Электронные учебники

Методическое пособие по органической химии. Подготовка к ЕГЭ.

(Составила Кочулева Л.Р. – учитель химии высшей квалификационной категории МОУ «СОШ №73» г. Оренбурга)

Содержание                                                                       стр

1. Изомерия и номенклатура органических соединений……………………2
2. Взаимное влияние атомов в молекулах органических соединений……..9
3. Функциональный анализ органических соединений………………………14
4. Механизмы органических реакций………………………………………….17
5. Окислительно-восстановительные реакции с участием

органических веществ………………………………………………………  20

1. Осуществление превращений по схеме……………………………………27
2. Решение задач на вывод формул органических соединений……………... 31
3. Список источников и литературы…………………………………………...34

1. Изомерия и номенклатура органических соединений.

Изомерия – явление существования соединений, одинаковых по составу, но разных по строению и свойствам. Различают структурную и пространственную изомерию.

Причиной структурной изомерии является различный порядок соединения атомов в молекулах. Она включает:

~ изомерию, определяемую характером углеродного скелета

СН3 – СН2 – СН2 – СН3           СН3 – СН – СН3         

                                                              |

    н-бутан                                            СН3   2-метилпропан

         ~ изомерию, определяемую положением кратных связей

           СН2 = СН – СН2 – СН3        СН3 – СН = СН2– СН3  

                  бутен-1                               бутен-2

         ~ изомерию, определяемую положением функциональных групп

           СН3 – СН2 – СН2 –ОН        СН3 – СН – СН3         

                                                                    |

                 пропанол-1                              ОН  

                                                               пропанол-2

~  изомерию, определяемую принадлежностью веществ к разным классам

              СН2 = СН – СН2 – СН3           СН2 – СН2 

                                                                |           |    

                                                               СН2 – СН2   

                   бутен-1                              циклобутан

              СН3 – СН2 – СН2 –О           СН3 – СН2 – О – СН3

                   пропанол-1                       метоксиэтан (метилэтиловый эфир)            

         ~  изомерию взаимного расположения заместителей

                   СН3                     СH3                           СН3

                    СН3               

                                  СН3        

                                                                         CH3

                о-ксилол          м-ксилол                   п-ксилол            

         ~  метамерию

          СН3 – СН2 – СН2 – СОО– СН3                  СН3 – СН2 – СОО – СН2 – СН3

             метилбутаноат                                    этилпропаноат

          СН3 – СН2 – СН2 –NН2        СН3 – СН2 – NH – СН3

             пропиламин                        метилэтиламин        

 ~  таутомерию

          СН3 – С – СН3    ↔    СН3 – С = СН2         

                     | |                                  |

                     О                                  ОН

           пропанон-2                 пропенон-2

 Пространственная изомерия является следствием различий во взаимном расположении отдельных фрагментов молекул,  имеющих одинаковое химическое строение. Она делится на два вида: геометрическую и оптическую.

Геометрическая изомерия определяется различным положением групп атомов относительно кратной связи или цикла.

В молекулах цис-изомеров группировки атомов расположены по одну сторону двойной связи или цикла, а в транс-изомерах – по разные.  

Н3С           СН3        Н3С           Н

      \         /                                        \         /      

       С = С                                          С = С  

       /        \                                         /        \

     Н         Н                                    Н         СН3   

цис-Бутен-2                                 транс-Бутен-2

В оптической изомерии различные фрагменты молекул располагаются по-разному относительно некоторого атома. Такое расположение называется конфигурацией.

          СООН                СООН

|                                                  |

С – Н                                  H – С  

/ \                                               / \

     Н3С  NH2                                 Н2N   CH3

Данные молекулы относятся друг к другу как две руки – левая и правая, то есть являются антиподами. Условием существования антиподов является наличие в молекуле асимметрического атома углерода (хирального центра).

Номенклатура – совокупность правил составления названий химических веществ, классов, групп и др.

         Главное место в органической химии занимает международная систематическая номенклатура, разрабатываемая комиссией Международного союза теоретической и прикладной химии (ИЮПАК).

Название органического соединения отражает особенности его строения.

У соединений жирного ряда корень слова обозначает число углеродных атомов главной цепи. Главной считают самую длинную и непрерывную цепь атомов углерода, имеющую наибольшее число заместителей или связанную со старшей функциональной группой:

С                                  -мет

С – С                            -эт

С – С – С                     -проп

С – С – С – С               -бут

С – С – С – С – С        -пент и далее корни греческих числительных.

Обозначения боковых заместителей вводят в виде приставок в алфавитном порядке. В названиях радикалов к обозначению числа углеродных атомов добавляют суффикс –ил (метил-, этил-). Отсутствие или наличие двойной, тройной связи обозначают суффиксами –ан, ен, ин.

          При наличии повторяющихся заместителей используют умножающие приставки ди, три, тетра, пента и т. д. Местоположение заместителей указывают с помощью локантов – цифр или букв, разделенных запятыми. При этом сумма локантов должна быть наименьшей.

          Старшую функциональную группу обозначают в последнем суффиксе.

В таблице 1 представлены классы органических соединений  и названия функциональных групп.

                                                                                                   Таблица 1.

Группа, стоящая выше, считается старшей.

При составлении названия

1. определяют функциональные группы и с помощью таблицы – их старшинство;
2. старшая функциональная группа обозначается в суффиксе, все остальные в префиксе;
3. определяют родоначальную структуру соединения (в ациклических соединениях – это главная углеродная цепь, в карбоциклических – цикл;
4. главная углеродная цепь должна содержать максимальное число атомов углерода, заместителей, кратных связей;
5. нумеруют атомы родоначальной структуры так, чтобы старшая группа получила по возможности меньший номер. (При отсутствии функциональной группы предпочтение при нумерации отдают положениям кратных связей, а при их отсутствии заместителям);
6. составляют название, соблюдая такую последовательность:

 ~ указывают в алфавитном порядке функциональные группы, кроме старшей, и углеводородные радикалы;

 ~ приводят название родоначальной структуры;

 ~  указывают положение кратных связей и старшей функциональной       группы.

Пример:       CH3

              3         |2     1

           СН2 – С – СН2

                 |          |      |

               NH2    CH3  OH       

Решение:

1. Старшая функциональная группа: гидроксильная – суффикс «ол»
2. Аминогруппа рассматривается как заместитель
3. Главная цепь – три атома углерода – корень «пропан»
4. Нумерация атомов углерода главной цепи  со стороны старшей функциональной группы ОН
5. Заместители: аминогруппа у 3 атома углерода и два метильных радикала у 2 атома углерода
6. Сначала называют заместители, начиная с аминогруппы с указанием локанта (3), два метильных радикала обозначают множительной приставкой «ди», а локант 2 повторяют дважды: 3-амино-2,2-диметил;

затем – корень и суффикс с указанием  места положения старшей группы: пропанол-1

Название: 3 - амино  - 2,2  – диметилпропанол – 1

Задача 1.1

Назовите по систематической номенклатуре следующее соединение:

СН3 – СН – СН2 – СН – СН = СН2       

            |                   |  

           СН3             ОН

Решение:

1. Функциональная группа: гидроксильная – суффикс «ол».
2. Главная цепь: шесть атомов углерода – корень «гекс».
3. Степень насыщенности: двойная связь «ен».
4. Заместитель: «метил».
5. Нумерация со стороны функциональной группы.
6. Название:

                       5-метилгексен-1-ол-3

 Задача 1.2

Напишите структурные формулы изомерных соединений состава С4Н9Вr. Назовите их по систематической номенклатуре.

Решение:

1. В состав соединения входят углерод, водород и бром. Следовательно, вещество относится к классу галогенопроизводных. Соотношение атомов отвечает общей формуле СnH2n+1Hal, значит это производное предельного углеводорода.
2. Возможна изомерия углеродного скелета и положения функциональной группы.
3. Записываем схемы возможных углеродных скелетов и для каждого варьируем положение атома брома.                             Вr

С – С – С – С             С – С – С – С        С – С – С                   |

 |                                          |                       |      |                   С – С – С              

Вr                                       Вr                    Вr  С                          |

                                                                                                     С

1. Расставляем атомы водорода и даем названия.

         СН2 – СН2 – СН2 – СН3             СН3 – СН – СН2 – СН3                                                                                                                                       

          |                                                              |        

         Вr                                                           Вr  

         1-бромбутан                                       2-бромбутан  

СН2 – СН – СН3                                                                      Вr

 |          |                                                            |

Вr       СН3                                           СН3 – С – СН3

 1-бром-2-метилпропан                         |

                                                                        СН3   2-бром-2-метилпропан

Одинаковых названий нет. Число структурных изомеров равно 4.

Задачи для самостоятельного решения

1. Напишите структурные формулы всех изомеров состава С6Н14. Назовите их по систематической номенклатуре.
2. Напишите структурные формулы 2-бром-5-метилгексена-1 и трех его изомеров различных видов.
3. Напишите структурные формулы всех изомеров состава С5Н10О2 Назовите их по систематической номенклатуре.
4. Напишите структурные формулы всех возможных изомерных радикалов: С3Н7, С4Н9, С5Н11. Назовите их.
5. Дайте название по систематической номенклатуре трет-бутиловому спирту.
6. Исправьте ошибки в следующих названиях:

а) 2-этилгексан;                   г) 2-метил-3-изопропилпентан;

б) 2,4,5-триметилгексан;    д) 3,3-хлор-1-метилциклогексан;

в) 2-пропилпентан;             е) 2-метилбутен-3.

1. Напишите формулы геометрических изомеров следующих      углеводородов: пентена-2;  2,5-диметилгксена-3;  3-метилпентена-2;  гексадиена-2,4.
2. Напишите структурные формулы всех изомеров состава С7Н12, главная цепь которых состоит из пяти углеродных атомов и назовите их.
3. Напишите структурные формулы  вторичных и третичных спиртов состава С6Н14О и назовите их.
4.  Напишите структурные формулы всех изомеров состава С5Н10О.
5.  Напишите структурные формулы всех возможных аминов с общей формулой С4Н11N. Назовите их и укажите какие из них являются первичными, вторичными, третичными по замещению у атома азота.
6.  Напишите структурные формулы аминокислот состава С4Н9О2N и назовите соединения, содержащие  а) первичную аминогруппу;                 б) вторичную аминогруппу.
7.  Напишите структурные формулы всех изомеров метилэтилбензола. Назовите их.
8.  Сколько изомерных соединений может дать каждый из ксилолов при введении в ядро третьего заместителя хлора? Назовите их.
9.  Напишите структурные формулы оптических изомеров фруктозы. Отметьте асимметрические атомы углерода.

Готовимся к ЕГЭ:

Задания с выбором ответа.

1. Изомеры различаются

1. качественным составом
2. значением молярных масс
3. химическим строением
4. количественным составом

1. Количество различных циклоалканов, соответствующих формуле С5Н10

1) 2;    2) 3;   3) 4;   4) 5

            3. Структурным изомером нормального гексана является

1. 3-этилпентан
2. 2-метилпропан
3. 2,2-диметилпропан
4. 2,2-диметилбутан

4. Изомером бутановой кислоты является

1. бутанол
2. пентановая кислота
3. бутаналь
4. 2-метилпропановая кислота

1. Транс-бутен-2 и цис-бутен-2 являются

1) гомологами

2) структурными изомерами

3) геометрическими изомерами

4) одним и тем же веществом

1. Гомологом уксусной кислоты является

1. хлоруксусная
2. олеиновая
3. стеариновая
4. бензойная

1. Метаналь и формальдегид являются

1. гомологами

2) структурными изомерами

3) геометрическими изомерами

4) одним и тем же веществом

          8.  Не имеет оптических изомеров

1) глюкоза

2) глицин

3) аланин

4) лизин          

Задания на установление соответствия

1. Установите соответствие между формулой вещества и его названием.

ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА              НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА

А) СН3СН2СНО                           1) этилацетат

Б) ClСН2СООН                            2) метилпропиловый эфир

В) СН3СООСН2СН3                     3) пропаналь

Г) СН3СН2СН2ОСН3                    4) хлоруксусная кислота

                                                       5) пропанол-1

1. Установите соответствие между названием вещества и классом органических соединений, к которому оно принадлежит.

НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА     КЛАСС ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

А) толуол                                         1) спирт

Б) 2-метилбутанол-1                       2) простой эфир

В) изопропилэтаноат                      3) кетон

Г) ацетон                                          4) сложный эфир

                                                          5) арен

1. Установите соответствие между составом вещества и числом его структурных изомеров

СОСТАВ ВЕЩЕСТВА        ЧИСЛО СТРУКТУРНЫХ ИЗОМЕРОВ

А) С5Н12                                                   1) два

Б) С3Н6                                                        2) три

В) С4Н10О                               3) четыре

Г) С4Н6                                    4) пять

                                                 5) шесть

4. Установите соответствие между названием органического соединения и классом, к которому оно принадлежит.

2. Взаимное влияние атомов в молекулах органических соединений.

Теория электронных смещений. Реакционная способность органических соединений определяется

– смещением электронной плотности в простых связях;

– смещением электронной плотности в кратных связях.

Электронные эффекты

Индуктивный эффект  ( I ) :                            Мезомерный эффект  (М) :

смещение электронной                                      смещение электронной

плотности в молекуле                                        плотности в молекуле

по системе σ-связей                                            по системе π-связей

положительный       отрицательный                                      положительный          отрицательный

+I                    -I                                                +М                    -М

Заместители А, вызывающие отрицательный индуктивный эффект, являются электроноакцепторами:   -NO2,  -CN, -COOH, -F,  - Cl,  -Br,  -I,  

-COOR,  -COR,  -OR,  -OH,  -NH2,  -Ar

Заместители B, вызывающие положительный индуктивный эффект, являются электронодонорами:   - CR3,  -CHR2,  -CH2R,  -CH3

1. Индуктивный эффект проявляется всегда при наличии в молекуле атомов с различной электроотрицательностью.
2. Индуктивный эффект распространяется только через σ-связи и всегда в одном направлении.
3. Индуктивный эффект затухает в цепи через 3 – 4 σ-связи.

Мезомерный эффект действует в сопряженных системах.

Сопряженная система состоит из чередующихся простых и кратных связей. В сопряжение также может вступать атом с неподеленной парой                    р-электронов или атом с вакантной  р-орбиталью.

Мезомерный эффект проявляется лишь в том случае, когда заместитель включен в сопряженную систему молекулы.

Заместители А, вызывающие отрицательный мезомерный эффект:

-NO2, -CN, -COOH, -COOR,  - CONH2.

Например,

                 СН2 = СН – А

Заместители В, вызывающие положительный мезомерный эффект:

-NH2,  -OH,  -F,  -Cl,  -Br.

 Например,                          

                 СН2 = СН – В:

Задача 2.1

Сравните кислотные свойства следующих соединений: этанол, 1-хлорэтанол,  вода, фенол, этиламин, азотная кислота.

Решение:

       Кислотные свойства проявляются в легкости отщепления протона.

