 |
|
Тема 11: Углеводороды
Углеводороды – это простейшие органические вещества, молекулы которых состоят из атомов только двух элементов: C и H.
Предельными называют углеводороды, в молекулах которых атомы углерода связаны между собой простой (одинарной) связью, а все остальные валентности насыщены атомами водорода.
Предельные углеводороды имеют общую формулу 
.Все углеродные атомы предельных углеводородов находятся в состоянии 
гибридизации, дают одинарные s-связи.
Простейшим представителем предельных углеводородов является метан 
. Группы органических соединений можно объединить в гомологические ряды. Каждый член гомологического ряда отличается на группу 
, называемую гомологический разностью. Для названия углеводорода по международной номенклатуре ИЮПАК (эта система применяется и для других классов органических соединений) выбирается наиболее длинная цепь углеродных атомов и нумеруется начиная с того конца, к которому ближе расположен радикал. Затем называется номер углеродного атома, с которым связан заместитель (начиная с простейшего); в конце пишется название углеводорода, которому соответствует длинная цепь. Если один и тот же радикал в боковой цепи встречается несколько раз, то перед ним ставят приставку ди-, три-, тетра- и т.д., чтобы указать число этих радикалов, а положение каждого из них обозначают цифрами.
Схема, отображающая химические свойства предельных углеводородов:
Галагениро 
вание
Г (Cl2, Br2) CnH2n+1Г + HГ
Термическое разложение
CmH2m+2 + CpH2p (где n = m + p)
CnH2n+2 
Дегидрирование
- H2 H2 + RCH = CHR' (R – радикал)
Горение
+ O2 nCO2 + (n+1)H2O
Непредельными называют такие углеводороды, в молекулах которых не все связи атомов углерода насыщены, т.е. между ними имеются двойные и тройные связи.
Непредельные углеводороды с одной двойной связью – алкены (этиленовые углеводороды, олефины). Гомологический ряд непредельных углеводородов ряда этилена имеет общую формулу 
.
По международной номенклатуре окончание –ан для предельных углеводородов заменяют в названиях непредельных углеводородов на –ен. Выбирают углеводородную цепь, включающую двойную связь (если даже она не является самой длинной), и нумеруют начиная с того конца, где ближе всего расположена двойная связь. В конце названия ставят цифру, указывающую углеродный атом при двойной связи.
Схемы, отражающие химические свойства и получение этиленовых углеводородов:
Горение
+ O2 nCO2 + nH2O
Гидрирование
H2 CnH2n+2
Галогенирование
Г2 CnH2nГ2 (Г2 — Сl, Br, I)
Гидрогалогенирование
CnH2n HГ CnH2n+1Г
Гидратация
H2O (катализатор) CnH2n+1OH
Дегидрирование
катализатор CnH2n-2 + H2
Полимеризация | |
p, t0, катализатор (— C — C — )n
| |
Дегидрирование
CnH2n+2 - H2, катализатор
Дегидрогалогенирование
CnH2n+1Г - HГ (спирт, р-р KOH) CnH2n
Дегидратация
CnH2n+1OH - H2O (H2SO4 (конц.))
Непредельные углеводороды с двумя двойными связями, или диеновые углеводороды.
В молекулах диеновых углеводородов возможно различное расположение двух двойных связей: у одного углеродного атома (= С =) — так называемые кумулированные двойные связи; две двойные связи в молекуле разделены одной простой (— С = С — С = С —) — сопряженная связь. Характерной особенностью углеводородов этого ряда является их способность легко полимеризоваться. Свойства этих полимеров во многом похожи на свойства натурального каучука.
Для диеновых углеводородов с сопряженными связями характерны следующие реакции:
1,2 присоединение CH3 — CH2 — CH = CH2
гидрирование
1,4 присоединение CH3 — CH = CH — CH3
1,2 присоединение СН2 — СH — CH = CH2
CH2 = CH — CH = CH2 галогенирование | |
Г2 Г Г
1,4 присоединение CH2 — CH = CH — CH2
| |
полимеризация Г Г
1,4 положение (— CH2 — CH = CH —CH2 —)n
Непредельные углеводороды с тройной связью — алкины.
Простейшим представителем ряда алкинов является ацетилен C2H2 или H — C ≡ C — H Из ацетилена путем замещения в его молекуле атомов водорода можно получить другие члены гомологического ряда углеводородов с одной тройной связью. Их общая формула CnH2n-2.
По международной наменклатуре названия ацетиленовых углеводородов происходят от названия соответствующих алканов, в которых окончание -ан заменяется на -ин, положение тройной связи обозначается в конце.
Схема, отражающая химические свойства ацетиленовых углеводородов:
Гидрирование H2
H2 R — CH = CH2 ® R — CH2 — CH3
Г Г
Галогенирование Г2 | |
Г2 R — C = CH ® R — C — CH
| |
Г Г
Г
Гидрогалагенирование HГ |
HГ R — C = CH2 ® R — C — CH3
R — C ≡ CH | |
Г Г
H2O [Hg2+]
R — C — CH3
||
O
R
Тримеризация
R R
Замещение
[Ag(NH3)2]OH R — C ≡ CAg
Контрольные задания:
201.Напишите формулы нижеследующих углеводородов:
а) 2,2-диметил-гексан; б) 2,3-диметил-3-этил-гексан;
в) 2,3,4-триметил-пентан; г) 2,5-диметил-3,3-диэтил-гексан;
д) 2,2,3,4-тетраметил-гексан; е) 2,4,4,5-тетраметил-гептан.
202. Назовите по систематической номенклатуре следующие углеводороды:
а) CH3 — CH2 — CH — CH — CH2 — CH3 б) CH3 — CH — CH — CH2 — CH — CH3
| | | | |
СH3 — CH CH — CH3 CH3 CH3 CH3 — C — CH3
| | |
CH3 CH3 CH3
в) CH2 = C — CH2 — CH — CH3 г) CH3 CH3
| | | |
СH3 CH3 CH3 — C = C — CH —CH3 |
CH2
|
CH3
д) CH3 е) CH3
| |
СH ≡ C — CH — CH — CH3 CH3 — CH — C ≡ C — C — CH3
| | |
CH2 — CH3 CH3 CH3
203. У каких из следующих веществ могут быть изомеры: C3H6Cl2, CH3Cl, C2H4Cl2, C3H5CHCl2? Назовите по систематической номенклатуре все соединения. Ответ обоснуйте структурными формулами.
204. Как можно получить пропан и бутан, если даны следующие вещества: метан, металлический натрий, хлор? Укажите условия проведения реакций.
205.При помощи каких реакций можно осуществить следующие превращения:
а) CH4 ® CH3Cl ® C2H6 ® C2H5Cl ® C3H8; б) C ® CH4 ® CH3Cl ® C3H8 ® C3H7Br.
206. Какие олефины могут быть получены при дегидрировании: а) изобутана;
б) диметилэтилметана; в) 2-метилпентана; г) пропана? Напишите сокращенные структурные формулы.
207. Напишите реакции взаимодействия:
а) брома и 2-метил-3-бутена; б) хлора и 2,4-диметил-2-пентена;
в) перманганата калия в щелочном или нейтральном растворе и 2,2-диметил-3-пентена.
Назовите образующиеся соединения. Какие из этих реакций используются как качественные на непредельную связь?
208.Напишите реакции присоединения:
а) бромистого водорода к пропилену; б) иодистого водорода к 2-метил-2-бутену;
в) хлористого водорода при действии его на 2,2,4-триметилпентен-3.
Назовите образующиеся соединения и объясните каждую реакцию.
209.Напишите реакции присоединения йодистого водорода при действии его на:
а) 2-метилгексен-3; б) 2-метилгексен-2; в) гексен-3.
В каких из этих реакций не имеет значения правило Марковникова? В какой из них возможно образование смеси двух изомерных галогенпроизводных? Назовите образующиеся соединения.
210. Напишите реакции окисления в присутствии KMnO4 (реакция Вагнера) в слабощелочной среде и окисления к кислой среде с распадом молекул по месту двойной связи следующих соединений:
а) гексен-3; б) 2-метилбутен-2; в) 3-метилпентен-2; г) 2,2-диметилпентен-3.
211. Напишите схемы полимеризации: а) этилена; б) пропилена; в) изобутилена. Как называются образующиеся полимеры? Чем различается строение их цепей?
212. Напишите схемы реакции получения этиленовых углеводородов из галогенпроизводных:
а) 2-хлорпентана; б) 3-хлорпентана; в) 3-хлоргексана.
В каком случае следует ожидать образование смеси изомерных этиленовых углеводородов и почему? Назовите образующиеся углеводороды.
213. Напишите реакции присоединения:
а) брома и этилацетилена; б) хлора и бутин-2; в) брома и 2,5-диметилгексин-3.
Назовите образующиеся галогенпроизводные. Какая реакция используется как качественная на кратную связь?
214. Напишите и объясните реакции ступенчатого присоединения при действии:
а) хлористого водорода на 3-метилпентин-1; б) бромистого водорода на 4-метилбутин-2;
в) йодистого водорода на гексин-3.
Назовите образующиеся галогенпроизводные. В каком случае следует ожидать смеси изомерных соединений?
215. Напишите реакции гидратации ацетиленовых углеводородов (реакция Кучерова), взяв в качестве исходных следующие соединения:
а) ацетилен; б) бутин-1; в) 2,2-диметилпентин-4.
216.Какие из перечисленных ниже углеводородов способны образовать ацетиленид:
а) бутилацетилен; б) 2-метилпентин-4; в) 2-метилпентин-3; г) пропин.
Напишите соответствующие реакции с аммиачным раствором окиси серебра.
217.Какими реакциями можно различить изомерные соединения: пентадиен-1,3,
2-метилбутадиен-1,3, пентин-1, пентин-2?
218.Напишите схему превращений и укажите реагенты, необходимые для получения бутадиена-1,3 из бутена-1.
219. Как из метана можно получить бензол? Напишите для бензола реакции (с образованием однозамещенных производных):
а) бромирования; б) нитрования; в) сульфирования.
Назовите образующиеся соединения.
220. Предложите три пути синтеза пропилбензола из бензола.