Химические свойства циклопарафинов зависят от числа атомов углерода, составляющих цикл. Низшие циклоалканы (циклопропан и циклобутан) ведут себя как ненасыщенные углеводороды, они способны вступать в реакции присоединения. Циклоалканы с большим количеством углеродных атомов в цикле ведут себя как алканы, для них характерны реакции замещения.
Реакции горения:
CnH2n + 3n/2O2 - t → nCO2 + nH2O +Q
Малые циклы (n=3,4)
Реакции присоединения – сходство с алкенами.
1) Галогенирование:
C3H6 + Br2 → C3H6Br2 (1,3-дибромпропан)
циклопропан
2) Гидрирование:
C4H8 + H2 - t,Ni или Pt → C4H10 (бутан)
циклобутан
3) Гидрогалогенирование (по правилу Марковникова):
C3H6 + HI → CH3-CH2-CH2I(1- йодпропан)
Обычные циклы (n=5-7)
Реакции замещения – сходство с алканами.
1) Галогенирование:
C6H12 + Br2 - t → C6H11Br + HBr
бромциклогексан
Реакции отщепления – дегидрирования циклогексана (р. Зелинского-Казанского):
C6H12 - t=300˚С,Pt,Pd→ C6H6 + 3H2бензол
В промышленности
1) Из нефти (пяти- и шестичленных)
Циклоалканы содержатся в значительных количествах в нефтях некоторых месторождений (отсюда произошло одно из их названий - нафтены). При переработке нефти выделяют главным образом циклоалканы С5 - С7.
2) Из ароматических углеводородов – каталитическое гидрирование:
C6H6 + H2-t,p,Ni→ C6H12
Первые три представителя гомологического ряда алкенов (этилен, пропилен и бутилен) — газы, начиная с C5H10(амилен, или пентен-1) — жидкости, а с С18Н36 — твердые вещества Алкены плохо растворимы в воде (однако лучше, чем соответствующие алканы), но хорошо — в органических растворителях.
Этилен (этен)
С2Н4 газ
Пропилен (пропен)
С3Н6 газ
Химические свойства алкенов
Для алкенов наиболее типичными являются реакции присоединения. В реакциях присоединения двойная связь выступает как донор электронов, поэтому для алкенов характерны реакции электрофильного присоединения.
Реакции присоединения
1. Гидрирование
CnH2n + H2 t, Ni → CnH2n+2
2. Галогенирование: CnH2n + Г2 → СnH2nГ2
Это качественная реакция алкенов – бромная вода Br2 (бурая жидкость) обесцвечивается.
2) Окисление в нейтральной или слабощелочной среде на холоде (см. выше п.3)
Изомерия алкенов 2 вида:
1.Структурная — изомерия положения двойной связи и изомерия углеродного скелета
Межклассовая — алкены изомерны циклоакланам.
Пространственная цис- транс изомерия
АлкиныSp3-гибридизация
Для атомов тройной связи характерна Sp-гибридизация, тройная связь — это комбинация одной σ- и двух Π-связей: молекулы линейные окончание-ин
Изомерия 2 вида:Структурная — изомерия положения тройной связи и изомерия углеродного скелета
Межклассовая — алкины изомерны акладиенам.
Химические свойства алкинов:
1. Тройная связь, как и двойная, все присоединяет, разрывается, образует двойную связь, если реагент дан в избытке, то реакция может идти до образования одинарной связи:
2. Гидратация — взаимодействие с водой — реакция Кучерова:
3. Качественные реакции алкинов: Ацетилениды серебра и меди (I) легко образуются и выпадают в осадок при пропускании ацетилена через аммиачный раствор оксида серебра или хлорида меди (I). Эта реакция служит для обнаружения алкинов с тройной связью на конце цепи:
4. Реакции окисления: Алкины окисляются перманганатом калия. При этом раствор перманганата калия обесцвечивается, что служит указанием на наличие тройной связи. При окислении происходит расщепление тройной связи и образуются карбоновые кислоты, перманганат восстанавливается до Mn(2+) — в кислой среде, MnO2 — в щелочной:С4H6 + [O] → 2CH3COOH
5. Реакции горения: СnH2n-2 + (3n-1)\2 O2 → nCO2 + (n-1) H2O уравнение в общем виде.
