Главная Обратная связь Поможем написать вашу работу!

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)






Заслоненный конформер Заторможенный конформер



 

Алканы и алкены. Сравнение.

Сравнительная характеристика углеводородов.

характеристика Алканы Алкены
1. Общая формула. Сn H2n+2 Cn H2n
2. Тип гибридизации sp3 sp2
3. Отличительный признак. Одинарные связи Одна двойная связь
4. Типы связи. σ σ и π
5. Нахождение в природе. нефть, газ Нет
6. Типы изомерии. Углеродного скелета Углеродного скелета, положения двойной связи, геометрическая (цис,транс), межклассовая.
7. Химические свойства. Замещение, окисление, отщепление, разрушение цепи (крекинг, изомеризация) Присоединение, полимеризация, окисление.

1.Алканы – ациклические предельные УВ линейного или разветвленного строения, содержащие только простые связи и образующие гомологический ряд с общей формулой CnH2n+2, где n – число атомов углерода.

Алкены - ациклические непредельные УВ, содержащие одну двойную связь между атомами углерода, образующие гомологический ряд с общей формулой CnH2n.

2.Алканы. Каждый атом С в алканах находится в состоянии sp3-гибридизации и обр-т 4 σ- связи С-С и С-Н,углы м\у кот-ми равны 109,50.

Алкены.Атомы углерода при двойной связи находятся в состоянии sр2-гибридизации. Три σ-связи, образованные гибридными орбиталями, располагаются в одной плоскости под углом 120° друг к другу. π-связь образована при перекрывании негибридных 2р-орбиталей сосед­них атомов углерода. При этом атомные р-орбитали перекрываются не в межъядерном пространстве, а вне его. Такое «боковое» перекрывание менее эффективно, чем осевое, и, следовательно, π-связь является менее прочной, чем σ-связь.

Физические св-ва.

При нормальных условиях первые четыре члена гомоло­гического ряда алкановг—С4) — газы без цвета и запаха. Алканы неразветвленного строения от С5 до С17 — бесцвет­ные жидкости с характерным запахом бензина. Алканы, на­чиная с С18, — твердые вещества белого цвета, жирные на ощупь. По мере увеличения числа атомов углерода в цепи,е. с увеличением молекулярной массы, возрастают темпе­ратуры кипения, плавления и плотность алканов. Все предельные углеводороды прак­тически нерастворимы в воде, но растворяются в неполяр­ных органических растворителях (бензол, тетрахлорме- тан). Жидкие и твердые алканы легко смешиваются друг с другом.



При обычных условиях алкены С2—С4 — это газообраз­ные вещества без цвета и запаха, С5—С15 — бесцветные жид­кости, начиная с С16 — твердые вещества. Алкены нераство­римы в воде, однако могут растворяться в органических рас­творителях. Газообразные алкены образуют с воздухом взрывоопасные смеси. По сравнению с алканами с тем же числом атомов углерода, алкены обладают немного более низкими температурами кипения и плавления.

7. Алканы. В обычных усл-х алканы инертны. Условия: высокая темпер-ра,кат, давление и облучение. Т.к. ковалентные связи в алканах неполярные/малополярные, то чаще всего при хим реак пр-т гомолитический разрыв таких связей. Наиб харак-ми для алканов яв-ся реак радикального замещения SR.

Алкены. Хим св-ва опр-ся наличием у алкенов двойной связи. Электронная плотность π-связи достаточно под­вижна и легко вступает в реакции с электрофильными частицами,поэтому многие реакции протекают по мех-му электрофильного присоединения, АЕ.

Галогенирование.

СН4 + Cl2 → CH3Cl + HCl

Хлорметан

Механизм реакции хлорирования пропана.



Инициирование: появ-е в зоне реакции свободных радикалов. Под действ-м световой энергии гомолитически разруш-ся связь в мол-ле Cl:Cl на 2 атома хлора с неспаренными электронами (свободные радикалы) ·Cl:

Рост цепи: cвободные радикалы хлора, взаимод-я с мол-ми УВ, порождают новые радикалы и развивают цепь превращений:

 

Обрыв цепи:Радикалы,соед-сь др с др, обр-т мол-лы и обрывают цепь превращ-й:

СН2=СН2 + Br2 = CH2-CH2

Br Br

Обесцвечивают бромную воду – качественная реакция на =.

2.Гидрогалогенирование (только для алкенов). При взаимодействии алкенов с галогеноводородами (HCI, НВг)образуются алкилгалогениды:

СН3-СН=СН2 + НВгСНз-СНВг-СНз.

3.Нитрование (алканы):

C6H14 + HO – NO2 → C6H13NO2 + H2О

нитрогексан

4.Сульфирование (алканы и алкены):

C4H10 + H2SO4 → C4H9 – SO2 – OH + H2O

Бутилсульфокислота

СН3-СН=СН3 + H2SO4 = CH3-CH-CH3

OSO3H

5.Сульфохлорирование (алканы).

