Шпаргалка по "Химии"

практически всегда соблюдается Правило Хюккеля: ароматичной  может быть лишь система, содержащая (в кольце) 4n+2 электронов (где n = 0, 1, 2, …). Система, содержащая 4n электронов является антиароматичной (в упрощенном понимании это обозначает избыток энергии в молекуле, неравенство длин связей, низкая стабильность — склонность к реакциям присоединения). В то же время, в случае пери-сочленения (есть атом(ы), принадлежащий(е) одновременно 3 циклам, то есть возле него нет атомов водорода или заместителей), общее число пи-электронов не соответствует правилу Хюккеля (фенален, пирен, коронен). Также предсказывается, что если удастся синтезировать молекулы в форме ленты Мёбиуса (кольцо достаточно большого размера, дабы закручивание в каждой паре атомных орбиталей было мало), то для таких молекул система из 4n электронов будет ароматичной, а из 4n+2 электронов — антиароматичной.

17. Номенклатура, изомерия и способы получения аренов.

Гомологический ряд  бензола имеет общую формулу  СnН2n-6. Гомологи можно рассматривать  как производные бензола, в котором  один или несколько атомов водорода замещены различными углеводородными  радикалами. Например, С6Н5-СН3 - метилбензол  или толуол, С6Н4(СН3)2 - диметилбензол или ксилол, С6Н5—С2Н5 - этилбензол и т.д.

Так как в бензоле  все углеродные атомы равноценны, то у первого его гомолога - толуола - изомеры отсутствуют. У второго  гомолога - диметилбензола - имеются три изомера, отличающиеся взаимным расположением метильных групп (заместителей). Это орто- (сокращенно о-), или 1,2-изомер, в нем заместители находятся у соседних атомов углерода. Если заместители разделены одним атомом углерода, то это мета- (сокращенно м-) или 1,3-изомер, а если они разделены двумя атомами углерода, то это пара- (сокращенно п-) или 1,4-изомер. В названиях заместители обозначаются буквами (о-, м-, п-) или цифрами.

Получение. Бензол и  его гомологи в больших количествах  получают из нефти и каменноугольной  смолы, образующейся при сухой перегонке  каменного угля (коксовании). Сухая  перегонка производится на коксохимических  и газовых заводах.

Реакция превращения  циклогексана в бензол (дегидрогенизация или дегидрирование) протекает при  пропускании его над катализатором (платиновой чернью) при 300°С. Предельные углеводороды реакцией дегидрогенизации также можно превращать в ароматические. Например:

Реакции дегидрирования позволяют использовать углеводороды нефти для получения углеводородов  ряда бензола. Они указывают на связь  между различными группами углеводородов  и на взаимное превращение их друг в друга.

По способу Н.Д. Зелинского и Б.А. Казанского бензол можно получить, пропуская ацетилен через нагретую до 600° С трубку с активированным углем. Весь процесс полимеризации трех молекул ацетилена можно изобразить схемой

18. Химические свойства аренов. Механизм электрофильного замещения в ароматическом кольце.

По химическим свойствам  бензол и другие ароматические углеводороды отличаются от предельных и непредельных углеводородов. Наиболее характерны для  них реакции замещения атомов водорода бензольного ядра. Они протекают легче, чем у предельных углеводородов. Таким путем получают множество органических соединений. Так, при взаимодействии бензола с бромом (в присутствии катализатора FеВr2) атом водорода замещается атомом брома:

Бромбензол - бесцветная жидкость, нерастворимая в воде.

При другом катализаторе можно все атомы водорода в  бензоле заместить на галоген. Это  происходит, например, при пропускании  в бензол хлора в присутствии  хлорида алюминия:

Гексахлорбензол - бесцветное кристаллическое вещество, применяемое для протравливания семян и консервирования древесины.

Если на бензол действовать  смесью концентрированных азотной  и серной кислот (нитрующей смесью), то атом водорода замещается нитрогруппой — NО2:

Это реакция нитрования бензола. Нитробензол - бледно-желтая маслянистая  жидкость с запахом горького миндаля, нерастворима в воде, применяется  в качестве растворителя, а также  для получения анилина.

В молекуле бензола  можно заместить атом водорода на алкильный радикал действием  галогенопроизводных углеводородов  в присутствии хлорида алюминия:

Реакции присоединения  к бензолу протекают с большим  трудом. Для их протекания необходимы особые условия: повышение температуры  и давления, подбор катализатора, световое облучение и др. Так, в присутствии катализатора - никеля или плати­ны - бензол гидрируется, т.е. присоединяет водород, образуя циклогексан:

Циклогексан – бесцветная летучая жидкость с запахом бензина, в воде нерастворим.

При ультрафиолетовом облучении бензол присоединяет хлор:

Гексахлорциклогексан, или гексахлоран, - кристаллическое  вещество, применяется как сильное  средство для уничтожения насекомых.

Бензол не присоединяет галогеноводороды и воду. Он очень  устойчив к окислителям. В отличие  от непредельных углеводородов он не обесцвечивает бромную воду и  раствор KMnO4. В обычных условиях бензольное кольцо не разрушается и при действии многих других окислителей. Однако гомологи бензола подвергаются окислению  легче предельных углеводородов. При  этом окислению подвергаются лишь радикалы, связанные с бензольным кольцом:

Таким образом, ароматические  углеводороды могут вступать как  в реакции замещения, так и  в реакции присоединения, однако условия этих превращений значительно  отличаются от аналогичных превращений  предельных и непредельных углеводородов.

19. Влияние заместителей в бензольном кольце на его реакционную способность и на ориентацию входящего электрофила.

