М. Рябов - Сборник основных формул по химии для ВУЗов

1. Получение из дигалогенопроизводных углеводородов

2. Получение из ароматичесих углеводородов

Химические свойства циклоалканов зависят от размера цикла, определяющего его устойчивость. Трех– и четырехчленные циклы (малые циклы), являясь насыщенными, резко отличаются от всех остальных предельных углеводородов. Циклопропан, циклобутан вступают в реакции присоединения. Для циклоалканов (С5 и выше) вследствие их устойчивости характерны реакции, в которых сохраняется циклическая структура, т. е. реакции замещения.

1. Действие галогенов

2. Действие галогеноводородов

С циклоалканами, содержащими пять и более атомов углерода в цикле, галогеново-дороды не взаимодействуют.

3.

4. Дегидрирование

3. Алкены

Алкены (непредельные углеводороды, этиленовые углеводороды, олефины) – непредельные алифатические углеводороды, молекулы которых содержат двойную связь. Общая формула ряда алкенов СnН2n.

По систематической номенклатуре названия алкенов производят от названий соответствующих алканов (с тем же числом атомов углерода) путем замены суффикса – ан на – ен: этан (CH3—CH3) – этен (CH2=CH2) и т. д. Главная цепь выбирается таким образом, чтобы она обязательно включала в себя двойную связь. Нумерацию углеродных атомов начинают с ближнего к двойной связи конца цепи.

В молекуле алкена ненасыщенные атомы углерода находятся в sp2-гибридизации, а двойная связь между ними образована σ– и π-связью. sp2-Гибридные орбитали направлены друг к другу под углом 120°, и одна негибридизованная 2р-орбиталь, расположена под углом 90° к плоскости гибридных атомных орбиталей.

Пространственное строение этилена:

Длина связи С=С 0,134 нм, энергия связи С=С Ес=с = 611 кДж/моль, энергия π-связи Еπ = 260 кДж/моль.

Виды изомерии: а) изомерия цепи; б) изомерия положения двойной связи; в) Z, Е (cis, trans) – изомерия, вид пространственной изомерии.

1. CH3—CH3 →Ni, t→ CH2=CH2 + H2 (дегидрирование алканов)

2. С2Н5OH →H,SO4, 170 °C→ CH2=CH2 + Н2O (дегидратация спиртов)

3. (дегидрогалогенирование алкилгалогенидов по правилу Зайцева)

4. CH2Cl—CH2Cl + Zn → ZnCl2 + CH2=CH2 (дегалогенирование дигалогенопроизводных)

5. HC≡CH + Н2 →Ni, t→ CH2=CH2 (восстановление алкинов)

Для алкенов наиболее характерны реакции присоединения, они легко окисляются и полимеризуются.

1. CH2=CH2 + Br2 → CH2Br—CH2Br

(присоединение галогенов, качественная реакция)

2. (присоединение галогеноводородов по правилу Марковникова)

3. CH2=CH2 + Н2 →Ni, t→ CH3—CH3 (гидрирование)

4. CH2=CH2 + Н2O →H+→ CH3CH2OH (гидратация)

5. ЗCH2=CH2 + 2КMnO4 + 4Н2O → ЗCH2OH—CH2OH + 2MnO2↓ + 2KOH (мягкое окисление, качественная реакция)

6. CH2=CH—CH2—CH3 + КMnO4 →H+→ CO2 + С2Н5COOH (жесткое окисление)

7. CH2=CH—CH2—CH3 + O3 → Н2С=O + CH3CH2CH=O формальдегид+пропаналь → (озонолиз)

8. С2Н4 + 3O2 → 2CO2 + 2Н2O (реакция горения)

9. (полимеризация)

10. CH3—CH=CH2 + HBr →перекись→ CH3—CH2—CH2Br (присоединение бро-моводорода против правила Марковникова)

11. (реакция замещения в α-положение)

4. Алкины

Алкины (ацетиленовые углеводороды) – ненасыщенные углеводороды, имеющие в своем составе тройную С≡С связь. Общая формула алкинов с одной тройной связью СnН2n-2. Простейший представитель ряда алкинов CH≡CH имеет тривиальное название ацетилен. По систематической номенклатуре названия ацетиленовых углеводородов производят от названий соответствующих алканов (с тем же числом атомов углерода) путем замены суффикса –ан на -ин: этан (CH3—CH3) – этин (CH≡CH) и т. д. Главная цепь выбирается таким образом, чтобы она обязательно включала в себя тройную связь. Нумерацию углеродных атомов начинают с ближнего к тройной связи конца цепи.

В образовании тройной связи участвуют атомы углерода в sp-гибридизованном состоянии. Каждый из них имеет по две sp-гибридных орбитали, направленных друг к другу под углом 180°, и две негибридных p-орбитали, расположенных под углом 90° по отношению друг к другу и к sp-гибридным орбиталям.

Пространственное строение ацетилена:

Виды изомерии: 1) изомерия положения тройной связи; 2) изомерия углеродного скелета; 3) межклассовая изомерия с алкадиенами и циклоалкенами.

1. СаО + ЗС →t→ СаС2 + CO;

СаС2 + 2Н2O → Са(OH)2 + CH≡CH (получение ацетилена)

2. 2CH4 →t>1500 °C→ HC = CH + ЗН2 (крекинг углеводородов)

3. CH3—CHCl2 + 2KOH →в спирте → HC≡CH + 2KCl + Н2O (дегалогенирова-ние)

CH2Cl—CH2Cl + 2KOH →в спирте → HC≡CH + 2KCl + Н2O

Для алкинов характерны реакции присоединения, замещения. Алкины полиме-ризуются, изомеризуются, вступают в реакции конденсации.

1. (гидрирование)

2. HC≡CH + Br2 → CHBr=CHBr;

CHBr=CHBr + Br2 → CHBr2—CHBr2 (присоединение галогенов, качественная реакция)

3. CH3—С≡CH + HBr → CH3—CBr=CH2;

CH3—CBr=CH2 + HBr → CH3—CBr2—CHg (присоединение галогеноводородов по правилу Марковникова)

4. (гидратация алинов, реация Кучерова)

5.(присоединение спиртов)

6.(присоединение карбоновых ислот)

7. CH≡CH + 2Ag2O →NH3→ AgC≡CAg↓ + H2O (образование ацетиленидов, качественная реакция на концевую тройную связь)

8. CH≡CH + [О] →КMnO4→ HOOC—COOH → HCOOH + CO2 (окисление)

9. CH≡CH + CH≡CH → CH2=CH—С≡CH (катализатор – CuCl и NH4Cl, димеризация)

10. 3HC≡CH →C, 600 °C→ С6Н6 (бензол) (циклоолигомеризация, реакция Зелинского)

5. Диеновые углеводороды

Алкадиены (диены) – непредельные углеводороды, молекулы которых содержат две двойные связи. Общая формула алкадиенов СnН2n_2. Свойства алкадиенов в значительной степени зависят от взаимного расположения двойных связей в их молекулах.

1. (метод СВ. Лебедева)

2. (дегидратация)

3. (дегидрирование)

Для сопряженных диенов характерны реакции присоединения. Сопряженные диены способны присоединять не только по двойным связям (к C1 и С2, С3 и С4), но и к концевым (С1 и С4) атомам углерода с образованием двойной связи между С2 и С3.

6. Ароматические углеводороды

Арены, или ароматические углеводороды, – циклические соединения, молекулы которых содержат устойчивые циклические группы атомов с замкнутой системой сопряженных связей, объединяемые понятием ароматичности, которая обуславливает общие признаки в строении и химических свойствах.

Все связи С—С в бензоле равноценны, их длина равна 0,140 нм. Это означает, что в молекуле бензола между углеродными атомами нет чисто простых и двойных связей (как в формуле, предложенной в 1865 г. немецким химиком Ф. Кекуле), а все они выровнены (дел окал изованы).

Гомологи бензола – соединения, образованные заменой одного или нескольких атомов водорода в молекуле бензола на углеводородные радикалы (R): С6Н5—R, R—С6Н4—R. Общая формула гомологического ряда бензола СnН2n_6 (n > 6). Для названия ароматических углеводородов широко используются тривиальные названия (толуол, ксилол, кумол и т. п.). Систематические названия строят из названия углеводородного радикала (приставка) и слова «бензол» (корень): С6Н5—CH3 (метилбензол), С6Н5—С2Н5 (этилбензол). Если радикалов два или более, их положение указывается номерами атомов углерода в кольце, с которыми они связаны. Для дизамещен-ных бензолов R—С6Н4—R используется также и другой способ построения названий, при котором положение заместителей указывают перед тривиальным названием соединения приставками: орто– (o-) – заместители соседних атомов углерода кольца (1,2-); мета– (м-) – заместители через один атом углерода (1,3-); пара– (п-) – заместители на противоположных сторонах кольца (1,4-).