Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Органическая и физколлоидная химия. Практикум
.pdf
H2C
CH CH
CH
2
+ H
2
1, 2
1, 4
H
3
C
CH2 CH
CH
2
H3C
CH CH
3
CH
(Α)
(Β)
1
2
3
4
рование) может протекать не только по месту одной или
двух отдельных двойных связей (1,2-присоединение),
но иккрайним углеродным атомам (1,4-присоединение):
А) бутен –1; В) бутен –2
Способы получения непредельных углеводородов:
1. Дегидрирование алканов, алкенов;
2. Взаимодействие галогенпроизводных углеводородов со спиртовым раствором щелочи (реакция элиминирования):
H3C–CH2–Cl + NaOH (спирт. раствор) →CH2=CH2+NaCl + Н2О
этилен
Реакция элиминирования подчиняется правилу За-
йцева: отщепление атома водорода происходит преимущественно от наименее гидрогенизированного атома
углерода:
H3C–CH –CH2–H3C+ NaOH (спирт. раствор) →
ǀ
Cl
→ H
C–CH=CH–H3C+ NaCl +Н2О
3
3. Дегидратация спиртов, реакция подчиняется пра-
вилу Зайцева:
CH3–CН– CН2–СH3 → H3C–CH=CH–H3C + H2O
ǀ
OH
Ненасыщенные углеводороды используются всинтезах, для получения полимеров, спиртов, ацетона идр.
31
Ароматическими называются углеводороды, вмоле-
H
3
C CH2 CH2 CH2 CH2 CH
3
+ 4 H
2
kat., t°
+ 4 H
2
kat., t°
CH
3
H
2
C
H
2
C
C
H
2
CH
2
H2C
CH
3
CH
3
кулах которых содержится особая циклическая группировка из шести атомов углерода, называемая бензольным
кольцом. Простейшим представителем ароматических
углеводородов является бензол– С6Н6. Необычное строение молекулы бензола обусловливает его своеобразные
(ароматические) свойства.
Следует обратить внимание на то, что вмолекуле бензола нет простых идвойных связей, все связи C–C равноценны по длине ипо энергии образования. Современное
изображение молекулы бензола:
Процесс превращения алканов в арены называется
дегидроциклизацией, т. к. одновременно включает всебя
две реакции: замыкание вцикл линейного углеводорода
иотщепление водорода. Из гексана получается бензол,
из гептана– толуол, из октана– смесь этилбензола иксилолов:
гексан бензол
гептан толуол
В качестве катализаторов вэтих процессах используют платину, палладий или Cr2O3, нанесенные на оксид
алюминия.
32
Ароматические углеводороды образуются также при
+ 3 H
2
kat., t°
CH
3
CH
3
CH CH
3
Сакт., t°
COO Na
NaO H
+
t°
+
Na2CO
3
дегидрировании циклогексана иего гомологов:
метилциклогексан толуол
Промышленный процесс, входе которого из углеводородов нефти путем описанных выше реакций дегидроциклизации идегидрирования получаются арены, называется риформингом.
При пропускании ацетилена над активированным
углем при 400…600 оС происходит тримеризация ацетилена собразованием бензола:
При сплавлении солей бензойной кислоты сщелочью
происходит отщепление карбоксильной группы собразованием бензола:
С помощью этой реакции можно получить бензол из
его гомологов через ряд стадий, например, по схеме
33
CH
2
CH
3
KMnO
4
COOH
NaOH
COONa
NaOH, t°
CH
2
CH
3
Br
бромбензол
+
+
Br CH
2
CH
3
бромэтан
2Na
+
этилбензол
2NaBr
+
Cl
+
Cl
2
AlCl
3
HCl
хлорбензол;
+
NO
2
+
H2SO
4
HNO
3
H2O
нитробензол
Реакция Вюрца–Фиттига. При взаимодействии ароматических галогенпроизводных сгалогеналканами образуются гомологи бензола, например:
Наиболее характерными реакциями для бензола иего
гомологов являются реакции электрофильного замещения: галогенирования, сульфирования, нитрования:
34
Алкилирование– это введение вмолекулу алкильного
+
+
HCl
Cl
CH
2
CH
3
CH
2
CH
3
AlCl
3
этилбензол
CH
2
CH
2
+
H
+
CH2CH
3
CH
2
CH
CH
3
+
H
+
CH
CH
3
CH
3
изопропилбензол
(кумол)
радикала (-СН3,– С2Н5,– С3Н7 идр.), врезультате чего образуются гомологи бензола.
Алкилирование бензола можно осуществить двумя путями. Во-первых, действием на бензол галогензамещенными алканами вприсутствии катализаторов– галогенидов алюминия (алкилирование по Фриделю-Крафтсу):
Во-вторых, взаимодействием бензола сэтиленовыми
углеводородами вприсутствии кислотных катализаторов
(алкилирование алкенами):
35
В отдельных случаях бензол способен вступать вре-
+
3H
2
t, P, кат.
