Методические указания по изучению дисциплины и задания для выполнения контрольных работ для студентов-заочников специальности 1-74 03 01 зоотехния

Вид материала

Содержание

Вопросы для самопроверки
Этиленовые углеводороды (алкены)
Вопросы для самопроверки
Ацетиленовые углеводороды (алкины)
Hcch hcc-ch
Ди- и полиеновые углеводороды
Важнейшие реакции бензола
Галогенпроизводные углеводородов

Подобный материал:

1 2 3 4 5 6 7

Вопросы для самопроверки

1. В чем заключаются основные положения теории строения органических соединений?

2. Что такое гомологические ряды и их значение в органической химии?

3. Что такое изомерия? Напишите изомеры гептана.

4. Напишите структурные формулы: а) 4-изопропилгептана;

б) 2,3-диметилбутана; в) 2,2-диметил-3-этилоктана.

5. Какие реакции свойственны предельным углеводородам?

Этиленовые углеводороды (алкены)

Углеводороды, содержащие одну π-связь (т.е. двойную связь), называются алкенами или, по первому члену ряда – этилену, этиленовыми углеводородами. Общая формула гомологического ряда C_nH₂_n. Атомы углерода при двойной связи находятся в состоянии sp²-гибридизации.

Название каждого члена гомологического ряда этиленовых углеводородов соответствует названию предельного углеводорода с тем же числом атомов углерода, но только окончание «ан» замещается на «ен».

CH₃-CH₃ CH₃-CH₂-CH₃

этан пропан

CH₂=CH₂ CH₂=CH-CH₃

этен пропен

При названии этиленовых углеводородов с разветвленной цепью углеродных атомов в качестве главной цепи выбирают цепь, включающую двойную связь, даже если эта цепь и не является самой длинной. Нумерацию проводят так, чтобы атом углерода, от которого начинается двойная связь, получал наименьший номер, этим номером и указывают положение двойной связи.

1

CH₂

2CH

1 2 3 4 3 4 5 6 7

CH₂=CH-CH-CH₃ CH₃-CH₂-CH₂-CH-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃

CH₃

3-метилбутен-1 3-пропилгептен-1

В гомологическом ряду алкенов благодаря наличию двойной связи появляется уже несколько видов изомерии:

1) Изомерия углеродного скелета.

2) Изомерия положения двойной связи.

CH₂=CH-CH₂-CH₃  CH₃-CH=CH-CH₃

бутен-1  бутен-2.

3) Пространственная геометрическая (цис-, транс-изомерия).

Геометрические изомеры различаются пространственным расположением заместителей по отношению к двойной связи. Если одинаковые заместители расположены по одну сторону плоской двойной связи, то изомеры называются цис-, если по разные стороны, то транс-изомерами.

H CH₃ H CH₃

C C

C C

H CH₃ H₃C H

цис-бутен-2 транс-бутен-2

Изучая алкены, необходимо усвоить, что их химические свойства определяются прежде всего наличием π-связи. Эти соединения проявляют непредельный характер, т. е. легко вступают в реакции присоединения с разрывом π-связи и образованием насыщенных соединений.

Присоединение водорода к алкенам приводит к образованию алканов:

R-CH=CH₂ + H₂

R-CH₂-CH₃

Галогены присоединяются к алкенам с образованием вицинальных дигалогенпроизводных, т.е. содержащих атомы галогена у соседних атомов углерода:

R-CH=CH₂ + Br₂ R-CH-CH₂.

Br Br

Полярные вещества, такие как галогенводороды, вода и др., в случае несимметричных алкенов присоединяются селективно по правилу Марковникова, т. е. водород присоединяется к более гидрогенизированному атому углерода (связанному с наибольшим числом атомов водорода), а оставшаяся часть молекулы – к менее гидрогенизированному.

+ -

+HCl

⁺ ^- R-CH-CH₃

R

-CH=CH₂ Cl

+HOH

R-CH-CH₃

OH

Полярность молекулы алкена обусловлена положительным индуктивным эффектом алкильной группы (+I –эф.), сдвигающей π-электронное облако в сторону наиболее обогащенного водородом ненасыщенного атома углерода.

