Укажите в изомерах первичные, вторичные и третичные атомы углерода.

Решение:

Для любого алкана с формулой С_nН_2n+2 при n › 3 можно предложить более одной структурной формулы, причем число возможных вариантов резко возрастает с ростом n.

Для определения структурных изомеров сначала пишут углеродную цепь из шести атомов углерода, свободные валентности атома углерода заполняют атомами водорода - СН₃ – СН₂ – СН₂ – СН₂ – СН₂ – СН₃ - нормальный гексан. Атомы углерода, связанные с одним углеродным атомом, называются первичными, с двумя – вторичными, тремя – третичными. Поэтому атомы 1С, 6С – первичные, 2С, 3С, 4С и 5С - вторичные;

Далее образуют цепи с меньшим числом атомов углерода, остальные атомы перемещают в боковую цепь.

Например:

1 2 3 4 5

а) СН₃ – СН – СН₂ – СН₂ – СН₃

│

СН₃ 2-метилпентан,

атомы 3С и 4С – вторичные, 2С – третичный, остальные атомы – первичные;

 

1 2 3 4

б) СН₃ – СН – СН – СН₃

│ │

СН₃ СН₃ 2, 3- диметилбутан,

атомы 2С и 3С – третичные, остальные – первичные.

Для образования новых структурных изомеров боковые радикалы перемещают в углеводородной цепи.

Например:

СН₃

1 2│ 3 4

СН₃ -С - СН₂ - СН₃

│

СН₃ 2, 2-диметилбутан,

атом 2С - четвертичный, 3С – вторичный, остальные атомы – первичные.

2. Какие углеводороды можно получить по реакции Вюрца, используя смесь галогеналканов (алкилгалогенидов) – хлорэтана и хлорметана?

Решение:

Для определения формулы получаемого углеводорода по реакции Вюрца следует структурные формулы галогеналканов написать следующим образом (навстречу атомами галогена):

СН₃ - [Сl + 2Nа + Cl ]–СН₂ - СН₃ → СН₃ – СН₂ - СН₃ + 2 NaCl

пропан

Образующиеся радикалы соединяют между собой в структурную формулу нового углеводорода. В случае двух различных галогеналканов возможны еще две другие комбинации радикалов, приводящие к образованию двух других углеводородов:

СН₃ - [Сl + 2Nа + Сl]– СН₃ → СН₃ - СН₃ + 2 NаCl

этан

СН₃ - СН₂ - [Сl + 2Nа + Сl]– СН₂ – СН₃ → СН₃ - СН₂-СН₂-СН₃ + 2 NаCl

бутан

Таким образом, при использовании в реакции Вюрца смеси галогеналканов получить индивидуальное вещество невозможно, образуется смесь новых углеводородов.

В случае определения структуры и состава галогеналканов, необходимых для получения углеводорода известного состава, нужно условно разделить исходный углеводород на два одинаковых фрагмента (симметричные алканы), которые и образуют одно галогенопроизводное. Например, для бутана СН₃ - СН₂ - ║ - СН₂ - СН₃ это будет

СН₃ - СН₂-Вr - бромэтан.

В случае несимметрично построенного углеводорода это могут быть любые два галогенопроизводные. Например, для пентана СН₃ - СН₂ - СН₂ - СН₂ - ║ - СН₃ это бромметан и 1-бромбутан или СН₃ - СН₂ - СН₂ - ║ - СН₂ – СН₃ бромэтан и 1-бромпропан.

Следует помнить, что при взаимодействии данных галогенопроизводных образуется смесь углеводородов, один из которых – пентан.

Какой углеводород получится при сплавлении ацетата натрия со щелочью?

Решение:

Схему данного химического превращения следует представить следующим образом:

t

СН₃ СООNa + NaО Н → СН₄ + Nа₂СО₃

В результате сплавления натриевых солей карбоновых кислот со щелочью (или натронной известью) образуются углеводороды, в составе которых на один атом углерода меньше по сравнению с составом исходной соли.

4. Какие продукты образуются при галогенировании и нитровании по Коновалову (14-20% раствор НNО₃, 140⁰С) пропана?

Решение:

Реакции галогенирования (хлорирование, бромирование), нитрования протекают по свободнорадикальному механизму (радикальное замещение - S_R).

Следует помнить, что при хлорировании возможно образование нескольких изомеров - монохлорпроизводных (реакции нерегиоселективны):

t

2С Н ₃ -С Н ₂ -СН₃ + 2 Сl ₂ → СН₃ -СН Cl -CН₃ + СН₂ С l-СН₂- СН₃ + 2НСl

2-хлорпропан 1-хлорпропан

В случае монобромирования и мононитрования по Коновалову замещение атома водорода в алканах происходит преимущественно у третичных, затем вторичных атомов углерода, то есть данные реакции протекают региоселективно:

t

СН₃ - СН - СН₃ + Br ₂ → СН₃- СН-СН₃ + НBr

│ │

Н Br 2-бромпропан

 

t

СН₃ - СН - СН₃ + НО NО₂ → СН₃-СН - СН₃ + Н ОН

│ │

Н NО₂

2-нитропропан

 

Алкены (Этиленовые углеводороды)

Литература

1. Иванов, В.Г. Органическая химия: учеб. пособие для вузов / В.Г. Иванов, В.А. Горленко. – М.: Издательский центр «Академия», 2009. -С. 48-49, 79-80, 118-135.

2. Грандберг, И.И. Органическая химия: учеб. для вузов / И.И. Грандберг. - М.: Дрофа, 2002. -С. 164-179.

3. Артеменко, А.И. Органическая химия: учеб. для вузов / А.И. Артеменко. - М.: Высшая школа, 2009. -С. 73-86.

4. Денисов, В.Я. Органическая химия: учеб. для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки и специальности «Химия» / В.Я.Денисов, Д.Л. Мурышкин, Т.В. Чуйкова. – М.: Высшая школа, 2009. -С. 50-63.

Основные вопросы по данной теме в достаточном объеме освещены в рекомендуемых учебниках. Более подробно электронное строение, пространственная изомерия алкенов, механизмы реакций присоединения и полимеризации рассмотрены в [1, 4]. Самостоятельно изучать тему «Алкены» лучше по учебнику [2], так как материал изложен систематично и кратко.

Углеводороды, в молекулах которых между атомами углерода имеется одна двойная связь (комбинация σ - и π - углерод - углеродных связей), называются алкенами (этиленовые углеводороды). Общая формула гомологического ряда алкенов С_n Н_2n.

Названия непредельных углеводородов составляют в соответствии с правилами ИЮПАК (см. «Номенклатура органических соединений»), при этом в названии углеводорода суффикс «ан» заменяют на «ен». Для алкенов сравнительно простого строения разрешается применять названия с суффиксом «илен». Например, этилен, пропилен и т.д.

По рациональной номенклатуре углеводороды рассматривают как производные этилена, у которого один или несколько атомов водорода замещены на углеводородные радикалы. При составлении названия положение этих радикалов относительно двойной связи указывают добавлением слова «симметричный» или «несимметричный».

Для этиленовых углеводородов характерно два вида изомерии: структурная и пространственная. Структурная изомерия обусловлена двумя причинами: различным строением углеродного скелета (начиная со второго члена гомологического ряда - это цепь или цикл) и различным положением двойной связи в углеродной цепи

Невозможность в нормальных условиях свободного вращения вокруг двойной связи (подробно см. «Изомерия органических соединений») приводит к появлению у алкенов геометрической (цис-, транс-, Z-, E- ) изомерии.

На примере этилена следует, используя гипотезу о sp² - гибридизации атомов углерода, изучить природу двойной связи, рассмотреть схемы образования σ - и π - связей (см. «Химическая связь») и их характеристики. Необходимо подчеркнуть различия в строении этилена и его гомологов (например, полярность молекул). Пространственное строение молекулы этилена и фрагмента - С=С остальных соединений – плоское тригональное.

При изучении физических свойств алкенов следует обратить внимание, как и в случае алканов, на закономерности в изменениях свойств (температура кипения и плавления, плотность, растворимость в полярных и неполярных растворителях и т.д.) гомологов, структурных и пространственных изомеров.

При изучении химических свойств необходимо обратить особое внимание на высокую реакционную способность этиленовых углеводородов и связать это с появлением у них химически активного реакционного центра – π - связи. Почти все реакции происходят с участием этой связи. По месту разрыва двойной связи протекают реакции присоединения (радикального А_R- и электрофильного А_E - типа), окисления и полимеризации.

Указанные реакции имеют большое практическое применение, широко используются для получения целого ряда ценных продуктов: одно- и двухатомных спиртов, полимеров и т.д.

Студенту необходимо знать реакции присоединения к этиленовым углеводородам следующих веществ: водорода, галогенов (с Br₂ - качественная реакция на непредельные соединения), галогеноводородов, серной кислоты, воды. При этом следует учитывать, что электрофильное присоединение к несимметрично построенным алкенам протекает в соответствии с правилом Марковникова: атом водорода присоединяется к наиболее гидрированному атому углерода при двойной связи. Такой порядок присоединения обусловлен поляризуемостью двойной связи, различием в устойчивости промежуточных карбокатионов. Например,

пропен 2-бромпропан

Следует учитывать, что реакции присоединения могут протекать и против правила Марковникова:

1. в случае присоединения по радикальному механизму, например, присоединение НВr в присутствии перекиси водорода:

 

Н₂ О₂

СН₃ - СН = СН₂ + НВr → СН₃ - СН - СН₂

│ │

Н Вr

1-бромпропан

2. при введении в состав непредельных углеводородов электроноакцепторной группы (-NO₂, -CF₃ и т.д.):

 

1-бром- 2-нитроэтан

В отличие от алканов алкены легко окисляются. Глубина, направление окисления (слабое, среднее, сильное и полное окисление, озонолиз) определяются типом окислителя и условиями проведения реакций.

Реакции полимеризации алкенов широко используются для получения целого ряда ценных продуктов: пластмасс, каучука и др. Студенту необходимо рассмотреть основные виды полимеризации (катионная, анионная, радикальная) и их особенности, основные характеристики полимеров. Схемы полимеризации этилена и пропилена можно представить следующим образом:

nСН₂= СН₂ → [ - СН₂ – СН₂ - ]_n, n – степень полимеризации

мономер полимер

этилен полиэтилен

 

nСН₂= СН → [ - СН₂ – СН - ]_n

| |

СН₃ СН₃

пропилен полипропилен

Из лабораторных способов получения студенту необходимо знать получение алкенов дегидратацией спиртов, дегидрогалогенированием галогеналканов (действие спиртового раствора щелочи), при этом следует учитывать, что данные реакции протекают по правилу Зайцева. Широко известны реакции дегидрирования алканов, дегалогенирования дизамещенных алканов.

Основными источниками промышленного получения алкенов являются крекинг и пиролиз нефти. Материал по данному вопросу в достаточном объеме представлен в рекомендуемых учебниках.

Контрольные вопросы и упражнения:

1. Почему алкены называют ненасыщенными? Какие еще существуют названия для этого класса?

2. Назовите следующие соединения по двум номенклатурам - ИЮПАК и рациональной:

(СН₃)₂СН – СН=СН – СН₃ ; СН₂ = С(С₂ Н₅)₂; (С₂Н₅)₂С=СН-СН₃.

3. Для симм-диэтилэтилена рассморите все виды изомерии, характерные для алкенов. Назовите изомеры.

4. На примере пропена рассмотрите схемы образования σ - и π -связей, укажите все электронные эффекты в данном соединении.

5. Напишите следующие уравнения реакций: гидратации изобутилена, гидрохлорирования бутена-1, озонолиза гексена-2, окисления в условиях реакции Вагнера бутена-2. Назовите полученные соединения.

6. Какие углеводороды образуются при дегидратации следующих спиртов:

2-гексанола, 2-метилпентанола-3? Напишите уравнения реакций. Укажите условия протекания реакций. Назовите полученные соединения.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. VIII. Выпишитеиз 4-roабзацапредложениесместоименнымглаголом. Переведите его. Укажите время, в котором стоит глагол. Напишите его инфинитив.
2. А.15 Укажите, что представляет собой фибра
3. А.16 Укажите к какой группе металлов принадлежит медь и её сплавы .
4. Вопрос. Вторичные критерии оценки проекта (внутренняя норма рентабельности - IRR, срок окупаемости – PP).
5. Вторичные источники электропитания
6. Вторичные карбиды округлой формы), х 600
7. Вторичные методы разработки залежей
8. Вторичные стратиграфические ловушки
9. Выпишите из текста глагольные формы, укажите время и залог.
10. Д. Опухоли у детей: 1) определение тератом, 2) классификация тератом, 3) морфология зрелой тератомы, 4) морфология незрелой и злокачественной тератом, 5) морфология крестцово-копчиковой тератомы.
11. Дайте анализ правомерности передачи имен действующих лиц одного из британских или американских произведений, переведенного на русский язык; укажите имя переводчика.
12. К заданию 1. Укажите в тексте слова с переносным значением. Определите, какие приемы использованы авторами для создания стилистического своеобразия текстов.