методичка 2

следующих углеводородов: а) бутен-1; б) 2-метилбутен-2; в) пентен-2.

18.Написать реакцию гидратации углеводородов: а) 2-метилгексен-1; б) бутен-2; в) 3-метилпентен-2.

19.Написать реакцию присоединения к следующим углеводородам:

а) 2-метилбутен-1; б) 2-метилбутен-2. В какой из этих реакций не имеет значение правило Марковникова?

20.Дихлорэтан применяется в сельском хозяйстве для обеззараживания зернохранилищ. Рассчитайте, сколько молей дихлорэтана потребуется для обеззараживания помещения объёмом 500м3, если на каждый кубометр расходуется 300г этого вещества.

Ацетиленовые углеводороды (алкины)

Ацетиленовые углеводороды содержат в молекуле одну тройную связь между атомами углерода. Их общая формула СnH2n-2. Для ацетиленовых углеводородов характерна структурная изомерия, т.е. изомерия углеродной цепи и изомерия положения тройной связи.

По международной номенклатуре ацетиленовые углеводороды называют алкинами. Каждый член гомологического ряда ацетиленовых углеводородов называют в соответствии с числом углеродных атомов и добавляют окончание

-ин.

Принцип построения названий изомеров тот же, что и у алкенов. При составлении названия выбор главной цепи и начало нумерации определяет тройная связь.

При изучении химических свойств алкинов обратить внимание, что типы реакций для них характерны те же, что и у алкенов: присоединение, окисление

иполимеризация.

Уалкинов следует обратить внимание на своеобразие реакции присоединения воды (гидратация), которая впервые была проведена М.Г.Кучеровым, поэтому называется реакцией Кучерова. Студента должны разобраться в механизме этой реакции. Большое значение имеют реакции присоединения к ацетилену синильной кислоты, спиртов, карбоновых кислот, альдегидов, кетонов, т.к. продукты этих реакций используются в народном хозяйстве.

В отличие от алкенов, для алкинов характерна реакция замещения атома водорода, находящегося у тройной связи, на металлы.

Ди- и полиеновые углеводороды

Диеновыми углеводородами называются углеводороды с двумя двойными связями. Их общая формула СnН2n–2. Название диеновых углеводородов по систематической номенклатуре образуется от названия

11

соответствующего предельного углеводорода с добавлением окончания -диен. Цифрами указывают положение двойных связей.

При изучении диеновых углеводородов следует обратить внимание на изомерию ненасыщенных связей. В зависимости от местоположения двойных связей, диеновые углеводороды подразделяются на углеводороды с кумулированными связями (две двойные связи расположены у одного атома углерода), сопряженными (две двойные связи разделены одной одинарной), изолированными (двойные связи разделены двумя и более одинарными связями). Кроме изомерии положения ненасыщенных связей у диеновых углеводородов имеет место и изомерия углеродной цепи.

При изучении химических свойств диеновых углеводородов студенты должны обратить внимание на свойства сопряженных диенов, т.к. эти соединения широко используются в народном хозяйстве для получения каучука.

Вопросы для самостоятельной работы

1.Указать тип гибридизации орбиталей в ацетиленовых углеводородах. Чем образованы σ- связи и сколько их в пропине?

2.Назвать по международной номенклатуре следующие углеводороды:

3.Какая реакция лежит в основе промышленного способа получения ацетилена?

4.Написать уравнения реакции между 1,1-дибром-3-метилбутаном и избытком спиртового раствора щелочи. Назвать полученное соединение.

5.Какой ацетиленовый углеводород может быть получен из 3,4- диметилпентена-1?

6.Получить любым способом 3-метилпентин-1 и написать для него уравнения реакций с:

а) водой (в условиях реакции Кучерова); б) аммиачным раствором оксида серебра.

7.Написать химические реакции пропина со следующими веществами: а) НВr; б) Na. Назвать полученные соединения.

12

8.Указать, какими реакциями можно отличить друг от друга 3 углеводорода (пропан, пропен, пропин). Написать схемы реакций.

9.Написать реакции гидратации для этина и бутина-1.