Следует обратить внимание на такие реакции алкенов, как окисление и полимеризация, в результате которых получаются ценные про-

дукты, имеющие большое народнохозяйственное значение.

Л и т е р а т у р а: [1, с. 135-146].

Вопросы для самопроверки

1. Какие виды изомерии характерны для этиленовых углеводородов? Покажите на примере углеводорода C₄H₈.

2. Напишите структурные формулы следующих соединений: 2-метилпентен-1; 2,3,4-триметилпентен-2, 3-метилбутен-1.

3. Изложите основные химические свойства этиленовых углеводородов и приведите уравнения реакций.

4. В чем заключается правило Марковникова? Напишите уравнение реакции взаимодействия пропена с HBr.

5. Особенности окисления алкенов в нейтральной и кислой средах. Напишите уравнения реакций окисления пропена в нейтральной и кислой средах.

6. Напишите схемы полимеризации этилена, пропилена.

Ацетиленовые углеводороды (алкины)

Ацетиленовые углеводороды относятся к ненасыщенным соединениям, имеют общую формулу C_nH₂_n_-2 и характеризуются наличием одной тройной связи между атомами углерода. Тройная связь представляет собой сочетание одной σ-связи и двух π-связей, углерод при этом находится в состоянии sp-гибридизации.

По международной номенклатуре ацетиленовые углеводороды называются алкинами. Каждый член гомологического ряда алкинов называется в соответствии с числом углеродных атомов и добавляется окончание -ин.

HCCH HCC-CH₃

этин пропин

Изомерия ацетиленовых углеводородов обусловлена строением углеводородного скелета и местоположением тройной связи:

HCC–CH₂–CH₂–CH₃ HCC–CH–CH₃

CH₃

пентин-1 3-метилбутин-1

HCC-CH₂-CH₃ CH₃-CC-CH₃

бутин-1 бутин-2

Алкины изомерны алкадиенам.

При изучении химических свойств алкинов обратите внимание, что типы реакций для них характерны те же, что и у алкенов: присоединение, оксиление и полимеризация.

У алкинов следует обратить внимание на своеобразие реакции присоединения воды (реакция Кучерова). Разберитесь в механизме этой

реакции. Большое значение имеют реакции присоединения к ацетилену синильной кислоты, спиртов, карбоновых кислот, альдегидов, кетонов, так как продукты этих реакций используются в народном хозяйстве.

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

Л и т е р а т у р а: [1, с. 147-154].

Вопросы для самопроверки

1. Какие углеводороды называются алкинами?

2. Напишите структурные формулы следующих соединений: 3-ме-тилпентин-1, этилизопропилацетилен.

3. Напишите уравнения реакций присоединения избытка (одного или двух молей) водорода, хлора, хлористого водорода к ацетилену.

4. Напишите уравнения реакций взаимодействия ацетилена и метилацетилена с водой.

5. Напишите уравнения реакций димеризации, тримеризации ацетилена.

Ди- и полиеновые углеводороды

Диеновыми углеводородами называются углеводороды с двумя двойными связями. Их общая формула C_nH₂_n_-2. Названия диеновых углеводородов образуются от названий соответствующих предельных углеводородов с добавлением окончания «диен». Цифрами указывается положение двойных связей:

CH₃-CH₂-CH₂-CH₃ ; CH₂=CH-CH-CH₂

бутан бутадиен-1,3

При изучении диеновых углеводородов обратите внимание на изомерию ненасыщенных связей. В зависимости от местоположения двойных связей диены 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). У диеновых углеводородов имеет место и изомерия углеродного скелета.

При изучении химических свойств диеновых углеводородов обратите внимание на свойства сопряженных диенов. Присоединение к ним реагентов может протекать как в положение 1,4, так и 1,2. В случае присоединения по концам молекулы (1,4) происходит перемещение двойной связи в положение 2,3.