Выделим реакционные центры, по которым возможно отщепление протона:                      

а) связь О – Н

б) связь N – H

Рассмотрим электроотрицательность элементов:

χ(О)=3,5;   χ(N)=3,0

Так как электроотрицательность кислорода выше чем у азота, то связь О – Н является более полярной, поэтому протон у всех гидроксильных соединений будет отщепляться легче. Следовательно, этиламин обладает самыми низкими кислотными свойствами.

        Все гидроксильные соединения можно рассматривать как производные воды, в которой один из атомов водорода замещен на какую-либо группировку: Н – О – Х .

         В азотной кислоте нитрогруппа NO2, обладающая отрицательным индуктивным и отрицательным мезомерным эффектом, оттягивает электронную плотность на себя, увеличивая полярность связи О – Н  и усиливая кислотные свойства.

                                                      Н → О → NO2                                                 

         Таким образом, азотная кислота обладает сильными кислотными свойствами.

        Алкильные радикалы обладают положительным индуктивным эффектом и уменьшают полярность связи О – Н по сравнению с водой.    

                                                      R→O→H

         В молекуле 1-хлорэтанола атом хлора увеличивает полярность связи

О – Н за счет отрицательного индуктивного эффекта галогена, следовательно у 1-хлорэтанола кислотные свойства выражены ярче, чем у этанола.

         В молекуле фенола группа О –Н  обладает отрицательным индуктивным и положительным мезомерным эффектом. Неподеленная электронная пара атома кислорода вступает в сопряжение с π-электронной системой бензольного кольца, что приводит к большей поляризации связи О – Н, чем в молекулах спиртов.

        Расположим вещества в порядке уменьшения кислотных свойств:

HONO2 > HOH > C6H5OH > CH3CHClOH > C2H5OH > C2H5NH2

Задача 2.2

Расположите предложенные ниже соединения в ряд по уменьшению основных свойств: аммиак, вода, этанол, диэтиловый эфир, этиламин, диэтиламин, анилин.

Решение:

1. Основные свойства проявляются тем больше, чем легче происходит присоединение протона. Протонирование осуществляется по неподеленной электронной паре атомов азота или кислорода. Чем доступнее электронная пара для атаки протоном, тем выше основные свойства. Чем выше электронная плотность на атоме, тем больше основные свойства.
2. Известно, что в периоде основные свойства водородных соединений уменьшаются с увеличением электроотрицательности атомов элементов. Следовательно, азотсодержащие соединения обладают большими основными свойствами, чем кислородсодержащие.
3. Среди азотсодержащих соединений можно выделить 3 класса:

а) аммиак – неорганическое соединение;

б) производные аммиака – алифатические амины;

в) производные аммиака – ароматические амины.

В алифатических аминах – этиламине и диметиламине алкильные группы обладают положительным индуктивным эффектом и увеличивают электронную плотность на атоме азота и тем самым повышают основные свойства. Действие двух метильных групп в диметиламине сказываются сильнее, чем одной в этиламине, поэтому диэтиламин обладает большими основными свойствами.

Ароматические амины обладают очень низкими основными свойствами из-за сопряжения неподеленной электронной пары атома азота с π-электронной системой бензольного кольца.

Таким образом, рассмотренные азотсодержащие соединения можно расположить в следующий ряд по уменьшению основных свойств: диэтиламин, этиламин, аммиак, анилин

4. Все приведенные в условии задачи кислородсодержащие соединения можно рассматривать как производные воды. Основные свойства этанола и диэтилового эфира будут выражены сильнее чем у воды благодаря положительному индуктивному эффекту этильных групп, увеличивающих электронную плотность на атоме кислорода. Влияние двух этильных групп в диэтиловом эфире скажутся сильнее, чем в этаноле.

Таким образом, рассмотренные кислородсодержащие соединения можно расположить в следующий ряд по уменьшению основных свойств: диэтиловый эфир, этанол, вода.

Ответ:

диэтиламин>этиламин> аммиак > анилин>диэтиловый эфир>этанол >вода

Задачи для самостоятельного решения.

1. Сравните кислотные свойства фенола и 2,4,6-тринитрофенола.
2. Расположите в порядке возрастания кислотных свойств следующие кислоты: уксусная , аминоуксусная , муравьиная, масляная, хлоруксусная.
3. Расположите в порядке возрастания основных свойств следующие соединения: метиламин, диметиламин, дифениламин, фениламин, карбамид.
4. Расположите в порядке возрастания кислотных свойств следующие кислоты: бензойная, п-нитробензойная, п-сульфобензойная, о-хлорбензойная.
5. Расположите следующие кислоты в порядке увеличения их силы:                

а) СН3СООН, ClСН2СООН, BrСН2СООН, IСН2СООН

б) СН3СООН, CF3COOH, HOCOOH, CCl3COOH, HOCH2COOH

Готовимся к ЕГЭ:

Задания с выбором ответа.

                1.Кислотные свойства наиболее выражены у

1) метанола        3) фенола

2) этанола           4) глицерина  

            2. Основные свойства наименее выражены у

1) аммиака          3) метиламина        

2) анилина          4) трифениламина

            3. С натрием и гидроксидом натрия реагирует

1) метанол           3) этанол

2) фенол              4) метаналь

           4. Амфотерными свойствами обладает

1) уксусная кислота   3) аминоуксусная кислота

2) хлоруксусная кислота  4) пикриновая кислота

           5. Самой сильной кислотой является

1) муравьиная        3) уксусная

2) хлоруксусная     4) бромуксусная

           6. С хлороводородной кислотой и гидроксидом калия реагирует

1) фенол               3) бензол

2) глицин             4) анилин

           7. В реакцию с бромной водой не вступает

1) фенол              3) бензол

2) анилин            4) стирол

           8. В молекуле фенола гидроксильная группа обладает

1)положительным мезомерным  и положительным индуктивным эффектом

2)  отрицательным мезомерным  и положительным индуктивным эффектом

3) положительным мезомерным  и отрицательным индуктивным эффектом

4) отрицательным мезомерным  и отрицательным индуктивным эффектом

            9. Сопряженной системой является молекула

1) бутана           3) ацетилена

2) бензола         4) этанола

           10. При бромировании  нитробензола преимущественно образуются

1) 2-бромнитробензол        3) 4-бромнитробензол

2) 3-бромнитробензол        4)  2-бромнитробензол и

                                                   4-бромнитробензол

3.Функциональный анализ органических соединений.

       Функциональный анализ проводят с целью определения принадлежности неизвестного вещества к тому или иному классу соединений. Для анализа отбирают такие реакции, в результате проведения которых происходит изменение окраски, выпадение осадка или выделение газа. Такие реакции называются качественными. С их использованием проводят идентификацию веществ. Знание качественных реакций позволит найти существенные различия между предлагаемыми веществами.

1. Реакции на кратные связи.

1. Обесцвечивание бромной воды.
2. Обесцвечивание водного раствора перманганата калия с появлением бурого осадка диоксида марганца.
3. Если тройная связь находится у концевого углеродного атома, то ее можно распознать аммиачным раствором оксида серебра(I) или хлорида меди(I). В результате реакций образуются осадки.

1. Реакция на арены.

1. При добавлении к ароматическому углеводороду формалина и концентрированной серной кислоты появляется красный осадок.
2. Гомологи бензола окисляются подкисленным раствором перманганата калия при нагревании, фиолетовая окраска при этом исчезает.

1. Реакции на спирты.

1. Окисление одноатомных спиртов хромовой смесью приводит к изменению цвета с оранжевого в зеленый.
2. Реакция многоатомных спиртов со свежеприготовленным гидроксидом меди(II), в результате которой происходит растворение осадка и окрашивание раствора в ярко-синий цвет.

1. Реакции на фенол.

1. Взаимодействие фенола с бромной водой приводит к образованию осадка белого цвета.
2. В результате реакции фенола с водным раствором хлорида железа (III) образуется комплекс фиолетового цвета.

1. Реакции на альдегидную группу.

1. Реакция альдегида со свежеосажденным гидроксидом меди(II) при нагревании с образованием красного осадка оксида меди (I).
2. Реакция “серебряного зеркала” – взаимодействие альдегида с аммиачным раствором оксида серебра(I).
3. Действие фуксинсернистой кислоты (реактив Шиффа) на альдегиды дает розовое окрашивание. С помощью данной реакции можно отличить альдегиды от моносахаридов, содержащих альдегидную группу.

1. Реакции на карбоновые кислоты.

1. Низшие кислоты изменяют окраску индикаторов.
2. Взаимодействие растворимых кислот с гидрокарбонатом натрия приводит к выделению углекислого газа.
3. Муравьиная кислота дает реакцию “серебряного зеркала” и окисляется раствором перманганата калия с выделением углекислого газа.

1. Реакция на анилин.  

Взаимодействие водного раствора анилина с насыщенным раствором хлорной извести дает сине-фиолетовое окрашивание.

1. Реакции на белки.

1. Ксантопротеиновая: образование желтого осадка  при взаимодействии белка с концентрированной азотной кислотой.
2. Биуретовая: взаимодействии белка с раствором медного купороса и избытком щелочи дает красно-фиолетовое окрашивание.

Задача 3.1

        Даны: ацетальдегид, гексан, водные растворы глюкозы и сорбита. Как с помощью одного реактива распознать эти вещества?

Решение:

         Решение задачи необходимо начать с выявления функциональных групп и уточнения характерных реакций.

         Ацетальдегид – состоит из метильного радикала, соединенного с альдегидной группой. Характерной реакцией  на альдегидную группу является способность окисляться при нагревании свежеосажденным гидроксидом меди(II) с образованием красного осадка оксида меди (I).

         Сорбит – многоатомный спирт. Многоатомные спирты также реагируют со свежеосажденным гидроксидом меди(II) с образованием комплекса ярко-синего цвета. Реакция протекает без нагревания.

          Глюкоза – альдогексоза, в молекуле которой содержится альдегидная и пять гидроксильных групп. Глюкоза взаимодействует со свежеосажденным гидроксидом меди(II) как многоатомный спирт без нагревания, а как альдегид при нагревании.

         Гексан – предельный углеводород, не реагирующий со свежеосажденным гидроксидом меди(II) ни при каких условиях.

Следовательно, данные вещества можно распознать с помощью одного реактива: свежеосажденного гидроксида меди(II).

Задачи для самостоятельного решения

1. Вещество состоит из двух элементов: углерода и водорода. Определите, является ли данное вещество предельным, непредельным или ароматическим углеводородом.
2. Вещество содержит элементы: углерод, водород и кислород. Определите, является ли оно спиртом, кислотой, альдегидом, кетоном, фенолом или углеводом.
3. Вещество содержит элементы: углерод, водород и азот. Определите , является ли оно ароматическим амином, белком или нитросоединением.
4. Вещество содержит одну или несколько гидроксильных групп. Определите, будет ли это одноатомный спирт, двух- или трехатомный спирт, фенолы или моносахарид.
5. Вещество содержит альдегидную группу. Определите, будет ли это предельный альдегид или моносахарид.
6. Можно ли с помощью химических реакций отличить машинное масло от растительного? Как это сделать?
7. Как, используя наименьшее число реагентов, распознать формалин, этиловый спирт, уксусную и муравьиную кислоты?

8. Составьте план идентификации циклогексана, бензола и толуола.

Готовимся к ЕГЭ

Задания с выбором ответа:

1. Глицерин в водном растворе можно обнаружить с помощью

1) хлорной извести            3) гидроксида меди(II)

2) хлорида железа (III)      4)  гидроксида натрия

2. Свежеосажденный гидроксид меди(II) растворится, если к нему добавить

1) пропанол-1        3) пропанол-2

2) прпандиол-1,2   4) пропен

3. Характерной реакцией для альдегидов является взаимодействие с

1) хлоридом железа (III)     3) аммиачным раствором оксида серебра(I)

2) хлорной известью           4) раствором карбоната натрия

4. Бутен-1 можно отличить от бутана по реакции с

1) водородом             3) кислородом

2) хлором                   4) раствором KMnO4

5. Глюкоза в отличии от формальдегида не реагирует с

1)  гидроксидом меди(II)     3) аммиачным раствором оксида серебра(I)

2) фуксинсернистой кислотой    4) водородом

6. С помощью какого реактива можно распознать глицерин, глюкозу и формальдегид:

1) раствор KMnO4         3) Cu(OH)2

2) раствор FeCl3              4)  Ag2O (NH3∙Н2О)

 7. Метаналь взаимодействует с:

    А) водой

    Б) этанолом

    В) натрием

    Г) гидроксидом натрия

    Д) гидроксидом меди(II)

    Е) фенолом

    Ж) бензолом    

4.Механизмы органических реакций

Механизм реакции – это последовательность элементарных стадий, через которые проходят реагенты, превращаясь в продукты реакции.

 Реагент 1   +    Реагент 2 → Продукты

или            ↕                        ↕

Субстрат + Атакующий реагент → Продукты

Типы механизмов в зависимости от способа разрыва связей:

1)  Свободнорадикальный механизм соответствует гомолитическому разрыву связей, при котором образуются свободные радикалы

              |       |                           |                |

         ─ C  :  C ─      →        ─ C  ∙   +   ∙  C ─              

              |       |                           |                |

                                         свободные радикалы

Свободные радикалы – атомы или группы атомов с неспаренными электронами.

Пример:

                    СН3СН2СН3 → СН3СН2 ∙  +  ∙ СН3

                       пропан              этил            метил

2) Ионный механизм соответствует гетеролитическому разрыву связей, при котором образуются карбкатионы  и карбанионы.

              |       |                           |                    |

         ─ C  :  C ─      →        ─ C +      +      : C- ─              

              |       |                           |                    |

                                                карбкатион    карбанион

Карбкатионы – органические катионы, содержащие положительно заряженный атом углерода.

Карбанионы – органические анионы, содержащие отрицательно заряженный атом углерода (имеет неподеленную пару электронов).

Пример 1

                  (СН3)3С – Сl → (СН3)3С+ + Cl-

                                           электрофил

Пример 2

                  (С6Н5)3С : Li → (С6Н5)3С-  + Li+ 

                                             нуклеофил

Нуклеофильными называют реагенты, которые отдают электронную пару при образовании химической связи с субстратом.

Электрофильными называют реагенты, принимающие электронную пару от субстрата.

Нуклеофильные реагенты – молекулы с неподеленной парой электронов, анионы и соединения, содержащие структурные фрагменты с повышенной электронной плотностью.

       . .              . .             . .

1. NH3, H2O:, R – O – R

                             ˙˙

2. OH-, CN-, NH2-, RCOO-, Cl-, Br-,

J-, HSO3-.

3. Соединения, содержащие структурные фрагменты

      С = С          – С ≡ С –

Электрофильные реагенты – молекулы, имеющие вакантную орбиталь, катионы и соединения, имеющие центры с пониженной электронной плотностью.

1. SO3, кислоты Льюиса – AlCl3, FeBr3, SnCl4, BF3.
2. H+, ионы металлов Men+, арилдиазоний-ионы (Ar-N2+), протонированный триоксид серы (HSO3+)).
3. Молекулы, содержащие центры с пониженной электронной плотностью.