В зависимости от взаимного расположения двойных связей различают три вида диенов: • алкадиены с кумулированным расположением двойных связей СН2=С=СН2 • алкадиены с сопряженными двойными связями CH2=CH—CH=CH2 • алкадиены с изолированными двойными связями CH2=CH—CH2—CH=CH2 Изомерия и номенклатура Структурная изомерия: • изомерия углеродного скелета:
· Межклассовая (Алкадиены изомерны соединениям классов алкинов и циклоалкенов. Получение 1. Метод Лебедева. 425 °С, Аl2O3, ZnO 2СН3—СН2—ОН -----------------> СН9=СН-СН=СН9 + 2Н2O + Н2
3. Способ дегидрирования. СН3—СН2—СН2—СН3 —> CH2=CH—СН=СН2 + 2Н2 На первой стадии этого процесса образуется как бутен-1, так и бутен-2. 3. Способ дегидрогалогенирования. При действии на дибромалканы спиртового раствора щелочи происходит отщепление двух молекул галогеноводорода и образование двух двойных связей: Существенным является расположение галогенов в молекуле дигалогенида. Так, например, в случае 2,3-дибромбутана или 2,2-ди-бромпропана образуются соответствующие алкины. Химические свойства
свойства алкадиенов с изолированными двойными связями мало отличаются от свойств алкенов. Алкадиены с сопряженными связями обладают некоторыми особенностями. 1. Реакции присоединения. Алкадиены способны присоединять водород, галогены, галогеноводороды. Особенностью присоединения к алкадиенам с сопряженными двойными связями является способность присоединять молекулы как в положения 1 и 2 (1,2-присоединение), так и в положения 1 и 4 (1,4-присоединение): Вr Вr | | СН2=СН—СН=СН2 + Вг2 —> CH2—CH—CH=CH2 1,2-присоединение Вг Вг | l CH2=CH—СН=СН2 + Вг2 —> CH2—CH=CH—CH2 1,4-присоединение
2. Реакции полимеризации. Полимеризация этих соединений является основой получения синтетических каучуков. двойная связь оказывается центральной в элементарном звене, а элементарное звено, в свою очередь, может принимать как цис-, так и транс-конфигурацию:
Натуральный и синтетический каучуки. Резина Натуральный каучук выделяется из млечного сока (латекса) гевеи. Натуральный каучук -цис-полиизопрен,, элементарные звенья которого соответствуют изопрену (2-метилбутадиену-1,3) и находятся в цис-конфигурации. Каучук, в котором все элементарные звенья находятся или в цис-, или в транс-конфигурации, называется стереорегулярным. При нагревании каучука с серой (до 8%) образуется резина. При вулканизации происходит сшивание полимерных цепей за счет сульфидных мостиков, что приводит к увеличению прочности. Арены- производные бензолаС 6Н 6С nН 2n- 6(при n >= 6). sр 2- гибридизация
Радикал бензола С 6Н 5называется фенил, радикал толуола С 6Н 5СН 2— бензил.Бензол и его ближайшие гомологи – жидкости без цвета, но с характерным запахом.
