Гомологический ряд. Строение, структурная изомерия. — КиберПедия 

Индивидуальные очистные сооружения: К классу индивидуальных очистных сооружений относят сооружения, пропускная способность которых...

Историки об Елизавете Петровне: Елизавета попала между двумя встречными культурными течениями, воспитывалась среди новых европейских веяний и преданий...

Гомологический ряд. Строение, структурная изомерия.

2018-01-03 353
Гомологический ряд. Строение, структурная изомерия. 0.00 из 5.00 0 оценок
Заказать работу

СН2 = СН2 этилен

СН3 – СН = СН2 пропилен

СН3 – СН2 – СН = СН2 бутилен и т.д.

Строение. Атомы углерода в алкенах, связанных (=) связью, находятся в состоянии sp2-гибридизации. Валентный угол 1200, длина связи – 0,133 нм.

Структурная изомерия. возможна для алкенов, начиная с бутилена. Напишем все возможные изомеры состава С4Н8. В начале пишем углеродный скелет нормального строения:

С – С – С – С

Затем от первого С атома пишем (=) связь, С = С – С – С и продолжаем ее передвигать по цепочке пишем от второго С атома

С – С = С – С

Так как счет С атомов ведется с любого конца, то располагая (=) связь от 3 го С атома, это будет то же, что и от 1 го углеродного атома, только справа. Значит начинаем разветвлять углеродную цепь, переставляя (=) связь.

С = С – С; С – С = С

       
   


С С

Это один и тот же изомер. Поэтому для С4Н8 возможны три изомера:

1) СН2 = СН – СН2 – СН3

2) СН3 – СН = СН – СН3

3) СН2 = С – СН3


СН3

Итак: структурная изомерия алкенов обусловлена расположением (=) связи и строением углеродного скелета.

4.2 Пространственная изомерия. (Цис–транс–изомерия. Геометрическая изомерия) обусловлена расположением заместителей по отношению к плоскости (=) связи. Рассмотрим на примере бутена–2 СН3 – СН = СН – СН3.

 


Н Н Н СН3

               
     
 
   
 
 


С = С С = С

       
   


СН3 СН3 СН3 Н

цис-бутен-2 транс-бутен-2

(т.пл. +139,30С) (т.пл. –105,80С)

 

Если одинаковые заместители расположены по одну сторону плоскости (=) связи, то это будет цис-изомер, если по разные стороны – транс-изомер. Эта изомерия возможна для тех алкенов, у которых при каждом С атоме, связанных (=) связью, находятся разные заместители.

4.3 Способы получения алкенов. Промышленные способы.

а) крекинг алканов:

 
 
400 – 6000С


С8Н18 ¾®¾ С4Н10 + С4Н8

алкан алкен

б) дегидрирование алканов:

 
 
Cr2O3·t0


СН3 – СН3 ¾®¾ СН2 = СН2 + Н2

Лабораторные способы.

а) дегидратация спиртов (отщепление Н2О):

       
   
Н2SO4
 
 


С Н 3 – СН2 ОН ¾® СН2 = СН2 + Н2О

       
   
Н2SO4
 


СН3 – СОН – СН2 – СН3 ¾® СН3 – С = СН – СН3 + Н2О

 

СН3 СН3

Отщепление Н2О осуществляется по правилу А.М. Зайцева: легче отщепляется водородный атом от углеродного атома, рядом стоящего с С атомом с группой ОН, у которого меньше атомов Н.

б) Действие спиртового раствора щелочи на моногалогенопроизводные:

           
   
сп. р-р
 
   
 
 


СН3 – СН2Cl + КОН ¾® СН2 = СН2 + КCl + Н2О

 

Эта реакция также протекает по правилу А.М. Зайцева.

в) Действием цинковой пыли или Mg на дигалогенопроизводные:

СН2Cl – СН2Cl + Zn ¾® СН2 = СН2 + ZnCl2

г) Гидрированием алкинов

 
 


СН СН + Н2 СН2 = СН2

4.4 Физические свойства. Первые три члена гомологического ряда алкенов – газы, от С5 до С17 – жидкости, с С18 – твердые вещества. Алкены с нормальной углеродной цепью строения кипят при более высокой температуре, чем изостроения. Температура кипения цис-изомеров выше, чем транс-изомеров, а температура плавления – наоборот. Алкены имеют плотность меньше единицы, обладают характерным запахом, плохо растворимы в воде, хорошо – в органических растворителях.

Физические свойства некоторых алкенов Таблица №3

Алкен Формула tпл. 0С tкип. 0С d204
Этилен C2H4 -169,1 -103,7 0,5700
Пропилен C3H6 -187,6 -47,7 0,5193*
Бутен-1 CH2 = CH-CH2 –CH3 -185,3 -6,3 0,5951
Цис-бутен-2 Н Н
       
   


С = С

       
 
   
 


СН3 СН3

-138,9 3,7 0,6213
Транс-бутен-2 Н СН3
       
 
   
 


С = С

СН3 Н

-105,5 0,9 0,6042
Изобутилен (2-метилпропен) СН2 = С – CH3   CH3 -140,4 -7 0,6260
Пентен-1 СН2=СН–(CH2)2 –CH3 -165,2 +30,1 0,6400

*жидкий

4.5 Химические свойства алкенов. Для алкенов наиболее характерны реакции электрофильного присоединения. Механизм.

Имеем реагент НХ, который распадается на частицы:

НХ Н+ + Х-

Н+ - электрофильная частица

Х- - нуклеофильная частица

Имеем любой алкен, к р-электронам двойной связи подходит электрофильная частица (Н+).

 

 

Затем эта частица образует с одним из С атомов σ-связь, на образование которой идет два электрона (ē). Один ē отдает соседний С атом и частица заряжается положительно, получается карбкатион, который взаимодействует с Х- образует конечный продукт реакции.

На основе данного механизма пишутся уравнения реакций.

1) Гидрирование (+Н2)

 
 
Рt


R – СН СН2 + Н+ - Н- ¾® R – СН2 – СН3

2) Галогенирование

 

СН2 СН2 + Br+ - Br- ® СН2Br – СН2Br

желтый бесцветный

Данная реакция является качественной на (=) связь.

 

3) Гидрогалогенирование (присоединение галогеноводородов HCl; HBr; HJ)

 
 

 


СН2 СН2 + Н+ - J- ® СН3 – СН2J

 

СН3 – СН СН2 + Н+Br- ® СН3 – СНBr – СН3

 

Присоединение галогеноводородов происходит по правилу В.В. Марковникова: присоединение Н+ к несимметричному алкену происходит к атому углерода, у которого находится больше атомов Н по месту разрыва (=) связи.

В присутствии перекиси водорода (Н2О2) реакция протекает против правила В.В. Марковникова.

 

4) Гидратация (+Н2О) осуществляется по правилу В.В. Марковникова.

 

       
 
   
Н2SO4
 


R – СН СН2 + Н+ - ОН- ¾®¾ R – СНОН – СН3

спирт

5) Алкилирование – присоединение алканов, преимущественно содержащих третичный С атом.

СН3

 
 


R – СН СН2 + СН3 – СН – СН3 ® R – СН – С – СН3

       
 
   
 


СН3 СН3 СН3

6) Реакции изомеризации. При нагревании или в присутствии катализаторов (AlCl3) алкены способны изомеризоваться – происходит перемещение двойной связи или установление изостроения.

 

 

СН3 – СН = СН – СН3

СН2 = СН – СН2 – СН3 бутен-2

СН3 – С = СН2


СН3

2-метилпропен-1

Реакции окисления.