10.Получить из соответствующего дигалогенпроизводного изопропилацетилен. Написать для него уравнения реакции с избытком бромистого водорода. Назвать полученное соединение.

11.Классификация диеновых углеводородов. Электронное строение бутадиена-1,3.

12.Как отражаются особенности строения соединений с сопряженными двойными связями на химических свойствах соединений? Привести пример. 13.Написать уравнения реакции для 3-метилпентадиена-1,3 и 3-метилпентина-1 со следующими веществами: а) НСl; б) Вr2. Назвать полученные соединения. 14.Написать реакцию полимеризации изопрена (2-метилбутадиен-1,3) . Назвать полученный полимер.

15.Реакция получения бутадиенового синтетического каучука по способу Лебедева.

16.Реакция синтетического хлорпренового каучука.

17.Написать реакцию бромирования 2-метилпентадиена-1,4. Назвать полученное соединение.

18.Получить дивинил по способу Лебедева. Написать для дивинила реакции гидрирования, бромирования и гидратации.

19.Напишите уравнение реакции сополимеризации бутадиена – 1,3 со стиролом.

20.Вулканизация каучука связана с взаимодействием серы с молекулами каучука. Приведите схему реакции. Чем отличается каучук от резины?

Ароматические углеводороды (арены)

Из углеводородов с замкнутой цепью углеродных атомов следует обратить внимание на ароматические углеводороды, представителем которых является бензол С6Н6. По составу и строению бензол является непредельным углеводородом и логически должен проявлять все свойства непредельных соединений, например, легко вступать в реакцию присоединения и легко окисляться.

Однако в действительности бензол не проявляет в обычных условиях этих свойств. Кроме того, он вступает в ряд специфических реакций: например, в отличие от углеводородов жирного ряда он легче реагирует с азотной кислотой (нитруется) и серной (сульфируется).

При реакциях замещения у гомологов бензола необходимо обращать внимание на то, что каждый заместитель в бензольном ядре обладает определенными направляющими или ориентирующими действиями. Все

заместители по характеру своего направляющего действия делятся на две группы:

- заместители первого рода в реакциях электрофильного замещения направляют последующие вводимые группы в орто- и параположения, так как

13

эти заместители повышают электронную плотность бензольного кольца, особенно электронная плотность повышается у атомов углерода в орто- и параположениях к заместителю. К заместителям этой группы относятся -

N(СН3)2, -NН2, -ОН, -СН3 и другие алкилы,- С1, - Вг ,- I;

- заместители второго рода обычно вообще затрудняют реакции замещения. Особенно затруднено замещение в орто- и параположениях и относительно легче происходит замещение в метаположении. Заместители второго рода являются электроноакцепторами, т.е. электронные облака бензольного кольца смещаются в сторону этих групп, что приводит к меньшей активности атомов водорода. К заместителям этого рода относятся : — NО2,

—СN, —SО3Н, —С = О, —СООН.

\

H

Многоядерными ароматическими соединениями называют вещества,

содержащие в молекуле два или несколько бензольных ядер, связанных между собой углерод — углеродной связью. Различают соединения с изолированными и конденсированными бензольными ядрами.

Простейшим представителем соединений с изолированными бензольными циклами является бифенил, а соединения с конденсированными - нафталин, антрацен, фенантрен. Особый интерес представляют производные фенантрена, имеющие физиологическое значение, — это стероиды, половые гормоны, витамин D и т. д.

Вопросы для самостоятельной работы

1.Классификация ароматических углеводородов.

2.Написать формулы изомеров ксилола.

3. Какие типы реакций характерны для ароматических углеводородов?

4.На какие группы делятся заместители по характеру своего направляющего действия?

5.Написать уравнения реакций нитрования и бромирования бензола.

6.Что такое гексахлоран, как он получается и где применяется?

7.Получить бензол из циклогексана, из бензойной кислоты.

8.Какие ароматические углеводороды образуются при пропускании через раскаленные трубки: а) ацетилена, б) метилацетилена, в) диметилацетилена?

9.Написать уравнения реакций каталитической ароматизации гексана, гептана, октана.

10.Какой гомолог бензола получится при нагревании ацетона с

концентрированной Н2SO4?

