Химия нефти

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

55.Напишите уравнения реакций, при помощи которых из метана и неорганических реагентов можно получить бутан.

56.Напишите структурные формулы соединений по их названиям: 2-метилпента, 2,5,6-триметилоктан, 3,3-диэтилгексан, 2-метил-4-изопропилнонан. Изобразите структурные формулы изомеров алкана С6Н14 и назовите их.

57.При сгорании алкана массой 3,6 г образуется оксид углерода (IV) объёмом 5,6 л (н.у.). Какой объём кислорода, приведённый к нормальным условиям, потребуется для реакции.

58.Напишите уравнения реакций, которые нужно провести для осуществления следующих превращений:

Al4C3 → CH4 → CH3Br → C2H6 → CO2 → CO → CH4

Укажите условия протекания реакций.

59. Какие из перечисленных ниже соединений являются изомерами:

а) 2-метилгексан; б) 3-метилгептан; в) 3-этилгексан; г) 2,2-диметилгептан; д) 2,4-диметилгексан; е) 2-метилоктан? Дать определение изомеров.

60. Органическое вещество содержит углерод (массовая доля 84,21 %) и водород (15,79 %). Плотность паров вещества по воздуху составляет 3,93. Определите формулу этого вещества.

3.4 Циклоалканы

Циклоалканы – (циклопарафины, полиметилены, цикланы), предельные углеводороды с замкнутой (циклической) углеродной цепью. Их характеристики: 1) общая формула СnH2n; 2) атомы углерода находятся в состоянии sp3-гибридизации; 3) характерны реакции замещения и присоединения.

Гомологический ряд: С3Н6 – циклопропан, С4Н8 – циклобутан и т. д. Изомерия: 1) углеродного скелета; 2) межклассовая (изомерны алкенам);

3) оптическая.

Физические свойства. Низшие циклоалканы – циклопропан и циклобутан – газы, остальные циклоалканы – жидкости или твёрдые вещества, плохо растворимы в воде, легко – в органических растворителях.

Химические свойства. По химическим свойствам циклоалканы, начиная от С5, подобны предельным алифатическим углеводородам; циклопропан по склонности к электрофильному присоединению напоминает непредельные УВ, но пассивнее их.

Получение

1. Циклоалканы содержатся в значительных количествах в нефтях некоторых месторождений (отсюда произошло одно из их названий – нафтены). При переработке нефти выделяют главным образом циклоалканы С5 – С7.

34

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

2. Действие активных металлов на дигалогензамещённые алканы (внутри-

молекулярная реакция Вюрца). Например, для синтеза 1,3-диметилциклопентана следует использовать 1,5-дигалоген-2,4-диметилпентан:

3. Важным промышленным способом получения циклоалканов С5 и С6

является реакция дегидроциклизации алканов.

4. Гидрирование бензола и его гомологов, являющихся продуктами нефтепереработки:

+ 3H2

Задания к разделу «Циклоалканы»

61.Углеводород циклического строения, не имеющий ответвлений в циклической цепи, имеет плотность паров по воздуху 1,931. Массовая доля углерода в этом веществе составляет 85,7 %. Определите формулу углеводорода и напишите его структурную формулу.

62.При сгорании циклоалкана массой 7 г образуется оксид углерода массой 22 г. Какой объём кислорода, измеренный при нормальных условиях, расходуется при этом?

63.Для сжигания некоторого объёма циклопарафина требуется шестикратный объём кислорода. Рассчитайте максимальную массу гидроксида бария, которая может вступить в реакцию с продуктом горения 1 л (н.у.) этого парафина.

64.Определите формулу циклоалкана, на сгорание которого затрачивается объём кислорода в 9 раз больший, чем объём паров циклоалкана. Назовите этот циклоалкан, если известно, что его углеводородный скелет имеет неразветвлённое строение.

65.Составьте уравнения реакций: а) гидрирования циклобутана; б) гидрогалогенирования циклопропана; в) галогенирования циклопропана; г) полного окисления циклопентана.

66.При сгорании 1 л паров циклопарафина получается 6 л углекислого газа. Какой объём кислорода при этом расходуется? (Все объёмы измеряются при одинаковых условиях).

35

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

67.Напишите формулу циклопарафина, при сгорании паров которого получается в 5 раз больший объём оксида углерода (IV), чем объём исходного парафина, измеренный при тех же условиях.

68.Напишите формулу циклопарафина, на сгорание паров которого расходуется в 6 раз больший объём кислорода.

69.Сколько различных циклопарафинов соответствуют молекулярной формуле С5Н10? Изобразите их структурные формулы и напишите названия.

70.Составьте уравнения реакций, при помощи которых можно получить: а) циклобутан из бутана; б) бутан из циклобутана; в) оксид углерода (IV) из циклопропана; г) бензол из гексана.

71.Предельные углеводородыциклопарафиныароматические

углеводороды

дигалогенопроизводные

углеводороды Согласно приведённой схеме, составьте уравнения химических реакций.

72. Напишите структурные формулы соединений:

73. Углеводород А, плотность которого при нормальных условиях равна 2,5 г/л, не обесцвечивает водный раствор перманганата калия, а при взаимодей-

ствии с водородом в присутствии платины даёт смесь двух веществ. Определите структуру А.

74. Напишите структурные формулы соединений:

75. Осуществите превращения по схеме

C6H14 → C6H12Cl2 → C6H12 → C6H6

76.Какой объём воздуха расходуется для полного сжигания смеси циклобутана и бутена объёмом 10 л? Объёмы газов измерены при одинаковых условиях.

77.Циклогексен массой 12,3 г подвергли гидрированию. Продукт гидрирования сожгли, получив оксид углерода (IV) объёмом 13,44 л (н.у.) Определите выход продукта гидрирования, если выход продуктов горения – количественный.

78.Гексахлоран (гексахлорциклогексан) является продуктом реакции присоединения максимального количества хлора к молекуле бензола. Он применяется как ядохимикат для борьбы с вредными насекомыми и с болезнями

36

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

растений, для уничтожения сорняков. Сколько г хлора потребуется для пре-

вращения 39 г бензола в гексахлоран?

79. Два углеводорода А и Б, имеющие циклическое строение, являются соседними членами гомологического ряда. Массовая доля углерода в обоих веществах А и Б составляет 85,71 %. Относительная плотность смеси А и Б по водороду составляет 29,4. Определите формулы углеводородов А и Б. К какому гомологическому ряду они относятся? Изобразите структурные формулы изо-

меров веществ А и Б. Рассчитайте массовые доли газов в их смеси.

3.5 Алкены

Алкены – непредельные или ненасыщенные УВ, которые содержат одну двойную связь. Их характеристики: 1) общая формула СnH2n; 2) атомы углерода при кратной связи находятся в состоянии sp2-гибридизации, угол между связями C–C 120°, длина связи С = С равна 0,134 нм; 3) химически активны, для них характерны реакции электрофильногои радикальногоприсоединения, полимеризации.

Гомологический ряд: С2Н4 – этен, С3Н6 – пропен, СН3СН2СН = СН2

бутен-1 и т. д.

Изомерия: 1) углеродного скелета; 2) положения кратной связи; 3) про-

странственная (цис-транс) изомерия; 4) межклассовая (изомерны циклоалканам); 5) оптическая.

Физические свойства. При обычных условиях С2Н4...С4Н8 – газы, С5Н10…C16H32 – жидкости, с С17Н34 – твёрдые вещества. Не растворяются в воде.

Химические свойства. π-связь менее прочная, чем σ-связь. Она легко разрушается под воздействием различных реагентов, поэтому алкены обладают большей реакционной способностью, чем алканы. Освободившиеся в результате разрыва π-связи валентности углеродных атомов используются для присо-

единения атомов или групп атомов молекулы реагента.

I. Реакции присоединения (AE)

1. Гидрирование (образуются алканы):

37

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

2. Галогенирование (образуются дигалогенпроизводные):

2,3-дибромбутан

Под действием света и повышенной температуре или в присутствии пероксидов галогенирование может носить радикальный характер (AR).

Реакция с бромной водой является качественной реакцией на все непредельные углеводороды, в том числе на алкены.

3. Гидрогалогенирование (образуются моногалогеналканы):

Br

Присоединение галогеноводородов к несимметричным алкенам происходит по правилу В. В. Марковникова: при присоединении веществ типа НХ

(X = Hal, НОН и т. д.) к несимметричным алкенам атом водорода присоединяется к наиболее гидрогенизированному (связанному с большим числом атомов водорода) атому углерода при двойной связи.

При наличии в молекулах непредельных углеводородов заместителей,

проявляющих значительный электроноакцепторный эффект, и в присутствии пероксидов реакция идёт против правила Марковникова.

4. Гидратация (образуются спирты). Протекает согласно правилу Марковникова:

H+ (H2O4 ,H3PO4)

II. Реакции окисления

1. Полное окисление (избыток O2):

to

C2H4 + 3O2 2CO2 + 2H2O

2. Неполное окисление (недостаток О2):

3. Неполное каталитическое окисление в присутствии О2 (образуются эпоксиды):

38

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

4. Неполное окисление под действием окислителей типа КМnО4, К2Сr2О7

(образуются двухатомные спирты).

