Сравнение хлорирования и бромирования алканов.

Энергия радикала хлора больше, чем энергия радикала брома, поэтому радикал хлора способен к замещению во вторичный радикал и в первичный практически в равной степени, а радикал бром, преимущественно, только во вторичный.

2. Нитрование алканов (реакция Коновалова)

На алканы действует разбавленная азотная кислота при нагревании и давлении. В результате происходит замещение атома водорода на остаток азотной кислоты – нитpогpуппу NO₂. Эту реакцию называют реакцией нитрования, а продукты реакции – нитpосоединениями.

Как и в реакциях галогенирования, в первую очередь замещаются атомы водорода у третичных, затем у вторичных и первичных атомов углерода.

Схема реакции:

Например:

3. Реакция сульфохлорирования.

RH + SO₂ + Cl₂ = RSO₂Cl + HCl

HO-SO₂-R =Cl-SO₂-R

Cl₂ Cl^.+ Cl^.

RH + Cl^. =R^. + HCl

R^. +SO₂ = RSO₂^.

RSO₂^. +Cl₂ = RSO₂Cl + Cl^.

4. Изомеризация алканов

Алканы нормального строения под влиянием катализаторов и при нагревании способны превращаться в разветвленные алканы без изменения состава молекул, т.е. вступать в реакции изомеризации. В этих реакциях участвуют алканы, молекулы которых содержат не менее 4-х углеродных атомов.

Например, изомеризация н-пентана в изопентан (2-метилбутан) происходит при 100°С в присутствии катализатора хлорида алюминия:

Исходное вещество и продукт реакции изомеризации имеют одинаковые молекулярные формулы и являются структурными изомерами (изомерия углеродного скелета).

5. Дегидрирование алканов

При нагревании алканов в присутствии катализаторов происходит их каталитическое дегидрирование за счет разрыва связей С-Н и отщепления атомов водорода от соседних углеродных атомов. При этом алкан превращается в алкен с тем же числом углеродных атомов в молекуле:

Наряду с бутеном-2 в этой реакции образуется также бутен-1.

При t = 1500°С происходит межмолекулярное дегидрирование метана по схеме:

Эта реакция используется для промышленного получения ацетилена.

6. Крекинг алканов.

Процесс, при котором происходит гомолитический разрыв С-С связей при нагревании и в присутствии катализаторов. При крекинге высших алканов происходит процесс образования алкенов и низших алканов.

С₈Н₁₈ = С₄Н₁₀ + С₄Н₈

2СН₄ = С₂Н₂ + 3Н₂

С₂Н₆ = С₂Н₂ + 2Н₂

Крекинг имеет большое промышленное значение.

Таким путем высококипящие фракции нефти (мазут) превращают в бензин, керосин и другие ценные продукты.

7. Окисление алканов

А. При мягком окислении метана кислородом воздуха в присутствии различных катализаторов могут быть получены метиловый спирт, формальдегид, муравьиная кислота (условия проведения реакции катализатор, температура 200⁰С):

Мягкое окисление бутана кислородом воздуха – один из промышленных способов получения уксусной кислоты:

2С₄Н₁₀ + 5О₂ = СН₃СООН + 2Н₂О

Б. На воздухе алканы сгорают до СО₂ и Н₂О:

C_nH_2n+2 + (3n+1)/2 O₂ = nCO₂ + (n+1) H₂O

СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О

Реакция горения имеет большое значение, т к идет с выделением большого количества теплоты.

Реакция горения идет с разрывом всех связей.

Алканы могут сгорать при недостаточном количестве кислорода (неполное окисление).

СН₄ + 1,5О₂ = СО + 2Н₂О

СН₄ + О₂ = С + 2Н₂О.

Проверочные вопросы по теме «Аканы».

(строение, номенклатура, изомерия, получение и химические свойства).

1. Определите молекулярную формулу алкана, если при температуре 273К и давлении 101,3кПа:

а) 21,5 г данного алкана занимают объем 5,6 л

б) 1 г данного алкана занимает объем 224 мл.

2. Напишите структурную формулу изомера алкана, полученного в первом задании и назовите его по систематической номенклатуре:

а) изомер содержит два третичных атома.

б) изомер содержит один четвертичный и один третичный атомы углерода.

