Взаимодействие карбидов металлов с водой

(получение в лаб. условиях)

СаС₂ + 2Н₂О НС≡ СН + Са(ОН)₂

3. Прямой синтез (проводится при температурах выше 3000 градусов по Цельсию, реакция проводится на электрической дуге между угольными электродами в атмосфере водорода):

2С + Н₂ НС≡ СН

4. Дегидрогалогенирование дигалогеналканов:

КОН, спирт, t

СН₃− СН₂− СНВr₂ СН₃ − С≡ СН + 2НВr

KOH, спирт, t

СН₃− СНВr− СН₂Вr СН₃− С≡ СН + 2НВr

5. Из галогеналканов под действием цинка:

Zn, пыль

СН₃Вr₂СHВr₂ СН₃− С≡ СН + 2 ZnBr₂

5.2. Химические свойства алкинов

Химические свойства алкинов обусловлены наличием в их молекулах тройной связи. Атомы углерода при тройной связи находятся в состоянии sр-гибридизации, тройная связь является сочетанием одной сигма и двух пи-связей. Типичными для алкинов являются реакции электрофильного присоединения. Однако эти реакции для алкинов протекают медленнее, так как sр-гибридизованные орбитали более электроотрицательны чем sp², π -электроны более прочно связаны с ядром углерода и, следовательно, менее активно реагируют с электрофильным агентом, чем алкены и диены.

Галогенирование

Галогены присоединяются к алкинам в две стадии:

НС≡ СН + Вr₂ ВrСН=СНВr

НС≡ СН +2Вr₂ Вr₂СН− СНВr₂

НС=СН +CI₂ CHCI=CHCI

Хлорирование проводят в инертном растворителе, например, в тетрахлориде углерода ССI₄, так как при проведении реакции в газовой фазе происходит разрушение углеродного скелета:

С₂Н₂ + СI₂ 2НСI + 2С

2. Гидрогалогенирование.

Галогеноводороды присоединяются к тройной связи труднее, чем к двойной. Для активации реакции используется А1С1₃- сильная кислота Льюиса. Из ацетилена при этом можно получить винилхлорид (хлорэтен), который используется для получения важного полимера- поливинилхлорида:

А1СI₃

НС≡ СН + НСI СН₂=СНСI

В случае избытка галогеноводорода происходит полное гидрогалогенирование, причем для несимметричных алкинов на каждой стадии присоединение идет по правилу Марковникова:

AlCI₃

СН₃− С≡ СН + НСI СН₃− СС1=СН₂

AlCI₃

СН₃− ССI=СН₂ + 2НСI СН₃− ССI₂− СН₃

Гидратация.

Присоединение воды к алкинам (реакция Кучерова) катализируется кислотой и солями ртути (П). При этом из ацетилена получается этаналь:

Hg²⁺_,H ⁺

НС≡ СН + Н₂О СН₃–СНО

Другие алкины дают кетоны:

Hg²⁺, H⁺

СН₃− С≡ СН + Н₂О СН₃− СО− СН₃

Предполагается, что на первой стадии присоединения воды образуются неустойчивые виниловые спирты (енолы), в которых гидроксогруппа находится непосредственно у атома углерода при двойной связи. Енолы быстро изомеризуются в более стабильные карбонильные соединения.

Гидрирование.

Алкины присоединяют водород в присутствии металлических катализаторов (Рt, Рd, Ni) при нагревании. Реакция протекает в две стадии, промежуточный алкен при этом трудно выделить:

p, Pt, t⁰

CH₃− CH₂− С≡ СН + 2 Н₂ CH₃− CH₂− СH₂− СН₃

p, Pt, t⁰

НС≡ СН + 2Н₂ СН₃− СН₃

5. Димеризация и полимеризация.

