Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






В лекционном курсе рассматриваются только одноатомные спирты



Кемеровский технологический институт

Пищевой промышленности

 

Л.А. ВИНОГРАДОВА, Н.Е. ДРАНИЦА

 

 

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

 

ПО КУРСУ «ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ»

 

для студентов заочной формы обучения

 

часть 1

 

 

КЕМЕРОВО

 

УДК:547(078)

Печатается по решению редакционно-издательского совета Кемеровского технологического

института пищевой промышленности

 

Рецензенты:

Доц.каф.органической химии КГУ, канд.хим.наук ЧуйковаТ.В.,

 

доц.КузГТУ, канд.хим.наук Дубровская С.И.

 

 

Органическая химия: Методическое пособие для студентов заочной формы обучения. Л.А.Виноградова, Н.Е.Драница. Кемеровский технологический институт пищевой промышленности.- Кемерово,

 

 

ISBN 5-89289-137-2

 

Методическое пособие предназначено для студентов - технологов заочной формы обучения.

 

 

Библ назв.

 

1705000000

В У 50(03) – 01

 

ISBN 5-89289-137-2 Кемеровский технологический институт пищевой промышленности

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

1. Программа 1 части курса «Органическая химия»……………… 3

 

2. Конспект лекций:

2.1 Теоретические представления в органической химии………5

2.2 Углеводороды

2.2.1 Алканы………………………………………………………6

2.2.2 Алкены…………………………………………………… 11

2.2.3 Алкадиены…………………………………………………16

2.2.4 Алкины……………………………………………………. 20

2.3 Спирты ……………………………………………………… 24

2.4 Альдегиды, кетоны………………………………………… 29

2.5 Карбоновые кислоты

2.5.1Одноосновные карбоновые кислоты……………………. 38

2.5.2 Непредельные карбоновые кислоты…………………….. 46

2.5.3 Двухосновные карбоновые кислоты……………………...50

Примечание: темы «Арены» и «Фенолы» в данном пособии не рассматриваются.

 

 

1.ПРОГРАММА КУРСА

«ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ»

 

При изучении данного курса студент должен знать:

 

1.Основные положения теории химического строения органических соединений А.М. Бутлерова. Понятие химической связи, ее типы ( , ); типы химических реакций (замещения, присоединения, отщепления).

2. Углеводороды:

2.1 Алканы. Гомологический ряд алканов. Общая формула. Изомерия. Номенклатура (систематическая и рациональная). Основные способы получения алканов. Химические свойства алканов. Реакции S R. Крекинг алканов.

2.2 Алкены. Гомологический ряд алкенов. Общая формула.

Изомерия. Номенклатура (систематическая и рациональная). Основные способы получения. Химические свойства алкенов. Реакции АE, АN, озонолиз, окисление, полимеризация алкенов.



2.3 Алкадиены. Гомологический ряд алкадиенов. Общая формула. Изомерия. Номенклатура (систематическая). Основные способы получения алкадиенов. Химические свойства алкадиенов. Реакции АE, окисления, озонолиза, полимеризации.

2.4 Алкины. Гомологический ряд алкинов. Общая формула. Изомерия. Номенклатура (систематическая, рациональная). Основные способы получения алкинов. Химические свойства алкинов. Реакции АE, АN, SE, окисления.

3.Спирты. Одноатомные спирты. Классификация. Изомерия. Номенклатура (систематическая, рациональная, карбинольная). Основные способы получения спиртов. Химические свойства спиртов. Реакции на разрыв связи О – Н и связи С – ОН, окисления и дегидрирования спиртов. Многоатомные спирты. Краткие сведения о строении и свойствах.

4.Фенолы. Изомерия и номенклатура (систематическая). Основные способы получения. Химические свойства фенолов. Реакции по бензольному кольцу и группе ОН.

5. Альдегиды, кетоны. Общая формула. Изомерия. Номенклатура (систематическая и рациональная). Основные способы получения. Химические свойства альдегидов, кетонов. Реакции АN, окисления.

 

6.Карбоновые кислоты.

6.1 Одноосновные карбоновые кислоты. Общая формула. Изомерия. Номенклатура (систематическая и рациональная). Основные способы получения. Химические свойства кислот. Реакции по разрыву связи О – Н и С – ОН.

6.2. Непредельные карбоновые кислоты. Общая формула. Изомерия. Номенклатура (систематическая). Основные способы получения. Химические свойства карбоновых кислот. Реакции по группе СООН и С=С связи.

6.3 Двухосновные карбоновые кислоты. Общая формула. Изомерия. Номенклатура (систематическая). Основные способы получения. Химические свойства. Реакции с участием одной и двух карбоксильных групп.



 

2. КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

2.1 Теоретические представления в органической химии

 

Теория химического строения органических соединений

А.М.Бутлерова

Основные положения:

1. Свойства органических соединений определяются не только природой и количеством, входящих в состав молекулы атомов, но и порядком их соединения.

2. Химическая структура молекулы может быть представлена только одной рациональной формулой, отражающей химические свойства вещества.

3. Атомы, входящие в состав молекулы оказывают взаимное влияние друг на друга и на химические свойства молекулы.

 

Химическая связь

Атомы в молекуле соединены между собой химической связью. Различают несколько типов химической связи:

1.Гетерополярная (ионная связь).

Данный тип связи образован за счет передачи электрона от одного атома к другому, в результате чего первый атом образует положительно заряженный ион (катион), второй – отрицательно заряженный ион (анион).

 

 
 


А* + В * = А + + В :

Ионная связь характерна для атомов с резко различной электроотрицательностью ( NaC1, HBr и т.д.) и, в основном встречается среди неорганических соединений.

2. Гомеополярная связь (ковалентная связь).

Данная связь образуется за счет единого электронного облака, плотность которого между ядрами особенно велика, что обеспечивает устойчивость молекулы. В образовании ковалентной связи участвуют одна или несколько общих электронных пар.

А * + А * А : А

Ковалентная связь характерна для атомов углерода с близкой илиравной электроотрицательностью (Н2, СН4).

Частный случай ковалентной связи – донорно-акцепторное взаимодействие. В этом случае атом или ион, отдающий свою электронную пару для образования связи, является донором, а атом, обобществляющий чужую электронную пару – акцептором.

:NH3 + H + NH4+

При образовании химической связи происходит перекрывание электронных орбиталей таким образом, чтобы площадь перекрывания была наибольшей. По способу перекрывания электронных орбиталей различают:

- связь (перекрывание электронных орбиталей происходит по прямой, соединяющей ядра атомов).

- связь (перекрывание электронных облаков происходит при боковом перекрывании р – электронных орбиталей.

Типы химических реакций

В органической химии различают:

1.Реакции замещения (S)

R – H + AB R – A + HB

2.Реакции присоединения(А)

R – CH = CH2 + AB R – CH – CH2

A B

3.Реакции отщепления(Е)

R – CH – CH2 + XY R – CH = CH2 + XA + YB

В зависимости от способа разрыва ковалентной связи различают:

1.Гомолитические (радикальные) реакции

А : В А* + В *

2.Гетеролитические (ионные) реакции

А : В А: - + В +

Возможны реакции присоединения и замещения электрофильного

(AE, SE) или нуклеофильного присоединения и замещения (AN, SN).

 

2.2 УГЛЕВОДОРОДЫ

 

2.2.1 АЛКАНЫ (1) с. 4-15; (2) с.157-171; (3) с.133-179

 

Алканы – углеводороды, в молекуле которых атомы углерода соединены между собой и атомами водорода одинарной - связью. Общая формула алканов СnН2n+2.

Гомологический ряд алканов

СН4 – метан С6Н14 – гексан

С2Н5 – этан С7Н16 – гептан

С3Н8 – пропан С8Н18 – октан

С4Н10 – бутан С9Н20 – нонан

С5Н12 – пентан С10Н22 – декан

Понятие об углеводородных радикалах

Радикал – частица, образованная путем отщепления атома водорода от молекулы углеводорода. Название радикалов происходит путем замены суффикса – ан (алкан) на ил (алкил).

Пример:

СН4 метан СН3* метил

 

С2Н6 (СН3 – СН3) этан С2Н5*(СН3-СН2*) этил

 

С3Н8 (СН3 – СН2 – СН3) пропан С3Н7*(СН3-СН2-СН2*) пропил

СН3-СН*-СН3 изопропил

 

С4Н10 (СН3-(СН2)2-СН3) бутан С4Н9*(СН3-(СН2)3*) бутил

СН3-СН*-СН2-СН3 вторбутил

 

СН3-СН(СН3)-СН3 изобутан СН3-СН(СН3)-СН2*изобутил

СН3-С*(СН3)-СН3 третбутил

Номенклатура алканов

1.Систематическаяноменклатура (ИЮПАК)

1.Выбирается наиболее длинная углеродная цепь;

2.Нумеруется цепь с того конца, ближе к которому расположено большее число заместителей;

3.Называются окружающие цепь радикалы в порядке возрастания сложности, с указанием номера атома углерода, у которого расположен заместитель и количества заместителей (ди-, три-, тетра- и т.д.);

4.По длине углеродной цепи называется алкан.

Пример:

С2Н5 1,2 СН3 С3Н7

3 4 5 6 7,8,9,10

СН3 – СН – СН – СН – С – С4Н9

 
 

С2Н5 С4Н9

 

3,5-диметил-4-этил-6-пропил-6-бутилдекан

2.Рациональная номенклатура

1.Выбирается атом углерода, имеющие наибольшее количество углеродсодержащих соседей;

2.Перечисляются в порядке усложнения с указанием количества окружающие радикалы;

3.В конце названия пишется метан (родоначальник ряда алканов).

Пример:

СН3 СН3

СН3-СН-СН-СН3

 

Диметилизопропилметан

Изомерия

Начиная с бутана, алканам присуща структурная изомерия, т.е. существование нескольких соединений с одинаковым количественным и качественным составом, но с разным строением и свойствами.

Пример:

СН3-(СН2)2-СН3 бутан СН3-СН(СН3)-СН3 изобутан

С увеличением числа атомов углерода в молекуле возрастает и число изомеров.

Способы полученияалканов

Основными источниками промышленного получения алканов являются нефть, природный газ, уголь.

Для синтеза алканов применяют смесь оксида углерода и водорода в присутствии железо-медных катализаторов при температуре 170 – 320 0С.

nСО + 2n+1Н2 СnН2n+2 + nН2О

По лабораторным способам получения необходимо выделить три основных направления:

1.Получение алканов из соединений с меньшим числом атомов углерода.

1.1РеакцияВюрца (взаимодействие металлического натрия с моногалогенопроизводными алканов)

В реакции могут участвовать как молекулы одинаковых, так и разных моногалогенопроизводных.

СН3С1 + СН3С1 + 2 Na СН3-СН3 +2NaC1

метилхлорид этан

В случае разных галогеналкилов образуется смесь трех углеводородов. 3С2Н5С1+3С3Н7С1+6Na C2H5-C3H7+C2H5-C2H5+C3H7-C3H7

этил пропил -6NaC1 пентан бутан гексан

хлорид хлорид

1.2 Электролиз солей карбоновых кислот (синтез Кольбе).

В реакции участвуют натриевые или калиевые соли одноосновных карбоновых кислот.

C2H5 O C2H5 C2H5

| || | |

2CH3 –CH–C–ONa эл-з СН3–СН–СН–СН3+2NaOH+2H2+2CO2

натриевая соль H2O 3,4-диметилгексан

2-метилбутановой кислоты

2.Получение алканов из соединений с тем же числом атомов углерода.

2.1 Гидрирование(взаимодействие с водородом) непредельных соединений.

СН3 – СН = СН2 + Н2 Ni СН3 – СН2 – СН3

пропен пропан

2.2 Восстановление галогенопроизводных

С3Н7 – СН2Сl + НСl → С3Н7 – СН3 + Сl2

3.Получение алканов из соединений с большим числом атомов углерода.

3.1Сплавлениесолей одноосновных карбоновых кислот с щелочами (реакция декарбоксилирования).

О

||

С2Н5 – СН2 – С – ОК + КОН t С2Н5 – СН3 + К2СО3

калиевая соль бутановой пропан

кислоты

Химические свойства алканов

В обычных условиях алканы не вступают в реакции с кислотами, щелочами и т.д. Причина химической инертности алканов заключается в особенности строения молекул. В молекулах алканов содержатся только насыщенные (С-С; С-Н) - связи, характеризующиеся малой полярностью и поляризуемостью. Поэтому для алканов характерны реакции, протекающие по радикальному типу. Для гомолитического разрыва связей С-С и С-Н, имеющих высокую энергию связи требуются повышенные температуры, облучение, присутствие катализатора. Следовательно, для данного класса соединений характерны реакции замещения, протекающие по радикальному типу (SR).

1.Реакции, протекающие по разрыву С-Н связи.

1.1. Галогенирование алканов

СН4 + С12 hv СН3С1 + НС1

метан метилхлорид

Механизм свободно – радикального замещения (SR)

Под воздействием света газообразный хлор последовательно замещает атомы водорода с образованием галогенопроизводных алканов.R–H – молекула алкана, где R– углеводородный радикал.

