Основные положения теории Бутлерова А. М. Все атомы, образующие молекулы органических веществ, связаны в определенной последовательности согласно их валентности. - презентация

1 Основные положения теории Бутлерова А. М. Все атомы, образующие молекулы органических веществ, связаны в определенной последовательности согласно их валентности. Свойства веществ зависят не только от того, какие атомы и сколько их входит в состав молекулы, но и от порядка соединений в атоме (изомерия). По свойствам данного вещества можно определить строение его молекулы, а по строению молекулы предвидеть свойства. Атомы и группы атомов в молекулах веществ взаимно влияют друг на друга.

2 По степени насыщенности По порядку соединения атомов в молекуле H – C = C – H | | H H Алкены– это органические соединения,углеводородынепредельногоалифатического (ациклического) характера, в молекуле которых между атомами углерода – одна двойная связь, и которые соответствуют общей формуле C n H 2n. Предельные Ароматические Непредельные Ациклические Карбоцикли- ческие Гетероцикли- ческие Алканы Циклоалканы Алкены Алкадиены Алкины Циклоалкадиены Циклоалкены Циклоалкины Арены Алкены Непредельные Ациклические Вещества Органические Неорганические Углеводороды Кислородосодержащие Азотсодержащие

3 Строение молекулы Для алкенов характерна sp 2 -гибридизация атомов углерода при двойной связи (атомы углерода в молекуле алкена, связанные только ординарными, или σ-связями, – находятся в sp 3 -гибридизации), угол между связями 120° - плоскостное строение молекулы алкена. Длина двойной связи 0,134 нм (меньше длины одинарной связи – 0,154 нм). Наличие подвижной легко поляризуемой π-связи приводит к тому, что алкены химически более активны, чем алканы, и вступают в реакции присоединения.

4 Номенклатура и изомерия В названии алкенов содержится суффикс –ен или -элен, обозначающий принадлежность соединения к данному классу. Простейший алкен: C 2 H 4 или H – C = C – H этьен или этэлен, | | H H В определении названия алкена по заместительной номенклатуре ИЮПАК положение кратной связи имеет при нумерации преимущество перед остальными. CH 3 Cl CH 3 | | | CH 3 – CH – CH – C – CH = CH – CH 3 | C 2 H 5 4,6-диметил-4-этил-5-хлоргептен-2 По радикально-функциональной номенклатуре в основе названия лежит название простейшего алкена (этэлен), атомы водорода которого замещены на определенный углеводородный радикал: CH 2 = CH – CH 2 – CH 2 – CH 3 пропилэтэлен CH 3 – CH = CH – CH 2 – CH 3 метилэтилэтэлен

5 Номенклатура и изомерия H H | | H – C – C = C – C – H | | | | H H H H Для алкенов характерны следующие виды изомерии: 1. Структурная изомерия: а) изомерия углеродного скелета б) изомерия положения кратной связи в) изомерия положения заместителей (Hal, - NO 2, SO 2 -OH и др.) в замещенных соединениях алкенов 2. Пространственная геометрическая изомерия. 3. Межклассовая изомерия (с циклоалканами).

6 Изомерия 1. Структурная изомерия: а) изомерия углеродного скелета CH 2 = CH – CH 2 – CH 2 – CH 3 пентен-1 б) изомерия положения кратной связи CH 2 = CH – CH 2 – CH 2 – CH 3 пентен-1 в) изомерия положения заместителей (Hal, - NO 2, SO 2 -OH и др.) в замещенных соединениях алкенов Cl | CH 2 = CH – CH – CH 2 – CH 3 CH 3 | CH 2 = C – CH 2 – CH метилбутен-1 C 5 H 10 пентен-2 CH 3 –CH = CH – CH 2 – CH C 5 H хлорпентен-1 4-хлорпентен-1 Cl | CH 2 = CH – CH 2 – CH – CH C 5 H 9 Cl

7 Изомерия 2. Пространственная геометрическая изомерия 3. Межклассовая изомерия (с циклоалканами) CH 2 = CH – CH 2 CH 2 – CH 3 пентен-1 бутэлен-2 CH 3 – CH = CH – CH 3 транс-изомер цис-изомер CH 3 \ / C = C / \ H H CH 3 H \ / C = C / \ H CH CH 2 | \ / CH 2 циклопентан C 5 H 10

