С разветвленным углеродным скелетом температуры кипения и плавле

АЛКАНЫ (ПАРАФИНЫ) – это углеводороды, в которых все связи одинарные. Их называют НАСЫЩЕННЫМИ в отличие от углеводородов с кратными связями.

Общая формула

CnH2n+2

Все атомы углерода в алканах имеют sp3— гибридизацию.

Физические свойства:

Первые четыре члена гомологического ряда С1 – С4 – бесцветные газы,

C5–C17 – жидкости,

начиная с C18 – твердые вещества.

Все алканы легче воды, не растворимы в воде и не смешиваются с ней.

С увеличением длины цепочки увеличиваются температуры кипения и плавления.

У алканов с разветвленным углеродным скелетом температуры кипения и плавления ниже, чем у неразветвленных с таким же числом атомов углерода в молекуле.

Типы атомов углерода

вторичный третичный

С

С–С–С–С–С первичный

│ │

С С

четвертичный

Гомологический ряд – это совокупность органических соединений, отличающихся друг от друга по составу на одну или несколько СН2-групп (гомологическая разность).

Представители одного гомологического ряда называются гомологами.

Первые пять членов ряда алканов:

СН4 – метан

С2Н6 – этан

С3Н8 – пропан

С4Н10 – бутан

С5Н12 – пентан

Виды изомерии у алканов и галогеналканов.

1) Для алканов возможна только структурная изомерия углеродного скелета (начиная с С4)

2) Для галогеналканов, нитроалканов характерна также изомерия положения заместителей – галогенов, нитрогрупп (начиная с С3)

СН3-СН2-СН2-Сl 1-хлорпропан СН3-СН-СН3 2-хлорпропан

׀

Cl

Получение алканов:

1) Реакция Вюрца: действие металлического натрия на моногалогенопроизводные углеводородов:

2CH3–CH2Br + 2Na → CH3–CH2–CH2–CH3 +2NaBr

Происходит удвоение углеродного скелета. Реакция подходит для получения симметричных алканов.

2) Декарбоксилирование солей карбоновых кислот (реакция Дюма): сплавление со щелочами солей карбоновых кислот. Так получают метан при нагревании ацетата натрия с гидроксидом натрия.

CH3COONa + NaOH  —t  CH4 + Na2CO3

3) Электролиз растворов солей карбоновых кислот (синтез Дюма):

2CH3COONa + 2H2O –(эл.ток)  2СО2 + Н2 + С2Н6 + 2NaOH

катод: идёт разрядка воды 2О + 2е   Н2 + 2ОН

анод: разрядка аниона кислоты: 2СН3СОО -2е  2СО2 + СН3-СН3

4) Метан также можно получить гидролизом карбида алюминия.

Al4C3 + 12H2 →   3CH4 + 4Al(OH)3

5) Гидрирование непредельных или циклических углеводородов в присутствии катализаторов (платины, палладия, никеля). R–CH=CH–R’ + H2kat→  R–CH2–CH2–R’

INCLUDEPICTURE «http://www.informika.ru/text/database/chemy/Rus/Data/Text/Ch3_2-11/img008.gif» \* MERGEFORMAT (циклопропан) + H2Pd→  CH3 –CH2 –CH3(пропан)

6) Предельные углеводороды от C1 до C11 выделяют фракционной перегонкой нефти, природного газа или смесей углеводородов, получаемых гидрированием угля.

7) Гидрирование угля, оксида углерода в присутствии катализаторов (железо, кобальт, никель) при повышенной температуре:

n C + (n+1) H2  –400°С,p→  CnH2n+2

n CO + (2n+1) H2  –200°С,Ni→ CnH2n+2+ n H2O

Химические свойства алканов.

Алканы не взаимодействуют с концентрированными кислотами, щелочами, перманганатом калия, бромной водой. Не вступают в реакции присоединения. Для них свойственны реакции замещения водородных атомов и расщепления. Эти реакции вследствие прочности связей C–C и C–H протекают или при нагревании, или на свету, или с применением катализаторов.

1)Галогенирова-ние: радикальное замещение.

Газообразные хлор и бром на свету.

А) хлорирование: неизбирательно, образуется смесь продуктов:

СН3-СН2-СН3 + Cl2(свет) CH3-CH2-CH2Cl + CH3-CHCl-CH3 + HCl

Б) бромирование:

CH3 CH3

│ │

СН3-СН2-СН-СН3 +Br2 –(свет)СН3-СН2-С-СН3 + HBr

Избирательность бромирования: Br

третичный > вторичный > первичный атом углерода.

2) Нитрование

(реакция М.И. Коновалова):

нагревание до 1400С с разбавленной (10%-ной) азотной кислотой:

CH3 CH3

│ │

СН3-СН2-СН-СН3 + HNO3  СН3-СН2-С-СН3 + H2O

Избирательность нитрования: NO2

третичный > вторичный > первичный атом углерода.

3)  Крекинг

а) CH3–CH2–CH2–CH3 400°C CH3-CH3 + CH2=CH2

б) длительное нагревание метана: CH4 —1500°C  C+ 2H2

в) мгновенное нагревание (пиролиз метана)

2CH4 —1500°C H–CC–H + 3H2

4) Изомеризация: при нагревании с катализатором.

