Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Органическая химия. Учебное пособие для СПО
.pdf
С8Н10
Э
С2Н5 СН3 СН3 СН3
СН
3
СН3
CH3
а) б) в) г)
изомерия положения заместителя
изомерия числа и строения заместителей
а) этилбензол;
б) 1,2-диметилбензол, орто-диметилбензол (о-ксилол);
в) 1,3-диметилбензол, мета-диметилбензол (м-ксилол);
г) 1,4-диметилбензол, пара-диметилбензол (п-ксилол).
Заместители-ориентанты
Электронная плотность в кольце бензола распределена
равномерно. Заместитель нарушает эту равномерность. Положение,
в которое вступает второй заместитель в реакциях замещения,
зависит от характера первого заместителя.
Заместители I рода Заместители II рода
лектронодоноры – Д Электроноакцепторы – А
Подают электроны на бензольное
кольцо и увеличивают электронную
плотность в орто- и пара-положениях;
направляют второй заместитель в ортои пара-положения бензольного кольца;
облегчают реакции замещения атомов
водорода, связанных с бензольным
кольцом.
Оттягивают электроны от бензольного кольца; направляют второй заместитель (Е) в мета-положение; затрудняют реакции замещения по сравнению с незамещенным бензолом.
41
Д
E
Д Е
+ЕХ
– HX
Д
→
A A
+ЕХ
Е
→
– HX
Д: Hal ← CH3 ← CH2R ← CHR2 ← CR3
← OR ← OH ← NH2 ← NHR ← NR2
2.2. ТОЛУОЛ
СН
|
3
Бесцветная жидкость с характерным запахом, нерастворимая в воде, растворимая в органических растворителях. Менее токсичен, чем бензол.
A: –COOR ← –COOH ← –COH
←SO3R ← C≡N ← NO2
Химические свойства толуола
1. Реакции замещения
1) Реакции с участием бензольного кольца. Метильный радикал
является заместителем I рода. В результате замещения получаются
орто- и пара-производные или, при избытке реагента, –
трипроизводные:
а) галогенирование
СН3 СН3
Cl Cl
+ 3Cl2
Сl
2,4,6-трихлортолуол
AlCl
3
→
+ 3HCl
42
б) нитрование
СН3 СН3
O2N– –NO2
tк,,SOH
42
+ 3НОNO2
→
+ 3H2O
|
NO2
2,4,6-тринитротолуол
ТНТ, тротил (взрывчатое вещество)
в) алкилирование
СН3 СН
–CH
к,SOH
42
2 + 2СН3Cl
→
+
CH
3
CH3
1,2-диметибензол 1,4-диметибензол
2) Реакции с участием боковой цепи:
СН3 СН2Cl
hν t,
+ Cl2
→
+ HCl
хлорметилбензол
3
(бензилхлорид)
2. Реакции присоединения. Гидрирование.
СН3 СН3
o
C
200 Ni,
+ 3Н2
→
метилциклогексан
43
3. Реакции окисления.
1) горение
t
С6Н5СН3 + 9О2
→
7СО2 + 4Н2О
2) неполное окисление (KMnO4 или K2Cr2O7 в кислой среде).
a) O
||
СН3 С–OH
+
+ 3[O]
Н t,
→
+ H2O
(KMnO4)
бензойная кислота
б) O
||
СН2–СН3 С–OH
+
Н t,
+ 6[O]
→
+ СО2 + 2H2O
(KMnO4)
бензойная кислота
(происходит разрыв цепи).
Получение толуола
В промышленности:
1) переработка нефти и угля;
2) дегидрирование метилциклогексана
СН3 СН3
о
300
PdPt,С,
→
+ 3H
2
3) дегидроциклизация гептана
СН3
о
–СН2– СН2– СН2– СН2– СН2–СН
СН
3
300
3
44
PtС,
→
+ 4H2
В лаборатории:
1) алкилирование по Фриделю – Крафтсу;
2) реакция Вюрца – Фиттига
СН3
– Cl
t
+ 2Na + Cl –CH
3
→
+ 2NaCl
2.3. ПОНЯТИЕ О ЯДОХИМИКАТАХ
Ядохимикаты (пестициды) – это химические средства борьбы
с микроорганизмами, животными и растительными организмами,
вредоносными или нежелательными с точки зрения экономики или
здравоохранения.