σ+σ-

+HCl

CH₂-CH=CH-CH₃

Cl

1-хлорбутен-2

CH₂=CH-CH=CH₂

+HCl

CH₂=CH-CH-CH₃

Cl

3-хлорбутен-1

При полимеризации алкадиенов-1,3 образуются каучуки:

_nCH₂=CH-CH=CH₂(-CH₂-CH=CH-CH₂-)_n

бутадиеновый каучук

_nСH₂=C-CH=CH₂  (-CH₂-C=CH-CH₂-)_n

CH₃ CH₃

изопреновый (натуральный) каучук

Структура изопрена очень распространена в природе и входит во многие природные соединения. Все соединения, углеродный скелет которых построен из изопреновых единиц, соединенных последовательно «голова к хвосту», называют изопреноидами.

–С–С = С–С–

СH₃

голова хвост

В эфирных маслах растений, растительных смолах, бальзамах находятся терпены – непредельные углеводороды состава C₁₀H₁₆, а также сексвитерпены и дитерпены составов C₁₅H₂₄ и C₂₀H₃₂. Широко распространены в природе каротиноиды C₄₀H₅₆, являющиеся провитамином витамина А.

Л и т е р а т у р а: [1, с. 155-165].

Вопросы для самопроверки

1. Какие углеводороды называются диеновыми?

2. Напишите формулы изомеров пентадиена и укажите типы связи

(кумулированные, сопряженные, изолированные).

3. Напишите уравнения реакций взаимодействия бутадиена-1,3 с бромом и бромоводородом.

4. Напишите уравнение полимеризации изопрена. Как используется полученный полимер в народном хозяйстве.

Ароматические углеводороды (арены)

Характерной особенностью ароматических углеводородов является то, что их молекулы представляют собой плоские циклы, содержащие (4n+2) обобщенных электронов (правило Хюккеля), где n может принимать значения 0, 1, 2, 3 и т.д. Согласно этому правилу, системы, содержащие 2, 6, 10, 14 и т. д. обобщенных р-электронов, являются ароматическими. Важнейшими представителями ароматических углеводородов являются бензол

и его гомологи, образующиеся в результате замещения атомов водорода бензольного кольца алифатическими радикалами, например толуол:

CH₃.

Эти соединения содержат делокализованную систему из 6(р)-электронов (n=1).

Общая формула гомологического ряда бензола C_nH₂_n_-6. Первый гомолог бензола – толуол не имеет изомеров положения, так как все шесть атомов углерода бензольного кольца равноценны. Второй гомолог может существовать в виде четырех изомеров:

CH₂-CH₃ CH₃ CH₃ CH₃

CH₃

CH₃

CH₃

этилбензол ортоксилол метаксилол параксилол

(1,2-диметилбензол) (1,3-диметилбензол) (1,4-диметилбензол)

По химическому составу бензол и его гомологи являются непредельными соединениями. Их непредельный характер не проявляется в типичных реакциях. Они не обесцвечивают бромную воду, устойчивы в обычных условиях к действию окислителей. Для ароматических соединений в основном характерны реакции замещения(1, 2, 3, 4), а не присоединения (5, 6).

Важнейшие реакции бензола

к. HNO₃ NO₂ NO₂

[H₂SO₄]

NO₂

1 Br₂ Br

2

[FeBr₃]

к. HO-SO₃H

3 SO₃H

4 CH₃

CH₃Cl

CH₃ CH₃

5 [AlCl₃]

3H₂

6 кt, t

3Cl₂ Cl Cl

hν Cl Cl

Cl Cl

В реакциях замещения производных бензола следует учитывать, что каждый заместитель в бензольном ядре обладает определенным направляющим действием. Все заместители делятся на 2 группы:

1. заместители первого рода, или орто-пара-ориентанты.

К заместителям этого рода относятся –NH₂, - OH, алкильные радикалы, галогены. Эти заместители, обладая положительным индуктивным и мезомерным эффектом, увеличивают электронную плотность бензольного кольца (за исключением галогенов), особенно в орто- и параположениях, в которые и направляются электрофильные реагенты.

