Химия Нефти и Газа. Методичка по органической химии

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Наряду с 2-метилбутаном в этой реакции образуется еще два продукта:

СH3–CH2-Cl + 2Na + Cl–CH2–CH3→ CH3–CH2–CH2–CH3 + 2NaCl

бутан

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

1. Назовите следующие соединения по рациональной и систематической номенклатуре:

a)

б)

в)

г)

2. Получите указанные ниже соединения тремя разными способами:

83

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

а)

б)

в)

г)

3.Напишите эмпирическую формулу гептана. Выведите все (девять) изомерные углеводороды этого состава. Назовите каждый изомер по международной систематической номенклатуре.

4.Напишите схему реакций последовательного бромирования метана. Укажите условия, при которых возможны такие реакции. Назовите все бромпроизводные, которые могут при этом образовываться. Напишите аналогичные реакции последовательного хлорирования метана, показав цепной свободнорадикальный механизм этой реакции.

5.Какие хлорпроизводные могут быть получены замещением одного атома водорода на хлор: а) в пропане; б) в бутане; в) в изобутане; г) в 2-метилбутане? Напишите схемы реакций хлорирования. Укажите условия проведения реакций. Назовите образующиеся монохлорпроизводные.

6.Напишите схемы реакций, протекающих при действии азотной кислоты (реакция нитрования, или реакция

М.И.Коновалова) на предельные углеводороды: а) бутан; б) изобутан; в) пентан; г) 2-метилбутан. Укажите условия и преимущественное течение реакций. Назовите образующиеся нитросоединения.

84

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

7.Напишите схемы реакций окисления углеводорода С21Н44 нормального строения: а) избытком кислорода (реакция горения); б) действие ограниченного количества окислителя – для получения карбоновых кислот (одну из возможных реакций). Напишите аналогичные реакции для нормального углеводорода С25Н52.

8.Напишите реакции дегидрирования (с отнятием одной

молекулы водорода): а) этана; б) изобутана; в) бутана; г) 2- метилбутана.

9.В чем сущность крекинга углеводородов? Напишите схемы реакций с образованием возможных продуктов при крекинге: а) бутана; б) гексана.

10.Какие углеводороды получаются при действии металлического натрия на галогенпроизводные (синтез Вюрца): а) 2-метил-2-иодпропан; б) 2-бромбутан? Напишите схему реакций и назовите образующиеся углеводороды.

11.Какие углеводороды образуются при синтезе Вюрца, если металлическим натрием действовать на смесь галогеналкилов 2-иодпропан и 2-метил-2-иодбутан? Напишите схему реакций и назовите образующиеся углеводороды.

12.Из каких бромили иодпроизводных могут быть получены по реакции Вюрца углеводороды: а) 4,5- диметилоктан; б) 2,3,4,5-тетраметилгексан; в) 3,3,4,4- тетраметилгексан; г) октан? Напишите схему реакций. Назовите исходные галогеналкилы.

13.Какие наиболее простые галогеналкилы могут быть взяты для получения по реакции Вюрца следующих

углеводородов: а) 2,2,3-триметилпентан; б) 2-метилбутан; в) 2,2,4-триметилпентан; г) 2,4-диметилгексан? Напишите в каждом случае основную (целевую) и побочные реакции.

85

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Назовите исходные галогеналкилы и углеводороды, образующиеся в результате побочных реакций.

14. Напишите структурные формулы изомерных углеводородов состава C7H16; укажите изомеры, содержащие третичные атомы углерода. Назовите углеводороды.

15. Какие углеводороды получатся при действии металлического натрия на смесь:

а) йодистого метила и йодистого изобутила; б) бромистого пропила и бромистого втор-бутила;

в) бромистого бутила и бромистого изо-гексила; г) бромистого трет-бутила и йодистого изо-пропила.

5. Какие из следующих углеводородов: С5Н12, С7Н14, С8Н18, C10Н22, C11Н20, С2Н2, С6Н6, C8H6 являются предельными?

16. Образование каких монохлорпроизводных возможно при хлорировании 2,2,3-триметилпентана? Рассмотрите механизм реакции. Какие факторы необходимо учитывать при определении главного направления реакции?

17. Напишите реакции сульфохлорирования, сульфоокисления и нитрования (по Коновалову) 2- метилпентана. Рассмотрите механизм фотохимического сульфохлорирования углеводорода.

18. Напишите структурную формулу органического вещества состава С5Н12, если известно, что оно содержит в своем составе одну метиленовую группу, а при его бромировании получается преимущественно третичное бромпроизводное.

19. Дайте определения понятиям: крекинг, риформинг, октановое число.

86

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

АЛКЕНЫ

Алкены - ненасыщенные соединения, содержащие двойную связь С=С. Раньше эти соединения называли олефинами. Общая формула алкенов CnH2n.

Ненасыщенные циклические углеводороды с одной двойной связью называются циклоалкенами или циклоолефинами (общая формула CnH2n-2).

Атомы углерода при двойной связи находятся в состоянии sp2-гибридизации.

ИЗОМЕРИЯ АЛКЕНОВ Структурная изомерия углеродного скелета

CH

CH2

CH

CH2

CH

C

CH2

3

3

бутен-1

CH3

метилпропен

Изомерия положения кратной связи

CH

CH

CH

CH

CH

CH

CH CH

3

2

2

3

3

Межклассовая изомерия с циклоалканами, начиная с

С3Н6:

CH

CH

CH

CH

3

3

87

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Пространственная изомерия, связанная с различным положением заместителей относительно двойной связи, вокруг которой невозможно внутримолекулярное вращение.