Практически не растворяются в воде. Пар бензола сильно ядовит. Несмотря на формальную непредельность, бензол отличается высокой устойчивостью к нагреванию и окислению (в гомологах бензола окисляется только боковая цепь). Характерными для бензола являются реакции замещения:
а) нитрование в присутствии концентрированной серной кислоты на холоду:
б) галогенированиев присутствии галогенидов железа (III):
в) алкилированиев присутствии хлорида алюминия:
В производных бензола атом или группа, заместившие водород кольца, и само бензольное кольцо влияют друг на друга. По характеру влияния различают:
1) заместители I рода – CI, Br, I, СН 3, С nН 2n+1, ОН и NH 2. Они облегчают реакции дальнейшего замещения и направляют второй заместитель по отношению к себе в орто-(о-, или 2-) положение и в пара-(п-, или 4-) положение [для запоминания: орто – около, пара – против], например:
2) заместители II рода – NO 2, С(Н)O, СООН и CN. Они затрудняют реакции дальнейшего замещения и направляют второй заместитель в мета-(м-, или 3-) положение, например:
Бензол стоек к окислению даже при действии сильных окислителей. Гомологи бензола с одним боковым радикалом вступают в реакции окисления только за счет радикала; при этом, какова бы ни была его длина, отщепляется вся цепь, кроме ближайшего к кольцу атома углерода (он создает карбоксильную группу):
В жестких условиях бензол вступает в реакции присоединения:
Стирол C 6H 5—CH=CH 2, как этилен, легко полимеризуется:
Полистирол– термопластичная пластмасса (термопласт),. Используется для изготовления изоляции электропроводов, посуды разового употребления, упаковочной массы (пенопласт).
Получение аренов:1) дегидрирование:
2) дегидроциклизация:
3) тримеризация ацетилена (устаревший способ):
Спирты - соединения, содержащие одну или несколько гидроксильных групп, непосредственно связанных с углеводородным радикалом.
Классификация спиртов 1. По числу гидроксильных групп спирты подразделяются
· одноатомные (одна группа -ОН) СH3 – OH метанол, CH3 – CH2 – OH этанол
· многоатомные (две и более групп -ОН).
двухатомный спирт – этиленгликоль (этандиол)HO–СH2–CH2–OH
трехатомный спирт – глицерин (пропантриол-1,2,3) HO–СH2–СН(ОН)–CH2–OH
Двухатомные спирты с двумя ОН-группами при одном и том же атоме углерода неустойчивы, отщепляя воду, превращаются в альдегиды R–CH=O. Спиртов R–C(OH)3 нет.
2. В зависимости от того, с каким атомом углерода (первичным, вторичным или третичным) связана гидроксигруппа, различают спирты
Типы атомов углерода
3. По строению радикалов, связанных с атомом кислорода, спирты подразделяются на
· предельные (например, СH3 – CH2–OH)
· непредельные (CH2=CH–CH2–OH)
Предельные одноатомные спирты. С nН 2n+1ОН
Общая формула:
CnH2n+1OH или ROH или CnH2n+2O
Гомологический ряд
Номенклатура спиртов
Изомерия спиртов 1) структурная изомерия:
· изомерия положения ОН-группы (начиная с С3);
· углеродного скелета (начиная с С4);
2)межклассовая изомерия с простыми эфирами этиловый спирт СН3CH2–OH и диметиловый эфир CH3–O–CH3
3)Возможна также пространственная изомерия – оптическая.
бутанол-2 СH3CH(OH)СH2CH3, в молекуле которого второй атом углерода связан с четырьмя различными заместителями, существует в форме двух оптических изомеров.
Строение спиртов
Из электронной формулы видно, что кислород в молекуле спирта имеет две неподеленные электронные пары. Свойства спиртов и фенолов определяются строением гидроксильной группы, характером ее химических связей, строением углеводородных радикалов и их взаимным влиянием.
Связи О–Н и С–О – полярные ковалентные. Это следует из различий в электроотрицательности кислорода (3,5), водорода (2,1) и углерода (2,4). Электронная плотность обеих связей смещена к более электроотрицательному атому кислорода:
Атому кислорода в спиртах свойственна sp3-гибридизация. Подвижность атома водорода в гидроксильной группе спирта несколько меньше, чем в воде. Более "кислым" в ряду одноатомных предельных спиртов будет метиловый (метанол). Радикалы в молекуле спирта также играют определенную роль в проявлении кислотных свойств. Обычно углеводородные радикалы понижают кислотное свойства. Но если в них содержатся, электроноакцепторные группы, то кислотность спиртов заметно увеличивается. Например, спирт (СF3)3С—ОН за счет атомов фтора становится настолько кислым, что способен вытеснять угольную кислоту из ее солей.
