Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Сборник задач и заданий по органической химии. Учебное пособие
.pdf
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 8
Формулы и названия некоторых гомологов бензола
Формула Название
эмпирическая структурная тривиальное международное
С6Н
6
С6Н5СН
С6Н4(СН3)
3
2
С6Н5 – СН = СН
Бензол
Толуол
о-Ксилол
(орто-ксилол)
м-Ксилол
(мета-ксилол)
п-Ксилол
(пара-ксилол)
2
Стирол
Бензол
Метилбензол
1,2-Диметил-
бензол
1,3-Диметил-
бензол
1,4-Диметил-
бензол
Винилбензол
41
Бензол – бесцветная, летучая, огнеопасная жидкость с характерным запахом. В воде практически нерастворим. Пары бензола
с воздухом образуют взрывчатую смесь. Жидкий бензол и пары
бензола ядовиты. При обычных условиях большинство ароматических углеводородов – бесцветные жидкости, нерастворимые в
воде.
По химическим свойствам бензол и другие ароматические
углеводороды отличаются от предельных и непредельных углеводородов.
Наиболее характерны для аренов реакции замещения, которые протекают легче, чем у предельных углеводородов:
- галогенирование - замещение атомов водорода в бен-
зольном ядре галогенами в присутствии катализаторов (Fe,
FeCl3, A1C13):
С6Н6+ Br
катализ
С6Н5Br + HBr;
2
бромбензол
- нитрование – замещение атомов водорода в бензольном ядре
нитрогруппой – NO2 (в присутствии концентрированной серной
кислоты):
C6H6 + HONO2 → C6H5NO2 + H2O;
нитробензол
- сульфирование – замещение атомов водорода в бензоль-
ном ядре остатком серной кислоты – сульфогруппой – SO2OH:
C6H6 + HOSO3H → C6H5SO3H + H2O;
бензолсульфокислота
42
Бензол в особых условиях (высокая температура, давление,
катализаторы, облучение ультрафиолетом) проявляет характер
непредельного соединения и может присоединять водород и галогены.
Гидрирование бензола протекает в присутствии никеля или
платины при температуре около 200оС и давлении около
5066,25 кПа:
Ni или Pt
При температуре около 300оС и атмосферном давлении проходит процесс дегидрогенизации – отщепление от циклогексана
шести атомов водорода.
Присоединение галогенов (например, хлора) к бензолу происходит при освещении реакционной смеси солнечным светом, в результате чего образуется гексахлорциклогексан:
+ 3Cl
2
Бензол очень устойчив к окислителям. В отличие от непредельных углеводородов он не обесцвечивает бромную воду и
раствор КМпО4. Бензол окисляется кислородом. На воздухе он
горит коптящим пламенем:
2С6Н6+ 3О2→12С + 6Н2О.
Ароматические углеводороды могут вступать как в реакции замещения, так и в реакции присоединения, однако условия
этих превращений значительно отличаются от условий аналогичных превращений предельных и непредельных углеводородов.
43
Если в бензольном ядре есть уже какой-либо заместитель, то
второй заместитель занимает определенное положение. Так, заместители первого рода, как правило, не содержащие кратных связей,
направляют вводимые группы в орто- и пара-положения. Замести-
тели второго рода направляют вводимые заместители в метаположение. Для этих заместителей характерно наличие кратных связей
или положительного заряда.
Бензол и ряд его гомологов получают из каменноугольной
смолы, образующейся при коксовании угля.
Арены получают из алканов при специальной обработке
(температура 500оС, давление 2500-5000 кПа) следующими реакциями:
- дегидрогенизации:
С6H12 → C6H6 + 3H2;
- дегидроциклизации:
С7H16 → C6H5CH3 + 4H2.
Бензол по способу Н. Д. Зелинского и Б. А. Казанского получают, пропуская ацетилен через трубку с активным углем при
температуре 600оС. При этом происходит полимеризация ацетилена:
3CН ≡ СН → С6Н6.
Бензол и его гомологи используют для получения нитробензола, хлорбензола, красителей, лекарственных веществ, ядохимикатов, высокомолекулярных соединений.
Важное значение имеет производное бензола – стирол
(C6H5 – CH = CH2). При нагревании и применении катализаторов
процесс полимеризации стирола протекает быстро и сопровождается образованием полистирола:
nC6H5 – CH = CH2→ (– CH – CH2)n.
׀
С6H
44
5
Контрольные задания
1. Сколько теплоты выделяется при сжигании бензола массой 0,036 кг, если тепловой эффект реакции горения бензола составляет 3267,7 кДж/моль?
2. Определите массу бензола, который можно получить из
ацетилена объемом 44,8 дм3, если массовая доля выхода бензола
от теоретически возможного равна 40 %.
3. Напишите уравнение реакций: а) хлорбензола с азотной
кислотой, б) толуола с хлором.
4. Определите массовую долю выхода нитробензола, если в
результате реакции нитрования 7,8 г бензола получено 8,61 г
нитробензола.
