Поздравляем с успешной защитой кандидатской диссертации сотрудника кафедры неорганической химии Шимина Н.А.
Диссертация «Метакрилатные комплексы уранила – синтез, строение и некоторые свойства» по специальности 1.4.1. Неорганическая химия принята к защите 24 октября 2023 года (протокол заседания № 11) диссертационным советом 24.2.379.04. Защита прошла успешно 26 декабря 2023 года.
Диссертация посвящена синтезу и выявлению закономерностей, связывающих условия синтеза, состав и строение новых комплексов уранила, содержащих в своем составе метакрилат-ионы. В ходе работы были получены 22 новых соедения и определены их кристаллоструктурные, ИК спектроскопические данные, что позволит в дальнейшем их идентифицировать.
По результатам исследования всех метакрилатсодержащих координационных соединений Кембриджской базы структурных данных определены типы координации метакрилат-ионов в структурах кристаллов.
Кристаллохимический анализ в рамках стереоатомный модели структуры кристаллов раскрыл структурообразующие мотивы построения метакрилатоуранилатов одно- и двухвалентных металлов.
На основании правила 18-ти электронов было предсказано существование метакрилатсодержащих комплексов U(VI), которые только предстоит получить.
Научный руководитель – доктор химических наук Сережкина Лариса Борисовна, федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева», кафедра неорганической химии, профессор.
В роли оппонентов выступили:
Морозов Игорь Викторович, доктор химических наук, профессор, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова», кафедра неорганической химии, профессор,
Шевченко Александр Петрович, кандидат химических наук, Самарский филиал федерального государственного бюджетного учреждения науки Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, старший научный сотрудник.
Оба оппонента дали положительные отзывы на диссертацию.
Альдегиды – это органические вещества, молекулы которых содержат карбонильную группу, соединенную с углеводородным радикалом и атомом водорода.
Благодаря концевому расположению карбонильной группы, свойства альдегидов сильно отличаются от свойств кетонов, поэтому альдегиды и кетоны рассматриваются как два отдельных класса.
Общая формула предельных нециклических альдегидов:
CnH2nO
С номенклатурой альдегидов можно подробно ознакомиться в статье.
Химические свойства
Кислород карбонильной группы связан с углеродом σ-связью и π-связью. π-связь менее прочная, она легко разрывается, именно поэтому альдегиды склонны к реакциям присоединения:
1. Гидрирование
Реакция идет в присутствии катализатора:
2. Присоединение спиртов
Реакция идет с первичными спиртами в кислой среде, образуются полуацетали:
Реакция может продолжаться получением ацеталей:
Окисление
Альдегиды окисляются даже слабыми окислителями, в отличии от кетонов, которые более устойчивы к окислению. Далее будут рассмотрены общие принципы окисления альдегидов.
3. Реакция «серебряного зеркала»
Это качественная реакция на альдегиды, в которой используется реактив Толленса (аммиачный раствор оксида серебра). Так как в растворе присутствует аммиак, окисление происходит не до карбоновой кислоты, а до ее соли:
Признак реакции – выпадение серебряного налета на стекле пробирки.
Исключение: метаналь окисляется до карбоната аммония.
4. Окисление гидроксидом меди(II)
Также является качественной реакцией.
Признак реакции – выпадение красно-коричневого осадка оксида меди(I)
5. Окисление бромной водой
6. Окисление перманганатом или дихроматом
В кислой среде:
В нейтральной среде:
В щелочной среде:
7. Восстановление
Реакцию проводят с активными восстановителями в присутствии катализатора с превращением альдегида в спирт. Упрощенно реакция может быть записана следующим образом:
Особый случай:
8. Поликонденсация фенола и формальдегида
В данной реакции в особых условиях могут быть получены фенолформальдегидные смолы (карболиты или бакелиты), широко используемые в промышленности.
Получение
1. Гидратация алкинов (реакция Кучерова)
В результате присоединения воды в присутствии солей двухвалентной ртути только из ацетилена возможно получить альдегид (этаналь), остальные алкины переходят в кетоны:
Щелочной гидролиз дигалогенпроизводных алканов
В результате действия водного раствора щелочи происходит образование неустойчивого диола, имеющего две ОН- группы при одном атоме углерода. Затем, теряя воду, он переходит в альдегид или кетон.
2.Дегидрирование первичных спиртов :
В данной реакции карбонильные соединения образуются под воздействием нагревания и пропусканием первичного спирта над медной сеткой.
3.Окисление первичных спиртов
Окисление первичных спиртов идет до образования карбоновых кислот. Для получения альдегидов применяют специальные окислители, например, оксид меди(II) при нагревании:
Алкины представляют собой углеводороды без циклической структуры, в которых между атомами углерода С≡С присутствует одна тройная связь.
Гомологический ряд алкинов
Гомологический ряд алкинов имеет общую формулу CnH2n-2.
Название
Формула
Этин
Пропин
Бутин–1
Пентин-1
Физические свойства алкинов
Первые три члена гомологического ряда алкинов являются газами, с C5H8 по C16H30 — жидкостями, а начиная с C17H32 — твердыми веществами. Алкины являются полярными молекулами и хорошо растворимы в полярных растворителях. В воде алкины растворяются незначительно, но лучше, чем алканы и алкены.
Строение алкинов
Алкины содержат тройную связь. Атомы углерода при тройной связи в молекулах алкинов находятся в sp-гибридизации, что обеспечивает линейную геометрию молекул с валентным углом, равным 180°. Остальные атомы углерода в молекуле алкина находятся в состоянии sp3-гибридизации.
Строение молекулы ацетилена:
Образование σ-связи происходит путем осевого перекрытия sp-гибридных орбиталей:
Образование π-связей происходит путем бокового перекрывания негибридных p-орбиталей. Плоскости π-связей находятся под углом 90°:
Изомерия алкинов
Типы изомерии алкинов:
Структурная изомерия
Структурные изомеры имеют одинаковый химический состав, но различное строение молекулы.
Углеродного скелета
Изомеры углеродного скелета отличаются строением углеродного скелета.
Например:
Изомерия положения кратной связи
Изомеры с различным положением тройной связи отличаются положением тройной связи в углеродном скелете.
Например:
Межклассовая изомерия
Межклассовые изомеры — это вещества разных классов с различным строением, но одинаковым составом.
Алкины являются межклассовыми изомерами с алкадиенами и циклоалкенамии. Общая формула алкинов, алкадиенов и циклоалкенов — CnH2n-2.
Например:
Пространственная изомерия
Пространственная изомерия невозможна для алкинов, так как атомы углерода при тройной связи имеют только одного заместителя, и молекулы алкинов имеют линейную геометрическую форму.
Номенклатура алкинов
Подробнее о номенклатуре алкинов можно прочитать в статье.
Химические свойства алкинов
Химические свойства алкинов обусловлены наличием кратной связи в их молекулах. Одним из основных типов реакций, характерных для алкинов, является присоединение.
Алкины с тройной связью на начальном атоме углерода проявляют кислотные свойства и вступают в реакции с веществами, имеющими основный характер.
Реакции присоединения алкинов идут медленнее и труднее по сравнению с алкенами из-за меньшей длины и поляризуемости тройной связи.
Реакции присоединения
Алкины вступают в реакции присоединения по тройной связи С≡С с разрывом π-связей.
Гидрирование
Гидрирование алкинов до алканов протекает в присутствии активных катализаторов (Ni, Pt).
При использовании менее активного катализатора, например, палладия гидрирование останавливается на этапе образования алкенов.
Галогенирование алкинов
Присоединение галогенов к алкинам может происходить даже при комнатной температуре. Бромная вода обесцвечивается при взаимодействии с алкинами, что является качественной реакцией на тройную связь.
Например, при взаимодействии пропина с 1 моль брома образуется 1,2-дибромпропен.
Если присоединять к пропину сразу 2 моль брома, то образуется 1,1,2,2-тетрабромпропан.
Аналогично алкины реагируют с хлором, но обесцвечивания хлорной воды при этом не происходит, потому что хлорная вода и так бесцветная).