НОМЕНКЛАТУРА АЛКЕНОВ

Наименование всех алкенов образуется из названий соответствующего алкана с заменой окончания -ан на -ен. Главной считается цепь, содержащая двойную связь. Положение двойной связи обозначается цифрой, соответствующей углеводородному атому, от которого начинается двойная связь. Нумерацию проводят так, чтобы атом углерода, от которого начинается двойная связь, получил наименьший номер:

CH	C	CH CH	CH3	CH	CH CH CH	CH
2		2		3
					2	3

CH3

2-метилпентен-1

пентен-2

Для первых членов гомологического ряда алкенов часто употребляют тривиальные названия:

H C	CH	H C	CH CH
2	2	2	3
этилен			пропилен
	(этен)		(пропен)

Одновалентные остатки алкенов называют добавляя к концу окончание -енил. Для некоторых из них более употребительны тривиальные названия:

88

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

CH	CH	CH	CH	CH
		2		2
2

	этенил	пропенил
		(аллил)
	(винил

В промышленных процессах нефтепереработки алкены получаются в смеси с алканами. Свойства их заметно различаются, что используется при разделении и выделении индивидуальных соединений.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛКЕНОВ

Алкены с 2-, 3- и 4-атомами углерода при нормальных условиях - газы, алкены С5-С17 - жидкости, а следующие - твёрдые вещества.

Цис-изомеры имеют более низкие температуры плавления, более высокие температуры кипения, большую плотность и более высокие показатели преломления по сравнению с транс-изомерами.

Плотность алкенов несколько выше, чем соответствующих алканов.

Алкены в воде растворяются мало, но лучше, чем алканы. Они хорошо растворяются в органических растворителях.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АЛКЕНОВ

Химические свойства алкенов определяются наличием двойной связи. При действии на двойную связь различных реагентов разрывается менее прочная -связь и образуются две прочные -связи. по механизму электрофильного присоединения, обозначаемому символом AE (от англ. addition electrophilic). Реакции электрофильного присоединения — это ионные процессы, протекающие в несколько стадий.

89

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

C	C	A	B	C	C
				A	B

Присоединение водорода (каталитическое гидрирование). Присоединение водорода к алкенам или циклоалкенам приводит к алканам или соответственно циклоалканам:

кат-р

RCH CH	H	R	CH	CH
2	2		2	3

Галогенирование. Алкены при обычных условиях присоединяют галоген, особенно легко хлор и бром. В результате образуются дигалогенпроизводные алканов, содержащие галогены у соседних атомов углерода. Реакция алкенов с бромом используется для качественного обнаружения непредельных соединений, так как при этом взаимодействии происходит обесцвечивание бурого раствора брома. Она проводится в среде неполярных инертных растворителей (например: CCl4):

CH	CH CH	CH	Br	CH		CH	CH	CH	CH
3		3	2		3
								2	3
						Br	Br

Реакция галогенирования стереоспецифична —- присоединение происходит с противоположных сторон относительно плоскости молекулы алкена.

Механизм реакций подобного типа в общем виде:

90

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Хлорирование алкенов имеет большое значение в производстве пластмасс, каучуков, растворителей. Хлорированием этилена получают растворитель - дихлорэтан:

CH	CH	Cl	CH Cl	CH Cl
2
	2	2	2	2

Из дихлорэтана получают хлористый винил - важный продукт для производства полихлорвиниловых пластмасс:

				480-520	0
	CH	Cl	CH Cl		CH	CHCl HCl
	2		2
					2

Гидрогалогенирование. При взаимодействии алкенов с галогеноводородами (НСl, НВr) образуются галогеналканы, причем если исходный алкен несимметричен, то реакция протекает по правилу Марковникова. Правило Марковникова: при присоединении полярных молекул типа НХ к несимметричным алкенам водород присоединяется к более гидрогенизированному атому углерода при двойной связи:

Сульфирование. Присоединение серной кислоты к алкенам и циклоалкенам следует правилу Марковникова: атом отрицательной части реагента присоединяется к атому углерода, связанному с наименьшим числом атомов водорода. В результате реакции образуются кислые эфиры серной кислоты (алкилсульфаты), применяемые для получения поверхностноактивных веществ:

91

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

CH	(CH )	CH	CH	H SO	4	CH (CH )	CH	CH3
3	2 4
							OSO OH
								2

Реакция используется также для очистки и для определения алкенов в нефтепродуктах. Для этой цели применяется серная кислота с концентрацией 80-90%, так как более концентрированная кислота взаимодействует также и с аренами.

Гидратация алкенов. Присоединением воды – получают в промышленности одноатомные спирты: этиловый, изопропиловый и другие:

								0
C H				280-290
	4	H O						C H OH
2
			2	H PO				2	5
							4
					3
CH CH				CH	2	H		O	CH3	CH	CH	3
3							2
										OH

Важнейшим из них является этиловый спирт, который используется в качестве растворителя, в производстве синтетического каучука, полимеров, эфиров, как горючее, антифриз и т.д. Этиловый, изопропиловый и другие спирты используют для вытеснения остаточной нефти. Их добавляют к кислотам при кислотной обработке скважин, что приводит к снижению набухаемости глинистых пород. Это способствует увеличению радиуса воздействия кислотой на пласт, облегчению выноса продуктов реакции из призабойной зоны и увеличению эффективности кислотных обработок.

Окисление. Окислением этилена производят окись этилена:

92