Что значит наименее гидрированный атом углерода

Правило Зайцева: атом водорода отщепляется от наименее гидрогенизированного атома углерода, т.е. имеющего меньшее число атомов водорода

Понятие о полимерах.

Молекулы алкенов могут вступать во взаимодействие друг с другом. За счёт разрыва -связи идёт реакция полимеризации с образованием молекул с большой молекулярной массой – макромолекул (от греч. macros – большой).

Реакция полимеризации – это последовательное присоединение молекул ненасыщенных соединений друг к другу с образованием высокомолекулярного продукта – полимера.

Молекулы алкена, вступающие в реакцию полимеризации, называются мономерами.

Полиэтилен получают полимеризацией этилена. Молекулярная масса макромолекулы полимера достигает 1 млн. Полиэтилен представляет собой бесцветный материал, имеющий низкую тепло- и электропроводность. Он широко применяется в быту и технике в виде посуды, плёнок, изоляции электропроводов и т. д.

Полипропилен получается стереоспецифической полимеризацией пропилена (пропена). Стереоспецифическая полимеризация – это процесс получения полимера со строго упорядоченным пространственным строением.

Полипропилен – твёрдый, прозрачный материал, используется при изготовлении различных изделий для химических производств – труб, деталей аппаратуры, особо прочной электроизоляции, волокон для технических целей. Химическая устойчивость полиэтилена и полипропилена объясняется прежде всего тем, что оба они являются алканами.

Большое значение, благодаря исключительной термостойкости и химической устойчивости, имеют полимеры из фторированного этилена:

Фторопласты чрезвычайно химически инертны. Фторопласты используются для изготовления коррозионностойкой химической аппаратуры.

Применение алкенов.

1. Этилен (этен) широко используется в промышленном органическом синтезе для получения разнообразных органических соединений, таких, как галогенопроизводные, спирты (этанол, этиленгликоль), уксусный альдегид, уксусная кислота и др. Многие вещества, получаемые на базе этилена, сами затем служат сырьём для дальнейших синтезов. В большом количестве этилен расходуется для производства полимеров. Обладает слабым наркотическим действием. В обогащенной этиленом атмосфере происходит ускоренное созревание плодов и овощей.

2. Пропилен (пропен) используют для получения спиртов, ацетона, полипропилена.

3. Озониды используют для получения альдегидов и карбоновых кислот, взрывчатых веществ.

4. В медицине используют смесь этилена и ацетилена – «нарцилен» для ингаляционного наркоза.

10.Строение на примере этилен. Образование П-связи. Химические свойства (реакции присоединения, реакции окисления). Правила В.В.Морковникова.

Строение. Образование П-связи.

Атомы углерода, связанные двойной связью, находятся в состоянии sp 2 -гибридизации. Двойная связь между ними образована их двух пар обобществленных электронов, т.е. это четырехэлектронная связь. Она является сочетанием ковалентных δ-связи и π – связи.

δ-связь образована за счет осевого перекрывания sp 2 -гибридных орбиталей, а π – связь – за счет бокового перекрывания негибридизованных р-орбиталей двух атомов углерода.

Энергия = 606 кДж/моль (энергия π-связи 259 кДж/моль, δ-связи 347 кДж/ моль).

При образовании π – связи происходит сближение атомов углерода, потому что межъядерное пространство в двойной связи более насыщено электронами, чем в δ-связи. Это стягивает атомные ядра и поэтому длина двойной связи (0,133 нм) меньше одинарной (0,154 нм).

Химические свойства.

Химические свойства алкенов определяются наличием в их молекулах двойной связи.

Способность к реакциям присоединения характерна для всех алкенов, которые идут по механизму электрофильного присоединения, т.е. присоединения положительно-—заряженной частицы к электронному облаку π – связи.

I.Реакции электрофильного присоединения (А_Е).

Механизм реакции электрофильного присоединения.

Источник

Правило Зайцева: атом водорода отщепляется от наименее гидрогенизированного атома углерода, т.е. имеющего меньшее число атомов водорода

Понятие о полимерах.

Молекулы алкенов могут вступать во взаимодействие друг с другом. За счёт разрыва -связи идёт реакция полимеризации с образованием молекул с большой молекулярной массой – макромолекул (от греч. macros – большой).