3. Для структуры, полученной во втором задании, напишите структурную формулу одного гомолога и одного изомера и назовите их по систематической номенклатуре.

4. Напишите структурную формулу вещества и дайте ему название по систематической номенклатуре

а) метил-этил-пропил-изопропил-метан.

б) втор-бутил-изопропил-диметил-метан.

5. Используя конфигурации Ньюмана, напишите для изобутана:

а) устойчивую конфигурацию.

б) неустойчивую конфигурацию.

6. Напишите схему образования и сравните устойчивость со свободным радикалом метилом:

а) свободного радикала пропила.

б) свободного радикала изопропила.

7. Напишите примеры уравнений реакций получения

а) диметил-этил-метана.

б) триметил-метана.

в ходе реакции углеродный скелет остается неизменным.

8. Приведите уравнение реакции получения по реакции Кольбе:

а) этана.

б) бутана.

9. Приведите уравнение реакции получения по методу Вюрца следующие алканы без получения побочных органических веществ и укажите условия их протекания:

а) 2,5-диметил гексана.

б) 2,3-диметилбутана.

10. Приведите уравнение реакции получения по методу Дюма:

а) этана.

б) пропана.

11. Напишите уравнение сульфохлорирования:

а) пропана.

б) изобутана.

12. Напишите уравнение изомеризации н-пентана и назовите продукт по рациональной номенклатуре:

а) с получением алкана, содержащего один третичный атом.

б) с получением алкана, содержащего один четвертичный атом.

13. Напишите уравнение реакции Коновалова, в которую вступает:

а) метил-этил-метан.

б) диметил-метан.

Укажите условия протекания данной реакции.

14. Напишите уравнение крекинга октана, если:

а) в результате крекинга образуются вещества нелинейного строения с одинаковым числом атомов углерода.

б) в результате крекинга образуются вещества с числом атомов углерода, относящиеся друг к другу, как 1: 3. Непредельный углеводород содержит третичный атом углерода.

15. Рассчитайте относительную плотность газовой смеси по водороду, которая образовалась после горения алкана в кислороде и конденсации воды условия проведения реакции считать нормальными:

а) смесь 2 л этана с 8 л кислорода.

б) смесь 15 л пропана с 50 л кислорода.

Задание № 1.

«Алканы. Изомерия. Номенклатура».

1. Напишите: а) эмпирические формулы метана, этана, пропана; б) структурные и упрощенные структурные формулы тех же углеводородов; в) их структурные формулы, изображая ковалентные связи парами электронов.

Напишите упрощенные структурные и электронные формулы радикалов метила, этила. Поясните, как радикалы отличаются от соответствующих углеводородов по количеству электронов.

2. Напишите упрощенные структурные формулы: а) пропана, б) бутана, в) изобутана. Выведите упрощенные структурные формулы соответствующих этим углеводородам одновалентных радикалов (алкилов) и назовите радикалы.

3.Напишите упрощенные структурные формулы всех изомерных пентанов. Назовите каждый изомер по заместительной и по рациональной номенклатурам. Подчеркните в формулах первичные, вторичные, третичные и четвертичные атомы углерода, соответственно, одной, двумя, тремя, четырьмя черточками. Напишите упрощенные структурные формулы одновалентных радикалов - С₅Н₁₁.

4. Напишите упрощенные структурные формулы изомеров С6Н14: а) нормального строения, б) с двумя третичными атомами углерода, в) с четвертичным атомом углерода, г) два изомера с одним третичным атомом углерода. Назовите каждый изомер по заместительной и рациональной номенклатуре.

5. Напишите формулы нижеследующих углеводородов и дайте каждому название по рациональной номенклатуре: а) 2,2 – диметил-гексан, б) 2,3-диметил- 3-этил-гексан; в) 2,3,4,-триметил-пентан; г) 2,5-диметил-3,3-диэтил-гексан; д) 2,2,3,4-тетраметил-гексан; е) 2,4,4,5-тетраметил-гептан.

6. Напишите формулы нижеследующих углеводородов и дайте каждому название по заместительной номенклатуре: а) тетраметил-метан; б) метил-диэтил-изопропил-метан; в) диметил-пропил-изопропил-метан; г) диметил-дибутил-метан; д) диэтил-диизобутил-метан; е) димети-ди-втор-бутил-метан; ж) метил-этил-изобутил-трет-изобутил-метан.