а) Горение: С2Н4 + 3О2 ® 2СО2 + 2Н2О

б) Окисление в мягких условиях действием перманганатом калия (KMnO4) в разбавленном р-ре при обычной температуре, при этом образуются двухатомные спирты – гликоли:

 
 
KMnO4


СН2 = СН2 + [О] + Н – ОН ¾® СН2 ОН – СН2ОН

фиолетовый бесцветный р-р

р-р с бурым осадком

3СН2 = СН2 + 2КMnO4+4Н2О®3СН2ОН–СН2ОН +3MnО2¯+2КОН

фиолетовый р-р бесцветный бурый

 

Данная реакция является качественной на (=) связь.

При нагревании: СН2 = СН2 + 4КMnO4 ® 2CO2 + 4MnO2 + 4KOH

в) Окисление в жестких условиях сильными окислителями (КMnО4 + Н2SO4 или К2Cr2О7 + Н2SO4). При этом происходит разрыв (=) связи и образуются 2 молекулы кислоты или кислота и кетон, или СО2 и кислота, или СО2 и кетон.

К2Cr2О7 + Н2SO4
О

R – CН ¹ СН2 + [О] ¾¾®¾¾ R – С + СО2

ОН

кислота

О

СН3 – СН ¹ СН – СН3 + [О] ¾¾® 2СН3 – С

ОН

уксусная кислота

К2Cr2О7
О

H2SO4
СН3 – С ¹ СН2 + [О] ¾¾® СН3 – С + СО2

СН3

СН3 кетон

К2Cr2О7
О

H2SO4
СН3 – С ¹ С – СН3 + [О] 2СН3 – С

СН3

СН3 СН3

По продуктам реакции можно установить строение алкена, т.е. место расположения (=) связи.

г) Окисление кислородом воздуха в присутствии Ag (кат.)

 
 


2СН2 = СН2 + О2 ¾¾® 2СН2 – СН2

окись этилена
О

 
 
Ag, t0


2R – СН = СН2 + О2 ¾¾® 2R – СН2 – СН2

О

t0; PdCl2; CuCl
Окисление кислородом воздуха в присутствии катализаторов PdCl2, CuCl.

 
 
2СН2 = СН2 + О2 ¾¾¾¾® 2СН3 – С – Н

 


Эта реакция является промышленной для получения не только уксусного альдегида, но и других альдегидов.

д ) Окисление озоном (О3)

Эта реакция используется для определения строения алкена. Озон присоединяется по месту (=) связи, образуя озониды, которые при обработке водой образуют перекись водорода Н2О2, альдегиды и кетоны.

О СН3 О

СН3
СН3
СН3 – С = СН – СН3 + ® С СН – СН3 +Н–ОН® ®

О О О О

О О

® СН3 – С + СН3 – С + Н2О2

СН3 Н

Реакция полимеризации – реакция соединения большого количества молекул алкенов (мономеров) с образованием высокомолекулярных соединений (полимеров).

 

t0
n СН2 СН2 ® [– СН2 – СН2 –]n

этилен полиэтилен

 
 
t0


n СН3 – СН СН2 ® [– СН – СН2 –]n

пропилен

СН3

полипропилен

300 - 6000С
Реакции замещения. При термическом хлорировании
(300 - 6000) происходит замещение атома водорода:

 

СН2 = СН2 + Cl2 ¾¾® СН2 = СНCl + HCl

хлористый винил

У гомологов этилена замещение происходит в радикале:

 
 
5000 С


СН2 = СН – СН3 + Cl2 ¾¾®СН2 = СН – СН2Сl + HCl

3-хлорпропен-1

4.6 Обучающее задание №1.

Напишите возможные изомеры алкена С5Н10 и назовите.

Решение: В начале пишем неразветвленную цепь из С атомов, меняя положение (=) связи.

1) С = С – С – С – С; 2) С – С = С – С – С

Затем разветвляем цепь и меняем положение (=) связи.