Реакция полимеризации – это последовательное присоединение молекул ненасыщенных соединений друг к другу с образованием высокомолекулярного продукта – полимера.

Молекулы алкена, вступающие в реакцию полимеризации, называются мономерами.

Полиэтилен получают полимеризацией этилена. Молекулярная масса макромолекулы полимера достигает 1 млн. Полиэтилен представляет собой бесцветный материал, имеющий низкую тепло- и электропроводность. Он широко применяется в быту и технике в виде посуды, плёнок, изоляции электропроводов и т. д.

Полипропилен получается стереоспецифической полимеризацией пропилена (пропена). Стереоспецифическая полимеризация – это процесс получения полимера со строго упорядоченным пространственным строением.

Полипропилен – твёрдый, прозрачный материал, используется при изготовлении различных изделий для химических производств – труб, деталей аппаратуры, особо прочной электроизоляции, волокон для технических целей. Химическая устойчивость полиэтилена и полипропилена объясняется прежде всего тем, что оба они являются алканами.

Большое значение, благодаря исключительной термостойкости и химической устойчивости, имеют полимеры из фторированного этилена:

Фторопласты чрезвычайно химически инертны. Фторопласты используются для изготовления коррозионностойкой химической аппаратуры.

Применение алкенов.

1. Этилен (этен) широко используется в промышленном органическом синтезе для получения разнообразных органических соединений, таких, как галогенопроизводные, спирты (этанол, этиленгликоль), уксусный альдегид, уксусная кислота и др. Многие вещества, получаемые на базе этилена, сами затем служат сырьём для дальнейших синтезов. В большом количестве этилен расходуется для производства полимеров. Обладает слабым наркотическим действием. В обогащенной этиленом атмосфере происходит ускоренное созревание плодов и овощей.

2. Пропилен (пропен) используют для получения спиртов, ацетона, полипропилена.

3. Озониды используют для получения альдегидов и карбоновых кислот, взрывчатых веществ.

4. В медицине используют смесь этилена и ацетилена – «нарцилен» для ингаляционного наркоза.

10.Строение на примере этилен. Образование П-связи. Химические свойства (реакции присоединения, реакции окисления). Правила В.В.Морковникова.

Строение. Образование П-связи.

Атомы углерода, связанные двойной связью, находятся в состоянии sp 2 -гибридизации. Двойная связь между ними образована их двух пар обобществленных электронов, т.е. это четырехэлектронная связь. Она является сочетанием ковалентных δ-связи и π – связи.

δ-связь образована за счет осевого перекрывания sp 2 -гибридных орбиталей, а π – связь – за счет бокового перекрывания негибридизованных р-орбиталей двух атомов углерода.

Энергия = 606 кДж/моль (энергия π-связи 259 кДж/моль, δ-связи 347 кДж/ моль).

При образовании π – связи происходит сближение атомов углерода, потому что межъядерное пространство в двойной связи более насыщено электронами, чем в δ-связи. Это стягивает атомные ядра и поэтому длина двойной связи (0,133 нм) меньше одинарной (0,154 нм).

Химические свойства.

Химические свойства алкенов определяются наличием в их молекулах двойной связи.

Способность к реакциям присоединения характерна для всех алкенов, которые идут по механизму электрофильного присоединения, т.е. присоединения положительно-—заряженной частицы к электронному облаку π – связи.

I.Реакции электрофильного присоединения (А_Е).

Механизм реакции электрофильного присоединения.

Источник

Характерные химические свойства углеводородов: алканов, циклоалканов, алкенов, диенов, алкинов, ароматических углеводородов (бензола и гомологов бензола, стирола)

Содержание:

Углеводороды – это органические соединения, которые состоят из углерода и водорода (иногда замещается на группы). Существует огромное количество углеводородов и для них существует множество классификаций.

По составу углеродного скелета делятся на:

1. ациклические (алифатические) – определяются по числу атомов, с которыми связан углерод;
2. циклические – имеют замкнутую цепь:
   • карбоциклические – в цикле присутствуют только атомы углерода,
   • гетероциклические – присутствуют не только атому углерода.

По наличию кратных связей и открытости цепи:

1. предельные – не имеют кратных связей:
   • алканы,
   • циклоалканы.

