Экспресс-курс по химии для подготовки к централизованному тестированию и экзамену

алкенов, алкадиенов, алкинов, ароматических углеводородов. При изучении каждого класса обращайте внимание на специфические свойства данных веществ, отличающие их от веществ других классов.

Âтеме «Алкены» следует изучить внимательно механизм образования π -связи, о которой в данной теме упоминается впервые, а в дальнейшем о ней идет речь при изучении свойств всех непредельных углеводородов. В этой теме обратите особое внимание на механизм действия правила Марковникова, не забывайте использовать его при написании уравнений реакций, выполняя различные упражнения. Также важно внимательно изучить новый тип реакций – реакции полимеризации.

Âтеме «Алкины» обратите внимание на то, что, в отличие от других непредельных углеводородов, они способны вступать в реакции замещения. Эта реакция может быть для них качественной, т. е. с ее помощью их можно отличить от других углеводородов или определить, что данный углеводород относится

êклассу алкинов. Следует хорошо запомнить реакцию Кучерова и реакцию тримеризации ацетилена и его гомологов, которые широко используются при написании цепочек превращений.

CÍ3–C ≡ CÍ + Í2O → CÍ3–CO–CÍ3 (кетон) ацетон

3.3C2Í2 → C6Í6; 3C3Í4 → C6Í5–C3Í7;

4.ÍC ≡ CÍ + [O] → НOOC–COOН (щавелевая кислота)

При изучении класса ароматических углеводородов (аренов) обратите внимание на особенность их электронного строения (единая шестиэлектронная π -связь, бензольное ядро, полуторные связи и др.). Как следствие этого – двойственность в химических свойствах, сходство их с предельными и непредельными углеводородами. Различия в реакциях бензола и его гомологов рассмотрите на основании взаимного влияния атомов в молекулах гомологов.

C6Í5–CÍ2–CÍ3 + 6[O] → C6Í5–COOÍ + CO2 + 2Í2O. бензойная кислота

41

Это уравнение показывает, что при нагревании гомологов бензола с раствором перманганата калия боковая углеродная цепь “отгорает”, оставляя только один атом углерода, т. е. образуется бензойная кислота.

В этой теме также обратите внимание на непредельноароматические углеводороды и их свойства:

C6Í5–CÍ = CÍ2 стирол

C6Í5–C ≡ CН. фенилацетилен

Примеры выполнения типовых заданий

1. Напишите уравнения реакций для следующих превращений, определите вещества X и Y:

+Í2O →

CÍ4 → C3Í8 → C3Í7Cl → X Y → полипропилен. Из метана необходимо получить пропан, который содержит

на два атома углерода больше. Используем реакцию Вюрца, позволяющую удлинять углеводородные цепи:

à) CÍ4 + Cl2 → CÍ3Cl + НCl; хлорметан

á) CÍ3Cl + 2Na + ClCÍ2–CÍ3 → CÍ3–CÍ2–CÍ3 + 2NaCl. пропан

Хлорпропан можно получить в результате реакции галогенирования:

C3Í8 + Cl2 → C3Í7Cl + НCl. хлорпропан

Далее предлагается провести гидролиз хлорпропана. Реакция обратима и для смещения равновесия необходимо добавление щелочи к воде:

C3Í7Cl + Í2O → C3Í7OН + НCl. пропанол

Судя по предлагаемым реакциям, вещество Y – непредельный углеводород, который можно получить дегидратацией спирта:

C3Í7–OÍ → CÍ3–CÍ=CÍ2 + Í2O.

42

Реакция полимеризации:

nCÍ3–CÍ=CÍ2 → (–CÍ–CÍ2–)n

|

CH3 (полипропилен).

Задание для самоконтроля

1. Напишите уравнения реакций для следующих превращений: а) 1,6-дибромгексан → X → Y → хлорбензол;

б) метан → ацетилен → бензол → толуол → бензойная

↓

этиленгликоль

ТЕМА 14. КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ

Изучение теоретического материала

К этой группе веществ относятся спирты, фенолы, альдегиды и кетоны, карбоновые кислоты, простые и сложные эфиры. Их следует изучать в предложенном порядке по следующему плану:

1.Гомологический ряд. Электронное строение, распределение электронной плотности в молекуле.

2.Номенклатура. Виды изомерии.

3.Физические свойства.

4.Характерные химические свойства.

5.Важнейшие представители класса.

6.Способы получения.

7.Применение веществ данного класса в различных отраслях промышленности.

Рассмотрим для примера порядок изучения класса одноатомных спиртов.

43

Общая формула R–OН или CnÍ2n+1–OÍ, èëè CnÍ2n+2O; функциональная группа –OН (гидроксил); используется в названиях суффикс -ол.

Электронная плотность распределяется следующим образом:

Связь O–Н полярна, поэтому спирты имеют свойства слабых кислот.

Связь C–Oполярна, поэтому группа –OН может замещаться. Различают по строению:

первичные спирты: CН3–CÍ2–CÍ2–OÍ; OÍ

|

вторичные спирты: CН3–CÍ–CÍ3; CÍ3

|

третичные спирты: CН3–C–CÍ3 .

|

OÍ

На физических свойствах спиртов сказывается наличие в них межмолекулярных водородных связей:

··· O–Í··· O–Í ··· è ò. ä.

||

RR

Характерные химические свойства спиртов можно условно разделить на две группы:

а) реакции, идущие за счет замещения атома водорода в гидроксогруппе:

2R–OÍ + 2Na → 2R–ONa + H2,

R′ – O – Í + R′′ – COOÍ → R′′ – COO – R′ + Í2O; б) реакции, идущие за счет участия гидроксогруппы –OН:

R – OÍ + ÍCl → R – Cl + Í2O

R′ – OÍ + ÍO – R′′ → R′ – O – R′′ + Í2O

44

CnÍ2n+1– OÍ → CnÍ2n + Í2O

CnÍ2n+1– CH2– OÍ + CuO → CnÍ2n+1– CHO + Cu + Í2O, эту реакцию схематично можно записать так:

спирт + [О] → альдегид + Н2O.

Не следует при решении задач, при написании реакций для цепочек превращений использовать реакцию одноатомных спиртов со щелочью:

C2Í5–OÍ + NaOÍ P C2Í5–ONa + Í2O.

Эта реакция обратима, и равновесие сильно смещено влево в силу меньшей кислотности спиртов по сравнению с водой. Это означает, что с водным раствором щелочи спирт практиче- ски не реагирует. Реакция с основаниями поэтому используется как качественная для определения многоатомных спиртов, подвижность атомов водорода в молекулах которых значительно выше и которые поэтому дают такую реакцию в отличие от спиртов одноатомных.

Получение спиртов возможно несколькими способами: 1) из галогенопроизводных углеводородов:

NaOÍ

R–Ãàë + Í2O → R – OН + НГал; 2) из алкенов:

CnÍ2n + Í2O → CnÍ2n+1– OÍ;

3) из альдегидов (первичные спирты) и из кетонов (вторичные):

R – CÍO + Í2 → R – CÍ2 – OÍ,

R′ – CO – R′′ + Í2 → R′ – CÍOÍ – R′′ .

При изучении альдегидов и кетонов обратите внимание на их получение из спиртов. При дегидрировании первичных спиртов получаются альдегиды, а при дегидрировании вторичных спиртов получаются кетоны. Эти сведения часто помогают в решении задач, в правильном определении вещества.

45

Альдегиды и кетоны – изомеры с общей формулой CnÍ2nO. Например, составу C3Í6O отвечают и пропаналь (пропионовый альдегид), и пропанон-2 (ацетон):

Молекулы и альдегидов и кетонов содержат карбонильную функциональную группу:

\ δ+ δ−

C = O.

/

По двойной связи возможны реакции присоединения. Альдегиды в отличие от кетонов можно определить реакцией «серебряного зеркала».

← увеличение заряда (+) на атоме углерода ←

← повышение активности в реакциях присоединения ←

Рассматривая химические свойства карбоновых кислот, внимательно изучите распределение электронной плотности в молекулах кислот, сравните со строением спиртов и альдегидов. Обратите внимание, что все свойства кислот связаны с высокой подвижностью атома водорода карбоксильной группы и их способностью диссоциировать в водных растворах (в отличие от других ранее изученных кислородсодержащих органических веществ):

R–COOÍ P R–COO– + Í+.

Следует также обратить внимание на то, что молекулы карбоновых кислот образуют димеры, что сказывается на их физи-

46

ческих свойствах. Причина заключается в возникновении водородных связей между молекулами:

O ··· Í – O

//\

O – Í ··· O

Особыми свойствами обладает муравьиная кислота, которую можно определить как альдегидокислоту, поэтому следует обратить внимание на ее характерные реакции.

Генетическая взаимосвязь между кислородсодержащими веществами может быть выражена следующей схемой:

|————————————>———————————|

Задания для самоконтроля

1.При нагревании смеси пропилового и бутилового спиртов с серной кислотой можно получить три простых эфира и два углеводорода. Приведите уравнения этих реакций.

2.Составьте уравнения реакций:

фенол + гидроксид кальция; пропанол-1 + литий; этиленгликоль + калий; бутанол-1 + бромоводород; фенол + азотная кислота.

3.Приведите: а) два способа получения этанола из этена; б) способ получения фенола из бензола; в) уравнение химиче- ской реакции, позволяющей отличить глицерин от пропанола-1.

4.Предложите способ разделения смеси фенола и этанола химическим путем.

47

5.Приведите четыре уравнения химических реакций, характеризующих свойства спирта CН2 = CÍ – CÍ2OÍ.

6.Объясните, какой тип гибридизации у атомных орбиталей углерода карбонильной и карбоксильной групп.

7.Приведите структурные формулы изомеров состава C3Í6O, содержащих карбонильную группу. Первый из них дает реакцию «серебряного зеркала». Оба соединения восстанавливаются до соответствующих спиртов, при дегидратации которых образуется один и тот же алкен. Составьте уравнения реакций.

8.Получите тремя способами бензоат кальция.

9.Составьте схему получения бензойной кислоты из гептана.

10.Напишите уравнения реакций для превращений:

11. Распределите вещества по гомологическим рядам и назовите их: CН3–CÍ2OÍ, CÍ2=CÍ–COOÍ, CÍ ≡ C–CÍ2–OÍ, CÍ3–CÍ(CÍ3)CÍ2–COOÍ, CÍ3–(CH2)2–CÍO, CÍ3–CÍ2–CÍO, CÍ3–CBr=CÍ–CÍ2–CÍ2–CÍ2Br.

48

ТЕМА 15. АЗОТСОДЕРЖАЩИЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ

Изучение теоретического материала

Изучение темы ведется по следующему плану:

1.Амины. Классификация и номенклатура.

2.Химические свойства аминов на основании их электронного строения.

3.Ароматические амины. Анилин, его получение и примене-

íèå.

4.Аминокислоты, их строение, свойства и значение.

5.Белки как высокомолекулярные природные соединения. Строение белков и их свойства.

Изучая строение и свойства аминов, обратите внимание на то, что амины являются органическими основаниями. Сходство

âэлектронном строении аминов и аммиака проявляется и в сходстве их химических свойств. Неподеленная электронная пара валентных электронов, которая имеется на атоме азота, используется ими для образования новых связей:

R–NÍ2 + Í2Î → R–NÍ3+ + OÍ–.

Чем выше электронная плотность на атоме азота, тем ярче выражены основные свойства. Так как в молекулах аминов происходит смещение электронной плотности от метильных групп к атому азота, то, следовательно, чем больше метильных групп в молекуле амина, тем выше электронная плотность на атоме азота и тем ярче проявляются основные свойства (присоединение протона) в реакциях. Поэтому основные свойства у первичных аминов выражены слабее, чем у вторичных.

Í

δ− /

CÍ3 → N

\

Í

У ароматических аминов смещение электронной плотности происходит от атома азота к бензольному кольцу, и основные

49

свойства уменьшаются. Можно сделать вывод, что чем больше

Í

Описанная зависимость может быть выражена такой последовательностью:

(CÍ3)2–NÍ > CÍ3–NÍ2 > NÍ3 > C6Í5–NÍ2 > (C6Í5)2–NÍ > (C6Í5)3–N ← Основные свойства усиливаются

Аминокислоты проявляют свойства и кислот, и аминов. Это органические вещества, обладающие, следовательно, амфотерностью. В водных растворах они существуют в трех формах. Рассмотрим на примере аминоуксусной кислоты (глицина):

Í2N–CÍ2COO– глицинат-ион (в щелочной среде);

ÎÍ– ↑↓ Í+

+Í3N–CÍ2COO– биполярный ион (в нейтральной среде);

ÎÍ– ↑↓ Í+

+Í3N–CÍ2COOН катион глициния (в кислой среде).

Задания для самоконтроля

1.Напишите структурные формулы всех изомерных аминов состава С7Í9N.

2.Напишите структурные формулы всех изомерных аминобензойных кислот состава C7Í7O2N.

3.Какие первичные амины получаются при восстановлении нитросоединений: 2-нитробутана, нитробензола, 2-метил–2-нит- ропропана?

4.Как отделить анилин от нитробензола?

5.Как различить аммиак и метиламин?

6.Напишите формулы аминокислот в виде биполярных ионов: аланина, фенилаланина, a-аминоизомасляной кислоты.

50