Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Органическая химия (Для студентов-иностранцев). Часть 1. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

1 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 105 6 7 8 9 10 > Следующая >>>

Алкены также получают крекингом (

высокотемпературная

переработка нефтяного сырья, при которой образуются вещества с меньшей молекулярной массой)

и пиролизом (

высокотемпературная переработка органических соединений, при которой происходит совокупность процессов: крекинг, дегидрогенизация, полимеризация и др.)

нефтяных продуктов:

С4Н10 → С2Н6 + С2Н4.

Этен в промышленности получают двумя способами:

- дегидрогенизацией этана:

СН3 – СН3 → СН2 = СН2+ Н2;

- частичной гидрогенизацией ацетилена:

СНº СН + Н

→ СН2= СН2.

В лабораторных условиях этен получают дегидратацией

этанола в присутствии серной кислоты:

CH3 – CH2OH → CH2 = CH2 + H2O.

Этен – очень важное сырье в современной органической технологии. Из него получают полиэтилен, этанол, хлорэтан, винилхлорид, стирол и другие вещества. Этен ускоряет созревание фруктов.

Контрольные задания

1. Напишите формулы структурно-изомерных алкенов

С5Н10.

2. Смесь этана и этена объемом 3 дм3 пропустили через раствор бромной воды объемом 250 см3 (ρ = 1220 кг/м3) с массовой долей брома 3 % мас. В результате получили дибромэтан массой 0,0047 кг. Определите массовую долю каждого углеводорода в смеси и массу непрореагировавшего брома.

3. Какую массу бромной воды с массовой долей брома 1,6 % мас. при нормальных условиях может обесцветить пропен объемом 1,12 дм3?

4. Какой углеводород ряда алкенов был взят для бромирования, если 3,3 г его присоединяют 20 г брома?

Контрольные вопросы

1. Как формулируются правила Марковникова и Зайцева?

2. Какой механизм реакции полимеризации алкенов?

3. Что такое крекинг и пиролиз нефтяных продуктов?

4. Чем отличаются алканы и алкены по общим формулам,

характеру связи, характерным реакциям (присоединения, взаимодействия с водой, полимеризации, обесцвечивания бромной воды и раствора перманганата калия)?

5. Какие существуют способы получения алкенов?

2.4. Алкадиены

Алкадиены (диеновые углеводороды) – углеводороды с

двумя двойными связями. Они образуют гомологический ряд с общей формулой СnН

. Углеводороды с двумя двойными свя-

2n-2

зями называются диеновыми или алкадиенами (табл. 8).

Таблица 8

Формулы и название изомеров некоторых алкадиенов

Формула Название

эмпирическая структурная тривиальное международное

С3Н

С3Н С5Н

4 8

СН2 = С = СН

СН2 = С = СН – СН

СН2 = СH – СН = СН

СН2 = С = СН – СН2 – СН СН2 = СH – СН = СН – СН СН2 = СН – СН2 – СН = СН

СН2 = С – СН = СН

CН

Дивинил Бутадиен-1,3

Изопрен 2-Метил-

Пропадиен

Бутадиен-1,2

Пептадиен-1,2 Пептадиен-1,3 Пептадиен-1,4

бутадиен-1,3

Для алкадиенов характерна структурная изомерия (обусловленная положением двойных связей или разветвлением углеродной цепи) и стереоизомерия. Изомерия бутадиена-1,2 и бутадиена-1,3, пентадиена-1,2, пентадиена-1,3 и пентадиена-1,4 обусловлена изменением положения двойных связей. Изомерия 2-метатилбутадиена-1,3 обусловлена разветвлением углеродной цепи.

Большое практическое значение имеют алкадиены, в моле-

кулах которых двойные связи разделены простой связью (так называемые углеводороды с сопряженной системой двойных связей). Наиболее важные из них дивинил и изопрен (табл. 8). В молекуле дивинила все атомы расположены в одной плоскости (рис. 4).

Рис. 4. Молекула бутадиена

Алкадиены, как и алкены, присоединяют бром (обесцвечи-

вают бромную воду), галогеноводороды. Однако реакции присоединения у углеводородов с сопряженными двойными связями имеют свои особенности.

В молекуле алкадиена разрыву подвергаются сразу две двойные связи и присоединение происходит к первому и четвертому атомам углерода, а между вторым и третьим атомами углерода образуется двойная связь:

СН2=СН – СН= СН2+Br2 → [CН2 – СН – СН – CН2] + Br2 →

дивинил

→ BrCH2 – CH = CH – CH2Br.

1,4 – дибромбутен – 2

׀ ׀ ׀ ׀

Таким образом, в результате реакции присоединения в мо-

лекуле углеводорода происходит перемещение двойной связи.

При избытке брома происходит полное насыщение углеводорода:

СН2= СН – СН= СН2+2Br2 → CH2Br – CHBr – CHBr – CH2Br.

1,2,3,4 – тетрабромбутан

Алкадиены довольно легко полимеризуются, в результате

чего образуются каучукоподобные полимеры:

nСН2= СН – СН = СН2→ (– CH2 – CH = CH – CH2 –)n.