2. непредельные – имеют кратные связи:
   • алкены,
   • диены,
   • алкины.

3. ароматические – имеют бензольное кольцо:
   • бензол,
   • гомологи бензола,
   • арены.

Предельные углеводороды

Химические свойства алканов

Алканы (парафины) – это соединения, для которых характерна sp 3 -гибридизация и наличие только σ-связи. Используются как источник энергии в промышленности и помощник в получении белка в микробиологии.

I. Реакции замещения

Эти реакции сопровождаются гомолитическим разрывом, который начинается в неорганических молекулах.

Реакции замещения являются основным типом реакций, которые характерны для молекул алканов. В связи с высокой энергией ионизации в молекуле алканов очень насыщенные связи, из –за чего химическое взаимодействие затруднено. Общим для реакций замещения являются жесткость условий и наличие сильных окислителей.

В ходе взаимодействия с хлором или бромом получается взрывчатое вещество, имеющее практическое значение. Взаимодействие с фтором провоцирует взрыв, не имеющее промышленного отклика. А реакция с йодом протекает очень медленно, поэтому редко проводится.

Идет под воздействием света.

Замещение водорода проходит у наименее гидрированного атома углерода.

1888 год – Коновалов открыл реакцию взаимодействия алканов с азотной кислотой (13-14 %) под воздействием температуры в 140°С. Она используется для производства ракетного топлива и взрывчатых веществ.

Эту реакцию используют при мыловарении и в производстве синтетических моющих средств.

II. Реакции с разрывом углерод-углеродной связи

Энергия связи «углерод-углерод» высокая, поэтому она достаточно прочная. Реакций, сопровождающихся разрывом этой связи, немного и все они проходят в жестких условиях.

При нормальных условиях алканы не реагируют с сильными окислителями, такими как серная кислота, перманганат или дихромат калия.

Алканы горят бесцветным или голубоватым пламенем. У метана, этана, пропана, бутана и пентана копоть не наблюдается, а у соединений с длинными углеродными цепями она есть.

Идет в присутствии катализатора.

Это химический процесс, протекающий при действии высоких температур. В результате углеродная цепь рвется, и образуются молекулы алкана и алкена.

Крекинг бывает: термическим; каталитическим.

Для каталитической реакции используются катализаторы и меньшие температуры.

III. Реакции с разрывом углерод-водородной связи

Алканы – это вещества, с помощью которых можно получить соединения с кратными связями.

Отщепление водорода осуществляется в присутствии катализаторов и при высоких температурах.

При дегидрировании алканов с длинными углеродными цепями образуются алкены.

Нагревание линейных алканов с катализатором провоцирует образование веществ с разветвленным углеродным скелетом.

Из алканов получают топливо, которое широко используют в микробиологии, биотехнологиях, органическом синтезе.

Химические и физические свойства циклоалканов

Циклоалканы (нафтены) – это насыщенные циклические углеводороды. Циклоалканы по физическим свойствам схожи с линейными алканами. Циклопропан и циклобутан – это газы, а начиная с циклопентана – жидкости с температурой кипения и плотностью выше, чем у соответствующих парафинов. Не растворяются в воде, но растворимы в эфирах.

I. Реакции присоединения

Реакционная способность зависит от размера цикла. Низшие циклоалканы напоминают алкены, а высшие – алканы.

Действие галогена различно в зависимости от условий.

Малые циклы под действием света

Малые циклы в нормальных условиях

Средние циклы под воздействием света (реакция замещения)

Взаимодействие с галогеноводородами

Реакция протекает в водном растворе.

В случае несимметричных молекулах соблюдается правило Марковникова.

Реакция проходит при высоких температурах и под действием таких катализаторов как никель, платина.

II. Дегидрирование

Высокие температуры (500°С) по-разному действуют на малые и большие циклы.

III. Горение

Устойчивость к окислителям повышается по гомологическому ряду.

Циклоалканы содержатся в нефтяных продуктах, и вырабатывается некоторыми видами растений. В природе они способны подвергаться микробиологическому окислению.