11.Написать уравнения реакций взаимодействия бензола (в присутствии АlCl3) со следующими веществами: хлористым метилом, хлористым этилом, первичным хлористым пропилом, вторичным хлористым пропилом, хлористым бензилом.

12.Какие соединения образуются при нагревании толуола, этилбензола в присутствии АlCl3 и НСl?

14

13.Написать реакции получения пропилбензола, бутилбензола по реакции Вюрца-Фиттига.

14.Написать уравнения реакций взаимодействия бензола с хлором в присутствии катализатора (FeCl3), при нагревании или облучении ультрафиолетовым светом (в отсутствии кислорода).

15.Сравните отношение бензола, циклогексана, циклогексена и циклогексадиена к действию брома, к действию окислителей.

16.Получить этилбензол из бензола: а) используя реакцию Вюрца-Фиттига; б) по реакции Фриделя-Крафтса.

17.Написать структурную формулу углеводорода С8Н10, который при окислении образует бензойную кислоту.

18.Написать структурные формулы углеводородов состава С9Н12, которые при окислении дают бензойную кислоту. Синтезировать эти углеводороды из бензола.

19.Какие вещества получатся при монохлорировании на свету:1)толуола, 2)этилбензола, 3)изопропилбензола? Напишите уравнения реакций и назовите полученные соединения.

20.Гексахлорциклогексан (гексахлоран) используется в сельском хозяйстве как гербицид. Составьте схему реакции его получения из бензола. Укажите условия её протекания.

Тема 2. КИСЛОРОДОСОДЕРЖАЩИЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ

К числу кислородосодержащих органических соединений, состоящих из атомов углерода, водорода и кислорода, относятся спирты, фенолы, альдегиды, простые и сложные эфиры, карбоновые кислоты и др. Их химические свойства определяются наличием функциональных групп.

Для каждого класса соединений необходимо знать функциональную группу, номенклатуру, изомерию, основные способы получения, химические свойства. Понимать взаимное влияние атомов в молекуле, генетическую связь между органическими соединениями.

Спирты. Простые эфиры. Сложные эфиры

Спирты являются производными углеводородов, в молекуле которых один или несколько атомов водорода замещены гидроксильными группами — ОН.

По систематической номенклатуре название спиртов складывается из названия соответствующих углеводородов, и окончания –ол. Цифрой указано местоположение гидроксила.

При изучении спиртов следует обратить внимание на изомерию, которая зависит от разветвления углеродной цепи и от положения гидроксила. В зависимости от положения гидроксила различают первичные, вторичные и третичные спирты, а по количеству спиртовых групп они подразделяются на

15

одноатомные (алкоголи), двухатомные (гликоли), трех-, четырех-, пяти-, шестиатомные и т. д.

Некоторые свойства спиртов зависят от положения гидроксильной группы (например, их отношения к окислению) и от числа гидроксильных групп в молекуле спирта (например, взаимодействие с гидроксидом меди).

Спирты не обладают ярко выраженными кислотными или основными свойствами, но алкильный радикал в молекуле спирта вызывает смещение электронной плотности к атому кислорода. Диссоциация связи С—ОН проходит в большей степени, чем диссоциация связи О—Н, поэтому легче идут реакции замещения гидроксила.

При изучении химических свойств необходимо обратить серьезное внимание на реакцию окисления первичных и вто(ричных спиртов, реакцию образования алкоголятов, гликолятов, глицератов, сахаратов, также на получение простых и сложных эфиров.

Наряду с этим надо иметь в виду, что химический характер соединения определяется не только реакциями той группы, которая характеризует данный класс органических веществ, но и реакциями связанного с ней радикала. Этим объясняется различие в химических свойствах предельных и непредельных спиртов жирного ряда.

Эфиры можно рассматривать как ангидриды спиртов. Нужно изучить способы получения, номенклатуру и химические свойства их. Уяснить, что простые эфиры - довольно устойчивые соединения и в отличие от сложных эфиров они в обычных условиях не омыляются. Из отдельных представителей наибольшее значение имеет диэтиловый эфир.