Гидрогалогенирование алкинов
Алкины присоединяют галогеноводороды. Реакция протекает по механизму электрофильного присоединения с образованием галогенопроизводного алкена или дигалогеналкана.
При присоединении галогеноводородов к симметричным алкинам образуется один продукт реакции, где оба галогена находятся у одного атома С.
Присоединение галогеноводородов к несимметричным алкинам происходит по правилу Марковникова, в результате чего образуется смесь изомеров.
Правило Марковникова: при присоединении полярных молекул типа НХ к несимметричным алкинам водород преимущественно присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода при двойной связи.
Например, при присоединении хлороводорода HCl к пропину преимущественно образуется 2-хлорпропен.
Если к полученное соединение ещё раз обработать хлороводородом, то в соответствии с правилом Марковникова образуется 2,2-дихлорпропан.
Гидратация алкинов
Присоединение воды к алкинам протекает в присутствии кислоты и катализатора (соли ртути II).
Сначала образуется неустойчивый алкеновый спирт, который затем изомеризуется в альдегид или кетон.
Например, при взаимодействии ацетилена с водой в присутствии сульфата ртути образуется уксусный альдегид.
Гидратация алкинов протекает по ионному механизму.
Для несимметричных алкенов присоединение воды происходит по правилу Марковникова.
Например, при гидратации пропина образуется пропанон (ацентон).
Димеризация, тримеризация и полимеризация
Димеризация ацетилена протекает под действием аммиачного раствора хлорида меди (I) и приводит к образованию винилацетилена.
Тримеризация ацетилена протекает под действием температуры, давления и в присутствии активированного угля с образованием бензола (реакция Зелинского):
Гомологи ацетилена также вступают в реакцию тримеризации.
Полимеризация – соединение большого числа исходных молекул в длинную цепь – полимер. Алкины полимеризуются с разрывом одной из π-связей и образованием полимеров с множеством сопряженных двойных связей.
2. Окисление алкинов
При окислении алкинов происходит увеличение количества атомов кислорода в молекуле и/или уменьшение количества атомов водорода.
Горение алкинов
Горение алкинов сопровождается образованием углекислого газа и воды.
Окисление алкинов сильными окислителями
Алкины могут реагировать с сильными окислителями, такими как перманганаты или соединения хрома (VI). При этом тройная связь С≡С и связи С-Н у атомов углерода при тройной связи окисляются, образуя связи с кислородом.
В кислой среде окисление атома углерода с тройной связью приводит к образованию карбоксильной группы СООН, а при окислении четырех связей образуется углекислый газ СО2. В нейтральной среде образуются соответственно соль карбоновой кислоты и карбонат (гидрокарбонат).
Ниже приведена таблица соответствия окисляемого фрагмента молекулы и продукта:
Окисляемый фрагмент
KMnO4, кислая среда
KMnO4, H2O, t
R-C≡
R-COOH
-COOMe
CH≡
CO2
Me2CO3 (MeHCO3)
При окислении бутина-2 перманганатом калия в серной кислоте происходит окисление двух фрагментов СН3–C≡, в результате реакции образуется уксусная кислота:
А при окислении 3-метилпентина-1 в серной кислоте окисляются фрагменты R–C и H–C, образуя карбоновую кислоту и углекислый газ, поэтому образуются карбоновая кислота и углекислый газ:
При окислении алкинов сильными окислителями в нейтральной среде углеродсодержащие продукты реакции жесткого окисления (кислота, углекислый газ) могут реагировать с образующейся в растворе щелочью, образуя соответствующие соли.
Например, при окислении бутина-2 перманганатом калия в воде образуется соль уксусной кислоты — ацетат калия.
Аналогичные органические продукты образуются при взаимодействии алкинов с хроматами или дихроматами.
Окисление ацетилена происходит немного иначе, так как связь С–С не разрывается. В кислой среде образуется щавелевая кислота, а в нейтральной среде образуется соль щавелевой кислоты — оксалат калия.
Обесцвечивание раствора перманганата калия — качественная реакция на тройную связь.
3. Кислотные свойства алкинов
Связь атома углерода при тройной связи с водородом значительно более полярная, чем связь С–Н атома углерода при двойной или одинарной связи, что обусловлено большим вкладом s-орбитали в гибридизованное состояние.
Повышенная полярность связи С–Н у атомов углерода при тройной связи в алкинах приводит к возможности отщепления протона Н+, т.е. к появлению у алкинов с тройной связью на конце молекулы кислотных свойств.
Ацетилен и его гомологи с тройной связью на конце молекулы R–C≡C–H проявляют слабые кислотные свойства, атомы водорода на конце молекулы могут легко замещаться на атомы металлов.
Алкины с тройной связью на конце молекулы взаимодействуют с активными металлами, гидридами, амидами металлов и т.д.
Например, ацетилен может взаимодействовать с натрием с образованием ацетиленида натрия.
Пропин взаимодействует с амидом натрия с образованием пропинида натрия.
Амид натрия получают действием аммиака на металлический натрий.
Алкины с тройной связью на конце молекулы также могут взаимодействовать с аммиачными растворами оксида серебра или хлорида меди (I), образуя нерастворимые в воде ацетилениды серебра или меди (I). Это является качественной реакцией на алкины с тройной связью на конце молекулы, так как образуется осадок белого или красно-коричневого цвета.
Алкины, в которых тройная связь расположена не на конце молекулы, не реагируют с аммиачными растворами оксида серебра или хлорида меди (I).
Получение алкинов
Получение ацетилена
Пиролиз метана
Метод получения ацетилена путем пиролиза метана является одним из промышленных способов. Ацетилен образуется за доли секунды, далее разложение продолжается до углерода.
Гидролиз карбида кальция
Гидролиз карбида кальция — это распространенный лабораторный метод получения ацетилена.
Получение гомологов ацетилена
Дегидрогалогенирование дигалогеналканов
Данный метод имеет больше теоретический интерес, т. к. на практике для отщепления второй молекулы галогеноводорода требуется более сильное основание по сравнению с неорганической щелочью.
Взаимодействие алкинидов с галогеналканами
Это лабораторный способ удлинения цепи алкина. Сначала терминальный алкин превращается в алкинид путем взаимодействия с амидом щелочного металла:
Затем добавляют галогеналкан, и в результате их реакции образуется алкин с более длинным углеродным скелетом:
Циклоалканы – это углеводороды, которые имеют замкнутый цикл и не содержат кратных связей, то есть являются предельными (насыщенными). Их химическая формула CnH2n , где n≥3, такая же как у алкенов.
Атомы углерода в молекулах циклоалканов находятся в состоянии sp3-гибридизации. Происходит образование 4 σ-связи С–С и С–Н, кратность которых равна 1. Валентные же углы в соединениях зависят от размеров цикла.
“Банановые” связи — это σ-связи в циклопропане, которые отклоняются от оси, соединяющей ядра атомов, тем самым уменьшая напряжение в молекуле циклопропана. Они напоминают по своим свойствам π-связи и могут легко рваться. Также им присущ легкий разрыв
Остальным же циклоалканам свойственно “объёмное” строение. Например, в молекуле циклобутана по линии, которая соединяет первый и третий атомы углерода, виден перегиб.
Также, стоит отметить существование конформаций под названиями “кресло” и “ванна”. Их легко можно увидеть на примере молекулы циклогексана, которая не является плоским многоугольником
Изомерия
Для циклоалканов характерна как структурная, так и пространственная изомерии.
Структурная изомерия
Структурные изомеры — это соединения, которые имеют одинаковый состав и отличаются друг от друга порядком связывания атомов в молекуле, то есть строением (структурой). Структурная изомерия циклических соединений связана с разным числом углеродных атомов в кольце, а также с разным числом атомов углерода в заместителях и с положением заместителей в цикле.
● Изомеры с разным числом атомов углерода в цикле отличаются размерами углеродного цикла.
Изомеры с разным числом атомов углерода в заместителях отличаются строением заместителей у одинакового углеродного цикла
Изомеры с разным положением одинаковых заместителей в углеродном цикле.
Межклассовая изомерия
циклоалканы изомерны алкенам
Межклассовые изомеры — это вещества разных классов с различным строением, но с одинаковым составом. Циклоалканы являются межклассовыми изомерами с алкенами с общей формулой — CnH2n.
Пространственная изомерия
● Геометрическая изомерия (цис-транс-изомерия). У циклоалканов с двумя заместителями, расположенными у соседних атомов углерода в цикле цис-транс-изомерия обусловлена различным взаимным расположением в пространстве заместителей относительно плоскости цикла.
Это означает, что две группы, находящиеся по разные стороны от связи в цикле, могут быть либо на одной стороне (цис-изомер), либо на противоположных сторонах (транс-изомер).
Получение
Дегидроциклизация алканов (промышленный способ) Алканы, содержащие 5 и более атомов углерода в главной цепи, при нагревании в присутствии металлических катализаторов (платины, никеля, палладия) вступают в реакцию дегидроциклизации.
Гексан же при нагревании в присутствии Cr2O3 в зависимости от условий может образовать циклогексан и только потом бензол:
Гидрирование бензола и его гомологов Данный способ позволяет получать только циклогексан и его гомологи с шестичленным кольцом. Реакция проводится в присутствии металлических катализаторов и при нагревании.
Дегалогенирование дигалогеналканов
При действии активных металлов, например, щелочноземельного цинка, на дигалогеналканы, в которых между атомами галогенов находится три и более атомов углерода происходит отщепление атомов галогенов и замыкание цикла.
Химические свойства циклоалканов
Реакции присоединения к циклоалканам В ряду циклопропан > циклобутан > циклопентан реакционная способность вступать в реакции присоединения будет уменьшаться. Это обусловлено тем, что угловое напряжение увеличивается с уменьшением размеров цикла, а значит, тем легче будут протекать реакции присоединения. Гидрирование циклоалканов С водородом могут реагировать малые циклы, а также (в жестких условиях) циклопентан. В реакции с водородом у циклоалканов, содержащих малые циклы (а также в жестких условиях у циклопентана), происходит разрыв кольца и образование алкана.
Галогенирование циклоалканов
Циклопропан и циклобутан реагируют с галогенами, при этом тоже происходит присоединение галогенов к молекуле, сопровождающееся разрывом кольца. Атомы галогенов в продукте расположены по разные стороны от места разрыва связи.
Гидрогалогенирование
Циклопропан и его гомологи с алкильными заместителями у трехчленного цикла вступают с галогеноводородами в реакции присоединения с разрывом цикла. У гомологов циклопропана реакция присоединения молекул типа НHal протекает в соответствии с правилом Марковникова. С правилом Марковникова вы можете познакомиться в разделе “Алкены”.
Реакции замещения
В больших циклах (циклопентане, циклогексане) благодаря неплоскому строению молекул угловое напряжение отсутствует. В реакциях они ведут себя подобно алканам, разрыва цикла не происходит.
Галогенирование
Галогенирование протекает по механизму радикального замещения, то есть молекула галогена при действии освещения “распадается” на два радикала, которые впоследствии будут отрывать атом водорода от молекулы циклопентана. Таким образом, образовавшийся алкил-радикал является неустойчивой частицей и как можно быстрее реагирует с другой молекулой галогена, снова “разрывая” её на радикалы и уже взаимодействуя с ними.
Нитрование циклоалканов
При взаимодействии циклоалканов с разбавленной азотной кислотой при нагревании образуются нитроциклоалканы. Здесь замещение идёт по радикальному механизму, также как в реакции циклоалканов с галогенами.
Дегидрирование
При нагревании циклоалканов в присутствии металлических катализаторов происходит отщепление водорода и образование кратных связей.
Окисление циклоалканов
Горение
Как и все углеводороды, циклоалканы горят до углекислого газа и воды.
C n H 2n + 3n/2O 2 → nCO 2 + nH 2 O + Q
2C 5 H 10 + 15O 2 → 10CO 2 + 10H 2 O + Q
Окисление
При окислении циклогексана концентрированной азотной кислотой или в присутствии катализатора образуется адипиновая (гександиовая) кислота:
ΙΙ. Циклоалкены
Общие понятия
Циклоалкены – это углеводороды, которые имеют замкнутый цикл и содержат ровно одну двойную связь, то есть являются непредельными (ненасыщенными). Их химическая формула CnH2n-2 , где n≥3, такая же как у алкинов.
Атомы углерода в молекулах циклоалкенов находятся в состоянии sp3 — гибридизации и sp2 -гибридизации. Например, в циклопропене происходит образование 1π-связи и 3σ-связи С–С. Валентные углы в соединениях зависят от размеров цикла.
Изомерия
Для циклоалкенов характерна как структурная, так и пространственная изомерии. Она аналогична изомерии циклоалканов и алкенов. См. разделы “Циклоалканы” и “Алкены”. Однако стоит отметить их особенность в геометрической изомерии. Первые члены гомологического ряда почти всегда являются цис-изомерами, поэтому приставка цис- в их названиях пропускается. Циклоалкены, содержащие в карбоцикле восемь и более атомов, существуют в виде как цис-, так и транс- изомеров.
Получение и химические свойства
Данный класс органических соединений обладает свойствами циклоалканов и алкенов. Получение и их химических свойства можно посмотреть в разделах “Циклоалканы” и “Алкены”.
Углеводороды и их свойства-это база органической химии, потому как все остальные молекулы, обладающие органической природой, рассматриваются именно как производные углеводородов. Одним из важнейших функциональных производных углеводородов являются кислородсодержащие органические соединения, рассмотрение которых следует начать с изучения темы “спирты”.
Спиртыэто функциональные производные углеводородов, которые в составе имеют одну или несколько гидроксильных групп (ОН— ), в свою очередь связанных с насыщенным атомом углерода, то есть находящимся в sp 3 гибридном состоянии.
В молекулах спиртов фигурируют такие ковалентно-неполярные С–С и ковалентно-полярные С–Н, О–Н и С–О химические связи
Так как кислород находится в периодической таблице Д.И. Менделеева правее атома углерода, то его электроотрицательность (ЭО = 3,5) больше электроотрицательности углерода (ЭО = 2,4), и тем более водорода (ЭО = 2,1), поэтому электронная плотность связей С-О и С-Н смещена к более электроотрицательному атому кислорода.
Атом кислорода в спиртах находится в состоянии sp3-гибридизации. В образовании химических связей с атомами C и H участвуют две 2sp3-гибридные орбитали, а еще две 2sp3-гибридные орбитали заняты неподеленными электронными парами атома кислорода. Поэтому валентный угол C–О–H близок к тетраэдрическому и составляет почти 108о.
Спирты, как и множество других органических соединений , характеризуются наличием водородной связи между молекулами. Так, атом водорода одной молекулы, связанный с сильно электроотрицательным атомом(F, Cl, N,O), в нашем случае с атомом кислорода, способен взаимодействовать с неподеленной парой электронов атома кислорода другой молекулы, с образованием дополнительной слабой связи-водородной. Таким образом, в молекулах спиртов за счет межмолекулярных водородных связей образуются ассоциаты. Водородная связь влияет на физические свойства спиртов.
Номенклатура и изомерия спиртов
Для названия спиртов используют используют систематическую, радикально-функциональную и тривиальную номенклатуру. Подробнее об этом можно ознакомившись со статьей.
Структурная изомерия
Такие оксосодержащие соединения как спирты способны образовывать изомеры, то есть изомеризоваться. Так, для спиртов присуща изомерия углеродного скелета, изомерия положения гидроксильной группы и межклассовая изомерия.
Структурные изомеры — это соединения, имеющие одинаковый химический состав, но отличающиеся строением молекул.
Спирты состоящие из четырех и более атомов углерода отличаются наличием изомерии углеродного скелета. Например. Формуле С4Н8ОН соответствуют четыре структурных изомера, из них два различаются строением углеродного скелета
Изомерия функциональной группы характеризуется изменением положения гидроксигруппы в молекуле спирта. Данная изомерия характерна для спиртов, которые содержат три или более атомов углерода.