Химические свойства предельных одноатомных спиртов
В химических реакциях гидроксисоединений возможно разрушение одной из двух связей:
· С–ОН с отщеплением ОН-группы
· О–Н с отщеплением водорода
Это могут быть реакции замещения, в которых происходит замена ОН или Н, или реакция отщепления (элиминирования), когда образуется двойная связь.
Полярный характер связей С–О и О–Н способствует гетеролитическому их разрыву и протеканию реакций по ионному механизму. При разрыве связи О–Н с отщеплением протона (Н+) проявляются кислотные свойства гидроксисоединения, а при разрыве связи С–О – свойства основания и нуклеофильного реагента.
С разрывом связи О–Н идут реакции окисления, а по связи С–О – восстановления. Спирты могут вступать в многочисленные реакции, давая различные классы соединений. Кислотно-основные
RO- + H+ ↔ ROH ↔ R+ + OH- алкоголят-ион
Кислотные свойства уменьшаются в ряду, а основные возрастают:
2.Основные свойства- с галогенводородными кислотами:
C2H5OH + HBr ↔ C2H5Br + H2O бромэтан
Лёгкость протекания реакции зависит от природы галогенводорода и спирта – увеличение реакционной способности происходит в следующих рядах:
HF < HCl < HBr < HI
первичные < вторичные < третичные
II. Окисление
1). В присутствии окислителей [O] – K2Cr2O7 или KMnO4 спирты окисляются до карбонильных соединений:
· Первичные спирты при окислении образуют альдегиды, которые затем легко окисляются до карбоновых кислот.
· Уксусный альдегид, или ацетальдегид, получается при окислении этилового спирта хромовой смесью.
При окислении вторичных спиртов образуются кетоны.
Третичные спирты более устойчивы к действию окислителей. Они окисляются только в жестких условиях (кислая среда, повышенная температура), что приводит к разрушению углеродного скелета молекулы и образованию смеси продуктов (карбоновых кислот и кетонов с меньшей молекулярной массой).
В кислой среде:
1)Для первичных и вторичных одноатомных спиртов качественной реакцией является взаимодействие их с кислым раствором дихромата калия. Оранжевая окраска гидратированного иона Cr2O72- исчезает и появляется зеленоватая окраска, характерная для иона Cr3+.
3)Третичные спирты устойчивы к окислению в щелочной и нейтральной среде. В жёстких условиях (при нагревании, в кислой среде) они окисляются с расщеплением связей С-С и образованием кетонов и карбоновых кислот. В нейтральной среде:
CH3 – OH + 2KMnO4 →K2CO3 + 2MnO2 + 2H2O, а остальные спирты до солей соответствующих карбоновых кислот.
В тех случаях, когда возможны 2 направления реакции, например:
дегидратация идет преимущественно в направлении I, т.е. по правилу Зайцева – с образованием более замещенного алкена. Правило Зайцева: Водород отщепляется от наименее гидрированного атома углерода соседствующего с углеродом, несущим гидроксил.
2) Межмолекулярная дегидратация
2C2H5OH t<140,H2SO4(к)→ С2H5-O-C2H5 + H2O
простой эфир
- при переходе от первичных спиртов к третичным увеличивается склонность к отщеплению воды и образованию алкенов; уменьшается способность образовывать простые эфиры.
IV. Реакции этерификации. Спирты вступают в реакции с минеральными и органическими кислотами, образуя сложные эфиры. Реакция обратима (обратный процесс – гидролиз сложных эфиров).
Многоатомные спирты. Этиленгликоль, глицерин.
Многоатомные спирты – содержатся несколько гидроксильных групп (-ОН)
1. Фенолы - производные ароматических углеводородов, в молекулах которых гидроксильная группа (- ОН) непосредственно связана с атомами углерода в бензольном кольце.
2. Классификация фенолов
Различают одно-, двух-, трехатомные фенолы в зависимости от количества ОН-групп в молекуле:
3. Изомерия и номенклатура фенолов
Возможны 2 типа изомерии:
· изомерия положения заместителей в бензольном кольце
· изомерия боковой цепи (строения алкильного радикала и числа радикалов)
Для фенолов широко используют тривиальные названия, сложившиеся исторически. В названиях замещенных моноядерных фенолов используются также приставки орто-, мета-и пара -, употребляемые в номенклатуре ароматических соединений
Фенильная группа C6H5 – и гидроксил –ОН взаимно влияют друг на друга
неподеленная электронная пара атома кислорода притягивается 6-ти электронным облаком бензольного кольца, из – за чего связь О–Н еще сильнее поляризуется. Фенол - более сильная кислота, чем вода и спирты.
В бензольном кольце нарушается симметричность электронного облака, электронная плотность повышается в положении 2, 4, 6. Это делает более реакционноспособными связи С-Н в положениях 2, 4, 6. и – связи бензольного кольца.
Фенол C6H5OH (карболовая кислота) — бесцветное кристаллическое вещество на воздухе окисляется и становится розовым, при обычной температуре ограниченно растворим в воде, выше 66 °C смешивается с водой в любых соотношениях. Фенол — токсичное вещество, вызывает ожоги кожи, является антисептиком
Получение фенола в промышленности
1). Из каменноугольной смолы:
C6H5ONa + H2SO4(разб) → С6H5 – OH + NaHSO4
3). Из галогенбензолов:
С6H5-Cl + NaOH t,p → С6H5 – OH + NaCl
Химические свойства фенола (карболовой кислоты)
I. Свойства гидроксильной группы
Кислотные свойства – выражены ярче, чем у предельных спиртов:
· 2C6H5-OH + 2Na → 2C6H5-ONa + H2
· Со щелочами -C6H5-OH + NaOH (водн. р-р) ↔ C6H5-ONa + H2O
! Феноляты – соли слабой карболовой кислоты, разлагаются угольной кислотой –
C6H5-ONa + H2O + СO2 → C6H5-OH + NaHCO3
По кислотным свойствам фенол превосходит этанол в 106 раз. При этом во столько же раз уступает уксусной кислоте. В отличие от карбоновых кислот, фенол не может вытеснить угольную кислоту из её солей
C6H5-OH + NaHCO3 = реакция не идёт –
Кислотные свойства фенола усиливаются под влиянием связанных с бензольным кольцом электроноакцепторных групп (NO2-, Br-)
C6H5-OH< п-нитрофенол < 2,4,6-тринитрофенол
2,4,6-тринитрофенол или пикриновая кислота сильнее угольной
II. Свойства бензольного кольца
1). Взаимное влияние атомов в молекуле фенола проявляется не только в особенностях поведения гидроксигруппы, но и в большей реакционной способности бензольного ядра. Гидроксильная группа повышает электронную плотность в бензольном кольце, особенно, в орто- и пара-положениях (+М-эффект ОН-группы):
Поэтому фенол значительно активнее бензола вступает в реакции электрофильного замещения в ароматическом кольце.Нитрование. Под действием 20% азотной кислоты HNO3 фенол легко превращается в смесь орто- и пара-нитрофенолов:
С концентрированной HNO3 образуется 2,4,6-тринитрофенол (пикриновая кислота):
Галогенирование. Фенол легко при комнатной температуре взаимодействует с бромной водой с образованием белого осадка 2,4,6-трибромфенола (качественная реакция на фенол):
studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав!Последнее добавление
Это качественная реакция алкенов – бромная вода Br2 (бурая жидкость) обесцвечивается.
