Министерство образования Р.Ф.
Курская государственная сельскохозяйственная
академия им. Проф. И. И. Иванова
РЕФЕРАТ ПО
Органической химии
ТЕМА:
ПОЛУЧЕНИЕ АЛКАНОВ,АЛКЕНОВ,АЛКИНОВ.
ВАЖНЕЙШИЕ ПРЕДСТАВИТЕЛИ.
ПРИМЕНЕНИЕ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ.
Выполнил: <Dark Knight>
КУРСК-2001
План.
1.1 АЛКАНЫ (предельные углеводороды).
1.2 МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ АЛКАНОВ.
1.3 ПРЕДСТАВИТЕЛИ АЛКАНОВ.
2.1 АЛКЕНЫ (этиленовые углеводороды).
2.2 МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ АЛКЕНОВ.
2.3 ПРЕДСТАВИТЕЛИ АЛКЕНОВ.
3.1 АЛКИНЫ (ацетиленовые углеводороды).
3.2 МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ АЛКИНОВ.
3.3 ПРЕДСТАВИТЕЛИ АЛКИНОВ.
4. ПРИМЕНЕНИЕ АЛКАНОВ, АЛКЕНОВ, АЛКИНОВ.
1.1 ПРЕДЕЛЬНЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ (алканы).
Предельными углеводородами (алканами) называются соединения, состоящие из атомов углерода и водорода, соединенных между собой только Q-связями, и не содержащие циклов. В алканах атомы углерода находятся в степени гибридизацииsp3.
1.2 Методы получения алканов.
Главным природным источником предельных углеводородов является нефть, а для первых членов гомологического ряда — природный газ. Однако выделение индивидуальных соединений из нефти или продуктов ее крекинга- весьма трудоемкая, а часто и невыполнимая задача, поэтому приходится прибегать к синтетическим методам получения.
1. Алканы образуются при действии металлического натрия на моногалогенпроизводные — реакция Вюрца:
НзС-СН2—Вг + Вг-СН2-СH3 СНз-СН2—СН2—СНз + 2NaBr
Если взяты разные галогенпроизводные, то образуется смесь трех различных алканов, так как вероятность встречи в реакционном комплексе молекул одинаковых или разных равна, а реакционная способность их близка:
3C2H5I + 3CH3CH2CH2IС4Н10 + С5Н12 + С6Н14 + 6NaI
2. Алканы могут быть получены при восстановлении алкенов или алкинов водородом в присутствии катализаторов :
НзС-СН=СН-СНзНзС-СН2-СН2-СНз
3. Самые разнообразные производные алканов могут быть восстановлены при высокой температуре иодистоводородной кислотой:
H3C H3C
CHBr +2HI CH2 + HBr + I2
H3C H3C
Однако в этих случаях иногда наблюдается частичная изомеризация углеродного скелета — образуются более разветвленные алканы.
4. Алканы могут быть получены при сплавлении солей карбоновых кислот со щелочью. Образующийся при этом алкан содержит на один атом углерода меньше, чем исходная карбоновая кислота:
O
СНз—С +NaOH CH4+Na2C03
ONa
1.3 Представители алканов
Согласно теории строения А. М. Бутлерова, физические свойства веществ зависят от их состава и строения. Рассмотрим на примере предельных углеводородов изменение физических свойств в гомологическом ряду .
Четыре первых члена гомологического ряда, начиная с метана, газообразные вещества. Начиная с пентана и выше, нормальные углеводороды представляют собой жидкости. Метан сгущается в жидкость лишь при —162 °С. У последующих членов ряда температура кипения возрастает, причем при переходе к следующему гомологу она возрастает приблизительно на 25°.
Плотность углеводородов при температуре кипения для нижних членов ряда увеличивается сначала быстро, а затем все медленнее: от 0,416 у метана до величины, несколько большей 0,78 .Температура плавления нормальных углеводородов в гомологическом ряду увеличивается медленно. Начиная с углеводорода С16Н34, высшие гомологи при обычной температуре — вещества твердые.
Температура кипения у всех разветвленных алканов ниже, чем у нормальных алканов, и притом тем ниже, чем более разветвлена углеродная цепь молекулы. Это видно, например, из сравнения температур кипения трех изомерных пентанов. Наоборот, температура плавления оказывается самой высокой у изомеров с максимально разветвленной углеродной цепью. Так, из всех изомерных октанов лишь гекса-метилэтап (СН3)3С—С (СНз)3 является твердым веществом уже при обычной температуре (т. пл. 104° С). Эти закономерности объясняются следующими причинами.
Превращению жидкости в газ препятствуют ван-дер-ваальсовы силы взаимодействия между атомами отдельных молекул. Поэтому чем больше атомов в молекуле, тем выше температура кипения вещества, следовательно, в гомологическом ряду температура кипения должна равномерно расти. Если сравнить силы взаимодействия молекул н-пентана и неопентана, то ясно, что эти силы больше для молекулы с нормальной цепью углеродных атомов, чем для разветвленных, так как в молекуле неопентана центральный атом вообще выключен из взаимодействия.
Главным фактором, влияющим на температуру плавления вещества, является плотность упаковки молекулы в кристаллической решетке. Чем симметричнее молекула, тем плотнее ее упаковка в кристалле и тем выше температура плавления (у н-пентана —132° C, у неопентана —20° С)
2.1 АЛКЕНЫ (этиленовые углеводороды, олефины)
Углеводороды, в молекуле которых помимо простых Q-связей углерод — углерод и углерод — водород имеются углерод-углеродные
-связи, называются непредельными. Так как образование -связи формально эквивалентно потере молекулой двух атомсв годорода, то непредельные углеводороды содержат на 2п атомов иодорода меньше, чем предельные, где n число - связей
С6H14C6H12C6H10C6H8C6H6
Ряд, члены которого отличаются друг от друга на (2Н)n, называется изологическим рядом. Так, в приведенной выше схеме изологами являются гексан, гексены, гексадиены, гексины, гексатриены и бензол.
Углеводороды, содержащие одну - связь (т. е. двойную связь), называваются алкенами (олефинами) или, по первому члену ряда - этилену, этиленовыми углеводородами. Общая формула их гомологического ряда — CnH2n
2.2 Методы полученияалкенов
При действии спиртовых растворов едких щелочей на галогенпроизводные:отщепляется галогенводород и образуется двойная связь:
H3C-CH2-CH2BrH3C-CH=CH2+NaBr+H2O
Бромистый пропил Пропилен
Если в α-положении к атому углерода, связанному с галогеном, находится третичный, вторичный и первичный атомы водорода, то преимущественно отщепляется третичный атом водорода, в меньшей степени вторичный и тем более первичный (правило Зайцева):
CH3 CH3
CH2 CH2
H3C-C-CI H3C-C + KCL + H2O
CH C
H3C CH3 H3C CH3
2,3-Диметил-3-хлорпентан 2,3-Диметелпентен-2
Это связано с термодинамической устойчивостью образующихся алке-нoв. Чем больше заместителей имеет алкен у винильных атомов углерода, тем выше его устойчивость.
2. Действием на спирты водоотнимающих средств: а) при пропускании спиртов над окисью алюминия при 300—400° С.
НзС-СН-СН2.-СНзНзС-СН=СН-СНз
OH Бутен-2
Втор-Бутиловый спирт
б) при действии на спирты серной кислоты в мягких условияхреакция идет через промежуточное образование эфиров серной кислоты:
НзС-СН-СНз НзС-СН-СН3 H3C-CH=CH2
OH O-SO3H
изопропнлопып спирт
При дегидратации спиртов в жестких условиях в кислых средах наблюдается та же закономерность в отщеплении водородных атомов разного типа, как и при отщеплении галогенводорода.
Первой стадией этого процесса является протонирование спирта, после чего отщепляется молекула воды и образуется карбкатион:
СНз-СН2-СН-СНз + H CH3-CH2-CH-CH3 CH3-CH-CH-
OH O H
H H
CH3CH3-CH-CH-CH3CH3-CH=CH-CH3
Образовавшийся карбкатион стабилизируется выбросом протона из соседнего положения с образованием двойной связи (β-элиминирование). В этом случае тоже образуется наиболее разветвленный алкен (термодинамическиболее устойчивыи). При этом процессе часто наблюдаются перегруппировки карбкатионов связанные с изомеризацией углеродного скелета:
CH3 CH3
CH3 C-CH – CH3 CH3 C-CH-CH3
CH3 OH CH3
CH3 CH3 CH3 CH3
C-CH C=C
CH3 CH3 CH3 CH3
3. При действии Zn или Mg на дигалогенпроизводные с двумя
атомами галогена у соседних атомов углерода:
CI
H3C – C CH2CIH3C - C - CH2+MgCI2
CH3 CH3
1,2-дихлор-2-метал- изобутилен
пропан
4. Гидрированием ацетиленовых углеводородов над катализаторами с пониженной активностью (Fe или «отравленные», т. е. обработанные серусодержащнми соединениями для понижения каталитической активности, Pt и Pd):
НСС-СН(СНз)2Н2С=СН-СН(СНз)2
2.3 Представители алкенов.
Как и алкаиы, низшие гомологи ряда простейших алкенов при обычных условиях — газы, а начиная с С5 — низкокипящие жидкости (см. табл. ).
| т.пл., | Т. | d4 | ||
| Формула | Название | °с | Кип.,°С | |
| Ch2=CH2 | Этилен | -169 | -104 | 0,5660 (при —102° С) |
| СН3СН=СН3 | Пропилен | -185 | -47 | 0,6090 (при —47" С) |
| СНзСНзСН=СН2 СНз-СН=СН-СНз | (цис)Бутен-1 | -130 | -5 | 0,6696 (при —5° С) 0,6352 (приО°С) |
| -139 | +4 | |||
| (цис) | ||||
| СНз-СН=СН-СНз | (транс)-Бутеп-2 | -105 | +1 | 0,6361 (при 0°С) |
| (транс) | ||||
| (СНз)зС=СН2 | Иэобутилен | -140 | -7 | 0,6407 (при 0°С) |
Все алкены, как и алканы, практически нерастворимы в воде и хорошо растворимы в других органических растворителях, за исключением метилового спирта; все они имеют меньшую плотность, чем вода.