8 Физические свойства Их температуры плавления и кипения, также как у алканов, закономерно повышаются при увеличении молекулярной массы соединения. Алкены с разветвленной углеродной цепью имеют более низкие температуры кипения, чем изомеры с нормальной (неразветвленной) цепью. По принципу «подобное растворяется в подобном» алкены должны быть растворимы в неполярных растворителях и плохо растворимы в полярных. Действительно, они хорошо растворяются в бензоле, тетрахлорметане, петролейном и диэтиловом эфирах, но практически не растворяются в воде. C 2 H 4 – C 4 H 8 газы C 5 H 10 – C 16 H 32 жидкости C 17 H 34 – … твердые вещества

9 Химические свойства H – C = C – H | | H Реакции присоединения Реакции окисления Реакции замещения Реакции изомеризации Реакции элиминирования (отщепления)

10 || пропан CH 3 – CH 2 – CH 3 I.Реакции присоединения CH 2 – CH – CH 3 | | Br 1,2-дибромпропан CH 2 – CH – CH 3 – + HH – || Br HH пропен(пропэлен) – 1. Гидрирование (в присутствии металлических катализаторов – Pt, Pd, Ni): 2. Галогенирование 2. Галогенирование BrCH 2 – CH – CH 3 – пропен(пропэлен) –– Br + – – Реакция с бромной водой – качественная реакция на алкены (бромная вода обесцвечивается).

11 | | I.Реакции присоединения CH 3 – CH – CH 3 | Br 2-бромпропан H 3. Гидрогалогенирование по правилу Марковникова 3. Гидрогалогенирование (по правилу Марковникова) BrCH 2 – CH – CH 3 – пропен(пропэлен) –– BrH + – Правило Марковникова: при присоединении веществ с полярной ковалентной связью типа HX (где X – это -Hal, -OH и т.д.) к несимметричным непредельным углеводородам по месту разрыва π-связи атом водорода присоединяется к наиболее гидрированному атому углерода, а X – к наименее гидрированному атому углерода.

12 пропанол-2 I.Реакции присоединения CH 3 – CH 2 – OH этанол CH 2 – CH – CH 3 – + HOH – | | H H пропен (пропэлен) – 4. Гидратация (по правилу Марковникова): с образованием вторичных спиртов (кроме этэлена – у него образуется первичный спирт) OHCH 2 – CH 2 – этьен (этэлен) –– OHH + – – C H 3 – CH – CH 3 | OH – (пропиловый спирт, (этиловый спирт) вторичный пропанол)

13 пропил-2-серная кислота I.Реакции присоединения пропанол CH 2 – CH – CH 3 – + HO – SO 2 OH – | | H H пропен (пропэлен) – 5. Сульфирование (по правилу Марковникова) – взаимодействие с концентрированной серной кислотой с образованием алкилсерных кислот OH– пропил-2-серная кислота (пропил гидросульфат) OH + – C H 3 – CH – CH 3 | O – SO 2 OH (пропил гидросульфат) (пропиловый спирт) (моноалкилгидросульфатов). серная кислота H 2 SO 4(конц.) CH 3 – CH – CH 3 | O – SO 2 OH + HO – SO 2 OH C H 3 – CH – CH 3 | OH серная кислота В дальнейшем используется как удобный метод для получения спиртов при гидратации алкенов (как промежуточный этап): O – SO 2 OH 1 2 3

14 I.Реакции присоединения 6. Алкилирование CH 3 | C H 3 – C | CH 3 H + CH 2 – C – CH 3 | CH 3 – | – | C H 3 – C | CH 3 | CH 3 – C – CH 2 – CH – CH 3 | CH 3 CH 3 метилпропан метилпропен 2,2,4-триметилпентан(изооктан) H CH 3 | C / \\ HC C || | HC CH \ // C + CH 2 – CH 2 H H H H –– | ––– CH 3 | C / \\ HC C–CH 2 –CH 3 || | HC CH \ // CH + CH 3 | C / \\ HC CH || | HC CH \ // C | CH 2 –CH 3 метилбензол 1-метил-2-этилбензол 1-метил-4 этилбензол CH 2 – CH 2 этьен 2 2

15 I.Реакции присоединения 7. Взаимное алкилирование (обратный процесс крекинга алкенов), CH 2 =CH 2 + Kt, t 0 CH 3 – CH=CH – CH 3 бутэлен-2 CH 2 =CH – CH 2 – CH 3 бутэлен-1 CH 2 =C – CH 3 | CH 3 метилпропэлен CH 2 =CH – CH=CH 2 +H2H2 бутадиен-1,3 при разных температурах образуются разные соединения

16 I.Реакции присоединения 5. Реакции полимеризации...– CH 2 –CH 2 –CH 2 –CH 2 –.. полиэтэлен (– CH 2 – CH 2 –) структурное звено полимера (– CH – CH 2 –) | CH 3 полипропэленпропэлен H 2 C CH 2 – –..++H 2 C CH 2 t 0, kt, P +.. – – +H 2 C CH –– |||| –––– этэлен t 0, kt, P H2C = CH2H2C = CH2 n n мономер где n – это степень полимеризации CH = CH 2 | CH 3 n n –

17 II.Реакции окисления 1. Горение 2 H 2 O+2 CO 2 2 CO +2 H 2 O 2 C+2 H 2 O Этэлен при смешивании с воздухом образует взрывоопасную смесь. C 2 H O 2 (избыток) C 2 H O 2 (недостаток) C 2 H 4 + O 2 (сильный недостаток)

18 2. Частичное окисление кислородом воздуха с образованием H 2 C CH 2 II.Реакции окисления \/ O 22 t 0, Ag этэленоксид (эпоксиэтан этэлен пропэленоксид (эпоксипропан – – – + – \/|| H 2 C CH 2 OOOO – – + – – – – – или окись этэлена) эпоксидов (реакция Прилежаева): CH 3 – H 2 C CH t 0, Ag пропэлен или окись пропэлена) – O \/ OOOO – –– – ––– – – – |\|/

19 II.Реакции окисления 3. Окисление кислородом окислителя ( KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7 и др. ) в CH 2 =CH 2 + [O] + H – OH– CH 2 – CH 2 –HO 1 2 OH из KMnO 4 –––––––– (этандиол-1,2) этэленгликоль 3 | KOH –– H2OH2OKMn O OH OH C H 2 – C H 2 +2KOHMn O C 2 -2 C Mn +7 –6ē Mn ē C-2ē + 3ē C 2 Mn качественная реакция на этэленовые углеводороды. щелочной среде (реакция Вагнера) Обесцвечивание щелочного раствора KMnO 4 без нагревания – это

20 II.Реакции окисления 4. Жесткое окисление кислородом более энергичного окислителя в кислой среде (кислый раствор KMnO 4, HNO 3, хромовая смесь) при нагревании ). (обесцвечивание раствора KMnO 4 – это качественная реакция на непредельные углеводороды ). R – CH=CH – R + 4 [O] CH 3 – CH 2 – CH=CH – CH [O] R - COOH R – COOH CH 3 – CH 2 – COOH этановая кислота CH 3 – COOH +H 3 O +, t° пропановая кислота +H 3 O +, t° пентен-2 H 2 SO 4 4 KMn O 4 8 CH 3 –CH 2 –C H=C H–CH 3 Mn SO 4 8 K 2 SO H2OH2O этановая кислота CH 3 –C OOH 5 + пентен-2 пропановая кислота 5 CH 3 –CH 2 –C OOH+ -40ē 8+ 40ēMn C10C Mn C ē2 Mn C +5ē

21 II.Реакции окисления CH 3 – CH 2 – CH =CH 2 Но метановая (муравьиная) кислота окисляется до угольной кислоты, HCOOH + [O] CH 3 –CH 2 –CH 2 –C H=C H 2 +HCOOHCH 3 – CH 2 – COOH +H 3 O +, t° бутэлен-1 угольная кислота (муравьиная) метановая кислота пропановая кислота CO 2 +H2OH2O (т.е. H 2 CO 3 )HOCOOH метановая кислота которая распадается на углекислый газ и воду: [O] пентен H2OH2O+4+ K 2 SO 4 2Mn SO 4 +H 2 SO 4 3+KMn O 4 CH 3 –CH 2 –CH 2 –C OOHC O 2 2+ бутановая кислота C +3 -6ēC +4 C -1 -4ē +10ēMn +2 2 C Mn ē Mn -10ē 10 – 6ē Mn C C– 4ē C C

22 III.Реакции изомеризации метилпропен +CH 3 –CH=CH–CH 3 CH 3 –C=CH 2 бутен-2 бутен-1 550°C CH C CH 2 HCH 3 – | – – | 3 H 2 – 4 –H– Изомеризация по кратной связи по углеродному скелету

23 1) до алкадиенов CH 2 CH C C Реакции отщепления (элиминирования) CH 2 = CH – CH = CH 2 бутадиен-1,3 бутен-1 MgO, ZnO H2H °C этьен (этэлен)(ацетэлен) H – C C – H+H2H2 этин – 2 – – – – 23 || HH H HH – H – C C – H –– – || H – 2)до алкинов

