высш. шк., 1988.–318 с. 2.Артёменко А.И. Органическая химия.–М.:Высш. шк., 2000.–559 с. 3.Потапов В.М., Татаринчик С.Н. Органическая химия.–М.:Химия., 1989.– 448 с. 4.Габриелян О.С., Маскаев Ф.М., Пономарёв С.Ю., Теренин В.И. Химия.10 класс–М.:Дрофа., 2003.–304 с. 5.Ерохин Ю.М., Фролов В.И. Сборник задач и упражнений по химии–М.: Высш. шк., 1998.–304 с. Оглавление ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………3 1. Предмет органической химии. Теория строения органических соединений А.М.Бутлерова…………………………………………………………….3 1.1. Изображение органических соединений с помощью структурных формул……………………………………………………………………….…4 1.2.Основы номенклатуры органических соединений.............................5 1.3. Типы гибридизации атома углерода....…………………..…………..7 2. Типы химических реакций в органической химии……………………….8 3. Алканы……………………………………………………………………...10 3.1. Гомологический ряд алканов………………………………………..10 3.2. Изомерия………………………………………………………………11 3.3. Номенклатура…………………………………………………………12 3.4. Получение алканов…………………………………………………...13 3.5. Свойства алканов……………………………………………………..14 4. Алкены (олефины, этиленовые углеводороды)………………………….19 4.1. Гомологический ряд алкенов………………...……………………….19 4.2. Изомерия.………………………………………...…………………….20 4.3. Способы получения алкенов………………………………………….21 4.4. Свойства алкенов. …………………………………………….............22 5. Алкадиены…………………………………………….................................28 5.1. Гомологический ряд алкадиенов. Изомерия. ………………….……28 5.2. Свойства алкадиенов…………………………………….....................28 5.3. Отдельные представители………………………………….................29 6. Алкины (ацетиленовые углеводороды) ………………………………….30 6.1. Гомологический ряд алкинов………………………………………...30 6.2. Изомерия. Номенклатура. ……………………………………………30 6.3. Получение алкинов……………………………………………….…31 6.4. Свойства алкинов……………………………………………………32 7. Ароматические углеводороды (арены) . …………………………………35 7.1. Гомологический ряд ароматических углеводородов. ……………..35 7.2. Способы получения бензола и его гомологов. …………………….36 7.3. Свойства ароматических углеводородов…………………………..38 8. Спирты. …………………………………………………………………….43 8.1. Классификация спиртов. …………………………………………….43 8.2. Предельные одноатомные спирты (алканолы) . …………………..44 8.3. Предельные многоатомные спирты. ………………………………..49 9. Фенолы. …………………………………………………………………….52 9.1. Получение фенолов. …………………………………………………53 9.2. Свойства фенолов. …………………………………………………...54 10. Альдегиды. ………………………………………………………………..58 10.1. Получение альдегидов. …………………………………………….59 10.2. Свойства альдегидов. ………………………………………………60 11. Кетоны. ……………………………………………………………………62 11.1. Получение кетонов. ………………………………………………..63 11.2. Свойства кетонов. ………………………………………………….64 12. Карбоновые кислоты. ……………………………………………………65 12.1.Предельные одноосновные кислоты. ……………………………..66 12.2. Непредельные одноосновные кислоты. ………………………….71 12.3. Ароматические кислоты. ………………………………………….73 12.4. Двухосновные карбоновые кислоты. …………………………….74 13. Эфиры. …………………………………………………………………….75 13.1. Простые эфиры (оксиды алкилов) . ……………………………….75 13.2. Сложные эфиры органических и минеральных кислот. …………76 14. Жиры и воски. Олифы. . …………………………………………………78 14.1. Химические свойства жиров. ……………………………………..79 15. Углеводы. …………………………………………………………………80 15.1. Моносахариды. ……………………………………………………..81 15.2. Отдельные представители. ………………………………………...86 15.3. Высокомолекулярные углеводы (несахароподобные полисахариды)………………………………………………………………………….86 УПРАЖНЕНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ 1. Предельные углеводороды. …………………………………………...88 2. Непредельные углеводороды. ………………………………………...90 3. Ароматические углеводороды. ……………………………………….94 4. Спирты и фенолы. ……………………………………………………..97 5. Альдегиды, кетоны. ……………………………………………………99 6. Карбоновые кислоты . ………………………………………………..100 7. Сложные эфиры карбоновых кислот………………………………...102 8. Примеры решения задач……………………………………………...103