Пестициды
Гербициды Инсектициды Фунгициды
Для борьбы с сорняками: фенокислоты,
производные бензойной кислоты, динитрофенолы, галогенфенолы
Для борьбы с насекомыми: хлорорганические, фосфорорганические вещества, дихлофос, гексахлоран
Для борьбы с грибковыми болезнями растений: антибиотики,
сульфаниламидные
препараты, пентахлорфенол
С целью уменьшения вредного воздействия на окружающую сре-
ду необходимо:
– применять вещества с более высокой биологической активно-
стью и вносить их в меньшем количестве на единицу площади;
– применять вещества, разлагающиеся на безвредные соединения;
– применять прогрессивные методы нанесения пестицидов на
растения (электростатический метод).
45
Задача 2.1. К 39 г бензола в присутствии хлорида железа (III)
=⋅=⋅=
=
=
=⋅=⋅=
=
=
=⋅=⋅=
=
=
=
=⋅=⋅=
добавили 1 моль брома. Какие вещества и сколько граммов их
получилось после реакции?
Решение
1. Запишем уравнение реакции бромирования бензола
FeBr
3
С6Н
+ Br2
6
→
C6H5Br + HBr
2. Найдем количество вещества С6Н6
n
m
)H(C
66
M
66
Н
66
39
)H(C
78
)(С
===
0,5
моль.
3. По уравнению реакции в реакцию должно вступить 0,5 моль
Br2. Следовательно, масса оставшегося 0,5 моль Br2 составляет
801600,5Mnm
(Br
)
(Br)
2
2
(Br)
2
г.
4. Найдем количества веществ С6H5Br и HBr, а также их массы:
0,5nn
H
(C
5
6
Ответ:
(C(HBr)
(C
(CBr)
H
6
H
6
5
6
6
)
Br)
6
0,5nn
(HBr)(HBr)(HBr)
78,5m
)
H
моль;
моль;
г;
BrН
565656
(HBr)
)(СBr)H(CBr)H(C
40,5810,5Mnm
г.
40,5m
г;
78,51570,5Mnm
(Br
г;
80m
)
2
г.
Задача 2.2. Сколько по объему воздуха (н.у.) потребуется, чтобы
сжечь 1 л бензола, плотность которого 0,88 г/см3?
Решение
1. Запишем уравнение реакции горения бензола:
2С6Н6 + 15О2 = 12СО2 + 6Н2О
2. Найдем массу и количество вещества бензола:
8800,881000ρVm
г;
n
(C
)
H
m
M
(C)
6
6
880
)H(C
66
)(C
H
66
78
11,28
===
моль.
46
H
6
6
)H(C
66
3. Найдем количество вещества кислорода и его объем:
=⋅=⋅=
=⋅=⋅=
=
=
=⋅=
(O
(O
)
H
(C)
6
2
2
(O)
6
2
M)
84,611,287,5n5,7n
1895,422,484,6VnV
моль;
л.
4. Найдем объем воздуха, зная, что объемная доля кислорода
в воздухе составляет 0,21 или 21% (по объему):
V
V
возд.
ϕ
Ответ: V
(O
2
(O
2
возд.
1895,4
)
9025,6
===
)
0,21
= 9025,6 л (н.у.).
л.
Задача 2.3. При сжигании 1,3 г вещества образуется 4,4 г
углекислого газа и 0,9 г воды. Плотность паров этого соединения
по водороду равна 39. Выведите молекулярную формулу данного
вещества.
Решение
1. Обозначим формулу углеводорода через СхНу.
2. Найдем количество веществ СО2 и Н2О:
n
n
m
)(CO
2
M
m
O)(H
2
M
2
2
O)(H
2
O
2
4,4
)(CO
44
)(CO
0,1
===
моль;
0,9
0,05
===
18
)(H
моль.