Например, пропанол-1 и пропанол-2
Межклассовые изомеры — это вещества, относящиеся к разным классам органических веществ, обладающие различным строением, но имеющие одинаковый состав.Спирты являются межклассовыми изомерами с простыми эфирами. Общая формула и спиртов, и простых эфиров — CnH2n+2О.
Например, межклассовые изомеры с общей формулой С3Н7ОH: пропиловый спирт СН3–CH2-CH2–OH и метилэтиловый эфир CH3–O–CH2-CH3
Этот метод-один из самых распространенных лабораторных способов получения спиртов. В ходе реакции алкилгалогенид взаимодействует с водным раствором щелочи и атом галогена заменяется на гидроксогруппу. Легче всего реакцию гидролиза вступают третичные галогенпроизводные углеводороды, труднее-первичные.
2. Гидратация алкенов
В промышленности этиловый, изопропиловый и трет-бутиловый спирт получают путем гидратации алкенов. Эта реакция протекает с использованием кислотных катализаторов. Следует помнить, что присоединение воды к несимметричным алкенам протекает по правилу Марковникова(см. алкены)
3. Восстановление карбонильных соединений
В ходе каталитического гидрирования альдегидов образуются первичные спирты, а при гидрировании кетонов — вторичные спирты, а из формальдегида образуется метанол. Реакция протекает при повышенной температуре, а в качестве катализатора используют платину
Например, при гидрировании этаналя образуется этанол
Например: при гидрировании ацетона образуется изопропанол
Например, гидрирование диальдегида – один из способов получения этиленгликоля
Алкены реагируют с водным раствором перманганата калия без нагревания. При этом образуются двухатомные спирты (гликоли).
5. Промышленное получение метанола из «синтез-газа»
До открытия этого метода метанол получали сухой перегонкой древесины-нагреванием без доступа воздуха. В настоящее время метанол получают из “синтез-газа”- каталитический синтез метанола из монооксида углерода и водорода при 300-400°С и давления 500 атм в присутствии смеси оксидов цинка, меди хрома.
Для глюкозы характерно ферментативное брожение, то есть распад молекул на части под действием ферментов. Один из вариантов — спиртовое брожение.
7. Гидролиз жиров – способ получения многоатомных спиртов
Под действием кислоты жиры гидролизуются до глицерина и карбоновых кислот, которых входили в молекулу жира.
Например: при гидролизе тристеарата глицерина образуется глицерин и стеариновая кислота
При щелочном гидролизе жиров образуется глицерин и соли карбоновых кислот, входивших в состав жира.
Например: при щелочном гидролизе тристеарата глицерина образуется глицерин и соль стеариновой кислоты (стеарат)
Физические свойства спиртов
Спирты, содержащие не более 11 атомов углерода являются жидкими веществами. Более высшие гомологи находятся в твердом агрегатном состоянии.
Спирты состава С1-С3 имеют характерный алкогольный запах и жгучий вкус, смешиваются с водой в любых соотношениях.
Плотность спиртов меньше единицы, то есть они легче воды
Спирты имеют более высокую температуру кипения и большую растворимость в воде по сравнению с соответствующими углеводородами и галогенуглеводородами по причиние наличия водородной связи между кислородом одной молекулы спирта и водородом другой молекулы.
С увеличением длины углеводородной цепи спиртов их температура кипения повышается, а растворимость уменьшается.
По мере увеличения разветвления углеродного скелета площадь поверхности молекулы уменьшается, что, в свою очередь, уменьшает силу притяжения молекул, то есть Ван-дер-Ваальсово взаимодействие молекул, и, следовательно, снижает температуру кипения.Таким образом, температура кипения разветвленных изомеров ниже, чем у соответствующих прямо цепочечных изомеров
Вода и спирты обладают схожими свойствами в связи с наличием гидроксильных групп в молекулах воды. Эти группы способны формировать водородные связи как с другими молекулами воды, так и с молекулами спирта. Аналогично, молекулы спирта могут образовывать водородные связи как с другими молекулами спирта, так и с водой. Именно благодаря образованию водородных связей со водой, спирты, как правило, обладают сильной растворимостью в воде. Гидроксильная группа, которая обеспечивает такую растворимость, называется гидрофильной, поскольку она способна образовывать водородные связи с водой и повышать растворимость спирта в ней. Метанол, этанол, n-пропиловый спирт, изопропиловый спирт, трет-бутиловый спирт — все они могут смешиваться с водой. Однако, спирты с большей молекулярной массой, обычно, менее растворимы в воде, поскольку их углеводородная часть, которая обладает гидрофобностью, увеличивается с ростом молекулярной массы. Благодаря своей сильной полярности, спирты являются лучшими растворителями для ионных соединений и других полярных веществ по сравнению с соответствующими углеводородами.
Химические свойства спиртов
Спирты обладают разнообразной реакционной способностью. Эта характеристика обусловлена строением этих соединений. В молекуле спиртов можно выделить такие реакционные центры, как ОН группа. Она является кислотным центром, то есть воспринимает атаку основаниями и в результате происходит отщепление протона. Нуклеофильный и основный центр-атом кислорода, который имеет неподеленную пару электронов, благодаря которому спирты могут выступать как нуклеофильные реагенты. Также можно выделить, электрофильный центр-атом углерода, который связан с более электроотрицательным атомом кислорода гидроксогруппы, что является причиной имеющегося дефицита электронов на данном атоме углерода. И он, в свою очередь, способен взаимодействовать с нуклеофильными реагентами
Рассмотрим подробнее распределение зарядов на атомах в молекуле спирта. Связи С–О и О–Н — ковалентные полярные. При этом на атоме водорода образуется частичный положительный заряд δ+, на атоме углерода также частичный положительный заряд δ+, а на атоме кислорода — частичный отрицательный заряд δ–. Разрыв таких связей протекает по по ионному механизму. Разрыв связи О–Н с отрывом иона Н+ соответствует кислотным свойствам гидроксисоединения. Разрыв связи С–О соответствует основным свойствам и реакциям нуклеофильного замещения. Реакции окисления характеризуются разрывом связи О–Н, а процесс восстановления протекает с разрывом С–О связи
Как итог, химические свойства спиртов можно представить следующим образом:
слабые кислотные свойства, замещение водорода на металл;
замещение группы ОН
элиминирование – дегидратация, то есть отрыв воды
окисление
образование сложных эфиров — этерификация
1. Кислотные свойства
Спирты – неэлектролиты, в водном растворе не диссоциируют на ионы; кислотные свойства у них выражены слабее, чем у воды.
1.1. Взаимодействие с раствором щелочей
При взаимодействии спиртов с растворами щелочей реакция практически не идет, т. к. образующиеся алкоголяты-бесцветные твердые вещества растворяются в спиртах и почти полностью гидролизуются водой. Поэтому равновесие реакции сильно смещается в сторону исходных веществ.
Равновесие в этой реакции так сильно сдвинуто влево, что прямая реакция не идет. Поэтому спирты не взаимодействуют с растворами щелочей. Многоатомные спирты, в свою очередь, обладающие несколькими гидроксогруппами являются более сильными кислотами, чем одноатомные спирты. Поэтому способны к более выраженному взаимодействию с щелочами.
1.2. Взаимодействие с металлами (щелочными)
Спирты взаимодействуют с щелочными металлами с образованием алкоголятов(этоксидов). Реакция взаимодействия спиртов с активными металлами протекает подобно реакции взаимодействия этих металлов с кислотами, то есть с выделением водорода.
Например, этанол взаимодействует с калием с образованием этилата калия и водорода.
Алкоголяты под действием воды полностью гидролизуются с выделением спирта и гидроксида металла.
Например, этилат калия разлагается водой:
Многоатомные спирты также реагируют с активными металлами:
Кислотные свойства одноатомных спиртов увеличиваются в ряду:
Этот ряд объясняется уменьшением эффекта сольватации, который чем больше, тем более выражена кислотная составляющая спиртов. Так, метанол сольватирован сильнее, чем третичный спирт, поскольку метанол стерически более доступен для электростатического взаимодействия с водой, а третичный спирт, характеризующийся большим количеством углеводородных радикалов имеют меньшую способность к сольватации.
1.3. Взаимодействие с гидроксидом меди (II)
Многоатомные спирты взаимодействуют с раствором гидроксида меди (II) в присутствии щелочи, образуя комплексные соли).Данная реакция является аналитически важной, поскольку является качественной на многоатомные спирты.
Например, при взаимодействии этиленгликоля со свежеосажденным гидроксидом меди (II) образуется ярко-синий раствор гликолята меди:
2. Реакции замещения группы ОН
2.1. Взаимодействие с галогеноводородами
При взаимодействии спиртов с галогеноводородами группа ОН замещается на галоген и образуется галогеналкан. Например, этанол реагирует с хлороводородом с образованием хлорэтана. Или с бромоводородом, образуя бромэтан:
Реакционная способность одноатомных спиртов в реакциях с галогеноводородами уменьшается в ряду:
третичные > вторичные > первичные > CH3OH.
Также для замены гидроксигруппы на галоген можно провести реакцию с тионилхлоридом:
Или с хлоридом фосфора(5):
Многоатомные спирты также, как и одноатомные спирты, реагируют с галогеноводородами.
Например, этиленгликоль реагирует с бромоводородом:
2.2. Взаимодействие с аммиаком
Также реакцию замещения гидроксигруппы на аминогруппу можно провезти при нагревании спирта с аммиаком на катализаторе.
Например, при взаимодействии этанола с аммиаком образуется этиламин.
2.3. Этерификация (образование сложных эфиров)
Одноатомные и многоатомные спирты вступают в реакции с карбоновыми кислотами, образуя сложные эфиры.
Например, этанол реагирует с уксусной кислотой с образованием этилацетата (этилового эфира уксусной кислоты):
Многоатомные спирты вступают в реакции этерификации с органическими и неорганическими кислотами.
Например, этиленгликоль реагирует с уксусной кислотой с образованием ацетата этиленгликоля:
Глицерин, он же пропантриол-1,2,3, также вступает в реакцию этерификации. Продуктом этерификации является триацетилглицерин.
2.4. Взаимодействие с кислотами-гидроксидами
Спирты способны вступать в реакцию и с неорганическими кислотами, например, азотной или серной.
Например, при взаимодействии этанола с азотной кислотой образуется сложный эфир этилнитрат:
Например, глицерин под действием азотной кислоты образует тринитрат глицерина
(тринитроглицерин):
3. Реакции отщепления группы ОН
При нагревании спиртов в присутствии минеральных кислот, спирты терпят отщепление воды, то есть происходит дегидратация. В зависимости от условий возможна внутримолекулярная дегидратация и межмолекулярная дегидратация. В результате первой образуется алкен, а в результате второй-простой эфир.
3.1. Внутримолекулярная дегидратация
При высокой температуре (более 140оС) происходит внутримолекулярная дегидратация и образуется соответствующий алкен.
Например, из этанола под действием концентрированной серной кислоты при температуре выше 140 градусов образуется этилен:
В качестве катализатора этой реакции также используют оксид алюминия.
Отщепление воды от несимметричных спиртов проходит в соответствии с эмпирическим правилом Зайцева: водород предпочтительнее отщепляется от менее гидрогенизированного атома углерода. Иначе говоря, образование двойной связи происходит у наиболее замещенного атома углерода.
Например, в присутствии концентрированной серной кислоты при нагревании выше 140оС из бутанола-2 в основном образуется бутен-2:
Если этанол пропускать через смесь катализаторов оксид цинка и алюминия при нагревании, то происходит формирование сопряженного диена, а именно бутадиена-1,3. Это реакция носит важный промышленный характер и получила название-синтез Лебедева.
Также алкадиены могут быть получены путем внутримолекулярной дегидратации диолов. Так, в процессе дегидратации бутандиола-1,2 образуется бутадиен-1,3. В роли катализатора кроме серной кислоты, может выступать и оксид алюминия
3.2. Межмолекулярная дегидратация
При низкой температуре (меньше 140оС) происходит межмолекулярная дегидратация по механизму нуклеофильного замещения: ОН-группа в одной молекуле спирта замещается на группу OR другой молекулы. Продуктом реакции является простой эфир.
Например, при дегидратации этанола при температуре до 140оС образуется диэтиловый эфир:
4. Окисление спиртов
Реакции окисления в органической химии характеризуются введением в молекулу соединения более электроотрицательного атома, чем углерод и/или отщеплением водорода. В зависимости от интенсивности и условий реакции окисление можно представить как каталитическое, мягкое и жесткое.
Каталитическое окисление-применение катализаторов в окислении обеспечивает введение кислорода в органические и неорганические соединения. В отличие от этого, мягкое окисление альтернативно осуществляется без интенсивного нагревания в нейтральной или слабощелочной среде. Нейтральные условия и повышенная температура, а также возможное дополнительное введение кислоты или щелочи отличают жесткие процессы окисления.
При окислении первичных спиртов они последовательно превращаются сначала в альдегиды, а потом в карбоновые кислоты. Глубина окисления зависит от окислителя. Окисление альдегида в карбоновую кислоту можно избежать удалив его из реакционной смеси. Метанол окисляется в формальдегид, который окисляется в муравьиную кислоту. Муравьиная кислота в свою очередь при окислении может превратиться в угольную кислоту. А угольная кислота, характеризующаяся неустойчивостью, распадается на углекислый газ и воду. Вторичные спирты окисляются в кетоны.
Типичные окислители — оксид меди (II), перманганат калия KMnO4, K2Cr2O7, кислород в присутствии катализатора, оксид марганца(4), катализатор в виде соединений меди, оксида хрома, оксида цинка при нагревании
Продукты окисления многоатомных спиртов зависят от их строения. При окислении оксидом меди многоатомные спирты образуют карбонильные соединения.
4.1. Окисление оксидом меди (II)
Спирты можно окислить оксидом меди (II) при нагревании. При этом медь восстанавливается до простого вещества. Первичные спирты окисляются до альдегидов, вторичные до кетонов, а метанол окисляется до метаналя.
Например, этанол окисляется оксидом меди до уксусного альдегида
Например, пропанол-2 окисляется оксидом меди (II) при нагревании до ацетона
Третичные спирты окисляются только в жестких условиях, благодаря чему их можно отличить от первичных и вторичных спиртов по реакции с разбавленным щелочным раствором перманганата калия.
4.2. Окисление кислородом в присутствии катализатора
Спирты можно окислить кислородом в присутствии катализатора (медь, оксид хрома (III) и др.). Первичные спирты окисляются до альдегидов, вторичные до кетонов, а метанол окисляется до метаналя.
Например, при окислении пропанола-1 образуется пропаналь
Например, пропанол-2 окисляется кислородом при нагревании в присутствии меди до ацетона
Третичные спирты окисляются только в жестких условиях.
4.3. Жесткое окисление
При жестком окислении под действием перманганатов или соединений хрома (VI) первичные спирты окисляются до карбоновых кислот, вторичные спирты окисляются до кетонов, метанол окисляется до углекислого газа.
При нагревании первичного спирта с перманганатом или дихроматом калия в кислой среде может образоваться также альдегид, если его сразу удаляют из реакционной смеси.
Третичные спирты окисляются только в жестких условиях (в кислой среде при высокой температуре) под действием сильных окислителей: перманганатов или дихроматов. При этом происходит разрыв углеродной цепи и могут образоваться углекислый газ, карбоновая кислота или кетон, в зависимости от строения спирта.
Например, при взаимодействии метанола с перманганатом калия в серной кислоте образуется углекислый газ
Например, при взаимодействии этанола с перманганатом калия в серной кислоте образуется уксусная кислота
Например, при взаимодействии изопропанола с перманганатом калия в серной кислоте образуется ацетон
Многоатомные спирты окисляются в жестких условиях до углекислого газа. Например, окисляя этиленгликоль в перманганатом калия в кислой среде получим углекислый газ
Деструктивное окисление глицерина происходит подобным образом:
4.4. Горение спиртов
Спирты горят, как и большинство органических соединений(не содержащих каких либо гетероатомов). Так, образуются углекислый газ и вода и выделяется большое количество теплоты.
CnH2n+1ОН + 3n/2O2 → nCO2 + (n+1)H2O + Q
Например, уравнение сгорания метанола:
2CH3OH + 3O2 = 2CO2 + 4H2O
5. Дегидрирование спиртов
При нагревании спиртов в присутствии медного катализатора протекает реакция дегидрирования, то есть происходит отщепление водорода от кислорода, которые свою очередь, обладая избытком электронной плотности, способен образовать еще одну связь с атомом углерода, имеющим частично положительный заряд. Таким образом, при дегидрировании можем наблюдать формирование карбонильной группы. При дегидрировании метанола и первичных спиртов образуются альдегиды, при дегидрировании вторичных спиртов образуются кетоны.
Например, при дегидрировании этанола образуется этаналь
Например, при дегидрировании этиленгликоля образуется диальдегид (глиоксаль)
Применение
Спирты, такие как этанол (этиловый спирт) и изопропиловый спирт, играют важную роль в медицине, промышленности, науке и повседневной жизни. Давайте рассмотрим некоторые из основных областей их применения.
1.Медицинское применение:
Спирты широко используются в медицинских целях в качестве антисептиков и дезинфицирующих средств. Изопропиловый спирт и этанол часто используются для обработки кожи перед инъекциями, а также для дезинфекции поверхностей и медицинского оборудования.
2.Промышленное применение:
В промышленности спирты являются важными растворителями и используются в производстве лакокрасочных материалов, клеев, масел и других химических продуктов. Этанол также используется в производстве косметики и парфюмерии.
3.Энергетическое применение:
Спирты могут служить как альтернативное топливо. Этанол, получаемый из биомассы, используется в биотопливе, что способствует снижению зависимости от нефти и уменьшению выбросов углерода.
4. Лабораторные исследования:
В лабораторной практике спирты широко применяются в качестве растворителей для химических веществ. Они также используются для промывки и дезинфекции лабораторного оборудования.
5.Повседневное использование:
Спирты часто используются в быту для обработки ран, очистки поверхностей и приготовления медицинских средств, таких как настойки и тинктуры.
Заключение:
Спирты-важные органические соединения, изучение свойств, которых закладывает необходимый для понимании процессов и закономерностей органической химии.
Спирты играют важную и незаменимую роль в различных сферах нашей жизни. Их применение охватывает медицину, промышленность, энергетику, науку и быт. Важно обеспечивать безопасное и разумное использование этих веществ, с учетом их полезных свойств и потенциальных рисков.
Алкадиены — это углеводороды, которые не являются циклическими и содержат две двойные связи между атомами углерода С=С. Их химическая формула CnH2n-2, где n ≥ 3, такая же как у алкинов и циклоалкенов.
В состав молекулы бутадиена-1,3 входит 4 атома углерода в sp2 —гибридизованном состоянии. Сопряженную систему, единое π-электронное облако, образуют π-электроны двойных связей из 4 электронов, которые делокализованы, то есть равномерно распределены, между всеми атомами углерода.
Длина одинарной связи C-C равна 0,148 нм, а кратной — 0,134 нм.
Изомерия
Для диенов характерна структурная и пространственная изомерия.
1. Структурная изомерия:
Структурные изомеры — это соединения с одинаковым составом (с одной брутто-формулой CnH2n-2), которые отличаются порядком связывания атомов в молекуле, т.е. строением молекул.
1.1. Углеродного скелета
Изомеры углеродного скелета отличаются строением углеродного скелета.
Брутто-формула у соединений: C5H8
1.2. Положения кратной связи
Изомеры положения двойных связей отличаются положением двойных связей.
1.3. Межклассовая
Межклассовые изомеры — это вещества разных классов с различным строением, но одинаковым составом. Алкадиены являются межклассовыми изомерами с алкинами и циклоалкенами с общей формулой — CnH2n-2.
2. Пространственная изомерия:
2.1. Геометрическая изомерия (цис-транс)
Она обусловлена отсутствием вращения по двойной связи у некоторых алкадиенов.
Это означает, что две группы, находящиеся по разные стороны от двойной связи, могут быть либо на одной стороне (цис-изомер), либо на противоположных сторонах (транс-изомер). В случае бутадиена-1,3, цис-изомер имеет две группы на одной стороне двойной связи, а транс-изомер имеет группы на противоположных сторонах. Эта геометрическая изомерия может оказывать влияние на химические свойства и реакционную способность молекулы.
Получение
Дегидрогалогенирование Отщепление атомов галогена и водорода, расположенных у двух соседних атомов углерода, протекает под действием спиртовых растворов щелочей. Продуктами реакции являются алкадиен, вода и соль. Данная реакция используется в лаборатории. 1,3-дихлорбутан реагирует со спиртовым раствором гидроксида калия с образованием бутадиена-1,3:
Дегидрирование алканов Промышленным способом получения дивинила является реакция отщепления водорода. Реакция протекает при нагревании в присутствии катализатора — оксида хрома (III):
Каталитическим дегидрированием изопентана (2-метилбутана) получают изопрен:
Синтез Лебедева При нагревании этанола с катализатором (смесь оксидов Al2O3, MgO, ZnO) получается дивинил. Данная реакция имеет название синтез Лебедева. При этом продуктами являются бутадиен-1,3, вода и водород:
Дегидратация двухатомных спиртов В кислой среде β-спирты претерпевают элиминирование с образованием ненасыщенной сопряженной системы, то есть системы кратных связей. В ходе реакции образуется дивинил и вода:
Химические свойства
Реакции присоединения
Для алкадиенов характерны реакции присоединения по одной из двойных связей С=С, либо по обоим связям. По механизму электрофильного присоединения протекают реакции с водой, галогенами и галогеноводородами. Гидрирование алкадиенов Добавление металлических катализаторов, повышение температуры и давления способствуют протеканию реакции гидрирования алкадиенов. При присоединении одной молекулы водорода к дивинилу образуется смесь продуктов (бутен-1 и бутен-2).
При полном гидрировании дивинила образуется бутан:
Галогенирование алкадиенов Реакция галогенирования протекает очень стремительно, что подтверждается её лёгкостью осуществления в растворе даже при комнатной температуре. В качестве растворителей используют воду или хлороформ.
Качественной реакцией на кратную связь является реакция алкадиенов с бромом в водном растворе, имеющим красно-бурую окраску. Признаком окончания реакции служит обесцвечивание раствора.
Побочным продуктом бромирования дивинила является 3,4-дибромбутен-1.
При полном бромировании дивинила образуется 1,2,3,4-тетрабромбутан.
Гидрогалогенирование алкадиенов Алкадиены взаимодействуют также и с галогеноводородами. Главным продуктом при присоединении хлороводорода к бутадиену-1,3 является 1-хлорбутен-2:
Присоединение полярных молекул к кратным связям протекает через образование наиболее устойчивого σ-комплекса, то есть выполняется правило Марковникова.
Правило Марковникова: при присоединении полярных молекул типа НХ к алкадиенам водород преимущественно присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода при двойной связи.
Полимеризация
Полимеризация — это процесс образования высокомолекулярного вещества (полимера) из низкомолекулярного (мономера). Продукт полимеризации дивинила (бутадиена) называется искусственным каучуком:
При полимеризации изопрена образуется природный (натуральный) каучук:
Окисление алкадиенов
Реакции окисления в органической химии сопровождаются увеличением или числа связей с атомами кислорода в молекуле и/или уменьшением числа связей с атомами водорода. В зависимости от интенсивности и условий окисление можно условно разделить на мягкое и жесткое. Мягкое окисление алкадиенов Мягкое окисление алкадиенов протекает при низкой температуре в присутствии перманганата калия. При этом раствор перманганата обесцвечивается. В молекуле алкадиена разрываются только π-связи и окисляются атомы углерода при двойных связях. При этом образуются четырехатомные спирты.
Данная реакция является качественной на двойную связь.
Жесткое окисление
При жестком окислении под действием перманганатов или соединений хрома (VI) происходит деструкция углеродного скелета в местах двойных связей С=С и связей С-Н у атомов углерода при данных связях. При этом у окисляемых атомов углерода образуются связи с атомами кислорода. Так, если у атома углерода окисляется одна связь, то образуется гидроксильная группа С-О-Н. При окислении двух связей образуется двойная связь с атомом углерода: С=О, при окислении трех связей — карбоксильная группа СООН, четырех — углекислый газ СО2. Можно составить таблицу соответствия окисляемого фрагмента молекулы и продукта:
При окислении бутадиена-1,3 перманганатом калия в среде серной кислоты возможно образование щавелевой кислоты и углекислого газа:
Горение алкадиенов Алкадиены, как и другие углеводороды, горят в присутствии кислорода с образованием углекислого газа и воды. В общем виде уравнение сгорания алкадиенов выглядит так:
Амины – это органические производные аммиака NH3, в молекуле которого один, два или три атома водорода замещены на углеводородные радикалы.
R-NH2, R1-NH-R2, R1-N(R2)-R3
Функциональная группой аминов является аминогруппа — NH2.
Классификация аминов
1. По числу углеводородных радикалов.
Первичные амины являются следствием замещения у аммиака одного атома водорода на радикал.
Вторичные амины формируются при замещение уже двух водородов на два радикала и не обязательно они должны быть одинаковыми.
Третичные амины результат замещения всех имеющихся у аммиака водородов на радикалы.
Также существуют четвертичные соли аммония.
2. По природе углеводородного радикала
Разнообразие аминов обусловлено наличием безграничного числа радикалов. Поэтому они могут быть алифатическими — с незамкнутой углеводородной цепью. Циклическими когда цепь замыкается в цикл,причем они же делятся на алициклические , ароматические а также могут комбинировать в себе несколько типов радикалов. Вдобавок радикалы могут быть предельные и непредельные(имеющие кратные связи)
Алифатические
Этиламин
Алициклические
Циклогексиламин
Ароматические
Анилин
3. По числу аминогрупп в молекуле амины делят на моноамины (одна аминогруппа) СH3 – NН2, диамины(две аминогруппы) H2N (СH2) 2NН2, триамины и т.д.
Номенклатура
По большей части амины называют по радикало-функциональной номенклатуре.
Названия аминов строится из суффикса амин и из названий углеводородных радикалов. Если имеются одинаковые радикалы в структуре то используют приставки ди и три.
Метиламин
Этиламин
Для ароматических аминов в основном обращаются к тривиальным названиям. Например, анилин(фениламин).
Прочитать более подробно про номенклатуру аминов можно в этой статье
Изомерия
Для аминов характерна изомерия углеродного скелета начиная с С4H9NH2. Формуле С4Н9NH2 соответствуют три изомера.
Трет-бутиламин
Изобутиламин
Бутиламин
Для аминов типична изомерия положения аминогруппы начиная с С3H9N.
Пропиламин
Изопропиламин
Изомерия между типами аминов,когда одной формуле соответствует первичный , вторичный и третичный амин.
К примеру для C4H11N
Первичный
Вторичный
Третичный
Физические свойства
Количество атомов углерода
Агрегатное состояние
Запах
С1-С3
Газ
Аммиака
С4-С14
жидкость
Рыбный запах
С15 и более
Твердое вещество
Не имеют запаха
Ароматические амины — это бесцветные жидкости с высокими температурами кипения или же твердые вещества
Связь N-H является полярной,из-за разницы в их электроотрицательности, поэтому первичные и вторичные амины могут проявлять слабые межмолекулярные водородные связи. Именно это и объясняет повышенные температуры кипения аминов по сравнению с неполярными соединениями, имеющие схожую молекулярную массу,
Амины могут образовывать водородные связи с водой,благодаря этой возможности низшие алифатические амины хорошо растворимы в воде. Но чем больше число углеводородных радикалов и их размера, растворимость снижается. В случае ароматических аминов, они практически не растворяются в воде.
Строение
Общая формула для для насыщенных аминов: CnNH2n+3
для ароматических аминов: CnNH2n-7NH2 (n больше 6)
Строение первичных, вторичных и третичных аминов обладает определенной особенностью, заключающейся в наличии неподеленной электронной пары рядом с атомом азота. Благодаря этому они обладают основными свойствами,которые можно сравнить с аммиаком. Кроме того, атом азота и атомы углерода в насыщенных алкильных радикалах находятся в sp3-гибридизации, следовательно их геометрия — тетраэдр.
Аммиак
Первичный Амин
Вторичный Амин
Третичный Амин
Получение
В молекулах аминов атом азота находится в самой низкой степени окисления , поэтому обилие способов их получения основано на восстановления других классов азотсодержащих соединений, таких как нитропроизводные углеводородов, амиды и нитрилы.
1.Восстановление нитросоединений
При такой реакции нитрогруппа превращается в аминогруппу, образуется вода.
3H2 + C2H5NO2 → 2 H2O + C2H5NH2
В 1842 году Н.Н. Зинин предложил восстанавливать ароматические нитросоединения. . Этот метод имеет несколько вариантов, однако ключевым моментом является выделение активного водорода в начале реакции. Для этого используют различные методы, но в основном процесс взаимодействия соляной кислоты с цинком или железом.Кроме того, алюминий в щелочном растворе и водный раствор сульфида аммония также могут быть использованы в качестве восстановителей.
2. Алкилирование аммиака
Реакция аммиака с моногалогеналканами. Реакция проводится при повышенной температуре и давлении. В данном случае используют избыток амина, чтобы избежать образования соли аммония.
3. Взаимодействие спиртов с аммиаком
Амины могут быть получены пропусканием смеси паров спирта и аммиака при нагревании с использованием катализаторов таких как оксиды алюминия , измельченное железо. Если брать избыток спирта то можно получить вторичные и третичные амины.
4. Восстановление амидов
Реакция сопровождается разрушением карбонильной группы и отщеплении ее от молекулы амида в виде воды.
5. Восстановление нитрилов
Этим способом в промышленности получают гексаметилендиамин, используемый в изготовлении волокна — нейлон.
6.Вытеснение аминов из их четвертичных солей обработкой сильными основаниями
Химические свойства
1.Основные свойства
Как и аммиак, амины обладают основными свойствами,из-за наличия в молекуле атома азота неподеленной пары электронов , их растворы окрашивают лакмусовую бумажку в синий цвет.
В этом ряду происходит увеличение основности:
анилин
аммиак
третичные амины
первичные амины
вторичные амины
C2H5-NH2
NH3
(CH3)3-N
CH3NH2
(CH3)2NH
а) С водой
В водном растворе амины обратимо реагируют с водой, среда получается слабощелочной.
В реакции с водой амины образуют гидроксиды алкиламмония, которые подобны гидроксиду аммония. Анилин с водой не реагирует, так как является слабым основанием.
б) Как основания, амины могут вступать в реакции с кислотами и при этом образуя соли алкиламмония
Сами же четвертичные соли тоже способны вступать в реакции обмена по всем правилам реакций ионного обмена.
К примеру реакция с нитратом серебра с выпадением осадка белого цвета.
в)Взаимодействие с солями
Амины способны осаждать гидроксиды тяжелых металлов из водных растворов.
AlCl3 + 3CH3NH2 + 3H2O → Al(OH)3 + 3CH3NH3Cl
2. Окисление
Данная реакция помогает различить первичные, вторичные и третичные амины и является качественной, так как они с ней все по разному реагируют. В случае первичных аминов выделяется газ — азот,с вторичными аминами выпадает желтый осадок нитрозосоединения, третичные же при обычной температуре просто не реагируют.
3. Горение аминов — окисление кислородом воздуха с образование углекислого газа воды и в основном азота.
Особенности Анилина
Ароматический амин. Бесцветная маслянистая жидкость. Запах похож на запах бензола. На воздухе быстро окисляется и приобретает коричневую окраску . Токсичен. Плохо растворяется в воде. Активнее в реакциях замещения по бензольному кольцу, чем бензол, из-за влияния аминогруппы. Основные свойства слабее, чем у аммиака.