7. Напишите структурные формулы всех предельных углеводородов с пятью атомами углерода в главной цепи, плотность паров которых по водороду равна 50. Назовите их по систематической номенклатуре.

8. Вычислите элементарный состав (в % по массе) предельных углеводородов, плотность паров которых по водороду равна 36.

9. Напишите все изомеры состава С₈Н₁₈, С₄Н₇Вr.

10. Напишите структурные формулы всех возможных изомерных радикалов: С₂Н₅—, С₃Н₇—, С₄Н₉— и назовите их.

Задание № 2.

«Алканы. Химические свойства. Получение алканов».

1. Напишите схему реакций последовательного бромирования метана. Укажите условия, при которых возможны такие реакции. Назовите все бромопроизводные, которые могут образоваться. Напишите цепной свободно-радикальный механизм этих реакций.

2. Какие хлорпроизводные могут быть получены замещением одного атома водорода на хлор: а) в пропане, б) в бутане, в) в изобутане, г) в 2-метилбутане. Напишите схемы реакций хлорирования. Укажите условия проведения данных реакций. Назовите образующиеся монохлорпроизводные.

3. Напишите схемы реакций, протекающих при действии азотной кислоты (реакция М. И. Коновалова) на предельные углеводороды: а) бутан, б) изобутан, в) пентан, г) 2-метилбутан. Укажите условия и преимущественное течение реакций. Назовите образующиеся нитросоединения.

4. Напишите схемы реакций окисления углеводорода С₂₁Н₄₄ нормального строения: а) избытком кислорода (реакция горения), б) недостатком кислорода – для получения карбоновых кислот (одну из возможных реакций).

5. Напишите реакции дегидрирования: а) этана, б) изобутана, в) бутана, г) 2-метилбутана.

6. Какие углеводороды можно получить при действии металлического натрия на галогенпроизводные (синтез Вюрца): а) бромистый втор-пропил, б) 2-иод-2-метилпропан, в) иодистый изобутил, г) 2-бромбутан? Напишите схемы реакций и назовите образующиеся углеводороды.

7. Из каких бромпроизводных могут быть получены по реакции Вюрца углеводороды: а) 4,5-диметилоктан, б) 2,3,4,5-тетраметилгексан, в) 3,3,4,4-тетраметилгексан, г) октан.

8. Какие наиболее простые галогеналкилы могут быть взяты для получения по реакции Вюрца следующих углеводородов: а) 2,2,4-триметилпентан, б) 2-метилбутан, в) 2,2,4-триметилпентан, г) 2,4-диметилгексан. Напишите в каждом случае основную (целевую) и побочные реакции. Назовите исходные галогеналкилы и углеводороды, образующиеся в результате побочных реакций.

9. Смесь объемом 700 мл, содержащая пропан и кислород, подожгли. После сгорания всего углеводорода и конденсации паров объем смеси сократился до 400 мл (объемы измерялись при одинаковых условиях). Вычислите объемные доли газов в исходной и конечных смесях.

10. При прокаливании смеси массой 41 г, состоящей из ацетата натрия и избытка гидроксида натрия, выделился газ, прореагировавший при освещении с хлором. В результате последней реакции образовалось 11,95 г трихлорметана. Выход трихлорметана составил 60% от теоретического. Найдите массовые доли веществ в исходной смеси.

11. Имеется смесь пропана и кислорода объемом 28%. Объемная доля пропана в смеси 20%.Вычислите массовые доли веществ в указанной смеси после ее сжигания и охлаждения.

Задание №3

«Алканы».

(для подготовки к зачету)

1. В веществе А содержится 83,33% углерода по массе и водород. Установите возможные структурные формулы А.

2. Углерод имеет элементарный состав: 82,76% углерода и 17,24% водорода по массе. При монохлорировании (радикальном) углеводород образует два изомерных алкилхлорида – первичный и третичный. Определите строение исходного углеводорода.

3. Два насыщенных углеводорода имеют одинаковый элементарный состав: 85,714% углерода и 14,286% водорода по массе. Плотности паров искомых углеводородов по неону равны 2,8 и 3,5. Определите молекулярные формулы углеводородов, приведите структурные формулы двух из изомеров и назовите каждый из изомеров по международной номенклатуре.

4. При сплавлении 28,8 г натриевой соли предельной монокарбоновой кислоты с избытком гидроксида натрия выделилось4,63 л газа, что составляет 79% от теоретического выхода. Определите, какой выделился газ.

5. Оксид углерода (1У), образующийся при полном сгорании 0,1 моль предельного углеводорода, дает 60 г осадка при пропускании его в избыток известковой воды. Определите молекулярную формулу и строение предельного углеводорода, если известно, что он содержит один четвертичный атом углерода.

6. При прокаливании смеси массой 41 г, состоящей из ацетата натрия и избытка гидроксида натрия, выделился газ, прореагировавший при освещении с хлором. В результате последней реакции образовалось 11,95 г трихлорметана. Выход трихлорметана составил 60% от теоретически возможного. Найдите массовые доли веществ в исходной смеси.

7. Продукты полного сгорания (в избытке кислорода) 6,72 л смеси этана и пропана обработали избытком известковой воды. При этом образовалось 80 г осадка. Определите состав (в литрах) исходной смеси газов.

8. Предложите схему получения 2-метилбутана из неорганических соединений.

9. Для нейтрализации хлороводорода, образовавшегося при радикальном хлорировании 112 мл газообразного предельного углеводорода, потребовалось 7,26 мл 10%-ного раствора гидроксида натрия (плотность 1,1 г/мл). Определите, сколько атомов водорода заместилось хлором.

10. Какие два вещества вступили в реакцию, и при каких условиях, если в результате образовались следующие вещества (указаны все продукты реакции без коэффициентов):

1) СН₃-СНBr-СН₃ + НBr;

2) CH₃-CH₂-NO₂ + H₂O

3) K₂CO₃ + C₂H₆

Задание № 4.

«Алканы»

(для подготовки к зачету)

1. Какие углеводороды могут образоваться при изомеризации н-гексана? Приведите схемы процессов.

2. Напишите формулу 2,4-диметил-3,3-диэтилпентана. Приведите формулу его изомера, имеющего в качестве заместителя в основной цепи только один радикал с максимально возможными атомами углерода.

3. Напишите формулу 3,3-диметилгептана. Приведите формулу гомолога этого алкана, имеющего на один атом углерода меньше и семь первичных атомов углерода.

4. Напишите формулу 3,3-диметилгексана. Приведите формулу гомолога этого алкана, имеющего на один атом углерода больше и не содержащего вторичных атомов углерода.

5. Из перечисленных соединений выберите пару изомеров и напишите их структурные формулы: 2,3,3-триметилпентан, диэтилпентан, 2,5диметил-3,4-диэтилгексан, 2,5-диметил-3,4диэтилгексан, 2-метилдиэтилпентан, 3,3,4-триметилгексан. Дайте названия углеводородов по тривиальной номенклатуре.

6. В молекуле алкана имеются только первичные и третичные атомы углерода. Первичных атомов в два раза больше третичных. Напишите формулу такого алкана.

7. В молекуле одного из алканов находится 34 электрона. Составьте структурные формулы его изомеров.

8. Приведите четыре формулы простых газообразных при нормальных условиях веществ, которые будут тяжелее второго члена гомологического ряда алканов, но легче четвертого члена того же ряда.

9. Исходя из бромметана, получите этилен без использования других органических веществ. Напишите уравнения реакций и укажите условия их протекания.

10. При хлорировании смеси двух изомерных пентанов было выделено всего четыре разных моногалогеналкана. Какие изомеры пентана подвергли хлорированию?

11. Хлорэтан прохлорировали. Среди органических веществ, находящихся в реакционной смеси, оказались только изомерные дихлорэтаны и трихлорэтаны. Их общая масса равна 50 г, причем суммарная масса дихлорэтанов в этой смеси на 10 г больше суммарной массы трихлорэтанов. Вычислите объем хлора, вступившего в реакцию.

12. При бромировании 1-бромпропана была выделена смесь изомерных дибромпропанов и трибромпропанов общей массой 10 г (считать, что другие бромпроизводные не образовались). Массовая доля брома в выделенной смеси бромпроизводных равна 82 %. Вычислите массу галогеналкана, вступившего в реакцию.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: