Дегидрирование алканов.
Бутадиен получают из бутан-бутеновой фракции, выделяемой при крекинге нефти: t,Сr2O3 СН3−СН2−СН2−СН3 СН2=СН−СН=СН2 + 2Н2 Аналогичным способом получают изопрен из изопентан-изопентеновой фракции крекинга нефти: t,Cr2O3,Al2O3 СН3−СН(СН3) −СН2−СН3 СН2=С(СН3)−СН=СН2 + 2Н2 2. По методу Лебедева бутадиен-1,3 получают в результате одновременно протекающих процессов дегидратации и дегидрирования на смешанных катализаторах: t, Al2O3 / ZnO 2С2Н5ОН СН2=СН−СН=СН2 + 2Н2О + Н2 3. Дегидратация диолов : Н3РО4,NаРО3 СН2(ОН) −СН2−СН2−СН2(ОН) СН2=СН−СН=СН2 + 2Н2О
Al2O3 СН3−СН(ОН) −СН2−СН2(ОН) СН2=С−СН=СН2 + 2Н2О │ │ СН3 СН3 Бутадиен-1,3–легко сжижающийся газ с неприятным запахом. Изопрен- легкокипящая жидкость (t кип=34 0С).
4.2. Химические свойства алкадиенов
Все четыре атома углерода в бутадиене -1,3 находятся в sp2-гибридном состоянии. В результате бокового перекрывания р-орбиталей всех четырех атомов углерода образуется единое π-электронное облако. Это приводит к тому, что для диеновых углеводородов характерны реакции электрофильного присоединения, но из-за сопряжения двойные связи в их молекулах функционируют как единое целое, поэтому в результате присоединения одного моль реагента образуется два продукта: по концам сопряженной системы (1,4- присоединение, с перемещением двойной связи в центр) или к одной из двойных связей (1,2- присоединение). Cоотношение продуктов присоединения зависит от конкретных условий – температуры реакции, природы растворителя. Галогенирование CCI4 2СН2=СН−СН=СН2 + 2Вr2 ВrСН2−СН=СН−СН2Вr + 1,4-дибромбутен-2(80% при 40оС) + ВrСН2СНВrСН =СН2 3,4-дибромбутен-1 (20% при 400C)
CCI4 СН2 = СН−СН=СН2 + 2Вr2 ВrСН2−СНВr−СНВr−СН2Вr 1,2,3,4 – тетрабромбутан
2. Гидрогалогенирование - присоединение галогеноводородов ( по правилуМарковникова). СН2=СН−СН=СН2 + НВr СН3−СН=СН−СН2Br(основной продукт) 4-бромбутен-2 СН3СНВrСН=СН2 3-бромбутен-1
СН2=СН−С=СН2 + НВr СН2=СH−СBr−СН3 + | | СН3 СН3
3-бром-3-метилбутен-1
СН3−С=СН−СН2Br | СН3 4-бром-2-метилбутен-2
СН2=СН−СН=СН2 + 2 НВr CН3−СНВr−СН2−СН2Вr 1,3-дибромбутан 3. Гидрирование.
Рt, t0 СН2=СН−СН=СН2 + Н2 СН3−СН=СН−СН3 + СН2=СН−СН2−СН3 бутен-2 бутен-1 Pt, t0 CH2=CН−СН=СН2 + 2 Н2 СН3−СН2−СН2−СН3
Полимеризация. Диеновые углеводороды легко полимеризуются в присутствии многих катализаторов, в частности в кислой среде при нагревании: Полимеризация бутадиена-1,3 обычно происходит как 1,4-присоединение, но с примесью 1,2-полимера. СН2=СН−СН=СН2 [−СН2−СН=СН−СН2−]n
При полимеризации 2-метилбутадиена-1,3 получают синтетический каучук:
СН2=С−СН=СН2 [СН2−С=СН−СН2−]n │ │ СН3 СН3
4.3.Примеры решения задач Пример15. При полном каталитическом гидрировании некоторого диенового углеводорода массой 6,8г было получено 7,2г алкана. Определите формулу исходного алкадиена, напишите и назовите не менее четырёх его возможных изомеров. Решение: 1) Напишем уравнение реакции гидрирования диенов: СnН2n-2 + 2Н2 = СnН2n+2 2) Вычислим массу и количество водорода, вступившего в реакцию: m(Н2) = 7,2 -6,8 = 0,4 (г) ; n (Н2) = m(Н2)/М(Н2) = 0,4/2 =0,2 (моль) 3) В соответствии с уравнением, в реакцию гидрирования вступает в 2 раза меньшее количество диена: n(СnН2n-2) =n/(Н2)/ =0,2/2 = 0,1 (моль) 4) Определяем молярную массу и формулу диенового углеводорода: М(СnН2n-2) = m (СnН2n-2)/n (СnН2n-2) =6,8/0,1 =68 (г/моль). 12n + 2n -2 = 68 14n=70, n=5, поэтому формула исходного вещества С5Н8 5) Напишем формулы и назовём его изомеры: СН2 = СН−СН = СН − СН3 пентадиен – 1,3 СН2 = СН – СН2 − СН = СН2 пентадиен – 1,4 СН3 – СН = С = СН – СН3 пентадиен – 2,3 СН2 = С = С(СН3 ) – СН3 3 – метилбутадиен – 1,2
4.4.Задачи и упражнения для самостоятельного решения 104. Сколько диеновых углеводородов изомерно пентину-1? Напишите формулы этих веществ и назовите их по систематической номенклатуре. 105. Напишите структурные формулы изомеров состава С6Н10 и назовите их по систематической номенклатуре. 106. Приведите формулу метилгексадиена, существующего в форме четырех пространственных изомеров. 107. Углеводород Х, подвергающийся полимеризации, в реакции с избытком брома образует соединение состава С5Н8Вч4 , а при гидрировании превращается в разветвленный углеводород С5Н12. Назовите соединение Х и напишите уравнения реакций. 108. Реакции присоединения характерны для каждого из веществ, приведенных в ряду: 1) этин, 2- метилбутен-1, изобутан 2) этен, пропин, бутадиен-1,3 3) 2-бромбутан, пропилен, ацетальдегид 4) формальдегид, пропан, этилен. Выберите правильный ответ. 