Задания для самостоятельного решения. Углеводороды

Задание

1. Конспект по теме «Алкены», любые 5 заданий для самостоятельного выполнения

2. Конспект по теме «Сопряжённые алкадиены», 5 заданий для самостоятельного выполнения

Конспекты и ответы на задания скидывать мне в л/с

Углеводороды

Алкены

Цель: изучить строение, номенклатуру, способы получения, физические и химические свойства, применение алкенов

План лекции

1. Строение алкенов

2. Способы получения

3. Физические свойства

4. Химические свойства

Алкены (непредельные углеводороды, этиленовые углеводороды, олефины) – непредельные алифатические углеводороды, молекулы которых содержат двойную связь. Общая формула ряда алкенов C_nH_2n.

По систематической номенклатуре названия алкенов производят от названий соответствующих алканов (с тем же числом атомов углерода) путем замены суффикса –ан на – ен: этан (СН₃-СН₃) – эт ен (СН₂=СН₂); пропан (СН₃-СН₂-СН₃) - проп ен (СН₂=СН-СН₃) и т.д. Главная цепь выбирается таким образом, чтобы она обязательно включала в себя двойную связь (т.е. она может быть не самой длинной). Нумерацию углеродных атомов начинают с ближнего к двойной связи конца цепи. Цифра, обозначающая положение двойной связи, ставится обычно после суффикса –ен.

В молекуле алкена ненасыщенные атомы углерода находятся в sp² -гибридизации, а двойная связь между ними образована s- и p-связью. sp² -Гибридные орбитали, направлены друг к другу под углом 120°, и одна негибридизованная 2р-орбиталь, расположенную под углом 90° к плоскости гибридных атомных орбиталей.

Пространственное строение этилена:

 

Длина связи С=С 0,134 нм,

энергия связи С=С Е_С=С = 611 кДж/моль, энергия p-связи Е_p = 260 кДж/моль.

Виды изомерии: а) изомерия цепи; б) изомерия положения двойной связи

Способы получения

1. CH₃-CH₃ CH₂=CH₂ + H₂ (дегидрирование алканов)

2. C₂H₅OH CH₂=CH₂ + H₂O (дегидратация спиртов)

 

Физические свойства

Низшие члены гомологического ряда алкенов с С₂Н₄ до С₄Н₈ – газы, начиная с С₅Н₁₀ – жидкости, с С₁₈Н₃₆ – твёрдые вещества. Алкены практически нерастворимы в воде, но хорошо растворяются в органических растворителях.

Химические свойства

Для алкенов характерны, главным образом, реакции присоединения, приводящие к разрыву двойной связи. Большинство реакций протекает при 20⁰С

Качественные реакции: обесцвечивание растворов Br₂ и KMnO₄ при 20⁰С

1. CH₂=CH₂ + Br₂ ®CH₂Br-CH₂Br (присоединение галогенов, качественная реакция)

3. CH₂=CH₂ + H₂ CH₃-CH₃ (гидрирование)

4. СH₂=CH₂ + H₂O CH₃СН₂OH (гидратация)

5. 3CH₂=CH₂ + 2KMnO₄ + 4H₂O ® 3CH₂OH-CH₂OH + 2MnO₂¯ + 2KOH

(мягкое окисление, качественная

реакция)

6. СН₂=СН-СН₂-СН₃ + KMnO₄ CO₂ + C₂H₅COOH (жесткое окисление)

 

Задания для самостоятельного решения

1. Напишите уравнения реакций взаимодействия пропена со следующими веществами: а) водородом (в присутствии катализаторов), б) бромом, в) бромоводородом, г) серной кислотой.

2. Напишите структурные формулы всех изомерных углеводородов состава С₅Н₁₂ и назовите их по систематической номенклатуре.

3. С помощью каких химических реакций можно очистить пропан от примеси пропена?

4. Напишите структурные формулы всех алкенов состава С₈Н₁₆, образующихся при каталитическом дегидрировании 2,2,4-триметилпентана, и назовите их по систематической номенклатуре.

5. Напишите структурную формулу алкена состава С₆Н₁₂, имеющего один четвертичный атом углерода, и назовите его по систематической номенклатуре.

6. Напишите уравнение реакции дегидратации спирта, приводящей к образованию бутена-1. Укажите условия.

7. Напишите уравнение реакции присоединения хлороводорода к пропилену. По какому правилу протекает это присоединение?

8. Приведите не менее трёх химических реакций, в результате которых может быть получен этилен. Укажите необходимые условия протекания реакций.

9. Какие из перечисленных веществ могут попарно вступать в реакции: пропан, этилен, бром? Напишите уравнения реакций и укажите условия их протекания.

10. Какие спирты можно получить гидратацией пропена; бутена-1; бутена-2?

11. Приведите уравнения реакций полимеризации: а) винилхлорида СН₂=СНСl; б) стирола С₆Н₅-СН=СН₂. Сколько σ- и π-связей в молекуле винилхлорида?

 

Сопряжённые алкадиены

Цель: изучить строение, способы получения, химические свойства алкадиенов

План лекции

1. Строение алкадиенов

2. Способы получения

3. Химические свойства

Алкадиены (диены) – непредельные алифатические углеводороды, молекулы которых содержат две двойные связи. Общая формула алкадиенов С_nH_2n-2

Свойства алкадиенов в значительной степени зависят от взаимного расположения двойных связей в их молекулах. По этому признаку различают три типа двойных связей в диенах: 1) изолированные двойные связи разделены в цепи двумя или более s-связями - СН₂=СН–СН₂–СН=СН₂ (разделенные sp³ -атомами углерода, такие двойные связи не оказывают друг на друга взаимного влияния и вступают в те же реакции, что и двойная связь в алкенах); 2) кумулированные двойные связи расположены у одного атома углерода - СН₂=С=СН₂ (подобные диены (аллены) менее стабильны, чем другие диены и при нагревании в щелочной среде перегруппировываются в алкины); 3) сопряжённые двойные связи разделены одной s-связью - СН₂=СН–СН=СН₂. Сопряжённые диены представляют наибольший интерес. Они отличаются характерными свойствами, обусловленными электронным строением молекул, а именно, непрерывной последовательностью четырех sp² -атомов углерода. Все атомы углерода лежат в одной плоскости, образуя s-скелет. Негибридизованные р-орбитали каждого атома углерода перпендикулярны плоскости s-скелета и параллельны друг другу, взаимно перекрываются, образуя единое p-электронное облако. Такой особый вид взаимного влияния атомов называется сопряжением.

Перекрывание р-орбиталей имеет место не только между С₁ – С₂, С₃ – С₄, но и между С₂ – С₃. В связи с этим применяют термин: «сопряжённая система». Следствием делокализации электронной плотности является то, что длины связей С₁ – С₂ (С₃ – С₄) увеличены, по сравнению с длиной двойной связи в этилене (0,134 нм) и составляют 0,137 нм; в свою очередь, длина связи С₃ – С₄ меньше, чем в этане С – С (0,154 нм) и составляет 0,146 нм. Диены с сопряжённой системой двойных связей более энергетически выгодны.

По правилам IUPAC главная цепь молекулы алкадиена должна включать обе двойные связи. Нумерация атомов углерода в цепи проводится так, чтобы двойные связи получили наименьшие номера. Названия алкадиенов производят от названий соответствующих алканов (с тем же числом атомов углерода) с добавлением окончания – диен. Виды изомерии: 1) изомерия положения сопряжённых двойных связей; 2) изомерия углеродного скелета; 3) межклассовая с алкинами

Способы получения

 

Химические свойства

Для сопряжённых диенов характерны реакции присоединения. Наличие сопряжённой системы p-электронов приводит к особенностям реакций присоединения. Сопряжённые диены способны присоединять не только по двойным связям (С₁ и С₂, С₃ и С₄), но и к концевым (С₁ и С₄) атомам углерода с образованием двойной связи между С₂ и С₃

1. CH₂=CH-CH=CH₂ + Br₂ ®CH₂Br-CH=CH-CH₂Br + CH₂Br-CHBr-CH=CH₂ (присоединение галогенов) 1,4- присоединение 1,2- присоединение

Соотношение продуктов 1,2- и 1,4-присоединения зависит от температуры, при которой проводился эксперимент, и от полярности применяемого растворителя

2. CH₂=CH-CH=CH₂ + HBr ®CH₃-CH=CH-CH₂Br + CH₃-CHBr-CH=CH₂ (присоединение галогеноводородов) 1,4- присоединение 1,2- присоединение

 

3. n CH₂=CH-CH=CH₂ (-CH₂-CH=CH-CH₂-)_n (полимеризация)

Полимеризация - важнейшее свойство сопряжённых диенов, которая происходит под действием различных катализаторов (AlCl₃, TiCl₄+(C₂H₅)₃Al) или света. В случае применения определённых катализаторов можно получить продукт полимеризации с определённой конфигурацией цепей.

Цис-конфигурацию имеет натуральный каучук. Макромолекулы натурального каучука имеют спиралевидную структуру цепи из-за того, что изопреновые звенья изогнуты, что создаёт пространственные препятствия упорядоченному расположению цепей. В каучуке длинные молекулы скручены в спутанные друг с другом спирали. При растяжении каучука спирали растягиваются, а при снятии напряжения они снова скручиваются. В природе существует ещё другой полимер изопрена гуттаперча (транс-конфигурация). Гуттаперча обладает стержнеобразной структурой цепи из-за выпрямленности изопреновых звеньев (цепи с транс-конфигурацией двойных связей могут располагаться одна вдоль другой), поэтому гуттаперча твёрдый, но хрупкий полимер. Натуральный каучук имеют немногие страны и поэтому его заменяют синтетическими каучуками из дивинила, а также из изопрена.