1. Основные вопросы
Классификация углеводородов
Алканы. Номенклатура. Получение. Свойства.
Алкены. Номенклатура. Получение. Свойства.
Алкины. Номенклатура. Получение. Свойства.
Арены. Номенклатура. Получение. Свойства
2. Классификация углеводородов
Углеводороды CxHy
Ациклические (алифатические) Циклические
- C - C - C - C -
áåí çî ë í àô ò àëèí
C
C
C C
O
C
карбоциклическое гетероциклическое
- C - C - C - C - - C - C - C - C -
í åðàçâåò âëåí í î å
ðàçâåò âëåí í î å
C
8. Номенклатура углеводородов
Международная Рациональная
а) Выбирается самая длинная цепь и
нумеруется с того конца, ближе к которому
разветвление (для алканов) или кратная связь
(для алкенов, алкинов).
б) Цифрой указывается место заместителя и
называется заместитель .
в) Называется углеводород, которому
соответствует длинная цепь.
Если углеводород непредельный, то окончание
-ан, заменяется на -ен, -ин соответственно для
алкенов и алкинов, и указывается цифрой
место кратной связи.
Циклические углеводороды называются так же,
только перед названием приставка цикло-.
любой углеводород рассматривают как
замещенный родоначальник
гомологического ряда, у которого один
или более атомов водорода
замещаются на радикалы.
Называются радикалы, начиная от
меньшего к большему, а затем
родоначальник ряда.
Ароматические углеводороды
рассматриваются как родоначальник
ряда - бензол, у которого, вместо
атомов водорода один или несколько
радикалов. Два радикала относительно
друг друга находятся в положениях:
орто- (1,2), мета- (1,3) и пара- (1,4).
10. Пример 1: назовите по международной номенклатуре
2 - метил
1 2 3 4 5
метил пентан
Когда радикалов несколько и они равноудалены от концов главной цепи, то
нумерацию начинают с того края, к которому ближе расположен простейший
радикал.
1 2 3 4
2,3 – диметилбутан
13. Если присутствуют разные заместители, то возможен следующий порядок
перечисления заместителей:
• В алфавитном порядке
• В порядке возрастания сложности (F,Cl, Br,I)
В алфавитном порядке:
3-бром-1-йод-2-метил-5хлорпентан
В порядке возрастания сложности:
5-хлор-3-бром-1-йод-2-метилпентан
17. Способы получения алканов
Реакции, не
сопровождающиеся
изменением числа
углеродных атомов в
молекуле
Реакции,
сопровождающиеся
уменьшением числа
углеродных атомов в
молекуле
Реакции,
сопровождающиеся
увеличением числа
углеродных атомов в
молекуле
18. CH2 = CH2 + H2
кат.
CH3 - CH3
R - J + HJ R - H + J2
R - OH + 2HJ R - H + H2O + J2
1. Из непредельных углеводородов реакцией гидрирования в
присутствии катализаторов (никель, платина):
2. Восстановлением галогенопроизводных, спиртов и др.
Восстановление производят йодистоводородной кислотой или
используют комплексные гидриды металлов (например,
литийалюминий гидрид LiAlH4)
Реакции, не сопровождающиеся изменением числа
углеродных атомов в молекуле
19. 1.Крекинг (расщепление) при нагревании до 400 - 6000С, что
приводит к гомолитическому разрыву углерод - углеродных
связей.
При крекинге предельных углеводородов образуются
предельные и непредельные углеводороды с меньшим
числом углеродных атомов. Например:
2.Сплавление солей одноосновных карбоновых кислот со
щелочами:
C8H18 C4H10 + C4H8
CH3 COONa+NaOH CH4 +Na2CO3
Реакции, не сопровождающиеся изменением числа
углеродных атомов в молекуле
20. 1. Синтез Вюрца при действии металлического натрия на
галогеналкилы:
2. Промышленный синтез (оксосинтез) из оксида углерода (II)
и водорода над катализатором (железо, кобальт, никель) при
200 – 4000С приводит к образованию синтетического
бензина:
CH3 - J +2Na+J- CH3 CH3 - CH3 +2NaJ
nCO + (2n + 1)H2 CnH2n+2 + nH2O
3. Циклоалканы получаются при действии металлов (Zn, Na)
на дигалогенопроизводные. Так, из 1,3-дибромпропана
действием цинка можно получить циклопропан:
H2C
CH2Br
CH2Br
+ Zn H2C
CH2
CH2
+ ZnBr2
Реакции, сопровождающиеся увеличением числа углеродных
атомов
21. Физические свойства
С увеличением относительных молекулярных
масс предельных углеводородов повышаются их
температуры кипения и плавления.
СН4…C4Н10 – газы
T кипения:
-161,6…-0,5 °C
T плавления:
-182,5…-138,3 °C
С16Н34…и далее–
твёрдые
вещества
T кипения:
287,5 °C
T плавления:
20 °C
С5Н12…C15Н32 –
жидкости
T кипения:
36,1…270,5 °C
T плавления:
-129,8…10 °C
23. Окисление алканов
1. Горение
При поджигании горят, превращаясь в углекислый газ и воду:
2. Каталитическое окисление
Окисляя парафины в более мягких условиях можно получить различные
кислородосодержащие соединения.
Окисление – многостадийный процесс:
24. Циклопропаны окисляются при нормальной температуре раствором
перманганата калия (KMnO4) в нейтральной или слабощелочной среде.
В более жестких условиях (например, при нагревании) окисляются и другие
циклоалканы. При этом разрываются циклы и образуются двухосновные
кислоты:
1
25. Крекинг
Крекинг – процесс термического разложения углеводородов, в основе
которого лежат реакции расщепления углеродной цепи крупных молекул с
образованием соединений с более короткой цепью.
26. Изомеризация
Алканы нормального строения под влиянием катализаторов и при нагревании
способны превращаться в разветвленные алканы без изменения состава
молекул, т.е. вступать в реакции изомеpизации.
27. Замещение
1.Реакция галогенированиия - действие галогенов с заменой атомов
водорода на галогены. В качестве галогенирующих агентов применяют хлор и
бром. Схема последовательного замещения водорода на галогены:
Эти реакции протекают по
радикально-цепному механизму в три
стадии: инициирование цепи, рост цепи
и обрыв цепи.
2. Реакция нитрования – действие азотной кислоты с заменой атомов водорода
на нитрогруппы (-NO2). Реакцию проводят при нагревании (~1400C)
разбавленной азотной кислотой (10%-ной).
3. Реакция сульфохлорирования - действие смеси газов: диоксида серы (IV) и
хлора с заменой атомов водорода на группу SO2Cl.
Механизм реакции радикально-цепной.
28. Какие исходные продукты необходимо взять, и с помощью каких
реакций можно получить пропан без изменения числа углеродных
атомов?
Задача
Решение:
Так как пропан С3Н8 содержит три углеродных атома, то исходные
продукты тоже должны содержать три углеродных атома: непредельный
углеводород - пропен, галогеналкил – иодистый пропил (С3Н7 – J) или
пропиловый спирт – С3Н7ОН.
Из пропена получают реакцией гидрирования:
CH3 - CH = CH2 + H2
Pt
CH3 - CH2 - CH3
Из иодистого пропила реакцией восстановления:
C3H7 - J + HJ C3H8 + J2
29. Получите пропан с помощью реакций, сопровождающихся уменьшением
числа углеродных атомов.
задача
Решение:
Исходные продукты должны содержать число углеродных атомов
больше трех.
При крекинге из углеводорода, содержащего шесть углеродных атомов,
получается пропан:
C6H14
5000
C
C3H8 + C3H6
Чтобы получить пропан сплавлением солей, исходная кислота
должна содержать на один углеродный атом больше, чем пропан, т.е. четыре
углеродных атома – бутановая кислота. При сплавлении соли бутановой
кислоты со щелочью получится пропан по реакции:
CH3 - CH2 - CH2 - COONa + NaO H CH3 - CH2 - CH3 + Na2CO3
30. Применение алканов
1-3 – производство сажи
(1 – картрижи;
2 – резина;
3 – типографическая
краска)
4-7 – получение
органических веществ
(4 – растворителей;
5 – хладогентов,
используемых
в холодильных
установках;
6 – метанол;
7 - ацетилен)
32. Алкены (олефины) относят к непредельным углеводородам, т.к.
содержат в молекуле одну кратную (двойную) связь.
Алкены образуют гомологический ряд с общей формулой CnH2n.
Важнейший представитель класса – этилен.
Непредельные углеводороды называют ненасыщенными, так как они
содержат в своей молекуле меньшее число водородных атомов, чем
соответствующие им предельные углеводороды.
33. Sp2–гибридизация – смешение одной S- и двух р– орбиталей, в
результате которого образуются три гибридизованные
орбитали с осями, расположенными в одной плоскости и
направленными к вершинам треугольника под углом 1200.
Sp2–гибридизация характерна для углерода, связанного
двойной связью (алкены):
C = C
+ +
S - орбиталь
1200
р - орбитали гибридизованные
орбитали
39. Лабораторные способы получения алкенов
Отщепление воды определяется правилом
Зайцева: при дегидратации спиртов
водород отщепляется от наименее
гидрированного соседнего углеродного
атома. Этот атом наиболее подвижен.
40. Физические свойства алкенов
С увеличением молекулярной
массы повышаются температуры
плавления и кипения
Перемещение двойной связи в
центр молекулы вызывает
повышение температуры кипения,
а температура плавления,
наоборот, понижается.
41. Химические свойства алкенов
Химические свойства олефинов определяются наличием двойной связи
При действии реагентов -связь, как менее прочная легко разрывается,
образуя две σ-связи.
Существуют качественные реакции на π-связь.
2,3
45. Гидрогалогенирование (присоединение
галогеноводорода). Наиболее легко реагирует
йодистый водород (HJ).
R - CH = CH2 + HCl R - CHCl - CH3
Гидрогалогенирование несимметричных олефинов происходит в
соответствии с правилом Марковникова:
при присоединении галогеноводорода к несимметричным олефинам
водород присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому
углерода, а галоген – к другому, связанному с первым двойной
связью.
51. Номенклатура алкинов
Бутин -1
этилацетилен
Бутин-2
диметилацетилен
1 2 3 4
1 2 3 4
Если присутствуют одновременно двойная и тройная связи, то
нумеровать надо с того конца, где ближе двойная связь
1 2 3 4 5
2-метилпентен – 1 – ин - 4
Гексен -1 – ин - 5
Гептен -1 – диин – 4,6
52. 4) CH3 - CH - C
CH3
C - CH2 - CH3
5) CH3 - CH - CH2 - C
CH3
C - CH3
6) CH3 - CH - CH2 - CH2 - C
CH3
CH
7) CH3 - CH2 - CH - C
CH3
C - CH3
8) CH3 - CH2 - CH - CH2 - C
CH3
CH
Назовите алкины
54. Физические свойства алкинов
Низшие алкины С2 – С4 представляют собой газы,
С5 – С16 – жидкости,
высшие - твёрдые вещества.
Температуры кипения и плотности алкинов несколько выше, чем
у соответствующих алкенов.
55. Химические свойства алкинов
Химические свойства ацетилена и его гомологов в основном определяются
наличием в их молекулах тройной связи.
Химические реакции алкинов
окисление
замещение
присоединение
полимеризация
1. Гидрирование
2. Галогенирование
3. Гидрогалогенирование
4. Гидратация
1.Горение
2.Окисление
KMnO4
Сначала идёт присоединение по тройной
связи, затем – по двойной.
56. Реакции окисления алкинов
Взаимодействие ацетилена с раствором перманганата калия
2 22 ( )CaC HOH HC CH Ca OH HC CH
4[O]
KMnO4
COOH-COOH
[O]
2CO2 + H2O
щавелевая
кислота
диоксид
углерода
4,5
57. Горение ацетилена
Ацетилен горит белым ярким пламенем.
При горении ацетилена образуется углекислый газ и вода.
2СН ≡ СН + 5О2 → 4СО2 + 2Н2О2 22 ( )CaC HOH HC CH Ca OH
6
58. Реакции замещения алкинов
Атомы водорода в молекуле ацетилена обладают большой подвижностью.
Поэтому они легко могут быть замещены металлами.
СН ≡ СН + Аg2O → AgC ≡ CAg ↓ +
H2O
СН ≡ СН + 2CuCI → CuC ≡ CCu ↓ +
2HCI
Качественная реакция на тройную связь
7,8
61. Реакции присоединения алкинов
1. Галогенирование
Взаимодействие ацетилена с бромной водой
2 22 ( )CaC HOH HC CH Ca OH HC CH + 2Br2 CHBr2 - CHBr2
62. Реакции присоединения алкинов
2. Гидрирование
3. Гидрогалогенирование
Протекает легче, чем для алкенов. Катализатором служит соль
ртути в разбавленной серной кислоте.
HC CH + HOH
HgSO4
H2SO4
CH2 = CH - OH
виниловый
спиртCH3 - C
уксусный
альдегид
O
H
4. Гидратация (реакция Кучерова)
66. Ароматические соединения, или арены, - это
соединения, содержащие в своем составе одно или
несколько бензольных колец.
ОБЩАЯ
ФОРМУЛА:
СnH2n-6
Майкл Фарадей
Митчерлих
68. Модель молекулы и формула бензола
Сочетание шести σ-связей
с единой π-системой
называется
АРОМАТИЧЕСКОЙ
СВЯЗЬЮ
Цикл из 6 атомов углерода, связанных ароматической связью,
называется бензольным кольцом (бензольным ядром).
69. Критерии ароматичности
при явной
ненасыщенности состава
(СnH2n-6) бензол и его
гомологи проявляют
насыщенный характер,
т.е. склонны к реакциям
замещения
устойчивость
к действию
окислителей
наличие единого π-
электронного облака в
ароматических
соединениях
70. Правило Хюккеля
«Ароматичность» – совокупность особых
свойств бензола
Плоские циклические
соединения, имеющие
сопряженную систему -
электронов, могут быть
ароматическими. если число
этих электронов равно 4n + 2
(где n = 0, 1, 2,3 и т.д.).
Э.Хюккель вывел правило (1931)
71. Гомологический ряд аренов
СnH2n-6
Гомологи бензола – соединения, образованные заменой
одного или нескольких атомов водорода в молекуле
бензола на углеводородные радикалы (R):
Формула Название
C6H6 бензол
С6Н5-СН3 метилбензол
С6Н5-СН2-СН3 этилбензол
С6Н5-СН2-СН3-СН3 пропилбензол
С6Н5-СН2-СН3-СН3-СН3 пентилбензол
73. Заместители в бензольном кольце
I рода IIрода
группировки атомов, способные
отдавать электроны бензольному
кольцу (электродоноры)
группировки атомов, способные
оттягивать на себя электроны от
бензольного кольца
(электроакцепторы)
К ним относятся:
NH2 > OH > OR > J > Br > Cl > F > CH3
Они увеличивают электронную
плотность кольца, облегчая
протекание реакции
электрофильного замещения
К ним относятся:
COOH > SO3H > NO2
74. Места присоединения заместителей
Мета-, орто-, пара- (сокращенно м-, о-, п-) (от греч. metá —
после; ortháós — прямой; pará — против, приставки,
употребляемые в органической химии для обозначения
положения двух заместителей относительно друг друга в
бензольном кольце.
Положение заместителей в бензольном кольце
82. Правило ориентации
В реакциях электрофильного
замещения заместители первого
рода ориентируют новый
заместитель в орто - и пара-
положения, а заместители
второго рода в мета- положение.
Это объясняется тем, что в этих
положениях увеличивается
электронная плотность:
OH
заместитель I рода
NO2
заместитель II рода
в незамещенном бензоле С6Н6
электронная плотность в кольце
распределена равномерно
в замещенном бензоле С6Н5Х под
влиянием заместителя Х
происходит перераспределение
электронов и возникают области
повышенной и пониженной
электронной плотности.
Это оказывает влияние на
легкость и направление реакций
электрофильного замещения.
Место вступления нового
заместителя определяется
природой уже имеющегося
заместителя.
83. Ориентанты 1-го рода повышают электронную
плотность в бензольном кольце, особенно на
углеродных атомах в орто- и пара-положениях,
что благоприятствует взаимодействию с
электрофильными реагентами именно этих
атомов. Пример:
Ориентанты 1-го рода, повышая
электронную плотность в бензольном
кольце, увеличивают его активность в
реакциях электрофильного замещения по
сравнению с незамещенным бензолом.
Особое место среди ориентантов 1-го рода
занимают галогены, проявляющие
электроноакцепторные свойства: -F (+M<–I), -
Cl (+M<–I), -Br (+M<–I).
Являясь орто-пара-ориентантами, они
замедляют электрофильное замещение.
Причина – сильное понижение электронной
плотности в кольце.
Ориентанты 1 рода (орто и пара-ориентанты)
84. направляют замещение преимущественно в мета-положение.
К ним относятся электроноакцепторные группы:
-NO2 (–M, –I); -COOH (–M, –I); -CH=O (–M, –I); -SO3H (–I); -NH3
+ (–I); -CCl3 (–I).
Ориентанты 2 рода (мета-ориентанты)
Все ориентанты 2-го рода, уменьшая в целом электронную плотность в
бензольном кольце, снижают его активность в реакциях электрофильного
замещения.
Таким образом, легкость электрофильного замещения для соединений
(приведенных в качестве примеров) уменьшается в ряду:
толуол C6H5CH3 > бензол C6H6 > нитробензол C6H5NO2.
86. Получение ароматических углеводородов
Природное сырье
нефть
Каменный уголь
Производственное сырье
В зависимости от сырья, арены получают как
на предприятиях нефтехимии, так и на
металлургических заводах.
В зависимости от технологии получения и
назначения бензол подразделяют на бензол
нефтяной и каменноугольный.
87. Реакции получения АРЕНОВ
C6H5 COONa + NaO H C6H6 + Na2CO3
Бензол и его гомологи могут быть получены сплавлением
солей ароматических кислот со щелочью.
Гомологи бензола легко получаются из галогенопроизводных реакций
Вюрца - Фиттига:
C6H5 Br + 2Na + Br - CH3 C6H5 - CH3 + 2NaBr
толуол
Реакция Фриделя - Крафтса – важный метод получения гомологов
бензола:
C6H6 + CH3Cl
AlCl3
C6H5 - CH3 + HCl
Из ацетилена и его гомологов:
Cu2Cl2
800
C винилацетилен
акт. уголь
4500
C
бензол
(р. Зелинского)
HC CH2 HC C - CH = CH2
HC CH3
Полимеризация. Для алкинов
характерны реакции ди-, три-
, тетрамеризации, что
зависит от условий реакции
88. Физические свойства аренов
Арены – бесцветные жидкости с характерным запахом,
высшие гомологи – твердые вещества.
Температуры кипения и
плавления зависят от
размера, количества и
расположения боковых
цепей.
1. Изомеры с несколькими радикалами кипят при более высокой температуре,
чем изомеры с одним, но большим радикалом.
2. При сближении радикалов температуры кипения возрастают, так орто-
изомеры кипят при более высокой температуре, чем пара- изомеры,
температура плавления, наоборот, выше у пара- изомеров.
3. Изомеры с разветвленным заместителем кипят при более низкой
температуре, чем с заместителем нормального строения.
11
89. Химические реакции аренов
Горение
Замещение
Окисление
Присоединение
С6Н6 + 15О2 = 12СО2 + 6Н2О
• Алкилирование
• Галогенирование (t, kat)
• Нитрование
• Сульфирование Бензол устойчив к действию
окислителей. При обычных условиях не
обесцвечивает KMnO4 и Br2.
Гомологи бензола окисляются легко
Гидрирование
С6Н6 + 3Н2 = С6Н12
Радикальное хлорирование
(уф, каt)
С6Н6 + 3Cl2 = C6H6Cl6
Химические свойства аренов
12
10
92. Реакции замещения аренов
Алкилирование
замещение атома водорода в бензольном кольце на алкильную
группу(алкилирование) происходит под действием алкилгалогенидов (реакция
Фриделя-Крафтса) или алкенов в присутствии катализаторов AlCl3, AlBr3,
FeCl3 (кислот Льюиса)