R – Н + Cl2 + SO2 → R – SO2 – Cl + HCl

6.Гидратация. При взаимод алкенов с водой в присутствии минеральных кислот (серной, фосфорной) обр-ся спирты. Мине­ральные кислоты выполняют роль катализаторов и являются источниками протонов. Присоединение воды также идет по правилу Марковникова:

СН3-СН=СН2 + НОН→СНз-СН (ОН)-СН3.

7.Гидрирование (алкены). Пропен – пропан.

Окисление.

При высокой температуре УВ воспламеняются и горят, причем пр-т полное разрушение органической молекулы, ведущее к образованию углекислого газа и воды.

СН4 + 2 О2 → СО2 + 2Н2О + 880кДж

при средних температурах, когда окисление протекает довольно энергично, но не приводит к воспламенению. Оказалось, что и в этом случае происходит частичное расщепление молекул углеводородов с образованием кислородсодержащих веществ, главным образом органических кислот.



СН4 → СН3ОН

 

СН3 – СН3 → СН3 – СН2ОН + СН3ОН + СН3 – СОН + СН3СООН

этанол метанол этаналь уксусная

кислота

Качественная реакция на алкены – обесцвечивание розового р-ра перманганата калия: 3СН2=СН2 + 2KMnO4 + 4H2O = 3СН2-СН2 + 2KOH + 2MnO2

ОН ОН этиленгликоль

Обесцвечивание кислого р-ра перманганата приводит к получ-ю орг карб к-т:

CH3-CH=CH-CH2-CH3 = CH3-COOH + CH3-CH2-COOH

9. Полимеризация.nCH2=CHR → (-CH2-CHR-)n,

где R — Н, СНз, Cl, C 6H5 и т.д. Молекулу CH2=CHR называют мономером, полученное соед-е — полимером, число п — степенью полимеризации.

Полимеризация различных производных алкенов дает ценные промышленные продукты: полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид др.

10.Крекинг. Это процесс гомолитического разрыва связей С—С, который протекает при нагревании органического ве­щества без доступа воздуха в присутствии катализатора или без него. При крекинге высших алканов углеродная цепочка рвется пополам с образованием алкана и алкена:

СН3—-СН2-СН2-СН2- СН2- CH3→ СН3—СН2—СН3 + СН2=СН—СН3.

гексан пропен пропан

 

Электронное строение бензола. Хим св-ва. Механизм реакции SE.

Под ароматичностью понимают способ-ть некот-х непре­дельных соед-й легко вступать в реакции замещ-я, а не при­соединения, и устойч-ть к действию окисл-ей, темпер-ы и т. п. Это понятие сформир-сь в рез-те изуч-я св-в соед-й, ряда бензола, в частности углеводородов состава СnН2n-6, кот-е, несмотря на формальную ненасыщенность, легко вступают в реакции замещения и устойчивы по отнош-ю к окис­лителям.Важнейшим представ-ем ароматических УВ яв­-ся бензол С6Н6. Мол-ла бензола состоит из 6 атомов углерода и 6 атомов водорода, образ-х шестичленный цикл. Мол-лу бензола принято изображать следующей формулой (Кекуле, 1858): Но эта формула, соответствуя элементарному составу бензола, не отвечает многим его особенностям:-бензол не даёт качественных реакций на непредельность;-для бензола характерны реакции замещения, а не присоединения;-формула Кекуле не в состоянии объяснить равенства расстояний м\у углеродными атомами, что им-т место в реальной молекуле бензола.

Чтобы выйти из этого затруднения, Кекуле допустил, что в бензоле происходит непрерывное перемещение двойных связей.

 

Рис. 1. Схема образования -связей в молекуле бензола

В настоящее время нет единого способа графического изображения молекулы бензола с учётом его реальных свойств. Но, чтобы подчеркнуть выравненность -электронной плотности в молекуле бензола, прибегают к помощи следующих формул:

Химические свойства бензола. Все реакции протекают по механизмуэлектрофильного замещения SE.

