1264

2

УДК 547

Дмитренков, А. И. Химия. Органические соединения. Тема Способы получения органических веществ [Текст] : методические указания для самостоятельной работы студентов по направлениям подготовки 35.03.02 – Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств, 35.03.01 – Лесное дело / А. И. Дмитренков, О. А. Ткачева, Л. А. Новикова ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». –

Воронеж, 2015. – 28 с.

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ» (протокол № 7 от 29 мая 2015 г.)

Рецензент канд. хим. наук, доц. кафедры неорганической химии и химической технологии ФГБОУ ВПО «ВГУИТ» Ю.С. Перегудов

Александр Иванович Дмитренков Ольга Анатольевна Ткачева Людмила Анатольевна Новикова

ХИМИЯ ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ

Тема Способы получения органических веществ

Методические указания для самостоятельной работы студентов по направлениям подготовки 35.03.02 – Технология лесозаготовительных

и деревоперерабатывающих производств, 35.03.01 – Лесное дело

Редактор Е.А. Богданова Подписано в печать 18.06.2015. Формат 60×90 /16.

Усл. печ. л. 1,75. Уч.-изд. л. 2,1. Тираж 25 экз. Заказ ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет

имени Г.Ф. Морозова» РИО ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8

Отпечатано в УОП ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». 394087, г. Воронеж, ул. Докучаева, 10

2.Способы получения кислородсодержащих органических соединений... 13

2.1.Способы получения спиртов ………………………………………….. 13

2.2.Способы получения многоатомных спиртов ………………………... 15

2.3.Способы получения фенолов …………………………………………. 15

2.4.Способы получения простых эфиров ………………………………… 17

2.5.Способы получения альдегидов и кетонов …………………………... 18

2.6.Способы получения карбоновых кислот …………………………….. 20

2.7.Способы получения сложных эфиров ………………………………... 21

3.Способы получения азотсодержащих органических соединений ….. 22

3.1.Способы получения аминов …………………………………………... 22

3.2.Способы получения аминокислот ……………………………………. 25

3.3.Способы получения диазо- и азосоединений ………………………... 25 Библиографический список …………………………………………………. 28

4

1.СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ

1.1.Способы получения алканов (предельных углеводородов)

1.Получение алканов из природных продуктов

Основным источником промышленного получения алканов является нефть. Газообразные алканы получают из природного и попутного газов. В природном газе содержится: ~75 % метана, ~ 15 % этана, 5 % пропана,~ 5 % более высокомолекулярных алканов. В болотном и рудничном газе в основном содержится метан.

В промышленности алканы получают из каменного и бурого угля, сланцев. Так, многие предельные углеводороды можно получать методом гидрирования углей:

500 оС

nС+2nН2 ––––––––––→ СnН2n+2 .

оксиды железа

Кроме того, для получения алканов используют смесь оксида углерода и водорода в присутствии катализатора (кобальта или никеля):

200 оС

nCO+(2n+1)H2 ––––––––→ CnH2n+2+nH2O . Ni

2. Получение алканов реакцией Вюрца При действии металлического натрия на моногалогенопроизводные

алканов:

Если в реакции Вюрца использовать два различных галогенопроизводных, то образуется смесь трех различных алканов:

5

3. Гидрированием алкенов и алкинов в присутствии катализатора (Pt, Pd, Ni):

4. Сплавлением солей карбоновых кислот со щелочами Образующийся при этом алкан содержит на один атом углерода мень-

ше, чем исходная карбоновая кислота:

CH3– COONa + NaO H –→ CH4 + Na2CO3 ;

CH3–CH2 – COONa+NaO H –→ CH3–CH3 + Na2CO3 .

5. Восстановлением галогенопроизводных Галогенопроизводные можно восстанавливать до углеводородов дейст-

вием водорода в присутствии катализаторов (например, Рt, Pd, Ni):

CH3–CH2–CH–CH3 + H2 –→ CH3–CH2–CH2–CH3 + HBr .

Br бутан 2-бромбутан

Алканы могут быть получены восстановлением галогенопроизводных при высокой температуре иодистоводородной кислотой :

1.2. Способы получения алкенов (этиленовых углеводородов)

Основные методы получения алкенов основываются на реакцияхотщепления от двух соседних атомов углерода каких-либо атомов или групп атомов.

1. Получение алкенов при крекинге нефти Важным промышленным методом получения алкенов является терми-

ческий и каталитический крекинг нефти. При термическом крекинге нефте-

6

продукты нагревают до 600…750 оС под давлением, получая смесь алкенов и алканов. Каталитический крекинг проводится в присутствии катализаторов (алюмосиликаты, хлорид алюминия) при температуре 350...500 оС.

При крекинге углеродные цепи алканов разрываются, и в результате последующего перераспределения водорода между образовавшимися радикалами получается смесь алкенов и алканов. Например, крекинг гексана можно выразить следующей схемой:

2. Дегидрированием предельных углеводородов В промышленности алкены получают дегидрированием алканов при

температуре 400-600 оС над катализаторами (Сr2O3, Al2O3):

3. Отщеплением галогеноводорода от моногалогено-производных алканов при действии на них спиртового раствора щелочи

Отщепление галогеноводорода протекает преимущественно по правилу Зайцева, т.е. атом водорода отщепляется от того атома углерода, при котором меньше атомов водорода. Например:

7

4. Дегидратацией спиртов (отщепление воды)

В качестве катализатора используют серную кислоту или Al2O3:

Отщепление воды осуществляется по правилу Зайцева, т.е. водород отщепляется от наименее гидрогенизированного (с наименьшим числом атомов водорода) атома углерода:

5. Гидрированием алкинов в присутствии катализатора (Pt, Pd, Fe) при нагревании

≡ Pt, t→о

HC C–CH3 + H2 ––– СН2=СН–СН3 .

6. Отщеплением двух атомов галогена от соседних углеродных атомов при действии Zn или Mg:

Cl Cl

CH3– CH – CH2 + Mg ––––→ CH3–CH=CH2 + MgCl2 . 1,2-дихлорпропан пропен

1.3. Способы получения алкинов (ацетиленовых углеводородов)

Ацетилен и его производные в промышленности и в лабораторных условиях получают следующими способами:

1. Высокотемпературным разложением (крекинг) природного газаметана:

1500 оС

2СН4 –––––→ HC ≡ CH +3H2

8

2. Разложением водой карбида кальция СаС2, который получают из негашеной извести СаО и кокса:

2500 оС

СаО + 3С –––––→ СаС2 + СО ;

СаС2+2Н2О ––→ НС ≡ СН + Са(ОН)2 .

3. Дигидрогалогенированием дигалогенопроизводных Гомологи ацетилена получают отщеплением двух молекул галогеново-

дорода от дигалогенозамещенных углеводородов, содержащих два атома галогена при одном или у соседних углеродных атомов, действием спиртового раствора щелочи:

Вr

спирт

2,2-дихлорбутан

4. Действием галогенопроизводных на металлорганические производные алкинов (ацетилениды):

СН3– Вr + Na – C ≡ C–Na + Вr –CH3 ––→CH3–C ≡C–CH3 + 2NaВr .

9

1.4. Способы получения алкадиенов (диеновых углеводородов)

Алкадиены могут быть получены теми же методами, что и алкены, с той лишь разницей, что в исходном соединении количество и расположение отщепляющихся групп должно быть таково, чтобы было возможно образование двух двойных связей.

Рассмотрим промышленные методы получения широко используемых алкадиенов.

Получение дивинила (бутадиена-1,3):

1. Дегидрированием бутан-бутиленовых смесей над катализатором (Сr2O3) при нагревании :

CH3–CH=CH–CH3 + H2

бутен-2

CH2=CH–CH=CH2 + H2 .

бутадиен-1,3

2. Метод C.B. Лебедева из этилового спирта над катализаторами (Al2O3, ZnO) при нагревании. При этом происходит одновременная дегидратация (отщепление воды) и дегидрирование (отщепление водорода):

Получение изопрена (2-метилбутадиена-1,3):

1. Дегидрированием 2-метилбутана над катализаторами (Сr2O3, Al2O3) при температуре 600 оС:

Получение 2,3-диметилбутадиена-1,3:

3. Дегидратацией 2,3-диметилбутандиола-2,3, синтезируемого восстановлением ацетона амальгамой натрия или амальгамой никеля в присутствии

Cl2 или Br2:

1.5. Способы получения циклоалканов (алициклических углеводородов)

Циклоалканы выделяют из нефти, некоторых природных веществ или получают синтетическим путем: