Repetitor_po_Khimii

Номенклатура сульфопроизводных алканов

К названию соответствующего алкана нужно прибавить приставку «сульфо или окончание «сульфокислота» с указанием положения сульфогруппы:

II. Реакции окисления

При обычных условиях алканы устойчивы к действию окислителей (КMnО4, К2Cr2О7).

1. Окисление кислородом воздуха при высоких температурах (горение):

а) полное окисление (избыток О2) с образованием углекислого газа и воды:

.	t° .
–4	+4
CH4 + 2O2	CO2 + 2H2O
б) неполное окисление (недостаток O2):
.	t° .
–4	+2
2CH4 + 3O2	2CO + 4H2O
.	t° .
–4	0

CH4 + O2 C + 2H2O

2. Окисление кислородом воздуха при невысоких температурах в присутствии катализаторов (неполное каталитичес-

кое окисление).	O
В результате могут образоваться альдегиды R—С	,
	H

кетоны R—C—R, спирты ROH, карбоновые кислоты

||

O

RCOOH.

Например, при каталитическом окислении метана в зависимости от природы катализатора и условий проведения реакции могут образоваться следующие продукты:

–4	–2
.	кат. .
CH4 + O2	— 2CH3OH
Метан	t° Метанол

500

–4				0	O
.				кат. .
CH		+ O	— Н—С		+ H	O
	4		2	t°	2
					OH
				Метаналь
–4				+2	O
.				кат. .
2CH		+ O		— 2Н—С	+ H		O
	4		2	t°	OH	2

Метановая

кислота

III.Термические превращения алканов

1.Крекинг (англ. cracking — расщепление) — это разрыв связей С—С в молекулах алканов с длинными углеродными цепями, в результате которого образуются алканы и алкены

сменьшим числом атомов углерода.

Термический крекинг (пиролиз) осуществляется при тем-

пературе 450—700 °С:

t°

СН3—СН2—СН2—СН2—CH2—CH2—СН2—СН2—СН3

н.нонан

СН3—СН2—СН2—СН2—СН3 + СН2=СН—СН2—СН3

н. пентан

бутен-1

2. Дегидрирование (отщепление водорода; происходит в результате разрыва связей С—Н; осуществляется в присутствии катализаторов при повышенных температурах).

При дегидрировании метана образуется этин (ацетилен):

1000 °С

2СН4 ——— С2Н2 + 3H2

С помощью структурных формул эту реакцию можно показать так:

При нагревании метана до 1200 °С он разлагается на простые вещества:

СН4 С + 2Н2

501

При дегидрировании других алканов образуются алкены:

С2Н6	t°, кат.	+ H2
	——— С2Н4
Этан	Этен
	(этилен)

При дегидрировании н-бутана образуется бутен или бу- тен-2 (смесь цис- и транс-изомеров):

t°, кат.

СН3СН2СН2СН3 ——— СН3=СН—СН2—СН3 + H2

t°, кат.

СН3СН2СН2СН3 ——— СН3—СН=СН—СН3 + H2

3.Дегидроциклизация (ароматизация, дегидрирование алканов с образованием ароматических соединений):

4.Изомеризация (превращение химического соединения

вего изомер):

н-алкан изоалкан

Получение алканов

Получение метана

1.В промышленности: а) из природного газа;

б) синтез из оксида углерода (II) и водорода:

Ni, 300 °C

CO + 3H2 ———— CH4 + H2O

2. В лаборатории:

P

а) гидролиз карбида алюминия

Al4C3 + 12H2O 3CH4 + 4Al(OH)3;

б) сплавление солей уксусной кислоты со щелочами

502

Получение гомологов метана

1. В промышленности:

а) из природного сырья (нефть, газ, горный воск); б) синтез из оксида углерода (II) и водорода

300 °C

nСО + (2n + 1)Н2 ——— СnН2n+2 + nН2О

Fe

2. В лаборатории:

а) каталитическое гидрирование непредельных УВ

	Pt
СnН2n + Н2	———— СnН2n+2
Алкен	(Ni, 300 °C) Алкан
	Pt
СnН2n–2 + 2Н2 СnН2n+2
Алкин	Алкан

б) взаимодействие галогеналканов с натрием (реакция

А.Вюрца).