В присутствии катализаторов алкины могут реагировать друг с другом, причем в зависимости от условий образуются различные продукты. Например, под действием водного раствора CuCl и NH₄Cl

ацетилен димеризуется, образуя винилацетилен:

НС≡ СН + НС≡ СН НС≡ С− СН=СН₂

Винилацетилен, присоединяя хлороводород, образует хлоропрен, используемый для получения искусственного каучука:

СН₂=СН− С≡ СН + НС1 СН₂=СН− СС1=СН₂

При пропускании ацетилена над активированным углем при 600^оС происходит тримеризация ацетилена с образованием бензола, другие алкины образуют при этом гомологи бензола:

С_акт.,t⁰

НС≡ СН C ₆Н₆

3СН₃− С≡ СН С₆Н₃(СН₃)₃(1, 3, 5-триметилбензол)

В присутствии катализаторов( CuCl, NH₄Cl, H⁺) образуется винилацетилен:

НС≡ СН + НС≡ СН Н₂С=СН− С≡ СН ׀

винилацетилен

Кислотные свойства алкинов

Алкины с концевой тройной связью в которых атом водорода связан с углеродом, находящимся в sp-гибридном состоянии, способны отщеплять протон под действием сильных оснований, т.е. проявляют слабые кислотные свойства. Алкины в отличие от алканов и алкенов, способны образовывать соли, называемые ацетиленидами:

2R− C≡ C− H + NaH 2R− C≡ C− Na + H₂

Ацетилениды серебра и меди(1) легко образуются и выпадают в осадок при пропускании алкина через аммиачный раствор оксида серебра или хлорида меди(1). Эти реакции используются для обнаружения алкинов с тройной связью на конце цепи:

НС≡ СН + 2 [Аg( NН₃) ₂] ОН АgС≡ САg↓ + 2NН₃ + Н₂О

жёлто-серый осадок

или в упрощенной форме:

NH₃

НС≡ СН + Аg₂O АgС≡ СAg↓ + Н₂О

R− C≡ CH + [ Cu(NH₃)₂]Cl R− C≡ C-Cu ↓ + NH₄Cl + NH₃

красный осадок

Ацетилениды серебра и меди легко разлагаются под действием хлороводородной кислоты с выделением исходного алкина:

R− C≡ C− Cu + HCl R− C≡ СH + CuCl↓

Тем самым, используя реакции образования и разложения ацетиленидов, можно выделять такие алкины из их смесей с другими углеводородами.

7. Окисление

Алкины окисляются различными окислителями, например, перманганатом калия. В кислой среде происходит расщепление тройной связи и образо

вание карбоновых кислот:

5СН₃-С≡ С-СН₃ +6 KMnO₄ +9 Н₂SO₄

10СН₃СООН +6 MnSO₄ +3K₂SO₄+4H₂O

Алкины с концевой тройной связью дают карбоновую кислоту и диоксид углерода:

5CH₃− C≡ CH +8 KMnO₄ + 12 H₂SO₄

5CH₃COOH +5CO₂ +12H₂О+ 4K₂SO₄+8MnSO₄

Горение

t⁰

НС≡ СН + 2, 5 О₂ 2СО₂ + Н₂О

5.3. Примеры решения задач

Пример 16. Разделить смесь, состоящую из пропана, пропена и пропина и выделить компоненты в чистом виде.

Решение:

Все компоненты смеси газообразные, причем два из них относятся к непредельным соединениям. Пропускание смеси через раствор брома в ССI₄ приведет к образованию продуктов присоединения брома к обоим непредельным соединениям, поэтому смесь не удастся полностью разделить. Поэтому сначала смесь нужно пропустить через аммиачный раствор оксида серебра, при этом будет образовываться ацетиленид серебра, который выпадает в осадок:

CH≡ CH +2[Ag(NH₃)₂]ОН AgC≡ CAg↓ + 4NH₃ + 2Н₂О

Или в упрощенном виде:

HC≡ CH + Ag₂O AgC≡ CAg↓ + H₂O

Остальные компоненты смеси – пропан и этен – проходят через раствор. Затем пропустим смесь через раствор брома в ССl₄, при этом этен перейдет в 1, 2 – дибромэтан, который останется в растворе:

CH₂=CH₂ + Br₂ CH₂Br− CH₂Br

В результате остается пропан – он проходит через раствор. Чтобы выделить компоненты смеси в чистом виде, обработаем осадок ацетиленида серебра избытком раствора соляной кислоты и получим чистый ацетилен:

AgC≡ AgC↓ + 2HCI CH≡ CH + 2AgCI↓

Для выделения этена из 1, 2 – дибромэтана обработаем последний цинковой пылью при нагревании:

CH₂Br− CH₂Br + Zn CH₂=CH₂ + ZnBr₂

Пример 17.

Смесь этана, этена и этина объёмом 15, 68 л (н.у.) пропустили через избыток аммиачного раствора оксида серебра, в результате образовалось

36 г. Осадка. При пропускании такого же объёма смеси через раствор брома в четырёххлористом углероде объём смеси газов уменьшился на 5, 6 л. (н.у.). Определить состав исходной газовой смеси ( в % по объёму).

Решение:

При пропускании исходной смеси через аммиачный раствор оксида серебра в реакцию взаимодействия будет вступать этин с образованием осадка ацетиленида серебра:

НС ≡ СН +Аg₂О АgС≡ САg↓ +Н₂О

1) Определим количество вещества и объём этина:

n (C₂H₂) = n (Ag₂C₂) =m (Ag₂C₂)/ M (Ag₂C₂) =36/240 = 0, 15 (моль );

V (C2H₂) = 0, 15x 22, 4 = 3, 36 (л)

При пропускании исходной смеси через раствор брома объём смеси газов уменьшается на 5, 6 л взаимодействия этина и этена:

С₂Н₂ + 2Вr₂ СНВr₂ – СНВr₂

С₂Н₄ +Вr₂ СН₂Вr− СН₂Вr

2) Определяем объём этена и этана:

V(С₂Н₄) = 5, 6 - V(С₂Н₂) = 5, 6- 3, 36 =2, 24 (л.),

тогда V (С₂Н₂) = 15, 68 – 5, 6 = 10, 08 (л.).

3) Находим состав исходной смеси:

φ (C₂H₂) = V(C₂H₂)/15, 68 = 3, 36/15, 68=0, 2143

φ (C₂H₄) = V(C₂H₄)/15, 68 =2, 24/15, 68 =0, 1429

φ (C₂H₆) = V(C₂H₆)/15, 68 = 10, 08/15, 68=0, 6428

Ответ: φ (C₂H₂) =0, 2143; φ (C₂H₄) = 0, 1429; φ (C₂H₆) =0, 6428.

5.4. Задачи и упражнения для самостоятельного решения

127. Относительная плотность некоторого газообразного алкина по водороду равна 27. Определите формулу алкина.

128. Сколько σ -связей в молекуле четвертого члена гомологического ряда алкинов?

129. Напишите структурные формулы всех алкинов состава С₆Н₁₀, имеющих в своем составе только один третичный атом углерода и назовите их.

130. Напишите структурные формулы изомерных ацетиленовых углеводородов состава С₇Н₁₂, главная цепь которых состоит из пяти атомов и назовите их.

131. Какие из перечисленных углеводородов являются изомерами и какие гомологами: гексин-3, 3-метилпентин-1, гексин-2, пентин-2,

3-метилбутин-1?

132. Изобразите структурные формулы всех алкинов, изомерных пентину-1 и назовите их.

133. Среди перечисленных ниже веществ выберите пары изомеров: 3-метилпентин; пентен-2; 2-метилбутадиен-1, 3; 1 –метилциклопентен.

134. Среди перечисленных ниже веществ выберите:

а) изомеры и б) гомологи: 3- метилбутин -1; пентен -2; пентин-3; циклопентен; 2- метилгексин-3; гексадиен-1, 3; 3-метилбутен-1.

135. Напишите структурные формулы всех ацетиленовых углеводородов, которые при каталитическом гидрировании образуют 2-метилпентан. Назовите их по систематической номенклатуре.

136. Ацетилен в промышленности получают:

а) перегонкой сырой нефти;

б) термическим крекингом метана;

в) выделением из природного газа;

г) дегидрированием этана.

Выберите правильный ответ.

137. С бромной водой взаимодействуют оба соединения:

1) этан и этилен

2) бутадиен-1, 3 и бутан

3) этин и пропан

4) бутадиен-1, 3 и пропен

Выберите правильный ответ и напишите уравнения реакций.

138. При взаимодействии бутина-1 с избытком бромоводорода образуется

1) 1, 1, 2, 2 - тетрабромбутан

2) 1, 2 -дибромбутан

3) 1, 1 - дибромбутан

4) 2, 2 - дибромбутан

Выберите правильный ответ и напишите уравнения реакций.

139. При полном гидрировании смеси трёх изомеров, один из которых

бутин-1, был получен только один алкан. Предложите структурные формулы соединений, которые могут быть получены при обработке избытком НС1 этой смеси изомеров.

140. При полном гидрировании смеси трёх изомеров, один из которых

бутин-2, был получен только один алкан. Предложите структурные формулы соединений, которые могут быть получены при обработке избытком НВr этой смеси изомеров.

141. Как химическим путем выделить бутин-2 из его смеси с бутином-1?

142. Разделите газовую смесь, состоящую из бутина-1, бутина-2, бутана и углекислого газа. Выделите компоненты смеси в чистом виде.

143. Смесь этана и одного из бутинов пропустили через аммиачный раствор оксида серебра, а затем через раствор брома. Какой бутин должен быть в смеси, если она: а) не обесцвечивает бромную воду; б) обесцвечивает бромную воду? Ответ подтвердите уравнениями реакций.

144. Получите: а) ацетилен из этилена, б) бутин-2 из бутена-2. Напишите уравнения реакций.

145. Осуществите превращения:

а)карбонат кальция оксид кальция карбид кальция этин винилацетилен бутан метилпропан.

б) ацетилен винилацетилен бутадиен-1, 3

2, 3-дибромбутан.

146. Получите: а) 2, 3-дибромбутан из ацетилена; б) бензол из метана;

в) 1-хлорэтен из этана; г) бутен-1-ин-3 из углерода.

147. Раствор алкина в н-гексане, в котором массовая доля алкина составляла 41, 00%, подвергли гидрированию в присутствии никелевого катализатора. После завершения гидрирования массовая доля образовавшегося алкина составила 42, 16%. Определите формулу исходного алкина и напишите структурные формулы его изомеров.

148. Плотность смеси этана и этина равна плотности азотa.Определите объемные и массовые доли газов в смеси.

149. Рассчитайте элементный состав (в%% по массе) изомерных ацетиленовых углеводородов, плотность паров которых по кислороду равна 1, 69. Напишите структурные формулы возможных изомеров и назовите их..

150. Рассчитайте массу хлороводорода, который может прореагировать с 44, 8л (н.у.) смеси пропина и бутена, имеющей плотность, равную плотности одного из алканов.

151. После пропускания 100 л (н.у.) смеси этана, пропена и пропина через аммиачный раствор оксида серебра её объем стал равным 80 л (н.у.). После пропускания точно такого же объема смеси через бромную воду её объём уменьшился на 40 л (н.у.). Определите состав исходной смеси (в %% по объёму)..

152. Смесь алкана, алкена и алкина, содержащих одинаковое число атомов углерода, объемом 2, 8л (н.у.), может прореагировать с 17, 4г оксида серебра (в аммиачном растворе) или обесцветить 875 г бромной воды с массовой долей брома 3, 2%. Определите качественный и количественный состав ( в % по объему) исходной смеси углеводородов.

153. Смесь этана, этилена и ацетилена объемом 40, 6 л (н.у.) пропустили через аммиачный раствор оксида серебра, взятый в избытке. В результате образовалась 96, 0 г осадка. При пропускании такого же объема смеси газов через бромную воду объем смеси газов уменьшился на 18, 2 л (н.у.). Определите состав газовой смеси ( в %% по объёму).

154. Рассчитайте, во сколько раз уменьшится объем смеси этана и этина после пропускания её через аммиачный раствор оксида серебра, если известно, что 11, 2 л (н.у.) исходной смеси могут легко прореагировать в темноте с 38, 2 мл брома (плотность 3, 14 г/мл ).

155. Определите строение углеводорода ацетиленового ряда, если при присоединении 95, 88 г брома, растворенного в хлороформе, образуются 112, 08 г продукта реакции. Известно также, что углеводород не реагирует с аммиачным раствором оксида серебра.

156. Смесь ацетилена, этилена и водорода с плотностью по водороду 4, 4 имеет массовую долю водорода как элемента 25%. Определите состав смеси (в процентах по объему) после ее пропускания над никелевым катализатором. Выход в реакциях гидрирования считать 100%.

157. Замкнутый сосуд наполнили находящимся в газообразном состоянии алкином. При полном термическом разложении углеводорода на элементы давление в сосуде увеличилось в 5 раз (при неизменной температуре). Укажите все углеводороды, которые могли бы дать подобный результат.

158. Какой объем воздуха необходим для сжигания

11, 2 л (25^оС; 97, 33 кПа) смеси пропена и ацетилена с плотностью равной при этих условиях плотности одного из алканов?

159. Смесь ацетилена и углекислого газа образует при пропускании через избыток известковой воды 20, 0г осадка. При обработке такой же смеси избытком хлора образуется 21, 9 г хлороводорода. Вычислите объем (н.у.) исходной смеси газов.

160. Теплота сгорания этина равна 1300 кДж/моль. Какой объем этина

(н.у.) сгорел, если теплота реакции составила 780 кДж.

161. При обработке водой пропина в присутствии солей ртути и серной кислоты было получено 23, 2г ацетона с выходом 0, 4. Какой объем пропина (н.у.) был взят?

162. Ацетиленовый углеводород, содержащий пять углеродных атомов в главной цепи, присоединяет 40г брома. При этом образуется 52 г продукта реакции. Определите строение углеводорода, если известно. Что он не вступает в реакцию с аммиачным раствором оксида серебра.

163. 7, 84л (н.у.) смеси газообразных этиленового и ацетиленового углеводородов, содержащих одинаковое число атомов углерода, может присоединить 80 г брома. Образовавшаяся при этом смесь продуктов присоединения брома имеет массу94, 4 г. Определите строение и состав

(в % по массе) исходной смеси углеводородов.

164. Определите массу гидроксида калия, находившегося в спиртовом растворе, прореагировавшего с 1, 2-дибром-3, 3-диметилпентаном, если при этом образовалось 24г алкина. Назовите алкин.

165. При полном гидрохлорировании алкина массой 2, 16г образуется вещество, масса которого равна 5, 08г. Установите строение алкина и с аммиачным раствором оксида серебра.

166. 1, 2-дибромпропан массой 4, 04г обработали 20, 0г 20%-ного раствора гидроксида калия в этаноле. Вычислите массу остатка, который был получен после окончания реакции и выпаривании раствора.

167. Смесь карбида алюминия и карбида кальция общей массой 2, 72г обработали избытком соляной кислоты. Выделившуюся смесь углеводородов сожгли, а продукты сгорания пропустили через избыток раствора гидроксида бария, при этом образовалось 13, 8г осадка. Определите состав газовой смеси углеводородов (в %% по объему), образовавшейся при гидролизе карбидов.

168. Масса твердого вещества, образующегося при пропускании смеси ацетилена и бутина-1 через избыток аммиачного раствора оксида серебра, в 7, 4 раза больше массы смеси углеводородов. Вычислите объемные доли веществ в исходной смеси углеводородов.

169. Раствор изопрена и пентина-2 в гексане общей массой 4, 56г может прореагировать с 2, 8г брома (без нагревания и катализаторов). Вычислите массовую долю гексана в исходной смеси.

170. Определите объем водорода, который потребуется для полного каталитического гидрирования 10л (объемы измерены при н.у.) смеси бутина и бутадиена-1, 3. Плотность смеси равна 2, 411 г/л.

Глава 6. ЦИКЛОАЛКАНЫ

Насыщенные углеводороды, в которых атомы углерода замкнуты в цикл. Общая формула углеводорода с одним циклом C_nH₂_n_.Электронные орбитами атомов углерода в циклоалканах находятся в состоянии sp³-гибридизации.

Все циклоалканы- бесцветные, малорастворимые в воде, горючие вещества. При обычных условиях C₃H₆, C₄H₈- газы, С₅Н₁₀, С₆Н₁₂- жидкости

Структурная изомерия циклоалканов свящзана с различной величиной циклов, видом и строением заместителей и их расположением:

циклогексан метилциклопентан пропилциклопропан

1, 2-диметилциклобутан 1, 3-диметилциклобутан

6.1. Получение циклоалканов

1. Общий способ получения циклоалканов и их производных – действие металлов (Na, Zn, Mg) на дигалогенпроизводные алканов при нагревании

2. Циклогексан и его производные получают гидрированием бензола:

6.2. Химические свойства циклоалканов

1. Малые циклы (С₃-С₄), вследствие специфики строения вступают в реакции присоединения с разрывом С-С связи в цикле, циклы с большим числом атомов углерода сходны по химическим свойствам с алканами. Малые циклы присоединяют галогены, галогеноводороды, водород ( циклобутан не присоединяет галогеноводороды, только водород и галогены)

а)

б) Окисление происходит с разрывом цикла.

Например, при окислении циклобутана образуется бутандиовая кислота.

-2 +3

2 C - 10 ē = 2 C процесс окисления

+7 +2

Mn + 5 ē = Mn процесс восстановления

2. Большие циклы ( n> 5) с HaI₂ реагируют без разрыва цикла, с галогеноводородами в реакции не вступают, нагревание в присутствии никеля приводит к реакциям дегидрирования, при этом образуются ненасыщенные циклические соединения

6.3. Примеры решения задач

Пример 18.

При хлорировании 70 г циклоалкана, в молекуле которого содержится 40 е, было получено монохлорпроизводное массой 83, 6 г. Определить выход реакции галогенирования и массовые доли веществ, в полученной жидкой органической смеси.

Решение:

1) Общая формула циклоалканов С_nH₂_n

В одном атоме углерода содержится 6 е, в атоме водорода 1е, в молекуле С_nH₂_n n(е)= 6n+2n=8n

Составляем уравнение: 8n= 40; n=5,

следовательно, циклоалкан С₅Н₁₀- циклопентан

2) Монохлорпроизводное образуется в реакции хлорирования без разрыва цикла

3) Определяем количество вещества циклоалкана:

M (C₅H₁₀) = 70г/моль

М (С₅Н₉Сl) = 104, 5 г/моль

n(С₅Н₁₀) = m (C₅H₁₀)/M(C₅H₁₀) = 70/70= 1моль

4) Определяем количество вещества монохлорпроизводного, полученного практически n( С₅Н₉Сl) = 83, 6/104, 5 = 0, 8 моль

5) Выход в реакции (η ) определяется как отношение количества вещества, полученного практически n(пр) к количеству вещества рассчитанному по уравнению химической реакции (теоретически) n( теор)

η = n(пр) / n(теор) = 0, 8: 1 = 0, 8 (80%)

6) Таким образом, в жидкой органической смеси после реакции будут находиться хлорциклопентан и непрореагировавший циклопентан:

m ( C₅H₉Cl) = 83, 6 г(по условию) и

n( С₅Н₁₀) ост = 1, 0-0, 8 = 0, 2 моль m ( C₅H₁₀) ост = 0, 2 ∙ 70 =14 г

m (смеси) = 83, 6 +14 = 97, 6 г

7) Массовая доля циклохлорпентана

ω (С₅Н₉Сl) = m(C₅H₉Cl) /m (cм) = 83, 6: 97, 6 = 0, 857 (85, 7%)

массовая доля оставшегося циклопентана

ω (С₅Н₁₀) = m( C₅H₁₀) / m (см) = 14: 97, 6 = 0, 147 ( 14, 7%)

Ответ: ω (С₅Н₉Сl) = 85, 7%; ω (С₅Н₁₀) = 14, 7%

Пример 19.

Газовая смесь состоит из пропана, СО₂, циклопропана. Выделить каждый компонент газовой смеси в чистом виде.

Решение:

1) В газовой смеси находится углекислый газ, который, в отличие от углеводородов, вступает в реакции со щелочами. Пропустим смесь через избыток раствора гидроксида кальция

СО₂ + Са(ОН)₂ СаСО₃↓ +Н₂О

Оставшаяся газовая смесь содержит С₃Н₆ и С₃Н₈.

Для того чтобы выделить СО₂ в чистом виде, отфильтруем осадок и прокалим:

СаСО₃ CaO +CO₂

Соберем в пробирку выделившийся газ, получим CO₂в чистом виде

2) Оставшуюся газовую смесь пропустим через избыток раствора бромной воды

C₃H₆ + Br₂(aq) CH₂− CH₂− CH₃

| |

Br Br

Непрореагировавший газ соберём в пробирку. Получим С₃Н₈в чистом виде

3).На оставшуюся жидкость действуем избытком Zn, при нагревании

CH₂− CH− CH₃ + Zn C₃H₆ + ZnBr₂

| |

Br Br

Выделившийся газ соберём в пробирку, получим циклопропан в чистом виде.

Пример 20.

Среди перечисленных веществ выберете гомологи и изомеры: метилциклобутан, циклобутан, пентен-1, бутен-2, метилбутан, метилпропан.

Решение:

Поскольку, гомологами называтся вещества, отличающиеся друг от друга на одну или несколько гомологических единиц (-СН₂-) и имеющие сходное строение и свойства, выберем среди перечисленных веществ гомологи:

метилциклобутан циклобутан

2) CH₃− CH₂− CH − CH₃; CH₃ − CH − CH₃;

| |

CH₃ СН₃

метилбутан метилпропан

3) СH₃− CH₂− CH₂− CH=CH_2; СH₃− CH=CH− CH₃

пентен-1 бутен-2

Изомеры – это вещества, имеющие одинаковый состав, но различное строение.

Изомерами являются:

и СH₃− CH=CH− CH₃

циклобутан бутен-2

2) ; и СH₃− CH₂ − CH₂− CH=CH₂

метилциклобутан пентен-1

6.4. Задачи и упражнения для самостоятельного решения

171. С какими перечисленными реагентами будет вступать в реакцию метилциклобутан:

бром, гидроксид натрия, натрий, вода, водород, кислород, бромоводород. Напишите уравнения, укажите условия протекания реакций.

172. Напишите структурные формулы всех дибромпроизводных алканов, из которых при нагревании с натрием может быть получен

1, 2-диметил-3-этилциклопропан. Один из них назовите по систематической номенклатуре. Приведите уравнения соответствующих реакций.

173. Напишите структурные формулы и назовите по систематической номенклатуре все дихлорпроизводные алканов, из которых при нагревании с цинком может быть получен

1-изопропил-2, 5- диметил-3-этилциклопентан.

Приведите уравнения соответствующих реакций.

174. В продуктах реакции гидрирования циклоалкана был обнаружен

2-метилбутан. Напишите структурные формулы и назовите по систематической номенклатуре все циклоалканы, которые могли бы дать подобный результат.

175. Приведите структурные формулы всех циклоалкенов, в молекуле которых находится 46 электронов. Приведите формулы двух других углеводородов, в молекуле которых будет на 2 е больше.

176. Газовая смесь состоит из пропана, пропина и циклопропана. Выделите каждый компонент газовой смеси в чистом виде.

177. Смесь состоит из 1, 6-дибромгексана, циклогексана, циклогексена. Получите максимальное количество чистого циклобромгексана. Приведите уравнения реакций, укажите условия протекания реакций.

178. Идентифицируйте вещества, находящиеся в пробирках без этикеток: а) циклогексан, циклогексен и пентин-1; б) этан, циклопропан, пропин;

в) углекислый газ, ацетилен, метан, циклопропан.

179. Смесь метана, этена и циклопропана имеет плотность по гелию 7, 125. К 4 л этой смеси добавили 4 л водорода и пропустили над нагретым платиновым катализатором. При этом объем смеси уменьшился до 5 л. Определите объемные доли газов в исходной смеси.

180. Через бромную воду с массовой долей брома 20 % пропустили 3 л смеси этана и циклопропана с плотностью по водороду 19. Определите, какая масса раствора брома была обесцвечена этой смесью.

181. При гидрировании некоторого циклоалкана массой 11, 2 г требуется 4, 48 л водорода (н.у.). Напишите структурную формулу исходного циклоалкана.

182. При горении предельного циклического углеводорода образовалось 3, 60 г воды. Вычислите массу углекислого газа, которая образуется при этом.

183. 15 г смеси гексана, циклогексана и циклогексена обесцветили 76, 8 г раствора брома в тетрахлорметане с массовой долей брома 10%. Определите массовую долю циклогексена в смеси.

184. При пропускании 2, 24 л ( н.у.) смеси этена, циклобутана и бутана через бромную воду прореагировало 40 г раствора с массовой долей брома 20%. Плотность газовой смеси по водороду равна 24, 3. Определите состав смеси углеводородов ( в %% по объёму).

185. Рассчитайте массу раствора бромной воды с массовой долей брома 4%, которая может прореагировать с 10 л ( н.у.) смеси углеводородов, содержащей ( в %% по объёму): 16, 4% этана, 33, 6% этина и 50% метилциклопропана.

186. Рассчитайте, как изменится масса склянки с бромной водой после пропускания через неё 22, 4 л газовой смеси, состоящей из пропана, циклопропана и углекислого газа. Плотность газовой смеси равна

1, 607 г/л (н.у.)

187. Для сгорания циклоалкана требуется в 4, 5 раза больший объем кислорода, чем объем исходного углеводорода (при одинаковых условиях). Какая масса этого углеводорода сгорела, если масса осадка, образовавшегося при пропускании продуктов реакции через избыток раствора гидроксида бария, составила 1, 97 г?

188. При бромировании 92 г метилциклогексана образовалось 108 г монобромпроизводного. Определите выход реакции галогенирования и массовые доли веществ в полученной жидкой органической смеси

Глава 7. АРЕНЫ

Аренами называются циклические непредельные углеводороды с системой сопряженных π -связей. Общая формула аренов С_хН_2х-6, где х≥ 6. Простейшим ареном является бензол С₆Н₆. Структурная формула бензола ранее описывалась шестичленным циклом с 3-мя двойными связями (т.н. формула Кекуле).

Сейчас принято изображать структуру бензола шестиугольником с внутренним кольцом, отражающим существование единой циклической сопряженной системы из 6 р-электронов, хотя допускается и использование формулы Кекуле, помня, однако, что она не вполне соответствует реальному строению бензола.

Если изобразить молекулу бензола как бы «в профиль», то получится что-то вроде сэндвича, где вытянутые овалы соответствуют верхней и нижней областям кольцевой π - электронной системы («вид на бублик сбоку»). Отрезок прямой отвечает проекции плоскости из 6 атомов углерода, связанных σ -связями. Цикл является плоским, так как все атомы углерода в бензоле имеют гибридизацию sp².

Проекция плоского цикла Отрицательно заряженные облака из 6 σ -

связей С-С сопряженных π - электронов

Так как «овалы» заряжены отрицательно (ведь заряд электронов отрицателен), то отрицательные частицы или отрицательно заряженные фрагменты молекул не могут приблизиться к бензольному кольцу из-за электростатического отталкивания одноименных зарядов. Подойти к молекуле бензола могут т.н. электрофильные частицы - положительные ионы (NO₂⁺) или электроположительные фрагменты молекул. Поэтому

для бензола и аренов в большей степени характерны реакции электрофильного замещения. Кроме этого типа реакций можно назвать реакции радикального замещения, окисления(у гомологов бензола), У бензола – реакции радикального присоединения.

Гомологи. Изомерия.

Ближайшим гомологом бензола является толуол (метилбензол) С₆Н₅СН_3,у которого изомеров нет.

Для следующего гомолога С₈Н₁₀насчитывается уже 4 изомера. Один из них –этилбензол С₆Н₅С₂Н_5,

а три других - изомеры диметилбензола С₆Н₄(СН₃)₂, так называемые ксилолы.

орто-ксилол мета-ксилол пара-ксилол

1, 2-диметилбензол 1, 3- диметилбензол 1, 4-диметилбензол

Изомеров пропилбензола –пять: (н-пропилбензол С₆Н₅С₃Н₇, изопропилбензол (кумол) С₆Н₅СН(СН₃)₂и др.) Существуют 3 изомера триметилбензола С₆Н₃(СН₃)₃, формулы которых предлагается изобразить самостоятельно.

Важным производным бензола является стирол, который, вообще говоря, не относится к аренам, так как имеет в боковой цепи двойную связь.

винилбензол(стирол)

Физические свойства аренов

Арены плохо растворимы в воде, хорошо -- в органических растворителях, Сами являются хорошими растворителями органических и некоторых неорганических веществ. Плотность их меньше, чем у воды, следовательно, в смесях с водой слой арена будет сверху, а водный – снизу. Температуры кипения относительно невысокие: у бензола 80^оС, а у толуола 110^оС. Арены имеют характерный, достаточно неприятный запах. Легко воспламеняются, горят ярким, но сильно коптящим пламенем.

7.1. Получение аренов

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