непредельные углеводороды. !!!!!!!!непред.углевод. Непредельные углеводороды
 Скачать 0.9 Mb.
|
Непредельные углеводороды.Непредельные, или ненасыщенные, УВ содержат кратные углерод- углеродные связи (>C=C<, -CΞC-) Непредельными называются углеводороды, в молекулах которых имеются атомы углерода, связанные между собой двойными или тройными связями. Их также называют ненасыщенными углеводородами, так как их молекулы имеют меньшее число атомов водорода, чем насыщенные. Непредельные углеводороды:Алкены. Алкадиены. Алкины. Алкены Определение алкенов Изомерия Номенклатура Химические свойства Получение Применение Физические свойства Назад Алкены ( олефины, этиленовые УВ) CnH2n, n>2Алкены – это УВ, в молекулах которых два атома углерода находятся в состоянии Sp²-гибридизации и связаны друг с другом двойной связью. Длина связи С=С в алкенах равна 0,134 нм. Назад ИзомерияДля алкенов возможны 4 типа изомерии: Изомерия углеродной цепи Изомерия положения двойной связи Цис,- транс- изомерия Классов соединений (циклоалканы) Назад НоменклатураCnH2n ан -- ен или илен В качестве главной выбирают цепь, включающую двойную связь, даже если она не самая длинная. Нумерация с того конца, к которому ближе двойная связь Положение = связи указывают в конце, номером атома углерода, после которого она находится. В начале названия – положение боковых цепей. Исключение: пентан - пентен или амилен Радикалы СН2=СН- винил СН2=СН-СН2- аллил Назад Физические свойства
С5-С16 жидкости, С>19 твердые, р<1 г/см , мало растворимы в воде, Ткип.(н)>Tкип.(разв.) Ткип.(цис)>Tкип.(транс) Назад Химические свойстваАктивны из-за наличия непрочной π- связи Характерны реакции присоединения Гидрирование( присоединение водорода) СН3-СН=СН2 +Н2→ CH3-CH2-CH3(кат.Ni) пропен пропан Галогенирование( +Hal2 ) СН3-СН=СН2 +Br2 → CH3-CHBr-CH2Br пропен 1,2- дибромпропан качественная реакция Гидрогалогенирование( +HHal) CH2=CH2 + HCl→ CH3 – CH2Cl этен хлорэтан Присоединение галогенводородов к несимметричным алкенам происходит по правилу В.В. Марковникова Правило Марковникова !!! При присоединении полярных молекул (НHal, H2O) к несимметричным алкенам атом водорода присоединяется к атому углерода у кратной связи, связанному с большим числом атомов водорода. CH3-CH=CH2 +HBr →CH3-CHBr-CH3 пропен 2-бромпропан Гидратация (+Н2О) происходит по правилу Марковникова СН2=СН2 +Н2О →СН3-СН2ОН (в кислой среде при нагревании) этанол (первичный спирт) СН2=СН-СН2-СН3+Н2О→СН3-СНОН-СН2-СН3 бутен-1 бутанол-2 ( вторичный спирт ) II. Реакция окисления Горение: а) полное ( избыток О2) С2Н4 +3О2 → 2СО2 +2Н2О б) неполное( недостаток кислорода) C2H4 +2O2→2CO + 2H2O C2H4 + O2→2C +2H2O в)под действием окислителей типа KMnO4, K2Cr2O7 CH2=CH2 + ( O ) + H2O----- CH2 – CH2 l l OH OH !!! качественная реакция алкилирование (присоединение алканов) кат.AlCl3, AlBr3, HF, H2SO4 CH2=CH2+ CH3-CH2-CH3→-CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 и СH3-CH2-CH-CH3 l пентан CH3 2-метилбутан III.Реакции полимеризации.Процесс полимеризации алкенов открыт А.М.Бутлеровым. Полимеризацией называется процесс соединения одинаковых молекул (мономеров), протекающий за счет разрыва кратных связей, с образованием высокомолекулярного соединения (полимера) Условия t, P, kat. n CH2=CH2 → (-CH2-CH2-) n мономер (этилен) полимер ( полиэтилен) Назад Исследования выдающегося русского химика Владимира Васильевича Марковникова явились блестящим подтверждением теории химического строения его учителя, А.М. Бутлерова. Результаты этих исследований послужили основой учения о взаимном влиянии атомов как одного из главных положений теории химического строения. В 1869 г. В.В. Марковников защитил докторскую диссертацию на тему « Материалы по вопросу о взаимном влиянии атомов в химических соединениях». !!! Реакция Вагнера. !Реакцию окисления олефинов водным раствором перманганата калия открыл в 1888 г. русский химик с немецкой фамилией – Егор Егорович Вагнер. С помощью этой качественной реакции Е.Е. Вагнер доказал непредельный характер некоторых природных соединений: терпенов, лимонена, скипидара. С тех пор этот процесс носит имя ученого – реакция Вагнера. Получение алкенов.1)Крекинг нефтепродуктов С16Н34 --- С8Н18 + С8Н16( t ) 2) Дегидрирование алканов ( де + гидр + ирование= удалять +водород + + действие) CnH2n+2 → CnH2n + H2 ( t, kat.) Отщепление водорода. 3) Гидрирование алкинов CnH2n-2+ H2 → CnH2n ( kat. Ni, Pt ) 4)Дегидратация спиртов (t, kat:H2SO4, H3PO4, Al2O3, ZnCl2) CH3-CH2OH →CH2=CH2 +H2O (170 , Н2SO4 конц.) При дегидратации спиртов атом водорода отщепляется от атома углерода, связанного с наименьшим числом атомов водорода (правило А.М. Зайцева). !!! 5) Дегидрогалогенирование моногалогеналканов (-HHal) действием твердой щелочи или ее спиртового раствора. Происходит по правилу Зайцева: СН3-СН2-С(СН3)Cl-CH3 + KOH→CH3-CH=C(CH3)-CH3 + 2-метил-2-хлорбутан 2-метилбутен-2 KCl + H2O !!!! 6) Дегалогенирование (-2Наl) дигалогеналканов с атомами галогена у соседних атомов «С»действием Z n или Mq. CH3-CH2-CHBr-CHBr-CH3 + Zn →CH3-CH2-CH=CH-CH3 +ZnBr2 2,3-дибромпентан пентен-2 Вместо цинка может быть использован натрий или магний. Назад Применение алкенов
Правило ЗайцеваЭта закономерность открыта в 1875 г. выдающимся русским химиком, учеником и тезкой А.М. Бутлерова Александром Михайловичем Зайцевым и носит название правило Зайцева. Реакция дегидратации – полная аналогия реакции дегидрогалогенирования. Де+ гидро +галоген + ирование = удалять + водород+ галоген + (действие). Отщепление галогеноводорода. Дегидратация отщепление воды. Алкены.Назовите по систематической номенклатуре: СН2=СН-С(СН3)2СН3 а) 3,3 –диметилбутен-2, б) 2-диметилбутен -3, в) 2,2- диметилбутен -3, г) 3,3- диметилбутен-1 Бромэтан может быть превращен в этилен: а) взаимодействием с натрием б)взаимодействием со спиртовым раствором щелочи в) нагреванием с серной кислотой г) взаимодействием с водородом Реакция присоединения воды называется а)гидрирования б) дегидратация в) гидратация г) дегидрирования Какие вещества,названия которых приведены ниже, являются между собой гомологами? а) этен б) 2-метилпропен в) 1,2- дихлорпропен г) 1-хлорпропен Укажите названия алкенов, для которых возможна геометрическая изомерия: а) 1,1-дихлорэтен б) 1,2-дихлорэтен в) винилхлорид г) бутен -2 Укажите значение относительной молекулярной массы для алкена с 6-ю атомами углерода в молекуле: а) 86 б) 84 в) 82 г) 80 Укажите типы реакций, в которые может вступать пропен: а) полимеризации б) гидратации в) гидрирования г ) окисления В отличие от пропана пропен реагирует а) бромом б) бромной водой в) водой г) водородом Алкадиены Понятие алкадиенов Классификация Изомерия и номенклатура Химические свойства Получение Назад Диеновые углеводороды (алкадиены)Диеновые УВ (алкадиены) – это УВ, в молекулах которых между атомами углерода имеются две двойные связи. Общая формула: CnH2n-2 , где n>3 Назад КлассификацияДиены с кумулированными связями Две двойные связи находятся у одного атома углерода СН2=С=СН2 пропадиен (аллен) Диены с сопряженными связями Двойные связи разделены одной одинарной связью СН2=СН-СН=СН2 бутадиен-1,3 Диены с изолированными связями Двойные связи разделены двумя или более одинарными связями СН2=СН-СН2-СН=СН2 пентадиен-1,4 Назад Изомерия и номенклатура1)Структурная изомерия цепи СН3-СН=СН-СН=СН-СН3 гексадиен-2,4 СН3-СН=С(СН3)-СН=СН2 3 -метилпентадиен-1,3 2)Структурная изомерия взаимного положения двойных связей СН2=СН-СН2-СН=СН-СН3 гексадиен-1,4 СН2=СН-СН2-СН2-СН=СН2 гексадиен-1,5 3) Пространственная изомерия 4) Межклассовая изомерия СН=С-СН2-СН2-СН2-СН3 гексин-1 и его изомеры Изомерия и номенклатура диенов на примере диенового углеводорода с эмпирической формулой С6Н10 Назад цис-3-метилпентадиен- 1,3 транс-3-метилпентадиен- 1,3 Химические свойства1) Реакции присоединения: а) галогенирование СН2=СН-СН=СН2+Br2(H2O)→CH2Br-CH=CH-CH2Br+ бутадиен-1,3 1,4-дибромбутен-2 + Br2(H20)→CH2Br-CHBr-CHBr-CH2Br 1,2,3,4-тетрабромбутан Бромная вода обесцвечивается. Присоединение идет в положение 1 и 4, а между атомами 2 и 3 образуется новая двойная связь. б) гидрогалогенирование СН2=СН-СН=СН2 +НCl →CH3-CH=CH-CH2Cl бутадиен-1,3 1-хлорбутен -2 в)гидрирование ( +Н2) СН2=СН-СН=СН2 +Н2 →СН3-СН=СН-СН3 бутадиен -1,3 бутен-2 2) Полимеризация СН2=СН-СН=СН2 → (-СН2-СН=СН-СН2-)n полибутадиен (бутадиеновый каучук) Назад Получение алкадиенов1)Каталитическое дегидрирование а) алканов СН3-СН2-СН2 –СН3 →СН2=СН-СН=СН2 +2Н2 (условия: Cr2O3/Al2O3,700) б)алкенов СН2=СН-СН2-СН3-→ СН2=СН-СН=СН2 + Н2 2) По способу Лебедева. 2С2Н5ОН →СН2=СН-СН=СН2+2Н2О+Н2 !!! Назад В начале ХХ в. в связи с резким подорожанием натурального каучука возникла острая необходимость в разработке доступного и экономичного способа получения диенов. В 1926 г. в Советском Союзе был объявлен конкурс на лучший способ получения синтетического каучука. Сроки и условия конкурса были достаточно жесткими. Победителем оказалась группа химиков под руководством профессора Военно-медицинской академии г. Ленинграда Сергея Васильевича Лебедева. В качестве сырья использовался этиловый спирт. Этот способ получения бутадиена-1,3 получил название метода Лебедева и долгое время использовался в промышленности. Понятие о терпенахКаучук- не единственное природное производное изопрена. В природе существует множество углеводородов, структурными фрагментами которых является изопрен. Общее «родовое» название терпены. Общая формула-(С5Н8)n. Терпены очень широко распространены в природе. Многие являются составной частью эфирных масел, придающих растениям специфический аромат. Оцимен содержится в базилике, а лимонен - в кожуре цитрусовых. Эфирными маслами называют нерастворимые в воде маслообразные продукты, которые в отличие от жирных масел полностью испаряются и не оставляют следов на бумаге. Их используют в производстве душистых веществ, для ароматизации косметических средств. Первые рецептуры таких композиций относятся ко временам царя Хаммурапи (2100г. до н.э.) Сквален выделяют из печени акулы. β-каротин содержит длинную цепочку сопряженных двойных связей. Такие фрагменты называют хромофорными группами. Подобные молекулы окрашивают в желтый цвет лепестки шафрана, в золотой - сладкую кукурузу, в оранжевый - апельсиновый сок, в розовый - мясо лосося. β-каротин содержится в моркови, которая имеет такую характерную окраску. Витамины группы А - производные терпенов. При недостатке витамина А возникает ослабление зрения. Поэтому сырая морковь и морковный сок так полезны для глаз. Алкадиены 1. Укажите число - связей в молекуле 1,3- бутадиена: а) 8 б) 9 в) 7 г) 5 2.Молярная масса алкадиена равна 82 г/моль. Сколько атомов водорода содержится в молекуле алкадиена? а) 10 б) 12 в) 14 г) 8 3) В молекуле алкадиена 6 атомов углерода. Укажите значение относительной молекулярной массы алкадиена: а) 86 б) 84 в) 82 г) 80 4) Какой продукт преимущественно образуется при взаимодействии 1 моль 1,3- бутадиена с 1 моль брома при комнатной температуре а) 1,4 –дибромбутен-2 б) 1,2 –дибромбутен-1 в) 3,4 –дибромбутен-1 г) 1,2,3,4 – тетрабромбутан 5) Укажите схемы реакций, в которых продуктом может быть 1,3 –бутадиен а) СН3-СН(СН3) – СН2 –СН3 ---- (дегидрирование) б) СН3 –СН2 –СН2 СН3 ---( кат. t) в) 2 СН3 – СН2Cl + 2Na ---- ( t) г) 2С2 Н5ОН ----- (кат,t ) 6) С какими веществами реагирует 1,3 –бутадиен? а) бром б ) водород в ) кислород г ) хлороводород 7) При полном гидрировании бутадиена -1,3 образуется: а) бутен б) бутан в) изопрен г) бутен-2 8) Реакцией Лебедева называется реакция получения: а) 1.3- бутадиена из этилена б) 1,3 –бутадиена из винилхлорида в) 1,3 –бутадиена из бутана г) 1,3 –бутадиена из этанола 9) В результате вулканизации каучука можно получить: а) гуттаперчу б) резину в) эбонит г) фенопласт 10) Укажите формулу элементарного звена бутадиенового каучука: а) СН2=СН-СН=СН2 б) -СН2-СН-СН-СН2- в) -СН2-СН=СН-СН2 г ) -СН2=СН –СН=СН2- Алкины Определение алкинов Изомерия Номенклатура Химические свойства Получение Применение Физические свойства Назад Алкины (ацетиленовые УВ)Алкины – это углеводороды, в молекулах которых два атома углерода находятся в состоянии SP-гибридизации и связаны друг с другом тройной связью. Общая формула:CnH2n-2, n>2 Длина связи в алкинах равна 0,120 нм. Назад ИзомерияУглеродного скелета с «С» >5 CНΞС-СН2-СН2-СН3 СНΞС-СН –СН3 бутин-1 СН3 3-метилбутин-1 Положения тройной (кратной) связи СНΞС-СН2-СН3 СН3-СΞС-СН3 бутин-1 бутин-2 Классов соединений (алкадиены) СНΞС-СН2-СН3 СН2=СН-СН=СН2 бутин-1 бутадиен-1,3 Пространственной изомерии нет Назад НоменклатураАН → ИН Выбор главной цепи и начало нумерации определяется тройной связью Правила составления названий алкинов по международной номенклатуре аналогичны правилам для алкенов. Назад Физические свойстваС2-С4-газы, С5-С16-жидкости,С>17 твердые вещества, растворимость в воде небольшая, но больше чем у алкенов и алканов, р<1г/ см, Ткип( Н) > Т кип (разв), с увеличением Мr Tкип увеличивается. Назад Химические свойства алкинов.Алкины во многих реакциях обладают большей реакционной способностью,чем алкены. Для алкинов,как и для алкенов, характерны реакции присоединения. Так как тройная связь содержит две π-связи, алкины могут вступать в реакции двойного присоединения (присоединять 2 молекулы реагента по тройной связи). Присоединение несимметричных реагентов к несимметричным алкинам происходит по правилу Марковникова. I.Реакции присоединения: 1.Присоединение водорода (гидрирование) На I ступени образуются алкены, на II cтупени- алканы: С 2 H 2 + Н2 → СН2=СН2 (кат. Pt, Pd, Ni, t=150) CН2=СН2 +Н2→СН3-СН3 Суммарное уравнение: С 2Н 2+2Н2 →СН3-СН3 2.Присоединение галогенов (галогенирование) На I ступени образуются дигалогеналкены, на II- тетрагалогеналканы: С 4Н 6 + Br2→CН Br =С Br -СН2-СН3 бутин -1 ( Н2О) 1,2-дибромбутен-1 СНBr=СBr-СН2-СН3 +Br2---CHBr2-CBr2-CH2-CH3 ( H2O) 1,1,2,2-тетрабромбутан Реакция алкинов с бромной водой – качественная реакция на алкины. Бромная вода обесцвечивается. 3.Присоединение галогеноводородов (гидрогалогенирование) На I ступени образуются моногалогеналкены, на II –дигалогеналканы: С 2Н 2 + НCl →CH2=CHCl+HCl→CH3-CHCl2 хлорэтен 1,1-дихлорэтан (Cu, Hg ) 4.Присоединение воды (гидратация) Происходит по правилу Марковникова. Ацетилен образует альдегид, его гомологи –кетоны (реакция М.Г. Кучерова): С 2Н2 + НОН→ СН3-СОН кат.Hg этаналь С 3Н4 + НОН→ СН3-С-СН3 О пропанон (ацетон) Реакция с KMnO4 является качественной реакцией на алкины. Раствор KMnO4 обесцвечивается.Кислотные свойства ацетиленовых углеводородов. Атомводорода в ацетилене и его гомологах, содержащих тройную связь на конце молекулы, довольно подвижен. Он может замещаться на металл, связанный с органическим остатком ионной связью. Продукты замещения можно отнести к классу солей, они называются ацетиленидами. С 2Н2 + 2 Na--- C 2Na2 + H2 ( в присутствии NH3) Реакция получения ацетиленидов серебра и меди (I) позволяет отличить алкины с концевой тройной связью от алканов, алкенов и алкинов с тройной связью в середине углеродной цепи. С 2Н 2+ Ag2O --- C 2Ag 2 + H2O (хлопья серого осадка) Во влажном состоянии ацетиленид серебра безопасен, а при высыхании сильно взрывается от удара или поджигания. III. Реакции полимеризации. Очень длинные цепи молекулы ацетилена образуют с трудом, а вот несколько молекул (от двух до пяти ) соединяются друг с другом относительно легко. Впервые подобную реакцию в 1866г. Осуществил М. Бертло. При нагревании ацетилена до 600 градусов С ему удалось получить небольшое количество бензола. Спустя 60 лет русский химик Николай Дмитриевич Зелинский обнаружил, что катализатором данной реакции является углерод (активированный уголь). С тех пор эта реакция носит имя Н.Д.Зелинского. 3С2Н2-----С6Н6 бензол Назад!!!В 1955г. Д. Натта с сотрудниками синтезировал полиацетилен, представлявший собой смесь цис-, трансизомеров: цис-полиацетилен, красного цвета, менее устойчив, транс- полиацетилен, синего цвета, более устойчив. Полиацетилен открыл новую эру токопроводящих полимеров. В 1976г. в лаборатории японского ученого Хидэки Сиракавы было сделано удивительное открытие. Если пленку из этого материала обработать иодом, получается золотистое покрытие с металлическим блеском, которое проводит электрический ток в миллиард раз лучше, чем сам полиацетилен! Эти материалы используются в сотнях электронных и звуковоспроизводящих устройств. Получение алкиновПиролиз метана (метановый способ) .В 1868 г. М. Бертло, пропуская через метан электрический разряд, обнаружил в смеси образующихся газов ацетилен. 2СН4 →С2Н2 + 3Н2 Дегидрогалогенирование дигалогеналканов В 60-х гг.XIXв. Молодым русским ученым М. Мясникову и В. Савичу удалось получить ацетилен взаимодействием 1,2-дибромэтана с кипящим спиртовым раствором гидроксида калия СН2Br-CH2Br +KOH (спирт. р-р) →CH2=CHBr +KBr +H2O CH2=CHBr + KOH (спирт.р-р) →С2Н2 +KBr + H2O Карбидный способ В 1836г. английский химик Э.Дэви получил бесцветный газ, горящий красноватым коптящим пламенем при действии воды на карбид кальция CaC2 + 2 H2O → Ca(OH)2 +C2H2 (ацетилен) Назад Применение ацетилена
|