109. С какими из перечисленных ниже веществ будет взаимодействовать изопрен: Н2, Nа, НВч, Вч2, NаОН, О2 ? Напишите уравнения соответствующих реакций. 110. Исходя из углерода и любых неорганических реагентов получите бутадиен-1,3. 111. Как можно выделить бутадиен-1,3 из его смеси с бутином-1 и этином? 112. Натуральный каучук представляет собой: а) цис-полибутадиен, б)цис-полиизопрен, в) полиметилметакрилат, г)цис-полихлоропрен? Выберите правильный ответ . 113. Какое вещество может быть использовано как исходное для получения синтетического каучука: а) СаС2 ; б)С2Н5ОН; в) С6Н5–СН=СН2; г) природный газ? Выберите правильный ответ. 114. Хлоропреновый каучук получают из: 1) СНС1=СНС1 2) СН2=СС1−СН=СН2 3) СН2=СН−СН=СНС1 4)СН≡СС1. Выберите правильный ответ. 115. При полном гидрировании смеси трех изомеров, один из которых бутадиен-1,3, был получен только один алкан. Предложите структурные формулы соединений, которые могут быть получены при обработке НВr этой смеси изомеров, назовите все соединения. 116.Напишите уравнение реакции присоединения 1 моль брома к 1 моль бутадиена. 117. С какими из перечисленных ниже веществ будет взаимодействовать изопрен: Н2, K, KВr, Cl2, изопрен ? Напишите уравнения соответствующих реакций. 118. Относительная плотность некоторого алкадиена по гелию равна 13,5. Определите углеводород, напишите формулы его изомеров и назовите их. 119. После прохождения смеси бутадиена-1,3 и избытка водорода над нагретым платиновым катализатором ее плотность возросла на 20%. Определите объемную долю бутадиена-1,3 в исходной смеси. 120. Замкнутый сосуд наполнили находящимся в газообразном состоянии алкадиеном. При полном термическом разложении углеводорода на элементы давление в сосуде увеличилось в 4 раза (при неизменной температуре). Укажите все углеводороды, которые могли бы дать подобный результат. 121. Определите объем водорода, который потребуется для полного каталитического гидрирования 45,56 л (н.у.) смеси пропена и бутадиена-1,3, если плотность смеси равна 2,143 г/л (н.у.). 122. Смесь этилена и диенового углеводорода разветвленного строения объемом 4,48 л (н.у.) обесцвечивает 148 мл раствора брома в тетрахлориде углерода с массовой долей брома 15% и плотностью 1,8г/мл. Определите структурную формулу диенового углеводорода, если известно, что при сжигании такого же количества исходной смеси образуется 9 г воды. 123. При полном каталитическом гидрировании некоторого диенового углеводорода массой 24,6 г получено 25,8 г предельного соединения. Определите формулу исходного алкадиена, напишите структурные формулы и назовите не менее пяти его возможных изомеров. 124. На сжигание одного объема паров некоторого диенового углеводорода требуется объем воздуха, в 33,3 раза больший объема паров сожженного углеводорода (объемы газов измерены при одинаковых условиях). Напишите структурные формулы его возможных изомеров и назовите их по систематической номенклатуре. 125. Для полного каталитического гидрирования 3,45 г смеси бутадиена и пропена требуется водород объемом 2,41 л (11оС; 98 кПа). Определите объемные доли газов в исходной смеси. 126. Раствор алкадиена в н- гексане, в котором массовая доля алкадиена составляла ровно 20%, подвергли гидрированию в присутствии никелевого катализатора. После завершения гидрирования массовая доля образовавшегося алкана составила 20,7730%. Определите формулу исходного алкадиена и напишите структурные формулы его изомеров.
Глава 5. АЛКИНЫ
Алкины- ненасыщенные углеводороды с одной тройной связью, относящиеся к гомологическому ряду соединений с общей формулой CnH2n-2 . Название алкинов образуется из названий соответствующих алканов заменой суффикса -ан на суффикс -ин. Для алкинов возможна структурная изомерия, обусловленная изомерией углеродного скелета, изомерия положения тройной связи и межклассовая изомерия (алкины и алкадиены). По физическим свойствам алкины напоминают алканы и алкены. Низшие алкины С2 –С4 представляют собой бесцветные газы, С5-С16- жидкости, высшие алкины– твердые вещества. Температуры кипения алкинов несколько выше, чем у соответствующих алкенов. Подобно алканам и алкенам, алкины нерастворимы в воде, но растворимы в полярных растворителях.
5.1. Получение алкинов
1. Реакция пиролиза (промышленный способ получения ацетилена путем высокотемпературного крекинга метана): 1500о С 2СН4 НС≡СН + 3Н2
1200оС 2 С2Н6 С2Н2 + 2Н2
©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|