3) С = С – С – С 4) С – С = С – С

С С

5) С – С – С = С

 

С

В конце подписываем к С атомам атомы водорода, соблюдая валентность углеродных атомов равную 4 и называем по двум номенклатурам.

1) СН2 = СН – СН2 – СН2 – СН3
М.н. пентен-1; Р.н. пропилэтилен

 

β
α
2) СН3 – СН = СН – СН2 – СН3

М.н. пентен-2; Р.н. α-метил- β-этилэтилен

 

 

β
α
3) СН2 = С – СН2 – СН3


СН3

β
α
М.н. 2-метилбутен-1; Р.н. α-метил- α-этилэтилен

 

4) СН3 – С = СН – СН3

 

СН3

М.н. 2-метилбутен-2; Р.н. α,α,β-триметилэтилен

 

5) СН3 – СН – СН = СН2

 

СН3

М.н. 3-метилбутен-1; Р.н. α-изопропилэтилен

 

Обучающее задание №2.

Для каких соединений возможны цис-транс-изомерия?

а)

 

б)

в)

Для соединения (а) эта изомерия не возможна, т.к. при втором С атоме стоят два одинаковых заместителя – группы СН3, а для (б) возможна, т.к. при углеродных атомах С2 и С3 стоят 2 разных заместителя СН3 и Н. Для соединения (в) эта изомерия не возможна, т.к. при С1 стоят два одинаковых заместителя Н.

 

Обучающее задание №3.

Какой спирт необходимо взять для получения
3-метилбутена-1?

Решение: Вначале пишем формулу алкена по названию:

 

Затем пишем углеродный скелет этого соединения:

 

Определяем место расположения группы ОН. Эта группа должна располагаться только при С1. пишем формулу спирта добавляя атомы водорода.

       
 
   
t0 кат
 


СН3 – СН – С Н 2 – СН2 ОН ¾® СН3 – СН – СН = СН2 + Н2О

 

СН3 СН3

 

Обучающее задание №4.

Какие алкены можно получить при крекинге бутана?

Решение:

t0>5000C
® СН4 + СН2 = СН–СН3

СН3 – СН2 – СН2 – СН3 ¾® ® СН3 – СН3 + СН2=СН2

® Н2 + СН3 – СН =СН–СН3

Обучающее задание №5.

Из какого монобромпроизводного можно получить
4–метилпентен–2? Напишите уравнение реакции.

Решение: Вначале пишем формулу:

СН3 – СН = СН – СН – СН3


СН3

 

Определяем, у какого С атома должен находится атом Br, помня при этом правило Зайцева. Атом Br должен находится только у второго С атома.

сп. р-р
СН3 – СН Br – С Н 2 – СН – СН3 + К ОН ¾®

 

СН3

¾® СН3 – СН = СН – СН – СН3 + КBr + Н2О


СН3

Обучающее задание №6.

Какие вещества получатся при каталитическом дегидрировании бутана?

Решение:

 

Обучающее задание №7

1) Напишите уравнения реакций взаимодействия
2–метилбутена–2 с HBr; H2O.

Решение: Вначале необходимо написать формулу алкена:

СН3 – С = СН – СН3

 

СН3

Затем пишем уравнения реакций, используя правило Марковникова:

СН3 – С СН – СН3 + Н+ - Br- ® СН3 – СBr – СН2 – СН3

 

СН3 СН3

2) Напишите уравнения реакций окисления в мягких и жестких условиях a-изопропил-a,b -диметилэтилена.

Решение: Пишем формулу алкена:

 

KMnO4

СН3 – СН – С СН – СН3 + [О] + Н – ОН ¾®

 

СН3 СН3

 

KMnO4
¾® СН3 – СН – СОН – СНОН – СН3

 

СН3 СН3

 

K2Cr2 O72SO4
СН3 – СН – С СН – СН3 + [О] ¾¾¾®

 

СН3 СН3

 

О О

¾¾¾® СН3 – СН – С + СН3 – С

СН3 ОН

 

 

3) В результате окисления алкена K2Cr2O7 + H2SO4 получены продукты:

О О

СН3 – СН2 – С + СН3 – С

ОН ОН

Установите строение алкена.