Сложные эфиры. Большое значение при изучении эфиров необходимо уделить также сложным эфирам и в первую очередь эфиру, образованному трехатомным спиртом глицерином и высшими жирными кислотами (нейтральный жир).

Вопросы для самостоятельной работы

1.Какие вещества называются спиртами? Указать их классификацию в зависимости от количества гидроксильных групп; привести примеры и дать им названия.

2.Написать формулы первых пяти представителей гомологического ряда предельных одноатомных спиртов, назвать их и указать, с какого представителя начинается изомерия.

3.Привести примеры первичных, вторичных, третичных спиртов и объяснить, чем они отличаются друг от друга.

4.Написать структурные формулы бутанол-1, бутанол-2.

5.Написать уравнения реакций окисления первичного и вторичного спиртов.

6.Написать уравнение реакции образования эфира из пропанол-2 и бутанол-1.

7.Написать уравнения реакций получения алкоголята, гликолята, глицерата.

8.Написать уравнение реакции взаимодействия уксусной кислоты с этиловым спиртом. Дать название образующемуся веществу.

16

9. Какие соединения называются тиоспиртами (меркаптанами)?

10.Написать уравнение реакции взаимодействия метантиола с NaOH.

11.Какие спирты образуются в результате щелочного гидролиза 2-бромпропана; йодистого изопропила; хлористого изобутила; этиленхлоргидрина; 1,4-дибромбутана? Назвать полученные соединения.

12 Как получить 2-метилбутанол-2 из 2-метилбутена-2?

13. Гидратацией каких этиленовых углеводородов можно получить следующие спирты: изопропиловый, третбутиловый, 2-метилбутанол-3? Написать уравнения реакций гидратации в присутствии серной кислоты.

14.Написать структурные формулы простых эфиров общей формулы С4Н10О. Назвать их.

15.Написать уравнения реакций получения этилпропилового эфира всеми известными способами.

16.Написать уравнения реакций, лежащих в основе получения диэтилового (серного) эфира методом дегидратации этилового спирта при помощи серной кислоты.

17.Представить схему реакции этиленгликоля с гидроксидом меди (II). 18.Написать структурные формулы изомерных вторичных спиртов: 1)С6Н13ОН,

2)С5Н11ОН и назвать их по международной номенклатуре.

19.Приведите структурные формулы первичного, вторичного и третичного спиртов, имеющих формулу С6Н13ОН, дайте им названия.

20.Метиловый (древесный) спирт, попадая в организм окисляется до формальдегида . Составьте уравнение реакции.

Фенолы

Фенолами называются производные ароматических углеводородов, в молекуле которых один или несколько атомов водорода в ароматическом кольце замещены гидроксильными группами. В зависимости от количества гидроксильных групп различают фенолы: одноатомные, двухатомные и трехатомные.

Необходимо уяснить различие между ароматическими спиртами и фенолами. Для них характерна одна и та же функциональная группа - ОН, но в ароматических спиртах она находится в боковой цепи углеродных атомов, а в фенолах - в ядре. Кроме различия в строении следует уяснить различие спиртов и фенолов в характере химических реакций. Различие это, с одной стороны, обусловлено электроотрицательным характером фенильного радикала, который придает фенолу кислые свойства. Поэтому фенолы взаимодействуют с щелочами, а ароматические спирты этой реакции не дают, так как являются нейтральными соединениями.

С другой стороны, характерным для фенолов является то, что под влиянием гидроксильной группы атомы водорода в бензольном ядре в орто- и параположениях приобретают большую подвижность и большую способность к реакциям замещения. Бензол при обычных условиях с бромом не реагирует, но в

17

фенолах при тех же условиях под влиянием гидроксильной группы водородные атомы легко замещаются на галогены.

Наряду с одноатомным фенолом нужно также разобраться в строении двух- и трехатомных фенолов. Следует уяснить изомерию двухатомных (орто-, мета-, параизомер) и трехатомных фенолов (рядовой, несимметричный, симметричный), знать их cвойства.

Вопросы для самостоятельной работы

1.В чем различие в строении и химических свойствах фенолов и ароматических спиртов?

2.Написать все изомеры двухатомного фенола и уравнение реакции восстановления хинона в гидрохинон.

3.Написать все изомеры трехатомного фенола.

4.Какие химические реакции свойственны одноатомным фенолам? Какие производные фенола применяются в сельском хозяйстве?

5.В чем выражается взаимное влияние гидроксила и бензольного ядра в молекуле фенола?

6.Написать структурные формулы всех изомерных ароматических соединений общей формулы С7Н8О и назвать их.

7.Написать уравнения реакций, на которых основаны технические методы получения фенола.

8.Написать структурные формулы следующих соединений: м- крезола; 2,4,6- трибромфенола; о-нитрофенола; фенол-2,4-дисульфокислоты; пикриновой кислоты.

9.Написать уравнения реакций взаимодействия фенола со следующими веществами: едким натром (в водном растворе), уксусным ангидридом, бромной водой, азотной кислотой, серной кислотой, азотистой кислотой.

10.Какие соединения образуются при действии на фенолят натрия йодистым метилом; диметилсульфатом? Написать уравнения этих реакций.

Альдегиды. Кетоны

Альдегидами называются производные углеводородов, в молекуле которых атом водорода замещен альдегидной группой: -СНО

Общая формула альдегидов R – CНО

Кетоны – это соединения, в молекуле которых карбонильная группа

–С– связана с двумя углеводородными радикалами.

||

О.

Общая формула R – C – R

||

О

18

Таким образом, как альдегиды, так и кетоны характеризуются наличием карбонильной группы, но отличаются различным ее местоположением. Надо знать, что электронное строение двойной связи карбонильной группы характеризуется наличием одной σ-связи и одной π-связи, эта двойная связь соединяет атом углерода с электроотрицательным атомом кислорода, сильно притягивающим электроны, поэтому эта связь сильно поляризована. Наличие в карбонильной группе альдегидов и кетонов сильно поляризованной двойной связи является причиной реакционной способности этих соединений.

Наиболее характерны для альдегидов и кетонов реакции присоединения, которые нужно уметь написать. Следует сопоставить химические свойства альдегидов и кетонов, указать реакции, отличающие эти два вида соединений, знать, какие реакции свойственны альдегидам, какие кетонам: как протекают у них реакции полимеризации и конденсации, как и какие продукты получаются при окислении. Обратить внимание на подвижность водорода при углеродном атоме, т. е. углероде, непосредственно связанном с карбонильной группой.

Вопросы для самостоятельной работы

1.Написать структурные формулы следующих соединений: а) изоамиловый альдегид; б) метилизопропилкетон; в)2-метилпенталь; г) 2,2,6-триметилгептанон-4.

2.В чем основное отличие электронной структуры двойной связи в карбонильной группе от двойной углерод-углеродной связи в этилене? 3.Написать реакции гидролиза следующих дигалогенпроизводных:

4.Какие соединения получатся при сухой перегонке кальциевых солей смесей следующих кислот:

19

5.Какое соединение получится при каталитическом дегидрировании вторичного бутилового спирта?

6.Написать реакцию гидратации следующих ацетиленовых углеводородов: ацетилена, пропина, бутина-2.

7.Какие карбонильные соединения получатся при окислении следующих спиртов: бутанола-1, бутанола-2, 2-метилбутанола-1?

10.Написать реакции «серебряного» и «медного» зеркала для масляного альдегида.

11.Реакция альдольной конденсации пропионового альдегида.

12.Написать уравнения реакций бутаналя с: а) НСN; б)NaHSO3; в)PCl5; г) Н2. 13.Написать уравнения реакций окисления диэтилкетона и уксусного альдегида.

14.Уравнение реакции альдольной конденсации шести молекул муравьиного альдегида (реакция Бутлерова А.М.)

15.Используя в качестве исходного вещества толуол, получить бензойный альдегид и написать для него реакции с синильной кислотой, хлором. 16.Уравнение реакции кротоновой конденсации уксусного альдегида. 17.Формула акролеина. Указать качественные реакции, с помощью которых можно указать наличие в нем двойной связи между углеродными атомами. 18.Реакция окисления акролеина перманганатом калия.

19.Реакция окисления бутанона-2.

20.Написать схему следующих превращений:

Н

20