Алкены (олефины, этиленовые углеводороды)

C_nH_2n  между атомами  углерода одна двойная связь.

Номенклатура: ан ® «ен»  или  «илен»

Вид гибридизации атома углерода: sp²; валентный угол - 120°; λ(С=С) = 0,134 нм; строение: плоское;   

Изомерия: 1) углеродного скелета; 2) положения двойной связи; 3) межклассовая (циклоалканы); 4) пространственная

Ф. св-ва: С₂-С₄ газы, без цвета; С₅-С₁₈ –жидкости; С≥19 –твердые, все мало растворимы в воде

Х. св-ва: Активны из-за наличия непрочной π-связи

1) горение: C_nH_2n + 3n/2 O₂ ® nCO₂  + nH₂O + Q

2) термическое разложение: : C_nH_2n ® nC + nH₂

3) Реакции присоединения:                _Ni

Ø  Гидрирования: CH₂ = CH₂ + H₂ ® CH₃ – CH₃

Ø  Галогенирование:  CH₂ = CH₂ + Сl₂ ® CH₂Cl – CH₂Cl                                                                                                   (1,2-дихлорэтан)

Ø  Гидрогалогенирование:                                                     CH₂ = CH₂ + HСl ® CH₃ – CH₂Сl (хлорэтан)    

       CH₂=CH –CH₃ + HCl ® CH₃ – CHCl – CH₃ (2-хлорпропан)

Правило Марковникова: к несимм. алкенам водород присоединяется к более, а галоген к менее гидрированному атому углерода

Ø  Гидратация (присоединение воды)

                                                        H₃PO₄ 

                         CH₂ = CH₂ + HOH ® CH₃ – CH₂OH

                                                     (этиловый спирт, этанол)

Ø  Полимеризация: n(CH₂=CH₂) ®(…-CH₂ – CH₂-…)_n

                                                      Этилен               полиэтилен

               n(CH=CH₂) ® (… CH – CH₂-…)_n

                    |                            |

                 CH₃                       CH₃

     4) Дегидрирование (отщепление водорода)

                                         Cr₂O₃

                 CH₂=CH – CH₃ ® CHºC –CH₃ + H₂

                  пропен                            пропин

                                        Cr₂O₃

                 CH₂=CH – CH₃ ® CH₂= C=CH₂ + H₂

                  пропен                         пропадиен

 Способы получения:

1) Из алканов – дегидрирование: (Cr₂O₃ – катализатор)                                                                               CH₃ – CH₃ ® CH₂=CH₂ + H₂

2) Крекинг алканов с n>6  С₁₀H₂₂ ®  C₄H₈ + C₆H₁₄

3) Дегидратацией  спиртов (отщепление воды)

Порядок отщепления воды определяется правилом Зайцева: водород отщепляется от менее гидрированного атома углерода.

                   t°>140; H₂SO₄       

CH₃ – CH₂OH ® CH₂=CH₂ + H₂O                             

4) Из дигалогенпроизводных: CH₃ – CHBr – CH₂Br + Zn ®

CH₃ – CH =CH₂ + ZnBr₂

5) Из моногалогенпроизводных со спиртовым раствором щелочи: CH₃ – CH₂Cl + KOH (_спирт)® CH₂=CH₂ + KCl + H₂O

Алкины (ацетиленовые углеводороды)

C_nH_2n-2  между атомами  углерода одна тройная связь.

Номенклатура: ан ® «ин» 

Вид гибридизации атома углерода: sp; валентный угол - 180°; λ(С=С) = 0,12 нм; строение: линейное; 1 и 2 π связи

Изомерия: 1) углеродного скелета; 2) положения тройной связи; 3) межклассовая (алкадиены);

Ф. св-ва: С₂-С₄ газы, без цвета; С₅-С₁₆ –жидкости; С≥17 –твердые, все мало растворимы в воде

Х. св-ва: характерны реакции присоединения

 1) Горение (много С – пламя коптящее)

2C₂H₂ + 5O₂ ® 4CO₂ + 2H₂O + Q

2) Реакции присоединения: (катализатор:Ni)

Ø  Гидрирование в две стадии:

CHºCH + H₂ ® CH₂=CH₂ + H₂ ® CH₃ – CH₃

 aцетилен                     этилен                             этан

Ø  Галогенирование

CHºCH + Br₂ ® CHBr=CHBr + Br₂ ® CHBr₂ – CHBr₂

Ацетилен                  1,2-дибромэтен             1,1,2,2-тетрабромэтан     

Ø  Гидрогалогенирование (правило Марковникова)

CHºCH + HCl ® CH₂=CHCl + HCl ® CH₃ – CHCl₂

ацетилен                    винилхлорид                1,1-дихлорэтан

Ø  Гидратации – реакция Кучерова катализатор: (соль: Hg²⁺ в кислой среде H⁺)   

Ø  Гомологи алкинов дают кетоны:

                                 HgSO₄

CHºC – CH₃ + HOH ® CH₃ – C – CH₃  пропанон, ацетон

                                                 ||

                                                 O           

3) Тримеризация (для ацетилена)

                  t°, C (уголь)

3 CH º CH ® C₆H₆  (бензол – ароматический УВ)

4) Замещение водорода у атома углерода с концевой тройной связью:        NH₃

2CHºC –CH₃ + Ag₂O ® 2AgCºC – CH₃ + H₂O

(качественная реакция на тройную связь)

2CHºC –CH₃ + 2Na ® 2Na – C º C – CH₃ + H₂

(слабые кислотные св-ва)

5) окисление  

а) в кислой среде:

CHºCH +  KMnO₄ + H₂SO₄ ® HOOC –COOH + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O                                 щавелевая кислота

б) в щелочной или нейтральной:

CHºCH + 8KMnO₄ ® 3K₂C₂O₄ + 2KOH + 2H₂O + 8MnO₂

                                        оксалат калия

Предельные одноатомные спирты (алканолы)

C_nH_2n+1OH           или         R – OH  

Номенклатура: название углеводорода + ол: этан + ол = этанол

Изомерия: 1) углеродного скелета;  2) положения функциональной гидроксильной группы;  3) межклассовая изомерия – простые эфиры: C₂H₅OH этанол ; диметиловый эфир –межклассовый изомер CH₃ – O – CH₃

Физ. свойства: даже первый спирт – жидкость; C₁-C₁₁ - жидкости,  хорошо растворимы в воде, летучи, имеют запах, с C₁₂ – твердые, без запаха, не растворимы в воде,  между молекулами возможно образование водородных связей.

Химические свойства:

1) горение:  C_nH_2n+1OH  + 3n/2O₂ ® n CO₂ + (n+1)H₂O

2) реакции, идущие с участием водорода в гидроксильной группе:

Ø  С активными металлами:                                                                 2R-OH + 2Na ® H₂­ + 2R – O – Na                                                                                                           (соли – алкоголяты)

Ø  С органическими  кислотами (этерификации) CH₃COOH + HOCH₃ ® CH₃COOCH₃ + H₂O

                                                      (сложный эфир: метилацетат)  

3) Отщепление ОН-группы (с галогеноводородами)

Ø  R – OH + HBr ® R – Br + H₂O

                C₂H₅OH + HBr ® C₂H₅Br + H₂O

4) реакции с участием группы «ОН»

Ø  Окисление:

ü  Первичные спирты окисляются в альдегиды:    

 C₂H₅OH + CuO ® CH₃ – COH(альдегид)  + Cu + H₂O

ü  Вторичные спирты окисляются в кетоны

CH₃ – CH(OH) – CH₃ + CuO ® CH₃ – C – CH₃ + Cu + H₂O

                                                                 || ацетон (пропанон)

                                                                 O         

ü  Третичные спирты не окисляются

Ø  Реакции дегидратации (отщепление воды)

ü  Внутримолекулярная дегидратация дает алкены                t°>140 H₂SO₄

            C₂H₅OH ® CH₂ = CH₂ + H₂O

ü  Межмолекулярная – простые эфиры

                       t°<140 H₂SO₄

C₂H₅OH + HOC₂H₅ ® C₂H₅ – O – C₂H₅(диэтиловый эфир) + H₂O

Получение спиртов:

1) Гидратация алкенов: CH₂=CH₂ +HOH ® CH₃ –CH₂OH

2) щелочной гидролиз галогеналканов

C₂H₅Cl + KOH (водный)® C₂H₅OH + KCl

3) восстановление альдегидов: CH₃COH + H₂ ® C₂H₅OH

4) брожение глюкозы: C₆H₁₂O₆ ® 2CO₂ + 2C₂H₅OH

5) Из синтез-газа для метанола: CO + 2H₂ ® CH₃OH

Алканы (предельные,насыщенные углеводороды, парафины)

C_nH_2n+2  между атомами  углерода одинарная (d-связь)

Номенклатура: суффикс: «ан»

Вид гибридизации атома углерода: sp³; валентный угол - 109°28¢; λ(С=С) = 0,154 нм; строение: пространственное; тетраэдрическое  

Изомерия: 1) углеродного скелета;

Ф. св-ва: С₁-С₄ газы, без цвета; С₅-С₁₈ –жидкости; С≥19 –твердые, все мало растворимы в воде

Х. св-ва: Малоактивны из-за прочной d-связи

1) горение: C_nH_2n+2 + 3n+1/2 O₂ ® nCO₂  + (n+1)H₂O + Q

2) термическое разложение: C_nH_2n+2 ® nC + (n+1)H₂

3) крекинг: разложение алканов с большей массой на алкан и алкен с меньшей массой (n>6)   _t°

                                               С₆H₁₄ ® C₄H₁₀ + CH₂=CH₂                        

                                        гексан        бутан  этен

4) Изомеризации: получения изомеров:

                              AlCl₃

CH₃ – (CH₂)₄ – CH₃ ®   CH₃ – CH – CH – CH₃

    гексан                                   |           |

                                                CH₃    CH₃  

5) Реакции замещения - галогенирования идет по стадиям                                             по радикальному механизму (водород замещается на галоген)                                       Cl 

                                      hn           |

CH₃ – CH – CH₃ + Cl₂  ® CH₃ – C – CH₃  + HCl

            |                                        |

          CH₃                                    CH₃     

                2-метилпропан           2-хлор-2-метилпропан 

6) Реакции замещения - нитрования идет по стадиям                                             по радикальному механизму (водород замещается на нитрогруппу)  - реакция Коновалова

                                                             NO₂ 

                                            H₂SO₄          |

CH₃ – CH – CH₃ + HO-NO₂  ® CH₃ – C – CH₃  + H₂O

            |                                                 |

          CH₃                                          CH₃     

                2-метилпропан           2-нитро -2-метилпропан 

7) Реакции дегидрирования: алкан может превратиться в алкен (алкин, алкадиен)

                            Cr₂O₃

CH₃ – CH₂ – CH₃ ® CH₂ = CH – CH₃ + H₂

                                 CH º C – CH₃ + 2H₂

                                 CH₂=C=CH₂ + 2H₂

Способы получения:

1) Лабораторный:  декарбоксилирование         

CH₃COONa + NaOH ® CH₄ + Na₂CO₃

Ацетат натрия                       метан

2) Гидролиз карбида алюминия

Al₄C₃ +12H₂O ® 4Al(OH)₃ + 3CH₄

3) Реакция, ведущая к удлинению  У-В цепи – реакция Вюрца

2CH₃Cl + 2Na ®    C₂H₆ + NaCl

4) Электролиз по Кольбе:

2CH₃COONa + 2H₂O ® C₂H₆ + 2NaOH + H₂ + 2CO₂

5) Гидрирование непредельных У-В (алкенов, алкинов, алкадиенов)

Альдегиды и кетоны

C_nH_2nО           или        

                                 Альдегид                  Кетон           

Номенклатура: название углеводорода + «аль»: этан + аль = этаналь;  для кетонов: название углеводорода + он:                       пропан + «он» = пропанон

Изомерия: 1) углеродного скелета;  2) межклассовая изомерия: альдегиды « кетоны; *3) для кетонов возможна  изомерия положения функциональной группы

Вид гибридизации атома углерода в карбонильной группе: sp²; валентный угол - 120°;

Ф. св-ва: Метаналь – газ, этаналь -  летучая жидкость, последующие члены – жидкости, высшие гомологи – твердые вещества. Первые члены гомологического ряда хорошо растворимы в воде. Ацетон – бесцветная жидкость с характерным запахом, смешивается с водой в любых соотношениях, является хорошим растворителем

Химические  свойства:

1) реакции восстановления - присоединения (взаимодействие с водородом)

Альдегиды превращаются в первичные спирты

Кетоны превращаются во вторичные спирты

2) Окисление альдегидов в карбоновые кислоты

3) Реакции замещения в радикале

Общие  способы получение альдегидов и кетонов:

Ø  Окисление первичных и вторичных спиртов

Ø  Гидратация алкинов

Ø  Получение метаналя: каталитическое окисление метана:     N₂O₅

                          CH₄  ® CH₂O + H₂O

Ø  Получение этаналя: окисление этилена:

2CH₂=CH₂ ® 2CH₃ – CHO (катализатор: CuCl₂  или PdCl₂)

Ø  Из алкенов:

оксосинтез: алкен + СО(угарный газ) + Н₂ ® альдегид

CH₂ =CH₂ + CO + H₂ ® CH₃ – CH₂ – CHO

Ø  Щелочной гидролиз дигалогензамещенных алканов:

 CH₃ – CHCl₂ + 2NaOH ® CH₃ – CHO + H₂O + 2NaCl