Химические свойства алкадиенов

Алкадиены - ненасыщенные углеводороды, легко вступающие в реакции присоединения. Реакции замещения для них не характерны. Наличие сопряженных двойных связей увеличивает реакционную способность молекулы и обуславливает необычный механизм некоторых реакций.

1. Гидрирование

2. Галогенирование

Реакция с бромной водой является качественной для непредельных соединений, содержащих двойные (и тройные) связи. В ходе такой реакции бромная вода обесцвечивается, что указывает на присоединение брома по кратным связям к органическому веществу.

3. Гидрогалогенирование

Алкадиены вступают в реакции гидрогалогенирования, протекающие по типу присоединения.

Гидрогалогенирование протекает по правилу Марковникова, в соответствии с которым атом водорода присоединяется к наиболее гидрированному, а атом галогена - к наименее гидрированному атому углерода.

4. Окисление

При горении алкадиены, как и все органические соединения, сгорают с образованием углекислого газа и воды - полное окисление.

2CH₂=CH-CH=CH₂ + 11O₂ → 8CO₂ + 6H₂O

5. Полимеризация

Полимеризация - цепная реакция синтеза полимеров, при котором молекула полимера образуется путем последовательного соединения молекул мономеров.

Натуральным каучуком называется высокомо­лекулярный эластичный продукт, получаемый из каучуконос­ных растений, например из бразильской гевеи. Синтетический каучук. Каучук и изделия из вулкани­зованного каучука (резины) играют огромную роль в технике и быту. Нет ни одной отрасли промышленности, где бы не при­менялись резиновые изделия. Однако практически значимым каучуконосом оказалась лишь бразильская гевея, и после пер­вой мировой войны, чтобы не зависеть от импортного сырья, во многих странах, в том числе и в нашей стране, начались ра­боты по созданию синтетического каучука. Получаемые поли­меризацией изопрена и других диеновых углеводородов синтетические каучуки по свойствам хотя и близки, но не вполне тождественны природному каучуку.

Впервые производство синтетического каучука в промыш­ленном масштабе было организовано у нас, причем в основу лег способ, разработанный С. В. Лебедевым (реакция Лебедева)

В 1922—1925 гг. были проведены первые исследования по­лимеризации диенов в водных эмульсиях в присутствии перекисных соединений как инициаторов радикальной полимери­зации.

Метод эмульсионной полимеризации диенов и некоторых других непредельных соединений интересен тем, что в качест­ве первичного продукта образуется стойкая водная суспензия, содержащая каучук в виде мельчайших частичек, т. е. синте­тический латекс, удобный для многих областей технического применения каучука.

14. Арены. Ароматичность. Эффект сопряжения (на примере бензола). Получение, химические свойства и применение бензола и его гомологов.

Ароматические углеводороды (арены) - это соединения, содержащие одно или несколько бензольных колец.

Бензольное кольцо – циклическая группа атомов углерода с особым характером σ и π-связей.

Ароматичность (ароматическая система) — особое свойство химических соединений, которые имеют:

- сопряженное (связанное) кольцо;

- особую полуторную (ароматическую) связь;

- проявляют аномально высокую стабильность.

Сопряженной называется система, в которой имеет место чередование простых и кратных связей, либо соседство атома, имеющего вакантную р-орбиталь или неподеленную пару p-электронов. Бензол является замкнутой сопряженной системой. Формула Кекуле показывает, что бензол – это ненасыщенный углеводород, в молекуле которого есть три π-связи. Если же мы рассмотрим электронное строение бензола, то увидим, что это π.π-сопряжённая система (атомы углерода sp²-гибридизованы, все σ-связи лежат в одной плоскости, а p-орбитали расположены перпендикулярно этой плоскости и перекрываются не попарно, а образуя общее электронное облако, в котором делокализовано 6 электронов).