этандиол–1,2

Реакция с КМnO4 (реакция Е. Е. Вагнера) является качественной на непредельные УВ, в том числе на алкены.

III. Реакции полимеризации

Полимеризацией называется процесс соединения одинаковых молекул

(мономеров), протекающий за счёт разрыва кратных связей, с образованием высокомолекулярного соединения (полимера).

n

где n – степень полимеризации (число молекул мономера).

Получение алкенов. В природе алкены встречаются редко. Основным промышленным источником алкенов служит термический крекинг алканов,

входящих в состав нефти: 1. Крекинг алканов:

to, kat

CnH2n+2 CnH2n + H2

2. Дегидрирование алканов:

В лаборатории:

1. Дегидратация спиртов (t°=170°С, Кt: H2SO4, Н3РO4, А12O3, ZnCl2):

OH H

При дегидратации спиртов атом водорода отщепляется от атома углерода,

связанного с наименьшим числом атомов водорода (правило Зайцева).

39

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

2. Дегидрогалогенирование моногалогеналканов действием твёрдой щё-

лочи или её спиртового раствора. Происходит по правилу Зайцева:

HCl

3.Дегалогенирование дигалогеналканов с атомами галогена у соседних атомов «С» действием Zn или Mg:

Задания к разделу «Алкены»

81.Промышленным способом получения дивинила из нефтяного сырья является дегидрирование бутилена. Составьте уравнение этой реакции.

82.В нефтехимической промышленности получают спирты взаимодей-

ствием воды с непредельными углеводородами. Укажите, какой углеводород может дать этанол и какой – бутанол-2.

83.Сколько изомерных алкенов могут соответствовать эмпирической формуле С5Н10? Напишите структурные формулы этих изомеров и назовите их.

84.Какую массу бромной воды с массовой долей брома 1,6 % может обесцветить пропилен объёмом 1,12 л (н.у.)?

85.Смесь метана и этилена объёмом 400 мл (н.у.) обесцветила бромную воду с массовой долей брома 3,2 % массой 40 г. Определите объёмную долю этилена в смеси.

86.Алкен нормального строения содержит двойную связь при первом уг-

леродном атоме. Образец этого алкена массой 0,7 г присоединил бром массой 1,6 г. Определите формулу алкена и назовите его.

87.Какой объём водорода, измеренный при нормальных условиях, может присоединить смесь газов массой 15,4 г, которая содержит этилен (массовая доля 54,5 %), пропилен (27,3 %) и бутилен (18,2 %)?

88.Приведите не менее трёх химических реакций, в результате которых может быть получен этилен. Укажите необходимые условия протекания реакций.

89.Рассчитайте выход продукта реакции (в % от теоретического), если при взаимодействии 5,6 л этилена (н.у.) с бромом получено 42,3 г 1,2-дибромэтана.

90.Какой объём этилена можно окислить кислородом объёмом 10 л для получения ацетальдегида? Объёмы газов измерены при одинаковых условиях.

40

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

91. Этиленовый углеводород массой 7 г присоединяет 2,24 л (н.у.) бромо-

водорода. Определите молярную массу и строение этого углеводорода, если известно, что он является цис-изомером.

92. Четыре ненасыщенных углеводорода имеют одинаковый состав (по массе): 85,7 % углерода и 14,3 % водорода. Установите формулы этих углево-

дородов, если плотности их паров по воздуху равны 0,97; 1,45; 1,93; 2,41 соответственно.

93.Напишите формулы строения 2-метилбутена-2, 3-этилгептена-3, транс-дихлорэтена, цис-бутена-2.

94.Напишите формулы строения изомерных углеводородов, представляющих собой газы с относительной плотностью по водороду, равной 28? Какие из них обесцвечивают раствор перманганата калия? Составьте уравнения реакций этих углеводородов с бромной водой. Назовите все вещества.

95.Углеводород относится к гомологическому ряду этилена. Напишите его формулу строения, зная, что 0,21 г его присоединяет 0,80 г брома.

96.При пропускании смеси этилена с метаном через склянку с бромом масса склянки увеличилась на 8 г. Вычислите объём прореагировавшего газа.