4
1
2
3
5
Решение: Исходный алкен состоит из 5 и углеродных атомов, а (=) связь находится между вторым и третьем С атомами

К2Cr2О724
СН3 СН2 – СН = СН – СН3 + [О]¾¾¾¾¾¾®   ®СН3 – СН2 С ОН + СН3 – С – ОН

       
 
   
 

 

 


Обучающее задание №8

Осуществите превращения:

1)

Решение: Зная свойства метана при t0=5000С образовывать этилен, пишем уравнения

 
 
5000С


2СН4 ¾® СН2 = СН2 + 2Н2


СН2 СН2 + НCl ® СН3 – СН2Cl

 

Действие Na – это реакция Вюрца.

 

СН3 – СН2 Cl

+ 2Na ® СН3 – СН2 – СН2 – СН3 + 2NaCl

СН3 – СН2 Cl

 

t0
СН3 – СН2 – СН2 – СН3 ¾® СН3 – СН3 + СН2 = СН2

 

2) Исходя из пропена получить 2,3–диметилбутан.

СН3 – СН = СН2 ® СН3 – СН – СН – СН3

       
   


СН3 СН3

Решение: Необходимо получить алкан в котором в 2 раза больше С атомов. Для этого необходимо воспользоваться реакцией Вюрца. А сущность реакции Вюрца заключается в действии Nа на две молекулы моногалогенопроизводных. Поэтому из пропена действием HCl вначале получаем моногалогенопроизводное, а затем пишем уравнение реакции Вюрца.

 
 


СН3 – СН СН2 + HCl ® СН3 – СНCl – СН3

 
 


СН3 – СН Cl

 

СН3 + 2Na ® СН3 – СН – СН – СН3 + 2NаCl

       
   


СН3 – СН Cl СН3 СН3


CH3

Обучающее задание №9

Было сожжено 5 л бутена. Определите объем воздуха, пошедшего на сжигание и объем выделившегося углекислого газа.

Решение: Пишем уравнение реакции:

 

Расчет ведем по коэффициентам, т.к. все вещества газообразные. На 5л бутана расходуется в 6 раз больше О2 и в
4 раза больше выделяется СО2. В воздухе» 20% О2, следовательно воздуха потребуется в 5 раз больше, т.е.:

Vвозд = 30 · 5 = 150л

Ответ: Vвозд = 150л. V(CO2) = 20л.

 

Обучающее задание №10

Осуществите превращения: 1-бромпропана
в 2,3-диметилбутан.

Решение:

СН3 – СН2 – СH2Br ¾® СН3 – СН – СН – СН3

       
   


СН3 СН3

 
 
сп. р-р.


1) СН3 – СН2 – СH2Br + KOH ¾® СН3–СН=СН2+KBr+H2O

2) СН3 – СН = СН2+HBr ¾®СН3–СHBr–СН3

3) 2СН3 – СHBr – СН3 + 2Na ¾®СН3–СН – СН –СН3+2NaBr

       
   
 
 


СН3 СН3

Обучающее задание №11

Определите структурную формулу алкена, если при взаимодействии 21 г. его с избытком бромводорода образуется 45,47 г. монобромпроизводного с атомом брома при третичном атоме углерода.

Решение:

CnH2n + HBr ¾® CnH2n+1Br

Определяем количество алкена по формуле:

n(CnH2n) =

 

Определяем количество вещества монобромпроизводного по формуле:

n(CnH2n+1Br) =

 

По уравнению реакции из одного моль алкена получается
1 моль монобромпроизводного, т.е.:

 

n(CnH2n) = n(CnH2n+1Br)

=

 

21*(14n+81) = 45,47*14n; n = 5

 

Формула алкена – С5Н10

 

Структурная формула алкена может быть:

 

СН2 = С – СН2 – СН3 или СН2 – С = СН – СН3

 

СН3 СН3

 

СН2 = С – СН2 – СН3

 

+ HBr ¾® СН3 – СBr – СН2 – СН3   СН3
СН3

СН2 – С = СН2 – СН3

 

СН3

4.7 Контрольное задание 1

 

Какие из указанных справа соединений можно использовать для получения слева соединений по реакции дегидратации и при действии КОН (спирт. р-ра)?
1) 2–метилбутен–2 2) изобутилен 3) 3–метилпентен–2 4) пропилен   а) СН3 СН3 – С – СН3 ОН б) СН3 – СН – СНОН – СН3 СН3   в) СН3 – СН – СН2Br СН3   г) СН3 – СОН – СН2 – СН3 СН3   д) СН3 – СН2 – СН2ОН   е) СН3 – СНBr – СН3   ж) СН3–СН2 – СН – СНBr – СН3 СН3   з) СН3 – СН2 – СОН – СН2 – СН3   СН3

Контрольное задание 2

Какие алкены получатся из следующих соединений?
1) СН3 – СHОН – СН2 – СН3   2) СН3 – СН2 – СН2 – СН3   3) СН3 – СН2Br   4) CН3 – СН2 – СН2 – СН2ОН   5) СН3 – СНBr – СН2Br 6) СН3 – СН2 – С ≡ СН   7) СН3 – СCl – СН2 – СН3 СН3 а) триметилэтилен б) этилен в) бутен–1 г) бутен–2 д) пропилен
Напишите уравнения реакций и условия их протекания.

Контрольное задание 3

Какие соединения получатся при действии Н2О и HBr на:
1) 3,3–диметилбутен–1 2) a,b-диметил-a-этилэтилен 3) изобутилен 4) бутен–1 а) СН3 – СН2 – СНBr – СН3   б) СН3 – СОН – СН3   СН3   в)СН3 – СН2 –СОН–СН2 – СН3 СН3 г) СН3 СН3 – С – СНBr – СН3 СН3 д) СН3 – СНОН – СН2 – СН3   е) СН3–СН2 –СBr –СН2 – СН3   СН3 СН3 ж) СН3 – СНОН – С – СН3 СН3 з) СН3 – СBr – СН3 СН3
Напишите уравнения реакций.

Контрольное задание 4

Какое строение имеет алкен, если в результате окисления в жестких условиях получены соединения:
1) О СН3 – СН2 – СН2 – С + СО2 2) О ОH СН3 – СН2 – С ОН 3) О СН3 – С + СО2 СН3 4) О СН3 – С – СН3   5) О О СН3 – С – СН3 + СН3 – С ОН СН3 6) O СН3 – СН – С + ОН О + СН3 – СН2 – С ОН А) СН3 – С = СН–СН3   СН3   Б) СН3 – С = СН2 СН3   В) (СН3)2СН–СН=СН–СН2–СН3     Г) СН3 – С = С – СН3
       
   


СН3 СН3

 

Д) СН3–СН2–СН=СН–СН2–СН3

 

Е) СН3–СН2 –СН2–СН=СН2


Контрольное задание 5

Какие продукты реакций получатся при окислении в жестких условиях следующих алкенов:
1) СН3 – СН = СН – СН3   2) СН3 – СН = СН –СН– СН3 СН3<

Поделиться с друзьями:

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни...

История создания датчика движения: Первый прибор для обнаружения движения был изобретен немецким физиком Генрихом Герцем...

Автоматическое растормаживание колес: Тормозные устройства колес предназначены для уменьше­ния длины пробега и улучшения маневрирования ВС при...

Биохимия спиртового брожения: Основу технологии получения пива составляет спиртовое брожение, - при котором сахар превращается...



© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

0.01 с.