Файл: Примеры решения задач по органике.docx

Основные химические свойства алканов

Атомы углерода в алканах образуют прочные СС и СН ковалентные связи, все четыре валентных электрона углерода образуют гибридизованные орбитали, которые прочнее негибридизованных. Поэтому для алканов характерен гомолитический разрыв ковалентныхCHили CCсвязей. Реакции алканов требуют жестких условий: облучение, высокая температура.

Приводим химические реакции алканов, которые идут с разрывом связи С–Н и относятся к реакциям радикального замещения S_R. Реакции бромирования протекают с высокой селективностью (избирательностью) у третичного атома углерода, требуют нагревания. Хлорированиепроцесс малоселективентребует охлаждения. Образуется смесь изомерных продуктов хлорирования. Нитрование алканов по Коновалову идет главным образом у третичного атома углерода. Реакции сульфохлорирования и сульфирования легче протекают у вторичного атома углерода ввиду пространственных затруднений реагентов.

При выполнении задач, требующих заполнения схемы превращений, не следует отдельно выписывать каждую реакцию и дважды переписывать структурные формулы продуктов, образующихся на промежуточных стадиях схемы. Необходимо только вставить формулы соответствующих веществ вместо букв, указанных в задании, и назвать получаемые вещества.

Если в реакции возможно образование смеси изомеров, достаточно привести структурную формулу только одного из них. Другой изомер так же, как и выделяющиеся в результате реакций неорганические вещества, нужно подписать под стрелкой в схеме превращений со знаком «–». Ниже представлен примервыполнения данного задания:

Пример решения задачи 9

Получите 2-метилпент-1-ен дегидрогалогенированием соответствующего галогенопроизводного углеводорода, дегидратацией соответствующего спирта и дегалогенированием соответствующего дигалогенопроизводного.

Способы получения алкенов

Правило Зайцева.Отщепление галогеноводорода или воды происходит от двух соседних атомов углерода, причем водород преимущественно отщепляется от соседнего атома углерода с меньшим числом атомов водорода (наименее гидрогенизированного).

1. Дегидрогалогенирование галогенопроизводных алканов– водород отщепляется по правилу Зайцева:

2. Дегидратация спиртов – водород отщепляется по правилу Зайцева. Кроме оксида алюминия в качестве водоотнимающего средства могут использоваться серная или фосфорная кислоты при 150200С.

3. Дегалогенирование вицинальных дигалогеналканов:

Решение

Приводим реакцию получения 2-метилпент-1-ена:

- из соответствующего галогеналкана:

- из соответствующего спирта:

- из соответствующего дигалогеналкана:

Пример решения задачи 10

Выполните схему превращений, назовите образующиеся на каждой стадии продукты реакций.

Химические свойства алкенов

1. Реакции присоединения электрофилов A_E: HHal (HBr, HCl, HI), Br₂, Cl₂, H₂O, H₂SO₄.

Присоединение несимметричных реагентов к несимметричным алкенам идет по правилу Марковникова: водород несимметричных реагентов присоединяется к более гидрогенизированному атому углерода при кратной связи субстрата.

Реакция с бромной водой  Br₂, H₂O  является качественной на открытие алифатической кратной связи. Наблюдается обесцвечивание желтой окраски брома.

2. Реакции присоединения галогеноводородов в присутствии пероксидов A_R  присоединение идет против правила Марковникова:

3. Реакции полимеризации алкенов:

4. Реакции окисления алкенов:

а) мягкое окисление реактивом Вагнера - образуются вицинальные двухатомные спирты  α-гликоли. Эта реакция является качественной на обнаружение алифатической кратной связи  наблюдается изменение окраски реактива и выпадает бурый осадок MnO₂:

б) жесткое окисление перманганатом или дихроматом калия в кислой среде - образуются карбоновые кислоты, если при углероде кратной связи нет углеводородного радикала, и кетоны, если есть заместитель:

в) озонолиз - образуются альдегиды и кетоны:

Решение

Выполняем схему превращений:

Пример решения задачи 11

Получите 2,3-диметилгекса-2,4-диен дегидрогалогенированием соответ­ству­ющего дигалогенопроизводного углеводорода и дегидратацией соответствующего двухатомного спирта (диола).

Реакции дегидрогалогенирования и дегидратации протекают в соответствии с правилом Зайцева. Так как требуется получить алкадиен, то для введения двух двойных связей в реакциях необходимо использовать дигалогеналкан и двухатомный спирт с тем же углеродным скелетом, что и 2,3-диметилгекса-2,4-диен. Галогены и гидроксильные группы следует расположить таким образом, чтобы при отщеплении галогеноводорода или воды реализовывалось правило Зайцева.

Получаем 2,3-диметилгекса-2,4-диен из соответствующего дигалогеналкана:

Из соответствующего двухатомного спирта (диола):

Пример решения задачи 12

Приведите для 2,3-диметилгекса-2,4-диена реакции с реагентами Б, В и Г. Назовите продукты реакций.

В зависимости от взаимного расположения двойных связей различают три типа алкадиенов:

- с сопряженными связями (двойные связи разделены одной одинарной связью):

- изолированными связями (двойные связи разделены двумя и более одинарными связями);

- кумулированными связями (двойные связи находятся при одном атоме углерода):

Химические свойства алкадиенов

1. Реакции присоединения для алкадиенов с сопряженными связями могут протекать по двум направлениям: 1,2- и 1,4-присоединение.

1,2-Присоединение - это присоединение молекулы реагента по одной из двух двойных связей; 1,4 - это присоединение молекулы реагента по краям сопряженной системы с переносом двойной связи в ее центр. Причем присоединение несимметричных реагентов происходит в соответствии с правилом Марковникова.

Реализация того или иного направления присоединения зависит от условий проведения реакции. При пониженных температурах в среде неполярных растворителей образуются преимущественно продукты 1,2-присоединения. При повышенных температурах в среде полярных растворителей - продукты 1,4-присоединения.

2. Реакции полимеризации сопряженных алкадиенов также могут протекать по схемам 1,2- или 1,4-присоединения:

3. Реакции окисления алкадиенов

а) мягкое окисление реактивом Вагнера - образуются многоатомные спирты:

б) жесткое окисление перманганатом или дихроматом калия в кислой среде - образуются карбоновые кислоты и кетоны:

в) озонолиз - образуются альдегиды и кетоны:

Решение

Приводим реакции 2,3-диметилгекса-2,4-диена с реагентами Б, В и Г.

Пример решения задачи 13

Получите метилвтор-бутилацетилен дегидрогалогенированием соответствующего геминального или вицинального дигалогенопроизводного углеводорода.

Способы получения алкинов

1. Дегидрогалогенирование геминальных дигалогенопроизводных алканов– водород отщепляется поправилу Зайцева:

2. Дегидрогалогенирование вицинальных дигалогенопроизводных алканов – водород отщепляется поправилу Зайцева:

Решение

Получаем метилвтор-бутилацетилен:

а) из соответствующего геминального дигалогеналкана:

б) из соответствующего вицинального дигалогеналкана:

Пример решения задачи 14

Приведите для соединения метилвтор-бутилацетилен реакции с реагентами: 1) H₂O, HgSO₄, H₂SO₄, 2) K₂Cr₂O₇, H₂SO₄, 3) HBr (2 моль). Назовите продукты реакций.

Химические свойства алкинов

1. Реакции присоединения электрофилов (A_E) идут в соответсвии с правилом Марковникова, но медленнее, чем для алкенов, так как алкины труднее отдают свои π-электроны электрофилу ввиду того, что атомы углерода вsp-гибридизации сильнее удерживают электроны π-связи, чем в sp²-гибридизации. Это можно связать с большей электроотрицательностью атома С в sp-гибридиза­ции, чем в sp²-гибридизации.

Присоединение галогенов и галогеноводородов: