Углеводороды нефти и газа. Физико-химические свойства. Учебное пособие

другой точке зрения, свойства метилена определяются ни его спиновым состоянием.

А тем, насколько он «горячий».

Наиболее важной реакцией метилена является реакция внедрения.

| |

___ С ___ Н + СН2 → — С — СН2 — Н

| |

Метилен, возникающий в присутствии алкана, внедряется в каждую связь уг-

лерод – водород

Реакция с н- пентаном в жидкой фазе интересна по следующей причине: соот-

ношение продуктов реакции соответствует произвольной атаке реагентом. Полное отсутствие селективности в данном случае объясняется тем, что метилен, который является атакующей частицей, находится не только в синглетном состоянии, но еще и «горячий», поэтому каждое столкновение с первичной или вторичной связью име-

ет достаточно энергии для реакции (так как если бы реакция проводилась бы при очень высокой температуре).

Доказано, что внедрение метилена может протекать по двум различным меха-

низмам:

1. Прямое внедрение, когда метилен вклинивается между связями

21

1.2 Вопросы и упражнения

1.Какие вещества называются алканами, циклоалканами?

2.Какая из приведенных общих формул углеводородов соответствует алка-

нам: СnH2n-2, СnH2n, СnH2n+2, СnH2n-6 ?

3. Укажите пары гомологов: этан и этилен; пропан и этан; бутан и изобутан;

гексан и гептан; метан и октан

4. Напишите молекулярные формулы: а) углеводородов: пропана, гексана, ок-

тана; б) радикалов: метила, этила, пропила

5. Какие из перечисленных углеводородов содержат третичный атом углеро-

да: этан, 2-метилбутан, 3,3-диметилгексан?

6.В каком состоянии гибридизации находятся все атомы углерода в алканах?

7.Назовите по международной номенклатуре следующие предельные углево-

дороды:

СН3 СН3 С СН2 СН3

8.Составьте структурные формулы всех изомеров бутана, гексана, октана и назовите их.

9.Напишите уравнение крекинга н-декана, 2,3-диметилбутана

10.Составьте уравнение получения реакцией Вюрца углеводородов: н-гексана,

2,5-диметилгексана

11.При изомеризации предельного углеводорода нормального строения обра-

зуется 2,2,4-триметилпентан. Определите исходный углеводород

12.Составьте уравнение реакций получения углеводородов нагреванием соли соответствующей кислоты со щелочью: пропана, 2-метилпропана

13.При помощи каких реакций можно осуществить превращения? Укажите

23

условия реакций:

Этан Бромэтан н-Бутан Изобутан Оксид углерода (IV)

14.Напишите уравнения реакции Коновалова для этана, пропана и изобутана.

В каком случае будет наблюдаться наибольший выход продукта?

15.Какой объем метана (н.у.) можно получить при гидролизе 28,8 г карбида алюминия?

16.Какой объем этана (н.у.) был подвергнут каталитическому дегидрирова-

нию, если выделившегося водорода хватило для восстановления вольфрама из

11,6 г оксида вольфрама (IV)?

17.Дайте определение σ-связи. Какой тип связей (σ-, π-) имеется в этане, цик-

лобутане? Какова длина и энергия С - С связи?

18.Напишите формулы и назовите по международной номенклатуре тетраме-

тилметан, диметилпропилметан, трет-бутилацетилен.

19.Назовите по международной номенклатуре соединения:

20.Перечислите известные Вам способы получения алканов и циклоалканов.

21.Запишите уравнения соответствующих реакций.

22.Напишите все возможные изомеры общей формулой С6Н14, дайте названия.

23.Что называется конформацией?

24

24.Какая из стереоизомерных форм циклогексана более устойчива? Изобрази-

те ее.

25.Напишите схему восстановления нормального йодистого бутила, гидриро-

вания циклопропана.

26.Напишите схему взаимодействия пропана и циклопропана с одной молеку-

лой хлора, изопентана с разбавленной азотной кислотой, сульфохлорирования синтина (смесь синтетических углеводородов С12 - С18). К какому типу отно-

сятся эти реакции?

27.Осуществите превращения

28.Напишите схему получения этана из соли соответствующей кислоты, про-

пана и циклопропана по реакции Вюрца. Укажите в полученных соединениях первичные и вторичные атомы углерода.

29.Какие существуют методы идентификации алканов и циклоалканов?

1.3Индивидуальные задания

1.Напишите все возможные изомеры для вещества состава С6Н14. Дайте названия углеводородам.

2.Для вещества 2-метилгексан напишите формулы двух гомологов и двух изомеров. Дайте названия углеводородам.

3.Напишите уравнения реакций следующих углеводородов, укажите условия их протекания, назовите полученные вещества:

а) 3 стадии хлорирования этана;

25

б) нитрования 2-метилпропана;

в) дегидрирования пропана, этана;

г) горения этана, бутана, пропана; д) крекинга С25Н52;

е) разложения до простых веществ метана, этана.

4. Запишите уравнения реакций для схемы, дайте названия получаемым веще-

ствам и укажите условия протекания реакций:

С2Н6 С2Н4 С2Н6 С2Н5Сl С4Н10 СО2

1.4 Варианты тестовых заданий

Вариант 1

1) какие из следующих углеводородов являются предельными? Ответ поясни-

те:

а) С5Н12, б) С7Н14, в) С8Н18, г) С10Н22, д) С6Н6.