С1 : С1 hv C1* + C1*

R : H + C1* R* + HC1; R* + C1 : C1 R : C1 + C1*

Процесс продолжается до тех пор, пока не будут использованы все свободные радикалы. Далее, происходит обрыв цепи:

R* + C1* R : C1; C1* + C1* C1:C1; R* + R* R : R

При галогенировании легче всего замещаются атомы у третичногоатома углерода, далее – вторичного и первичного.

Пример:

СН3 СН3

| |

СН3 – СН – С2Н5 + Сl2 hν СН3- С – С2Н5 + НСl

|

Cl

2-метилбутан 2-бром-2метилбутан

1.2 Нитрование алканов (реакция Коновалова)

С разбавленной азотной кислотой (HNO3),при температуре 1400С, алканы взаимодействуют по механизму SR с образованием нитросoединений. Порядок замещения атомов водорода аналогичен реакции галогенирования.

 

NO2

|

CH3 – CH2 – CH3 + HNO3 (p) CH3 – CH – CH3 + H2O

пропан 2-нитропропан

2.Реакции с разрывом С-С связи.

2.1Крекинг алканов

Крекинг – термическое разложение алканов при температуре 500 – 600 0С. При крекинге происходит радикальный разрыв С-С связей с образованием углеводородных радикалов, претерпевающих далее различные превращения.

Пример:

СН3 – СН2 – СН2 – СН3 t СН3 – СН2 – СН2* + СН3*

бутан пропил метил

Превращения радикалов:

2.1.1Распад по - связи:

СН3 – СН2 – СН2* СН3* + СН2 = СН2

пропил метил этен

2.1.2 Диспропорционирование:

СН3 – СН – СН2* + СН3 – СН2 – СН2* 1 А

Н 1 2 В

2

 

А: СН3 – СН = СН2 + СН3 – СН2 – СН3

пропен пропан

В: СН2 = СН2 + СН3 – СН2 – СН2 – СН3

этен бутан

 

2.1.3 Соединение друг с другом образовавшихся радикалов:

СН3 – СН2 – СН2* + СН3* СН3 – СН2 – СН2 – СН3

радикал из

1 стадии

2СН3 – СН2 – СН2* СН3 – (СН2)4 – СН3

октан

 

Контрольные вопросы по теме «Алканы»

1.Какой вид изомерии характерен для алканов?

2.К какому типу связи относятся связи С-С и С-Н в алканах?

3.Почему алканам присущи в первую очередь реакции радикального замещения?

4.Какие классы органических соединений образуются при крекинге алканов?

 

 

2.2.2 АЛКЕНЫ (1) с.15-30; (2) с.182-205; (3) с.237-131306

 

Алкены – углеводороды, в молекуле которых присутствует двойная С=С связь. Общая формула СпН2п.

Основные представители:

С2Н4 (СН2=СН2) этилен; С3Н6 (СН3-СН=СН2) пропилен.

Номенклатура алкенов

1. Систематическая номенклатура(ИЮПАК)

1. Выбирается наиболее длинная углеродная цепь, содержащая двойную связь.

2.Нумерация цепи начинается с того конца, к которому ближе двойная связь.

3.Смотрите пункт 3 в систематической номенклатуре алканов.

4.По длине цепи называем алкен. Положение начала двойной связи указывается цифрой.

Пример:

СН3 С2Н5

1 2 3 4

СН3 – СН – СН = С – СН3

 

С3Н7 5,6,7

2,4-диметил – 4-этилгептен-3

2.Рациональнаяноменклатура алкенов

1.Выделяются атомы углерода, соединенные двойной связью.

2.Называются в порядке окружающие радикалы с указанием количества и, если необходимо симметричности *.

3.В конце названия пишется этилен (родоначальник ряда алкенов). * - если два углеводородных радикала расположены у одного атома углерода двойной связи – алкен несимметричный; в противном случае – алкен симметричный. С2Н5

|

Пример: СН3-СН = СН -С2Н5; СН3 – С = СН2

сим.метилэтилэтилен несим.метилэтилэтилен

 

Изомерия

Для алкенов характерны следующие виды изомерии:

1. Структурная (изомерия углеродного скелета и изомерия положения двойной связи);

2. Геометрическая (пространственное расположение групп по отношению к двойной связи). Пример:

1. СН3 СН3

| |

СН3 – СН – СН = СН2 и СН3 – СН2 – С = СН2

3-метилбутен-1 2-метилюутен-1

СН3 – СН = СН – СН3 и СН3 – СН2 – СН = СН2

бутен – 2 бутен – 1

2. Н Н Н СН3

С=С и С=С

СН3 СН3 СН3 Н

цис.бутен-2 транс.бутен-2

Способы получения алкенов

1.Дегидратация(отщепление воды) спиртов.

Реакция протекает по правилу Зайцева при нагревании в присутствии H2SO4 или А12О3.

Правило Зайцева. При дегидратации спиртов атом водорода отщепляется от соседнего наименеегидрогенизированного (связанного с меньшим количеством атомов водорода) углеродного атома.

Пример: OH CH3 CH3

| | |

СН3 –СН- СН –С2Н5 t, H2SO4 CH3 – CH = C – C2H5 + H2O

3-метилпентанол-2 3-метилпентен-2

2.Дегидрогалогениованиемоногалогенопроизводных алканов.

Реакция протекает при действии спиртовых растворов щелочей

на моногалогенопроизводные алканов. Реакция протекает по правилу Зайцева.

Пример:

СН3–СН–СН2–СН3 + NaOH (c) CH3–CH=CH–CH3+NaC1+H2O

CI 2-хлорбутан бутен-2

3.Действие цинка на дигалогенопроизводные алканов (атомы галогена расположены у соседних атомов углерода).

 

 

Br CH3 CH3

| | |

СН3 – СН – С – С2Н5 + Zn CH3 – CH = C – C2H5 + ZnBr2

|

Br

 

2,3-дибром-3-метилпентан 3-метилпентен-2

Гидрирование алкинов

СН3 – С СН + Н2 Ni СН3 – СН = СН2

пропин пропен

Химические свойства алкенов

Двойная связь в молекуле алкенов состоит из и - связей, причем вторая связь менее прочная, чес первая. Поэтому для алкенов характерны реакции присоединения (А), приводящие к образованию одинарной связи. Реакции присоединения протекают по электрофильному механизму (АЕ), т.к. молекула выступает в качестве донора электронов. Помимо этого в алкенах, в присутствии перекиси могут протекать и реакции по механизму радикального присоединения (АR).

1.Реакцииэлектрофильного присоединенияЕ).

Реакция галогенирования

СН2 = СН2 + Сl2 СН2 – СН2

| |

этилен Cl Cl 1,2-дихлорэтан

Механизмэлектрофильного присоединения E)

Под влиянием - электронного облака молекула галогеобразует диполь:

С1:С1 С1+ С1-

Положительный конец диполя притягивается -электонами двойной связи с образованием - комплекс.

СН2 = СН2 + С1+ С1- быстро СН2 = СН2

С1+ С1-

-комплекс

Затем - связь и связь в диполе разрывается, образуя карбкатион ( -комплекс) и анион С1-.

-комплекс медленно СН2 – СН2+ + С1-

С1 -комплекс

(карбкатион)

Карбкатион и анион хлора образуют дигалогенопроизводное.

 

СН2 – СН+ + Сl- СН2 – СН2

| | |

Сl Сl Сl

Если аналогичная реакция протекает с бромной водой - происходит обесцвечивание последней, что является качественной реакцией на двойную связь.

1.2 Реакция гидрирования (см.п.2.1 способы получения алканов).

1.3 Реакция гидрогалогенирования(взаимодействие с НСI и т.д.).

В случае несимметрично построенных алкенов реакция протекает по правилу Марковникова.

Правило Марковникова. При гидрогалогенировании атом водорода присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода двойной связи.

СН3 – СН = СН2 + НС1 СН3 – СН – СН3

пропен |

CI

2-хлорпропан

1.4 Реакция гидратации (присоединения воды).

Данная реакция протекает по правилу Марковникова в присутствии серной кислоты:

СН3 – СН = СН2 + Н2О H2SO4 CH3 – CH – CH3

(H+OH-) |

OH пропанол-2

2.Реакции радикального присоединения R).

Если реакция присоединения протекает в присутствии перекиси Н2О2, присоединение протекает против правила Марковникова.

Пример:

СН3 – СН = СН2 + НС1 Н2О2 СН3 – СН2 – СН2 – С1

1-хлорпропан

Окисление алкенов

3.1 Окисление в мягких условиях (по Вагнеру).В качестве окислителя используется перманганат калия разбавленный. При данном типе окисления образуются двухатомные спирты, перманганат калия обесцвечивается – качественная реакция на двойную связь.

 

Пример:

3СН3–С =СН2+2 KMnO4+4 H2O 3CH3-CH-CH2+2KOH+MnO2

раствор | |

OH OH

1,2-пропандиол

3.2 Окисление в жестких условиях (концентрированный раствор перманганата калия или хромовая смесь). При окислении в жестких условиях полностью разрывается двойная связь с образованием кетонов и карбоновых кислот.

Пример:

СН3-СН=СН2 + КМnO4 CH3COOH + HCOOH

конц. уксусная муравьиная

кислоты

СН3 – С = СН2 + KMnO4 CH3-C=O + HCOOH

| конц. |

CH3 СН3

2-метилпропен ацетон

4.Реакция полимеризации алкенов.

Полимеризация – процесс образования вещества с большой молекулярной массой (полимера) путем соединения одинаковых молекул (мономеров). Количество молекул мономера, принимающих участие в образовании полимера, называется степенью полимеризации.

Из алкенов в промышленности в качестве мономеров широко используются этилен, пропилен.

Пример:

пСН2=СН2 [-СН2-СН2-] n полиэтилен

пСН3-СН=СН2 [ -СН-СН2-] n полипропилен

|

СН3

Контрольные вопросы по теме «Алкены».

1. В чем отличительная особенность изомерии алкенов и алканов?

2.Почему для соединений класса алкенов характерны реакции присоединения?

3.В каких случаях при получении алкенов используется правило Зайцева?

4.В чем отличие химизма процесса окисления в мягких и жестких условиях?

5.Приведите примеры, когда выполняется и не выполняется правило Марковникова?

 

2.2.3 АЛКАДИЕНЫ (1) с.30-38; (2) с.205-214; (3) с.337-374

 

Алкадиены – углеводороды, в молекуле которых присутствуют две двойные связи. Общая формула диенов СnН2n+2.

Основные представители

СН2= С-СН=СН2 СН2=СН-СН=СН2

|

СН3 изопрен дивинил

 

Классификация диенов.

По характеру расположения двойных связей различают:

1.диены с кумулированными двойными связями (двойные связи расположены у одного атома углерода);

2.диены с сопряженными двойными связями (двойные связи расположены через один атом углерода);

3.диены с изолированнымидвойными связями (двойные связи расположены через два и более атомов углерода.

В лекционном курсе рассматриваются только сопряженные диены.

Номенклатура диенов

Систематическая номенклатура(ИЮПАК)

Порядок названия диенов по данной номенклатуре идентичен алкенам. В конце названия пишем суффикс диен.

Пример:

С2Н5

|

6 5 4 3 2 1

СН3 – СН = СН – СН – СН = СН2

3-этил-1,4-гексадиен

Изомерия

Диены обладаютструктурнойизомерией, связаннойсо строением углеводородного радикала (1) и положением двойных связей (2).

 

1. СН3 – СН – СН = С = СН2 и СН3 – СН2 - С = С = СН2

| |

С2Н5 С2Н5

4-этилгексадиен-1,2 3-этилгексадиен-1,2

2.СН3 – СН = С = СН2 и СН2 = СН – СН = СН2

бутадиен-1,2 бутадиен-1,3

Способы получениядиенов

1.Дегидрогалогенирование дигалогенопроизводных алканов.

Реакция протекает по правилу Зайцева.

Пример:

СН3 –СН − СН2 –СН2 –СН2 2NaOH (СП) CH3– CH= CH – CH = CH2

| | -2NaCI;-2H2O 1,3-пентадиен

C1 С1

1,4-дибромпентан

2.Дегидрогалогенирование непредельных моногалогенопроизводных. Реакция протекает по правилу Зайцева.

СH3 –CH –CH2 –CH =CH2 2NaOH(СП) CH3 –CH =CH –CH = CH2

|

C1 -2NaC1-2H2O

4-хлорпентен-1

3.Дегидратация двухатомных спиртов. Реакция протекает по правилу Зайцева.

НО -СН2 – СН2 – СН2 – СН2 - ОН t, H2SO4 CH2 = CH – CH = CH2

1,4 – бутандиол -Н2О

 

4.Дегидратация непредельных одноатомных спиртов. Реакция протекает по правилу Зайцева.

НО -CH2 – CH2 – CH = CH2 t, H2SO4 CH2 = CH – CH = CH2

бутен-1, ол-4 - Н2О

Химические свойства

Строение молекулы диена с сопряженными двойными связями имеет ряд особенностей. Каждая из двойных связей в молекуле состоит из и - связей. Однако, отдельные пары - электронов не закреплены за определенными связями, а распределены (делокализованы) по всей электронной системе, с образованием общего электронного облака. Поэтому для сопряженных диенов имеют место реакции электрофильного присоединения (АE), протекающие по механизму 1,2 и 1,4.Особенностью 1,4 – присоединения является смещение двойной связи в положение 2,3.

1. Реакции электрофильного присоединения.

1.1 Реакция галогенирования

СН2 = СН – СН = СН2 + Br2 1,2 CH2 = CH – CH – CH2

Br Br

3,4-дибромбутен-1

1,4 Br - СН2 – СН = СН – СН2 - Br

1,4-дибромбутен-1

 

 

1.2 Реакция гидрогалогенирования

СН2 = СН – СН = СН2 + НС1 1,2 СН2 = СН – СН – СН3

|

С1

3-хлорбутен-1

1,4 СН3 – СН = СН – СН2 – C1

1-хлорбутен-2

1.3 Реакция гидрирования

СН2 = СН – СН = СН2 + Н2 1,2 СН2 = СН – СН2 – СН3

бутен-1

1,4 СН3 – СН = СН – СН3

бутен-2

1.4 Диеновый синтез(синтез Дильса-Альдера)

Данная реакция характерна для сопряженных диенов и диенофилов (органических соединений с активной двойной связью С=С). Тип присоединения в реакции 1,4. В результате реакции образуется циклической соединение (производное циклогексена) – аддукт.

СН2 = СН – СН = СН – С2Н5 + СН2 = СН – CN |С2Н5 гексадиен-1,3 винилнитрил 1,4 −CN

 

аддукт

2.Реакции окисления

Реакции окисления протекают аналогично алкенам по двум двойным связям одновременно.

2.1 Окисление в мягких условиях

СН3 – СН = СН – СН = СН2 KMnO4 CH3 – CH – CH – CH – CH2

1,3-пентадиен раствор | | | |

ОН ОН ОН ОН

1,2,3,4-пентантетраол

 

 

2.2 Окисление в жестких условиях

СH3–CH=CH–CH=CH2 KMnO4 CH3–CH=O + O=CH-CH=O + O=CH2

конц. этаналь этандиаль метаналь

[O] СН3 – СООН + НООС – СООН + НСООН

Н2О этановая этандиовая метановая

кислоты

3.Реакция полимеризации

В сопряженных диенах, в отличие от алкенов полимеризация протекает по трем основным направлениям: 1,2 – 1,2;1,4 – 1,4;1,2 -1,4.

СН2=СН-СН=СН2 -СН2-СН-СН2-СН-

1,2 – 1,2 | |

СН СН

|| n ||

СН2 СН2

 

1,4 – 1,4 -СН2–СН=СН-СН2n-СН2-СН=СН-СН2-

1,2 – 1,4 -СН2-СН-СН2-СН=СН-СН2-

|

СН n

||

СН2

 

Данная реакция лежит в основе получения диеновых каучуков.

Контрольные вопросы по теме «Диены»

1.Основные различия в строении диенов с кумулированными, сопряженными и изолированными двойными связями.

2.В чем отличительная особенность электронного строения молекулы диена?

3.Почему для диенов характерны реакции присоединения?

4.Приведите механизм 1,2 и 1,4 присоединения.

5.Какие продукты образуются при окислении диенов?

 

2.2.4 АЛКИНЫ (1) с.38 – 45;(2) с.214 – 253; (3) с.306 – 334

 

Алкины – углеводороды, в молекуле которых присутствует тройная связь. Общая формула алкинов СnН2n-2.

Основные представители

НС СН – ацетилен

Номенклатура алкинов

1.Систематическая номенклатура(ИЮПАК)

Порядок названия соединений по данной номенклатуре идентичен алкенам с заменой суффикса –енна–ин.

Пример: 4 3 2 1

СН3 – СН – СН2 – С СН

5,6,7 С3Н7 4-метилгептин-1

2.Рациональная номенклатура

По аналогии с алкенами называются соединения по рациональной номенклатуре с заменой этиленанаацетилен и отсутствием симметричности.

 

СН3

|

СН3 – С С – СН – СН3

метилизопропилацетилен

Изомерия

Для алкинов характерна структурная изомерия углеводородного скелета и изомерия положения тройной связи.

Пример: СН3 СН3

| |

СН3 – СН – СН2 – С СН и СН3 – СН2 – СН – С СН

4-метилпентин-1 3-метилпентин-1

СН3 – СН2 – С СН и СН3 – С С – СН3

бутин-1 бутин-2

Способы получения алкинов

1.Дегидрогалогенированиедигалогенопроизводных алканов.

Реакция протекает по правилу Зайцева.

1.1 Использованы вицинальныедигалогенопроизводные (атомы галогена расположены у соседних атомов углерода).

Пример: Сl Сl

| | + 2 NaOH (с)

С2Н5 – СН – СН – СН3 -2NaC1;-2H2O С2Н5 – С С – СН3

2,3-дихлорпентан пентин-2

1.2 Использованы геминальные дигалогенопроизводные (атомы галогена расположены у одного атома углерода).

Пример: СI

|

СН3 – С – СН2 – СН3 + 2NaOH(c) СН3 – С С – СН3

| - 2NaOH;-2H2O бутин-2

CI

2,2-дихлорбутан

2.Алкилирование металлорганических производных ацетилена.

Пример:

СН3 – С СNa + C2H5Br → CH3 – C C – C2H5 + NaBr

метилацетиленид натрия этилбромид пентин-2

НС СMgBr + CH3Br → CH3 – C CH

ацетиленидмагнийбромид метилбромид пропин

3.Получение ацетилена из карбида кальция

СаС2 + 2Н2О = НС СН

Химические свойства алкинов

Химические свойства в молекуле алкина определяются строением тройной связи. Тройная связь состоит из двух и одной - связей. В молекуле алкина атомы углерода, соединенные тройной связью, расположены ближе друг к другу, чем в молекуле алкена. - электроны тройной связи втянуты внутрь молекулы, поэтому положительно заряженные атомы углерода менее экранированы с внешней стороны. Следовательно, алкины труднее чем алкены вступают в реакции электрофильного присоединения (АE) и легче в реакции нуклеофильного присоединения (АN).

1. Реакции электрофильного присоединенияE)

Данный тип реакций протекает по правилу Марковникова в две стадии с последовательным разрывом - связей.

1.1 Реакция гидрирования

СН3 – С СН +Н2;Pt CH3 – CH = CH2 + H2;Pt CH3 – CH2 – CH3

пропин пропен пропан

1.2 Реакция галогенированияСl Сl

| |

СН3 – С СН С12 СН3 – С = СН С12 СН3 – С – СН

| | | |

Сl Сl Сl Сl

1,2-дихлорпропен-1 1,1,2,2-тетрахлорпропан

1.3 Реакция гидрогалогенирования Сl

|

СН3 – С СН НС1 СН3 – С = СН2 НС1 СН3 – С – СН3

| |

Сl Сl

2-хлорпропен 2,2-дихлорпропан

 

1.4 Реакция гидратации(реакцияКучерова)

В результате реакции все алкины, кроме ацетилена образуют кетоны, ацетилен – альдегид. Реакция протекает через стадию образования енола.

Пример:

НС СН НОН СН2 = СН – ОН СН3 – СН = О

Hg2+, H+ енол этаналь

 

СН3 – С СН +НОН СН3 – С = СН2 СН3 – С – СН3

Hg2+, H+ | ||

OH O

енол пропанон-2

2. Реакции нуклеофильного присоединения (АN)

Данный тип реакций протекает по правилу Марковникова в одну стадию.

2.1 Реакция с синильной кислотой

СН + HCN CH2 = CH - CN

винилнитрил

2.2 Реакция со спиртами

В результате данной реакции образуются простые эфиры.

НС СН + С2Н5ОН СН2 = СН – ОС2Н5

этанол этилвиниловый эфир

2.3 Реакция с карбоновыми кислотами

В результате данной реакции образуются сложные эфиры.

НС СН + СН3СООН СН2 = СН – ОСОСН3

этановая кислота уксусновиниловый эфир

3. Реакции электрофильного замещения(SE)

Данный тип реакций связан с отщеплением протона водорода от атома углерода тройной связи. В связи С-Н электроны сильнее притягиваются к атому углерода, т.е. связь поляризуется и водород способен отщепляться в виде протона, что указывает на проявление алкинами кислотныхсвойств.

3.1 Образование ацетиленидов и их производных,реакцияметаллирования.


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2018 год. Все права принадлежат их авторам!