1. Галогенирование.Бензол не взаимодействует с хлором или бромом в обычных условиях. Реакция может протекать только в присутствии катализаторов — безводных АlСl3, FeСl3, АlВr3. В результате реакции образуются галогенозамещенные арены:

 

 

2. Нитрование. Бензол очень медленно реагирует с концентрированной азотной кислотой даже при сильном нагревании. Однако при действии так называемой нитрующей смеси (смесь концентрированных азотной и серной кислот) реакция нитрования проходит достаточно легко:

 

 

3.Сулъфирование. Реакция легко проходит под действием “дымящей” серной кислоты (олеума):

 

 

4. Алкилирование по Фриделю—Крафтсу. В результате реакции происходит введение в бензольное ядро алкильной группы с получением гомологов бензола. Реакция протекает при действии на бензол галогеналканов RСl в присутствии катализаторов — галогенидов алюминия. Роль катализатора сводится к поляризации молекулы RСl с образованием электрофильной частицы:

 

 

5. Алкилирование алкенами. Эти реакции широко используются в промышленности для получения этилбензола и изопропилбензола (кумола). Алкилирование проводят в присутствии катализатора АlСl3. Механизм реакции сходен с механизмом предыдущей реакции:

 

Реакции присоединения к аренам приводят к разрушению ароматической системы и требуют больших затрат энергии, поэтому протекают только в жестких условиях.

6. Гидрирование. Реакция присоединения водорода к аренам идет при нагревании и высоком давлении в присутствии металлических катализаторов (Ni, Pt, Pd). Бензол превращается в циклогексан, а гомологи бензола — в производные циклогексана:

 

7. Радикальное галогенирование. Взаимодействие паров бензола с хлором протекает по радикальному механизму только под воздействием жесткого ультрафиолетового излучения. При этом бензол присоединяет три молекулы хлора и образует твердый продукт — гексахлорциклогексан(гексахлоран) С6Н6Сl6:

8. Окисление кислородом воздуха. По устойчивости к действию окислителей бензол напоминает алканы. Только при сильном нагревании (400 °С) паров бензола с кислородом воздуха в присутствии катализатора V2О5 получается смесь малеиновой кислоты и ее ангидрида:

 

Влияние ориентантов 1 и 2 рода на протекание реакций SЕ.

Правила ориентации при электрофильном замещении в бензольном кольце основаны на взаимном влиянии атомов в мол-ле. Если в незамещенном бензоле С6Н6 электронная плотность в кольце распределена равномерно, то в замещенном бензоле С6Н5Х под влиянием заместителя Х пр-т перераспределение электронов и возник-т области повышенной и пониженной электронной плотности. Это оказ-ет влияние на легкость и направление реакций электрофильного замещения. Место вступления нового заместителя определяется природой уже имеющегося заместителя.Правила ориентации: Заместители, имеющиеся в бензольном ядре, направляют вновь вступающую группу в опр положения, т.е. оказ-т ориентирующее действие. По своему направляющему действию все заместители делятся на 2 гр: ориентанты первого рода и ориентанты второго рода. Ориентанты 1-го рода (орто-пара-ориентанты) направляют последующее замещение преимущ-но в орто- и пара-положения. К ним относятся электронодонорные группы (электронные эффекты групп указаны в скобках): -R (+I); -OH (+M,-I); -OR (+M,-I); -NH2 (+M,-I); -NR2 (+M,-I). +M-эффект в этих группах сильнее, чем -I-эффект. Ориентанты 1-го рода повышают электронную плотность в бензольном кольце, особенно на углеродных атомах в орто- и пара-положениях, что благоприят-т взаимод-ю с электрофильными реагентами именно этих атомов. Пример:

Ориентанты 1-го рода, повышая электронную плотность в бензольном кольце, увелич-ют его активность в реакциях электрофильного замещения по сравнению с незамещенным бензолом.

Особое место среди ориентантов 1-го рода занимают галогены, проявляющие электроноакцепторные свойства: -F (+M<–I), -Cl (+M<–I), -Br (+M<–I).

Являясь орто-пара-ориентантами, они замедляют электрофильное замещение. Причина - сильный –I-эффект электроотриц-х атомов галогенов, понижающий электронную плотность в кольце.

Ориентанты 2-го рода (мета-ориентанты) направляют последующее замещение преимущ-но в мета-положение. К ним отн-ся электроноакцепторные группы:

-NO2 (–M, –I); -COOH (–M, –I); -CH=O (–M, –I); -SO3H (–I); -NH3+ (–I); -CCl3 (–I).

Ориентанты 2-го рода уменьшают электронную плотность в бензольном кольце, особенно в орто- и пара-положениях. Поэтому электрофил атакует атомы углерода не в этих положениях, а в мета-положении, где электронная плотность несколько выше. Пример:

Все ориентанты 2-го рода, уменьшая в целом электронную плотность в бензольном кольце, снижают его активность в реакциях электрофильного замещения.

Т.о., легкость электрофильного замещения для соединений (приведенных в качестве примеров) уменьшается в ряду: толуол C6H5CH3 > бензол C6H6 > нитробензол C6H5NO2.

Введение третьего заметителя в кольцо.

Совпадающая ориентация.

 

 

Несовпадающая орентация.

 


Просмотров 513

Эта страница нарушает авторские права




allrefrs.ru - 2021 год. Все права принадлежат их авторам!