2. Найдем количества веществ атомарного углерода и атомарного
водорода:
0,1nn
(CO(C)
)
2
O)
(H(H)
2
0,1n2n
моль;
моль.
3. Найдем отношение количеств веществ углерода и водорода:
x
y
0,1
0,1
1
==
.
47
4. Найдем молярную массу углеводорода по плотности
=⋅=⋅=
+=⋅+⋅
=
78239МДМ
H
y
)(H)(Н)(C
22x
г/моль.
Д
)2(Н
5. Молярную массу СхНу можно найти следующим образом:
у12хуМхММ
H
x
y
(H)(C))(C
.
6. Решая систему уравнений, находим х = 6, у = 6.
Следовательно, формула углеводорода С6Н6.
Ответ: С6Н6 (бензол).
2.4. ПРИРОДНЫЕ ИСТОЧНИКИ УГЛЕВОДОРОДОВ
Основные источники УВ:
– природный и попутный нефтяной газы;
:
– нефть;
– уголь.
Природный и попутный нефтяной газы
Основной частью природного газа является метан (80–98 %
по объему).
В попутном нефтяном газе (встречается вместе с нефтью) –
метан (30–50 %), этан, пропан, бутан, пентан (до 20 % каждого)
и другие предельные УВ. Это дешевое топливо, ценное химическое
сырье (непредельные УВ, из которых получают пластмассы, каучуки,
резины, кислоты, спирты и др.).
Нефть и нефтепродукты
Нефть – это маслянистая жидкость с характерным запахом, от
светло-бурого до черного цвета; представляет смесь различных УВ
(≈150) с примесями других веществ [9].
48
Виды нефти
По преобладающему содержанию УВ:
– метановая (алканы);
– нафтеновая (циклоалканы);
– ароматическая (бензол,
его гомологи);
– смешанная
Переработка нефти
Первичная
(физические процессы)
Очистка:
обезвоживание;
Перегонка:
термическое
Крекинг:
расщепление
По плотности:
– легкая (ρ < 0,9 г/см3);
– тяжелая
Вторичная
(химические процессы)
Риформинг: из-
менение струкобессоливание;
отгонка летучих
УВ (метана)
разделение
на фракции УВ
с разной молекулярной массой
УВ с длинной
цепью на УВ
с короткой
туры молекулы
УВ путем изо-
меризации,
алкилирования,
циклизации
Важнейшие продукты перегонки нефти:
– бензин (40–200 оС, С5–С11, горючее для автомобилей);
– лигроин (150–200 оС, С8-С14, горючее для тракторов);
– керосин (180–300 оС, С12–С18, горючее для реактивных
двигателей);
– газойль (270–350 оС, С14–С25, дизельное горючее);
– смазочные масла (>350 оС, С20–С34, смазка);
– парафин (>350 оС, С25–С
изоляция, медицина, пищевая
40,
промышленность);
– гудрон (асфальт) (>С30, покрытие дорог, крыш зданий).
49
Крекинг нефтепродуктов
При температуре > 400 оС начинается распад углеводородов. При
этом из тяжелых фракций перегонки и мазута образуются УВ с короткой
цепью (жидкое топливо). Выход бензина увеличивается до 70 %.
Например:
t
С16Н
34
→
C8Н
18 + С8Н16
гексадекан октан октен
C8Н
18
→
С4Н10 + С4Н8
октан бутан бутен
C4Н
10
→
С2Н6 + С2Н4
бутан этан этен
Термический
t = 470 –550 оС;
процесс медленный;
много непредельных УВ;
полученный бензин:
а) устойчив к детонации;
б) неустойчив при хранении
Крекинг
Каталитический
t = 470 –500 оС, kat (алюмосиликаты);
процесс быстрый;
мало непредельных УВ;
полученный бензин:
а) неустойчив к детонации;
б) устойчив при хранении
Риформинг
Низкокачественные бензиновые фракции превращают в высококачественные (увеличивается детонационная устойчивость).
а) циклизация и ароматизация
ktP,t,
СН3-СН2-СН2-СН2-СН2-СН3
→
+ Н2
гексан
циклогексан
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]