97.Чтобы очистить от примеси гексана гомолог этилена состава С6Н12, у которого двойная связь делит молекулу на 2 симметричные части, его обрабо-

тали бромом, затем перегонкой освободили продукт реакции от гексана и, наконец, этот продукт нагрели с цинком. Объясните сущность этого способа очистки соответствующими уравнениями реакций.

98.Какой объём этилена должен вступить в реакцию с водородом, чтобы образовалось 3 г этана?

99.Напишите формулу строения вещества, образующегося в результате присоединения брома : а) к пропилену; б) изобутилену.

100.Поясните правило Марковникова на примере реакции присоединения хлорида иода JCl к 2-метилпропену.

3.6 Алкадиены

Алкадиены – непредельные или ненасыщенные УВ, которые содержат две двойные связи. Существуют три класса диенов: 1) аллены – диены с куму-

лированными связями, замещённые производные пропадиена-1,2 H2C=C=CH2; 2) сопряжённые диены или 1,3-диены – замещённые производные бутадиена- 1,3 CH2=CH–CH=CH2; 3) изолированные диены, в которых двойные связи располагаются через две и более простых связи С–С.

41

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Соединения с чередующимся расположением двойных связей отличаются по свойствам как от алкенов, так и от других типов алкадиенов. Особенности химического поведения этих соединений объясняются наличием сопряжения.

Сопряжение – образование единого электронного облака в результате взаимодействия негибридизованных р-орбиталей в молекуле с чередующимися двой-

ными и одинарными связями.

Экспериментально установлено расположение всех атомов углерода в одной плоскости, определены межатомные расстояния. Оказалось, что длина связи между углеродными атомами (в нм) такова:

.... .... ....

CH2 CH .. CH CH2

0,136HM 0,146HM 0,136HM

Крайние связи (C1—С2 и С3—С4) имеют несколько большую длину, чем двойная связь в этилене (0,132 нм), центральная связь С2—С3 короче простой связи О—С (0,154 нм).

Гомологический ряд алкадиенов:С3Н4 – пропадиен, С4Н6– бутадиен и т.д.

Изомерия: 1) углеродного скелета; 2) положения кратных связей; 3) межклассовая (изомерны алкинам); 4) пространственная (цис-транс) изомерия; 5) оптическая.

Физические свойства. Бутадиен – газ (tкип = 4,5°С), изопрен (2-метилбу-

тадиен-1,4) – жидкость, кипящая при 34°С, диметилбутадиен – жидкость, кипящая при 70°C. Изопрен и другие диеновые углеводороды способны полиме-

ризоваться в каучук.

Химические свойства. Диены, содержащие в молекуле несопряжённые

(изолированные) двойные связи, ведут себя как обычные алкены. В то же время диены с сопряжёнными двойными связями обладают высокой реакционной способностью и отличаются рядом особенностей. Однако для тех и других характерны прежде всего реакции присоединения.

I. Реакции присоединения (AE)

Бромная вода обесцвечивается.

В жёстких условиях реакции присоединения протекают по радикальному механизму.

Алкадиены присоединяют реагент (НОН, ННаl, Hal2, H2 и т. д.) не только по одной из двойных связей (1,2-присоединение), но и к крайним связям со-

пряжённой системы (1,4-присоединение) с перемещением двойной связи к середине цепи (образуется смесь изомеров).

42

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

II. Реакции полимеризации

nСН2=СН–СН=СН2 → (–СН2–СН=СН–СН2–)n бутадиеновый каучук

1. Получение алакадиенов:

1) дегидрирование и дегидратация этанола (реакция Лебедева):

t, А12О3; ZnO

2. Получение изопрена:

t, Cr2O3

СН3–СН2–СН(CН3)–СН3 СН2=СН–С(СН3)=СН2 + 2Н2

Задания к разделу «Алкадиены»

101. При гидрировании бутадиена-1,3 массой 8,1 г получили смесь бу-

тана и бутена-1. При пропускании этой смеси через раствор брома образовался 1,2-бромбутан массой 10,8 г. Определите массовые доли углеводородов

вполученной смеси.

102.Напишите структурные формулы соединений по их названиям: 2,3-диметилбутадиен-1,3; 2-метилбутадиен-1,3; пентадиен-2,3; 2-хлорбутадиен-1,3.

103.Назовите по систематической номенклатуре следующие диеновые углеводороды:

а) Н2С = СН – СН2 – СН – СН = СН – СН3

│

СН3

б) Н3С – СН = СН – С = С – СН3

│ │

Н3С СН3

СН3 СН3

││

в) Н3С – С – СН = СН – С – СН = СН2

││

СН3 СН3 г) СН3 – СН = С = СН – СН2 – СН3

43