2) сколько однозамещенных производных может образоваться при хлорирова-

нии бутана? Ответ поясните:

а) 1, б) 2, в) 3, г) 4.

3) 2-метилбутан можно получить:

а) при нагревании пентана в присутствии А12О3 (А1С13); б) при крекинге де-

кана; в) по реакции Вюрца из хлористого этила и хлористого пропила; г) вос-

становлением хлорбутана цинком в кислой среде.

Вариант 2

1) укажите общую формулу предельных углеводородов, содержащих n атомов углерода в молекуле?

а) СnН2n+2; б) СnH2n-2; в) CnH2n; г) СnH2n-6.

26

а) 2,2,3,3-тетраметилбутан;

б) метилциклогексан;

в) изобутан;

г) циклопропан.

2) какое минимальное число стадий необходимо для того, чтобы из метана по-

лучить его ближайший гомолог?

а) одна; б) две; в) четыре; г) метан самопроизвольно превращается в свой го-

молог. Напишите уравнение реакции, подтверждающее способ получения.

3) с какими из перечисленных веществ реагирует пропан? Запишите уравне-

ния возможных реакций:

а) хлор (температура), б) азотная кислота (давление, температура),

в) бромоводород (свет), г) бром (температура).

Вариант 5

1) назовите углеводород по международной номенклатуре (ИЮПАК)

СН3 - СН – СН – СН2 – СН3

| |

С2Н5 СН3 а) 2-этил,3-метилпентан, б) 3,4-диметилгексан, в) 3,4-диметилгептан,

г) 2,3-диметилгексан.

2) место вступления заместителя в молекулу предельного углеводорода опре-

деляют в первую очередь:

а) вероятностью образования и стабильностью возникающего радикала,

б) активностью атакующего реагента, в) условиями протекания процесса;

г) вероятностью образования и стабильностью возникающего иона.

3) какие побочные вещества образуются при получении пентана из йодистого пропила и йодистого этила по реакции Вюрца:

а) бутан и гексан, б) бутан и пропан, в) гексан и гептан, г) пропан и

2-метилбутан? Запишите уравнение соответствующей реакции.

28

Вариант 6

1)какой вид гибридизации электронных облаков атома углерода характерен для предельных углеводородов:

а) sp, б) sp2, в) sp3, г) sp3d?

2)в какой реакции при получении предельных углеводородов длина углерод-

ного скелета увеличивается?

а) гидрирования; б) крекинга; в) Вюрца; г) Кучерова. Приведите пример дан-

ной реакции.

3) при внедрении метиленовой группы в молекулу пентана образуется смесь следующих алканов:

а) гексан, 2-метилпентан, 3-метилпентан; б) гексан, пентан, бутан; в) 2,3-

диметилпентан, 2-метилпентан, 3-метилпентан; г) гексан, 2,3-диметилпентан,

2-метилпентан. Напишите уравнение соответствующей реакции.

Вариант 7

1) чем объяснить, что углерод, имеющий в стационарном состоянии электрон-

ное строение атома 1s22s22p2, проявляет в органических соединениях валент-

ность 4:

а) гибридизацией электронных облаков атома углерода, б) спариванием не-

спаренных электронов, в) образованием четырех ковалентных связей, г) нали-

чием четырех электронов во внешнем энергетическом уровне атома. 2) метан в лаборатории можно получить:

а) гидролизом карбида кальция, б) сплавлением ацетата натрия с гидроксидом натрия,

в) пиролизом солей карбоновых кислот, д) гидролизом карбида алюминия. За-

пишите уравнения соответствующих реакций.

3) бромистый алкил (А) образует реактив Гриньяра, который под действием воды превращается в н-гексан. При обработке натрием получается 4,5-

диэтилоктан. Каково строение А? Приведите путь вашего доказательства,

включая реакции:

29

а) 3-бромгексан, б) 2-бромгексан, в) 2-бром, 2-метилпентан, г) 1-бромгексан.

Вариант 8

1) какова длина связи С - С и валентный угол в молекулах алканов:

а) 0,120 нм и 120˚, б) 0,154 нм и 109˚291 мин, в) 0,140 нм и 120˚, г) 0,134 нм и

180˚.

2) установите строение углеводорода С5Н12, если при его окислении образу-

ется третичный спирт, а при нитровании – третичное нитросоединение:

а) н-пентан, б) 2-метилбутан, в) 2,2-диметилбутан, г) 2,2-диметилпропан. При-

ведите уравнения реакций.

3) при восстановлении йодистого изопропила образуется:

а) бутан, б) пропан, в) изобутан, г) этан. Запишите уравнение реакции.

2 Непредельные углеводороды

Углеводороды, в молекулах которых помимо простых σ-связей углерод – уг-

лерод имеются углерод – углеродные π-связи, называются непредельными. К непре-

дельным углеводородам относятся алкены, алкины и алкадиены.

2.1 Алкены

2.2

Углеводороды, содержащие одну π-связь (т.е. двойную) называются алкенами,

олефинами (oil – англ. нефть, так как были обнаружены в нефти) или этиленовыми углеводородами.

30