Заместители подразделяют на две группы в зависимости от проявляемого ими эффекта (мезомерного  или индуктивного): электронодонорные  и электроноакцепторные.

Заместители, обладающие +I-эффектом или +M-эффектом, способствуют электрофильному замещению в  орто- и пара-положения бензольного  кольца и называются заместителями (орнентаптами) первого рода.

-СН3       -ОН       -NH2       -CI (-F,-Вr,-I)

 +I        +M,-I       +M,-I       +М,-I         

Заместители, обладающие -I-эффектом или - M-эффектом, направляют электрофильное замещение в мета-положения  бензольного кольца и называются заместителями (орнентаптами) второго  рода:

-S03H       -ССl3      -М02       -СООН      -СН=О

- М          -I           -М,-I          -М         -М

Например, толуол, содержащий заместитель  первого рода, нитруется  и бромируется в пара- и ортоположения. Нитробензол, содержащий заместитель второго рода, нитруется и бромируется в мета-положение.

Помимо ориентирующего действия, заместители оказывают  влияние и на реакционную способность  бензольного кольца: ориентанты 1-го рода (кроме галогенов) облегчают  вступление второго заместителя; ориентанты 2-го рода (и галогены) затрудняют его.

20. Номенклатура, изомерия, особенности строения галогенопроизводных.

Это органические молекулы, полученные путем замещения  в углеводородах одного или нескольких атомов водорода атомами галогенов.

Классификация по радикалу

1) галогенопроизводные  ароматических углеводородов

2) предельные галогенопроизводные  (CH3Cl  хлорметан)

3) непредельные  галогенопроизводные ( CH2=CHCl  хлорэтен)

Классификация по числу атомов галогенов

1) моногалогенопроизводные

а) первичные  CH3-CH2-Cl  хлорэтан

б) вторичные  CH3-CHCl-CH3  2-хлорпропан

2) полигалогенопроизводные  CHCl3  трихлорметан

Изомерия галогенопроизводных  зависит от строения углеродного  скелета и положений атома  галогена в цепи. Поэтому галогенопроизводные  имеют большее число изомеров, чем предельные углеводороды. Изомерия начинается с третьего члена ряда. Названия галогенопроизводных по систематической  номенклатуре строятся из названий соответствующих  им предельных углеводородов с добавлением  названия галогена с цифрой, указывающей  его положение в цепи. Простейшие галогенопроизводные называют по входящим в них радикалам:

CH3-Cl  хлорметан,  хлористый метил

CH3-CH2Cl  хлорэтан, хлористый  этил

CH3-CH2-CH2Cl  1-хлорпропан, хлористый пропил

21. Методы получения и практическое применение галогенопроизводных.

хлористый аллил  – бесцветная жидкость с t кипения 45°C. Получают высокотемпературным хлорированием  пропилена. Применяется как исходное вещество для получения аллилового спирта и глицерина.

Хлоропрен – получают присоединением хлористого водорода к  винилацетилену в присутствии комплексов CuCl2. Применяют для получения ценного  вида синтетического каучука, устойчивого  к истиранию, огню, трудно пропускающего  газы. Полимеризация хлоропрена и  вулканизация полученного каучука  происходят самопроизвольно под  влиянием кислорода  воздуха.

22. Химические свойства галогенопроизводных углеводородов.

1. образование алканов (реакция Вюрца)

2) образование циклопарафинов 

 

3) образование спиртов 

 

4) образование эфиров  азотной и азотистой кислот

 

 

5) образование алкенов

23. Номенклатура, классификация и строение спиртов.

Номенклатура

Складывается от предельных углеводородов с добавлением  –ол.

1) найти самую  длинную углеродную цепь, содержащую  гидроксильную группу.

2) пронумеровать  атомы углерода таким образом,  чтобы OH-группа имела наименьший  номер.

3) назвать алкан,  соответствующий длине углеродной  цепи, указав положение заместителей  цифрами.

4) Обозначить ОН-группу  окончанием –ол и указать цифрой  ее положение.

Изомерия

Первые два члена  гомологического ряда – метанол  и этанол – не имеют изомеров, относящихся к классу спиртов. Для  остальных спиртов возможно три  типа изомерии:

1)  углеродного  скелета

2)  положения функциональной  группы

3)  межклассовая  изомерия (спирты изомерны простым  эфирам)

Классификация

1. По строению радикала спирты делят на:

II. По количеству  гидроксильных групп спирты:

4) многоатомные: 6-тиатомный  спирт сорбит

III. По расположению  гидроксильных групп у одноатомных  спиртов

 У первичных  спиртов атом углерода при  гидроксильной группе связан  только с одним атомом углерода. У вторичных спиртов атом углерода  при OH-группе связан с двумя  атомами углерода. У третичных  спиртов атом углерода при  OH-группе связан с тремя атомами  углерода.

24. Методы синтеза спиртов.
1. Из природного сырья

а) гидролиз сложных  эфиров

б) спиртовое брожение

2) Лабораторные методы

 а) из галогенопроизводных

б) гидратация алкенов

в) восстановление альдегидов и кетонов

Первичные спирты получают из альдегидов

Вторичные спирты получают из кетонов

25. Химические  свойства спиртов.

Выделяют три группы свойств:

I. Реакции, идущие  с участием только водорода  гидроксильной группы

II. Реакции, обусловленные  свойствами самого гидроксила

III. Реакции, идущие  за счет радикала

IV. Реакции окисления,  в которых принимают участие  и гидроксил, и атомы водорода  в радикале

I.

1) Взаимодействие  с активными металлами