Непредельные углеводороды

Химические и физические свойства алкенов

Алкены (этиленовые углеводороды) – органические соединения, содержащие одну двойную связь. Температура плавления и кипения увеличивается по гомологическому ряду. При нормальных условиях с этена по бутен – газы, с пентена по гептадецен – жидкости, а далее твердые вещества. Они не растворяются в воде, но растворимы в эфирах.

π- связь менее прочная, чем σ-связь. Это связано с тем, что у негибридных облаков глубина перекрывания меньше. Для алкенов наиболее характерны реакции присоединения. Кроме того, алкены – это доноры электронов и их рассматривают как основания Льюиса.

I. Реакции присоединения

Электроны π-связи находятся вне плоскости, поэтому они более доступны для атакующей электрофильной частицы.

Реакция протекает под воздействием температуры и катализатора никеля.

Реакционная способность уменьшается в ряду HJ-HBr-HCl-HF. В этих реакциях действует правило Марковникова. Он утверждал, что при взаимодействии галогеноводородов или воды с несимметричными алкенами, водород присоединяется к более гидрированному атому углерода, а галоген – к менее.

Правило имеет несколько исключений.

Перекисный эффект Карыша.

Реакция подразумевает присоединение бромоводорода в присутствии перекиси водорода.

Присутствие в молекуле алкена электроно-акцепторных функциональных групп в sp 3 -части.

Спирты образуются при присоединении алкенов с водой в присутствии серной кислоты, высоких температурах и при оксиде алюминия.

II. Реакции полимеризации

Полимер – это соединение, состоящее из множества мономеров. Полимеризация не приводит к изменению качественного и количественного состава мономеров. Получение полиэтилена из этена имеет цепной или ступенчатый характер.

III. Реакции замещения (галогенирование)

Реакции замещения водорода могут проходить и у непредельных алкенов, но в их sp 3 -части. Проходят при жестких условиях – температура свыше 500°С.

IV. Окисление

Идет легко и образует разные продукты в зависимости от условий.

Алкены горят желтым светящимся пламенем.

Осуществляется в нейтральной среде при окислении с помощью перманганата калия. В результате образуются диолы, причем гидроксильные группы присоединяются к атомам углерода кратной связи.

Проходит в кислой среде. При окислении с помощью кипящего раствора перманганата калия происходит полное разрушение кратной связи, и атомы углероды способны создать карбоновую кислоту или углекислый газ.

В симметричной молекуле алкена образуется две молекулы одной и той же кислоты.

Если в соединении при кратной связи содержится два углеродных заместителя, то при окислении происходит образование кетона.

Жесткое окисление проходит и в щелочной среде.

Те же реакции проходят в присутствии дихромата калия.

Алкены – это исходный продукт в производстве полимеров и других органических веществ.

Химические и физические свойства диенов

Алкадиены – это органические соединения, имеющие две двойные связи. Существует несколько видов диенов:

1. с кумулированными связями – примыкают к одному углеродному атому — СН₂=С=СН_2;
2. с изолированными связями – разделены одном атомом углерода – СН₂=СН-СН₂-СН-СН₂;
3. с конъюгированными связями – разделены одной одинарной связью – СН₂=СН-СН-СН₂.

В нормальных условиях пропадиен и бутадиен-1,3 являются газами, а изопрен – летучей жидкостью. Алкадиены с изолированными связями – жидкости. Высшие диены находятся в твердом состоянии.

I. Реакции присоединения

У кумулированых и изолированных сначала взаимодействует с реагентом одна связь, а затем другая. А у сопряженных кратные связи образуют единую систему в центре молекулы, при этом параллельно идет процесс присоединения.

CH₂=CH-CH=CH₂ + Br₂ → Br-CH₂-CH=CH-CH₂-Br С помощью этой реакции обесцвечивание бромная вода.

Реакция идет при нагревании в 60°С.

II. Полимеризация

В процессе этих реакций образуются эластомеры (синтетические каучуки). Проводится в присутствии натрия.

Алкадиены могут обесцвечивать раствор перманганата калия.

Из диенов получают каучуки, из которых производят резину различных марок.

Химические и физические свойства алкинов

Алкины – это органические соединения, имеющие одну тройную связь. По гомологическому ряду температура плавления и кипения увеличивается. В нормальных условиях этин, пропин, бутин – газы, с пентина по гексадецентин – это жидкости, а далее, по увеличению молекулярной массы, — твердые вещества. Температуры кипения у алкинов выше, чем у соответствующих алкенов. Плохо растворяются в воде, хорошо – в органических растворителях.

I. Реакции присоединения

В процессе реакции присоединение происходит сначала по одной π-связи, а затем по другой. Идут по механизмам электрофильного и нуклеофильного присоединения.

Электрофильное присоединение

Идет под действием катализатора никеля.

CH≡CH + Cl₂ → Cl-CH=CH-Cl
Cl-CH=CH-Cl + Cl₂ → Cl-CH(Cl)-CH(Cl)-Cl

Гидратация (реакция Кучерова)

Вышеперечисленные реакции могут подразумевать как присоединение одной молекулы, так и нескольких. В гидратации возможно присоединение только одной молекулы воды. Реакция Кучерова проходит при температуре в 70°С и катализатора в виде сульфата ртути.

Нуклеофильное присоединение

Присоединение синильной кислоты

Проходит в присутствии меди в аммиачном растворе.

Присоединение уксусной кислоты

II. Полимеризация

Протекает в присутствии солей меди и повышенных температурах.

Тримеризация (реакция Зелинского)

Протекает в присутствии активированного углерода и температурах свыше 500°С. 3

III. Реакции замещения

Замещение происходи у водорода, стоящего при углероде с кратной связью.

Взаимодействие с амидом натрия

Взаимодействие с аммикатами серебра или одновалентной медью

Получающиеся соединения взрывоопасны. Чтобы их нейтрализовать, необходимо залить их соляной кислотой.

IV. Окисление

Этин горит с большим выделением тепла.

В нейтральной и слабощелочной средах образуются соли щавелевой кислоты , а окисление гомологов провоцирует разрыв тройной связи с образование солей карбоновых кислот.

3 CH≡CH + 8 KMnO₄ → 3 KOOC-COOK + 8MnO₂ + 2 KOH + 2 H₂O

В кислой среде окислитель расщепляет кратную связь с образованием карбоновых кислот.

Только ацетилен используется в промышленности, и именно он является важным химическим сырьем.

Ароматические углеводороды

Химические и физические свойства бензола

Наличие ароматического кольца влияет на характер химических реакций. Единая 6π-система электронов устойчива, поэтому ароматическим углеводородам характерны реакции электрофильного замещения.

Бензол – это бесцветная жидкость, имеющая резкий запах. Горит сильно коптящим пламенем. Образует с воздухом взрывчатые смеси.

I. Реакции замещения

Все эти реакции протекают по механизму бимолекулярного нуклеофильного замещения.

II. Реакции присоединения

Протекают только в жестких условиях. Присоединяться способны только богатые энергией реагенты.

Идет под воздействием температуры и катализаторов в виде платины.

Галогенирование под воздействием света

При нормальных условиях азотная кислота, хромовая кислота и др. не могут окислить бензол. Он окисляется только в жестких условиях под действием кислорода, катализатора оксида ванадия и при температуре в 450°С.

Химические и физические свойства гомологов бензола

У гомологов бензола такие же физические свойства, что и у самого бензола. Во многом и химические свойства схожи.

I. Электрофильное замещение Радикалы гомологов бензола повышают электронную плотность на кольце в орто- и параположениях.

Катализатор – хлорид алюминия.

Нитрование в ядро

Сульфирование в ядро

Алкилирование в ядро

II. Реакции по боковой цепи

Осуществляется в присутствии света. Принцип замещения схож с реакцией алканов.

В отличие от бензола его гомологи способны вступать в реакции окисления.

Окисление дизамещенных гомологов происходит по такому же принципу.

Получение непредельных соединений

Реакция проходит под действием оксида цинка.

Химические и физические свойства стирола

Стирол – это бесцветная жидкость, имеющая резкий запах. Плохо растворяется в воде, но хорошо в органических растворителях.

I. Реакции присоединения

Стирол обесцвечивает бромную воду. Реакция идет не по бензольному кольцу, а по виниловой группе.

II. Полимеризация

В ходе реакции образуется полистирол – твердая стекловидная масса.

При производстве полимеров активно используется стирол. На его основе создаются полистирол, пенопласт, пластики.

Источник