Вэлементарном акте реакции участвуют две молекулы галогеналкана и два атома натрия. Атомы натрия отрывают атомы галогенов от галогеналканов, образующиеся при этом углеводородные радикалы соединяются друг с другом, образуя алкан с удвоенным по сравнению с исходным галогеналканом числом атомов углерода; например:

t°

CH3—Cl + 2Na + Cl—CH3 CH3—CH3 + 2NaCl

хлорметан

этан

В реакции Вюрца могут участвовать и разные галогеналканы:

t°

CH3—CH—Cl + 2Na + Cl—CH3—CH3

|

СН3

2-хлорпропан

CH3—CH—CH2—CH3 + 2NaCl

|

СН3

2-метилбутан

(Подумайте, какие еще алканы образуются при взаимодействии 2-хлорпропана и хлорэтана с натрием.)

503

Применение метана

Вопросы для контроля

1.На какие типы разделяются углеводороды?

2.Какие углеводороды называются предельными? Приведите примеры предельных углеводородов.

3.В каком валентном состоянии находятся атомы углерода в алканах? Укажите тип гибридизации атома углерода в предельных углеводородах.

4.Какую геометрическую форму имеет молекула метана? Укажите значение угла между связями в этой молекуле.

5.Назовите первые десять членов гомологического ряда алканов и соответствующие им одновалентные радикалы.

6.Какой тип изомерии существует в ряду алканов? Какие алканы не имеют изомеров?

7.Какой тип реакций характерен для алканов? Почему?

8.Что такое «галогенирование», «нитрование», «сульфирование»?

9.Объясните механизм цепной реакции.

504

10.Какие продукты могут быть получены при окислении метана?

11.Что такое крекинг?

12.Что такое «дегидрирование», «дегидроциклизация», «изомеризация»?

13.Какими способами можно получать метан и его гомологи?

Задачи и упражнения для самостоятельной работы

1. Назовите следующие алканы по международной номенклатуре:

СН
| 3
а) СН3–С–СН2–СН3		б) СН3–СН2–СН–СН–СН2–СН–СН3
|			|	|	|
СН3			СН3	СН3	СН3
в) СН3–СН–СН–СН2–СН–СН3			г) СН3–СН2–СН–СН2–СН3
|	|	|			|
СН3	СН3	СН3			СН–СН3
					|

СН3

2.Напишите структурные формулы следующих алканов: а) 2,5-диметилгексан; б) 2-метил-3-этилпентан;

в) 4-изопропил-3-этилгептан; г) 3,3,5,5-тетраметилоктан; д) 5-изобутил-4-этилдекан;

е) 4-вторбутил-2-метилгептан. Укажите изомеры среди этих веществ.

3.Напишите структурные формулы всех алканов с молекулярной фор-

мулой С6Н14 и назовите их по международной номенклатуре. Укажите изомеры, содержащие третичные атомы углерода.

4.Напишите структурные формулы всех алканов состава С7Н16, главная цепь которых состоит из 5 атомов углерода. Назовите каждое со-

единение по международной номенклатуре.

5.Как можно получить следующие УВ, используя реакцию А. Вюрца: а) 2,6-диметилгептан; б) 2,8-диметилнонан; в) 3,4-диметилгексан; г) октан?

6.Напишите уравнения реакций получения гексана из следующих соединений:

а) СН3–СН2–СН2–СН2–СН=СН2; б) СН3–СН2–СН2Br.

7. Назовите следующие соединения по международной номенклатуре:

СН3
|
а) СН3–С–СН2Br	б) СН3–СН–СН–СН–СН3
|	|	|	|
СН3	Br	СН3	СН3

505

	СН3
в) СН3–СН2–СН–СН–СН3	|
	г) СН3–С— СН–СН2–СН2–СН3
| |	|	|
СН3 NO2	СН3 NO2
СН3	СН3
|	|
д) СН3–СН–СН2–SO3Н	е) СН3–С— СН–СН3
	|	|

СН3 SO3H

8.Напишите структурные формулы следующих соединений: а) 3-бром-2-хлорпентан; б) 3-метил-2,4-дихлоргептан; в) 2,2-диметил-4-нитропентан; г) 2,4-диметил-5-нитрогексан;

д) 2,3-диметилпентан-3-сульфокислота; е) 2,3,3-триметилгексан-2-сульфокислота.

9.Какие монохлорпроизводные могут образовываться при хлорировании 2,2,3-триметилпентана? Напишите уравнения реакций и назовите продукты.

10.Напишите уравнения реакций сульфирования и нитрования (по Коновалову) 2-метилпропана. Назовите продукты.

11.Напишите уравнения реакций термических превращений гексана, которые происходят: а) при крекинге; б) при дегидрировании; в) при дегидроциклизации; г) при изомеризации.

12.Напишите уравнения реакций следующих превращений: а)

б)

Назовите продукты реакций.

13.Какой объем (н. у.) займет газ, образовавшийся при пропускании 112 л водорода над углеродом при 500 °С в присутствии никелевого катали-

затора? Полученный газ полностью сжигают, а продукты горения пропускают через 2 л 10 %-го раствора гидроксида натрия (ρ = 1,1 г/мл).

Какая соль и в каком количестве образуется в растворе?

14.Продукты полного сгорания 6,72 л (н. у.) смеси этана и пропана обработали избытком известковой воды, при этом образовалось 80 г осадка. Каков количественный состав исходной смеси?

506

§9.4. Понятие о циклоалканах

•Циклоалканы (циклопарафины) — это насыщенные углеводороды, содержащие цикл из 3, 4, 5, 6 и более атомов углерода.

СпН2п, п 3

Простейшие циклоалканы (без боковых цепей):

Изомерия и номенклатура

Циклоалканы изомерны соответствующим алкенам. Например:

507

Физические свойства

Циклопропан, циклобутан — газообразные вещества. Циклопентан, циклогексан — жидкие вещества, высшие циклоалканы — твердые вещества. Все циклоалканы плохо растворимы в воде.

Химические свойства

Для циклоалканов характерны все химические свойства насыщенных углеводородов: реакции замещения, отщепления (дегидрирование), разложения и окисления. В отличие от алканов для циклоалканов возможны реакции присоединения. Например:

Получение

1.Из нефти (входят в состав нафтеновых нефтей).

2.Из ароматических УВ:

3. Из дигалогенпроизводных УВ:

Вопросы для контроля

1.Что такое циклоалканы и какова их общая формула?

2.Назовите простейшие циклоалканы.

3.Какие реакции возможны для циклоалканов в отличие от алканов?

4.Назовите способы получения циклоалканов.

508

§ 9.5. Непредельные углеводороды. Алкены (этиленовые УВ)

Непредельные, или ненасыщенные, У В содержат кратные углерод-углеродные связи (>С=С<, —С С—).

АЛКЕНЫ (олефины, этиленовые УВ)

СпН2п, п 2

• Алкены — это нециклические УВ, в молекулах которых два атома углерода находятся в состоянии sр2-гибридизации и связаны друг с другом двойной связью.

Длина связи С=С в алкеках равна 0,134 нм. Каждый атом углерода у двойной углерод-углеродной связи соединен с тремя другими атомами и может присоединять еще один атом.

Гомологический ряд

Молекулярная	Название алкена
формула алкена	международная	тривиальное
CnH2n	номенклатура	(традиционное)
С2Н4	Этен	Этилен
С3Н6	Пропен	Пропилен
С4Н8	Бутен	Бутилен
С5Н10	Пентен	Амилен

Одновалентный радикал этилена СН2=СН— называется

винилом.

Изомерия и номенклатура

Для алкенов возможны 3 типа изомерии: изомерия углеродной цепи, изомерия положения двойной связи, цис- транс-изомерия.

Первые 2 члена гомологического ряда — этен и пропен — изомеров, относящихся к классу алкенов, не имеют.

509