Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Непредельные и ароматические углеводороды
Алкены, или углеводороды этиленового ряда (олефины) характеризуются наличием двойной связи и имеют общую формулу CnH2n. Изомерия этиленовых углеводородов зависит не только от последовательного порядка соединения атомов углерода, но и от положения двойной связи в цепи. Этилен и пропилен (по систематической номенклатуре – этен и пропен) изомеров не имеют. Н2С=СН2 СН3─ СН= СН2 этен пропен Бутену отвечают три изомера СН3─ СН2─ СН= СН2 СН3─ СН= СН─ СН3 СН3─ С= СН2 Бутен-1 Бутен-2 │ СН3 2-метилпропен
В алкенах две углерод-углеродные связи не равноценны; одна из них σ -связь, а другая π - связь (sp2-гибридизация). Главной отличительной чертой алкенов является их резко выраженная способность к реакциям присоединения и, в частности, полимеризации, при которых менее прочная π - связь «разрывается» и переходит в более прочную σ -связь. Алкены – это бесцветные вещества. Первые три члена гомологического ряда при обыкновенной температуре – газы. Гомологи, содержащие 5 и больше атомов углерода, представляют собой жидкости, а высшие гомологи – твердые тела. Алкены способны реагировать по радикальному и ионному механизмам. Присоединение брома является качественной реакцией на двойную связь: Н2С=СН2 + Br2 → Н2СBr─ СН2Br Бромирование этилена происходит ступенчато + Н2С=СН2 + Br+─ Br- → Н2С─ СН2Br + Br- + Н2С─ СН2Br + Br- → Н2СBr─ СН2Br π - электроны двойной связи молекулы этилена идут на образование связи с акцептором электронов – Br+. Образовавшийся при этом карбониевый ион сразу же присоединяет электронодонорную частицу – ион Br-. Порядок присоединения реагентов к несимметричным алкенам определяется правилом Марковникова: атом водорода (или катион) присоединяется к наиболее гидрогенизированному, а атом галогенов(или любой другой анион) – к наименее гидрогенизированному атому углерода R─ НС=СН2 + HX → R─ CHX─ CH3 Алкены легко подвергаются окислению нейтральным или щелочным раствором перманганата. Эта реакция приводит к присоединению по двойной связи двух гидроксо-групп с образованием гликолей: 3Н2С=СН2 + 3KMnO4 + 4H2O → 3 Н2С─ СН2 + 2MnO2 + 2KOH │ │ ОН ОН Алкены и их производные легко полимеризуются, образуя полиалкены и виниловые полимеры: Н2С=СН2 - этен С6Н5─ НС=СН2 - стирол (винилбензол) Н2С=СН─ Cl - хлористый винил Н2С=СНОСОСН3 – винилацетат Н2С=С─ СН3 │ СОО СН3 - метиловый эфир метакриловой кислоты Н2С=СН─ C≡ N – нитрил акриловой кислоты Диеновые углеводороды (алкадиены) с двумя сопряженными связями. Характерной особенностью углеводородов с сопряженными связями является их способность к реакциям присоединения не только в положении 1-2, но и в положении 3-4: 1 2 3 4 │ → Н3С─ СН= НС─ СН3 Н2С=СН─ НС=СН2 + Н2 → │ → Н3С─ СН2─ НС=СН2 К диеновым углеводородам с двумя сопряженными связями относится дивинил (бутадиен-1, 3) и его производные Н2С=СН─ НС=СН2 Н2С=С─ НС=СН2 Бутадиен-1, 3 │ СН3 2-метилбутадиен-1, 3 (изопрен) Дивинил – бесцветный газ с характерным запахом. Изопрен – жидкость. Важнейшим свойством диеновых углеводородов является способность к полимеризации с образованием каучуков n Н2С=С─ НС=СН2 → [─ Н2С─ С=НС─ СН2─ ]n │ │ СН3 СН3 Полиизопрен (натуральный каучук) Синтетический каучук получают по методу С.В.Лебедева из дивинила, который в промышленности производят из этанола 2С2Н5ОН → Н2С=СН─ НС=СН2 + 2Н2О + Н2 Хлоропрен легко полимеризуется с образованием синтетического каучука (неопрен) n Н2С=С─ НС=СН2 → [─ Н2С─ С=НС─ СН2─ ]n │ │ Cl Cl Ацетиленовые углеводороды, или алкины. В ацетиленовых углеводородах атомы углерода образуют между собой тройную связь с sp-гибридизацией орбиталей. Присоединение воды, спиртов и кислот к ацетиленовым углеводородам осуществляется в присутствии специальных катализаторов(солей ртути и меди). Еще М.Г.Кучеров показал, что при пропускании ацетилена через разбавленный раствор серной кислоты в присутствии сульфата ртути образуется уксусный альдегид: H2SO4 Н─ С≡ С─ Н + Н─ ОН ─ ─ → CH3─ C─ H HgSO4 ║ О Гомологи ацетилена присоединяют воду значительно легче, чем сам ацетален, с образованием кетонов: H2SO4 СН3─ С≡ СН + Н2О ─ ─ → CH3─ C─ СH3 Пропин HgSO4 ║ О Ацетон Реакция Кучерова широко используется в органическом синтезе для получения уксусного альдегида, который является исходным материалом для производства этилового спирта, уксусной кислоты, этидацетата, сложных виниловых эфиров. Сложные виниловые эфиры синтезируют взаимодействием ацетилена с уксусной кислотой и другими органическими кислотами: СН≡ С─ Н + СН3СООН → Н2С=СН─ О─ СО─ СН3 винилацетат Винилацетат – важный мономер в производстве полимеров и сополимеров n Н2С=СН ─ ─ → (─ Н2С=СН─)n │ │ ОСОСН3 ОСОСН3 Поливинилацетат Широко используется в производстве синтетических материалов акрилонитрил. Его промышленный синтез основан на взаимодействии ацетилена с цианистоводородной кислотой в жидкой или в газовой фазе в присутствии катализатора: Н─ С≡ С─ Н + Н─ C≡ N → H2C=CH─ C≡ N Акрилонитрил Сопряжение двойной связи с нитрильной группой и наличие полярной функциональной группы в молекуле акрилонитрила обусловливает его высокую реакционную способность. Вот почему акрилонитрил столь широко используется как исходное вещество в производстве синтетических каучуков, химических волокон и как промежуточный продукт при получении стеклопластиков. Например: nН2С=СН─ НС=СН2 + nH2C=CH─ C≡ N → (─ Н2С─ СН=НС─ СН2 ─ Н2С─ СН─)n │ C≡ N Бутадиеннитрильный сополимер Ароматические углеводороды – класс органических веществ, содержащие в молекуле бензольное кольцо. Общая формула CnH2n-6. Они характеризуются наличием в молекуле сопряженной системы связей с замкнутой устойчивой электронной оболочкой. Бензольное кольцо весьма устойчиво и поэтому трудно окисляется. Ароматические соединения легко вступают в реакции замещения. Бензол не полимеризуется и только в определенных условиях способен вступать в реакции присоединения, характерные для этена и других ненасыщенных соединений. Методами рентгеноструктурного анализа было установлено. Что молекула бензола плоская с одинаковыми расстояниями между всеми углеродными атомами. Все атомы углерода в молекуле бензола связаны между собой σ -связями, образуя правильный плоский шестиугольник. Каждый атом углерода бензола обладает еще одним р -электроном. Шесть р -электронов распределены симметрично, причем оси каждой из их орбиталей располагаются под прямым углом к плоскости бензольного кольца. Гомолагами бензола являются толуол, ксилолы. Для двухзамещенных бензола возможны следующие изомеры:
орто- мета- пара-
Заместители первого рода – электронодонорные группы атомов OH-, OR-, NH2-, NR2-CH3-, F-, Cl-, I- направляют электрофильные реагенты в орто- или пара- положения. Заместители второго рода –электроноакцепторные группы атомов - -NO2, -SO3H, -C≡ N, - СОН, -СООН направляют электрофильные реагенты в мета- положение.
Бензол стоек к действию окислителей. Он не окисляется разбавленной азотной кислотой, раствором перманганата калия и т.п. Гомологи бензола окисляются значительно легче. Но и в них бензольное ядро относительно более устойчиво к действию окислителей, чем соединенные с ним углеводородные радикалы. Обычно в первую очередь окисляются боковые цепи. В первую очередь разрушается цепь, а углерод непосредственно связанный с бензольным ядром не отрывается от него и превращается в карбоксильную группу –СООН. Если у гомолога бензола одна боковая цепь при окислении образуется одноосновная; а если две – двуосновная карбоновые ароматические кислоты. В первом случае –это бензойная кислота; во втором – орто-, мета-, или пара-фталевые кислоты.
Природные источники ароматических углеводородов. В промышленности ароматические углеводороды получают путем сухой перегонки каменного угля, а также из нефти. По составу каменный уголь – сложное органическое вещество в процессе сухой перегонки, т.е. при нагревании в печах без доступа воздуха, при температуре 1000о и выше, он разлагается и образуются следующие основные продукты: а) кокс (75-80%); б) коксовый газ (до 300м3 на 1 т угля); в) каменноугольная смола (до 3, 5%); г) аммиачная вода. Кокс –твердый продукт, представленный собой углерод с некоторой примесью золы, Используется в металлургии как восстановитель, для выделения металлов в основном железа. Коксовый газ – побочный продукт коксования угля. Основные составные части коксового газа – метан (30-50%) и водород (30-50%); кроме того, он содержит значительное количество паров ароматических углеводородов с температурой кипения до 160оС. Из сырого бензола ректификацией получают чистый бензол, толуол, смесь ксилолов. Каменноугольная смола – темная вязкая жидкость с неприятным запахом. Каменноугольную смолу подвергают перегонке на следующие фракции: а) легкое масло; б) среднее масло; в) тяжелое, или креозотовое масло; г) антраценовое, или зеленое масло; д) пек – остаток от перегонки. Из легкого масла получают бензол, толуол, ксилолы; из среднего - нафталин, фенолы, пиридин; из тяжелого – нафталин; из антраценового – антрацен. Пек –черная твердая масса, применяется как строительный материал для покрытия дорог.
|