24 Обобщение

25 1. Крекинг нефтепродуктов C C C – CH 32 Получение алкенов C 16 H 34 C 8 H 18 + C 8 H 16 гексадеканоктаноктен Обычно образуется смесь различных углеводородов: например, при крекинге бутана конечными продуктами будет – смесь бутенов, пропэлена, этэлена и метана; при крекинге пропана – смесь пропэлена, этэлена и метана; при крекинге метилпропана – смесь метилпропэлена, пропэлена и метана. 2. Дегидрирование предельных углеводородов CH 2 = CH – CH 2 – CH 3 CH 3 – CH = CH – CH 3 бутен-1 бутен H 2 2CH o c, Kt C2H4C2H4 +H2H2 2 метанэтэлен HHHH 22 – – – – ||| 3 HH – 2 бутан H –

26 Получение алкенов 3. Внутримолекулярная дегидратация спиртов H 2 SO 4, o C H2OH2O+ H | | C | | H этанол этэлен CH 2 = CH 2 Правило Зайцева: при отщеплении галогенводорода от вторичных и CH 3 – CH = CH – CH 3 +NaBrH2OH2O++OH спирт, t o бутен-2 2-бромбутан Дегидрогалогенирование галогенпроизводных алканов (по правилу Зайцева) – – –HHOH –– третичных галогеналканов атом водорода отщепляется от наименее гидрированного атома углерода. CH 3 – CH C – CH 3 Na 2 | | HH Br OHNa– – Br |

27 Получение алкенов 5. Дегалогенирование дигалогенпроизводных алканов ZnBr 2 +CH 3 – CH = CH – CH 3 +Zn 2.3-дибромбутанбутен CH 3 – CH CH – CH 3 || || – – Br

28 Применение этэлена Этэлен CH2=CH2 Растворители 1,2-дихлорэтан ( CH2Cl – CH2Cl ) Хлорэтан (C2H5Cl ) Уксусная кислота (CH3COOH) Этаналь (уксусный альдегид) (CH3CHO) Этанол (этиловый спирт) (C2H5OH) Дивинил (CH2 = CH – CH = CH2 ) Дивиниловый каучук Парфюмерия, растворитель Диэтиловый эфир (C2H5 – O – C 2 H5) Этэленгликоль HO – CH2 – CH2 – OH Стирол C6H5 – CH = CH 2 Полистирол – CH – CH2 – | C 6 H 5 n

29 Применение пропэлена Пропэлен CH2 – CH=CH2 Бутаналь CH3 – CH2 – CH 2 – CHO Бутанол-1 CH3 – CH2 – CH 2 – CH2 – OH Пропандиол-1,2 CH3 – CH – CH2 – OH | OH Изопропилбензол C6H5 – CH(CH 3 )2 Фенол C6H5 – OH Изопрен (2-метилбутадиен-1,3 ) CH2 = CH – CH = CH2 Изопреновый каучук Пропанол-2 (вторичный пропиловый спирт) C3H7OH Диметилкетон (пропанон или ацетон) CH3 – C – CH3 | O Глицерин (пропантриол-1,2,3) HO–CH2–C H (OH) – CH2– OH Полипропэлен – CH – CH2 – | CH 3 n

30 Применение изомеров бутэлена Изомеры бутэлена C4H8 Бутанолы (С4Н9– OH) Бутадиена- 1,3 (CH2 = CH – CH = CH2 ) Каучуки Полиизобутэлен CH3 | – СН – CH 2 – | CH 3 n Бутандиолы (HO – С4Н8– OH) Изооктан CH3 CH3 | | CH 3 – C – CH 2 – CH – CH 3 | CH 3 Добавка к бензиновой фракции нефти

31 Используемая литература 1. «Репетитор по химии (издание 15-ое)», под редакцией Егорова А. С., Феникс – Ростов-на-Дону, Габриелян О. С., Маскаев Ф. Н., Пономарев С. Ю., Теренин В. И. « Химия 10 класс: профильный уровень». (Учебник для общеобразовательных учреждений), Дрофа – Москва, Рудзитис Г. Е., Фельдман Ф. Г. «Химия 10: органическая химия (Учебник для 10 класса средней школы)», Просвещение – Москва, Перекалин В. В., Зонис С. А. «Органическая химия (учебное пособие для студентов педагогических институтов по химическим и биологическим специальностям)», Просвещение – Москва, «Органическая химия. Том 1 (Основной курс)» под редакцией Н. А. Тюкавкиной (учебник для студентов вузов по специальности «Фармация»), Дрофа – Москва, 2004