Sp3-гибридизация
Существенным является расположение галогенов в молекуле дигалогенида. Так, например, в случае 2,3-дибромбутана или 2,2-ди-бромпропана образуются соответствующие алкины.
Типы атомов углерода
3. По строению радикалов, связанных с атомом кислорода, спирты подразделяются на
· предельные (например, СH3 – CH2–OH)
· непредельные (CH2=CH–CH2–OH)
Предельные одноатомные спирты. С nН 2n+1ОН
Из электронной формулы видно, что кислород в молекуле спирта имеет две неподеленные электронные пары. Свойства спиртов и фенолов определяются строением гидроксильной группы, характером ее химических связей, строением углеводородных радикалов и их взаимным влиянием.
С разрывом связи О–Н идут реакции окисления, а по связи С–О – восстановления. Спирты могут вступать в многочисленные реакции, давая различные классы соединений. Кислотно-основные
RO- + H+ ↔ ROH ↔ R+ + OH- алкоголят-ион
Кислотные свойства уменьшаются в ряду, а основные возрастают:
3. Изомерия и номенклатура фенолов
Возможны 2 типа изомерии:
· изомерия положения заместителей в бензольном кольце
· изомерия боковой цепи (строения алкильного радикала и числа радикалов)
Для фенолов широко используют тривиальные названия, сложившиеся исторически. В названиях замещенных моноядерных фенолов используются также приставки орто-, мета-и пара -, употребляемые в номенклатуре ароматических соединений
Фенильная группа C6H5 – и гидроксил –ОН взаимно влияют друг на друга
неподеленная электронная пара атома кислорода притягивается 6-ти электронным облаком бензольного кольца, из – за чего связь О–Н еще сильнее поляризуется. Фенол - более сильная кислота, чем вода и спирты.
В бензольном кольце нарушается симметричность электронного облака, электронная плотность повышается в положении 2, 4, 6. Это делает более реакционноспособными связи С-Н в положениях 2, 4, 6. и – связи бензольного кольца.
Фенол C6H5OH (карболовая кислота) — бесцветное кристаллическое вещество на воздухе окисляется и становится розовым, при обычной температуре ограниченно растворим в воде, выше 66 °C смешивается с водой в любых соотношениях. Фенол — токсичное вещество, вызывает ожоги кожи, является антисептиком
Получение фенола в промышленности
1). Из каменноугольной смолы:
C6H5ONa + H2SO4(разб) → С6H5 – OH + NaHSO4
3). Из галогенбензолов:
С6H5-Cl + NaOH t,p → С6H5 – OH + NaCl
Химические свойства фенола (карболовой кислоты)
I. Свойства гидроксильной группы
Кислотные свойства – выражены ярче, чем у предельных спиртов:
· 2C6H5-OH + 2Na → 2C6H5-ONa + H2
· Со щелочами -C6H5-OH + NaOH (водн. р-р) ↔ C6H5-ONa + H2O
! Феноляты – соли слабой карболовой кислоты, разлагаются угольной кислотой –
C6H5-ONa + H2O + СO2 → C6H5-OH + NaHCO3
По кислотным свойствам фенол превосходит этанол в 106 раз. При этом во столько же раз уступает уксусной кислоте. В отличие от карбоновых кислот, фенол не может вытеснить угольную кислоту из её солей
C6H5-OH + NaHCO3 = реакция не идёт –
Кислотные свойства фенола усиливаются под влиянием связанных с бензольным кольцом электроноакцепторных групп (NO2-, Br-)
Поэтому фенол значительно активнее бензола вступает в реакции электрофильного замещения в ароматическом кольце.Нитрование. Под действием 20% азотной кислоты HNO3 фенол легко превращается в смесь орто- и пара-нитрофенолов: 