бензол
циклогексан.
CH
3
CH
2
CH
3
+
3H
2
t, P, кат.
CH
3
CH
2
CH
3
1-метил-4-этил-
циклогексан.
бензол
+
H
Cl
H
Cl
Cl
H
Cl H
H
Cl
Cl
H
бензол
3Cl
2
УФ-облучение
гексахлорциклогексан.
акции присоединения.
Гидрирование бензола протекает при нагревании
ивысоком давлении вприсутствии металлических катализаторов (Ni, Pt, Pd):
Аналогично протекает гидрирование и гомологов
бензола, например:
Присоединение хлора происходит при действии солнечного света или ультрафиолетового излучения на раствор хлора в бензоле. Одновременно присоединяются
сразу три молекулы хлора иобразуется твердый продукт–
гексахлорциклогексан:
Бензол устойчив к окислению: он, вотличие от непредельных углеводородов, не обесцвечивает раствор
перманганата калия. При поджигании бензол горит ярким коптящим пламенем:
36
2С6Н6 + 15О2 → 12СО2 + 6Н2О
CH
3
+
+
5 6KMnO
4
+
9H2SO
4
COO H
5
6MnSO
4
+
3K2SO
4
+
14H2O
бензойная
кислота
CH2CH
2
CH
3
5 18KMnO
4
+
27H2SO
4
COO H
5
18MnSO
4
+
9K2SO
4
+
42H2O
бензойная
кислота
10CO
2
+
+
+
+
пропилбензол
При действии перманганата калия на гомологи бензола окислению подвергаются боковые углеводородные
цепи. При проведении реакции вкислой среде продуктом
окисления толуола является бензойная кислота:
Более сложные боковые цепи под действием окислителей «сгорают»: ближайший кбензольному кольцу атом углерода остается всоставе карбоксильной группы, аостальные
атомы углерода окисляются до углекислого газа:
37
Гомологи бензола, содержащие две боковые цепи,
CH
3
CH
3
5 12KMnO
4
+
18H2SO
4
COO H
COO H
5
12MnSO
4
+
3K2SO
4
+
14H2O
5CO
2
+
+
+
+
1,4-бензолдикарбоновая
кислота
1,4-диметилбензол;
пара-ксилол
дают при окислении двухосновные кислоты или их
соли:
Гомологи бензола вступают в реакции замещения
стеми же реагентами, что ибензол. Присутствующие
уже вбензольном кольце заместители направляют вновь
входящий заместитель вопределенное положение. По
своему ориентирующему действию заместители разделяют на:
1. Заместители первого рода (–СН3,– С2Н5,– С3Н7,–
OH,– NH2)– оказывают орто- и пара-ориентирующее
действие на электрофильные реагенты.
Например, при хлорировании толуола образуется
смесь орто- ипара- хлортолуолов:
38
CH
3
Cl
CH
3
Cl2, AlCl
3
-HCl
CH
3
Cl
орто-хлортолуол
пара-хлортолуол
CH
3
+
NO
2
NO
2
O2N
CH
3
+
3HNO
3
H2SO4, t°
2,4,6-тринитротолуол
3Н
Нитрование толуола нитрующей смесью при нагревании может привести кзамещению трех атомов водорода
на нитрогруппы:
2. Заместители второго рода (–NO2,– SO3H,– COOH,–
CN идр.)– оказывают мета-ориентирующее действие.
39
3 Н2О
Лабораторная работа № 1. УГЛЕВОДОРОДЫ
Опыт 1. Получение метана из ацетата натрия иизучение
его свойств
В пробирку, снабженную пробкой с газоотводной
трубкой, помещают 1 г смеси примерно равных количеств безводного ацетата натрия инатронной извести.
Натронную известь (смесь гидроксида натрия иоксида
кальция) берут всвязи стем, что чистый гидроксид натрия разъедает стекло при нагревании. Смесь прокаливают. Врезультате реакции получается метан:
О
//
СН3– С+ NaOH → Na2CO3 + CH
4
\ метан
ОNa
Выделяющийся метан испытывают:
а) на окисление: пропускают газ впробирку, наполнен-
ную раствором марганцовокислого калия, инаблюдают;
б) на горение: выделяющийся газ поджигают уконца
газоотводной трубки. Метан горит несветящимся пламенем (составьте уравнение реакции). Иногда оно бывает
окрашено вжелтый цвет за счет натрия, содержащегося
встекле.
В природе метан встречается всоставе природного
газа, авотходах сельскохозяйственной продукции он является основным компонентом биогаза.
Предельные жидкие углеводороды являются главной
составной частью нефти.
Некоторые высшие гомологи алканов встречаются
взеленых листьях.
Опыт 2. Получение этилена иизучение его свойств
В пробирку наливают 10 капель этилового спирта и
15 капель концентрированной серной кислоты ивносят
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]