CH₃ OH

σ - σ- σ- σ-

σ- σ-

+I - эф. гр. –CH₃ +M – эф. гр. – OH

Например: при моносульфировании толуола получается 2 изомера:

CH₃ CH₃ CH₃

σ- σ+ SO₃H

+ HO-SO₃H

-HOH

σ- о-толуолсульфокислота SO₃H

n-толуолсуль-

фокислота

2. Заместители второго рода или мета-ориентанты. К ним относятся заместители, обладающие отрицательным индуктивным или мезомерным эффектами:

+ + σ+ σ+ O σ+ O σ+ O

-NH₃; -NO₂; -SO₃H; –C ; –C ; –C .

H R OH

Они оттягивают электронную плотность от бензольного кольца и дезактивируют его. Реакции протекают трудней, чем в бензоле. В наибольшей степени обедняются электронной плотностью орто- и параположения, в метаположениях она несколько выше, что и обусловливает большую реакционную способность мета- положения:

+

NO₂

⁺⁺

^- ^-

⁺

^-I-эф. и ^–М-эф. группы NO₂.

Например, при моносульфировании нитробензола получается один изомер нитробензолсульфокислоты:

NO₂ NO₂

+ НО–SO₃H

SO₃H

м-нитробензолсульфокислота

При окислении гомологов бензола боковые цепи любой длины превращаются в конечном итоге в карбоксильные группы. В результате этого образуются кислоты ароматического ряда, окисление протекает по -атому:



СH₂–CH₃

СOOH+CO₂₊H₂O

этилбензол бензойная кислота

Л и т е р а т у р а: [1, с. 168-189].

Вопросы для самопроверки

1. Классификация ароматических углеводородов.

2. Напишите формулы изомеров ксилола.

3. Какие типы реакций характерны для аренов?

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

5. Напишите уравнения реакций нитрования и бромирования бензола, толуола.

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

Галогенпроизводные углеводородов

Галогенпроизводными углеводородов называются органические соединения, образующиеся при замене атомов водорода в углеводородах на атомы галогенов (фтор, хлор, бром, йод).

В зависимости от числа атомов водорода, замещенных галогеном, различают моно-, ди-, тригалогенпроизводные и т. д. Например:

СН₃Cl CH₂Cl₂ CHCl₃ CCl₄

хлористый хлористый хлороформ четыреххлористый

метил метилен углерод

Галогенпроизводные – продукты многотоннажного производства, среди которых такие ценные вещества, как пестициды, растворители, хладоагенты (фреоны), мономеры для каучуков и пластмасс. Они являются обезболивающими и обеззараживающими веществами. Для названия галогенпроизводных по системе ИЮПАК, нумерацию цепи начинают с того конца, ближе к которому стоит атом галогена.

4 3 2 1

СН₃–СН–СН–СН₃

СН₃ Сl

2-хлор-3-метилбутан

Существует несколько способов получения галогенпроизводных: галогенирование углеводородов, замещение гидроксила на галоген, присоединение галогенов и галогенводородов по кратным связям.

У галогенпроизводных галоген непрочно соединен с углеродом (полярная связь) С^⁺Наl^^-, поэтому галоген легко отщепляется, замещаясь на различные группы.

Типичные реакции галогеналканов:

Na⁺OH^-

R–OH+ NaHal

спирт

R’O–Na

R–O–R’+NaHal

простой эфир

O

R’C О

O^-Na⁺ R–C + NaHal

О–R

R–Hal cложный эфир

К⁺CN^-

R–CN + KHal

нитрил

Na⁺NO₂^-

R–NO₂ + NaHal

нитросоединение

избыт. NH₃

R–NH₂ + HHal

амин

Л и т е р а т у р а: [1, с. 209-221].

Blog

Методические указания по изучению дисциплины и задания для выполнения контрольных работ для студентов-заочников специальности 1-74 03 01 зоотехния

Содержание