5. Рассчитайте массу бензола, если в результате реакции
хлорирования получено 20,37 г гексахлорциклогексана (C6H6Cl6),
что составляет 70 % выхода продукта.
6. Определите формулу ароматического углеводорода, относительная молекулярная масса которого равна 92.
7. Составьте структурные формулы изомеров ароматического углеводорода, относительная молекулярная масса которого
равна 104. Назовите эти соединения.
8. Относительная плотность паров органического вещества
по воздуху равна 3,17. При сгорании 9,2 г этого вещества
образуется 15,68 дм3 углекислого газа и 7,2 г воды. Выведите молекулярную формулу органического вещества.
9. Найдите формулу ароматического углеводорода, в котором массовая доля углерода составляет 0,92, а массовая доля водорода – 0,08, если относительная молекулярная масса этого вещества равна 104. Составьте структурную формулу этого ароматического углеводорода.
10. Рассчитайте массу циклогексана, который получается в
результате реакции 156 г бензола с 44,8 дм3 водорода (н. у.).
11. Определите массу бензолсульфокислоты, которая получается в результате реакции сульфирования 15,6 г бензола, если
массовая доля выхода бензолсульфокислоты составляет 75 %.
45
Контрольные вопросы
1. Почему при определении свойств веществ необходимо
обращать внимание не только на состав, но и на их строение?
2. Какие вещества называют: а) алканами; б) циклоалканами; в) алкенами, г) алкинами, д) диалкенами; е) ароматическими
углеводородами?
3. Какой тип гибридизации, наблюдается в атомах углерода
и какую геометрическую форму имеют алканы?
4. Что такое гомологическая разность?
5. Какая изомерия характерная для предельных углеводо-
родов?
6. Какие химические реакции характерны для метана?
7. Что такое цепные реакции?
8. Как называется эффект, связанный со смещением элек-
тронов, образующих σ-связь?
9. Какие группы проявляют отрицательный индукционный
эффект, а какие – положительный?
10. В чем сходство и различие реакций замещения в органической и неорганической химии?
11. Чем отличается радикал метил СН3 – в веществах СН3– С1
и СН3 – Н? Какое положение теории химического строения нужно
использовать для объяснения особенностей радикалов?
12. Как формулируются правила Марковникова и Зайцева?
13. Какой механизм реакции полимеризации алкенов?
14. Что такое крекинг и пиролиз нефтяных продуктов?
15. Какие существуют способы получения алкенов?
16. Какие реакции характерны для алкадиенов?
17. Какие виды изомерии наблюдаются у алкадиенов?
18. Какими способами получают алкадиены?
19. В чем различие строения молекул этана и этина?
20. Какие существуют способы получения ацетилена?
21. Какая изомерия характерна для ароматических углево-
дородов?
22. С помощью каких реакций можно отличить ароматические углеводороды от предельных, непредельных?
46
Задачи и упражнения для самостоятельной работы
1. Из этина объемом 6,72 дм3 при нормальных условиях получили 5,00 см3 бензола, плотность которого равна 0,88 г/см3.
Определите массовую долю выхода продукта.
2. Какая масса бензола потребуется для получения 300 кг
анилина, если массовая доля выхода продукта составляет 75 %.
3. Смесь этана и этена объемом 3 дм3 при нормальных условиях пропустили через раствор бромной воды объемом
250 см3плотностью 1,22 г/см3 с массовой долей брома 3 %. В результате получили дибромэтан массой 4,7 г. Определите массовую долю каждого углеводорода в смеси.
4. Какой объем воздуха (н. у.) потребуется для сжигания
смеси, состоящей из 5 дм3 метана и 15 дм3 ацетилена, если массовая доля кислорода в воздухе составляет 2 1 % по объему?
5. В 150 г смеси бензола, фенола и анилина пропустили избыток сухого хлороводорода; при этом выпало 38,85 г осадка.
Фильтрат обработали избытком бромной воды, при этом образовался новый осадок массой 29,79 г. Вычислите массовые доли
веществ в исходной смеси.
6. При гидрировании ацетилена объемом 67,2 дм3 (н. у.) получили смесь этана и этилена, которая обесцвечивает раствор
брома в тетрахлориде углерода, содержащий 0,01 моль брома.
Определите процентное содержание этана и этилена в указанной
смеси газов.
7. Смесь бензола с циклогексаном массой 4 ,39 г обесцвечивает бромную воду массой 125 г с массовой долей брома 3,2 %.
Определите процентное содержание бензола в смеси.
8. Какие продукты получаются из 3-метил-1-бутена при обработке этого вещества следующими реагентами: а) водой в присутствии серной кислоты с последующим каталитическим дегидрированием; б) перманганатом калия в водно-щелочной среде на
холоде с последующим действием тетраацетата свинца; в) перманганатом калия в водно-щелочной среде на холоде с последующим нагреванием с разбавленной серной кислотой. Напишите уравнения проходящих реакций.
47
9. Составьте уравнения реакций, соответствующих цепочке
химических превращений:
а) бутан → этан → хлорэтан → бутан → изобутан;
б) метан → ацетилен → этан → пропан → 1-хлорпропан;
в) углерод → метан → бромметан → этан → хлорэтан →
→ бутан;
г) 1-хлорпропан → гексан → пропан → 2-хлорпропан →
→ 2,3-диметилбутан;
д) метан → хлорметан → этан → этилен → полиэтилен;
е) бутан → этен → хлорэтан → бутен-1 → 2-бромбутан;
ж) метан → ацетилен → этан → бромэтан → пропан →
→ пропен;
з) 1,2-дибромбутан → бутен-1 → 2-хлорбутан → бутен-2 →
→ 2,3-дибромбутан;
и) 1-хлорпропан → пропен → хлорпропан→ пропен→
→ пропанол-2;
к) 2-хлорбутан → бутен-2 → 2,3-дибромбутан → бутен-2 →
→ 2-бромбутан;
л) карбонат кальция → оксид кальция → карбид каль-
ция → ацетилен → винилхлорид → поливинилхлорид;
м) углерод → карбид кальция → ацетилен → этилен→
→ этанол → этилен → ацетилен;
н) этанол → этилен → ацетилен → винилхлорид;
о) 1-бромпропан → пропен → 1,2-дихлорпропан →
→ пропин → 2-бромпропен;
п) метан → хлорметан → этан → этин → 1, 2-дихлорэтен →
→ 1,2-дихлорэтан;
р) этин → этен → этихлорид → бутан → изобутан;
с) карбонат кальция → карбид кальция → ацетилен →
→ этилен → этанол → бутадиен-1,3 → бутен-2 → бутандиол -2,3;
т) метан → пропен → изопентан → изопрен → изопре-
новый каучук;
у) метан → ацетилен → бензол → толуол → бензойная кислота;
ф) этан → 1,2-дибромэтан → этилен → бензол →
→ гексахлорциклогексан.
48
ГЛАВА 3. СПИРТЫ
3.1. Классификация и номенклатура спиртов
Спирты – это производные углеводородов, в которых один
или несколько атомов водорода замещены на функциональную
группу – гидроксигруппу (–ОН). Спирты относятся к кислородсодержащим органическим соединениям. Общая формула спиртов: R(OH)m, где R – углеводородный радикал; m – число гидроксильных групп, которое определяется атомность спирта:
- одноатомные (R(OH) – одна гидроксигруппа);
- двухатомные (R(OH)2 – две гидроксигруппы);
- трехатомные (R(OH)3 – три гидроксигруппы) и т.д.
В зависимости от положения ОН-группы (от того, при каком углеродном атоме – первичном, вторичном, третичном – стоит гидроксильная группа) различают:
- первичные спирты с общей формулой R – CH2 – OH;
R
- вторичные спирты с общей формулой CH – OH;
R
R
- третичные спирты с общей формулой R – C – OH.
R
В зависимости от характера углеводородного радикала
спирты бывают предельные (алканолы), непредельные (алкенолы
и алкинолы), ароматические (аренолы) и фенолы.
В основу названий спиртов положены названия соответствующих углеводородов с прибавлением окончания –ол. Цифрой
указывается положение группы –OH. Нумерация начинается с
конца, к которому ближе расположена гидроксигруппа (табл. 9).
Одноатомные предельные спирты образуют гомологический
ряд с общей формулой CnH
OH. Его представители: метанол
2n+1
CH3OH, этанол C2H5OH, пропанол C3H7OH, бутанол C4H9OH и др.
49
Таблица 9
Формулы и названия некоторых спиртов
Формула Название
эмпирическая структурная тривиальное международное
1 2 3 4
CH3OH CH3 – OH Метиловый спирт Метанол
С2H5OH CH3 – CH2 – OH Этиловый спирт Этанол
С3H7OH CH3 – CH3 – CH2 – OH
н-Провиловый
спирт
CH3 – CH – CH
׀
3
Изопропиловый
спирт
OH
С4H9OH CH3 – (CH2)2 – CH2 – OH
н-Бутиловый
спирт
CH3 – CH – CH2 – OH
׀
Изобутиловый
спирт
CH
CH3 – CH – CH2 – CH
׀
втор-Бутиловый
3
спирт
OH
СH
׀
CH3 – C – CH
3
3
трет-Бутиловый
спирт
׀
OH
С3H5OH CH2 = CH – CH2 – OH Аллиловый
спирт
С3H3OH HC ≡ C – CH2 – OH Пропаргиловый
спирт
Пропанол-1
Пропанол -2
Бутанол-1
2-Метил-
пропанол-1
Бутанол-2
Бутанол-3
Пропен-2-ол-1
Пропин-2-ол-1
C2H4(OH)
HO – CH2 – CH2 – OH Этиленгликоль Этандиол-1,2
2
C3H5(OH)3HO – CH2 – CH – CH2 – OH
׀
OH
50
Глицерин Пропантриол-
1,2,3
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]