дивинил дивиниловый (бутадиеновый) каучук

Натуральный каучук (высокоэластичный материал растительного происхождения) является полимером изопрена. Его получают из латекса – млечного сока некоторых тропических растений (например, гевеи). Латекс представляет собой водный коллоидный раствор каучука. Важнейшие свойства каучука – эластичность и непроницаемость для воды и газа.

В промышленности и лабораторных условиях алкадиены получают:

- отщеплением атомов галогена от дигалогеналкенов при

помощи цинка:

CH2 = CBr – CH2Br + Zn → CH2 = C = CH2 + ZnBr2;

2,3-дибромпропен

- реакцией перегруппировки производных ацетилена при

нагревании в присутствии щелочи:

СH3 – CH – C ≡ C – H → CH3 – C = C = CH2;

׀ ׀

СH3 СH

3-метилбутин-1 3-метилбутадиен-1,2

- дегидрированием бутана или 2-метилбутана в присутст-

вии катализаторов (Cr2O3,Al2O3):

СH3 – CH2 – CH2 – CH3 → CH2 = CH – CH = CH2 + 2H2;

СH3 – CH2 – CH2 – CH3 → CH2 = C – CH = CH2 + 2H2;

׀ ׀

СH3 CH

- дегидратацией (в присутствии катализаторов – MgO,

ZnO) и гидрированием этанола:

2СH3 – CH2OH → CH2 = CH – CH = CH2 + 2H2O + H2.

Бутадиен-1,3 применяют для получения искусственного каучука.

Из натурального и синтетического каучука изготавливают шины, обувь, изоляцию для проводов, технические изделия.

Контрольные задания

1. Какие из схематических формул соответствуют сопря-

женным алкадиенам:

а) – С = С – С = С –; б) – С = С – (СН2)n – С = СН –;

в) – С = С = С – .

2. Составьте уравнения реакций следующих превращений: этилен → этанол → бутадиен → синтетический каучук. Рассчитайте молекулярную массу полученного полимера, если степень полимеризации п = 2500.

3. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно отличить две жидкости: гексан и гексадиен-1,2?

Контрольные вопросы

1. Что такое алкадиены?

2. Какие реакции характерны для алкадиенов?

3. Какие виды изомерии наблюдаются у алкадиенов?

4. Какими способами получают алкадиены?

5. Где применяют каучук?

2.5. Алкины

Алкины (ацетиленовые углеводороды) – это непредельные

алифатические углеводороды с одной тройной связью. Они образуют гомологический ряд с общей формулой СnН

Формулы и название алкинов

Формула Название

эмпирическая структ урная тривиальное международное

С2Н С3Н С4Н С5Н С5Н

2 4 6 8 8

CН ≡ СН Ацителен Этин

СН ≡ С – СН

СН ≡ С – СН2 – СН СН ≡ С – (СН2)2 – СН СН ≡ С – (СН2)3 – СН

Метилацитилен Пропин

Этилацетилен Бутин-1

Пропилацетилен Пептин-1

Бутилацетилен Гексин-1

(табл. 9).

2n-2

Таблица 9

Атомы углерода в ацетилене связаны тройной связью, состоящей из одной σ-связи и двух π-связей. Изменение угла до 180 происходит вследствие sp-гибридизации, поэтому молекула ацетилена имеет линейное строение (рис. 5).

Рис. 5. Модель молекулы ацетилена

У алкинов (начиная с бутина) наблюдается структурная изомерия, обусловленная разветвлением углеродной цепи или положением тройной связи в ней.

Первые три члена гомологического ряда алкинов – газы, алкины от С4 до С8 – жидкости, следующие – твердые вещества.

Химические свойства алкинов аналогичны химическим свойствам алкенов. Для них характерны реакции присоединения, окисления и полимеризации, но алкины обладают большей реакционной способностью, чем алкены. Реакции присоединения к алкинам протекают в две стадии: сначала разрывается одна π-связь – получаются производные алкенов, потом разрывается вторая

π-связь – образуются производные алканов.

Важнейшие реакции присоединения:

- гидрогенизация (реакция идет в две стадии; сначала обра-

зуется этилен, потом – этан):

CН ≡ СН + H2 → СН2= СН2 + H2→ СН3 – СН3;

- галогенирование (реакция идет очень легко, также в две

стадии):

CН ≡ СН + Br2→ СHBr = СHBr + Br2→ СHBr2 – CHBr

1,2-дибромэтен 1,2-тетрабромэтан

- присоединение галогеноводородов происходит согласно пра-

вилу Марковникова, в присутствии катализаторов – активного угля или HgCl2:

СН ≡ СН+ HCl → СН2 = СНСl + HC1 → СН3– НС12;

хл ор вин ил

- гидратация ацетилена происходит в присутствии ката-

лизатора – солей ртути (II ) – HgSO4, Hg (NO3)2, в результате реакции образуется уксусный альдегид:

CН ≡ СН + НОН → СН3 – С – Н.

ацетилен

Ацетилен легко окисляется. Водный раствор перманганата калия КМnО4 обесцвечивается при пропускании ацетилена:

3CH ≡ CH + 8KMnO4 + 4H2O → 3H2C2O4 + 8MnO2 + 8KOH.

щавелевая кислота

В кислороде ацетилен горит ярким пламенем:

2С2H

2(г)

+ 5O

→ 4CO2 + 2H2O

2(г)

; ΔHо = - 3200 кДж.

(ж)

Направление реакции полимеризации ацетилена зависит от условий ее проведения. При пропускании ацетилена через раскаленный уголь (t = 800оС) образуется бензол:

3С2H2 → C6H6.

В присутствии солей меди (I) ацетилен полимеризуется в винилацетилен:

CН ≡ СН + CН ≡ СН → CН2 = СН – C ≡ СН.

В отличие от этана и этилена ацетилен проявляет свойства кислот, атомы водорода в нем замещаются атомами металла. Например, при пропускании ацетилена через аммиачные растворы солей серебра ( или меди) выпадают осадки ацетиленидов:

CН ≡ СН + 2AgОН → Ag – С ≡ C – Ag + 2H

ацетиленид серебра

В промышленности и лаборатории ацетилен получают:

- из метана: 2CH4 → C2H2 + 3H2;

- карбида кальция:

CaC2 + 2H2O → C2H2 + Ca(OH)2.

Ацетилен является исходным продуктом для получения ряда химических соединений: этилового спирта, уксусной кислоты, синтетического каучука, полихлорвиниловых и полифторвиниловых пластмасс.

Контрольные задания

1. Напишите уравнения реакции, в которые вступает ацети-

лен.

2. Составьте структурные формулы веществ: 2,2-диметил-

бутина; 4-метилпентина-1; 1-метилбутина-1; 1,4-дихлобутина-2.

3. Выпишите отдельно формулы изомеров и гомологов. На-

зовите каждое вещество: а) СН3– СН2– С ≡ С – СН

б) СН

– СН = СН – СН

– С = СН2,в) СН ≡ С – СН2 – СН3.

4. Напишите уравнения реакций, с помощью которых мож-

но осуществить следующие превращения: метан → ацетилен → винилхлорид → полихлорвинил → винилацетилен → хлоропрен → хлоропреновый каучук.

Контрольные вопросы

1. Какие углеводороды называют алкинами?

2. В чем различие строения молекул этана и этина?

3. С помощью каких реакций можно разделить вещества:

бутан, бутен и аммиак?

4. Как объяснить, что алкены и алкины с одинаковым чис-

лом атомов углерода имеют разное число изомеров?

5. Какие существуют способы получения ацетилена?

2.6. Ароматические углеводороды

Ароматические углеводороды (арены) – это карбоциклические углеводороды, в молекулах которых содержатся ядра бензола:

Ароматические углеводороды бывают: моноциклические (содержащие одно ядро бензола) и полициклические (содержащие два или несколько ядер бензола).

В полициклических ароматических углеводородах ядра

бензола могут быть соединены простой связью (дифенил и его производные) или иметь несколько общих атомов углерода.

Моноциклические ароматические углеводороды – это гомологи бензола, у которого один или несколько атомов водорода замещены углеводородными радикалами. Общая формула го-

мологов бензола СnН

, где п ≥ 6 (табл. 10).

2n-6

У ароматических углеводородов, имеющих два или более заместителей в ядре, возможна изомерия взаимного положения. Например, 1,2-диметилбензол существует в виде трех изомеров: орто-ксилола (заместители находятся в положении 1,2); мета- ксилола (заместители находятся в положении 1,3); пара-ксилола (заместители находятся в положении 1,4).

Простейший представитель ароматических углеводородов – бензол С6Н6, представляющий собой, как видно из эмпирической формулы, сильно ненасыщенное соединение.

Каждый атом углерода в молекуле бензола находится в со-

стоянии sр2-гибридизации. Он связан с двумя соседними атомами углерода и атомом водорода тремя σ-связями. В результате образуется плоский шестиугольник: все шесть атомов углерода и все σ-связи С – С и С – Н лежат в одной плоскости. Электронное облако четвертого электрона имеет форму гантели и ориентиро-

вано перпендикулярно плоскости бензольного кольца. Такие р-электронные облака соседних атомов углерода перекрываются

над и под плоскостью кольца. В результате из шести электронов возникает шестиэлектронная π-связь, общая для всех атомов углерода. Современная структурная формула бензола – правильный шестиугольник с окружностью внутри, сплошной или пунктирной.

Таблица 10

Формулы и названия некоторых гомологов бензола

Формула Название

эмпирическая структурная тривиальное международное

С6Н

С6Н5СН

С6Н4(СН3)

С6Н5 – СН = СН

Бензол

Толуол

о-Ксилол

(орто-ксилол)

м-Ксилол

(мета-ксилол)

п-Ксилол

(пара-ксилол)

Стирол

Бензол

Метилбензол

1,2-Диметил-

бензол

1,3-Диметил-

бензол

1,4-Диметил-

бензол

Винилбензол

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 105 6 7 8 9 10 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]