3-1. Галогенпроизводные углеводородов R→Hal

       δ+   O              δ+   O            δ+   O

R – C             R – C           R – C

                 H                                  R                  OH

       δ+   O                 δ+   O            

R – C                R – C            

                 OR                             Hal                 

Типы органических реакций

Реакции присоединения

                  A = B + X – Y → A – B

                                                 |      |

                                                X    Y

Пример.     СН2 = СН2 + Br2 → СН2 – СН2

                                                      |          |

            Br       Br  

Обозначения.

Электрофильное присоединение – АЕ.

Нуклеофильное присоединение – АN.

Свободнорадикальное присоединение – АR.

Реакции замещения

                A – B  + X – Y → A – X + B – Y

Пример.     С2Н5Cl + NaOH → С2Н5OH + NaCl                        

Обозначения.

Электрофильное замещение – SЕ.

Нуклеофильное замещение – SN.

Свободнорадикальное замещение – SR.

Реакции отщепления (элиминирования)

                  A –  B  → A = B  + XY

                   |       |

                  X     Y

Пример.     С2H5OH  → С2Н4 + H2O

Перегруппировки

                  A –  B  → A – B

                   |                       |

                  X                     X

Пример.     СH3 – CH – CH = CH2  → СH3 – CH = CH – CH2Cl

                                        |

                                       Cl

Реакции окисления и восстановления сопровождаются изменением степени окисления атома углерода, являющегося реакционным центром.

Пример 1.

                 O            [O]                               O            

  СН3 – C                                    СН3 – C                

                   Н             окисление                                      ОН                  

Пример 2.

               O            [H]                                           

  СН3 – C                                    СН3 – CH2 – OH                

                   Н      восстановление                                                       

5.Окислительно-восстановительные реакции с участием органических веществ

В окислительно-восстановительных реакциях органические вещества чаще проявляют свойства восстановителей, а сами окисляются. Легкость окисления органических соединений зависит от доступности электронов при взаимодействии с окислителем. Все известные факторы, вызывающие увеличение электронной плотности в молекулах органических соединений (например, положительные индуктивный и мезомерные эффекты), будут повышать их способность к окислению и наоборот.

Склонность органических соединений к окислению возрастает с ростом их нуклеофильности, что соответствует следующим рядам:

 R – H < R – OH < R – NH2

                                                                    |

– CH3   <    CH2 <  – C – H

                                                                    |

                              |      |

– C – C –    <    – C ≡ C –     <      C =   C

                              |      |

Рассмотрим окислительно-восстановительные реакции представителей важнейших классов органических веществ с некоторыми неорганическими окислителями.

Алкены. При мягком окислении алкены превращаются в гликоли (двухатомные спирты). Атомы-восстановители в этих реакциях – атомы углерода, связанные двойной связью.

Реакция с раствором перманганата калия протекает в нейтральной или слабо щелочной среде следующим образом:

C2H4 + 2KMnO4 + 2H2O CH2OH–CH2OH + 2MnO2 + 2KOH

В более жестких условиях окисление приводит к разрыву углеродной цепи по двойной связи и образованию двух кислот (в сильно щелочной среде – двух солей) или кислоты и диоксида углерода (в сильно щелочной среде – соли и карбоната):

1) 5CH3CH=CHCH2CH3 + 8KMnO4 + 12H2SO4 5CH3COOH + 5C2H5COOH + 8MnSO4 + 4K2SO4 + 17H2O

2) 5CH3CH=CH2 + 10KMnO4 + 15H2SO4 5CH3COOH + 5CO2 + 10MnSO4 + 5K2SO4 + 20H2O

3) CH3CH=CHCH2CH3 + 6KMnO4 + 10KOH CH3COOK + C2H5COOK + 6H2O + 6K2MnO4 

4) CH3CH=CH2 + 10KMnO4 + 13KOH CH3COOK + K2CO3 + 8H2O + 10K2MnO4 

Дихромат калия в сернокислотной среде окисляет алкены аналогично реакциям 1 и 2.

Алкины. Алкины  окисляются в несколько более жестких условиях, чем алкены, поэтому они обычно окисляются с разрывом углеродной цепи по тройной связи. Как и в случае алкенов, атомы-восстановители здесь – атомы углерода, связанные  кратной связью. В результате реакций образуются кислоты и диоксид углерода. Окисление может быть проведено перманганатом или дихроматом калия в кислотной среде, например:

5CH3C CH + 8KMnO4 + 12H2SO4 5CH3COOH + 5CO2 + 8MnSO4 + 4K2SO4 + 12H2O

Ацетилен может быть окислен перманганатом калия в нейтральной среде до оксалата калия:

          3CH≡CH +8KMnO4→3KOOC  – COOK +8MnO2 +2КОН +2Н2О

В кислотной среде окисление идет до щавелевой кислоты или углекислого газа:

5CH≡CH +8KMnO4 +12H2SO4 →5HOOC  – COOH +8MnSO4 +4К2SO4 +12Н2О

CH≡CH + 2KMnO4 +3H2SO4 =2CO2 + 2MnSO4 + 4H2O + K2SO4 

Гомологи бензола. Гомологи бензола могут быть окислены раствором перманганата калия в нейтральной среде до бензоата калия:

C6H5CH3 +2KMnO4 = C6H5COOK + 2MnO2 + KOH + H2O

C6H5CH2CH3 + 4KMnO4 = C6H5COOK + K2CO3 + 2H2O + 4MnO2 + KOH

Окисление этих веществ дихроматом или перманганатом калия в кислотной среде приводит к образованию бензойной кислоты.

5С6Н5СН3+6КMnO4-+9 H2SO4→5С6Н5СООН+6MnSO4 +3K2SO4 + 14H2O

Спирты. Непосредственным продуктом окисления первичных спиртов являются альдегиды, а вторичных – кетоны.

Образующиеся при окислении спиртов альдегиды легко окисляются до кислот, поэтому альдегиды из первичных спиртов получают окислением дихроматом калия в кислотной среде при температуре кипения альдегида. Испаряясь, альдегиды не успевают окислиться.

3C2H5OH + K2Cr2O7 + 4H2SO4 = 3CH3CHO + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 7H2O

С избытком окислителя (KMnO4, K2Cr2O7) в любой среде первичные спирты окисляются до карбоновых кислот или их солей, а вторичные – до кетонов. Третичные спирты в этих условиях не окисляются, а метиловый спирт окисляется до углекислого газа.

 Двухатомный спирт, этиленгликоль HOCH2–CH2OH, при нагревании в кислой среде с раствором KMnO4 или K2Cr2O7 легко окисляется до щавелевой кислоты, а в нейтральной – до оксалата калия.

5СН2(ОН) – СН2(ОН) + 8КMnO4-+12H2SO4→5HOOC  – COOH +8MnSO4 +4К2SO4 +22Н2О

3СН2(ОН) – СН2(ОН) + 8КMnO4→3KOOC  – COOK +8MnO2 +2КОН +8Н2О

Альдегиды. Альдегиды – довольно сильные восстановители, и поэтому легко окисляются различными окислителями, например: KMnO4, K2Cr2O7, [Ag(NH3)2]OH, Cu(OH)2. Все реакции идут при нагревании:

3CH3CH=O + 2KMnO4 = CH3COOH + 2CH3COOK + 2MnO2 + H2O
3CH3CH=O + K2Cr2O7 + 4H2SO4 = 3CH3COOH + Cr2(SO4)3 + 7H2O
CH3CH=O + 2[Ag(NH3)2]OH = CH3COONH4 + 2Ag + H2O + 3NH3 

CH3–CH=O + 2Cu(OH)2  CH3COOH + Cu2O + 2H2O

Муравьиный альдегид окисляется хромовой смесью до углекислого газа:

3СН2О + 2K2Cr2O7 + 8H2SO4 = 3CO2 +2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 + 11H2O

Карбоновые кислоты. Среди кислот сильными восстановительными свойствами обладают муравьиная и щавелевая, которые окисляются до углекислого газа.

