Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы коллоидной и органической химии. Учебно-методическое пособие к практическим занятиям для студентов специальности 20.05.01 «Пожарная безопасност
.pdf
71
1) нитрование в присутствии концентрированной серной кислоты
на холоде (см. рис. 75);
2) галогенирование в присутствии галогенидов железа (III) (см. рис. 76);
3) алкилирование в присутствии хлорида алюминия (см. рис. 77).
Особый характер ненасыщенности бензола и его гомологов
иллюстрируется этими химическими свойствами и называется
«ароматическим» характером.
Рис. 75. Реакция нитрирования
Рис. 76. Реакция галогенирования
Рис. 77. Реакция алкилирования
В производных бензола атом или группа, заместившие водород
кольца, и само бензольное кольцо влияют друг на друга. По характеру
влияния различают:
1. Заместители I рода – CI, Br, I, СН3, СnН
2n+1
, ОН и NH2. Они облегчают
реакции дальнейшего замещения и направляют второй заместитель
по отношению к себе в орто- (о-, или 2-) положение и в пара- (п-, или 4-)
положение (см. рис. 78). Для запоминания: орто – около, пара – против.
Рис. 78. Пример заместителей I рода
2. Заместители II рода – NO2, С(Н)O, СООН и CN. Они затрудняют
реакции дальнейшего замещения и направляют второй заместитель в мета(м-, или 3-) положение (см. рис. 79).
72
Рис. 79. Пример заместителей II рода
Очевидно, что существуют два орто-положения рядом с первым
заместителем X, два мета-положения, отделенные от первого заместителя
одним углеродом кольца, и лишь одно пара-положение через два атома
углерода бензольного кольца (см. рис. 80).
Рис. 80. Положение заместителей I и II рода
Ранее уже отмечалось, что бензол стоек к окислению даже при
действии сильных окислителей. Гомологи бензола с одним боковым
радикалом вступают в реакции окисления только за счет радикала, при этом,
какова бы не была его длина, отщепляется вся цепь, кроме ближайшего
к кольцу атома углерода – создает карбоксильную группу (см. рис. 81).
Рис. 81. Реакция окисления гомологов бензола
В жестких условиях бензол вступает в реакции присоединения (см.
рис. 82). Стирол, C6H5–CH=CH2, как этилен, легко полимеризуется (см. рис.
83). Полистирол – термопластичная пластмасса (термопласт), прозрачный
материал, размягчающийся при температуре выше 80 ˚C. Используется для
изготовления изоляции электропроводов, посуды разового употребления,
упаковочной массы (пенопласт).
73
Рис. 82. Реакция присоединения
Рис. 83. Полимеризация стирола
Получение аренов – ароматизация алифатических и алициклических
углеводородов, содержащихся в нефтяных или буроугольных бензиновых
фракциях:
1. Дегидрирование (см. рис. 84).
2. Дегидроциклизация (см. рис. 85).
3. Тримеризация ацетилена (см. рис. 86). Считается устаревшим способом.
Бензол и его гомологи используются в качестве малополярных
растворителей (для каучука, лаковых смол, полимеров), сырье
в органическом синтезе.
Рис. 84. Процесс дегидрирования
Рис. 85. Процесс дегидроциклизации
Рис. 86. Процесс тримеризации
Контрольные вопросы к разделу 4
1. Углеводороды с групповым названием:
1) алканы;
2) алкадиены;
3) циклоалканы;
4) алкины;
74
5) алкены;
6) арены;
имеют общую формулу:
1) СnН
2n-6
;
2) СnН
2n-6
;
3) СnН
2n+2
;
4) СnН
2n-2
?
2. Длина связи углерод–углерод наибольшая в молекуле:
1) С2Н2;
2) С2Н4;
3) С6Н6;
4) С2Н6?
3. При гидрировании ацетилена могут образовываться:
1) пропилен;
2) этилен;
3) бензол;
4) этан?
4. При взаимодействии 2-бромпропана с натрием образуется:
1) 2,2-диметилбутан;
2) изобутан;
3) гексан;
4) 2-метилпентан?
5. В реакции 3-метилпентана-1 с хлороводородом получают:
1) 3-метил-3-хлорпентан;
2) 3-метил-1,2-дихлорпентан;
3) 3-метил-2-хлорпентан;
4) 3-метил-1-хлорпентан?
6. При действии спиртовым раствором щелочи на 2-хлорпропан
образуется:
1) бутан;
2) пропан;
3) бутен;
4) пропен?
7. Соединение 1,2-дихлорпропан – это продукт хлорирования:
1) пропана;
2) пропена;
3) пропина;
4) пропадиена?
8. Выберите группы веществ, в которых при полимеризации
ароматического углеводорода образуется продукт:
1) [ – С6Н4–СН(СН3) – ]n;
2) [ – CH2–С6Н3(СН3) – ]n;
3) [ – CH2–СН(С6Н5) – ]n;
75
4) [ – СН2–С6Н4–СН2–]n.
9. При нитрировании пропилбензола проходит замещение атомов H
в положениях:
1) 2,3 радикала фенил;
2) 2,4,6 радикала фенил;
3) 2,3 радикала пропил;
4) 1,2,3 радикала пропил?
10. Способы получения бензола – это:
1) дегидрирование циклогексана;
2) дегидрирование и циклизация гексана;
3) тримеризация ацетилена;
4) действие Na на 1,6-цикло-С6Н10Cl2?
11. Органические соединения: – это
1) цис- и транс-1,2-дихлорэтен;
2) пентен-2 и циклопентан;
3) 1,2-диметилэтен и бутен-3;
4) 1,2-дибромпропан и 2,3-дибромбутан;
являются:
1) гомологами;
2) структурными изомерами;
3) пространственными изомерами;
4) одним и тем же веществом?
12. В ряду превращений:
продукты А, Б, В – это, соответственно:
1) толуол;
2) хлорбензол;
3) ацетилен;
4) метан?
13. Углеводород, который обесцвечивает бромную воду, легко
полимеризуется, присоединяет водород и при взаимодействии
с бромоводородом образует бромэтан – это:
1) этилен;
2) ацетилен;
3) этан;
4) пропилен?
14. С помощью бромной воды можно различить:
1) пропан и этан;
2) пропин и этин;
3) ацетилен и дивинил;
4) пропин и пропан?
76
15. Бензол и стирол можно распознать:
1) раствором NaOH;
2) нитрующей смесью;
3) раствором AgNO3;
4) раствором КMnO4;
16. Установите соответствие между формулой углеводорода и его
названием.
17. Процесс, не относящийся к переработке нефти, – это:
1) перегонка;
2) крекинг;
3) риформинг;
4) коксование?
18. При крекинге нефти из октана образуются:
1) бутан;
2) этан;
3) этилен;
4) бутилен?
19. Продукт полимеризации этилена (полиэтилен) отвечает формуле:
1) (СН2)n(–СН=СН–)n;
2) (–СН2–СН2–)n;
3) (СН2=СН2)n?
20. Для промышленного синтеза бутадиенового каучука используют
мономер:
1) CH2=CHCH=CH2;
2) CH2=CH–C=CH;
3) CH3CH=C=CH2;
4) CH2=C(CH3)C=CH?
21. Мономер пластмассы тефлон (политетрафторэтилен) синтезируют
по реакции:
1) замещения СCl2 + F2 >;
2) пиролиза CHClF2;
3) окисления CCl2F2;
4) фторирования С2Н6?
77
РАЗДЕЛ 5. КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИЕ
ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
5.1. Спирты. Простые эфиры. Фенолы
Спирты – производные углеводородов, содержащие
функциональную группу ОН (гидроксил). Спирты, в которых имеется одна
группа ОН, называются одноатомными, а спирты с несколькими группами
ОН – многоатомными. Названия некоторых распространенных спиртов
приведены в таблице 11.
По строению различают первичные, вторичные и третичные
спирты, в зависимости от того, при каком атоме углерода (первичном,
вторичном или третичном) находится группа ОН (см. рис. 87). Одноатомные
спирты – бесцветные жидкости (до Cl2Н25ОН), растворимые в воде.
Простейший спирт – метанол СН3ОН – чрезвычайно ядовит.
С увеличением молярной массы температура кипения спиртов повышается.
Рис. 87. Виды спиртов по строению
Таблица 11
Формула
Систематическое
название
Традиционное
название
CH3OH
C2H5OH
C3H7OH
C4H9OH
C5H11OH
C6H5–CH2OH
CH2OH–CH2OH
CH2OH–CHOH–CH2OH
Метанол
Этанол
Пропанол
Бутанол
Пентанол
Фенилкарбинол
Этандиол-1,2
Пропантриол-1,2,3
Метиловый спирт
Этиловый спирт
Пропиловый спирт
Бутиловый спирт
Амиловый спирт
Бензиловый спирт
Этиленгликоль
Глицерин
Молекулы жидких одноатомных спиртов ROH ассоциированы за счет
водородных связей (см. рис. 88). Эти связи аналогичны водородным связям
в чистой воде. При растворении в воде молекулы ROH образуют
водородные связи с молекулами воды (см. рис. 89).
Рис. 88. Ассоциированные молекулы жидких одноатомных спиртов ROH
78
Рис. 89. Водородные связи молекул ROH c молекулами воды
Водные растворы спиртов ROH имеют нейтральную среду; другими
словами, спирты практически не диссоциируют в водном растворе ни
по кислотному, ни по основному типу.
Химические свойства одноатомных спиртов обусловлены присутствием
в них функциональной группы ОН. Водород группы ОН в спиртах может
замещаться на металл (см. рис. 90). Этанолаты и производные других спиртов
(алкоголяты) легко гидролизуются (см. рис. 91). Группу ОН в спиртах можно
заместить на Cl или Br (см. рис. 92). При действии на спирты водоотнимающих
средств, например концентрированной H2SO4, происходит межмолекулярная
дегидратация (см. рис. 93).
Рис. 90. Реакция замещения водорода на металл
Рис. 91. Гидролиз этанолатов и производных других спиртов
Рис. 92. Замещение группы ОН на Cl или Br
Рис. 93. Процесс межмолекулярной дегидратации
Продукт реакции – диэтиловый эфир (С2Н5)2O – относится к классу
простых эфиров. В более жестких условиях дегидратация становится
внутримолекулярной и образуется соответствующий алкен (см. рис. 94).
Рис. 94. Процесс внутримолекулярной дегидратации
Многоатомные спирты рассмотрим на примере простейших
представителей двух- и трехатомных спиртов (см. рис. 95). При комнатной
79
температуре они представляют из себя бесцветные вязкие жидкости
с температурами кипения 198 и 290 ˚C соответственно, неограниченно
смешиваются с водой. Этиленгликоль ядовит.
Рис. 95. Представители двух- и трехатомных спиртов
Химические свойства многоатомных спиртов подобны свойствам
спиртов ROH. Так, в этиленгликоле одну или две группы ОН можно
заместить на галоген (см. рис. 96).
Рис. 96. Замещение групп ОН на галоген
Кислотные свойства многоатомных спиртов проявляются в том, что
(в отличие от одноатомных спиртов) водород группы ОН замещается
на металл под действием не только металлов, но и гидроксидов металлов
(см. рис. 97). Стрелками в формуле гликолята меди показано образование
ковалентных связей медь – кислород по донорно-акцепторному механизму.
Рис. 97. Замещение водорода под действием гидроксидов металлов
Аналогично реагирует с гидроксидом меди (II) глицерин (см. рис. 98).
Гликолят и глицерат меди (II), имеющие ярко-синюю окраску, позволяют
качественно обнаруживать многоатомные спирты.
Рис. 98. Реакция глицерина с гидроксидом меди (II)
Получение одноатомных спиртов в промышленности – гидратация
алкенов в присутствии катализаторов (H2SO4, Al2O3), причем присоединение
воды к несимметричным алкенам происходит по правилу Марковникова
(см. рис. 99). Способ получения вторичного спирта или присоединение
80
к алкенам СО и Н2 в присутствии кобальтового катализатора –
гидрофоржилирование – способ получения первичного спирта (см. рис. 100).
Рис. 99. Присоединение воды к несимметричным алкенам
Рис. 100. Получение вторичного спирта
В лаборатории (иногда в промышленности) спирты получают
взаимодействием галогенпроизводных углеводородов с водой или водным
раствором щелочи при нагревании (см. рис. 101).
Рис. 101. Получение спиртов в лаборатории
Этанол С2Н5ОН образуется также при спиртовом брожении
сахаристых веществ, например, глюкозы (см. рис. 102). Этиленгликоль
получают в двухстадийном процессе (см. рис. 103, 104).
Рис. 102. Образование этанола при спиртовом брожении глюкозы
Рис. 103. Процесс окисления этилена
Рис. 104. Процесс гидратации этиленоксида
Глицерин ранее получали омылением жиров, современный
трехстадийный способ – постепенное окисление пропена (см. рис. 105).
Спирты используют как сырье в органическом синтезе, в качестве
растворителей (для лаков, красок и т. п.), а также в бумажной,
полиграфической, парфюмерной, фармакологической и пищевой
промышленности.
Рис. 105. Схема постепенного окисления пропена
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]