СН3-СН2-СН2-СН3 -(100о, AlCl3) CH3-CH-CH3

CH3

5) Горение

CH4 + 2O2    CO2 + 2H2OC5H12 + 8O2    5CO2 + 6H2O

6) Дегидрирование и циклизация.

СН3-СН3 –(кат, t) CH2=CH2 + Н2

В присутствии катализатора гексан и гептан превращаются в бензол и толуол соответственно.

СН3-СН2-СН2-СН2-СН2-СН3 –(кат, t) INCLUDEPICTURE «http://www.informika.ru/text/database/chemy/Rus/Data/Text/Ch3_2-12/img032.gif» \* MERGEFORMAT + 4 Н2

7) Окисление

2CH4 + O2  -t, кат  2СН3ОН

CH4 + [O]  -t, кат  НСООН

CH4 + [O]  -t, кат  НСНО

4Н10 + 5O2  -t, кат  2СН3СООН + 2Н2О

ЦИКЛОАЛКАНЫ (ЦИКЛОПАРАФИНЫ)

— предельные циклические углеводороды. Общая формула гомологического ряда CnH2n.

INCLUDEPICTURE «http://www.informika.ru/text/database/chemy/Rus/Data/Text/Ch3_2-12/img003.gif» \* MERGEFORMAT

INCLUDEPICTURE «http://www.informika.ru/text/database/chemy/Rus/Data/Text/Ch3_2-12/img005.gif» \* MERGEFORMAT

INCLUDEPICTURE «http://www.informika.ru/text/database/chemy/Rus/Data/Text/Ch3_2-12/img006.gif» \* MERGEFORMAT

INCLUDEPICTURE «http://www.informika.ru/text/database/chemy/Rus/Data/Text/Ch3_2-12/img008.gif» \* MERGEFORMAT

Циклопропан

Циклобутан

Циклопентан

Циклогексан

Малые циклы

Большие циклы

Строение циклоалканов.

Каждый атом углерода в циклоалканах находится в состоянии sp3-гибридизации и образует четыре σ-связи С-С и С-Н.

Углы между связями зависят от размера цикла. В малых циклах С3 и С4 углы между связями С-С сильно отличаются от тетраэдрического угла 109,5°, что создает в молекулах напряжение и обеспечивает их высокую реакционную способность.

σ-связи в циклопропане называют «банановыми». По свойствам они напоминают p-связи.

Поэтому циклопропан способен вступать в реакции присоединения (с разрывом цикла).

Большие циклы очень устойчивы и не склонны к разрыву. Так, молекула циклогексана не является плоским многоугольником и принимает различные конформации.

a б

Конформации шестичленного цикла: а — кресло: 6 — ванна.

И в конформации кресла, и в конформации ванны связи вокруг каждого атома углерода имеют тетраэдрическое расположение. Отсюда — несравнимо большая устойчивость обычных циклов по сравнению с малыми циклами, отсюда — их возможность вступать в реакции замещения, но не присоединения.

  Изомерия:

1. Структурная изомерия, связанная:a) с числом углеродных атомов в кольце – например, INCLUDEPICTURE «http://www.informika.ru/text/database/chemy/Rus/Data/Text/Ch3_2-12/img011.gif» \* MERGEFORMAT (этилциклопропан), INCLUDEPICTURE «http://www.informika.ru/text/database/chemy/Rus/Data/Text/Ch3_2-12/img012.gif» \* MERGEFORMAT (метилциклобутан);

b) с числом углеродных атомов в заместителях –  INCLUDEPICTURE «http://www.informika.ru/text/database/chemy/Rus/Data/Text/Ch3_2-12/img013.gif» \* MERGEFORMAT (1-метил-2-пропилциклопентан), INCLUDEPICTURE «http://www.informika.ru/text/database/chemy/Rus/Data/Text/Ch3_2-12/img014.gif» \* MERGEFORMAT (1,2-диэтилциклопентан)

c)  с положением заместителя в кольце –  INCLUDEPICTURE «http://www.informika.ru/text/database/chemy/Rus/Data/Text/Ch3_2-12/img015.gif» \* MERGEFORMAT (1,1-диметилциклогексан), INCLUDEPICTURE «http://www.informika.ru/text/database/chemy/Rus/Data/Text/Ch3_2-12/img016.gif» \* MERGEFORMAT (1,2-диметилциклогексан)

2. Межклассовая изомерия: циклоалканы изомерны алкенам (с С3Н6).

3. Геометрическая цис-транс-изомерия:

Например, в молекуле 1,2-диметилциклопропана две группы СН3 могут находиться по одну сторону от плоскости цикла (цис-изомер) или по разные стороны (транс-изомер):

цис-изомер транс-изомер

Получение.

1. Отщепление двух атомов галогена от дигалогеналканов (синтез Густавсона):

Вместо магния может использоваться цинк.

2. При каталитическом гидрировании ароматических углеводородов образуются циклогексан или его производные:

t°,р,Ni

C6H6 + 3H2 → C6H12.

Химические свойства

1)   Гидрирование. При каталитическом гидрировании трех-, четырех- и пятичленные циклы разрываются с образованием алканов.

INCLUDEPICTURE «http://www.informika.ru/text/database/chemy/Rus/Data/Text/Ch3_2-12/img025.gif» \* MERGEFORMAT (циклопропан) + H2 —120ºC,Ni CH3–CH2–CH3 INCLUDEPICTURE «http://www.informika.ru/text/database/chemy/Rus/Data/Text/Ch3_2-12/img026.gif» \* MERGEFORMAT (циклопентан)+ H2300ºC,PdCH3–CH2–CH2–CH2–CH3

Пятичленный цикл разрывается только при высоких температурах.

2) Галогенирование. Циклопропан и циклобутан при галогенировании разрываются, присоединяя атомы галогена

 

INCLUDEPICTURE «http://www.informika.ru/text/database/chemy/Rus/Data/Text/Ch3_2-12/img027.gif» \* MERGEFORMAT +  Br2  BrCH2–CH2–CH2Br (1,3- дибромпропан)

Циклопарафины с пяти- и шестичленными циклами вступают при галогенировании в обычные для парафинов реакции замещения.

INCLUDEPICTURE «http://www.informika.ru/text/database/chemy/Rus/Data/Text/Ch3_2-12/img028.gif» \* MERGEFORMAT  + Cl2   INCLUDEPICTURE «http://www.informika.ru/text/database/chemy/Rus/Data/Text/Ch3_2-12/img029.gif» \* MERGEFORMAT (хлорциклопентан) + HCl

3)Гидрогалоге-нирование. Циклопропан и циклобутан взаимодействуют с галогеноводородами с разрывом цикла.

INCLUDEPICTURE «http://www.informika.ru/text/database/chemy/Rus/Data/Text/Ch3_2-12/img030.gif» \* MERGEFORMAT

+ HBr  CH3–CH2

CH-CH3 │Br

Реакция осуществляется в соответствии с правилом Марковникова. Другие циклопарафины с галогеноводородами не реагируют.

4) Дегидрирование.

Производные циклогексана дегидрируются в производные бензола:

C6H12(Pt, t°C) C6H6 + 3H2

5) Нитрование.

Для больших циклов характерны реакции замещения, как для алканов: галогенирование на свету, нитрование.

Циклопентан + HNO3  нитроциклопентан + вода.

6) Горение

С3Н6 + О2 = СО2 + Н2О

 

Алканы, циклоалканы.

А15 Характерные химические свойства алканов.

А26 Реакции, характеризующие основные свойства и способы получения углеводородов.

В6 Характерные химические свойства углеводородов: алканов. Механизмы реакций замещения и присоединения в органической химии. Правило В.В. Марковникова

Свойства.

15-26-1. При крекинге метана не образуется: 1) водород 2) этан 3) ацетилен 4) сажа

15-26-2. В реакции полимеризации не могут вступать

1) алканы 2)алкены 3)алкины 4)алкадиены

15-26-3. Бромную воду не обесцвечивает

1) бутадиен-1,2 2) пропин 3) 2-метилпропан4) 2-метилпропен

15-26-4. С водородом в присутствии катализатора не реагирует

1)бензол 2) бутен 3) толуол 4)бутан

15-26-5. Какие реакции характерны для предельных углеводородов:

1)обмена; 2)присоединения; 3)замещения; 4)полимеризации.

15-26-6.Какой из алканов не способен к реакции ароматизации:

1) 2-метилгексан 2) н-октан 3) 3,4- диметилгептан 4) 3-метилпентан

15-26-7. Какое из веществ при хлорировании даст только одно монохлорпроизводное?

1)Этан 2) Пропан 3) Метилциклогексан 4) Метилбензол

15-26-8. Газ без цвета и запаха; легче воздуха; при пиролизе образует водород и соединение, которое при тримеризации превращается в вещество, обладающее ароматическими свойствами, — это 1) этан 2) этен 3) метан 4) ацетилен

15-26-9 .Превращение бутана в бутен относится к реакции:

1)полимеризации; 2)дегидрирование; 3)дегидратации; 4)изомеризации.

15-26-10. Неверно одно из следующих утверждений: «Получение этилена из этана является реакцией… 1) дегидрирования; 2) каталитической; 3) обратимой; 4) экзотермической».

15-26-11. Этан вступает в реакции

1) разложения и замещения 2) гидрирования и гидролиза

3) дегидратации и замещения 4) горения и гидрирования

15-26-12. 2,3-Диметилпентан вступает в реакцию

1) поликонденсации 2) присоединения 3) замещения 4) полимеризации

15-26-13. 2-Метилбутан не вступает в реакцию полимеризации, т.к.

1) является углеводородом 2) в его молекуле нет пи-связей

3) в его молекуле есть тетраэдрические структуры 4) его молекула не симметрична

15-26-14.Укажите неверное утверждение: «Реакция хлорирования метана -это рекция



Страницы: Первая | 1 | 2 | 3 | ... | Вперед → | Последняя | Весь текст