НСООН + HgCl2 =CO2 + Hg + 2HCl

HCOOH+ Cl2 = CO2 +2HCl

HOOC-COOH+ Cl2 =2CO2 +2HCl

Способы расстановки коэффициентов в ОВР с участием органических вешеств.

Для расстановки коэффициентов обычно используют метод электронного баланса, что требует знания степени окисления атома  углерода, которая может принимать значения от -4 до +4 и зависит от относительных электроотрицательностей атомов его непосредственного окружения.

Степень окисления атомов углерода определяется числом электронных пар, смещенных к атому углерода, если его электроотрицательность выше, чем у соседнего атома, или смещенных от атома углерода, если его электроотрицательность ниже.

Например, степень окисления атома углерода в метильном радикале молекулы толуола равна «минус 3», т.к. электронная плотность смещается от трех атомов водорода к более электроотрицательному атому углерода по трем σ-связям. В карбоксильной группе молекулы бензойной кислоты степень окисления атома углерода равна «плюс 3», т.к. электронная плотность смещается от атома углерода к атомам кислорода по двум σ- и одной π-связи (всего по трем связям):    

    5            +6 KMnO4 +9 H2SO4  →5            + 3 K2SO4 +6 MnSO4 + 14H2O

                                           О

   Н→C-3←Н                                       С+3 

          ↑                               ОН

          Н

толуол                                       бензойная кислота

Подбираем коэффициенты методом электронного баланса:

С-3 – 6е-  → С+3         5

Mn+7 + 5е- →Mn+2     6

Коэффициенты можно подобрать также методом электронно-ионного баланса (методом полуреакций).

Толуол С6Н5СН3 окисляется до бензойной кислоты С6Н5СООН, перманганат-ион MnO4- восстанавливается до катиона марганца Mn+2.

С6Н5СН3 + KMnO4 + H2SO4  → С6Н5СООН+ K2SO4 +MnSO4 +H2O  

С6Н5СН3+2H2O– 6е- → С6Н5СООН+6Н+     5

MnO4- +8Н++ 5е- →Mn2++4 H2O                 6

5С6Н5СН3+10H2O+6MnO4-+48Н+→5С6Н5СООН+30Н++ 6Mn+2+24H2O 

                                6 К+           18Н+                                                6SO42-  14H2O

                                              9SO42-                                       6 К+  + 3SO42-

5С6Н5СН3+6КMnO4-+9 H2SO4→5С6Н5СООН+6MnSO4 +3K2SO4 + 14H2O

В большинстве случаев окислительно-восстановительные реакции органических соединений сопровождаются отщеплением или присоединением атомов водорода и кислорода.

При окислении: введение в молекулу органического соединения атома кислорода эквивалентно потере двух электронов, а отщепление атома водорода – потере одного электрона.

При восстановлении: отщепление атома кислорода – приобретение двух электронов, присоединение атома водорода – приобретение одного электрона.

На этом принципе основан способ расстановки коэффициентов, не требующий определения степени окисления углерода. Определим число атомов водорода, потерянных толуолом, и число атомов кислорода, введенных в молекулу. Потеряно два  атома водорода (-2e¯), введено два атома кислорода (-4e¯). Всего отдано 6e¯.

 Рассмотрим применение различных способов расстановки коэффициентов на примере реакции между n-метилкумолом и перманганатом калия в кислой среде.

1.Окисление любых алкильных заместителей у производных бензола происходит до карбоксильных групп:

СН3 – СН – СН3 

                              + KMnO4 + H2SO4  →  

          CH3

                            СООН

               →                            + K2SO4 + MnSO4  + H2O + CO2

                            COOH

Два атома углерода изопропильного радикала окисляются до углекислого газа.

2. Составим схему электронного баланса без определения степеней окисления атомов углерода.

Определим число атомов водорода, потерянных n-метилкумолом, и число атомов кислорода,введенных в молекулу. Потеряно восемь атомов водорода (-8e¯), введено четыре атома кислорода (-8e¯). Кроме того, четыре атома кислорода вошли в состав углекислого газа (-8e¯). Всего отдано 24e¯.

Марганец со степенью окисления +7 восстановился до +2, тогда схему электронного баланса можно записать:

СН3 – СН – СН3                           СOOH

                             – 24e¯    →                                – 24e¯                       5

                                                                                                 120

           CH3                                    СOOH                                  

           Mn+7         +5 e¯    →           Mn+2                     +5 e¯                          24

1. Составим схему электронного баланса, определив степени окисления атомов углерода.

Степень окисления атомов углерода в метильных радикалах СН3 равна «плюс 3»,   в метиновой группе СН – «плюс 1», в карбоксильных группах – «минус 3».

Обратите внимание, что только α-углеродные атомы (непосредственно связанные с бензольным кольцом) окисляются до карбоксильных групп, остальные атомы углерода – до углекислого газа.

С-1 – 4е- →С+3           

С-3 – 6е-  →С+3                   - 24е-      5

2 С-3 – 14е-  →2С+4

Mn+7 + 5е- →Mn+2       +5е-         24

       СН3 – СН – СН3 

  5                            + 24 KMnO4 + 36 H2SO4  →  

          CH3

                            СOOH

               →   5                        + 12 K2SO4 + 24 MnSO4  + 56 H2O + 10 CO2

                           COOH

1. Подберем коэффициенты методом электронно-ионного баланса.

В этом случае нет необходимости изображать структурные формулы органических веществ, поэтому формулы n-метилкумола и терефталевой кислоты запишем в молекулярном виде:

С10Н14 +8H2O – 24е-→ С8Н6О4+2CO2+24Н+    5

MnO4- +8Н++ 5е- →Mn2++4H2O                      24

5С9Н18 +40H2O+ 24MnO- 4 +192Н+→5С7Н6О2+10CO2+120Н++24Мn2++96H2O  

 5С9Н18 +24MnO- 4 +72Н+→5С7Н6О2+10CO2+24Мn2++56H2O  

                       24К+       36SO42-                                24SO42-                       

                                                                            24К+  +   12SO42-   

5С10Н14 +24KMnO4 + 36H2SO4 →5С7Н6О2+10CO2+12K2SO4 + 24MnSO4 + 56 H2O

Задачи для самостоятельного решения.

1. Напишите уравнение реакции между пропиленом и перманганатом калия в нейтральной среде.
2. Напишите уравнение реакции между бутеном-2 и перманганатом калия в кислой среде.
3. Сравните отношение к окислителям всех изомерных спиртов состава С4Н10О. Для бутанола-1 и бутанола-2 напишите уравнения реакций с раствором дихромата калия в кислой среде.
4. Напишите уравнение реакции между этиловым спиртом раствором дихромата калия в кислой среде.
5. Напишите уравнение реакции между этилбензолом и перманганатом калия в кислой среде.
6. Напишите уравнение реакции между стиролом и перманганатом калия в нейтральной и кислой среде.
7. Напишите уравнение реакции восстановления 1,3-диметилнитробензола  сульфидом аммония в нейтральной среде (реакция Зинина).
8. При окислении глюкозы бромной водой образуетя глюконовая кислота, а при окислении концентрированной азотной кислотой – глюкаровая. Запишите уравнения соответствующих реакций.
9. Приведите уравнения реакций взаимодействия ацетилена с перманганатом калия в кислой и нейтральной среде с образованием щавелевой кислоты и оксалата калия соответственно.
10. Запишите уравнение реакции окисления формальдегида при нагревании с гидроксидом меди (II).
11. Напишите уравнение реакции между бутандиолом-1,4 и перманганатом калия в кислой среде с образованием двухосновной карбоновой кислоты.

Задания с выбором ответа:

 1. Взаимодействие метана с хлором является реакцией

1) соединения        3) отщепления

2) замещения         4) обмена

      2. Пропанол-2  можно получить из пропена реакцией

         1) гидрирования      3) гидратации

         2) гидролиза            4) галогенирования

      3. Взаимодействие спиртового раствора щелочи с 2-хлорбутаном является            реакцией

 1) соединения        3) отщепления

 2) замещения         4) обмена

      4. 3,3-диметилбутаналь образуется при окислении

          1) (СН3)3С – СН2 – СН2ОН

          2) СН3СН2С(СН3) – СН2ОН

          3) СН3СН(СН3)СН(СН3) – СН2ОН

          4) СН3СН2 СН(СН3) – СН2ОН

5. По ионному механизму протекает реакция

   1) С2Н6 +Cl2 →C2H5Cl + HCl

   2) C3H6 + H2→C3H8

   3) C3H6 + HCl→C3H7Cl

   4) nCH2=CH2→( –CH2 –CH2– )n

1. Осуществление превращений по схеме

Одним из распространенных видов заданий по органической химии являются те, в которых требуется осуществить превращения по предлагаемой схеме. При этом в одних случаях необходимо указать конкретные реагенты и условия протекания реакций, приводящих к веществам, составляющим цепочку превращений. В других наоборот, необходимо определить, какие вещества образуются при действии указанных реагентов на исходные соединения.

Обычно в подобных случаях не требуется указания тонких технических деталей синтеза, точной концентрации реагентов, конкретных растворителей, методов очистки и выделения и т.д. однако обязательно следует указывать примерные условия проведения реакций.

Чаще всего сущность задания заключается в последовательном решении следующих задач:

•  построение (удлинение или укорачивание) углеродного скелета;
•  введение функциональных групп в алифатические и ароматические соединения;
•  замещение одной функциональной группы на другую;
•  удаление функциональных групп;
•  изменение природы функциональных групп.

Последовательность операций может быть различной, в зависимости от строения и природы исходных и получаемых соединений.

Представьте факты и их взаимосвязи в наглядном виде. Запишите, по возможности наиболее подробно, суть задачи в виде схемы.

Посмотрите на проблему как можно шире, примите во внимание даже варианты решения, которые кажутся немыслимыми. В конце концов, именно они могут оказаться правильными и привести Вас к верному решению.

Используйте метод проб и ошибок. Если имеется ограниченный набор возможностей, перепробуйте их все.

Задача 6.1.

С помощью каких реакций можно осуществить превращения по схеме:

СН4 → СН3Br → С2Н6 → С2Н5Cl → С2Н5ОН →

→ СН3 СОН → СН3СООН → СН3СООС2Н5

Решение.

        1. Для введения атома галогена в молекулу углеводорода можно воспользоваться реакцией радикального хлорирования:

        hv  

СН4 + Br2 → CH3Br + HBr

        2. Один из вариантов, приводящих от галогенпроизводного к предельному углеводороду с большим числом углеродных атомов, реакция с металлическим натрием (реакия Вюрца):

2 CH3Br + 2 Na → H3C – CH3  + 2 NaBr

                                    свет

                3.  C2H6 + Br2 → CH3CH2Br + HBr

1. Для превращения галогенпроизводного в спирт  необходимо заменить атом галогена в молекуле на гидроксильную группу, что можно сделать, осуществив реакцию нуклеофильного замещения (гидролиз в щелочной среде):

                                                         H2O

С2Н5Cl + KOH → C2H5OH + KCl

     5. Для того чтобы превратить спирт в альдегид (см. свойства спиртов или получение карбонильных соединений), нужно увеличить степень окисления атома углерода при функциональной группе, т.е. подействовать мягким (не разрушающих молекулу) окислителем:

        t

C2H5OH + CuO → CH3 – CHO + Cu + H2O

   6. Дальнейшее окисление (см. свойства карбонильных соединений или способы получения карбоновых кислот) приведет к преобразованию альдегидной группы в карбоксильную:

                                                      t

CH3 – CHO +2Cu(OН)2 → CH3 – COOH + Cu2O+2H2O

  7. Реакции карбоновых кислот со спиртами приводят к образованию сложных эфиров:

   H+

CH3 – COOH + HO – CH2 – CH3 → CH3 – COO – CH2 – CH3 + H2O

Задача 6.2.

С помощью каких реакций можно осуществить превращения по схеме:

СН3СООNa→CH3 – CH3→CH2=CH2→ CH2Br– CH2Br → CH≡CH→KOOC  – COOK

Решение.

1. Для получения этана из ацетата натрия воспользуемся синтезом Кольбе: электролизом водного раствора соли карбоновой кислоты (см. способы получения алканов):    эл-з

                      2СН3СООNa + 2Н2О → CH3 – CH3+Н2 +2NaHCO3

1. Для превращения этана в этен осуществим реакцию дегидрирования:

                                      t,Ni

                      CH3 – CH3 → CH2=CH2 + Н2

1. Для получения дигалогеналкана  из алкена воспользуемся реакцией бромирования:

                  CH2=CH2 +Br2→ CH2Br– CH2Br

1. Для получения этина из дибромэтана необходимо осуществить реакцию дегидрогалогенирования, для этого используют спиртовый раствор КОН:                                                                                                        

                                                           t

            CH2Br– CH2Br +2 КОНспирт. р-р→ CH≡CH +2 КВr +2Н2О

1. Этин обесцвечивает водный раствор KMnO4:

          3CH≡CH +8KMnO4→3KOOC  – COOK +8MnO2 +2КОН +2Н2О

    Введение в молекулу четырех атомов кислорода соответствует потере 8 электронов, поэтому перед MnO2 cтавим коэффициент 8. Mn меняет степень окисления от +7 до +4, что соответствует приобретению 3- х  электронов, поэтому перед органическим веществом ставим коэффициент 3.

 Обратите внимание на уравнения реакций 1 и 5: синтез Кольбе и окисление алкинов водным раствором перманганата калия.

Примечание:

В кислой среде перманганат-ион восстанавливается до Mn2+, а этин окисляется до щавелевой кислоты:

5CH≡CH +8KMnO4 +12H2SO4 →5HOOC  – COOH +8MnSO4 +4К2SO4 +12Н2О

Задачи для самостоятельного решения

Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

  С6Н12О6→С2Н5ОН→ CH3 – CHO→ CH3 – COOH→ClCH2 – COOH→

→Н2N–CH2 – COOH

                                               Br2, свет             КОН, спирт           НBr                        Na

  СН3 – СН2 – СН(СН3) – СН3              Х1              Х2              Х1             Х3→

→ СО2

                              Cu(OH)2              +Cl2, hν               NaOHсп.          CH3OH, H+         полимеризация

СН3 – СН2 – СОН                   Х1              Х2              Х3             Х4                   X5

                    H2SO4, 200 °C         кат., t°                 [Ag(NH3)2]OH                       HCl                     KMnO4, H2O

этанол               Х1              Х2              Ag2C2            Х2                   X3

                               H2O, КОН., t°                                  1200 °С            кат.                                                       Изб. Br2

пропилацетат                Х1           СН4         Х2         винилацетилен              X3

                                                Электролиз                          +Cl2, свет             +NaOH, H2O            H2SO4 (конц.), t<140°C

CH3COOH               Х1                    С2Н6              X2                 Х3                      Х4

       C, 400 °С            Cl2, кат.                                                                CO2 + H2O                   Br2 + H2O

C2H2               Х1             Х2                C6H5OK             X3                    X4

этан→бромэтан→этилен→этиленгликоль→щавелевая кислота→оксалат калия

7. Решение задач на вывод формул органических соединений

Задача 7.1. Установите молекулярную формулу монохлоралкана, содержащего 38,38% хлора.

Решение: 

1. Общая формула алканов CnH2n+2, общая формула монохлоралканов CnH2n+1Cl
2. Cоставим выражение для расчета массовой доли хлора:

                М(Cl)                    35,5

ω( Сl) =-------------------=-------------=0,3838 , откуда n=4

                    М(CnH2n+1Cl)     14n+36,5

Формула монохлоралкана С4Н9Сl

‌ ‌ Задача 7.2. Установите молекулярную формулу алкена и продукта взаимодействия его с 1 моль бромоводорода, если это монобромпроизводное имеет относительную плотность по воздуху 4,24. Укажите название исходного алкена и одного его изомера.

Решение:

1. Общая формула монобромлканов CnH2n+1Br. Молярная масса монобромлкана М= 12n+2n+1+80=14n+81
2. Зная относительную плотность вещества по воздуху, находим молярную массу: М=29∙4,24=123г/моль

Из выражения 14n+81=123 n=3

1. Формула бромалкана С3Н7Br, исходного алкана С3Н6 – пропен. Изомер – циклопропан.

       Задача 7.3. Установите молекулярную формулу алкена, гидратацией        которого получается спирт, пары которого в 2,07 раза тяжелее воздуха.

Решение:

1. Общая формула спиртов CnH2n+1ОН. Молярная масса спирта  М= 12n+2n+1+16+1=14n+18
2. Зная относительную плотность вещества по воздуху, находим молярную массу: М=29∙2,07=60г/моль

       14n+18=60 n=3

1. Формула алкена С3Н6 

Задача  7.4. Установите молекулярную формулу алкена, если одно и то же количество его, взаимодействуя с различными галогеноводородами, образует, соответственно, 5,23 г хлорпроизводного или 8,2 г бромпроизводного.

Решение:

1. Уравнения реакций:

    CnH2n + Н Сl = CnH2n+1Cl

    CnH2n + Н Br  = CnH2n+1Br

1. Так как количество вещества алкена одно и то же в обеих реакциях, то количества веществ галогеналканов равны:

     n(CnH2n+1Cl) = n(CnH2n+1Br)

3. Из выражения 5,23/14n+36,5=8,2/14n+81 n=3

Формула алкена С3Н6 

Задача  7.5. Установите молекулярную формулу алкена, если известно, что 1,012 л (н.у.) его при взаимодействии с хлором образует 5,09 г дихлорпроизводного.

Решение:

1. Находим количество вещества алкена:

    n(CnH2n) = 1,012/22,4 = 0,045 моль

1. По уравнению реакции

     CnH2n +Сl2 = CnH2nCl2

n(CnH2nCl2)= n(CnH2n) =0,045 моль

1. М(CnH2nCl2)=m/n=5,09/0,045=113г/моль

12n +2n+71=113 n=3  

 Формула алкена С3Н6 

Задача 7.6. При взаимодействии 22 г предельной одноосновной карбоновой кислоты с избытком раствора гидрокарбоната натрия выделилось 5,6 л (н.у.) газа. Определите молекулярную формулу кислоты.

Решение:

1. Составим уравнение реакции и вычислим количество вещества газа:

CnH2n+1СООН+ NаНСО3 = CnH2n+1СООNа +Н2О + СО2

    n(CО2) =5,6/22,4=0,25 моль

По уравнению реакции n (CnH2n+1СООН)= n(CО2)=0,25 моль

1. Находим молярную массу кислоты:

     М(CnH2n+1СООН)=22/0,25=88г/моль

3. Из выражения 12n+2n+1+12+16+16+1=88 n=3

     Молекулярная формула кислоты C3H7СООН

Задача 7.7. Сложный эфир массой 30 г подвергли щелочному гидролизу. При этом получено 34 г натриевой соли предельной одноосновной кислоты и 16 г спирта. Установите формулу сложного эфира.

Решение:

1. Уравнение реакции гидролиза эфира в общем виде:

RCOOR1+NaOH = RCOONa +R1OH

Находим массу и количество вещества гидроксида натрия:

m(NaOH)=(34+16) – 30 = 20 г     n(NaOH)=20/40=0,5 моль

        2. Из уравнения реакции видно, что n(RCOOR1)= n(NaOH)=0,5 моль

            М(RCOOR1)=30/0,5=60г/моль

1. Определяем молярные массы радикалов:

М(R + R1) = 60 – 12 – 32 =16г/моль, следовательно, радикалами могут быть только атом Н и метил СН3.

Формула эфира НСООСН3

Задача 7. 8. При сгорании 9 г первичного амина выделилось 2,24 л азота (н.у.). Определите молекулярную формулу амина и назовите его.

Решение: 

1. Стехиометрическая схема реакции горения амина:

2RNH2 →N2  

1. Определяем количество вещества амина и его молярную массу:

     n(RNH2)=1/2n(N2)=2,24/22,4*2=0,05моль

     М(RNH2)=9/0,05=45г/моль

1. Находим молярную массу радикала:

М(R)+14+2=45   М(R)=29г/моль

Формула амина С2Н5NH2

Задача7.9. Установите молекулярную формулу предельного двухатомного спирта, содержащего 57,69% углерода.

Решение:   

1. Общая формула предельного двухатомного спирта CnH2n(OH)2
2. ω(С)=12n/12n+2n+34=0,5769 n=5 C5H10(OH)2

Задача 7.10. При сгорании органического бескислородного соединения выделилось 4,48 л (н.у.) углекислого газа, 3,6 г воды и 2 г фтороводорода. Установите молекулярную формулу органического соединения.

Решение:

1. n(CO2) =4,48/22,4=0,2

n(H2O) =3,6/18=0,2

n(HF) =2/20=0,1

1. n(C):n(H):n(F)=0,2:(0,1+0,2*2):0,1=2:5:1

C2H5F

Задачи для самостоятельного решения

1. При полном сгорании 3,9 г углеводорода образовалось 13,2 г углекислого газа и 2,7 г воды. Плотность паров вещества 3,482г/л. Выведите молекулярную формулу.
2. При взаимодействии 1,74 г алкана с бромом образовалось 4,11 г монобромпроизводного. Определите молекулярную формулу алкана. Запишите структурные формулы  названия возможных изомеров.
3. При полном сгорании 4,4 г алкана образовалось 6,72 л углекислого газа.          Выведите молекулярную формулу алкана.
4. Установите молекулярную формулу предельного двухатомного спирта, содержащего 30,77% кислорода.
5. Установите молекулярную формулу предельного двухатомного спирта, содержащего 11,54% водорода.
6. Установите молекулярную формулу предельной одноосновной карбоновой кислоты, содержащей 36,36% кислорода.
7. При сгорании органического бескислородного соединения выделилось 6,72 л (н.у.) углекислого газа, 5,1 г воды и 3,65 г хлороводорода. Установите молекулярную формулу органического соединения.

Список источников и литературы

1. Ахлебинин А.К., Нифантьев Э.Е., Анфилов К.Л. Органическая химия. Решение качественных задач. – М.: Айрис-пресс, 2006

2. Габриелян О.С.  Химия: пособие для школьников старших классов и поступающих в вузы. – М.: Дрофа, 2006

3. Слета Л.А.  Химия: Справочник. – Харьков: Фолио; М.: ООО «Издательство АСТ», 2000

4.http://www1.ege.edu.ru/

5. http://www.it-n.ru (сообщества «Химоза»  и «Подготовка к ЕГЭ по химии»)

6. http://kontren.narod.ru 

E

N

E

N

R

E

N

A

S

Е