Углеводороды алифатического ряда

Номенклатура, изомерия и химические свойства алкенов, промышленный метод их получения. Схема образования связей в молекуле этилена. Изучение отщепления галогеноводородов от галогеналканов. Проведение реакций электрофильного присоединения нуклеофилов.

Рубрика Химия
Вид контрольная работа
Язык русский
Дата добавления 27.10.2014
Размер файла 2,9 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://allbest.ru

Содержание

1. Алкены. Номенклатура, изомерия, методы синтеза и химические свойства

1.1 Строение алкенов

1.2 Номенклатура

1.3 Изомерия

1.4 Способы получения

1.5 Химические свойства

2. Синтезы с использованием натрийацетоуксусного эфира. Перенос реакционного центра.

1. Алкены. Номенклатура, изомерия, методы синтеза и химические свойства

1.1 Строение алкенов

Углеводороды алифатического ряда, содержащие одну двойную связь, называют алкенами.

Двойная связь состоит из -связи, которая образована sp2-гибридизованными атомными орбиталями атома углерода и -связи, образованной негибридизованными р-орбиталями. Общая формула алкенов СnH2n.

Схема образования связей в молекуле этилена

1.2 Номенклатура

Простейшим представителем углеводородов ряда этилена является сам этилен, или этен С2Н4.

Названия алкенов по заместительной номенклатуре ИЮПАК образуются путем замещения суффикса -ан в названии предельного углеводорода на -ен, положение двойной связи указывается цифрой, при этом нумерация начинается с того конца цепи, к которому ближе расположена двойная связь:

Для низших членов гомологического ряда алкенов более употребимы тривиальные названия - этилен, пропилен, для остальных членов гомологического ряда применяют заместительную номенклатуру. Иногда используют рациональную номенклатуру.

По этой номенклатуре углеводород рассматривают как производное этилена, в котором атомы водорода замещены на радикалы. Если в молекуле этилена два атома водорода замещены на радикалы, то углеводороды рассматривают как симметричные и несимметричные.

Название одновалентных радикалов этого ряда углеводородов получают добавлением к названию алкена суффикса -ил, атом углерода со свободной валентностью должен иметь наименьший номер, например:

Для некоторых радикалов используются тривиальные названия:

1.3 Изомерия

Для алкенов характерна изомерия углеродного скелета, изомерия положения двойной связи и геометрическая (цис-, транс-) изомерия.

Если у атомов углерода, связанных двойной связью, имеется три или четыре разных заместителя, используют E,Z-систему обозначений конфигурации геометрических изомеров. В основе этой системы лежит старшинство заместителей, которое определяется у каждого атома углерода отдельно. Если старшие заместители из каждой пары расположены по одну сторону от двойной связи, конфигурация обозначается буквой Z (от нем. вместе), если по разные стороны - буквой Е (от нем. напротив).

химический алкен этилен галогеноводород

1.4 Способы получения

1. Природные источники (нефть, природный газ).

2. Крекинг высших алканов, то есть термическое разложение предельных углеводородов с образованием низкомолекулярных предельных и непредельных соединений.

3. Дегидратация предельных одноатомных спиртов.

Отщепление воды от спирта с разветвленной структурой подчиняется правилу А. Зайцева (1875 г.): при образовании молекулы воды водород отщепляется от наименее гидрогенизированного атома углерода, находящегося в -положении по отношению к ОН-группе.

4. Отщепление галогеноводородов от галогеналканов.

5. Дегалогенирование дигалогеналканов.

6. Дегидрирование алканов - это промышленный метод получения алкенов.

1.5 Химические свойства

Химические свойства алкенов обусловлены наличием двойной С=С-связи (углерод-углеродной). Двойная связь значительно короче -связи и прочнее. Однако энергия -связи невелика. Этим объясняется легкость, с которой алкены вступают в реакции присоединения. Для алкенов характерны также реакции окисления, восстановления и полимеризации.

1. Гидрирование - процесс присоединение водорода протекает в присутствии катализаторов (тонкоизмельченных Pt, Pd или Ni).

Количество тепла, выделяющееся при гидрировании одного моля алкена, называется теплотой гидрирования и является мерой устойчивости алкена.

Чем больше степень алкилирования углеродов при двойной связи, тем меньше теплота гидрирования и тем более устойчив алкен.

2. Реакции электрофильного присоединения. Функциональной группой в алкенах является двойная связь С=С.

Характерная реакция двойной углерод-углеродной связи - электрофильное присоединение (электрофил - любящий электроны). При этом происходит разрыв менее прочной -связи и образование вместо нее двух более прочных -связей.

Реакция электрофильного присоединения протекает в две стадии:

I стадия - медленная, присоединение электрофила Е с образованием карбокатиона.

II стадия - быстрая, присоединение нуклеофила Nu (нуклеофил - любящий ядро).

Галогенирование: Присоединение происходит по электрофильному механизму - АЕ (присоединение электрофильное). Под влиянием -электронной плотности двойной связи молекула брома поляризуется, при этом образуется -комплекс:

Электронодефицитный атом брома забирает пару электронов -связи на образование -связи с атомом углерода, в результате образуется -комплекс:

-Комплекс представляет собой равновесную систему, состоящую из карбокатиона и бромоний-иона.

Взаимодействие -комплекса с бромид-ионом происходит стереоселективно, то есть бромид-ион атакует -комплекс с противоположной стороны от имеющегося галогена. Такое присоединение называют транс-присоединением.

Направление реакции галогенирования может изменяться в зависимости от условий реакции.

Такое замещение получило название аллильного. Реакция идет через образование аллильных радикалов, которые являются более устойчивыми по сравнению с обычными алкильными.

3. Присоединение галогеноводородов

Правило Марковникова: при взаимодействии галогеноводородов и родственных им соединений с несимметричными алкенами атом водорода присоединяется к более гидрогенизированному атому углерода, то есть к атому углерода, содержащему большее число атомов водорода.

Это эмпирическое правило (1869 г.) может быть объяснено с использованием современных электронных представлений.

Порядок увеличения реакционной способности галогеноводородов по отношению к алкенам совпадает с порядком увеличения их кислотности: НСl < HBr < HI.

Электрофильное присоединение к алкенам происходит через стадию образования более устойчивого карбокатиона (правило Марковникова). Ряд устойчивости карбокатионов:

Чем устойчивее карбокатион, тем легче он образуется.

Алкильная группа проявляет электронодонорный индукционный эффект +I, подавая электроны -связи на положительно заряженный атом углерода. При этом она приобретает некоторый положительный заряд, а заряд на центральном атоме в некоторой степени уменьшается.

Чем больше распределен заряд в карбокатионе, тем он устойчивее.

Реакции электрофильного присоединения сопровождаются перегруппировками. Образующийся на первой стадии карбокатион превращается в более устойчивый.

Аналогичным образом может происходить 1,2-сдвиг карбаниона CH3-, если в этом случае образуется более устойчивый карбокатион.

4. Свободно-радикальное присоединение бромоводорода НВr (но не HCl и HJ) в присутствии пероксидов как и электрофильное присоединение к алкенам происходит по общему правилу: реакция присоединения протекает через стадию образования более устойчивой промежуточной частицы. Различие только в том, что в первом случае на первой стадии присоединяется атом брома, во втором - Н.

5. Присоединение воды (гидратация). Гидратация алкенов идет в присутствии минеральных кислот, чаще всего серной, и приводит к образованию спиртов:

Механизм реакции следующий:

6. Присоединение гипогалогенных кислот (гипогалогенирование).

7. Озонирование алкенов. При взаимодействии алкенов с озоном образуются перекисные соединения, которые называются озонидами.

При обработке цинком в уксусной кислоте они разрушаются с образованием альдегидов или кетонов в зависимости от строения алкена.

8. Окисление раствором калия перманганата (реакция Вагнера, 1888 г.) - гидроксилирование.

Действие другого мягкого окислителя - надкислоты - происходит также с сохранением углеродного скелета молекулы.

Эта реакция является качественной на кратные связи, по обесцвечиванию раствора перманганата калия можно судить о непредельности соединения.

При жестком окислении алкенов кипящим раствором KMnO4 в кислой среде происходит полный разрыв двойной связи:

R-CH=C(R)(R') + [O] RCOOH + R-C(O)-R'

9. Полимеризация алкенов. Полимеризация - это образование высокомолекулярных соединений (полимеров) из низкомолекулярных (мономеров) в результате соединения молекул мономера.

Способы получения и характерные реакции алкенов изображены на схеме (рис. 1).

Рис.1. Способы получения и характерные реакции алкенов

2. Синтезы с использованием натрийацетоуксусного эфира. Перенос реакционного центра

1. Образование С-производных. Чрезвычайно важной реакцией является способность ацетоуксусного эфира при действии натрия, а также при осторожном действии водными или спиртовыми щелочами (алкоголятами) замещать атом водорода на натрий и образовывать соединение, известное под названием натрийацетоуксусного эфира.

Это соединение представляет собой натриевое производное енольной формы ацетоуксусного эфира:

То, что натрийацетоуксусный эфир имеет такое строение, а не представляет собой смесь таутомеров

явствует из результатов исследований натриевых, литиевых и магниевых енолятов дифенилпропиомезитилена -- соединения, вполне аналогичного ацетоуксусному эфиру.

Этот енолят имеет следующее строение (пунктиром выделена часть молекулы, имеющаяся и в натрийацетоуксусном эфире):

Отсутствие таутомерии здесь доказывается существованием цис- и транс-форм енолятов, выделенных в индивидуальном виде и не способных к взаимному превращению в растворах.

Стереоизомерные еноляты способны к образованию и С-производных и О-производных, причем при образовании О-производных не изменяется пространственная конфигурация молекулы.

Следовательно, рассматриваемое соединение может иметь строение только енола и его двойственная реакционная способность не вызвана таутомерией.

Способность енолятов дифенилпропиомезитилена образовывать не только О-производные, но и С-производные может быть объяснена как результат эффекта сопряжения и переноса реакционного центра от атома кислорода (связанного с металлом) к углероду метинной группы:

Аналогично может быть объяснена двойственная реакционная способность натрийацетоуксусного эфира:

При действии на натрийацетоуксусный эфир всевозможных галоидных соединений радикал, вступающий вместо натрия в молекулу ацетоуксусного эфира, в получаемых соединениях оказывается связанным с атомом углерода.

Так, например, из галоидных алкилов и натрийацетоуксусного эфира получаются гомологи ацетоуксусного эфира:

Однозамещенные гомологи ацетоуксусного эфира могут заменять еще один атом водорода на натрий, и с ними могут быть произведены дальнейшие синтезы:

Двухзамещенные гомологи ацетоуксусного эфира не способны реагировать с натрием, и вместе с тем они не дают никаких реакций, отвечающих енольному строению.

2. Образование О-производных. В более редких случаях натрийацетоуксусный эфир может реагировать, образуя производные оксикротонового эфира, т. е. радикал, входящий вместо натрия, связывается с кислородом (образуются так называемые О-производные).

Преимущественно в этом направлении реагирует с натрийацетоуксусным эфиром хлоругольный эфир:

Однако наряду с О-соединением получается также и С-соединение:

3. Действие кислот и щелочей. Концентрированные щелочи при нагревании производят так называемое кислотное расщепление в-кетонокислот, образующихся в результате омыления ацетоуксусного эфира.

При этом молекула в-кетонокислоты распадается на две молекулы одноосновных кислот, например:

На этой реакции основаны многочисленные синтезы с помощью ацетоуксусного эфира, аналогичные синтезам с малоновым эфиром и позволяющие получать различные гомологи уксусной кислоты, а также ряд более сложных кислот.

Разбавленные щелочи на холоду омыляют эфиры в-кетонокислот, причем получается спирт и соль в-кетонокислоты.

При нагревании соль и особенно легко -- свободная кислота, получающаяся при подкислении раствора соли, распадаются на СО2 и кетон (кетонное расщепление в-кетонокислот):

Такая же реакция происходит и при кипячении эфиров в-кетонокислот с минеральными кислотами.

Методом кетонного расщепления удалось осуществить множество синтезов кетонов.

4. Действие иода. Действие иода на натрийацетоуксусный эфир приводит к образованию диацетилянтарного эфира

который может далее подвергаться кетонному или кислотному расщеплению. При кетонном расщеплении получается ацетонилацетон

при кислотном -- смесь уксусной и янтарной кислот

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Предмет органической химии. Понятие о химических реакциях. Номенклатура органических соединений. Характеристика и способы получения алканов. Ковалентные химические связи в молекуле метана. Химические свойства галогеналканов. Структурная изомерия алкенов.

    контрольная работа [1,4 M], добавлен 01.07.2013

  • Ароматические углеводороды: общая характеристика. Номенклатура и изомерия, физические и химические свойства ароматических углеводородов. Механизм реакций электрофильного и нуклеофильного замещения в ароматическом ряду. Применение аренов, их токсичность.

    реферат [1,2 M], добавлен 11.12.2011

  • Строение, номенклатура алкенов. Ненасыщенные углеводороды, молекулы которых содержат одну двойную С-С-связь. Гибридизация орбиталей. Изображение пространственного строения атомов. Пространственная изомерия углеродного скелета. Физические свойства алкенов.

    презентация [606,4 K], добавлен 06.08.2015

  • Понятие, строение молекул, химические свойства галогеналканов. Особенности реакций замещения и присоединения как способов получения галогеналканов, условия протекания этих процессов. Реакции нуклеофильного замещения при насыщенном атоме углерода.

    контрольная работа [288,1 K], добавлен 05.08.2013

  • Номенклатура и изомерия алкенов. Промышленные и лабораторные способы получения олефинов. Расчет уровня энергии молекулярных орбиталей. Окисление и восстановление алкенов, присоединение к ним электрофильных реагентов, свободных радикалов, карбенов.

    контрольная работа [308,8 K], добавлен 05.08.2013

  • Понятие фенолов, их номенклатура и изомерия. Способы получения фенола, его физические и химические свойства. Образование солей (фенолятов), реакции гидрирования, сульфирования и электрофильного замещения. Определение нафтолов, их свойства и получение.

    лекция [169,5 K], добавлен 27.11.2010

  • Исследование состава и структуры алкенов как ациклических непредельных углеродов, содержащих одну двойную связь С=С. Процесс получения алкенов и свойства цис-транс-изомерии в ряду алкенов. Анализ физических и химических свойств алкенов и их применение.

    реферат [41,1 K], добавлен 11.01.2011

  • Номенклатура, изомерия, классификация и физические свойства диеновых углеводородов и органических галогенидов. Способы получения и химические свойства. Сущность диенового синтеза. Натуральные и синтетические каучуки, их применение в строительстве.

    контрольная работа [85,0 K], добавлен 27.02.2009

  • Моно-, ди- и оксокарбоновые кислоты, гидроксикислоты: номенклатура, изомерия, систематические и тривиальные названия, способы получения, физические и химические свойства, виды реакций. Функциональные производные, их общая формула, ацилирующая способность.

    презентация [1,2 M], добавлен 22.12.2014

  • Определение спиртов, общая формула, классификация, номенклатура, изомерия, физические свойства. Способы получения спиртов, их химические свойства и применение. Получение этилового спирта путем каталитической гидратации этилена и брожения глюкозы.

    презентация [5,3 M], добавлен 16.03.2011

  • Метан - простейший представитель класса алканов. Рациональная и систематическая номенклатура, гомологический ряд и изомерия. Физические, спектральные и химические свойства. Реакции радикального и электрофильного замещения. Нахождение в природе.

    реферат [136,9 K], добавлен 20.11.2011

  • Что такое алкены, строение молекулы, физические и химические свойства. Выбор главной цепи, нумерация атомов главной цепи, формирование названия. Структурная изометрия. Химические свойства этилена, классификация способов получения, сфера применения.

    презентация [279,2 K], добавлен 20.12.2010

  • Свойства и применение хлороформа. Антимикробное, дезорирующее действие. Меры предосторожности при работе с йодоформом. Синтезы йодоформа. Реакции нуклеофильного замещения галогеналканов. Реакции отщепления (элиминирование). Методы синтеза галогеналканов.

    курсовая работа [668,3 K], добавлен 17.01.2009

  • Строение молекулы, номенклатура, изомерия, физические, химические свойства, методы получения и сферы применения альдегидов или органических соединений, содержащих карбонильную группу, в которой атом углерода связан с радикалом и одним атомом водорода.

    презентация [331,9 K], добавлен 23.03.2016

  • История открытия циклоалканов, их номенклатура, строение, изомерия, свойства, значение в жизни человека, а также общая характеристика методики их получения. Особенности межклассовой изомерии алкенов. Принципы дегалогенирования дигалогенопроизводных.

    реферат [589,7 K], добавлен 30.11.2010

  • Альдегиды и кетоны – их химические свойства. Двойная связь. Электронодефицитный и электроноизбыточный центр. Молекулы карбонильных соединений, имеющие несколько рекреационных центров. Образование ацеталей посредством присоединения спиртов. Нуклеофилы.

    контрольная работа [133,6 K], добавлен 01.02.2009

  • Гомологический ряд и номенклатура алифатических альдегидов и кетонов, способы их получения: реакции восстановления, замещения, гидратации и гидролиза; введение альдегидной группы. Строение и химические свойства оксосоединений; присоединение нуклеофилов.

    контрольная работа [370,0 K], добавлен 05.08.2013

  • Реакции электрофильного замещения: их условия и предъявляемые требования, механизм и основные этапы. Правила ориентации электрофильного замещения под влиянием заместителей в кольце. Реакции боковых цепей аренов, присоединения к ароматическому кольцу.

    контрольная работа [314,9 K], добавлен 05.08.2013

  • Классификация и закономерности протекания химических реакций. Переходы между классами неорганических веществ. Основные классы бинарных соединений. Оксиды, их классификация и химические свойства. Соли, их классификация, номенклатура и химические свойства.

    лекция [316,0 K], добавлен 18.10.2013

  • Содержание простых связей и образование гомологического ряда с общей формулой алканами – ациклическими углеводородами линейного или разветвленного строения. Изомерия и номенклатура: число изомеров в ряду. Нахождение в природе и физические свойства.

    презентация [1,6 M], добавлен 22.05.2012

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.