Сопряжение – это выравнивание связей и зарядов в реальной молекуле (или частице) по сравнению с идеальной, но несуществующей структурой. Можно дать и другое определение этому явлению: это процесс дополнительного взаимодействия p-электронных орбиталей, приводящий к делокализации электронной плотности. Сопряжение – это энергетически выгодный для молекулы процесс. при образовании связи (т.е. при взаимодействии атомных орбиталей) выделяется энергия, значит, внутренняя энергия системы понижается, и она становится более стабильной. Так как при сопряжении происходит дополнительное перекрывание орбиталей, то выделяется и дополнительная энергия, и система становится ещё более стабильной. Энергия, выделяющаяся в результате сопряжения, называется энергией сопряжения. Количественно – это разность энергий соединения с сопряжёнными двойными связями и соединения с изолированными двойными связями (где сопряжение невозможно). Чем больше атомов участвует в сопряжении, тем выше энергия сопряжения, тем стабильнее молекула. Поэтому в природе распространены соединения, молекулы которых содержат длинные сопряжённые цепи. Замкнутые сопряжённые системы более стабильны, чем открытые, т.к. энергия сопряжения замкнутых сопряжённых систем выше (в случае бензола – это 151 кДж/моль).

Бензол C₆H₆ – хороший растворитель. Бензол в качестве добавки улучшает качество моторного топлива. Служит сырьем для получения многих ароматических органических соединений – нитробензола C₆H₅NO₂(растворитель, из него получают анилин), хлорбензола C₆H₅Cl, фенола C₆H₅OH, стирола и т.д.

Толуол C₆H₅–CH₃ – растворитель, используется при производстве красителей, лекарственных и взрывчатых веществ (тротил (тол), или 2,4,6-тринитротолуол ТНТ).

Хлорпроизводные бензола используют для защиты растений. Они являются химическими средствами борьбы с микроорганизмами, растениями и животными.

Стирол C₆H₅ – CH = CH₂ очень легко полимеризуется, образуя полистирол, а сополимеризуясь с бутадиеном – бутадиенстирольные каучуки.

15. Циклоалканы. Напряженность циклов. Конформации. Номенклатура, изомерия, способы получения, химические свойства, распространение в природе.

16. Изопреноиды: терпены, терпеноиды, каротиноиды. Распространение в растительном мире, биологическое значение.

17. Галогенпроизводные углеводородов. Классификация, номенклатура, получение, химические свойства и применение.

18. Одноатомные спирты. Номенклатура, получение, физические и химические свойства. Метиловый, этиловый спирты; их применение.

19. Двух- и трехатомные спирты. Номенклатура, получение, физические и химические свойства. Этиленгликоль, глицерин. Распространение в природе, применение.

20. Фенолы. Номенклатура, получение, химические свойства.

21. Липиды. Классификация и их биологическая роль. Жиры. Получение, физические и химические свойства, биологическая роль.

22. Амины. Номенклатура, получение, химические свойства и значение.

23. Аминоспирты. Этаноламин, холин, ацетилхолин, их строение, свойства, нахождение в природе и биологическое значение.

24. Карбоновые кислоты. Номенклатура, получение, свойства и значение. Муравьиная, уксусная, бензойная и салициловая кислоты.

25. Амиды кислот. Номенклатура, получение. Амиды угольной кислоты. Мочевина. Биурет, Применение мочевины и ее производных.

26. Дикарбоновые кислоты. Номенклатура, получение, свойства и значение. Отношение к нагреванию.

27. Оксикислоты. Классификация, номенклатура, получение, химические свойства. Дегидратация оксикислот. Гликолевая, молочная, яблочная, β-оксимасляная, винная, лимонная кислоты.

28. Оксокислоты. Номенклатура, получение, химические свойства и биологическая значение. Глиоксалевая, пировиноградная, ацетоуксусная.

29. Альдегиды. Номенклатура, получение, химические свойства и значение.

30. Кетоны. Номенклатура, получение, химические свойства и значение.

31. Углеводы. Распространение в природе. Понятие о фотосинтезе. Биологическая роль. Классификация.

32. Моносахариды: рибоза, дезоксирибоза, ксилоза, глюкоза, манноза, галактоза, фруктоза. Распространение в природе. Строение и свойства.

33. Дисахариды; трегалоза, сахароза, мальтоза, лактоза и целлобиоза. Строение, свойства, биологическое значение.

34. Полисахариды. Крахмал, клетчатка, гликоген. Распространение в природе, строение, свойства и значение. Гидролиз полисахаридов.

35. Классификация, изомерия, номенклатура, получение, физические и химические свойства аминокислот. Заменимые и незаменимые аминокислоты.

36. Белки. Классификация белков (протеины, протеиды). Структура, строение, свойства и биологическая роль.

37. Гетероциклических системы. Классификация, ароматичность и биологическая роль.

38. Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). Строение и биологическая роль.

Нуклеиновые кислоты делятся на два больших класса: 1) дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК), которые при полном гидролизе дают аденин, гуанин, цитозин, тимин, дезоксирибозу и фосфорную кислоту; 2) рибонуклеиновые кислоты (РНК) .гидролизующиеся до аденина, гуанина, цитозина, урацил а, рибозы и фосфорной 553кислоты. Следовательно, ДНК отличается от РНК тем, что в состав ее молекул входит другая пентоза (дезоксирибоза вместо рибозы) и другое пиримидиновое основание (тимин вместо урацила).

39. Основы химической термодинамики. Функции состояния; внутренняя энергия, энтальпия, энтропия, свободная энергия Гиббса.

40. Первое начало термодинамики. Энергетика химических процессов. Термохимия. Закон Гесса.

41. Энтропия. Ее статистический смысл. Второе и третье начало термодинамики.

42. Свободная энергия Гиббса. Критерии направленности химических процессов.

43. Скорость химических реакций. Ее зависимость от концентрации. Кинетические уравнения. Порядок реакции и методы его определения.

44. Влияние температуры на скорость химической реакции. Температурный коэффициент реакции. Уравнение Аррениуса. Энергия активации.

45. Влияние катализатора на скорость химической реакции. Гомогенный и гетерогенный катализ. Особенности ферментативного катализа.

46. Давление насыщенных паров, температура кипения и замерзания разбавленных растворов неэлектролитов и электролитов. Законы Рауля.

47. Осмос. Осмотическое давление растворов. Уравнение Вант-Гоффа. Биологическая роль осмотического давления.

48. Буферные растворы. Их состав, свойства и биологическая роль. Понятие о буферной емкости.

49. Физическая и химическая адсорбция. Моно- и полимолекулярная адсорбция, Изотермы адсорбции. Уравнения Фрейндлиха и Ленгмюра.

50. Адсорбция потенциалопределяющих ионов. Правило Пескова–Фаянса. Ионообменная адсорбция. Процессы адсорбции в организме животных.

51. Поверхностно-активные вещества /ПАВ/. Строение молекул ПАВ. Правило Дюкло-Траубе. Применение ПАВ.

52. Дисперсные системы. Классификация дисперсных систем. Коллоидные растворы и их значение в биологии.

53. Молекулярно-кинетические свойства коллоидных систем. Броуновское движение, диффузия, вязкость, осмотическое давление.

54. Оптические свойства дисперсных систем. Поглощение и рассеивание света. Эффект Тиндаля. Уравнение Рэлея. Нефелометрия.

55. Строение коллоидной частицы. Электрокинетические явления: электрофорез, электроосмос. Практическая значимость этих явлений.

Структурной единицей коллоидного раствора является мицелла – сложное структурное образование, состоящее из агрегата, потенциалопределяющих ионов и противоионов.

Внутреннюю часть мицеллы составляет агрегат основного вещества, который состоит из большого числа молекул или атомов кристаллического или аморфного строения. Агрегат электронейтрален, но обладает большой адсорбционной способностью и способен адсорбировать на своей поверхности ионы из раствора – потенциалопределяющие ионы (ПОИ). При выборе потенциалопределяющих ионов пользуются эмпирическим правилом Пескова – Фаянса – Панета: «На твердой поверхности агрегата в первую очередь адсорбируются ионы, которые:

- входят в состав агрегата;

- способны достраивать кристаллическую решетку агрегата;

- образуют малорастворимое соединение с ионами агрегата; изоморфны с ионами агрегата».

В случае иодида серебра это ионы или . Какие конкретно ионы будет сорбировать зависит от избытком реактива.

В нашем примере в избытке раствора нитрата серебра потенциалопределяющими ионами являются положительные ионы серебра.