Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Уфимский государственный нефтяной технический университет»
Кафедра «Прикладная химия и физика»
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ»
Уфа 2011
В учебно-методическом комплексе рассматриваются основные моменты
дисциплины «Органическая химия»: лекции, методические указания к
практическим и лабораторным занятиям, задания для самостоятельной работы
студентов, приведен перечень вопросов для подготовки к экзамену, перечень
учебной и учебно-методической литературы.
Учебно-методический комплекс предназначен для подготовки инженеров
и бакалавров направления «Строительство».
Составители:
Мазитова А.К., проф., док. хим. наук
Буйлова Е.А., доц., канд. хим. наук
Галиева Д.Р., доц., канд. хим. наук
Аминова Г.К., доц, док. техн. наук
Рецензент:
Шаймарданов Н.М., доц., канд. техн. наук
© Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2011
2
Предисловие
Химия как одна из фундаментальных естественных наук имеет
общенаучное и прикладное значение. Задача курса – показать будущему
инженеру исключительно сложное переплетение химической промышленности
со строительными и другими отраслями народного хозяйства.
В результате изучения дисциплины студент должен усвоить основы
современной органической науки и на их основе понять специальные вопросы
химии, отражающие их будущую специализацию.
Целью дисциплины является ориентирование студентов в строении и
свойствах органических соединений, которые широко применяются в
строительной технологии в качестве поверхностно-активных добавок,
пластификаторов и в полимерных строительных материалах.
Учебно-методический включает основное содержание лекционного
материала, вопросы и проблемы, которые рассматриваются на практических и
лабораторных занятиях, а также задания и вопросы для самостоятельной
работы студентов.
Учебно-методический комплекс окажется полезным и интересным
студентам, изучающим дисциплину «Органическая химия», а также студентам,
интересующимся химией, магистрам, которые обучаются по направлению
«Строительство».
3
СОДЕРЖАНИЕ
Содержание дисциплины «Органическая химия»………………………….5
Краткий курс лекций………………………………………………………..7
Раздел I Основы строения и реакционная способность органических
соединений…………………………………………………………………………...7
1.1 Теория строения органических соединений…………………………….7
1.2 Классификация органических соединений……………………………...8
1.3 Изомерия органических соединений…………………………………...10
1.4 Строения атома углерода. Типы гибридизаций………………...……..12
1.5 Классификация органических реакций………………………………...15
Раздел II Насыщенные, ненасыщенные и ароматические УВ……………15
2.1 Алканы (предельные УВ).………………………………..……………..15
2.2 Циклоалканы…………………………………………………………….18
2.3 Алкены (непредельные УВ, олефины)…….…………………………...19
2.4 Алкины (непредельные УВ)……………………………………………22
2.5 Алкадиены……………………………………………………………….24
2.6 Арены (ароматические УВ)……………………………………………..26
Раздел III Производные УВ…………………………………………………30
3.1 Кислородсодержащие производные УВ……………………………….30
3.1.1 Спирты………………………………………………………………….30
3.1.2 Альдегиды (оксосоединения)…………………………………………37
3.1.3 Кабоновые кислоты……………………………………………………40
3.1.4 Сложные эфиры. Жиры……………………………………………….43
3.2 Галогенпроизводные УВ………………………………………………..46
3.3 Азотсодержащие производные УВ…………………………………….48
3.3.1 Амины. Анилин……………………………………………………….48
3.3.2 Аминокислоты…………………………………………………………50
Методические указания к выполнению практических занятий………….52
Практическое занятие № 1. Теория строения органических соединений
А.М. Бутлерова. Классы органических соединений……………………………52
Практическое занятие 2. Определение химической формулы вещества..53
Практическое занятие № 3. Важнейшие классы органических соединений.
Генетическая связь между классами органических соединений………………..59
Методические указания к выполнению лабораторных работ…………….62
Лабораторная работа № 1. Качественный элементный анализ
органических соединений…………………………………………………………62
Лабораторная работа № 2. Предельные УВ (алканы). Непредельные УВ
ряда этилена (алкены)…………………………………………………………….65
Лабораторная работа № 3. Кислородсодержащие производные УВ:
спирты, карбонильные соединения, карбоновые кислоты………………………70
Лабораторная работа № 4. Высокомолекулярные соединения…………78
Методические указания для самостоятельной работы студентов………..83
Задания в тестовой форме…………………………………………………..83
Перечень контрольных вопросов………………………………………….106
Список рекомендованной литературы…………………………………...107
4
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ «ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ»
Структура и содержание дисциплины «Органическая химия» включает
аудиторные и самостоятельные занятия студентов, таблица № 1, 2.
Таблица 1 – Структура дисциплины «Органическая химия»
Семестры
Всего
Вид учебной работы
часов
5
Аудиторные занятия
Лекции
12
12
6
6
Практические занятия (ПЗ)
10
Лабораторные работы (ЛР)
Всего
28
Самостоятельная работа студентов (СРС)
Выполнение домашнего задания (ДЗ):
8
расчетно-графической работы, рефератов и
т.п.
Изучение учебного материала, вынесенного
14
на самостоятельную проработку
Подготовка к лабораторным занятиям
10
Подготовка к практическим и семинарским
6
занятиям
Другие виды СРС
6
Всего
44
Промежуточная аттестация
Экзамен (зачет)
экзамен
10
28
8
14
10
6
6
44
экзамен
Название раздела
Раздел I
Основы
строения
и
1
реакционная
способность
органических соединений
Тема 1
Теория строения.
1.1 Классификация,
номенклатура и изомерия
органических соединений.
1.2 Тема 2
Классификация реакций
Трудоемкость в часах
Семестр
Номер
раздела
Таблица 2 – Содержание дисциплины «Органическая химия»
Л
ПЗ
ЛР
КП
(КР)
СРС
Всего
5
2
2
2
-
9
15
2
2
-
-
-
-
-
-
-
-
5
2
5
5
2
2.1
2.2
2.3
3
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
4
4.1
органических соединений.
Раздел II
Насыщенные, ненасыщенные
и ароматические
углеводороды
Тема 1
Насыщенные углеводороды
Тема 2
Ненасыщенные углеводороды
Тема 3
Ароматические углеводороды
Раздел III
Производные углеводородов
Тема1
Спирты и фенолы
Тема 2
Карбонильные соединения.
Альдегиды и кетоны
Тема 3
Карбоновые
кислоты
и
сложные эфиры
Тема 4
Алифатические
и
ароматические амины
Тема 5
Аминокислоты
Раздел IV
Высокомолекулярные
соединения
Тема 1
Высокомолекулярные
соединения.
Строительные
изделия и материалы на
основе полимеров
Всего
5
4
5
2
2
2
-
12
20
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
4
-
14
26
-
-
-
-
-
-
2
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
2
5
2
2
5
5
4
2
5
2
5
5
5
2
5
5
2
2
-
11
13
5
2
2
-
-
-
10
-
44
72
12
6
6
КРАТКИЙ КУРС ЛЕКЦИЙ
Раздел I Основы строения и реакционная способность
органических соединений
1.1 Теория строения органических соединений
В 60-х гг XIX в. русский химик-органик А.М. Бутлеров создал теорию
химического строения органических соединений. Основные положения этой
теории сводятся к следующему:
1. Атомы в органических молекулах соединены между собой в
определенном порядке химическими связями в соответствии с их
валентностью. Этот порядок называется химическим строением. Углерод во
всех органических соединениях четырехвалентен.
2. Химическое строение можно выразить структурной формулой, в
которой химические связи между атомами изображаются черточками. Общее
число черточек, отходящих от каждого атома, равно его валентности.
В сокращенных формулах не показывают атомы углерода и водорода и
связи С–Н. Так, метилциклобутан можно изобразить следующим образом:
H
HH
H
C
H
C
C
H
H
C
C
H
CH3
H H
Структурная формула показывает порядок соединения атомов, но не
всегда правильно отражает пространственное строение молекулы, в частности,
углы между связями. Например, угол между связями С–С в алканах равен
109,50. Тем не менее, структурная формула пропана СН3-СН2-СН3,выглядит так,
как будто этот угол равен 1800.
3. Физические и химические свойства веществ зависят не только от их
качественного и количественного состава, но и от строения молекул. Например,
составу С2Н6О соответствуют два вещества – этанол и диметиловый эфир:
CH3
CH2
OH
CH3 O CH3
диметиловый эфир
этанол
Этанол - жидкость с температурой кипения 78,4 0С; обладает
слабовыраженными кислотными свойствами и способен вступать в реакцию с
металлическим натрием. Диметиловый эфир – это газ с температурой кипения
23,7 0С, он проявляет свойства слабого основания за счет неподеленной
электронной пары атома кислорода.
Вещества, описываемые одинаковой молекулярной формулой, но
имеющие разное строение и, следовательно, разные физические и химические
свойства, называются изомерами.
4. Атомы в молекуле оказывают друг на друга взаимное влияние.
Свойства каждого атома зависят не только от его природы, но и от его
7
окружения. Так, в молекуле уксусной кислоты СН3СООН атом водорода в
группе СООН, обладая кислотными свойствами, может отщепляться в водном
растворе в виде иона Н+, а атом водорода в группе СН3 прочно связан с атомом
углерода и не обладает кислотными свойствами.
Все положения структурной теории, сформулированные еще в XIX веке,
сохранили свое теоретическое и практическое значение до настоящего времени.
1.2 Классификация органических соединений
Все органические соединения условно можно разделить на две большие
группы: углеводороды и производные углеводородов.
Углеводороды (УВ) – это простейшие органические вещества, молекулы
которых состоят из атомов только двух элементов: углерода С и водорода Н.
Например, метан СН4, ацетилен С2Н2, бензол С6Н6 и т.д.
Производные УВ – это продукты замещения атомов «Н» в молекулах УВ
на другие атомы или группы атомов. Например, аминометан СН3NH2,
хлорметан СН3Cl, метанол СН3OH можно рассматривать как производные
метана СН4.
В молекуле любого органического соединения выделяют углеродный
скелет – это каркас органической молекулы, который представляет собой
последовательность химически связанных между собой атомов углерода.
Ниже представлена схема, показывающая классификацию органических
веществ по строению углеводородного радикала:
Ациклические соединения – соединения с открытой (незамкнутой) цепью
углеродных атомов. Циклические соединения – соединения, в которых
углеродные атомы образуют циклы:
C C
C
C C
циклический скелет
C
C
C
алифатический скелет
Циклические
скелеты,
в
свою
очередь,
подразделяют
на
карбоциклические (содержащие в цикле только атомы углерода) и
гетероциклические (содержащие в цикле гетероатомы, другие атомы: атомы
азота, кислорода, серы и т.д.):
C
C
C
C
C
C
C
C
8
C
N
C
C
карбоциклический скелет
гетероциклический скелет
Ациклические скелеты не могут содержать гетероатомов, например, в
молекуле этанола СН3-СН2-ОН углеродный скелет имеет вид С-С, а не C-C-О.
Атом кислорода в данном случае относят к функциональной группе.
Ациклические углеродные скелеты бывают разветвленные и
неразветвленные. В неразветвленных, или нормальных, скелетах каждый атом
углерода связан с одним или двумя атомами углерода, а в разветвленных
скелетах хотя бы один атом углерода связан с тремя или четырьмя атомами
углерода:
С
С
С
С
С
С
С
С
неразветвленный скелет
разветвленный скелет
В образующихся цепях атом углерода может быть связан либо с одним
атомом углерода (первичный), с двумя (вторичный), тремя (третичный) и
четырьмя – четвертичный:
CH3
2
3
CH2
CH
CH
CH3
CH3
CH3
4
CH3
1
1 – первичные атомы углерода; 2 – вторичный атом углерода;
3 – третичный атом углерода; 4 – четвертичный атом углерода.
Поскольку атомы углерода могут образовывать между собой не только
одинарные, но и кратные (двойные и тройные) связи, то существует
классификация по кратности связи: соединения, содержащие только одинарные
связи углерод-углерод, называют насыщенными, или предельными; к которым
относятся алканы (ациклические УВ) и циклоалканы (циклические УВ).
Соединения с кратными связями (например, С=С) называют ненасыщенными,
или непредельными. К ним относятся алкены, алкины, алкадиены.
В состав органических соединений кроме углеродного скелета могут
входить и различные функциональные группы. Функциональные группы
образуют все атомы, кроме водорода, или группы атомов, связанные с атомом
углерода. Функциональные группы – это активные центры органических
молекул. Классификацию органических соединений также проводят по
функциональным группам. Важнейшие группы и соответствующие им классы
соединений перечислены в таблице 3 в порядке возрастания старшинства.
Соединения, имеющие одинаковые функциональные группы, но
отличающиеся числом атомов углерода называют гомологами. Они
принадлежат одному классу, но отличаются друг от друга по составу на целое
число групп СН2. Группа атомов СН2 называется гомологической разностью.
Совокупность всех гомологов образует гомологический ряд.
9
Таблица 3 – Важнейшие функциональные группы и классы органических
соединений
Функциональная
группа
-NO2
Название
группы
Нитро
Классы соединений
-F, -Cl, -Br, -I
Галоген
Галогенпроизводные
-OR
-NH2
Алкокси
Аминогруппа
Простые эфиры
Амины
-SH
-ОН
>С=О
-СООН
Меркапто
Гидроксил
Карбонил
Карбоксил
Меркаптосоединения
Спирты, фенолы
Альдегиды, кетоны
Карбоновые кислоты
Нитросоединения
1.3 Изомерия органических соединений
Все изомеры делят на две большие группы – структурные изомеры и
пространственные изомеры. Структурные изомеры отличаются друг от друга
порядком соединения атомов. В пространственных изомерах порядок
соединения атомов один и тот же, но атомы благодаря электронным или
геометрическим особенностям отличаются положением в пространстве
относительно других атомов.
Среди структурных изомеров выделяют три группы:
1. Изомеры, принадлежащие одному классу
отличающиеся строением углеродных скелетов, например:
C5H12 :
CH3
CH2
CH2
CH2
CH3
CH3
CH
соединений,
CH2
но
CH3
CH3
пентан
C4H8 :
CH3
CH2
CH
2-метилбутан
CH2
CH3
CH2
C
CH3
бутен–1
Этот вид изомерии
2-метилпропен
характерен
10
для
всех
классов органических
соединений.
2. Изомеры, принадлежащие одному классу соединений, отличающиеся
положением функциональной группы:
CH2
CH2
C3H7Cl : CH3
CH3
Cl
CH3
CH
Cl
1-хлорпропан
2-хлорпропан
или кратной связи в молекуле:
C5H10 : CH3
CH
CH
CH2
CH3
C
CH
CH3
CH3
CH3
3-метилбутен–1
3-метилбутен–2
Этот вид изомерии характерен для всех классов органических
соединений, кроме предельных углеводородов.
3. Изомеры, относящиеся к различным классам органических соединений
(межклассовые изомеры), например:
СН3СООН
НСООСН3
уксусная кислота
метилацетат
Единственный класс органических соединений, представители которого
не имеют межклассовых изомеров, это – алканы (предельные алифатические
углеводороды).
Пространственные изомеры (стереоизомеры) можно разделить на два
класса: цис-транс-изомеры и оптические изомеры.
1. Цис-транс-изомерия характерна для соединений, содержащих двойную
связь или цикл. В таких молекулах отсутствует свободное вращение вокруг
связи С = С или С – С (в циклах) и заместители у двух соседних атомов
углерода могут оказаться по одну сторону (цис-) или по разные стороны
(транс-) от плоскости, проходящей через двойную связь:
Цис- и транс-изомеры могут заметно отличаться друг от друга по своим
физическим и химическим свойствам.
Если хотя бы один из атомов углерода при двойной связи соединен с
двумя одинаковыми заместителями, то цис- и транс-изомеры совпадают друг с
другом и, следовательно, представляют одно и то же вещество, например:
H
CH3
C
H
H
C
H
C
H
H
C
CH3
2. Оптическая изомерия характерна для молекул, которые не совпадают
со своим зеркальным отображением. Таким свойством обладают любые
молекулы, имеющие хотя бы один асимметрический (хиральный) центр – атом
углерода, связанный с четырьмя различными заместителями. Например,
11
оптические изомеры имеет молекула молочной кислоты СН3СН(ОН)СООН, в
которой асимметрическим центром является центральный атом углерода:
H
H
C
HO
C
H3C
HOOC
CH3
COOH
OH
Оптические изомеры имеют почти одинаковые физические и химические
свойства.
1.4 Строение атома углерода. Типы гибридизаций
Электронная структура атома углерода в основном состоянии имеет вид
1s 2s 2p2. При небольшом возбуждении один из s-электронов переходит на 2р–
подуровень, и атом приобретает электронную конфигурацию 1S22S12р3. При
образовании связей 2s-орбиталь и от одной до трех 2p-орбиталей
перемешиваются, образуя смешанные, или так называемые гибридные
орбитали. Это явление называется гибридизацией. Основные типы
гибридизации углерода:
1) sр3-Гибридизация (первое валентное состояние) характерна для
насыщенных УВ. В этом случае в гибридизации участвуют одна 2s- и три 2pорбитали, в результате образуются четыре одинаковые sp3-гибридные атомные
орбитали (АО). Образовавшиеся гибридные орбитали образуют четыре σ-связи,
в пространстве располагаются в форме тетраэдра на расстоянии максимального
отталкивания друг от друга – под углом 109,5°.
2) sр2-Гибридизация (второе валентное состояние) характерна для
органических соединений, содержащих двойную связь. Гибридизации
подвергаются одна 2s- и две 2p-орбитали атома углерода. В результате
образуются три sp2-гибридные орбитали, которые расположены под углом 120°
друг к другу и направлены к вершинам правильного треугольника, в центре
которого находится атом углерода. Три sp2-гибридные орбитали атома углерода
образуют три σ-связи при перекрывании с орбиталями атомов других
элементов. Единственная негибридная 2p-орбиталь может перекрываться с
аналогичными негибридными 2p-орбиталями других атомов углерода с
образованием π-связей.
3) sр-Гибридизация (третье валентное состояние) характерна для
органических соединений, содержащих тройную связь. В этом случае одна 2s- и
одна 2p-орбитали атома углерода в результате перемешивания образуют две
одинаковые sp-гибридные орбитали, которые расположены под углом 180° друг
к другу. Две sp-гибридные орбитали атома углерода образуют две σ-связи. Две
негибридные 2р-орбитали образуют две π-связи.
2
2
1.5 Классификация органических реакций
I. По механизму протекания
гетеролитические и гомолитические.
12
органические реакции делятся на
1) Гетеролитические реакции. При разрыве химической связи
электронная пара, осуществляющая ковалентную связь, целиком остается у
одного из двух ранее связанных атомов, например:
В ходе таких реакций часто образуются промежуточные частицы –
карбкатионы и карбанионы, например:
Карбкатионы представляют собой положительно заряженные частицы с
тремя заместителями при центральном атоме углерода, имеющем одну
вакантную орбиталь. Карбанионы – отрицательно заряженные частицы с тремя
заместителями при центральном атоме углерода, имеющем орбиталь с парой
электронов.
2) Гомолитические реакции. Для таких реакций характерен разрыв
химических связей с разделением электронной пары, осуществлявшей
ковалентную связь, например:
Частным случаем гомолитических реакций являются свободнорадикальные реакции, протекающие с образованием свободных радикалов как
кинетически независимых частиц. Нейтральный атом или частица с
неспаренным электроном называется свободным радикалом.
Многие органические реакции, в частности реакции галоидирования,
нитрования и окисления парафинов и алициклических углеводородов,
протекают с образованием свободных радикалов. Свободные радикалы, как
правило, более активны, чем молекулы с четным числом валентных электронов.
Они легко взаимодействуют не только друг с другом (рекомбинация и
диспропорционирование), но и главным образом с недиссоциированными
молекулами, образуя при этом новый свободный радикал, который в свою
очередь реагирует с молекулой и т. д. Таким образом, свободный радикал,
возникнув однажды, вызывает цепь превращений, которая обрывается
рекомбинацией радикалов или каким-либо другим способом.
Простым примером цепной органической реакции может служить
хлорирование метана, происходящее на свету. Реакции галогенирования
протекают по цепному радикальному механизму, который включает
следующие стадии:
13
1. Инициирование цепи
Cl2
2 Cl•
2. Рост цепи
RH + Cl• → R• + HCl; R• + Cl2 → RCl + Cl•
3. Обрыв цепи
2 R• → R-R; R• + Cl• → RCl; 2 Cl• → Cl2
II. По конечному результату выделяют следующие типы химических
реакций.
1) Реакции присоединения (символ A), в результате протекания которых
из двух или нескольких молекул образуется одно новое вещество:
CH2=CH2 + H - H
CH3-CH3
Частные случаи реакций присоединения:
- гидрирование – присоединение молекул водорода;
- гидратация – присоединение молекул воды;
- галогенирование – присоединение молекул галогена;
- гидрогалогенирование – присоединение молекул галогеноводорода.
2) Реакции замещения (символ S). В молекуле один атом или группа
атомов замещаются другим атомом или группой атомов:
CH4 + Br2
CH3Br + HBr
3) Реакции элиминирования (символ Е) сопровождаются отщеплением
атомов или групп атомов и образованием нового вещества, содержащего
кратную связь:
CH2-CH2
H
H+
CH2=CH2 + H2O
OH
Частные случаи реакций отщепления:
- дегидрирование – отщепление молекул водорода;
- дегидратация – отщепление молекул воды;
- дегалогенирование – отщепление молекул галогена;
- дегидрогалогенирование – отщепление галогеноводорода.
4) Реакции разложения приводят к образованию новых веществ более
простого строения:
o
C8H18 t C4H8+ C4H10
5) Перегруппировки. В результате этих реакций происходит
внутримолекулярное перемещение атомов или групп атомов без изменения
молекулярной формулы соединений:
5) Реакции полимеризации – в результате присоединения мономеров
друг к другу образуются новое вещество с большой молекулярной массой
(полимер):
n CH2=CH2
CH2-CH2 n
14
6) Реакции окисления. При окислении исходного вещества какимнибудь окислителем образуется новое вещество:
O
H3C-C
O
H
O
H3C-C
OH
Взаимодействующие в органической реакции вещества подразделяют на
реагент и субстрат. При этом считается, что реагент атакует субстрат.
Субстратом, как правило, считают молекулу, которая предоставляет атом
углерода для новой связи.
III. По типу реагента реакции делятся на:
1) Нуклеофильные реакции (N). В таких реакциях реагент (нуклеофил)
имеет на одном из атомов свободную пару электронов и является нейтральной
молекулой или анионом (Hal-, OH-, RO-, RS-, RCOO-, R-, CN-, H2O, ROH, NH3,
RNH2 и др.). Примером нуклеофильной реакции может служить нуклеофильное
замещение (SN) у насыщенного атома углерода:
2) Электрофильные реакции (Е). Атакующий реагент (электрофил)
имеет вакантную орбиталь и является нейтральной молекулой или катионом
(Cl2, SO3, BF3, H+, Br+, R+, NO2+, и др.). Электрофил представляет
незаполненные, вакантные орбитали для образования ковалентной связи за счет
электронов той частицы, с которой он взаимодействует. Например,
электрофильное присоединение (AE) к С=С связи:
3) Радикальные реакции (R). В таких реакциях атакующим агентом
является свободный радикал, образующийся при гомолитическом разрыве
химической связи.
В зависимости от числа частиц, участвующих в элементарных реакциях,
различают мономолекулярные и бимолекулярные реакции. Часто разные
способы классификации используют в сочетании друг с другом. Например,
реакции мономолекулярного и бимолекулярного нуклеофильного замещения
(SN1 и SN2), мономолекулярного и бимолекулярного элиминирования (Е1 и Е2 )
и др.
Раздел II Насыщенные, ненасыщенные и ароматические УВ
2.1 Алканы (предельные УВ)
Алканы – это ациклические углеводороды, содержащие только простые
связи С-С. Их характеристики: 1) общая формула СnH2n+2; 2) все атомы
углерода находятся в состоянии sp3-гибридизации, угол между связями C–C
109°28', длина связи равна 0,154 нм; 3) имеют прочные ковалентные σ-связи; 4)
характерные реакции – замещения, полного и частичного окисления.
Гомологический ряд алканов представлен в таблице 4.
Изомерия: 1) углеродного скелета; 2) оптическая.
15
Таблица 4 – Гомологический ряд алканов
Молекулярная Название Молекулярная формула
формула алкана
алкана
радикала (алкила)
СnН2n+2
– CnH2n+1
СН4
C2H6
С3Н8
С4Н10
C5H10
С6Н14
C7H16
С8H18
С9Н2о
С10Н22
Метан
Этан
Пропан
Бутан
Пентан
Гексан
Гептан
Октан
Нонан
Декан
Название алкила
(алкильного
радикала)
Метил
Этил
Пропил
Бутил
Пентил (амил)
Гексил
Гептил
Октил
Нонил
Децил
-CH3
-С2Н5
-C3H7
-С4Н9
-С5Н11
-С6Н13
-С7Н15
-C8H17
-С9Н19
-С10Н21
Физические свойства. При обычных условиях СН4 ... С4Н10 – газы, С5Н12
... С15Н32 – жидкости, с С16Н34 – твердые вещества. С ростом относительной
молекулярной массы, возрастают температуры кипения и температуры
плавления. Алканы – бесцветные вещества, легче воды, плохо растворяются в
воде.
Химические свойства. Алканы содержат σ-связи С-Н и С-С, для
которых характерны высокая прочность, малая полярность, низкая
поляризуемость. Алканы обладают низкой реакционной способностью.
I. Реакции замещения (SR) осуществляются по свободно-радикальному
(цепному) механизму.
1. Галогенирование (образуются галогенпроизводные УВ). Реакция
протекает при УФ-облучении или высокой температуре:
CH4
метан
+Cl2 hv
+Cl2
+Cl2
+ Cl2
CCl4
CH3Cl
CH2Cl2
CHCl3
- HCl
- HCl
- HCl
- HCl
хлордихлортрихлортетраметан
метан
метан
хлорметан
2. Нитрование (образуются нитросоединения):
– в жидкой фазе (М.И. Коновалов). Наиболее легко замещаются атомы
водорода у третичного атома углерода, труднее – у вторичного, наиболее
трудно – у первичного:
CH3
CH3
o
CH3 C
CH2
CH3 + HO
NO2
140 C
CH3 C
CH2
CH3 + H2O
NO2
H
2-метилбутан
2-метил–2-нитробутан
– в газовой фазе. При температуре 400–5000С образуется смесь
изомерных нитроалканов, а также нитроалканы с меньшим числом атомов
углерода в результате разрыва связей С–С:
16
NO2
o
CH3CH2CH3
o
+ HNO3 , t > 400 C
- H2O
CH3NO2 + CH3CH2NO2 + CH3CH2CH2NO2 + CH3 CH CH3
3. Сульфирование. Сульфирование алканов происходит при действии
очень концентрированной H2SО4 при небольшом нагревании.
CH3
CH3
o
CH3
CH2
C
CH3 + HO
t
SO3H
CH3
CH2
H
C
CH3 + H2O
SO3H
(2-метил–2-сульфобутан)
II. Реакции окисления.
1. Полное окисление (избыток O2):
to
CH4 + 2O2
CO2 + 2H2O
2. Неполное окисление (недостаток О2):
to
2CH4 + 3O2
2CO + 4H2O
o
t
CH4 + O2
C + 2H2O
3. Неполное каталитическое окисление в присутствии О2. В зависимости
от природы катализатора и условий проведения реакции могут образоваться
альдегиды RCOH, кетоны R–СО– R, спирты ROH, карбоновые кислоты
RCOOH.
III. Термические превращения алканов.
1. Термический крекинг (пиролиз) осуществляется при температуре
450—7000С:
CH3
CH2
CH2
to
CH3
CH4 + CH2
CH
CH3
2. Дегидрирование осуществляется в присутствии катализаторов при
повышенных температурах.
CH4
CH4
1000oC
C2 H2 + H2
1000oC
C2 H2 + H2
o
C2H6
t , kat
C2H4 + H2
3. Дегидроциклизация – ароматизация, дегидрирование алканов с
образованием ароматических соединений:
CH3
CH3
CH2
CH2 CH2
CH2 CH2 CH3
300o C
Pt
+ 4H2
4. Изомеризация – превращение химического соединения в его изомер:
CH3
CH2
CH2
CH3
100o C
AlCl3
CH3
CH
CH3
17
CH3
Получение алканов. Основные природные источники алканов – нефть и
природный газ. Различные фракции содержат алканы от С5Н12 до С30Н62.
Природный газ состоит из метана (95 %) с примесью этана и пропана.
Получение метана.
1. В промышленности:
- из природного газа;
- синтез из оксида углерода (II) и водорода (оксосинтез):
Ni, 300oC
CO + 3H2
CH4 + H2O
P
nCO + (2n+1) H2→ CnH2n+2 + nH2O
2. В лаборатории:
- гидролиз карбида алюминия:
А14С3 + 12Н2О → 3СН4↑ + 4А1(ОН)3;
- сплавление солей уксусной кислоты со щелочами
t
CH3COONa + NaOH
CH4 + Na2 CO3
Получение гомологов метана.
1. В промышленности:
- из природного сырья (нефть, газ, горный воск);
- синтез из оксида углерода (II) и водорода
300oC
nCO + (2n+1)H2
Fe
CnH2n+2 + nH2O
2. В лаборатории:
- каталитическое гидрирование (+Н2) непредельных УВ
CnH2n + H2
Pt
(Ni, 150oC)
Pt
CnH2n-2 + 2H2
CnH2n+2
CnH2n+2
- взаимодействие галогеналканов с натрием (реакция А. Вюрца).
to
2 CH3
Br + 2Na
CH3
CH3 + 2NaBr
Если в реакции участвуют разные галогеналканы, то образуется смесь
алканов:
3R-Br + 3R'-Br + 6Na→R-R + R-R' + R'-R'+ 6NaBr
2.2 Циклоалканы
Циклоалканы – (циклопарафины, полиметилены, цикланы), предельные
углеводороды с замкнутой (циклической) углеродной цепью. Их
характеристики: 1) общая формула СnH2n; 2) атомы углерода находятся в
состоянии sp3-гибридизации; 3) характерны реакции замещения и
присоединения.
Гомологический ряд: С3Н6 – циклопропан, С4Н8 – циклобутан и т.д.
Изомерия: 1) углеродного скелета; 2) межклассовая (изомерны алкенам);
3) оптическая.
18
Физические свойства. Низшие циклоалканы - циклопропан и
циклобутан - газы, остальные циклоалканы - жидкости или твердые вещества,
плохо растворимы в воде, легко - в органических растворителях.
Химические свойства. По химическим свойствам циклоалканы, начиная
от С5, подобны предельным алифатическим углеводородам; циклопропан по
склонности к электрофильному присоединению напоминает непредельные УВ,
но пассивнее их.
Получение
1. Циклоалканы содержатся в значительных количествах в нефтях
некоторых месторождений (отсюда произошло одно из их названий нафтены). При переработке нефти выделяют главным образом циклоалканы С5
- С7.
2. Действие активных металлов на дигалогензамещенные алканы
(внутримолекулярная реакция Вюрца). Например, для синтеза 1,3диметилциклопентана следует использовать 1,5-дигалоген-2,4-диметилпентан:
CH2-CH-CH2-CH - CH2 + Zn
CH3 Br
Br CH3
+ ZnBr2
H3C
CH3
3. Важным промышленным способом получения циклоалканов С5 и С6
является реакция дегидроциклизации алканов.
4. Гидрирование бензола и его гомологов, являющихся продуктами
нефтепереработки:
CH3
CH3
o
t , p, Ni
+ 3H2
2.3 Алкены (непредельные УВ, олефины)
Алкены – непредельные или ненасыщенные УВ, которые содержат одну
двойную связь. Их характеристики: 1) общая формула СnH2n; 2) атомы углерода
при кратной связи находятся в состоянии sp2-гибридизации, угол между
связями C–C 120°, длина связи С = С равна 0,134 нм; 3) химически активны,
для них характерны реакции электрофильного и радикального присоединения,
полимеризации.
Гомологический ряд: С2Н4 – этен, С3Н6 – пропен, СН3СН2СН=СН2 бутен1 и т.д.
Изомерия: 1) углеродного скелета; 2) положения кратной связи; 3)
пространственная (цис-транс) изомерия; 4) межклассовая (изомерны
циклоалканам); 5) оптическая.
Физические свойства. При обычных условиях С2Н4...С4Н8 – газы,
С5Н10…C16H32 – жидкости, с С17Н34 – твердые вещества. Не растворяются в
воде.
Химические свойства. π-Связь менее прочная, чем σ-связь. Она легко
разрушается под воздействием различных реагентов, поэтому алкены обладают
19
большей реакционной способностью, чем алканы. Освободившиеся в
результате разрыва π-связи валентности углеродных атомов используются для
присоединения атомов или групп атомов молекулы реагента.
I. Реакции присоединения (AE).
1. Гидрирование (образуются алканы):
CH2 + H2
CH2
Pt
CH3
Ni , 150o C
CH3
2. Галогенирование (образуются дигалогенпроизводные):
CH3
CH
CH
1
CH3
CH3 + Br2
(H2O)
2
CH
3
CH
Br
Br
4
CH3
2,3-дибромбутан
Под действием света и повышенной температуре или в присутствии
пероксидов галогенирование может носить радикальный характер (AR).
Реакция с бромной водой является качественной реакцией на все
непредельные углеводороды, в том числе на алкены.
3. Гидрогалогенирование (образуются моногалогеналканы):
CH3
CH
2
CH
3
CH3
CH2 + HBr
1
CH3
Br
Присоединение галогеноводородов к несимметричным алкенам
происходит по правилу В. В. Марковникова: при присоединении веществ
типа НХ (X = Hal, НОН и т. д.) к несимметричным алкенам атом водорода
присоединяется к наиболее гидрогенизированному (связанному с большим
числом атомов водорода) атому углерода при двойной связи.
При наличии в молекулах непредельных углеводородов заместителей,
проявляющих значительный электроноакцепторный эффект, и в присутствии
пероксидов реакция идет против правила Марковникова.
4. Гидратация (образуются спирты). Протекает согласно правилу
Марковникова:
H+ (H2O4 ,H3PO4)
CH2
CH2 + H2O
CH3
to
CH2OH
II. Реакции окисления.
1. Полное окисление (избыток O2):
to
2CO2 + 2H2O
C2H4 + 3O2
2. Неполное окисление (недостаток О2):
to
C2H4 + 2O2
2CO + 2H2O ; C2H4 + O2
to
2C + 2H2O
3. Неполное каталитическое окисление в присутствии О2 (образуются
эпоксиды):
20
CH2 + O2
2CH2
Ag
200oC
CH2
2 CH2
O
4. Неполное окисление под действием окислителей типа КМnО4, К2Сr2О7
(образуются двухатомные спирты).
CH2 + 2KMnO4 + 4H2O
3 CH2
NaOH
3 CH2
Na2CO3
OH
CH2 + MnO2 + 2KOH
OH
этандиол–1,2
Реакция с КМnO4 (реакция Е.Е. Вагнера) является качественной на
непредельные УВ, в том числе на алкены.
III. Реакции полимеризации
Полимеризацией называется процесс соединения одинаковых молекул
(мономеров), протекающий за счет разрыва кратных связей, с образованием
высокомолекулярного соединения (полимера).
nCH3
CH
CH2
Al(C2H5)3+TiCl4
CH2
CH
CH3
n
где n –степень полимеризации (число молекул мономера).
Получение алкенов. В природе алкены встречаются редко. Основным
промышленным источником алкенов служит термический крекинг алканов,
входящих в состав нефти:
1. Крекинг алканов:
to, kat
CnH2n+2
CnH2n + H2
2. Дегидрирование алканов:
o
CH
CH3
CH3
550-600 C
C
CH
CH3 + H2
K2O+Cr2O3+Al2O3
CH3
CH3
3. Гидрирование алкинов:
CH3
C C
CH3 + H2
Ni, Pt
CH3
CH
CH
CH3
В лаборатории:
1. Дегидратация спиртов (t0=170°С, Кt: H2SO4, Н3РO4, А12O3, ZnCl2):
CH3
CH3
o
CH3
CH
C
OH
H
CH3
t , kat
CH3
CH
C
CH3 + H2O
При дегидратации спиртов атом водорода отщепляется от атома углерода,
связанного с наименьшим числом атомов водорода (правило Зайцева).
2. Дегидрогалогенирование моногалогеналканов действием твердой
щелочи или ее спиртового раствора. Происходит по правилу Зайцева:
21
CH3
CH3
CH3
CH
C
H
Cl
to
CH3 + KOH
CH3
CH
C
CH3
3. Дегалогенирование дигалогеналканов с атомами галогена у соседних
атомов «С» действием Zn или Mg:
CH3
CH2
CH
CH
Br
Br
CH3 + Zn
to
CH3
CH2
CH
CH
CH3 + ZnBr2
2.4 Алкины (ненасыщенные УВ)
Алкины – непредельные или ненасыщенные УВ, которые содержат одну
тройную связь. Их характеристики: 1) общая формула СnH2n-2; 2) атомы
углерода при кратной связи находятся в состоянии sp-гибридизации, угол
между связями C–C 180°, длина связи С С равна 0,120 нм; 3) обладают
высокой реакционной способностью, характерны реакции присоединения,
полимеризации.
Гомологический ряд: С2Н2 – этин (ацетилен), С3Н4 – пропин и т.д.
Изомерия: 1) углеродного скелета; 2) положения кратной связи; 3)
межклассовая (изомерны алкадиенам); 4) оптическая.
Физические свойства. При обычных условиях С2Н4...С4Н8 – газы,
С5Н10…C15H32 – жидкости, С16Н34 – твердые вещества. Плохо растворимы в
воде.
Химические свойства. Обладают большей реакционной способностью,
чем алкены. Так как тройная связь содержит две π-связи, алкины могут
вступать в реакции двойного присоединения (присоединять две молекулы
реагента по тройной связи). Присоединение несимметричных реагентов к
несимметричным алкинам происходит по правилу Марковникова.
I. Реакции присоединения (AE). Алкины менее активны в реакциях
электрофильного присоединения, чем алкены.
1. Гидрирование алкинов протекает при тех же условиях, что и алкенов,
но медленнее (на I ступени образуются алкены, на II – алканы):
CH
CH+ H2
Pt, Pd
Pt, Pd
CH
CH2 CHCH
CH3
2 2 + H22
o
Ni, 150 C
Ni, 150oC
CH3
2. Галогенирование (на I ступени образуются дигалогеналкены, на II –
тетрагалогеналканы):
Br
Br
1
CH
CH
CH2
CH3 + Br2 CH
(H2O)
Br
2
CCH CHC2
Br
Br
Br
3
4
CH
CH
CH32 + Br
2 3
(H2O)
1
2
CH
C
Br
Br
3
CH2
4
CH3
Реакция алкинов с бромной водой является качественной на алкины.
22
3. Гидрогалогенирование:
HC
CH
+ HCl
Cu+,Hg2+
CH2
CHCl
+HCl
Cu+,Hg2+
CH3
CHCl2
4. Гидратация протекает легче, чем гидратация алкенов. При гидратации
ацетилена образуется альдегид, гомологи ацетилена образуют кетоны (реакция
М. Г. Кучерова):
H
+
CH + H OH Hg
HC
CH
CH2
CH3
C
O
O H
виниловый спирт
Виниловый спирт является неустойчивым соединением и изомеризуется в
альдегид – уксусный альдегид, ацетальдегид (вторичные спирты – в кетоны).
5. Присоединение синильной кислоты:
HC≡CH + HCN → CH2=CH-CN
акрилонитрил
Акрилонитрил – важный продукт для получения синтетического волокна.
6. Присоединение спиртов, карбоновых кислот:
СH3COOH + HC≡CH → СH3COO-CH=CH2
винилацетат
HC≡CH + HO-С2H5 → СH2=CH- O-С2H5
Полученные продукты применяет
как мономеры для получения
высокомолекулярных соединений.
II. Реакции окисления.
1. Горение (полное окисление):
to
2C2H2 + 5O2
4CO2 + 2H2O
2. Неполное окисление (под действием КМnО4, К2Сr2О7) протекает с
разрывом молекулы по тройной связи (кроме ацетилена):
O
O
CH3
C
CH + 3[O] + H2O
C
CH3
+ H
OH
C
OH
При неполном окислении ацетилена образуется двухосновная щавелевая
кислота.
Реакция с КМnO4 является качественной реакцией на алкины. Раствор
КМnO4 обесцвечивается.
III. Реакции полимеризации
Алкины могут образовывать линейные димеры, тримеры и полимеры,
циклические тримеры.
Линейная полимеризация ацетилена происходит в присутствии солей Сu+
(Ньюленд):
3HC
CH
CuCl,H+
(NH4Cl)
CH2
CH
C
C
CH
дивинилацетилен (тример)
23
CH2
Циклотримеризация алкинов приводит к
ароматическим УВ (Н. Д. Зелинский, Б. А. Казанский):
бензолу
и
другим
o
CH 400 C
C
3 HC
IV.Реакции замещения атомов «Н», связанных с sp-гибридизованными
атомами углерода (реакции металлирования).
Атомы водорода, связанные с sp-гибридизованными атомами углерода,
обладают значительной подвижностью. Атомы водорода могут замещаться
атомами металлов, в результате чего образуются ацетилениды.
2 HC
C
CH3
CH + 2Na
CH + CuCl
NH3
CNa + H2
2HC
NH4OH
CH3
C
CCu + HCl
метилацетиленид меди (I)
Получение алкинов.
1. Получение ацетилена. В промышленности ацетилен получают
термическим разложением природного газа или УВ нефти:
2CH4
1000oC
CH
CH + 3H2
o
1200 C
C2H6
C2H2 + 2H2
В лаборатории – гидролизом карбида кальция:
CaC2 + 2H2O
Ca(OH)2 + C2H2
2. Получение гомологов ацетилена:
Дегидрогалогенирование
дигалогеналканов
(–2ННаl)
спиртового раствора щелочи или твердой щелочи при нагревании:
CH3
CH2
H
Br
C
C
Br
H
CH3 + 2NaOH
toC
CH3
CH2
C
C
действием
CH3 + 2NaBr + 2H2O
2.5 Алкадиены
Алкадиены – непредельные или ненасыщенные УВ, которые содержат
две двойные связи. Существуют три класса диенов: 1) аллены — диены с
кумулированными связями, замещённые производные пропадиена-1,2
H2C=C=CH2; 2) сопряжённые диены или 1,3-диены — замещённые
производные бутадиена-1,3 CH2=CH–CH=CH2; 3) изолированные диены, в
которых двойные связи располагаются через две и более простых связи С–С.
Соединения с чередующимся расположением двойных связей отличаются
по свойствам как от алкенов, так и от других типов алкадиенов. Особенности
химического поведения этих соединений объясняются наличием сопряжения.
Сопряжение – образование единого электронного облака в результате
взаимодействия негибридизованных р-орбиталей в молекуле с чередующимися
двойными и одинарными связями.
24
Экспериментально установлено расположение всех атомов углерода в
одной плоскости, определены межатомные расстояния. Оказалось, что длина
связи между углеродными атомами (в нм) такова:
CH2
.... CH ....
.. CH .... CH2
0,136HM 0,146HM 0,136HM
Крайние связи (C1—С2 и С3—С4) имеют несколько большую длину, чем
двойная связь в этилене (0,132 нм), центральная связь С2—С3 короче простой
связи О—С (0,154 нм).
Гомологический ряд алкадиенов: С3Н4 – пропадиен, С4Н6 – бутадиен и
т.д.
Изомерия: 1) углеродного скелета; 2) положения кратных связей; 3)
межклассовая (изомерны алкинам); 4) пространственная (цис-транс) изомерия;
5) оптическая.
Физические свойства. Бутадиен – газ (tкип=4,5°С), изопрен (2метилбутадиен-1,4) – жидкость, кипящая при 34°С, диметилбутадиен —
жидкость, кипящая при 70°C. Изопрен и другие диеновые углеводороды
способны полимеризоваться в каучук.
Химические свойства. Диены, содержащие в молекуле несопряженные
(изолированные) двойные связи, ведут себя как обычные алкены. В то же время
+ реакционной
Br2
диены с сопряженными двойными связями обладают
высокой
CH2
CH
CH2 CH .. CH
CH2
H2O) и других
способностью и отличаются рядом особенностей. Однако для (тех
Br
характерны прежде всего реакции присоединения.
I. Реакции присоединения (AE).
CH2
CH .. CH
CH2
+ Br2
( H2O)
CH2
CH
CH
Br
CH2
Br
+ Br2
(H2O)
CH2
CH
CH
CH2
Br
Br
Br
Br
Бромная вода обесцвечивается.
ВCHжестких
условиях
реакции присоединения протекают по радикальному
CH2
CH CH
2
механизму.
Br
Br
Br
Br
Алкадиены присоединяют реагент (НОН, ННаl, Hal2, H2 и т.д.) не только
по одной из двойных связей (1,2-присоединение), но и к крайним связям
сопряженной системы (1,4-присоединение) с перемещением двойной связи к
середине цепи (образуется смесь изомеров).
II. Реакции полимеризации
nСН2=СН–СН=СН2 → (–СН2–СН=СН–СН2–)n
бутадиеновый каучук
Получение алакадиенов.
1) Дегидрирование и дегидратация этанола (реакция Лебедева):
t, А12О3; ZnO
2СН3–СН2–ОН
СН2=СН–СН=СН2+Н2 + 2Н2О
2) Дегидрирование н-бутана или бутена–1:
t, Cr2O3
СН3–СН2-–СН2–СН3
СН2=СН–СН=СН2 + 2Н2
25
CH
CH
Br
2. Получение изопрена
t, Cr2O3
СН3–СН2–СН(CН3)–СН3
СН2=СН–С(СН3)=СН2 + 2Н2
2.6 Арены (ароматические УВ)
Арены – это УВ, молекулы которых содержат одно или несколько
бензольных колец.
Арены ряда бензола (моноциклические арены). Их характеристики: 1)
общая формула СnH2n-6; 2) атомы углерода в бензольном кольце находятся в
состоянии sp2-гибридизации, угол между связями C–C 120°, молекула плоская,
длина связи – 0,140 нм; 3) имеют ковалентные σ- и π-связи; 4) характерные
реакции – замещения; присоединения (протекают труднее); полного и
частичного окисления.
Электронное строение молекулы бензола. Первая структура бензола была
предложена в 1865 г. немецким ученым А. Кекуле: бензол представляет собой
шестичленный цикл с сопряженными связями (чередуются простые и двойные
связи) – циклогексатриен–1,3,5:
Но в молекуле бензола между углеродными атомами нет чисто простых и
двойных связей, а все они выровнены. Поэтому структурную формулу бензола
H правильного шестиугольника (σ-скелет) и кружка внутри
изображают в виде
него, обозначающего
делокализованные
π-связи:
H
H
C
C
C
C
H
Сочетание
C
C
H
шести
σ-связей с единой π-системой называется
ароматической Hсвязью. Цикл из шести атомов углерода, связанных
ароматической связью, называется бензольным кольцом, или бензольным
ядром.
Гомологический ряд: бензол С6Н6, толуол С6Н5СН3 (метилбензол) и т.д.
Название радикалов: С6Н5- – фенил; . С6Н5СН2- – бензил.
Изомерия: 1) боковой цепи (кроме бензла и толуола)
26
C8H10
C2H5
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
1
2
3
4
изомерия положения заместителей
изомерия числа и строения заместителей
1 – этилбензол (фенилэтан); 2 – 1,2-диметилбензол, орто-диметилбензол (оксилол); 3 – 1,3-диметилбензол, мета-диметилбензол (м-ксилол); 4 – 1,4диметилбензол, пара-диметилбензол (п-ксилол).
Физические свойства. Бензол и толуол при обычных условиях
бесцветные жидкости. Высшие гомологи – твердые вещества. Имеют
характерный запах; не смешиваются с водой, хорошие растворители, токсичны.
Толуол менее токсичен, чем бензол.
Направляющее (ориентирующее) действие заместителей в бензольном
кольце: Электронная плотность в кольце бензола распределена равномерно,
заместитель нарушает эту равномерность. Заместители-ориентаты:
- заместители I рода (электронодоноры – Д) подают электроны на
бензольное кольцо и увеличивают электронную плотность в орто – и параположениях. Направляют второй заместитель (Е) в орто – и пара-положения
бензольного кольца. Облегчают реакции замещения атомов водорода,
связанных с бензольным ядром.
D = – Hal < – СН3 < -CH2R < – CR3 < – OR < -OH< – NH2 < – NHR < -NR2.
- заместители II рода (электроноакцепторы – A) оттягивают электроны
от бензольного кольца. Направляют второй заместитель (Е) в мета-положение.
Затрудняют реакции замещения по сравнению с незамещенным бензолом.
O
A =
C
O
<
OR
C
O
C
<
OH
SO3H <
<
C
N<
NO2
H
Химические свойства.
I. Реакции замещения (SE).
1. Галогенирование:
[H
Br
+ Br2
FeBr2
27
+ HBr
В толуоле метильный радикал направляет заместители в орто – и параположения. Реакции с участием боковой цепи. Метильная группа в
метилбензоле может вступать в реакции, характерные для алканов (SR):
CH3
CH2Cl
+ Cl2
to, hv
+ HCl
хлорметилбензол (бензилхлорид)
2. Нитрование бензола и его гомологов проводят в присутствии смеси
концентрированных азотной HNO3 и серной H2SO4 кислот (нитрующая смесь).
При нитровании толуола получают 2,4,6-тринитротолуол:
CH3
CH3
+ 3 HO
NO2
H2SO4 K
to
O2N
NO2
+ 3H2O
NO2
3. Сульфирование происходит действием на арены H2SO4(конц).:
[H
SO3H
o
t
+ HO ] SO3H
+ H2O
бензол-сульфокислота (сульфобензол)
4. Алкилирование (замещение атома «Н» на алкильную группу) – реакции
Фриделя-Крафтса, образуются гомологи бензола:
[H
+ C2H5
Cl
C2H5
AlCl3
+ HCl
CH2
+ CH2
CH3
H+
CH2
II. Реакции присоединения (АR).
1. Гидрирование:
+ 3H2
Ni
150-160o C, P
2. Присоединение хлора:
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
hv
+ 3Cl2
Cl
гексахлорциклогексан (гексахлоран)
28
III. Реакции окисления.
1. Горение:
2С6Н6 + 15O2 → 12СO2 + 6Н2O
2. Неполное окисление. Бензол окисляется кислородом воздуха при 400ºС
в присутствии V2O5 в малеиновый ангидрид. Гомологи бензола окисляются
обычными окислителями; при этом окислению подвергается боковая цепь, в
случае толуола – метильная группа. Мягкие окислители типа МnO2 окисляют ее
до альдегидной группы (образуется бензальдегид), более сильные окислители
(КМnO4) вызывают дальнейшее окисление до бензойной кислоты). Любой
гомолог бензола с одной боковой цепью окисляется сильным окислителем типа
КМnO4 в бензойную кислоту, т.е. происходит разрыв боковой цепи с
окислением отщепившейся части ее до СO2:
O
CH3
CH2
C
+ 6[O]
u3 KMnO4
OH
+ 2H2O +CO2
бензойная кислота
При наличии нескольких боковых цепей каждая из них окисляется до
карбоксильной группы и в результате образуются многоосновные кислоты.
Получение аренов.
1. В промышленности:
- переработка нефти и угля;
- дегидрирование соответствующих циклогексанов (Н. Д. Зелинский):
Pt, Pd
+ 3H2
300oC
- дегидроциклизация (ароматизация) гексана (Н. Д. Зелинский, Б. А.
Казанский, А. Ф. Платэ):
CH3
CH2
CH2
CH2
CH2
CH3
300oC
Pt
+ 4H2
- тримеризация ацетилена и его гомологов:
3HC
CH
500oC
C
2. В лаборатории:
- сплавление солей бензойной кислоты с щелочами:
O
C
Na
to
+ NaOH
+ Na2CO3
29
- реакция Вюрца-Фиттига:
CH3
Cl
+ 2Na + Cl
CH3
to
+ 2NaCl
- алкилирование по Фриделю-Крафтсу (см. химические свойства аренов).
Раздел III Производные УВ
3.1 Кислородсодержащие производные УВ
3.1.1 Спирты
Спирты (алкоголи) – это производные углеводородов, содержащие в
молекуле одну или несколько гидроксильных групп – ОН у насыщенных
атомов углерода. Структура, содержащая ОН-группу у ненасыщенного атома
углерода С= С–ОН (енолы), является неустойчивой. В зависимости от числа
ОН-групп выделяют одноатомные и многоатомные спирты.
Предельные одноатомные спирты (алканолы). Их основные
характеристики: 1) общая формула СnН2n+1ОН, n > 1; 2) атомы углерода и
кислорода находятся в состоянии sp3-гибридизации; 3) в молекуле спирта
имеются две полярные связи С-О и О-Н: Сδ+-Оδ--Нδ+, для них характерен
гетеролитический разрыв связи.
Гомологический ряд: СН3ОН – метанол, СН3СН2ОН – этанол,
СН3СН2СН2ОН – пропанол (первичный спирт), СН3СН(ОН)СН3 – изопропанол
(вторичный спирт) и т.д.
Изомерия: 1) углеродного скелета; 2) положения ОН-группы; 3)
межклассовая (изомерны простым эфиам); 4) оптическая.
Физические свойства. Температуры кипения спиртов больше
температуры кипения соответствующих алканов с тем же числом атомов
углерода. Это объясняется ассоциацией молекул спиртов вследствие
образования межмолекулярных водородных связей.
Прочность ВС значительно меньше прочности ковалентной связи (5-7
ккал/моль), средняя Е образования ковалентной связи – 80-110 ккал/моль.
Образование межмолекулярных ВС между молекулами спирта можно
показать так: Н–О: ·∙∙·∙ Н–О: ·∙∙·∙Н–О: (водородная связь изображена точками)
R
R
R
Химические свойства.
I. Кислотные свойства. Взаимодействие с активными металлами с
образованием алкоголятов (алканолятов) металлов:
2C2H5O[H + 2Na
2C2H5ONa + H2
этанолят натрия
30
Эти реакции протекают только в безводной среде; в присутствии воды
алкоголяты полностью гидролизуются.
II. Реакции нуклеофильного замещения (SN).
1) Взаимодействие с HHal с образованием галогеналканов:
C2H5[Br + H]Br
H+ ,to
-
C2H5Br + HBr
o
OH , t
Спирты можно превратить в галогенпроизводные действием и других
реагентов, например хлоридов фосфора:
OH + PCl5
R
R
OH + PCl5
R
Cl + POCl3 + HCl
3R
Cl + H3PO3
2) Взаимодействие с аммиаком с образованием аминов (300ºС).
C2H5[OH + H]NH2
Al2O3, to
NH2 + H2O
C2H5
этиламин
При избытке спирта алкильными радикалами могут замещаться два или
три атома водорода в молекуле NH3 с образованием ди- и триэтиламинов.
III. Нуклеофильные свойства.
Взаимодействие с органическими и неорганическими кислотами с
образованием сложных эфиров (реакции этерификации):
O
CH3
C
C2H5O [ H + HO ]
O
H2SO4 K to
CH3
+ H2O
C
O
C2H5
этиловый эфир уксусной кислоты (этилацетат)
CH3OH + HONO2
O NO2 + H2O
CH3
метиловый эфир азотной кислоты (метилнитрат)
IV. Реакции отщепления (Е).
1) Дегидратация спиртов:
а) Межмолекулярная дегидратация спиртов с образованием простых
эфиров R–О–R'. Реакция протекает в присутствии Н2SO4(конц) и при 140ºС:
C2H5 + H2O
O
C2H5O[H + HO]C2H5 → C2H5
диэтиловый эфир (этоксиэтан)
б) Внутримолекулярная дегидратация спиртов с образованием алкенов:
H
H
H
C
C
H
OH
H2SO4 K,170oC
H
H2C
CH2 + H2O
Дегидратация вторичных и третичных спиртов происходит по правилу
Зайцева (атом водорода отщепляется от менее гидрогенизированного атома
углерода).
2) Дегидрирование. При дегидрировании первичных спиртов образуются
альдегиды, при дегидрировании вторичных спиртов – кетоны:
31
CH
CH3
Cu, to
CH3
O
CH3
C
CH3 + H2
O
H
пропанол-2 (ацетон)
Третичные спирты не дегидрируются.
V. Реакции окисления.
1) Горение (полное окисление):
to
C2H5OH + 3O2
2CO2 + 3H2O; ΔН0 = –1374 кДж
2. Неполное окисление под действием окислителей: кислорода воздуха в
присутствии катализаторов (например, Сu), KMnO4, K2Cr2O7 и др. Реакции
неполного окисления спиртов по своим результатам аналогичны реакциям
дегидрирования.
H
O
H
C
O
H + [O]
H
C
+ H2O
H
H
Получение предельных одноатомных спиртов.
1. Гидратация алкенов (H3PO4, 300ºC). При гидратации гомологов этилена
образуются вторичные или третичные спирты (прав. Марковникова).
2. Гидролиз галогеналканов (водный раствор NaOH).
3. Гидрирование альдегидов и кетонов в присутствии Ni, Pt, Pd, Co
альдегиды восстанавливаются до первичных спиртов, а кетоны – до вторичных.
O
CH3
CH2
CH2
C
+ H2
Ni
CH3CH2CH2CH2
OH
H
4. Специфические способы получения метанола и этанола:
P, to , kat
CO + 2H2
CH3OH
синтез-газ
Брожение (ферментация) углеводов – глюкозы или крахмала:
2C2H5OH + 2CO2
C6H12O6
Предельные многоатомные спирты. Молекулы многоатомных спиртов
содержат две и более гидроксильные группы.
CH2
CH2
CH2
OH
OH
OH
глицерин, или пропантриол–1,2,3
Физические свойства. Глицерин – вязкая, бесцветная, сладковатая на
вкус нетоксичная жидкость с tкип = 290 0С.
Химические свойства. Для многоатомных спиртов характерны
практически все реакции, в которые вступают одноатомные спирты.
32
Наличие нескольких ОН–групп в молекулах многоатомных спиртов
обусловливает увеличение подвижности и способности к замещению
гидроксильных атомов водорода по сравнению с одноатомными спиртами.
Поэтому, в отличие от алканолов, многоатомные спирты взаимодействуют с
гидроксидами тяжелых металлов (например, с гидроксидом меди (II)H Сu(ОН)2).
O H
Продуктами этих реакций являютсяH2C внутрикомплексные
(«хелатные»)
CH2
.O
.
. металла
соединения, в молекулах которых атом тяжелого
обычные
Cu OH +как
+ HO образует
H O CH
HC O .
ковалентные связи Me–О за счет замещения атомов
водорода ОН–групп, так и
H
CH2
HO
C
H
O
H
донорно-акцепторные связи Me ← О за 2счет неподеленных электронных
пар
атомов кислорода других ОН-групп:
H2C
O
HC
.
O.
H2 C
H
H
.O
.
Cu
+ HO
OH + H
H
OH
O
HO
CH2
H
O
H2C
O
CH2
O
CH
Cu
CH
HC
CH2
O
H
OH
H2 C
HO
+ 2H2O
CH2
глицерат меди (II), ярко-синий раствор
H2C
O
H2 C
OH
H
O CH
2
Эта реакция является
качественной
реакцией на многоатомные спирты.
Cu
+ как
2H2O и
Многоатомные
спирты,
одноатомные, взаимодействуют с
CH
O
HC O
H
органическими и неорганическими
кислотами с образованием сложных эфиров:
CH2
HO
+ 3 CH3
C
O
H2C
O
HC
O
H
- 3 H2O
H2C
O
[H
HC
O
[H
H2 C
H2 C
[H
O
+3HONO2
(H2SO4K)
- 3H2O
O
O
CH3
O
C
CH3
O
C
CH3
C
H2C
O
NO2
HC
O
NO2
H2 C
O
NO2
Сложные эфиры глицерина и высших карбоновых кислот представляют
собой жиры.
Получение глицерина.
1. Кислотный, щелочной или ферментативный гидролиз жиров:
O
CH2
O
C
CH
O
C
CH2
O
C
CH2
R
O
R
O
+ 3H2O
R
2. Синтез из пропилена.
33
OH
CH
OH
CH2
OH
+ 3R
COOH
CH
Cl
CH2
CH3
+Cl2
+NaOH
CH
- NaCl
CH
-HCl
CH2
пропилен
OH
CH2
CH2
+ HO
OH
CH
OH
CH2
OH
OH
(WO3)
CH2
аллилхлорид
CH2
аллиловый спирт
глицерин
Ароматические спирты (фенолы). Фенолы – это производные
ароматических углеводородов, содержащие одну или несколько гидроксильных
групп у атомов углерода бензольного кольца. Выделяют одноатомные фенолы,
двухатомные (арендиолы) и трехатомные (арентриолы).
Гомологический ряд:
OH
C6H5OH
фенол, гидроксибензол (карболовая кислота)
OH
OH
OH
CH3
CH3
о-крезол
м-крeзол
CH3
п-крезол
СН3С6Н4ОН – крезолы (метилфенолы, гидрокситолуолы).
Физические свойства. Большинство одноатомных фенолов при
нормальных условиях представляют собой бесцветные кристаллические
вещества с невысокой температурой плавления и характерным запахом.
Фенолы малорастворимы в воде, хорошо растворяются в органических
растворителях, токсичны, при хранении на воздухе постепенно темнеют в
результате окисления.
Химические свойства фенолов обусловлены наличием в их молекулах
функциональной группы – ОН и бензольного кольца.
Реакции с участием гидроксильной группы.
I. Кислотные свойства. Фенол диссоциирует в водных растворах с
образованием фенолят-ионов и ионов водорода.
1. Взаимодействие со щелочами с образованием фенолятов (отличие от
спиртов):
OH
ONa
+ H2O
+ NaOH
фенолят натрия
34
2. Взаимодействие с активными металлами (сходство со спиртами):
OH
OK
+ 2K
2
2
+ H2
Фенол более слабая кислота, чем угольная:
OH
ONa
+ NaHCO3
+ H2O +CO2
H2CO3
Реакции с участием бензольного кольца.
II. Реакции замещения (SE). Реакции замещения в бензольном кольце
фенолов протекают легче, чем у бензола, и в более мягких условиях.
1. Галогенирование:
OH
OH
OH
+ 2Cl2
2
Cl
-HCl
+
Cl
п-хлорфенол
о-хлорфенол
OH
OH
Br
Br
+ 3Br2
(H2O)
+ 3HBr
Br
2,4,6-трибромфенол
2. Нитрование:
OH
OH
H2SO4 O2N
NO2
+ 3HONO2
+ 3H2O
NO2
2,4,6-тринитрофенол (пикриновая кислота)
3. Сульфирование:
35
OH
to KOMH
OH
2
SO3H
+ H 2O
+ 2 H2SO4
OH
to=100oC
+ H2O
SO3H
III. Реакции присоединения (A).
1. Гидрирование:
OH
OH
+ 3H2
Ni
150oC, P
циклогексанол
Качественные реакции на фенолы – взаимодействие растворов
одноатомных фенолов с хлоридом железа (III) FeCl3 с образованием
комплексных фенолятов, которые имеют фиолетовую окраску.
Получение фенолов.
1. Из каменноугольной смолы. Каменноугольную смолу, содержащую в
качестве одного из компонентов фенол, обрабатывают вначале раствором
щелочи (образуются феноляты), а затем – кислотой:
C6H5ONa + NaOH
C6H5OH + NaHSO4
C6H5OH + NaOH
C6H5ONa + H2SO4
2. Кумольный способ.
CH3
+ CH3
CH2
CH
H
C
AlCl3
CH3
CH3
C
+O2
kat
110-130oC
OH
O
OH
+ CH3
CH3
C
CH3
O
В результате этих процессов получают два промышленно важных
продукта – фенол и ацетон.
3. Сплавление солей аренсульфокислот со щелочью:
SO3Na
OH
+ Na2SO3
+ NaOH
36
4. Взаимодействие галогенпроизводных ароматических УВ со щелочами:
OH
Cl
300oC, P
Cu
+ NaOH
+ NaCl
или с водяным паром
Cl
OH
450-500oC
+ HCl
+ H2O
Al2O3
3.1.2 Альдегиды (оксосоединения)
Карбонильные соединения (оксосоединения) – это производные УВ,
содержащие в молекуле карбонильную группу >С = О.
Альдегиды – это органические соединения, молекулы которых содержат
альдегидную группу связанную с углеводородным радикалом.
O
C
H
альдегидная группа
Их характеристики: 1) общая формула СnH2nО; 2) карбонильный атом
углерода находятся в sp2-гибридизации; 3) за счет электронных эффектов
двойная связь С=О оказывается сильно поляризованной, что и объясняет
высокую реакционную способность альдегидов.
Гомологический ряд предельных альдегидов: НСОН – метаналь
(муравьиный альдегид), СН3СОН – этаналь (уксусный альдегид) и т.д.
Изомерия: 1) углеродного скелета; 2) межклассовая (изомерны кетонам);
3) оптическая; 4) кето-енольная таутомерия.
Физические свойства. При обычных условиях НСОН – газ, С2 ... С12 –
жидкости, с С13 – твердые вещества. Низшие альдегиды имеют резкий запах,
высшие альдегиды, содержащие 8–12 атомов «С», – душистые вещества.
Альдегиды раздражают слизистые оболочки глаз и верхних дыхательных
путей, вредно влияют на нервную систему.
Химические свойства.
I. Реакции присоединения (AN):
1. Гидрирование:
O
CH3
C
+ H2
Ni (Pt)
CH3
CH2OH
H
2. Присоединение спиртов с образованием полуацеталей (неполные
простые эфиры двухатомных спиртов, содержащих ОН-группы у одного атома
углерода):
OC2H5
CH3
CH3
C
O + C2H5O H
C
H
H
OH
1-этоксиэтанол–1 (полуацеталь)
37
Гидроксильная группа полуацеталей (полуацетальный гидроксил) очень
реакционноспособна. В присутствии катализатора – хлороводорода НС1 и в
избытке спирта образуются ацетали RCH(OR')2 – полные простые эфиры
двухатомных спиртов:
OC2H5
CH3
C
+ C2H5OH
OH
H
OC2H5
CH3
HCl
C
+ H2O
OC2H5
H
1,1-диэтоксиэтан (ацеталь)
3. Присоединение гидросульфита натрия NaHSO3:
CH3
CH3
+ O + H SO3Na
C
OH
C
H
H
SO3Na
гидросульфитное производное этаналя
II. Реакции окисления.
Альдегиды легко окисляются до карбоновых кислот различными
окислителями (O2 воздуха, К2Сr2O7 или КМnO4; аммиачный раствор оксида
серебра (I), щелочной раствор сульфата меди (II) и др.).
1. Взаимодействие с аммиачным раствором оксида серебра (I) – «реакция
серебряного зеркала».
2AgNO3 + 2NH4OH →Ag2O + 2NH4NO3 + H2O;
O
CH3
C
+ Ag2O
to ,NH4OH
O
C
CH3
+ 2Ag
OH
H
Металлическое серебро осаждается на стенках пробирки в виде тонкого
слоя, образуя зеркальную поверхность (качественная реакция).
2. Взаимодействие с гидроксидом меди (II). Для реакции используют
свежеприготовленный Сu(ОН)2. Реакция является качественной на альдегиды.
O
CH3
CH2
C
+2
+ 2Cu(OH)2
to
C
CH2
CH3
H
O
+1
+ Cu2O + 2H2O
OH
кирпично-красный осадок
III. Реакции полимеризации (характерны для низших альдегидов).
1. Линейная полимеризация (происходит образование полимера с п = 8–
100 – параформальдегида):
nНСОН(водн.)→[-CH2O-]n
Полимеризация безводного формальдегида в присутствии Fe(CO)5
приводит к образованию полиформальдегида (n=1000 ).
2. Циклическая полимеризация (тримеризация, тетрамеризация).
H
C
3
O
H+, to
O
CH2
O
H2C
H
CH2
O
триоксан (триоксиметилен)
Уксусный альдегид образует циклические тример и тетрамер.
38
IV. Реакции поликонденсации.
Реакции
поликонденсации
–
это
процессы
образования
высокомолекулярных веществ, в ходе которых соединение исходных
мономерных молекул сопровождается выделением таких низкомолекулярных
продуктов, как Н2О, НCl, NH3 и т. д.
В кислой или щелочной среде при нагревании формальдегид образует с
фенолом фенолформальдегидные смолы различного строения:
OH
OH
O
n
+nH
C
CH2
H+
+ nH2O
(OH-)
H
n
Получение альдегидов.
Общие методы получения:
1. Окисление первичных спиртов:
- каталитическое:
2CH3OH + O2
O
Cu
to
C
2H
+ 2H2O
H
- под действием окислителей (К2Сr2O7 или КМnO4 в кислой среде):
CH3CH2OH + [O]
O
to
C
CH3
+ H2O
H
2. Каталитическое дегидрирование первичных спиртов:
O
Cu, 300oC
C2H5OH
CH3
C
+ H2
H
Этот способ получения объясняет суть названия «альдегид» (от лат.
alcohol dehydrogenatus – спирт, от которого «отняли» водород).
3. Гидролиз дигалогеналканов, содержащих два атома галогена у первого
углеродного атома:
CH3CHCl2 + H2O
O
OH-
CH3
C
+ 2HCl
H
Специфические методы получения:
- каталитическое окисление метана:
CH4 + O2
Mn2+ , 500oC
O
H
C
+ H2O
H
- реакция Кучерова:
HC
CH + H2O
Hg2+
CH3
C
O
H
39
- каталитическое окисление этилена:
2CH2
CH2 + O2
PdCl2+CuCl2
O
2CH3
C
H
Аналогично могут быть получены и другие альдегиды при окислении
гомологов этилена, например:
2CH3
CH
O
PdCl2+CuCl2
CH2 + O2
CH2
2CH3
C
H
3.1.3 Карбоновые кислоты
Карбоновые кислоты – это производные УВ, содержащие в молекуле
одну или несколько карбоксильных групп –COOH. Карбоксильная группа
(карбоксил) – сложная функциональная группа, состоящая из карбонильной и
гидроксильной групп:
O
C
OH
Количество карбоксильных групп определяет основность кислоты.
Характеристики карбоновых кислот: 1) общая формула СnН2nO2; 2)
карбоксильный атом углерода находятся в sp2-гибридизации; 3) связь С=О
сильно поляризована, свойства гидроксильной и карбонильной групп в
карбоновых кислотах отличаются от свойств соответствующих групп в спиртах
и альдегидах; 4) диссоциируют с образованием Н+; 5) не характерны реакции
присоединения по связи С=О.
Гомологический ряд предельных карбоновых кислот: НСООН –
метановая (муравьиная) кислота, СН3СООН – этановая (уксусная) кислота,
СН3(СН2)2СООН – бутановая (масляная) кислота и т.д.
Изомерия: 1) углеродного скелета; 2) межклассовая (изомерны сложным
эфирам); 3) оптическая.
Физические свойства. При обычных условиях С1...С9 – жидкости, с С10
...– твердые вещества. В твердом и жидком состояниях молекулы насыщенных
монокарбоновых кислот димеризуются в результате образования между ними
водородных связей:
O : ......... H
R
O
C
C
O
R
H .......... : O
Водородная связь в кислотах сильнее, чем в спиртах. В водных растворах
кислоты образуют линейные димеры.
Химические свойства.
40
I. Кислотные свойства.
1. Диссоциация. В водных растворах монокарбоновые кислоты
диссоциируют с образованием карбоксилат-ионов. Карбоксилат-ион построен
симметрично, отрицательный заряд делокализован между атомами кислорода
карбоксильной группы:
O
R
C
O
1/2
O
1/2
C
R
O
Карбоновые кислоты – слабые кислоты. В гомологическом ряду кислот
их сила уменьшается с ростом числа атомов углерода в молекуле:
2. Взаимодействие с активными металлами, основными оксидами,
щелочами (р. нейтрализации), аммиаком, солями более слабых кислот.
2НСООН + Са → (HCOO)2Са + Н2↑;
формиат кальция
СН3СН2СООН + NaОН → СН3СН2СООNa + Н2О;
пропионат натрия
СН3СООН + NH3 → CH3COONH4
ацетат аммония
СН3СН2СН2СООН + КHCО3 → CH3CH2CH2COOК + CО2↑ + H2О
бутират калия
II. Реакции замещения (SN) ОН-группы.
1. Взаимодействие со спиртами (см. свойства спиртов).
2. Взаимодействие с аммиаком с образованием амидов кислот.
CH3
C
O
O
O
OH + NH3
C
CH3
to
ONH4
CH3
C
NH2 + H2O
ацетамид
3. Взаимодействие с галогенидами фосфора (РС15,
тионилхлоридом SOCl2 с образованием галогенангидридов.
C
или
O
O
CH3
РСl5)
C
CH3
OH + PCl5
Cl + POCl3 + HCl
ацетилхлорид
O
O
H
C
OH + SOCl2
H
C
Cl + SO2 + HCl
формилхлорид
4. Межмолекулярная дегидратация карбоновых кислот:
O
O
CH3
C
OH + H
O
C
O
O
CH3
P2O5
to
CH3
C
O
C
CH3 + H2O
уксусный ангидрид (ангидрид уксусной кислоты)
Смешанные ангидриды карбоновых кислот можно получить при
взаимодействии хлорангидрида одной кислоты и соли другой кислоты.
III. Реакции замещения у α-углеродного атома. Атомы водорода у αуглеродного атома более подвижны, чем другие атомы водорода в радикале
41
кислоты, и могут замещаться на атомы галогена с образованием αгалогенкарбоновых кислот:
CH3COOH + Cl2
PCl5, hv, to
-HCl
+Cl2
-HCl
ClCH2COOH
Cl2CHCOOH
+Cl2
-HCl
CCl3COOH
Особенности строения и свойств муравьиной кислоты
Муравьиная (метановая) кислота НСООН по своему строению и
свойствам отличается от остальных предельных монокарбоновых кислот.
Муравьиная кислота проявляет общие свойства кислот, так как имеет
функциональную карбоксильную группу. От остальных карбоновых кислот
муравьиная кислота отличается тем, что карбоксильная группа в ней связана не
с углеводородным радикалом, а с атомом водорода. Поэтому муравьиную
кислоту можно рассматривать и как кислоту, и как альдегид:
O
C
H
OH
Муравьиная кислота вступает и в реакции, характерные как для
альдегидов. Она легко окисляется до угольной кислоты:
HCOOH + [O] → HOCOOH →CO2↑ + H2O
В качестве окислителей можно использовать аммиачный раствор оксида
серебра (I) Ag2O и гидроксид меди (II) Cu(OH)2. Таким образом, для
муравьиной кислоты характерны качественные реакции на альдегиды (реакция
«серебряного зеркала» и реакция с гидроксидом меди (II)
Специфическое свойство муравьиной кислоты – способность разлагаться
на оксид углерода (II) и воду под действием H2SO4(конц):
H2SO4 K
HCOOH
CO + H2O
Получение карбоновых кислот.
1. Общие способы получения:
- окисление первичных спиртов и альдегидов под действием различных
окислителей:
R
CH2OH + [O]
-H2O
O
C
R
O
+[O]
C
R
OH
H
- окисление алканов кислородом воздуха (в присутствии Мn2+ или при
нагревании под давлением). Обычно образуется смесь кислот. При окислении
бутана единственным продуктом является уксусная кислота:
2CH3CH2CH2COOH + 5O2
kat
4CH3COOH + H2O
- омыление сложных эфиров (т.е. их щелочной гидролиз):
O
R
C
O
+ HCl
ONa
R
C
+ NaCl
OH
42
- гидролиз галогенангидридов кислот:
O
O
C
R
+ H2O
R
C
Cl
+ HCl
OH
2.Специфические способы получения кислот:
NaOH + CO
to,P
HCOONa
2HCOONa + H2SO4 → 2HCOOH + Na2SO4
ферменты
СН3–СН2ОН + O2 → СН3СООН + Н2O
CH3OH + CO
to, kat
CH3COOH
3.1.4 Сложные эфиры. Жиры
Сложные эфиры – это производные карбоновых кислот, в которых атом
водорода карбоксильной группы замещен на алкильный радикал; или это
продукты замещения гидроксильного атома водорода в спиртах на кислотный
радикал (ацил).
Номенклатура. Названия сложных эфиров образуются из названий
соответствующих кислот или кислотных остатков и названий алкильных
радикалов, входящих в состав спиртов:
O
O
H
C
CH3
O
C
O
CH3
C5H11
метиловый эфир муравьиной кислоты амиловый эфир уксусной кислоты
(муравьинометиловый эфир,
(уксусноамиловый эфир, амилацетат)
метилформиат)
Изомерия: 1) углеродного скелета; 2) межклассовая (изомерны
карбоновым кислотам); 3) оптическая.
Физические свойства. Простейшие по составу сложные эфиры
карбоновых кислот – бесцветные легкокипящие жидкости с фруктовым
запахом; высшие сложные эфиры – воскообразные вещества (пчелиный воск),
все сложные эфиры в воде растворяются плохо.
Химические свойства.
Гидролиз – важнейшее химическое свойство сложных эфиров:
O
C2H5
C
+ H2O
O
H , to
O
C2H5
C
+ C2H5OH
OH
C2H5
этилпропионат
Для смещения реакции в сторону образования эфира можно «связать»
образующуюся воду водоотнимающим средствам (например, конц. H2SO4). В
том случае, когда необходимо провести гидролиз эфира, реакцию иногда
проводят в присутствии щелочи, которая позволяет «связать» образующуюся
кислоту.
43
Жиры – это смесь сложных эфиров трехатомного спирта глицерина и
высших карбоновых кислот (ВКК).
Общая формула жира:
O
O
CH2
CH
CH2
C
R1
O
O
C
C
O
R2
O
R3
где R, R2, R3 – углеводородные радикалы (могут быть одинаковые или
разные), содержащие от 3 до 25 атомов углерода.
Впервые синтез жиров был осуществлен французским химиком М.
Бертло в 1854 г. (реакция Бертло).
Номенклатура. По систематической номенклатуре жиры называют,
добавляя окончание -ин к названию кислоты и приставку, показывающую,
сколько гидроксильных групп в молекуле глицерина проэтерифицировано.
O
O
CH2
O
C
O
C15H31
CH2
O
C
O
C17H33
CH
O
C
O
C15H31
CH
O
C
O
C17H33
CH2
O
C
C15H31
CH2
O
C
C17H33
эфир глицерина и пальмитиновой
трипальмитат глицерина,
трипальмитин
эфир глицерина и олеиновой кислоты,
кислоты, триолеат глицерина,
триолеин
Физические
свойства.
При
комнатной
температуре
жиры
(триглицериды) – вязкие жидкости или твердые вещества, легче воды; в воде не
растворяются, но растворяются в органических растворителях (бензине,
бензоле и др.).
Классификация жиров по агрегатному состоянию, химическому строению
и происхождению приведена в таблице 5.
Химические свойства.
I. Гидролиз. В зависимости от условий гидролиз бывает:
1. Водный (без катализатора, при высоких t0 и Р);
Таблица 5 – Классификации жиров
Агрегатное
Различия в химическом Происхожден Исключения
состояние жиров
строении
ие жиров
твердые жиры
смешанные жиры
жидкие жиры
(масла)
содержат остатки
насыщенных ВКК
содержат остатки
насыщенных и
ненасыщенных ВКК
содержат остатки
ненасыщенных ВКК
44
животные жиры
рыбий жир
(жидкий)
растительные
жиры
кокосовое масло
(твердое)
2. Кислотный (в присутствии кислоты в качестве катализатора);
3. Ферментативный (происходит в живых организмах);
4. Щелочной (под действием щелочей).
O
O
CH2
C
O
C15H31
OH
CH2
CH
O
C
O
C15H31
CH2
O
C
C17H35
+ 3NaOH
+ 2C15H31COONa + C17H35COONa
CH
OH
CH2
OH
дипальмитостеарин
Образующиеся в результате щелочного гидролиза натриевые и калиевые
соли ВКК представляют собой мыла. Натриевые соли являются основным
компонентом твердого мыла, калиевые соли – жидкого мыла.
II. Реакция присоединения (для жидких ненасыщенных жиров).
1. Присоединение водорода (гидрирование, гидрогенизация):
O
O
CH2
O
C
O
(CH2)7
CH
CH
O
C
O
(CH2)7
CH
C
(CH2)7
CH2
O
CH
(CH2)7
CH3
CH
(CH2)7
CH3 + 3H2
CH
2. Присоединение
бромную воду:
CH
(CH2)7
галогенов.
Ni, to, P
CH
CH2
O
CH
O
CH3
CH
CH2
(CH2)16
CH3
O
C
(CH2)16
CH3
C
(CH2)16
CH3
(CH2)7 O CH
C
O
CH2
O
CH2
O
C
(CH2)7
CH
CH
(CH2)7
CH2
CH3
(CH2)7
O
C
O
(CH2)7
CH
CH
(CH2)7
CH3 + 3Br2
CH
O
C
(CH2)7
CH
CH
(CH2)7
CH3
CH2
Br
Br
O
O
(CH2)7
CH3
масла
обесцвечивают
CH3
(CH )
CH CH
2 7
O
C
O
CH
(CH2)7
CH
Cтристеарин
(CH2)7 CH(твердый
жир)CH3 + 3Br2
O
Растительные
O
O
C
O
O
триолеин (жидкий жир)
CH2
O
CH2
Br
Br
CH
CH
Br
Br
C
O
(CH2)7
O
C
O
(CH2)7
CH
Br
O
C
(CH2)7
CH
(CH2)7
CH3
CH
Br
(CH2)7
CH3
CH
(CH2)7
CH3
9,10-гексабромтристеарин
Реакции окисления
и полимеризации
(для жидких ненасыщенных жиров).
CH
(CH )
CH
CH
C
(CH )
Жиры,O содержащие
Br
Br остатки непредельных кислот (высыхающие масла), под
действием
кислорода
воздуха
окисляются и полимеризуются.
O
CH
C
(CH
)
CH
CH
CH
(CH )
CH2
O
2 7
2 7
Br
O
2 7
3
2 7
3
Br
Получение жиров.
Основным способом синтеза жиров являются реакции этерификации
глицерина с высшими карбоновыми кислотами.
CH2
O
C
(CH2)7
CH
CH
(CH2)7
CH3
O
CH2
CH
CH2
OH
C
R1
O
OH
+ 3R
C
CH
OH
CH2
O
O
C
OH
CH2
O
C
O
R2
O
R3
45
3.2 Галогенпроизводные УВ
Галогенпроизводные УВ – производные углеводородов, в молекулах
которых один или несколько атомов водорода замещены атомами галогенов.
Номенклатура: СН3Сl – хлорметан, СНСl3 – трихлорметан (хлороформ),
FСН2СН2F – 1,2-дифторэтан, СН3СНСlСН3 – 2-бромпропан и т.д.
Изомерия: 1) углеродного скелета; 2) положения функциональной
группы; 3) оптическая.
Физические свойства галогенпроизводных зависят от природы галогена,
от величины и строения радикала. Первые четыре члена фтропроизводных, два
хлорпроизводных и бромметан – газы, остальные – жидкости, высшие
галогенпроизводные УВ – твердые вещества.
Химические свойства. Галогеналканы – один из наиболее
реакционноспособных классов органических соединений. С их помощью
вводят в различные органические соединения алкильные радикалы, то есть они
являются алкилирующими реагентами. Высокая реакционная способность
объясняется
наличием
сильнополярной
связи
С-Hal.
Склонность
галогенпроизводных к реакциям нуклеофильного замещения увеличивается в
ряду F < Cl < Br < I.
I. Реакции замещения (SN).
1. Взаимодействие с солями галогеноводородных кислот в спирте или
ацетоне. При замещении галогена с большой атомной массой галогеном с
меньшей атомной массой следует применять соли серебра:
СН3СН2-Cl + NаI → СН3СН2-I + NaCl
СН3СН2СН2-I + AgCl → СН3СН2СН2-Cl + AgI
2. Гидролиз галогенпроизводных УВ (ведут в присутствии едких щелочей
или карбонатов щелочных металлов при нагревании, иногда выше температуры
кипения воды):
СН3СН2-Cl + NaOH(водн.) → СН3СН2-OH + NaCl
3. Взаимодействие с алкоголятами простых эфиров:
2С2Н5Вr + NаОС2Н5 → С2Н5-О-С2Н5 + 2NаВr
диэтиловый эфир
4. Взаимодействие с аммиаком и аминами с образованием
соответствующих первичных, вторичных и третичных аминов, а также солей
аммониевых оснований.
СН3I + NH3 → (CH3NH3)+ I- → NH4I + CH3NH2
иодистый
метиламмоний
метиламин
5. Взаимодействие с солями синильной кислоты:
CH3Cl + NaCN→ CH3CN + NaCl
ацетонитрил
CH3CN + 2H2O → CH3COOH + NH3 (или СН3СООNН4)
6. Взаимодействие с солями органических кислот при нагревании:
С2Н5I + AgO-CO-CH3 → C2H5-O-CO-CH3 + AgI
ацетат серебра
этилацетат
46
7. Взаимодействие с нитритом серебра:
C2H5I + AgNO2 → С2Н5NO2 + AgI
нитроэтан
8. Реакция Вюрца (см. получение алканов).
9. Каталитическое гидрирование галогеналкилов (Ni, Pt, Pb):
СН3СН2Cl + Н2 → СН3СН3 + НCl
II. Реакции отщепления (Е)
Взаимодействие со спиртовым раствором едких щелочей
органических соединений (хинолин, диметиланилин):
СН3СН2СН2Вr + КОН → СН3-СН = СН2 + КВr + Н2О
или
(спирт. р-р)
Получение галогенпроизводных УВ.
1. Галогенирование алканов (см. химические свойства алканов).
Хлор с алканами реагирует под действием УФ-излучения. Фтор с
алканами реагирует очень энергично, даже со взрывом. Прямое бромирование
для простейших алканов (метан, этан) малохарактерно. В принципе
бромирование возможно при нагревании и интенсивном облучении УФ-светом.
2. Гидрогалогенирование и галогенирование алкенов и алкинов (см.
химические свойства алкенов и алкинов). Присоединение галогенов к алкинам
происходит медленнее, чем в случае алкенов. Механизм реакции
присоединения галогенов к алкинам до конца не выяснен.
3. Галогенирование спиртов:
- фторирование SF4:
СН3СН2-ОН + SF4 → 2CН3СН2F + SO2 + 2HF
- действием галогеноводородов:
СН3СН2-ОН + НСl ⇄ СН3СН2-Сl + Н2О
СН3СН2-ОН + КСl + Н2SО4 → СН3СН2-ОН Cl + КНSО4 + Н2О
- действием галогенидов фосфора:
СН3СН2СН2СН2-ОН + РСl5 → СН3СН2СН2СН2-Сl + НСl + РОСl3
- действием хлористого тионила:
СН3СН2СН2СН2-ОН + SОСl2 → СН3СН2СН2СН2-Сl + SО2 + НСl
При использовании галогенидов фосфора или хлористого тионила,
реакция становится необратимой.
4. Получение галогенпроизводных из альдегидов и кетонов.
Эта реакция осуществляется при действии РCl5, PBr5, SF4
при
нагревании:
СН3СОН + РСl5 → С2Н4Сl2 + POCl3
СН3СОСН3 + SF4 → CH3CF2 СН3 + O=SF2
Ацетон (пропанон)
5. Фтористые алкилы получают обменной реакцией из хлористых,
бромистых или иодистых алкилов действием фторидов Hg, Ag, Co, Sb и др.:
2С2Н5Вr + НgF2 → 2C2H5F + HgBr2
47
3.3 Азотсодержащие производные УВ
3.3.1 Амины. Анилин
Амины – органические соединения, которые можно рассматривать как
производные аммиака (NH3), в молекуле которого один или несколько атомов
водорода замещены углеводородными радикалами.
Гомологический ряд предельных аминов: СН3NH2 – метиламин
(первичный амин), (СН3)2NH – диметиламин (вторичный амин), (СН3)3N –
триметиламин (третичный амин) и т.д.
Изомерия: 1) углеродного скелета; 2) положения аминогруппы (NH2); 3)
оптическая.
Физические свойства. Простейшие алифатические амины при
нормальных условиях представляют собой газы или жидкости с низкой
температурой кипения, обладающие резким запахом, характерным для
аммиака. Они хорошо растворяются в воде. Амины являются полярными
соединениями, для них характерно образование водородных связей, поэтому
амины кипят при более высоких температурах чем соотвествующие алканы.
Химические свойства.
Будучи производными аммиака для аминов характерны химические
свойства аммиака.
1. Взаимодействие с водой – образование гидроксидов замещенного
аммония:
H
CH3
H
N +H
OH
CH3
H
метиламин
N
H
H
OH
H
CH3
N
H
+ OH
H
гидроксид метиламмония
ион метиламмония
Растворимые амины – более сильные основания, чем аммиак. Основные
свойства у третичных аминов проявляются сильнее, чем у вторичных и
первичных аминов.
2. Взаимодействие с кислотами – образование солей
CH3NH2 + НС1 = [CH3NH3]C1
[CH3NH3]+ + Сlхлорид метиламмония
Щелочи, как более сильные основания, вытесняют амины из их солей:
[CH3NH3]C1 + NaOH = CH3NH2↑ + NaCl + H2O
3. Горение аминов.
4CH3NH2 + 9O2
to
4CO2 + 10H2O + 2N2
4. Первичные и вторичные амины реагируют с азотистой кислотой
(первичные амины превращаются в спирты, вторичные – в N-нитрозамины):
RNH2 + HNO2 → ROH + N2↑ + H2O,
R2NH + HNO2 → R2N–NO + H2O.
Получение аминов.
1. Взаимодействие спиртов с аммиаком при нагревании в присутствии
А12O3 в качестве катализатора:
R–OH + NH3 → R – NH2 + H2O.
48
2. Взаимодействие алкилгалогенидов (галогеналканов) с аммиаком,
например:
CH3Br + 2NH3 → CH3NH2 + NH4Br
При избытке алкилгалогенида и аммиака:
CH3NH2 + СН3Вr + NH3 → (CH3)2NH + NH4Br
диметиламин
Анилин – важнейший представитель ароматических аминов:
С6Н5NH2
Аминобензол (как производное бензола), фениламин (как производное
аммиака)
Физические свойства. Анилин – бесцветная маслянистая жидкость с
характерным запахом, малорастворим в воде, ядовит.
Химические свойства. Основные свойства у анилина выражены очень
слабо, так как сказывается влияние бензольного ядра на аминогруппу.
Неподеленная электронная пара атома азота притягивается π-электронной
системой ядра (эффект сопряжения), поэтому электронная плотность на атоме
азота уменьшается.
H
N
H
Основные свойства у анилина выражены слабее, чем у алифатических
аминов.
I. Реакции с участием аминогруппы:
NH3
NH2
OH
+ H2O
гидроксид фениламмония
NH3
NH2
Cl
+ HCl
хлорид фениламмония
II. Реакции с участием бензольного кольца. Аминогруппа как заместитель
I рода облегчает реакции замещения (о-, п- ориентат):
NH2
NH2
Br
Br
+ 3Br2
+ 3HBr
Br
2,4,6-триброманилин
Получение анилина. Анилин и другие первичные ароматические амины
получают с помощью реакции Зинина восстановлением нитросоединений:
49
NO2
NH2
+ 6H
kat., to
+ 2H2O
нитробензол
3.3.2 Аминокислоты
Аминокислоты можно рассматривать как производные углеводородов,
содержащие аминогруппы (–NH2) и карбоксильные группы (–CООН).
Общая формула: (NH2)mR(COOH)n,
Номенклатура.
O
CH3
CH
CH2
O
C
CH3
OH
NH2
CH2
CH
OH
NH2
2-аминобутановая кислота
(α-аминобутановая)
C
3-аминобутановая кислота
(β-аминобутановая)
Остатки около 20 различных α-аминокислот входят в состав белков.
Химические свойства. Аминокислоты являются полифункциональными
соединениями. Вступают в реакции, характерные для аминов и карбновых
кислот (см. химические свойства карбоновых кислот и аминов).
R
H2N
основные свойства
(свойства аминов)
COOH
кислотные свойства
(свойства карбоновых кислот)
амфотерные свойства
I. Амфотерные свойства.
1. Кислотные свойства (участвует карбоксильная группа):
O
C
CH2
O
CH2
+ NaOH
+ H2O
O
O[H
NH2
C
Na
NH2
глицин
глицинат натрия (соль)
2. Основные свойства (участвует аминогруппа):
O
CH2
NH2
..
C
O
CH2
+ H Cl
OH
NH3
C
OH
Cl
солянокислый глицин (соль)
II. Образование внутренних солей.
Моноаминомонокарбоновые кислоты (нейтральные кислоты):
50
COO
COOH
R
COO
R
NH2
R
H
NH3
NH2
..
внутренняя соль
(биполярный ион, или цвиттер-ион)
Водные растворы моноаминомонокарбоновых кислот нейтральны
(рН = 7). Водные растворы моноаминодикарбоновых кислот имеют рН < 7, так
как в результате образования внутренних солей этих кислот в растворе
появляется
избыток
ионов
водорода
Н+.
Водные
растворы
диаминомонокарбоновых кислот имеют рН > 7 (щелочная среда), так как в
результате образования внутренних солей этих кислот в растворе появляется
избыток гидроксид-ионов ОН-.
III. Взаимодействие аминокислот друг с другом – образование пептидов.
Две аминокислоты образуют дипептид, три – трипептид, n - полипептид:
CH2
C
NH2
глицин
O
O
[OH
C
CH
+ CH3
O
O
o
kat, t
OH -H2O
H] N
C
CH2
NH2
H
N
CH
H
CH3
C
OH
пептидная связь (амидная связь)
глицилаланин
аланин
При составлении названия дипептида сначала называют аминокислоту, у
которой в образовании дипептида участвует группа –СООН. В тривиальном
названии этой кислоты последняя буква «н» заменяется буквой «л». Затем
прибавляют без изменений тривиальное название аминокислоты, у которой в
образовании дипептида участвует группа –NH2.
Общая формула пептидов:
R1
O
O
R
CH
NH2
C
N
H
51
CH
C
n
OH
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ
ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
Практическое занятие № 1. Теория строения органических
соединений А.М. Бутлерова. Классификация органических соединений
Задание 1. Напишите структурные формулы четырех веществ,
содержащих карбонильную группу и относящихся к четырем различным
классам органических соединений.
Решение.
H3C
C
CH3
кетон
O
H3C
C
H3C
C
H
альдегид
O
OH
карбоновая кислота
O
H3C
C
O
CH3
сложный эфир
O
Задание 2. Напишите структурную формулу и назовите углеводород,
молекула которого содержит 5 первичных, 2 вторичных, 1 третичный и 1
четвертичный атомы углерода.
Задание 3. Напишите формулу и назовите углеводород, который
содержит четыре sp2-гибридизованных атома углерода и один sp3гибридизованный атом углерода.
Решение.
H2C
C
CH3
HC
CH2
2-метил-бутен-1,3
Задание 4. Напишите полную структурную формулу вещества CF3–
CHBrCI и полные структурные формулы не менее трех изомеров вещества.
Задание 5. Сколько видов структурной
формулами.
Решение.
1) СН2 = СН – СН2 – СН3;
2) СН2 = СН – (СН2)2 – СН3;
3) СН3 – СН = СН – СН3;
52
изомерии
представлено
4)
H2C
CH2
H2C
CH2
5)
CH3
CH2
C
CH2
CH3
Изомеры 1) и 3) представляют изомерию положения двойной связи;
изомеры 2) и 5) – изомерию углеродного скелета; изомеры 1) и 4) –
межклассовая изомерия (алкены и циклоалканы).
Задание 6. К какому типу относятся реакции:
1) C2H5Cl + H2O → C2H5OH + HCl;
2) С6Н6 + 3Cl2 → C6H6Cl6;
3)
O
H
+ H2O
C
O
HCOOH + C2H5OH
C2H5
4)
CH2Cl
HC
CH2Cl + 2KOH
CH + 2KCl + 2H2O
5)
O
H3C
C
O
H3C
+ Ag2O
H
C
+ 2Ag
OH
6) C6H5 – CH3 + Cl2 → C6H5 – CH2 – Cl + HCl
Решение. Реакции 1) и 6) относятся к реакциям замещения; реакция 2) –
реакция присоединения; реакция 3) – разложения; реакция 4) – отщепления;
реакция 5) – окисления.
Практическое занятие № 2. Определение химической формулы
вещества
Для установления химической формулы вещества недостаточно знать
массовые доли элементов. В этом случае можно установить лишь простейшую.
Например, в веществах, имеющих молекулярные формулы С2Н2 (ацетилен) и
С6Н6 (бензол), соотношение числа атомов углерода и числа атомов водорода
одинаково и равно 1:1. Поэтому массовые доли углерода и водорода в этих
веществах также одинаковы. Таким образом, простейшая химическая формула,
которую можно установить, исходя из массовых долей элементов, это СН.
Понятно, что эта формула противоречит понятиям о валентности элементов,
тем не менее, именно она выражает простейшее целочисленное отношение
53
между числами атомов углерода и водорода в обоих веществах. Для
установления истинной формулы необходимо знать его молекулярную массу.
Задание 1. Путем анализа установлено, что в состав данного вещества
входят элементы водород и кислород, массовые доли которых, соответственно,
равны 5,88 % и 94,12 %. Молекулярная масса вещества равна 34. Определить
простейшую и молекулярную формулы этого вещества.
Решение. Задачи этого типа можно решать двумя способами.
I способ. Пусть молекулярная формула вещества НхОу. По условию
задачи Мг(НхОу) = 34, следовательно, М(HxOy) = 34 г/моль.
Зная массовые доли элементов, рассчитываем массы водорода и
кислорода в 1 моле вещества:
m(Н) = М(НхОу) · W(Н) = 34 · 0,0588 = 2 г;
m(O) = М(НхОу) · ω(O) = 34 · 0,9412 = 32 г.
Определяем число молей атомов водорода и кислорода в 1 моле
вещества:
m(H)
2г
n(H) =
=
= 2 моль
M(H) 1 г/моль
;
m(О)
32 г
=
= 2 моль
M(О) 16 г/моль
В одном моле НхОу содержится 2 моля атомов Н и 2 моля атомов О.
Следовательно, в одной молекуле содержится 2 атома водорода и 2 атома
кислорода: Н2O2.
II способ. Пусть масса вещества равна 100 г. Массы элементов водорода и
кислорода в этой массе вещества равны соответственно:
m(Н) = 5,88 г;
m(О) = 94,12 г.
Простейшее целочисленное отношение между числами молей атомов
водорода и кислорода в данном веществе равно:
m(H) m(O)
5,88 94,12
n(H) : n(O) =
:
=
:
= 5,88:5,88 = 1:1
M(H) M(O)
1
16
Таким образом, соотношение между числами атомов водорода и
кислорода равно 1 : 1, и простейшая формула вещества – НО. Молекулярная
масса, соответствующая этой формуле, Мг(НО) = 1 + 16 = = 17. Данная в
условии задачи молекулярная масса вещества в два раза больше (34:17 = 2).
Следовательно, индексы в простейшей формуле нужно удвоить; молекулярная
формула вещества Н2O2.
Часто в задачах, связанных с установлением молекулярных формул
газообразных веществ, не приводятся их молекулярные массы, но указывается
относительная плотность этих веществ по какому-либо газу.
Согласно следствию из закона Авогадро, относительная плотность Х по
газу У, обозначаемая Dy(X), равна отношению молекулярных (или молярных)
масс этих газов:
n(О) =
54
M r (X)
M(X)
=
M r (Y)
M(Y)
Если известны плотности газов по водороду или по воздуху, то
молекулярные массы этих газов легко рассчитываются по формулам:
Мг(газа) = Мг(Н2) · DН2(газа) = 2 · DH2(газа);
Мг(газа) = Мг(возд) · Dвозд(газа) = 29 · Dвозд(газа).
D y (X) =
Задание 2. Массовые доли углерода, водорода и кислорода в некотором
веществе равны 40,00, 6,67 и 53,33 % соответственно. Плотность паров этого
вещества по водороду равна 30. Установите молекулярную формулу вещества.
Решение. Массы элементов в 100 г вещества равны: m(С) = 40,00 г,
m(Н) = 6,67 г, m(О) = 53,33 г.
Числа молей атомов данных элементов относятся друг к другу как:
n(C) : n(H) : n(O) =
40 6,67 53,33
:
:
= 3,33 : 6,67 : 3,33
12
1
16
Чтобы получить простейшее целочисленное отношение, разделим
полученные числа на меньшее из них:
n(C) : n(H) : n(O) =
3,33 6,67 3,33
:
:
=1:2:1
3,33 3,33 3,33
Простейшая формула вещества: СН2O.
Зная плотность паров вещества по водороду, рассчитаем молекулярную
массу вещества:
Мг(газа) = Мг(Н2) · DН2(газа) = 2 · 30 = 60.
Молекулярная масса, вычисленная для простейшей формулы,
М(СН2O) = 12 + 2 + 16 = 30, что в 2 раза меньше, чем истинная молекулярная
масса вещества. Поэтому индексы в простейшей формуле нужно удвоить:
С2Н4O2 – молекулярная формула.
В определенных задачах по выводу формул горючих веществ вместо
массовых долей элементов приводятся данные о массах (количествах, объемах)
продуктов сгорания. На основании этих данных достаточно просто
рассчитываются массовые доли элементов или число молей атомов в
сгоревшем веществе.
Задание 3. Вещество состоит из углерода, водорода и хлора. При
сжигании 0,956 г его получено 0,352 г углекислого газа и 0,0720 г воды.
Молекулярная масса вещества 119,5. Найти его формулу.
Решение. Пусть вещество имеет формулу CxHyClz.
Запишем схему реакции сгорания этого вещества:
CхHуClz, + O2 → СO2 + Н2O + С12
Из схемы видно, что все атомы углерода из CxHyClz переходят в СO2, а
все атомы водорода – в молекулы воды Н2O.
55
Находим количества вещества СО2, Н2О:
n(CO2) = m(CO2) / M(CO2) = 0,352 / 44 = 0,008 моль;
n(H2O) = m(H2O) / M(H2O) = 0,0720 / 18 = 0,004 моль.
Находим число атомов углерода и водорода:
n(С) = n(СO2) = 0,008 моль;
n(Н) = 2n(Н2O) = 2 · 0,004 = 0,008 моль.
Массы элементов углерода и водорода в исходном веществе:
m(С) = n(С) · М(С) = 0,008 · 12 = 0,096 г;
m(H) = n(Н) · M(H) = 0,008 · 1 = 0,008 г.
Находим массу и число атомов хлора в веществе:
m(С) + m(Н) = 0,096 + 0,008 = 0,104 г;
m(С1) = m (в-ва) – 0,104 = 0,956 – 0,104 = 0,852 г;
n(Cl) = m(Cl) / M(Cl) = 0,852 / 35,5 = 0,024 моль.
Простейшее целочисленное отношение чисел молей атомов в данном
веществе равно:
n(С) : n(Н) : n(С1) = 0,008 : 0,008 : 0,024 = 1:1:3.
Простейшая формула вещества: СНС13.
Молекулярная масса простейшей формуле, Мr(СНС13) = 12 + 1 + 3 ×
35,5 = 119,5, что совпадает с приведенной в условии молекулярной массой
вещества. Таким образом, молекулярная и простейшая формулы идентичны.
Задание 4. При сжигании 12 г органического соединения образовались
14,4 г воды и углекислый газ, при пропускании которого через раствор
гидроксида кальция образовалось 60 г осадка. Определите истинную
(молекулярную) формулу исходного соединения, если относительная плотность
его паров по воздуху равна 2,069.
Решение. Находим число атомов водорода:
n(Н2O) = m(Н2O) / M(Н2O) = 14,4 / l8 = 0,8 моль;
n(Н) = 2n(Н2O) = 2 · 0,8 = 1,6 моль;
m(Н) = n(Н) · М(Н) = 1,6 · 1 = 1,6 г.
Находим число атомов углерода. Количество СO2 определяем по массе
осадка СаСO3, который образуется в результате реакции:
СO2 + Са(ОН)2 = СаСO3↓ + Н2O
n(СO2) = n(СаСO3) = m(СаСO3) / M(СаСO3) = 60 / 100 = 0,6 моль.
n(С) = n(СO2) = 0,6 моль;
m(С) = n(С) · М(С) = 0,6 · 12 = 7,2 г.
Сумма масс элементов водорода и углерода равна:
m(Н) + m(С) = 1,6 + 7,2 = 8,8 г.
Эта сумма меньше массы сгоревшего вещества. Следовательно, в состав
этого органического вещества входит также элемент кислород; рассчитаем его
массу и количество атомов:
m(O) = m (в-ва) – 8,8 = 12 – 8,8 = 3,2 г;
n(О) = m(O) / M(О) = 3,2 / l6 = 0,2 моль.
Простейшее целочисленное отношение количеств атомов С, Н и О в
данном веществе равно:
56
n(С) : n(Н) : n(О) = 0,6 : 1,6 : 0,2 = 3 : 8 : 1.
Простейшая формула вещества С3Н8O, Мг(С3Н8O) = 60.
Рассчитаем истинную молекулярную массу вещества, исходя из
плотности его паров по воздуху:
Мг(в-ва) = 29 · Dвозд(в-ва) = 29 · 2,069 = 60.
Следовательно, молекулярная формула вещества совпадает с простейшей
– С3Н8О.
Задания для самоконтроля.
1. Определите формулу углеводорода, массовая доля углерода в котором
80 %.
2. Плотность углеводорода по кислороду равна 1,75, массовая доля
водорода в нем равна 14,3 %. Определите молекулярную формулу
углеводорода.
3. Массовая доля кислорода в предельном одноатомном спирте равна
18,18 %. Установите молекулярную формулу спирта.
4. При взаимодействии ацетиленового углеводорода с избытком раствора
хлора образуется соединение, массовая доля хлора в котором 63,39%.
Установите молекулярную формулу исходного алкина.
5. При каталитическом гидрировании 23,2 г альдегида было получено 24
г соответствующего спирта. Определите исходный альдегид.
6. При дегидратации 18,5 г предельного одноатомного спирта
образовался алкен, объем которого (н.у.) равен 3,36 л. Выход в реакции
дегидратации составил 60 %. Определите молекулярную формулу исходного
спирта.
7. При дегидратации предельного одноатомного спирта объемом 66 мл
(р = 0,85 г/мл) образовалось 46,2 г неразветвленного алкена симметричного
строения. Назовите исходный спирт.
8. Альдегид, образовавшийся при окислении 15 г предельного
одноатомного спирта с выходом 80 %, окислили аммиачным раствором оксида
серебра. Реакция прошла с выходом 80 %, и образовалось 34,56 г серебра.
Назовите исходный спирт.
9. При сгорании алкана образуется 94,08 л (н.у.) углекислого газа и 86,4 г
воды. Определите молекулярную формулу алкана.
10. При сгорании арена массой 32,2 г выделилось 107,8 г оксида углерода
(IV). Установите формулу арена.
11. При сгорании алкена образуется 40,32 л углекислого газа (н.у.) и 32,4
г воды. Такое же количество этого углеводорода обесцвечивает 3200 г бромной
воды с массовой долей брома 3 %. Определите молекулярную формулу
углеводорода.
12. При реакции циклоалкана с хлороводородом образуется вторичное
галогенпроизводное, массовая доля хлора в котором 38,38 %. Определите
структурную формулу циклоалкана и назовите его по систематической
номенклатуре.
57
13. При сгорании смеси двух изомерных алканов образовалось 58,24л
(н.у.) углекислого газа и 58,5 г воды. Сколько атомов углерода в молекулах
изомеров.
14. При сгорании 18,4 г органического соединения образовалось 17,92 л
(н.у.) углекислого газа и 21,6 г воды. Определите простейшую формулу
соединения.
15. К 11,1 г одноосновной органической кислоты добавили сначала 14 г
20 %-ного раствора гидроксида натрия, а затем избыток раствора карбоната
калия. При этом выделилось 896 мл (н.у.) газа. Назовите кислоту.
16. Для получения 58,68 г монобромпроизводного циклоалкана
неизвестного строения использован раствор, содержащий 96 г брома, причем
реакция протекала с выходом 60 %. Установите число изомерных
циклоалканов, удовлетворяющих данному условию.
17. При монобромировании ароматического углеводорода в присутствии
железного катализатора выделился бромоводород, на нейтрализацию которого
потребовалось 80 г 10 %-ного раствора гидроксида натрия. При сгорании того
же количества этого арена выделилось 35,84 л (н.у.) оксида углерода (IV).
Установите число изомеров, которые имеет этот арен.
18. При бромировании гомолога бензола в присутствии железа
образовалось 95,52 г монобромпроизводного и выделился бромоводород, на
нейтрализацию которого потребовалось 80 мл (р = 1,2 г/мл) раствора с
массовой долей гидроксида натрия 20 %. Определите структурную формулу
арена. Название его, если известно, что при бромировании в указанных
условиях образуется только 1 изомер монобромпроизводного.
19. Отношение молярных масс монохлорпроизводного алкана и
полученного из него при действии водного раствора щелочи спирта равно
1,578. Установите формулу галогеналкана.
20. 30 г моноаминомонокарбоновой кислоты прореагировало с 16 г
гидроксида натрия. Назовите исходную кислоту.
21. При сжигании 6,9 г газа, плотность которого (н.у.) 2,054 г/л, получено
13,2 г оксида углерода (IV) и 8,1 воды. Определите структурную формулу
данного вещества.
22. Смесь этиленового углеводорода и водорода пропустили над
платиновым катализатором. При этом реакция прошла с выходом 80 %, и объем
смеси уменьшился на 4,48 л (н.у.). При пропускании такого же количества
исходной смеси через колбу с бромной водой весь углеводород прореагировал,
и масса содержимого колбы увеличилась на 10,5 г. Установите формулу
исходного алкена.
23. При сгорании 44,5 г органического соединения выделилось 31,5 г
воды и 39,2 л (н.у.) газа. Газ был пропущен через избыток раствора гидроксида
натрия, при этом его объем уменьшился в 7 раз. Определите число изомеров,
которое может иметь данное соединение, учитывая, что оно способно вступать
в реакции с соляной кислотой и раствором гидроксида натрия.
24. Смесь равных количеств двух различных алканов имеет плотность по
водороду, равную 15. Установите формулы данных алканов.
58
25. При гидрировании алкена образовался алкан, массовая доля водорода
в котором на 5,714 % больше, чем в исходном алкене. Определите формулу
алкена.
26. В некотором органическом веществе массовая доля углерода равна
85,71 %, водорода – 14,29 %. 42 г этого вещества при температуре 127 0С и
давлении 5 атм. занимают объем 3,28 л. Определите молекулярную формулу
вещества.
27. При сгорании 2,3 г органического вещества образовалось 4,4 г
углекислого газа и 2,7 г воды. 2,3 г паров сгоревшего вещества при температуре
40 0С и давлении 1,5 атм. занимают объем 0,855 л. Определите молекулярную
формулу вещества.
Практическое занятие № 3. Важнейшие классы органических
соединений. Генетическая связь между классами органических соединений
Задание1. На вещество А состава С6Н10Сl4 подействовали при нагревании
водным раствором щелочи. Продукт реакции Б не дает положительную
реакцию на пробу Бейльштейна. При окислении Б в жестких условиях
образуются уксусная и щавелевая кислоты в молярном отношении 2 : 1.
Напишите структурные формулы веществ А и Б.
Решение. Проба Бейльштейна – качественная реакция на наличие в
молекуле органического вещества атомов галогенов. Исходя из результатов
окисления Б, это вещество имеет структуру:
CH3 – CO – CH2 – CH2 – CO – CH3,
Оно получается при гидролизе тетрахлоралкана А:
CH3 – C(Cl)2 – CH2 – CH2 – C(Cl)2 – CH3
Задание 2. Предложите способ выделения компонентов из смеси ноктана, 2,2,4-триметилпентана, фенола и бензойной кислоты.
Решение. Обработка смеси водным раствором щелочи ведет к переходу в
раствор фенола и бензойной кислоты:
C6H5OH + NaOH → C6H5ONa + H2O,
C6H5COOH + NaOH → C6H5COONa + H2O.
Если через полученный раствор пропустить СО2, осаждается фенол:
C6H5ONa + H2O + СО2 →C6H5OH↓ + NaHСO3,
а обработка оставшегося раствора сильной кислоты ведет к выделению
бензойной кислоты:
C6H5 – COONa + HCl → C6H5COOH↓ + NaCl.
К оставшейся смеси углеводородов можно добавить мочевину
H2N – CO – NH2, образующую с н-октаном нерастворимое клатратное
соединение. Обработка этого клатрата водой вызовет его разрушение с
образованием мочевины и н-октана.
59
Задание 3. В произвольном порядке приведены значения константы
диссоциации (КД) веществ: фенола, этанола, хлоруксусной кислоты, бензойной
кислоты, угольной кислоты: 1,8·10-18; 4,9·10-7; 1,3·10-10; 1,4·10-5; 6,3·10-5.
Какое из приведенных значений КД соответствует каждому из
соединений.
Решение.
Вещество
КД
Фенол
1,3·10-10
Этанол
1,8·10-18
Хлоруксусная кислота
1,4·10-5
Бензойная кислота
6,3·10-5
Угольная кислота
4,9·10-7
Задание
превращений:
4.
Составьте
уравнения
реакций,
описывающие
схему
t, Сакт
NaOH
1500 С
ацетат натрия 
 Х1 
 Х 2 
 С6 Н 6 
сплав.
0
CH3Cl, AlCl3
3(изб.)
2
4

 X3 
 X4
HNO
, H SO , t
Решение.
сплавление
1) CH 3COONa + NaOH 
 Na 2CO3 + CH 4 - X1 - метан
1500 C
2) 2CH 4 
 3H 2  + C2 H 2 - X 2 - ацетилен
0
t,Cакт
3) 3С2 H 2 
 C 6 H6
AlCl3
4) C6 H 6 + CH 3Cl 
 C6 H 5 -CH 3 - X 3 - метилбензол, толуол
H 2SO4
5) С6 H 5 -CH 3 + 3HO-NO 2 
 3H 2O + H 3C-C6 H 2 -(NO 2 )3 -X 4
2,4,6-тринитротолуол
1.
а)
Задания для самоконтроля
Составьте уравнения реакций, описывающие схему превращений:
0
Al2 O3 ,400 C
HBr(изб.)
C3H 7 OH 
 X1  пропандиол-1,2 
 Х2 
изб.КОН(спирт.),t

 X 3  1,3,5-триметилбензол
б)
HNO3 , t
H2 , t, кат.
HBr
С2 Н6 
X1 
 Х 2 

 X3
C2 H5 Br
NaOH

 X2 
 X4
в)
C2 H5 Br, кат
Br2 , свет
H 2SO4 ,t
C2 H6 
 X1 
 Х2  С6 Н5 -СН(ОН)СН3 


H2SO4 ,t
полимеризация


 X3 
 Х4
60
г)
KMnO4 , KOH
H 2SO4
ацетальдегид 
 ацетат калия 
 X1
+
C2 H5OH, t, H
t

 X 2  ацетат кальция 
 X3
д)
Н2О
этилат нартрия 
 Х1  хлорэтан  Х 2 
+
СН 3СООН, Н
 этиленгликоль 
 Х3
2.
Используя только неорганические реагенты, из ацетилена получите
этиловый эфир уксусной кислоты.
3.
Производное бензола состава С9Н8 реагирует с амидом натрия,
вступает в реакцию Кучерова и при окислении перманганатом калия дает
бензойную кислоту. Установите структурную формулу производного бензола и
напишите реакции.
4.
При взаимодействии соединения С2Н4О2 с водно-аммиачным
раствором Ag2O выделяется серебро, а исчерпывающее восстановление
приводит к метанолу. Определите структурную формулу С2Н4О2 и предложите
способ его синтеза из метана.
61
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ
ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Лабораторная работа № 1. Качественный элементный анализ
органических соединений
Качественный анализ имеет своей целью обнаружение определенных
веществ или их компонентов в анализируемом объекте.
Качественный анализ всегда предшествует количественному.
В настоящее время качественный анализ выполняют инструментальными
методами: спектральными, хроматографическими, электрохимическими и др.
Химические методы используют на отдельных стадиях инструментальных
(вскрытие пробы, разделение и концентрирование и др.), но иногда с помощью
химического анализа можно получить результаты более просто и быстро,
например, установить наличие двойных и тройных связей в непредельных
углеводородах при пропускании их через бромную воду или водный раствор
перманганата калия – KMnO4. При этом растворы изменяют окраску.
Детально разработанный качественный химический анализ позволяет
определять элементный (атомный), ионный, молекулярный (вещественный),
функциональный, структурный и фазовый составы неорганических и
органических веществ.
Качественный химический анализ базируется на системе химических
реакций, характерных для данного вещества – разделения, отделения и
обнаружения.
К химическим реакциям в качественном анализе предъявляют следующие
требования:
1
Реакция должна протекать практически мгновенно.
2 Реакция должна быть необратимой.
3 Реакция должна сопровождаться внешним эффектом:
а) изменением окраски раствора;
б) образованием или растворением осадка;
в) выделением газообразных веществ;
г) окрашиванием пламени и др.
Реакции, позволяющие получить внешний эффект с определяемым
веществом, называют аналитическими (качественными), а добавляемое для
этого вещество – реагентом.
Для определения элементов, входящих в состав органических веществ, их
необходимо предварительно перевести в неорганические соединения, для
дальнейшего исследования которых применяют методы обычного
качественного анализа. Например, специальными методами углерод переводят
в диоксид углерода, водород – в воду, азот – в азотистый натрий, серу – в
сульфид серы и т.д.
62
Экспериментальная часть.
ОПЫТ 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛЕРОДА ПРОБОЙ НА ОБУГЛИВАНИЕ
(опыт проводят в вытяжном шкафу)
Реактивы: толуол.
Оборудование: фарфоровая чашка; стеклянная пластинка (стеклянная
палочка).
В маленькую фарфоровую чашечку наливают 2–3 капли толуола. При
поджигании толуол горит коптящим пламенем. При внесении в пламя
стеклянной пластинки или палочки на них образуется слой копоти – углерод.
Следовательно, толуол является органическим веществом. Уравнение реакции:
С6Н5СН3 + 6О2 = 3СО2 + 2CO + 4H2О + 2С.
ОПЫТ 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛЕРОДА И ВОДОРОДА СОЖЖЕНИЕМ
ВЕЩЕСТВА С ОКСИДОМ МЕДИ
Реактивы: органическое вещество (глюкоза, глицерин, крахмал, сахароза,
парафин); оксид меди (II) (порошок); известковая вода; сульфат меди (II)
безводный.
Оборудование: пробирка с газоотводной трубкой; стеклянная палочка;
микролопатка.
В сухую пробирку I насыпают черный порошок оксида меди (слой
высотой около 5 мм), добавляют половину микролопатки органического
вещества и тщательно перемешивают, встряхивая пробирку. В верхнюю часть
пробирки помещают небольшой комочек ваты, на который насыпают немного
белого порошка безводного сульфата меди (II). Пробирку закрывают пробкой с
газоотводной трубкой, при этом конец трубки должен почти упираться в вату с
сульфатом меди (II) – CuSO4. Нижний конец трубки опускают в пробирку II,
предварительно налив в нее 5–6 капель известковой воды – Са(ОН)2. Пробирку
I нагревают над пламенем спиртовки. Через несколько секунд из газоотводной
трубки начинают выходить пузырьки газа, и известковая вода мутнеет
вследствие выделения белого осадка углекислого кальция.
Пробирку II удаляют. Продолжают нагревать пробирку I пока не
произойдет изменение цвета белого порошка обезвоженного медного купороса,
находящегося на ватной пробке. Уравнения реакции:
С6Н12О6+12CuO = 6СО2 + 6Н2О+ 12 Сu;
СО2 + Са(ОН)2 = СаСО3↓+ Н2О;
CuSО4 + 5H2О = CuSО4·5Н2О.
Метод основан на том, что при прокаливании органического вещества в
смеси с окислителем (оксидом меди(II) – СuО) происходит окисление углерода
органического вещества в диоксид углерода, а водорода – в воду. Оксид меди
(II) при этом восстанавливается до металлической меди. Выделение диоксида
углерода доказывается появлением белого осадка углекислого кальция. Воду
обнаруживают по образованию синих кристаллов кристаллогидрата медного
купороса CuSО4·5Н2О.
63
ОПЫТ 3. КАЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ АЗОТА
Реактивы: мочевина кристаллическая; натрий металлический; сульфат
железа (II) 0,1н раствор; хлорид железа (III) 0,1н раствор; соляная кислота 2н
раствор; этиловый спирт 90 %-ный.
Оборудование: пробирки; стекла предметные; пипетки; фильтровальная
бумага.
В сухую пробирку помещают 5–10 г мочевины (несколько кристаллов) и
вносят небольшой кусочек металлического натрия. Смесь осторожно нагревают
над пламенем спиртовки до сплавления мочевины с натрием. При этом
наблюдается небольшая вспышка.
После охлаждения пробирки со сплавом в нее добавляют три капли
этилового спирта для устранения остатков металлического натрия. При этом
образуется алкоголят натрия и выделяется водород:
2C2H5OH + 2Na = 2C2H5ONa + H2↑,
C2H5ОNa + НОН = С2Н5ОН + NaOH.
Затем в пробирку добавляют 5 капель дистиллированной воды и
нагревают над пламенем спиртовки до растворения образовавшегося
цианистого натрия. С помощью пипетки переносят раствор цианистого натрия
на предметное стекло, добавляют 1 каплю сульфата железа (II), который в
присутствии щелочи, образовавшейся при реакции алкоголята натрия с водой
дает грязно-зеленый осадок гидроксида железа (II) и желтый осадок гидроксида
железа (III). Если в растворе имеется избыток цианистого натрия, то образуется
гексациано-феррат (II) натрия Na4[Fe(CN)6]. На фильтровальную бумагу (30 x
30 мм) наносят 1 каплю мутной жидкости, после того, как капля впитается, на
это же место наносят 1 каплю соляной кислоты. Уравнения реакции:
FeSО4 + 2NaOH = Fe(OH)2↓+ Na2SО4,
FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3↓ + Na2SO4,
2NaCN + FeSO4 = Fe(CN)2 + Na2SO4,
Fe(CN)2 + 4NaCN = Na4[Fe(CN)6],
Fe(OH)3 + 3HCl = FeCl3 + 3H2O,
3Na4[Fe(CN)6] + 4FeCl3 = Fe4[Fe(CN)6]3 + 12NaCl.
Берлинская лазурь может образовываться только после растворения
гидроксида железа (III) в кислоте.
При проведении опыта необходимо обратить внимание на то, чтобы
натрий плавился вместе с органическим веществом. Если натрий плавится
отдельно от вещества, то даже при наличии в веществе азота цианистый натрий
не образуется.
ОПЫТ 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХЛОРА ПО ЗЕЛЕНОЙ ОКРАСКЕ ПЛАМЕНИ
Реактивы и материалы: органическое вещество (хлороформ, дихлорэтан);
медная проволока.
Галогены проще всего открываются по Бейльштейну – прокаливанием
органического вещества с оксидом меди (II) в пламени горелки.
64
Медную проволоку длиной 10 см с петлей на конце прокаливают в
пламени горелки до исчезновения посторонней окраски пламени (признак
отсутствия загрязнения медной петли). Остывшую петлю, покрывшуюся
черным налетом оксида меди, опускают в пробирку с 1–2 каплями испытуемого
вещества и вновь вносят в пламя горелки. Появляется характерная ярко-зеленая
окраска пламени.
При прокаливании кислород оксида меди (II) окисляет углерод и водород
органического вещества в диоксид углерода и воду. Медь образует с
галогенами летучие соединения, которые и окрашивают пламя горелки в
зеленый цвет. Появление зеленого окрашивания указывает на присутствие в
органическом соединении галогена.
Уравнения реакции:
2CHCl3 + 5CuO = CuCl2 + 4CuCl + 2CO2 + H2O.
Контрольные задания
1 Почему помутнел раствор известковой воды (опыт 2)? Напишите
уравнение реакции.
2 Почему белый порошок сульфата меди (II) стал голубым (опыт 2)?
Напишите уравнение реакции, учитывая, что к безводному сульфату меди (II)
присоединяется 5 молекул воды.
3 Что произошло с чёрным порошком оксида меди (II) (опыт 2)?
4 Докажите, что сахароза содержит углерод. Проведите опыт.
5 Определите качественный состав поливинилхлорида.
6 Определите качественный и количественный анализ мочевины,
калиевой соли бензойной кислоты. Напишите уравнения реакции.
Лабораторная работа № 2. Предельные УВ (алканы).
Непредельные УВ ряда этилена (алкены)
Алканы – алифатические предельные углеводороды, в молекулах
которых атомы углерода связаны между собой простой сигма–связью (σ –
связь), все остальные валентности насыщены атомами водорода.
Простейшим
представителем
и
родоначальником
предельных
углеводородов является метан СН4. По названию этого соединения все
предельные углеводороды называют так же метановыми углеводородами.
По физическим свойствам СН4…С4Н10 – газы, С5Н12…С15Н32 – жидкости,
с С16Н34… - твердые вещества. Не растворимы в воде.
При получении предельных углеводородов используют в основном
природные источники (газ, уголь, нефть, древесина, торф).
Из синтетических методов получения алканов можно выделить
следующие:
1 Гидрирование непредельных углеводородов в присутствии
металлических катализаторов (Ni, Pt) при нагревании:
CH3 ─ CH ═ CH2 + Н2 → CH3 ─ CH2 ─ СH3.
65
2
Реакция Вюрца. При действии металлического натрия на
алкилгалогениды получаются алканы с удвоенным числом атомов углерода:
С2Н5Br + 2Na + C2H5Br → C2H5 ─ C2H5 + 2NaBr.
3
При сплавлении солей карбоновых кислот с избытком щелочи
образуются алканы, содержащие на один атом углерода меньше, чем исходная
соль:
CH3COONa + NaOH → CH4↑ + Na2CO3.
В обычных условиях алканы химически инертны, что объясняется
высокой прочность σ – связи С – С, С – Н.
Химические свойства. Предельные углеводороды не вступают в реакции
присоединения. При обычных условиях они проявляют чрезвычайно высокую
химическую инертность: не взаимодействуют с кислотами, щелочами,
окислителями, активными металлами.
Для них характерны, в основном, три типа химических реакций:
1. Реакции замещения водорода с разрывом связи С–Н:
CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl.
Алканы реагируют с хлором и бромом под действием УФ-излучения,
реакция протекает по цепному механизму. Реакция бромирования жидких
алканов сопровождается выделением бромистого водорода и происходит
значительно медленнее, чем бромирование газообразных алканов.
Бромирование ускоряется добавлением катализаторов – железных опилок,
амальгамированного алюминия, кристаллического йода. Легче всего
галогенируются углеводороды с третичным атомом углерода в молекуле,
труднее всего замещаются атомы водорода при первичном атоме углерода.
2 Реакция Коновалова. Под действием разбавленной азотной кислоты при
0
140 С, под давлением протекает радикальная реакция замещения:
СН3 – СН3 + HNO3 → CH3 – CH2 – NO2 + H2O,
3 Реакции расщепления молекулы (крекинга) с разрывом как С–Н, так и
С–С связей:
С8Н18 → С4Н10 + С4Н8,
2СН4 → С2Н2 + 3Н2.
Крекинг протекает при нагревании или при нагревании под действием
катализаторов, при крекинге высших алканов образуются алкен и низшие
алканы, при крекинге метана и этана – ацетилен и водород.
4 Окисление. В избытке кислорода алканы сгорают до СО2 и Н2О с
выделением большого количества теплоты:
СnH2n+2 + O2 → CO2 + H2O + Q
Мягким окислением метана кислородом воздуха могут быть получены
CH3COOH, H2CO3, HCOOH. Окислением бутана получают уксусную кислоту:
2CH4 + 2O2 → CH3COOH + 2H2O,
2CH4 + 3O2 → 2HCOOH + 2H2O,
2С4Н10 + 5О2 → 4СН3СООН + 2Н2О.
Алкенами называют углеводороды, в молекулах которых между
углеводородными атомами имеется хотя бы одна двойная связь (σ–связь и π–
66
связь). Они содержат в своей молекуле меньшее число водородных атомов, чем
соответствующие им предельные углеводороды с тем же числом атомов
углерода, поэтому их также называют ненасыщенными.
В природе встречаются редко. Основными промышленными методами
получения непредельных углеводородов являются: крекинг алканов,
содержащихся в нефтях; дегидрирование алканов. В лабораторных условиях
алкены получают с помощью реакций отщепления (элиминирования), при
которых от соседних атомов углерода отщепляются два атома или две группы
атомов углерода, и образуется дополнительная π–связь. Отщеплять можно
молекулы воды, галогеноводорода или галогена от соответствующих
производных алканов:
СН3 – СН2 – ОН → СН2 ═ СН2 + Н2О,
(катализатор – конц. H2SO4),
СН3 – СН2 – СНBr – CH3 + KOH(спир. р-р) → CH3 – CH ═ CH – CH3 + KBr + H2O,
СН2Br – СHBr – CH3 + Mg → CH2 ═ CH – CH3 + MgBr2.
Химические свойства олефинов определяет двойная углерод – углеродная
связь. Для них характерны реакции присоединения, полимеризации и
окисления:
t, H2SO4
CH3 – CH = CH2 + HOH → CH3 – CH(OH) – CH3,
CH2 = CH2 + Br2(вод. р-р) → BrCH2 – CH2Br,
CH3 – CH = CH2 + HCl → CH3 – CH(Cl) – CH3
nCH2 = CHR → ( - CH2 – CHR - )n,
3CH2 = CH2 + 2KMnO4 + 4H2O → 3HOCH2 – CH2OH + 2MnO2 + 2KOH.
Экспериментальная часть
ОПЫТ 1. ПОЛУЧЕНИЕ МЕТАНА И ИЗУЧЕНИЕ ЕГО СВОЙСТВ
Реактивы и материалы: уксуснокислый натрий (обезвоженный);
натронная известь; бромная вода, насыщенный раствор; перманганат калия, 1н
раствор.
Оборудование: штатив; спиртовка; пробирка с газоотводной трубкой.
Получение метана и его строение. В сухую пробирку I, снабженную
пробкой с газоотводной трубкой, помещают смесь из обезвоженного
уксуснокислого натрия и натронной извести (Са(ОН)2 + NаОН) (примерно 1 :
2), высота слоя 6…10 мм. Затем укрепляют пробирку горизонтально в штатив и
нагревают смесь в пламени спиртовки.
При нагревании натриевой соли уксусной кислоты с натронной известью
происходит расщепление соли с образованием метана:
СH3COONa + NaOH → CH4↑ + Na2CO3
Поджигают выделяющийся газообразный метан у конца газоотводной
трубки, метан горит голубоватым несветящимся пламенем:
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O.
Нагревание натриевых солей карбоновых кислот с натронной известью
является
общим
лабораторным
способом
получения
предельных
углеводородов.
67
Отношение метана к бромной воде и перманганату калия. В пробирку II
помещают 5 капель раствора перманганата калия и в пробирку III 3…5 капель
бромной воды. Не прекращая нагревания смеси в пробирке I, вводят
поочередно конец газоотводной трубки в пробирки II, III. Обесцвечивание
растворов перманганата калия и бромной воды не происходит. Почему?
ОПЫТ 2. БРОМИРОВАНИЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ
(опыт проводить в вытяжном шкафу).
Реактивы и материалы: жидкие алканы (пентан, гексан); раствор брома в
органическом растворителе; аммиак 25 %-ный раствор; лакмусовая бумага
(синяя).
Оборудование: пробирка; пинцет; стеклянная палочка.
В сухую пробирку помещают 4 капли смеси пентана и гексана и
добавляют 1…2 капли раствора брома. Содержимое пробирки перемешивают
на холоде. Почему окраска брома при этом не изменяется? Нагревают
содержимое пробирки до исчезновения окраски. В отверстие пробирки вносят
стеклянную палочку, смоченную раствором аммиака – появляется белый дымок
– NH4Br:
HBr + NH3 → NH4Br
Пинцетом вносят в пробирку синюю лакмусовую бумагу, смоченную
водой – лакмусовая бумага краснеет. Объясните почему?
ОПЫТ 3. ПОЛУЧЕНИЕ ЭТИЛЕНА И ЕГО ГОРЕНИЕ
Реактивы и материалы: этиловый спирт 96 %-ный; серная кислота, ρ =
1,84 г/см3; бромная вода, насыщенный раствор; раствор перманганата калия 0,1
н. раствор.
Оборудование: песок; пробирка с газоотводной трубкой; спиртовка.
В сухую пробирку помещают несколько крупинок песка, 6 капель
этилового спирта и 8 капель концентрированной серной кислоты. Закрывают
пробирку пробкой с газоотводной трубкой и осторожно нагревают смесь над
пламенем спиртовки.
Концентрированная серная кислота является окислителем. При
нагревании смеси спирта с концентрированной серной кислотой кроме этилена
и следов диэтилового эфира (С2Н5)2О, также образуется ряд продуктов
окисления органических соединений, например, СО2, уголь С (обычно смесь в
пробирке чернеет). Серная кислота при этом восстанавливается углеродом до
диоксида серы:
2H2SO4 + C → CO2 + 2SO2 + 2H2O.
Если реакцию вести в присутствии песка, сульфата алюминия
(катализаторы, ускоряющие дегидратацию спирта), диоксид серы не
образуется, следовательно, почернение смеси не происходит.
Выделяющийся газ поджигают у конца газоотводной трубки – он горит
светящимся пламенем.
Выделяющийся этилен горит светящимся пламенем:
68
Уравнение реакции:
CH2 ═ CH2 + 3О2 → 2СО2 + 2 Н2О.
ОПЫТ 4. ПРИСОЕДИНЕНИЕ К ЭТИЛЕНУ БРОМА
(продолжение опыта №3).
Не прекращая нагревания пробирки со смесью спирта и серной кислоты
(опыт 3), опускают конец газоотводной трубки в пробирку с 5 каплями бромной
воды. Уравнение реакции:
CH2 ═ CH2 + Br2 → CH2Br ─ CH2Br
Для алкенов характерны реакции присоединения по месту двойной связи.
Реакция обесцвечивания водного раствора брома служит качественной
реакцией на двойную связь.
ОПЫТ 5. ОТНОШЕНИЕ ЭТИЛЕНА К ОКИСЛИТЕЛЯМ
(продолжение опыта №3).
Не прекращая нагревания пробирки со смесью спирта и серной кислоты
(опыт 3), опускают конец газоотводной трубки в пробирку с 1 каплей раствора
перманганата калия и 4 каплями воды. Раствор перманганата калия быстро
обесцвечивается. При этом алкен окисляется в двухатомный спирт. Уравнение
реакции:
CH2 ═ CH2 + [O] + HOH → CH2(OH) ─ CH2(OH)
Эта реакция является качественной реакцией на двойную связь.
Контрольные задания.
1 Напишите структурные формулы изомеров гептана и назовите их по
систематической номенклатуре.
2 Из каких галогенопроизводных можно получить 2,4-диметилпентан по
реакции Вюрца?
3 Какой объем оксида углерода (IV) образуется при сжигании 2 моль
этана?
4 При сжигании 4,4 г углеводорода образовалось 13,2 г оксида углерода
(IV) и 7,2 воды. Плотность вещества по водороду равна 22. Найдите
молекулярную формулу этого углеводорода.
5 Напишите структурные формулы изомеров гексена и пентена и
назовите их по систематической номенклатуре.
6 Какие непредельные углеводороды образуются при действии цинковой
пыли на: 1) 2,3-дибром-2-метилбутан; 2) 2,3-дихлор-4,4-диметилпентан.
7 Напишите уравнения реакций взаимодействия изопрена с бромом,
бромоводородом.
8 Напишите уравнение реакции взаимодействия ацетилена с
хлороводородом. Какими свойствами обладает полученное вещество?
9 Напишите уравнения реакций присоединения воды, хлороводорода к
бутену-1.
10 Какие спирты можно получить гидратацией этиленовых
углеводородов состава С4Н8?
69
11 Напишите уравнения реакции полимеризации углеводорода С4Н8
с разветвленным углеродным скелетом?
Лабораторная работа № 3. Кислородсодержащие производные УВ:
спирты, карбонильные соединения, карбоновые кислоты
Спирты – оксипроизводные углеводородов, в молекулах которых один
атом водорода замещен на гидроксильную группу. Общая формула
одноатомных спиртов R – OH:
С2Н5ОН – этанол.
Гликоли – спирты с двумя и более гидроксильными группами при разных
углеродных атомах. Общая формула таких спиртов CnH2n(OH)m:
НO – CH2 – CH2 – OH – этиленгликоль,
НО – СН2 – СН(ОН) – СН2 – ОН – глицерин.
Глицерин легко образует глицераты с гидроксидами тяжелых металлов.
Однако способность его образовывать металлические производные (глицераты)
с многовалентными металлами объясняется не столько его повышенной
кислотностью, сколько тем, что при этом образуются внутрикомплексные
соединения, обладающие особой устойчивостью. Соединения такого типа часто
называют хелатными (от греческого слова «хела» - клешня).
Фенолами называются соединения, содержащие гидроксильную группу,
связанную непосредственно с бензольным ядром. В зависимости от числа
гидроксильных групп в ядре различают одно-, двух- и трехатомные фенолы:
OH
OH
OH
OH
OH
OH
Фенол
пирокатехин
резорцин
OH
гидрохинон
По своим физическим и химическим свойствам алифатичесие спирты и
фенолы заметно отличаются друг от друга.
Общим способом получения спиртов, имеющим промышленное значение,
является гидратация алкенов. Реакция идет при пропускании алкена с парами
воды над фосфорнокислым катализатором:
СН2 ═ СН2 + Н2О → СН3 – СН – ОН.
Спирты получают гидролизом алкилгалогенидов под действием водных
растворов щелочей:
R – Br + NaOH → R – OH + NaBr.
Спирты получают восстановлением карбонильных соединений (при
восстановлении альдегидов образуются первичные спирты, при восстановлении
кетонов – вторичные):
R – CH = O + H2 → R – CH2 – OH,
70
R – CO – R' + H2 → R – CH(OH) – R'.
Химические свойства спиртов определяются присутствием в их
молекулах гидроксильной группы (ОН). Связи С – О и О – Н сильнополярны и
способны к разрыву.
Реакции с разрывом связи О – Н.
1 Низшие спирты бурно реагируют со щелочными металлами:
2С2Н5ОН + 2К → 2С2Н5ОК + Н2.
2 При действии на спирты минеральных и органических кислот
образуются сложные эфиры (реакция этерификации):
С2Н5ОН + СН3СООН → СН3СООС2Н5 + Н2О,
С2Н5ОН + HONO2 → C2H5ONO2 + H2O.
3 Спирты окисляются под действием дихромата или перманганата калия
до карбонильных соединений. Первичные спирты окисляются до альдегидов, а
вторичные – до кетонов:
R – CH2 – OH → R – CH ═ O → R – COOH,
CH3 – CH(OH) – CH3 → CH3 – C(O) – CH3.
Реакции с разрывом связи С – О.
1 Реакции дегидратации протекают при нагревании спиртов с
водоотнимающими средствами. При сильном нагревании происходит
внутримолекулярная дегидратация с образованием алкенов, при более слабом
нагревании происходит межмолекулярная дегидратация с образованием
простых эфиров:
t, H2SO4
CH3 – CH2 – CH2 – OH → CH3 – CH ═ CH2 + H2O,
t, H2SO4
2CH3 – CH2 – OH → C2H5 – O – C2H5 + H2O.
2 Спирты реагируют с галогеноводородными кислотами:
ROH + HCl → RCl + H2O.
Альдегиды и кетоны – производные углеводородов, в которых
содержится одна и более карбонильных групп.
Если карбонильная группа соединена с одним радикалом и водородом, то
такие соединения называются альдегидами:
O
R
C
H
Соединения, в которых карбонильная группа соединена с двумя
одинаковыми или разными радикалами, называются кетонами:
R
C
O
R1
В зависимости от характера радикалов, связанных с карбонильной
группой, альдегиды и кетоны могут быть насыщенными, ненасыщенными,
алифатическими или ароматическими
Насыщенные:
71
O
O
H
CH3
C
H
метаналь
H2C
C
H3C
H
O
пропаналь
CH3
C
ацетон
Ненасыщенные:
O
O
CH2 CH2 C
HC
CH2 C
H
H
пропеналь
пропиналь
Ароматические:
O
C
H
бензойный альдегид
Карбонильные
соединения
относятся
к
числу
весьма
реакционноспособных органических веществ. Их химические свойства связаны
с особенностями электронного строения карбонильной группы. Связь между
атомом
углерода
и
атомом
кислорода
вследствие
большой
электротрицательности кислорода по сравнению с углеродом сильно
поляризована за счет смещения электронной плотности π – связи к кислороду:
С ═ О.
Сильная поляризация связи С ═ О в карбонильных соединениях ведет к
тому, что на кислороде сосредотачивается отрицательный заряд, а на
карбонильном углероде – положительный. Полярность карбонильной группы
определяет и ее реакции. Большинство реакций карбонильных соединений –
это реакции, в которых положительно заряженный карбонильный углерод –
электрофильный центр молекулы взаимодействует с нуклеофильными
реагентами:
1 СН3 – СН = О + HCN → CH3 – CH(CN) – OH
2 R – CH = O + NaHSO3 → R – CH(OH) – SO3Na
H+
3 CH3 CH O + 2CH3OH
CH3 CH
OCH3+ H2O
OCH3
O
4R
C
+ NaHSO3
R CH SO3Na
H
OH
H2O
5 CH3CHO + RMgX
CH3
CH O
MgX
- Mg(OH)X
CH3
CH
R
R
72
OH
6 CH3
C
CH3 + R
MgX
( CH3)2C(R)
H2 O
MgX
O
-Mg(OH)X
(CH3)2C(R) OH
O
O
7R
+ H2
C
R
CH2
OH
H
8R
C
R' + H2
R CH
R'
OH
O
Карбоновыми кислотами называют производные углеводородов,
которые содержат в молекуле одну или несколько карбоксильных групп СООН. Карбоксильную группу можно рассматривать как формальное
сочетание карбонильной группы и гидроксила («карб–оксил»).
В зависимости от природы радикала, связанного с карбоксильной
группой, карбоновые кислоты делят на предельные и непредельные,
алифатические и ароматические.
Число карбоновых групп определяет основность кислот: кислоты с одной
карбоксильной группой являются одноосновными, с двумя – двухосновными и
т.д. Кроме того по количеству углеродных атомов в радикале различают
кислоты низшие (низкомолекулярные) и высшие (высокомолекулярные).
Карбоновые кислоты с числом атомов углерода выше 6 называют
высшими (жирными) кислотами.
Алифатические предельные одноосновные карбоновые кислоты имеют
общую формулу СnH2nO2 или CmH2m+1COOH.
СН3СООН – уксусная кислота (этановая),
СН3(СН2)16СООН – стеариновая кислота (октадециловая)
Получение. 1 Общий способ получения карбоновых кислот – окисление
альдегидов и первичных спиртов, в качестве окислителей применяют KMnO4 и
K2Cr2O7:
R – CH2 – OH → R – CH ═ O → R – COOH.
2 Гидролиз галогензамещенных углеводородов, содержащих три атома
галогена у одного атома углерода. Образуются спирты, содержащие группы ОН
у одного атома, эти вещества неустойчивы и разлагаются с образованием
карбоновой кислоты:
R – CCl3 → [R – C(OH)3] → R – COOH.
3 Получение карбоновых кислот из цианидов – способ, позволяющий
наращивать углеродную цепь при получении исходного цианида:
CH3 – Br + NaCN → CH3 – CN + NaBr;
CH3 – CN + 2H2O → CH3COONH4;
CH3CONH4 + HCl → CH3COOH + NH4Cl.
4 Для отдельных кислот существуют специфические способы получения.
Муравьиную кислоту получают нагреванием оксида углерода (II) с
порошкообразным гидроксидом натрия:
73
200o C, PHCOONa H2SO4
HCOOH
NaOH + CO
Уксусную кислоту получают каталитическим окислением бутана
кислородом воздуха:
2C4H10 + 5O2 → 4CH3COOH + 2H2O
Химические свойства. Карбоновые кислоты – более сильные кислоты,
чем спирты, так как атом водорода в карбоксильной группе обладает
повышенной подвижностью благодаря влиянию группы СО. В водном растворе
карбоновые кислоты диссоциируют:
RCOOH → RCOO- + H+.
Сила карбоновых кислот зависит от электронного эффекта группы,
связанной с группой СООН. Электроноакцепторные заместители (ССl3)
оттягивают электронную плотность от карбоксильной группы и способствуют
диссоциации кислоты. Электронодонорные заместители (углеводородные
заместители) увеличивают электронную плотность на карбоксильной группе и
затрудняют диссоциацию кислоты.
1 Карбоновые кислоты реагируют с активными металлами, основными
кислотами, основаниями и солями более слабой кислоты:
2RCOOH + Mg → (RCOO)2Mg + H2;
2RCOOH + CaO → (RCOO)2Ca + H2O;
RCOOH + NaOH → RCOONa + H2O;
RCOOH + NaHCO3 → RCOONa + H2O + CO2↑.
2 Ряд свойств карбоновых кислот обусловлен наличием углеводородного
радикала:
CH3 CH2 COOH + Br2
t, kat
CH3 CHBr
COOH + HBr
Экспериментальная часть.
ОПЫТ 1. РАСТВОРИМОСТЬ СПИРТОВ В ВОДЕ
Реактивы: этиловый спирт; изоамиловый спирт.
Оборудование: пробирка.
В сухую пробирку налейте 1 мл этилового спирта и по каплям добавляйте
к спирту воду. Наблюдается ли помутнение или расслоение жидкостей? Что
можно сказать о растворимости этанола в воде.
Проделайте то же самое с изоамиловым спиртом. Что наблюдаете?
ОПЫТ 2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГЛИЦЕРИНА С ГИДРОКСИДОМ МЕДИ (II)
Реактивы: глицерин; сульфат меди (II) 0,2 н раствор; едкий натр 2 н
раствор.
Оборудование: пробирка.
Помещают в пробирку 2 капли раствора сульфата меди (II), 2 капли
раствора едкого натра и перемешивают – образуется голубой студенистый
осадок гидроксида меди (II). В пробирку добавляют 1 каплю глицерина и
взбалтывают содержимое. Осадок растворяется и появляется темно-синее
74
окрашивание вследствие образования глицерата меди (II). Напишите уравнение
реакции.
ОПЫТ 3. ОТНОШЕНИЕ СПИРТОВ К ГАЛОГЕНАМ И
ГАЛОГЕНОВОДОРОДАМ
Реактивы: этиловый спирт; изоамиловый спирт; бромная вода
насыщенный раствор; серная кислота ρ = 1,84 г/мл; хлорид натрия
кристаллический.
Оборудование: пробирки; спиртовка.
Спирты с галогенами на холоду не реагируют; при взаимодействии с
галогеноводородами происходит замещение ОН- группы в молекулах спиртов
атомов галогена.
Внесите в чистую пробирку 1 мл эмульсии: изоамиловый спирт + вода и
добавьте 1 мл бромной воды. Как изменяется цвет?
Внесите в сухую пробирку измельченные кристаллы хлорида натрия
(высота слоя 0,5 см), добавьте 0,5 мл этилового спирта и несколько капель
концентрированной серной кислоты. Нагрейте смесь над пламенем спиртовки.
Выделение хлорэтана С2Н5Cl можно обнаружить по характерному
окрашенному в зеленый цвет колечку, образующемуся при возгорании
хлорэтана, когда к отверстию пробирки подносят время от времени горящую
лучинку.
ОПЫТ 4. ПОЛУЧЕНИЕ УРОТРОПИНА
Реактивы: раствор формальдегида - формалин 40 %-ный раствор; аммиак
2 н раствор; фенолфталеин 1 %-ный раствор; соляная кислота 2 н. раствор.
Оборудование: предметное стекло; пробирки.
В пробирку помещают 1 каплю раствора фенолфталеина и 2 капли
раствора аммиака. Раствор становится розовым, который при добавлении
следующей капли раствора формальдегида обесцвечивается. Добавляют еще 2
капли раствора аммиака, раствор становится розовым, но быстро
обесцвечивается, так как аммиак вступает в реакцию с формальдегидом,
образуя гексаметилентетрамин или уротропин. Добавляют по каплям раствор
аммиака до появления неисчезающего розового окрашивания, это указывает на
то, что весь формальдегид прореагировал с аммиаком, и имеется избыток
аммиака.
Несколько капель полученного раствора переносят на предметное стекло
и осторожно выпаривают воду над пламенем спиртовки. На предметном стекле
остаются кристаллики уротропина. Уравнение реакции:
4NH3 + 6 CH2O → (CH2)6N4 + 6H2O.
ОПЫТ 5. ОКИСЛЕНИЕ АЛЬДЕГИДОВ ГИДРОКСИДОМ МЕДИ (II)
Реактивы: формальдегид 40 %-ный раствор; сульфат меди (II); едкий натр
0,2 н раствор.
Оборудование: спиртовка; пробирки.
75
В пробирку помещают 4 капли раствора едкого натра, разбавляют его 4
каплями воды и добавляют 2 капли раствора сульфата меди (II). К выпавшему
осадку гидроксида меди (II) прибавляют 1 каплю раствора формальдегида и
взбалтывают содержимое пробирки. Нагревают над пламенем спиртовки, таким
образом, чтобы довести до кипения только верхнюю часть раствора так, а
нижняя часть оставалась для контроля холодной. В нагретой части пробирки
выделяется желтый осадок гидроксида меди (I), переходящий в красный оксид
меди (I), а иногда на стенках пробирки выделяется даже металлическая медь.
Уравнения реакций:
CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2↓+ Na2SO4;
CH2O + 2Cu(OH)2 = HCOOH + 2CuOH + H2O;
2CuOH → Cu2O + H2O.
Повторите этот опыт, заменив раствор формальдегида раствором
уксусного альдегида. Что наблюдается?
Таким образом, взаимодействие с гидроксидом меди является
качественной реакцией на альдегиды.
ОПЫТ 6. РЕАКЦИЯ АЦЕТОНА С ГИДРОСУЛЬФИТОМ НАТРИЯ
Реактивы: ацетон; гидросульфит натрия насыщенный раствор; соляная
кислота 2 н раствор.
Оборудование: микроскоп; предметное стекло; запаянный капилляр.
На предметное стекло наносят 2 капли насыщенного раствора
гидросульфита натрия, добавляют 1 каплю ацетона и размешивают концом
запаянного капилляра. Вскоре начинает выпадать кристаллический осадок
гидросульфитного соединения ацетона. Предметное стекло переносят под
микроскоп и рассматривают кристаллы.
Добавляют к осадку каплю раствора соляной кислоты – осадок
гидросульфитного соединения ацетона растворяется.
Продукты присоединения гидросульфита натрия при обработке слабой
щелочью или разбавленной кислотой (HCl, H2SO4) разлагаются, образуя
исходные карбонильные соединения. Напишите уравнения реакций.
ОПЫТ 7. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ БЕНЗОЙНОГО АЛЬДЕГИДА СО ЩЕЛОЧЬЮ
(РЕАКЦИЯ КАННИЦИАРО)
Реактивы и материалы: бензойный альдегид; едкое кали 10 %-ный
раствор; дихромат калия 0,5 н раствор; серная кислота ρ = 1,84 г/см3.
В пробирку помещают 5 капель бензойного альдегида и добавляют при
встряхивании 3 капли раствора щелочи. Из раствора выпадают кристаллы
бензойнокислого калия.
Для ароматических альдегидов характерна реакция, заключающаяся в
том, что под действием концентрированной щелочи две молекулы альдегида
вступают друг с другом в окислительно-восстановительное взаимодействие:
одна молекула окисляется в кислоту, другая – восстанавливается в спирт. Эта
реакция является частным случаем реакции сложно-эфирной конденсации.
76
Очевидно, вначале из двух молекул альдегида образуется эфир, который в этих
условиях под действием щелочи сразу не гидролизуется. Уравнение реакции:
C6H5 − COH + KOH → C6H5COOK + C6H5CH2OH.
Так как реакция протекает в щелочной среде, бензойная кислота
получается в виде соли С6Н5СООК.
Содержимое пробирки переносят в центрифужную пробирку и
центрифугируют около 5 минут. Прозрачный раствор, содержащий бензиловый
спирт, сливают в микрохимическую пробирку, добавляют 1 каплю серной и 2
капли раствора дихромата калия. Осторожно нагревают до кипения.
Бензиловый спирт при этом окисляется, образуя бензойный альдегид и затем
бензойную кислоту. Уравнение реакции:
C6H5CH2OH → C6H5COH → C6H5COOH.
По помутнению содержимого пробирки можно судить об образовании
бензойной кислоты.
ОПЫТ 8. КИСЛОТНЫЕ СВОЙСТВА КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ
Реактивы: уксусная кислота 0,1 н раствор; карбонат натрия; метиловый
оранжевый раствор; универсальный индикатор фенолфталеин 1 %-ный
спиртовой раствор.
Оборудование: пробирки; лучинка.
В три пробирки помещают по одной капле раствора уксусной кислоты. В
первую пробирку добавляют 1 каплю метилового оранжевого, во вторую - 1
полоску универсального индикатора и в третью - 1 каплю фенолфталеина.
Отметьте окраску индикаторов.
В пробирку наливают 2...3 капли раствора уксусной кислоты и добавляют
несколько крупинок углекислого натрия. К отверстию пробирки подносят
горящую лучинку. Лучинка гаснет. Уравнение реакции процесса:
2CH3COOH + Na2CO3 → 2CH3COONa + CO2 + H2O.
ОПЫТ 9. ПОЛУЧЕНИЕ БЕНЗОЙНОКИСЛОГО КАЛИЯ
Реактивы: бензойная кислота; едкое кали 1 н раствор; соляная кислота 1 н
раствор.
Оборудование: пробирка.
В пробирку помещают несколько кристаллов бензойной кислоты и
прибавляют 3 капли раствора едкого калия. Встряхивают содержимое
пробирки. Кристаллы растворяются. Уравнение реакции процесса:
С6Н5СООН + КОН → С6Н5СООК + Н2О.
Бензойная кислота с основаниями образует соли. Ее соли со щелочными
металлами хорошо растворимы в воде, поэтому бензойная кислота растворима
в щелочах.
К полученному прозрачному раствору бензойнокислого калия добавляют
2...3 капли раствора соляной кислоты. Снова выпадает бензойная кислота:
С6Н5СООК + НС1 → С6Н5СООН + КС1.
77
ОПЫТ 10. ПРИСОЕДИНЕНИЕ БРОМА К ОЛЕИНОВОЙ КИСЛОТЕ
Реактивы: олеиновая кислота; бромная вода насыщенный раствор.
Оборудование: пробирка.
В пробирку вносят 3...4 капли бромной воды, 1 каплю олеиновой кислоты
и энергично взбалтывают. Бромная вода обесцвечивается. Уравнение реакции
процесса:
CH3 − (CH2)7 − CH ═ CH − (CH2)7 − COOH + Br2
→ CH 3− (CH2)7 − CHBr − CHBr − (CH2)7 − COOH.
ОПЫТ 11. ОБРАЗОВАНИЕ НЕРАСТВОРИМЫХ КАЛЬЦИЕВЫХ
СОЛЕЙ ЖИРНЫХ КИСЛОТ
Реактивы: мыло раствор; хлорид кальция 0,1 н раствор.
Оборудование: пробирка.
В пробирку помещают 2 капли мыла, 1 каплю раствора хлорида кальция и
взбалтывают содержимое пробирки. Выпадает белый осадок (стеарат кальция).
Уравнение реакции процесса:
2С17Н35COONa + CaCl2 → (С17Н35СОО)2Са + 2NaCl.
Кальциевые соли жирных кислот (кальциевое мыло) нерастворимы в
воде. Кальциевое мыло выделяется при мытье в жесткой воде.
Контрольные задания.
1 Напишите уравнения реакций гидролиза водным раствором гидроксида
натрия соединений: 1) 2-хлорбутана; 2) 2-хлор-2-метилпентана; 3) 1хлорпропана. Назовите полученные вещества.
4 Каким способом можно получить 2-метилпропанол-1 из ацетилена?
5
Напишите уравнение реакции окисления пропилена водным
раствором перманганата калия. Назовите продукт.
6
Напишите возможные изомеры альдегидов и кетонов,
соответствующие молекулярной формуле С6Н12О.
7
Какие спирты образуются при восстановлении водородом
соединений: 1) пропаналя; 2) бутаналя; 3) пропанона; 4) 3-метилпентанона-2?
8
Напишите уравнения реакции получения масляной кислоты из
бутана.
9
Какой необходимо взять кетон, чтобы при его окислении получить
первые члены гомологического ряда одноосновных насыщенных карбоновых
кислот?
10
Получите стеариновую кислоту гидролизом соответствующего
жира.
Лабораторная работа № 4. Высокомолекулярные соединения
Высокомолекулярными соединениями, ВМС или полимерами, называют
сложные вещества с большими молекулярными массами (порядка сотен, тысяч
и миллионов), молекулы которых построены из множества повторяющихся элементарных звеньев, образующихся в результате взаимодействия и соединения
друг с другом одинаковых или разных простых молекул — мономеров.
78
Полимеры можно получить следующими процессами:
а) Реакция полимеризации — процесс, в результате которого молекулы
низкомолекулярного соединения (мономера) соединяются друг с другом при
помощи ковалентных связей, образуя новое вещество (полимер), молекулярная
масса которого в целое число раз больше, чем у мономера; полимеризация
характерна, главным образом, для соединений с кратными (двойными или
тройными) связями:
1 Получение полиэтилена:
2 Получение полипропилена:
3 Получение полистирола:
4 Получение бутадиенового каучука (метод Лебедева):
2CH3
CH2
OH
Al2O3;ZnO
o
425 C
CH2 CH CH
CH2 + H2 + H2O
H
CH2
C
t, kat
n(CH2
CH CH
C
H
CH3
n
CH2 )
t,kat
CH2
CH2
C
H
C
H
n
б) Реакция поликонденсации — процесс образования полимера из
низкомолекулярных
соединений,
содержащих
две
или
несколько
функциональных
групп,
сопровождающийся
выделением
за
низкомолекулярных веществ как вода, аммиак, галогеноводород и т. п. Состав
элементарного звена полимера в этом случае отличается от состава исходного
мономера:
79
1 Получение фенолформальдегидной смолы:
в) Реакции сополимеризации – процесс образования полимеров из двух
или нескольких различных мономеров
1 Получение бутадиен-стирольного каучука:
Классификация ВМС по способам получения
Природные – ВМС растительного и природного происхождения
Примерами природных высокомолекулярных соединений могут служить
крахмал и целлюлоза, построенные из элементарных звеньев, являющихся
остатками моносахарида (α-глюкозы), а также белки, элементарные звенья
которых представляют собой остатки аминокислот; сюда же относятся
природные каучуки.
Химические:
а) Искусственные ВМС – получают путем переработки природных ВМС
(эфиры целлюлозы и т.д.);
б) Синтетические ВМС – получают путем синтеза из низкомолекулярных
веществ (полиэтилен, полистирол, синтетические каучуки, лавсан, капрон,
нитрон).
Среди
ВМС
большее
значение
приобретают
синтетические
высокомолекулярные соединения (синтетические высокополимеры). Это
разного рода материалы, обычно получаемые из доступного и дешевого сырья,
на их основе получают пластические массы, синтетические волокна.
Полимеры и пластмассы на их основе являются ценными заменителями
многих природных материалов (металлов, дерева, кожи, клеев и т. п.).
Синтетические волокна успешно заменяют натуральные — шелковые,
шерстяные, хлопчатобумажные. При этом важно подчеркнуть, что по ряду
свойств материалы на основе синтетических полимеров часто превосходят
природные. Можно получать пластические массы, волокна и другие соединения
с комплексом заданных технических свойств. Это позволяет решать многие
задачи современной техники, которые не могли быть решены при
использовании только природных материалов.
80
Классификация полимеров по свойствам и применению
- пластмассы (термореактивные и термопластичные);
- эластомеры (каучуки, резины);
- волокна.
Общие свойства ВМС:
- не имеют определенной температуры плавления, плавятся в широком
интервале температур, некоторые разлагаются ниже температуры плавления;
- не подвергаются перегонке, так как разлагаются при нагревании;
- не растворяются в воде или растворяются с трудом;
- обладают высокой прочностью;
- инертны в химических средах, устойчивы к воздействию окружающей
среды.
Экспериментальная часть.
ОПЫТ 1 ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ СТИРОЛА
Реактивы и материалы: стирол; пероксид бензоила (пероксид водорода).
Оборудование: пробирка; трубка, вставленная в холодильник.
В пробирку помещают 2 мл стирола и несколько крупинок пероксида
бензоила (инициатор). При отсутствии пероксида бензоила можно
воспользоваться пероксидом водорода (2 – 3 капли). Закрывают пробирку
трубкой, вставленной в пробку (холодильник), и нагревают в течение 15 минут.
Что наблюдается? Загустевшую жидкость охлаждают.
ОПЫТ 2 ДЕПОЛИМЕРИЗАЦИЯ ПОЛИМЕТИЛМЕТАКРИЛАТА
Реактивы и материалы: полиметилметакрилат; пероксид бензоила.
Оборудование: пробирка, водяная баня.
В пробирку наливают 2 мл метилметакрилата, добавляют несколько
крупинок пероксида бензоила и нагревают на кипящей водяной бане до
получения стекловидной массы.
ОПЫТ 3 ИССЛЕДОВАНИЕ РАСТВОРИМОСТИ
ПОЛИМЕРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Реактивы и материалы: натуральное волокно (шерсть); полистирол;
поливинилхлорид; полиэтилен; полиметилметакрилат; ацетон.
Оборудование: пробирки.
Помещают в пять пробирок по кусочку натурального волокна,
полистирола, поливинилхлорида, полиэтилена и полиметилметакрилата. В
каждую пробирку приливают по 1 – 2 мл воды и выдерживают 30 минут.
Эксперимент повторяют с ацетоном. По истечении указанного времени
проверяют состояние образцов. Сделайте вывод о растворимости каучука и
пластмасс в воде и ацетоне.
81
ОПЫТ 4 ОТНОШЕНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
К НАГРЕВАНИЮ И ГОРЕНИЮ
Реактивы и материалы: полиэтилен; полистирол; поливинилхлорид;
полиметилметакрилат.
Оборудование: фарфоровая чашка; стеклянная палочка; проволока;
электроплитка; спиртовка.
В фарфоровую чашку помещают поочередно по кусочку образцов и
нагревают на электроплитке. Через несколько минут прикоснитесь к образцам
стеклянной палочкой. Отмечают скорость размягчения образцов и характер
этого размягчения в зависимости от степени нагревания. Кусочки этих же
пластмасс закрепляют в проволоке и вносят в пламя спиртовки. Обратите
внимание на характер горения.
ОПЫТ 5 ХАРАКТЕР ПРОДУКТОВ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ
ПРИ РАЗЛОЖЕНИИ ПЛАСТМАСС
Реактивы и материалы: полиэтилен; полистирол; поливинилхлорид;
полиметилметакрилат.
Образцы пластмасс помещают в отдельные пробирки, закрывают их
пробкой с газоотводной трубкой и поочередно нагревают в пламени спиртовки.
Выделяющиеся при разложении газообразные продукты пропускают через
раствор перманганата калия или бромную воду, испытывают на универсальный
индикатор. Сделайте вывод по результатам.
ОПЫТ 6 ОТНОШЕНИЕ ПЛАСТМАСС К ЩЕЛОЧАМ И КИСЛОТАМ
Реактивы и материалы: полистирол; полиэтилен; поливинилхлорид;
полиметилметакрилат; серная кислота концентрированная; гидроксид натрия
20 %-ный раствор.
Оборудование: пробирки.
В три пробирки помещают по кусочку образца и приливают 1 – 2 мл
концентрированной серной кислоты. Содержимое пробирок осторожно
встряхивают. Через несколько минут сливают кислоту, промывают пластмассу
водой и определяют их растворимость в кислоте.
Опыт повторяют с теми же образцами, заменив кислоту на 20 %-ный
раствор гидроксида натрия. Сделайте вывод о действии щелочей на
исследуемые образцы.
Контрольные задания.
уравнения реакций получения
1
Напишите
стирола и его
полимеризации.
2 Приведите схему получения капрона из циклогексанона.
3 Приведите схему взаимодействия натурального каучука с серой.
4 В чем различие между реакциями полимеризации и поликонденсации.
Приведите примеры.
4
Какой путь получения синтетического каучука разработал С.В.
Лебедев. Приведите уравнения соответствующих реакций.
82
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ
САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
Задания в тестовой форме для самоконтроля
1 Предельные, непредельные и ароматические УВ
1. Изомеры 1) вещества, имеющие сходное строение и сходные химические
свойства, но разный количественный состав
2) вещества, имеющие одинаковый качественный состав, но
различные свойства
3) вещества, имеющие одинаковый качественный и количественный
состав, но различное строение молекул и, следовательно, свойства
4) вещества, молекулы которых содержат одинаковое количество
атомов углерода, но разное количество атомов других элементов.
2. Изомерами являются следующие пары веществ
1) CH4 и C2H6
2) CHCl3 и CCl4
3) CH3CH2OH и CH3OCH3
4) CH2=CH – CH2CH3 и C4H8.
3. Тип гибридизации атома углерода с* в молекуле, которой соответствует
структурная формула
H3C
*
C C C
H
H
1) sp2
2) sp3
3) sp
4) этот атом гипервалентен, т.к. имеет 5 связей, структура
нарисована неверно
5) у этого атома углерода нет -связей, все только -связи.
4. Геометрическая форма молекулы с формулой
CH 3
H3C C CH 2
1) пирамидальная
2) линейная
3) тригональная плоская
4) тетраэдрическая
5) тетрагональная плоская
83
5. Установите соответствие между типом реакции по конечному
результату и химическим уравнением
Тип реакции
Уравнение реакции
AlCl
3
а) замещение
1)
б) присоединение 2)
Cl
+
NaOH (спирт)
+ NaCl + H2O
в)
отщепление 3) СН2=СН-СН3 + HCl  CH3-CHCl-CH3
(элиминирование)
г) изомеризация
+ NaOH
+ NaCl
OH
Cl
4)
6. Алкан со структурной формулой
CH3
CH 3
C2H5
CH CH 2 C
CH 3
CH 3
по правилам заместительной номенклатуры iupac называется
1) 2,4-диметил-4-этилпентан
4) 3,3,5-триметилгексан
2) 2,4,4-триметилгексан
5) диметилэтилизобутилметан
3) 2,4 – диметил-4-этилпентан
7. Изомер 2,2,3-триметилгексана
1) 2-метил-2-этилгексан
2) 3-метил-4,4-диэтилгексан
3) триметилизопропилметан
4) н-нонан
5) н-гептан
8. Вещество, структурная формула которого
называется
1) 6-бутил-3,4-диметилоктан
3) 3,4-диметил-6-этилдекан
2) 7,8-диметил-5-этилдекан
4) 3-бутил-5,6-диметилоктан
9. Утверждение, правильно описывающее строение метильного радикала
– метильный радикал
1) находится в состоянии sp3-гибридизации
2) находится в состоянии sp2 – гибридизации
3) находится в состоянии sp – гибридизации
4) имеет негибридные атомные орбитали атома углерода
10. Наиболее вероятный механизм разрыва ковалентной связи в
молекулах алканов
84
1) СН3-СН2:СН2-СН3
3) CH3-CH2-H2C:H
2) (СH3)2HCH
4) CH3-H2C:H
11. Реакция хлорирования начинается с процесса
1) СН4 + Сl  CH3 + HCl
2) CH4CH3 + H
3) CH3 + Cl2  CH3Cl + Сl
4) CН3Сl + ClCH2Cl2 + HCl
5) Cl2  2 Сl
12. Найдите уравнения, неверно описывающие химические свойства
пропана в реакциях с галогенами
1) С3Н8 + 10F2  3CF4 + 8HF
2) C3Н8 + F2  CH3-CHF-CH3 + HF
h
 CH3-CHCl-CH3 + HCl
3) C3H8 + Cl2 
500 0 С
4) C3H8 + Br2   CH3CH2CH2Br + HBr
h
 CH3-CHCl-CH3 + HCl
5) CH3-CH2-CH3 + Cl2 
h
 CH3-CHI-CH3 + HI
6) C3H8 + I2 
h ,130 0 C
7) C3H8 + Br2  CH3-CHBr-CH3 + HBr
комн.темп.
8) C3H8 + Cl2     C3H7Cl + HCl
13. Для получения 2-метилбутан-2-сульфокислоты необходимо взять
вещества
1) H2SO4 и СН3-С(СН3)2-С2Н5
3) H2SO4 и CH3-CH2-CH(CH3)2
2) Н2SO4 и н-пентан
4) олеум и (СН3)2СН-СН(СН3)2
14. Какое свойство указывает на принадлежность углеводорода к
предельным соединениям
1) углеводород не вступает в реакции присоединения
2) молекула углеводорода содержит только s-связи
3) углеводород не реагирует с бромной водой
4) углеводород вступает в реакцию замещения с хлором и
азотной кислотой
15. Хлорпроизводное алкана
имеет название
1) 2,2,2-трихлорметилбутан
2) 2-метил–1-трихлорбутан
3) 1-трихлор–2-метилбутан
4) 2-метил–1,1,1-трихлорбутан
85
16. Предельный углеводород тяжелее гелия в 10,5 раза. Определите
молекулярную углеводорода
1) C3H8
3) C3H6
2) CH4
4) углеводород не существует
17. Какой простейший алкан имеет изомеры
1) этан
2) бутан
3) гексан
4) декан
18 Выберите изомер 2,2,4-триметилпентана
1) 3-изопропилпентан
2) тетраэтилметан
3) 2-этилгексан
4) 2,2,3,3-тетраметилбутан
19. Монобромпроизводное алкана имеет относительную плотность по
воздуху 4,24. Это соединение соответствует структурной формуле
1) С2Н5Вr
3) С4Н9Вr
2) С3Н7Вr
4) С5Н11Вr
20. Как можно отличить октан от уксусной кислоты
1) сжечь
2) прилить воду
3) пропустить хлор при освещении
4) понюхать
21. В реакции Вюрца при взаимодействии двух молекул 2-хлорбутана
образуется
1) 2,3-диэтилбутан
2) 3,4-диметилгексан
3) 3-метил–2-этилпентан
4) 2-метил-З-этилпентан
22. Молекула алкана содержит 8 атомов водорода. Молярная масса алкана
(в г/моль) равна
1) 38
2) 40
3) 42
4) 44
23. Укажите промежуточные вещества Х и Y при синтезе метана по
схеме: бутан → Х → Y метан
1) Х – С2Н4, Y – C2H5Cl
2) X – C2H6, Y – C2H4
3) X – CO2, Y – CH3OH
4) X – CH3COH, Y – CH3COONa
24. С каким из перечисленных веществ алканы не реагируют ни при
каких условиях
86
1) бром
2) азотная кислота
3) бромоводород
4) озон
25. Число возможных изомеров гексана равно
1) шести
3) четырем
2) пяти
4) трем
26. Выберите уравнение, которое правильно характеризует химические
свойства метана
1) CH4 + HBr = CH3Br + H2
2) 2CH4 = C2H2 + 3H2
3) CH4 + HNO3 = CH3ONO2 + H2O
4) 3CH4 + 8KMnO4 = 3K2CO3 + 8MnO2 + 2KOH + 5H2O
27. Какое уравнение описывает реакцию циклопропана с бромом
1) C3H6 + Br2 = C3H5Br + HBr
2) C3H6 + 9Br2 = 3CBr4 + 6HBr
3) C3H6 + Br2 = C3H4Br2 + H2
4) C3H6 + Br2 = C3H6Br2
28. Какой углеводород можно получить в две стадии из пропана
1) пропен
3) 2,3-диметилбутан
2) гексан
4) пропандиол
29. Пропан образуется в результате реакции
t , каt
1) пропин + 1 моль Н 2 

0
t
2) CH3CH 2COONa + NaOH 

окисление
3) C4 H10 

t
4) CH3CH 2CH 2 COONa + NaOH 

30 В схеме реакции
hν
X1 + Br2 
 CH3CH 2 Br + HBr
исходным реагентом Х1 является
1) этан
2) этилен
3) метан
4) ацетилен
31. Только бутан образуется в результате реакции Вюрца из
1) бромметана
2) смеси бромметана и 1-бромпропана
3) бромэтана
4) смеси бромметана и 2-бромпропана
87
32. При крекинге предельного углеводорода образовалась смесь двух
углеводородов, содержащих одинаковое число атомов углерода. Плотность
смеси по водороду равна 28,5. Определите уравнение крекинга
1) C4H8 + C4H10 = C8H18
2) C8H18 = C4H8 + C4H10
3) C8H18 = C3H6 + C5H12
4) C8H18 = C6H4(CH3)2 + 4H2
33 Общее число алкенов, которые могут
каталитическом дегидрировании 3-метилпентана, равно
1) одному
3) трем
2) двум
4) четырем
образоваться
при
34. Какой вид изомерии не свойствен ацетиленовым углеводородам
1) изомерия положения кратной связи
2) изомерия углеводородного скелета
3) цис-транс-изомерия
4) оптическая изомерия
35. С помощью правила Марковникова объясняется присоединение к
алкену
1) водорода
3) хлора
2) хлороводорода
4) брома
36. Среди перечисленных веществ выберите гомолог пентена-1
1) 2-метилбутен-1
2) циклопентан
3) 2-метилпропен
4) 3-метилциклопентен
37. Какой непредельный
дибромбутана
1) бутен-1
2) бутин-1
углеводород
можно
получить
из
1,1-
3) бутандиен-1,3
4) бутен-2
38. Масса (в граммах) дивинила (бутадиена–1,3), которая может быть
получена из 200 л 96%-ного этилового спирта (плотность 0,8 г/мл), равна
1) 153600
3) 45079
2) 180314
4) 90157
39. Определите структурную формулу промежуточного вещества в
синтезе пропина из пропена по схеме
1) CH3–CH(OH)–CH3
3) CH3–CHBr–CH3
2) CH3–CO–CH3
4) CH3–CHBr–CH2Br
88
40. С каким веществом реагируют алкины, но не реагируют алкены
1) Br2
3) KMnO4
2) H2O
4) [Cu(NH3)2]Cl
41. Винилацетилен в основном используют для получения
1) изопрена
3) 1,3-бутадиена
2) хлоропрена
4) 2-бутена
42. Количество молей карбида кальция, необходимого для получения 33,6
л (н.у.) ацетилена, равно
1) 1,0
2) 1,5
3) 2,0
4) 2,5
43. Формуле СnН2n–2 соответствует соединение
1) уксусный альдегид
2) циклогексан
3) бутадиен–1,3
4) толуол
44. Число σ-связей в молекуле бутена–2 равно
1) 8
2) 9
3) 10
4) 11
45. При реакции цинка с 1,2-дибромпропаном образуется
1) бутен–2
3) циклопропан
2) пропен
4) 1,4-дибромбутан
46. При окислении этилена в водном растворе КМnО4 при комнатной
температуре основным продуктом реакции является
1) этиленгликоль
3) ацетальдегид
2) этанол
4) уксусная кислота
47. Из какого вещества получают поливинилхлорид
1) CH2=CHCl
3) C6H5–CH=CHCl
2) CH2=CHCN
4) C6H5–CH=CH2
48. 4 л (н.у.) смеси этана и этилена пропустили через избыток раствора
брома в воде. При этом образовалось 3,76 г продукта реакции. Массовая доля
этилена в смеси равна
1) 0,05
3) 0,2
2) 0,1
4) 0,3
49. По реакции Кучерова получают
1) этан из хлорэтана
2) ацетальдегид из ацетилена
3) винилацетилен из ацетилена
4) бутадиен–1,3 из этанола
89
50. Какое вещество
синтетического каучука
1) CaC2
2) C2H5OH
может
служить
исходным
для
получения
3) C6H5–CH=CH2
4) природный газ
51. Правило Марковникова нарушается
1) в случае, когда при двойной связи
электроакцепторный заместитель
2) при электрофильном присоединении к алкенам
3) при электрофильном присоединении к алкинам
4) во всех перечисленных случаях
находится
52. В превращении
Cакт , t
3X1 
 бензол
исходным реагентом (X1) является
1) метан
3) этан
2) этилен
4) ацетилен
53. Бензол не может быть получен в результате реакции:
1) тримеризации ацетилена
2) диенового синтеза
3) изомеризации н-гексана
4) дегидроциклизации н-гексана
54. Все атомы углерода в молекуле бензола имеют тип гибридизации
l) sp
2) sp2
3) sp3
4) sp3d2
55. Сколько существует изомерных тетраметилбензолов
1) 1
2) 2
3) 4
4) 6
56. Число изомеров, которое имеет вещество, содержащее в бензольном
ядре одну метильную группу и один атом хлора, равно
1) двум
3) четырем
2) трем
4) пяти
57. При нитровании бензола получили 2,6 моль нитробензола. Масса
бензола (в граммах), вступившего в реакцию нитрования, равна
1) 203
2) 158
3) 92
4) 74
58. Толуол может образоваться при ароматизации (дегидроциклизации)
1) октана
3) циклогексана
2) 2-метилгептана
4) 2-метилгексана
59. В присутствии катализатора V2O5 при повышенной температуре
бензол окисляется с образованием
90
1) бензойной кислоты
2) фенола
3) малеинового ангидрида
4) бензилового спирта
60. Назовите промежуточное вещество Х в синтезе бензола по схеме: 1бромпропан → Х → бенол
1) пропен
3) циклогексан
2) гексан
4) ацетилен
61. Смесь бензола и циклогексана дегидрирует над платиновым
катализатором с выделением водорода, количество которого может
восстановить 24,6 г нитробензола в анилин. Смесь после дегидрирования
обрабатывают бромом в присутствии FeBr3, а выделившийся при этом газ
нейтрализует 320 г 10%-ного раствора NaOH. Массовые доли бензола и
циклогексана в смеси равны
1) бензол – 0,34; циклогексан – 0,66
2) бензол – 0,72; циклогексан – 0,28
3) бензол – 0,63; циклогексан – 0,37
4) бензол – 0,48; циклогексан – 0,52
62. Из ацетилена объемом 6,72 л (при н.у.) был получен бензол объёмом
5,0 мл (плотность бензола 0,88 г/мл). Выход бензола (в % от теоретического)
равен
1) 78,6
2) 63,5
3) 56,4
4) 48,2
63. С каким веществом реагируют ароматические углеводороды и не
реагируют алканы
1) I2
3) HNO3
2) Cl2
4) C2H5Cl
64. Ароматический углеводород ряда бензола имеет одну боковую цепь и
содержит 90,0 % масс углеводорода. Число атомов углерода в боковой цепи
этого углеводорода равно
1) трем
3) пяти
2) четырем
4) шести
65. Какое вещество по-разному реагирует с ароматическими
углеводородами в зависимости от условий проведения реакций
1) H2
2) Cl2
3) HNO3
4) KMnO4
66. Из перечисленных ниже веществ способностью полимеризоваться
обладает
1) пропан
3) этанол
2) 2-хлорбутан
4) стирол
91
67. С каким веществом реагируют толуол, но не реагирует бензол
1) H2
2) Cl2
3) HNO3
4) KMnO4
68. Ароматический углеводород состава С8Н10 при окислении
перманганатом калия не выделяет углекислого газа, а при бромировании в
присутствии железа дает единственное монобромпроизводное. Установите
структуру углеводорода
1) этилбензол
3) 1,4-диметилбензол
2) 1,3-диметилбензол 4) циклооктатриен
69. Назовите промежуточные вещества Х и Y в синтезе по схеме:
C6H6→X→Y→C6H5CH2OH (бензиловый спирт)
1) X – C6H5Cl, Y – C6H5OH
2) X – C6H5CH3, Y – C6H5COOH
3) X – C6H5CH3, Y – C6H5CH2Cl
4) X – C6H5NO2, Y – C6H5NH2
70. Назовите исходное вещество (Х) в реакции гидролиза:
Х → бензиловый спирт
1) бензол
3) бензилхлорид
2) толуол
4) метанол
71. В каком случае ароматические соединения расположены в порядке
возрастания их активности в реакциях электрофильного замещения
1) C6H6, C6H5Cl, C6H5OH
2) C6H6, C6H5CH3, C6H5OH
3) C6H5Br, C6H5NO2, C6H5C2H5
4) C6H5NH2, C6H6, C6H5COOH
72. В какое положение будет вступать нитрогруппа при реакции третбутилбензола С6Н5С(СН3)3 с концентрированной азотной кислотой
1) орто3) пара2) мета4) в боковую цепь
2 Кислородсодержащие производные УВ: спирты, карбонильные
соединения, карбоновые кислоты.
1. Предельные одноатомные спирты могут быть получены
1) взаимодействием моногалогенпроизводных с водным
раствором щелочи
2) гидратацией алкенов
3) восстановлением альдегидов и кетонов
4) всеми перечисленными методами
2. Этиленгликоль С2Н4(ОН)2 – это
92
1) ближайший гомолог глицерина
2) двухатомный спирт
3) предельный одноатомный спирт
4) простейший фенол
3. В схеме превращений пропанол–1 → X → пропанол–2
промежуточный продукт X
1) бутанол
2) пропилен
3) ацетон
4) циклопропан
4. При взаимодействии 4,6 г металлического натрия с избытком
абсолютированного спирта выделилось 2 л (н.у.) водорода. Выход (в %)
водорода от теоретического равен
1) 76
2) 89
3) 91
4) 97
5. Какое из перечисленных веществ изомерно 2-метилбутанолу-1
1) бутанол-1
2) 2-метилпропанол-1
3) бутандиол-1,2
4) этилизопропиловый эфир
6. При нагревании 120 г одноатомного спирта с концентрированной
H2SO4 образуется, с выходом 80 % от теоретического, 35,84 л (н.у.) этиленового
углеводорода, который при окислении с СuO образует соединение, вступающее
в реакцию «серебряного зеркала». Спирт имеет строение
1) СН3ОН
3) СН3СН2СН2ОН
2) СН3СН2ОН
4) СН3СН2СН2СН2ОH
7. При нагревании метанола с концентрированной серной кислотой
образуется
1) метан
3) диметиловый эфир
2) полиэтилен
4) ацетилен
8. Фенол может быть получен
1) окислением кислородом смеси бензола и уксусной
кислоты в присутствии PdCl2 с последующим
гидролизом продукта реакции
2) дегидрированием циклогексанола
3) щелочным гидролизом хлорбензола
4) всеми перечисленными методами
9. Какой электронный эффект проявляет группа ОН: а) в спиртах; б) в
фенолах
93
1) а) акцепторный; б) донорный
2) а) мезомерный; б) индуктивный
3) а) +М; б) –I
4) а) –I; б) +М
10. Взаимодействием 9,4 г фенола с 240 г 14%-ного раствора КОН можно
получить фенолят калия массой (в граммах), равной
1) 12,4
2) 13,2
3) 15,8
4) 18,5
11. В лабораторном методе получения алкенов из спиртов в качестве
катализатора используют
1) водный раствор щелочи
2) спиртовой раствор щелочи
3) концентрированную серную кислоту
4) металлический никель
12. При взаимодействии пропена с водой в присутствии серной кислоты
преимущественно образуется
1) пропанол–1
3) пропанол–2
2) пропаналь
4) пропионовая кислота
13. В схеме органического синтеза
C6H12О6 → X → СН3СООН
промежуточным соединением X является
1) ацетальдегид
3) пропаналь
2) уксусная кислота
4) этанол
14 Взаимодействие какой пары веществ приводит к образованию третбутилового спирта
1) (CH3)2C=CH2 + H2O
3) (CH3)3CCl + H2O
2) (CH3)2CO + CH3MgBr
4) (CH3)3CH + NaOH
15. Определите промежуточные вещества X и Y в синтезе фенола по
схеме:
пропанол-1→X→Y→фенол
1) X – CH3CH=CH2, Y – C6H6
2) X – CH3CH=CH2, Y – C6H5CH(CH3)2
3) X – CH3CH2CHO, Y – C6H13OH
4) X – C2H2, Y – C6H6
16. 116,8 г алкена симметричного строения с неразветвленной цепью
получают дегидратацией предельного одноатомного спирта. Полученный алкен
полностью реагирует с 48 г брома. Исходным спиртом является
1) пропанол–2
3) бутанол–1
2) пропанол–1
4) бутанол–2
94
17. В схеме превращений:
СН4 →X → СН3ОН → СН3 – О – СН3
промежуточный продукт X
1) оксид углерода (II)
3) бромметан
2) этилен
4) формальдегид
18. Какое вещество нужно использовать для того, чтобы отличить этанол
от глицерина
1) H2O
3) NaOH
2) Na
4) Cu(OH)2
19. Фенол может быть получен
1) окислением кумола кислородом воздуха с
последующим кислотным распадом образовавшегося
гидропероксида
2) взаимодействием Na-соли бензолсульфокислоты с
NaOH с последующим кислотным гидролизом фенолята
Na
3) щелочным гидролизом хлорбензола
4) всеми перечисленными методами
20. При интенсивном окислении фенола в присутствии смеси K2Cr2О7 +
H2SО4 продуктом реакции является
1) бензойная кислота
2) хинон
3) смесь карбоновых кислот
4) бензальдегид
21. Простейшее карбонильное соединение называется
1) метанон
3) ацетальдегид
2) уксусный альдегид
4) метаналь
22. В молекуле пропионового альдегида число σ – и π-связей равно
1) 8 σ-связей и 2 π-связи
2) 9 σ-связей и 1 π-связь
3) 7 σ-связей и 3 π-связи
4) 6 σ-связей и 4 π-связи
23. В последовательности превращений:
CH4 → C2H2 → X → CH3CH2OH
промежуточным продуктом X является
1) бензол
3) этаналь
2) этан
4) бутадиен–1,3
95
24. При окислении этилена кислородом в присутствии хлоридов палладия
и меди преимущественно образуются
1) этанол
3) уксусная кислота
2) ацетон
4) этаналь
25. Альдегиды могут быть получены
1) окислением первичных спиртов
2) гидроформированием (оксосинтезом) алкенов
3) щелочным гидролизом дигалогенпроизводных
4) всеми перечисленными методами
26. При полном гидрировании пропеналя (акролеина) образуется
1) пропанол–1
2) пропаналь
3) пропан
4) пропановая кислота
27. Объемы (в м3 при н. у.) ацетилена и воды, которые требуются для
получения 45 т 98%-ного ацетальдегида по реакции Кучерова, равны
1) ацетилен – 22,451; вода – 36,0
2) ацетилен – 224,51; вода – 44,1
3) ацетилен – 22451; вода – 18,0
4) ацетилен – 2245,1; вода – 24,0
28. Какое вещество можно использовать для получения альдегидов из
первичных спиртов
1) CuO
3) P2O5
2) Na
4) KMnO4
29. Какие альдегиды можно получить по реакции Кучерова из алкинов
1) только НСНО
2) только СН3СНО
3) бензойный альдегид С6Н5СНО
4) любой альдегид, кроме НСНО
30. Определите промежуточное вещество Х в синтезе ацетона по схеме:
пропен → Х → ацетон
1) пропанол–1
3) 1,2-дибромпропан
2) пропин
4) пропанол–2
31. При гидрировании пропаналя образуется
1) изопропиловый спирт
2) пропанол–2
3) пропанол–1
4) пропановая кислота
96
32. Число всех возможных предельных альдегидов состава С5Н10О равно
1) двум
3) четырем
2) трем
4) пяти
33. В схеме органического окисления:
Х → CH3COH
исходным реагентом Х является
1) формальдегид
2) этанол
3) бензол
4) уксусная кислота
34. При окислении этилена кислородом в присутствии в качестве
катализаторов хлоридов палладия и меди преимущественно образуется
1) этанол
2) уксусная кислота
3) этаналь
4) метаналь
35. Для получения фенолформальдегидных смол используют процесс
взаимодействия фенола с
1) гидроксидом натрия
2) азотной кислотой
3) этанолом
4) метаналем
36. Не реагирует по реакции «серебряного зеркала» вещество
1) формальдегид
3) глюкоза
2) бутаналь
4) крахмал
37. Альдегиды и кетоны иногда получают прокаливанием кальциевых
солей карбоновых кислот:
(RCOO)2Ca → CaCO3 + R2CO
что получится, если прокалить смесь ацетата т формиата кальция?
1) ацетон
2) формальдегид
3) смесь ацетона и формальдегида
4) смесь ацетона, ацетальдегида и формальдегида
38. Ацетон можно отличить от изомерного ему карбонильного
соединения с помощью
1) реакции присоединения NaHSO3
2) реакции гидрирования
3) индикатора
97
4) реакции с Cu(OH)2
39. Какая реакции неправильно характеризует химические свойства
альдегидов
1) RCHO + HCN = RCH(OH)CN
2) RCHO + CuO = RCOOH + Cu
3) RCOH + Br2 + H2O = RCOOH + 2HBr
4) RCHO + 2R'OH = RCH(OR')2 + H2O
40. Карбонильная группа, связанная с бензольным кольцом, - это
ориентант
1) орто-пара3) отрицательный
2) мета4) активирующий
41. Какая простейшая карбоновая кислота имеет изомер
1) муравьиная
3) масляная
2) уксусная
4) акриловая
42. Муравьиная кислота отличается от других монокарбоновых кислот
предельного ряда тем, что
1) является альдегидокислотой
2) является жидкостью при обычных условиях
3) легко окисляется
4) реагирует с натрием
43. Выберите гомолог щавелевой кислоты
1) молочная кислота
2) муравьиная кислота
3) 2-метилпропандионовая кислота
4) метакриловая кислота
44. Масса (в кг) 60% -ного раствора уксусной кислоты, которую можно
получить при окислении 1,5 тонн ацетальдегида при условии 75%-ного выхода
целевого продукта, равна
1) 982
3) 1534
2)1286
4) 2326
45. Укажите, какая схема включает только реакции окисления
1) RCHO→RCOOH→RCH2OH→RCH3
2) RCH2OH→RCHO→RCOOH→CO2
3) R2CO→R2CHOH→RCOOH→CO2
4) H2CO→HCOOH→CH3OH→CO2
46. При щелочном гидролизе фенилацетата в избытке щелочи образуется
1) фенол и соль уксусной кислоты
98
2) фенолят и уксусная кислота
3) фенол и уксусная кислота
4) фенолят и соль уксусной кислоты
47. Определите промежуточное вещество Х в схеме превращений:
этилен → Х → уксусная кислота
1) C2H10
3) CH3COONa
2) CH3CHO
4) C2H5OH
48. Какие кислоты можно получить при действии горячего подкисленного
раствора перманганата калия на все алкены состава С4Н8
1) уксусную и 2-метилпропановую
2) муравьиную и уксусную
3) уксусную и пропионовую
4) муравьиную, уксусную и пропионовую
49. Жидкие жиры переводит в твердые
1) раствор КОН
3) бром
2) раствор КМnO4
4) водород
50. Масса (в кг) мыла, которое получают при гидролизе тристеаринового
жира 12 кг гидроксида натрия, содержащего 6% примесей, равна
1) 63,5
2) 72,4
3) 86,3
4) 98,7
51. Наиболее сильной кислотой является
1) СН3–СООН
3) СН2(I)–СООН
2) СН2(Вr)–СООН
4) СН(С1)2–СООН
52. Определите промежуточные вещества Х и Y в схеме синтеза
молочной кислоты:
С2H5OH→X→Y→CH3CH(OH)COOH
1) X – C2H4, Y - глюкоза
2) X – C2H4, Y - HOOCCOOH
3) X – CH3CHO, Y – CH3COOH
4) X – CH3CHO, Y – CH3CH(OH)CN
53. В схеме превращений:
C2H2 → CH3COH → X → CH3COONa
промежуточным продуктом X является
1) ацетальдегид
3) этанол
2) уксусная кислота
4) метановая кислота
54. Отличить муравьиную кислоту от уксусной можно при действии
1) NaHCO3
3) хлорной воды
2) Br2
4) [Ag(NH3)2]OH
99
55. Дана схема превращений:
C3H6O2→C3H5OCl→C6H12O2
назовите исходное и конечное вещества
1) пропионовая кислота, гексановая кислота
2) пропионовая кислота, пропилпропионат
3) метилацетат, циклопентанкарбоновая кислота
4) пропандиол, метилэтиловый эфир пропандиола
56. Сложный эфир можно получить при взаимодействии карбоновой
кислоты с
1) ацетиленом
3) этиленом
2) хлороводородом
4) метанолом
57. Дана схема превращений:
C3H6O2 → C3H5O2Cl → C3H10O2N2
назовите исходное и конечное вещества
1) пропионовая кислота, диаминопропионовая кислота
2) пропионовая кислота, аминопропионат аммония
3) метилацетат, диаминометилацетат
4) пропандиол, пропандиолят аммния
58. Какое вещество состава С2Н8О2 в одну стадию можно превратить в
вещество состава С2Н4О2
1) димер уксусной кислоты
2) СН3СН(СН3)СООН
3) НОСН2СН=СНСН2ОН
4) СН3СООСН2СН3
59. Мыло можно получить в результате реакции
1) гидроксида железа (III) и стеариновой кислоты
2) гидроксида калия и муравьиной кислоты
3) гидрокарбоната натрия и стеариновой кислоты
4) поташа и пальмитиновой кислоты
60. Какая кислота не входит в состав природных жиров
1) С18Н34О2
3) С18Н32О2
2) С17Н34О2
4) С16Н32О2
3 Азотсодержащие производные УВ: амины, нитросоединения,
аминокислоты
1. Образование пептидной связи осуществляется за счет групп
1) –СООН и –NО2
3) –ОН и –NH2
2) –СООН и –NH2
4) –СОН и –NH2
2. Вещество, структурная формула которого
100
CH3
NH
относится к
1) первичным аминам
2) вторичным аминам
3) третичным аминам
4) аминокислотам
3. Выберите вторичный амин
1) изопропиламин
2) диметил-трет-бутиламин
3) метилизобутиламин
4) метилдиэтиламин
4. В отличие от карбоновых кислот, аминокислоты
1) реагируют с кислотами
2) взаимодействуют со щелочами
3) взаимодействуют со спиртами
4) способны образовывать амидные связи
5. Какой амин получается при полном восстановлении 2-нитробутана
1) бутиламин
3) диэтиламин
2) втор-бутиламин
4) изобутиламин
6. Выберите реакцию, которую можно использовать для получения
этиламина
1) C2H5NO2 + 3H2 = C2H5NH2 + 2H2O
2) C2H6 + NH2OH = C2H5NH2 + H2O
3) CH2=CH2 + NH3 = C2H5NH2
4) 3C2H5NH3Cl + Al(OH)3 = 3C2H5NH2 + AlCl3 + 3H2O
7. Определите промежуточное вещество Х в синтезе изопропиламина по
схеме:
CH3CH(OH)CH3→X→(CH3)2CHNH2
1) CH3CH=CH2
3) CH3CH2CH2OH
2) CH3CH(Cl)CH3
4) (CH3)2CHOH
8. Хлорид фениламмония можно получить в результате взаимодействия
1) фенола и аммиака
2) бензола и соляной кислоты
3) анилина и соляной кислоты
4) анилина и водорода
9. Из какого вещества в две стадии можно получить анилин
1) С6Н6
3) C6H5OH
2) C6H5CH3
4) C6H5N(CH3)2
101
10. Основные свойства первичных
описываются уравнением
1) RNH2 = RNH+ + H2) RNH2 + H+ = RNH3+
3) RNH2 + H2O = RNH3+ + OH4) RNH2 = R+ + NH2-
аминов
в
водном
растворе
11. При взаимодействии аммиака и 1-хлорпропана получают
1) анилин
3) пропиламин
2) триметиламин
4) метилэтиламин
12. Вещество, структурная формула которого
CH3
относится к
1) аминокислотам
2) третичным аминам
3) вторичным аминам
4) первичным аминам
N
CH
CH2
C6H5
13. Первичные амины можно отличить от вторичных с помощью реакции
1) «серебряного зеркала»
3) c HNO3
2) c H2SO4
4) c O2
14. Общее количество первичных аминов, имеющих состав C4H11N, равно
1) шести
3) четырем
2) пяти
4) трем
15. Какой цвет приобретает индикаторная бумага в растворах метиламина
и хлорида фениламмония
1) красный, синий
3) синий, фиолетовый
2) синий, красный
4) синий, желтый
16. Сколько существует аминопропионовых кислот
1) одна
3) три
2) две
4) четыре
17. В схеме превращений:
метан→Х1→уксусный альдегид→X2→Х3→ аминоуксусная кислота
промежуточными продуктами X1, X2, Х3 соответственно являются
1) ацетилен, уксусная кислота, хлоруксусная кислота
2) уксусная кислота, нитропропан, пропиламин
3) этанол, хлоруксусная кислота, уксусная кислота
102
4) метанол, уксусная кислота, анилин
18. Веществом (X1) в схеме превращений
NO2
+
X1
+Br2 (H2O)
является
1) стирол
2) фенол
3) анилин
4) метиламин
19. Определите промежуточное вещество Х в синтезе аланина по схеме:
CH3CH2COOH→X→CH3CH(NH2)COOH
1) CH2=CHCOOH
3) CH3CH(Cl)COOH
2) CH3CH(OH)COOH
4) CH3CH(NO2)COOH
20. Объем (в литрах при н. у.) аммиака, который требуется для получения
аминоуксусной кислоты из 75,6 г хлоруксусной кислоты, равен
1) 18
3) 11
2) 14
4) 9,5
4 Высокомолекулярные соединения
1. Укажите структурное звено макромолекулы:
-СН2 – СН = СН – СН2 – СН2 – СН = СН – СН2 – СН2 – СН = СН – СН2 –
1) –СН2 – СН = СН2
2) –СН = СН – СН2 – СН2 –
3) =СН – СН2 – СН2 – СН =
4) –СН2 – СН = СН – СН2 -.
2. Степень полимеризации макромолекулы равна:
1)
Отношению молекулярной массы макромолекулы к
молекулярной массе структурного звена
2)
Выходу полимера в реакции его образования
3)
Отношению молекулярной массы структурного звена к
молекулярной массе макромолекулы
4)
Отношению массы мономера к массе образовавшегося
полимера.
3. Чему равна молекулярная масса макромолекулы полипропилена, если
степень полимеризации n = 1000?
1)
140000
3) 28000
2)
42000
4) 10000
103
4. Чему равна средняя молекулярная масса полиэтилена, если N
макромолекул имеют массу 280000, Nмакромолекул – 18000, N макромолекул –
2000?
1)
10000
3) 10000
2)
28000
4) 128000
5. При обработке полимеров в изделия часто используют метод литья
полимера в заготовленные формы. Какие полимеры можно использовать на
этой стадии переработки?
1)
только линейные
4) линейные и разветвленные
2)
только разветвленные
5) пространственные
3)
любые.
6. Укажите признаки реакции полимеризации:
1)
реакция замещения
2)
реакция отщепления
3)
реакция присоединения
4)
процесс цепной
5)
процесс ступенчатый
6)
разный элементарный состав полимера и мономера
7)
одинаковый состав полимера и мономера.
7. К какому типу реакций относится поликонденсация
1)
присоединение
2)
отщепления
3)
замещения
4)
изомеризации
5)
окисления-восстановления
8. Сравните гибкость макромолекул:
A.
[-CO – (CH2)5 – NH -]n; B. [-CH2 – CH(CH3) -]n
1)
A=B
3) A < B
2)
A>B
4) в данных полимерах гибкость не проявляется
9. Какие
соединений:
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
9)
признаки
отличают
полимеры
плохая растворимость
набухание при растворении
низкая вязкость растворов
высокая вязкость растворов
неспособность к кристаллизации
эластичность
низкая хрупкость
термопластичность
термореактивность
104
от
низкомолекулярных
10)
электропроводность
10. Какие свойства полимеров можно объяснять гибкость макромолекул:
1)
высокая температура разложения
2)
эластичность каучуков
3)
прочность органических стекол
4)
горючесть
11. Какие полимеры могут использоваться в производстве волокон:
1)
любые, независимо от гибкости макромолекул
2)
линейные, гибкоцепные
3)
пространственные, жесткоцепные
4)
линейные, жесткоцепные
5)
линейные, разветвленные, гибкоцепные.
12. Укажите соединения, которые можно использовать в качестве
мономеров в полимеризации:
1)
HOOC – CH = CH – COOH
2)
CH2 – CCl2
3)
HO – CH2 – CH2 – OH
4)
C2H5 – C6H5 – COOH
5)
H2N – (CH2)5 – COOH
6)
HO – CH2 – CH2 – CH2 – COOH
13. Укажите соединения, которые можно использовать в качестве
мономеров в поликонденсации:
1)
СH3- (CH2)3 – COOH
2)
NH2 – (CH2) – COOH
3)
HO – (CH2)3 – COOH
4)
CH2 = CH – COOH
5)
HOOC – CH = CH – COOH
6)
HOCH2 – CH2OH
14. Какой мономер использован для получения полимера:
- СН2 – С(СН3)2 – СН2 – С(СН3) – СН2 – С(СН3)2 – СН2 С(СН3) –
1) СН2 = СН – СН3
2) СН2 = С(СН3) – СН = СН2
3) СН2 = С(СН3)2
4) СН2 =СН – СН = СН2
15. Какова формула мономера, если при его полимеризации образуются
макромолекулы следующего строения:
-CH2 – CCl = CH – CH2 – CH2 – CCl = CH – CH2 –
1) Cl – CH2 – CH = CH – CH2 – Cl
2) CH2 = CCl – CH = CH2
3) CH2 = CH – CH = CH2 – Cl
4) CH2Cl – CH = CH – CH = CH2.
105
ПЕРЕЧЕНЬ КОНТРОЛЬНЫХ ВОПРОСОВ
1 Строения атома углерода, типы гибридизации.
2 Теория строения органических соединений А.М. Бутлерова.
3 Классификации органических соединений.
4 Гомологи. Гомологические ряды.
5 Классификации и характеристики органических реакций.
6. Изомерия. Виды изомерии, изомеры.
7 Реакции замещения, присоединения, отщепления. Механизмы
органических реакций.
8 Предельные углеводороды. Номенклатура, изомерия, получение,
химические свойства.
9 Галогенпроизводные углеводороды. Номенклатура, изомерия,
получение, химические свойства.
10 Непредельные углеводороды ряда этилена. Номенклатура, изомерия,
получение, химические свойства.
11 Непредельные углеводороды ряда ацетилена. Номенклатура, изомерия,
получение, химические свойства.
12 Ароматические углеводороды. Номенклатура, изомерия, получение,
химические свойства.
13 Диеновые углеводороды. Номенклатура, изомерия, получение,
химические свойства.
14 Спирты. Одноатомные, многоатомные. Номенклатура, изомерия,
получение, химические свойства.
15 Альдегиды и кетоны. Номенклатура, изомерия, получение, химические
свойства.
16 Карбоновые кислоты. Номенклатура, изомерия, получение,
химические свойства.
17 Гетероциклические соединения. Азотсодержащие органические
соединения.
18 Высокомолекулярные соединения. Мономеры, олигомеры, полимеры.
Классификация ВМС.
19 Методы получения ВМС.
20 Производство ВМС, композиционных материалов на их основе.
21 Методы очистки и выделения органических соединений.
22 Физико-химические методы исследования органических соединений.
106
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1 Артеменко А.И. Органическая химия. – М.: Высшая школа, 2007. –
559с.
2 Потапов В.М., Татаринчик С.Н. Органическая химия. – М.: Химия,
1996.
3 Артеменко А.И., Тикунова И.В., Ануфриев Е.К. Практикум по
органической химии. – М.: ВШ, 2001.
4 Шур В.М. Высокомолекулярные соединения. – М.: Химия, 1996.
5 Мазитова А.К., Буйлова Е.А., Аминова Г.К. Лабораторный практикум
по органической химии. – Уфа: УГНТУ, 2010.
6 Аминова Г.К., Буйлова Е.А. Учебно-методическое пособие для
самостоятельной работы студентов по разделу «Органическая химия». – Уфа:
УГНТУ, 2008.
7 Сухарева И.А., Горелов В.С. Методические рекомендации для
самостоятельной работы студентов по теме «Методы выделения и очистки
органических веществ». – Уфа: УГНТУ, 2008.
107