Получение
Восстановление ароматического соединения нитробензола, известное как реакция Зинина является оптимальным способом получения ароматических аминов.
Химические реакции
Для анилина характерны реакции как по аминогруппе, так и по бензольному кольцу.
По аминогруппе
а) реагирует только с сильными кислотами из-за слабых основных свойств. C водой не реагирует.
б)Соли анилина реагируют с щелочами NaOH/KOH
По бензольному кольцу
а) Гидрирование аренов
б) Галогенирование аренов с функциональными группами(качественная реакция образуется белый хлопьевидный осадок). Образуется 2,4,6-триброманилин.
Применение
Горнохимическая промышленность и производство минеральных удобрений — для обогащения руд и цветных металлов.
Нефтяная и газовая промышленность в качестве замедлителя коррозии для защиты оборудования.
Текстильная промышленность — для получения полиамидных текстильных волокон,добавки для окрашивания волокон
Производство красителей, антикоррозийных красок
Смазочные материала для металлургической промышленности
Как отвердители эпоксидных смол
Производство пластмасс
Лекарственные препараты, для которых используется анилин, например для транквилизаторов,сульфамидные препараты, анальгетики и многие другие
Анилин используется для производства взрывчатых веществ , анилино-формальдегидных смол, анилиновых красок.
Алкены, также известные как олеины или этиленовые углеводороды, являются одной из важных тем в химии. Эти нециклические соединения состоят из углерода и водорода, и в их молекулах содержится одна двойная связь между атомами углерода С=С. Данное свойство делает алкены непредельными или ненасыщенными углеводородами. Общая формула алкенов позволяет определить количество углеродов в молекуле и их соотношение с водородом – CnH2n. Важно отметить, что к непредельным углеводородам относятся соединения, в которых в углеродной цепи присутствует одна или несколько кратных углерод-углеродных связей – двойных или тройных.
Гомологический ряд алкенов
Название
Формула
Структурная формула
Этен (этилен)
C2H4
Пропен (пропилен)
C3H6
Бутен (бутилен)
C4H8
Пентен
C5H10
Гексен
C6H12
Гептен
C7H14
Октен
C8H16
Нонен
C9H18
Алкены: особенности строения и связи
Рассмотрим строение алкенов на примере этилена. Молекула этилена содержит химические связи C–H и С=С. Связь C–H является слабополярной одинарной σ-связью, а связь С=С – двойной, неполярной, с одной σ- и одной π-связью. При двойной связи атомы углерода образуют три σ-связи и одну π-связь, что приводит к гибридизации sp2 атомов углерода в молекулах алкенов.
Формирование σ-связи между атомами углерода происходит за счет перекрывания sp2-гибридных орбиталей атомов углерода. Аналогично, при образовании π-связи происходит перекрывание негибридных орбиталей.
В результате три sp2-гибридные орбитали атома углерода взаимно отталкиваются и располагаются в пространстве таким образом, чтобы угол между орбиталями был максимально возможным. Поэтому три гибридные орбитали атомов углерода при двойной связи в алкенах направлены под углом 120° друг к другу.
Длина двойной связи в алкенах составляет около 0,133 нм, в то время как в алканах она равна 0,154 нм. Энергия двойной связи составляет 712 кДж/моль, в то время как энергия одинарной связи – 369 кДж/моль. Вращение атомов углерода относительно двойной связи в алкенах невозможно.
Изомерия
У алкенов имеется структурная и пространственная изомерия.
Структурная изомерия
Для алкенов характерна структурная изомерия – изомерия углеродного скелета, изомерия положения кратной связи и межклассовая изомерия.
Структурные изомеры – это соединения с одинаковым составом, но отличающиеся порядком связывания атомов в молекуле, то есть структурой молекулы.
Изомеры углеродного скелета отличаются строением углеродного скелета.
Бутен-1
Метилпропен
СН2=СН–СН2–СН3
СН2=С(СН3)–СН3
Межклассовые изомеры — это вещества разных классов с различным строением, но одинаковым составом. Алкены являются межклассовыми изомерами с циклоалканами. Общая формула и алкенов, и циклоалканов — CnH2n.
Циклопропан
Пропилен
СН2=СН–СН3
Изомеры с различным положением двойной связи отличаются положением двойной связи в углеродном скелете.
Например, изомеры положения двойной связи, которые соответствуют формуле С4Н8 — бутен-1 и бутен-2:
Бутен-1
Бутен-2
СН2=СН–СН2–СН3
СН3–СН=СН–СН3
Пространственная изомерия
Пространственная изомерия также присутствует у алкенов и включает цис-транс-изомерию и оптическую изомерию.
Алкены, имеющие достаточно большой углеродный скелет, могут существовать в виде оптических изомеров. Для этого в молекуле алкена должен присутствовать асимметричный атом углерода (атом углерода, связанный с четырьмя различными заместителями
Цис-транс-изомерия обусловлена отсутствием вращения по двойной связи у алкенов.
Алкены, имеющие у каждого из двух атомов углерода при двойной связи различные заместители, могут существовать в виде двух изомеров, отличающихся расположением заместителей относительно плоскости π-связи.
Алкены, в которых одинаковые заместители располагаются по одну сторону от плоскости двойной связи, это цис-изомеры. Алкены, в которых одинаковые заместители располагаются по разные стороны от плоскости двойной связи, это транс-изомеры.
Например, для бутена-2 характерна цис- и транс-изомерия. В цис-изомере метильные радикалы CH3 располагаются по одну сторону от плоскости двойной связи, в транс-изомере — по разные стороны.
цис-Бутен-2 транс-Бутен-2
Цис-транс-изомерия не характерна для тех алкенов, у которых хотя бы один из атомов углерода при двойной связи имеет два одинаковых соседних атома.
Например, для пентена-1 цис-транс-изомерия не характерна, так как у одного из атомов углерода при двойной связи есть два одинаковых заместителя (два атома водорода): СН2=СН–СН2–СН2–СН3.
По систематической (международной) номенклатуре названия алкенов производят от названий соответствующих алканов (с тем же числом атомов углерода) путем замены суффикса –ан на –ен. Подробнее о номенклатуре алкенов можно прочитать в статье.
Физические свойства
При рассмотрении физических свойств алкенов можно отметить, что они подобны алканам в отношении температур плавления и кипения, которые возрастают по мере продвижения по гомологическому ряду.
Низшие алкены (до С4) представляют собой безцветные, не имеющие запаха газы. Средние алкены (до С17) являются бесцветными жидкостями. Алкены с более высокими молекулярными массами обычно находятся в твердом состоянии.
Как и алканы, алкены обладают неполярными свойствами, поэтому они не растворяются в воде и легче воды.
Химические свойства
Природа химической связи, особенно двойной связи между атомами углерода, представляет собой сложное явление, требующее разбирательства в азах квантовой механики. Однако, для наших целей, мы ограничимся формальным описанием.
Двойная связь состоит из σ-связи (прямой) и π-связи (боковой) (в отличие от одинарной связи, которая состоит только из σ-связи). При этом π-связь менее прочная, чем σ-связь и может легко разрушаться. Именно это свойство двойной связи определяет химические свойства алкенов: большинство характерных реакций алкенов включает разрыв двойной связи и последующее присоединение атомов.
Реакции присоединения
1. Гидрирование
Реакция гидрирования происходит в присутствии катализатора, такого как никель или палладий. Водород присоединяется к месту разрыва двойной связи, образуя алканы:
2. Присоединительное галогенирование
В отличие от алканов, которые обычно претерпевают заместительное галогенирование, алкены галогенируются путем присоединения атомов галогена к месту разрыва двойной связи, образуя дигалогеналканы:
Бромная вода обесцвечивается при контакте с алкенами — это качественная реакция на наличие непредельных углеводородов. Эта реакция не требует облучения или нагревания.
3. Гидрогалогенирование
Реакция гидрогалогенирования происходит в соответствии с правилом Марковникова, и алкены присоединяют галогены к месту разрыва двойной связи, образуя галогеналканы.
Правило Марковникова: “Водород присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода при двойной связи, то есть к атому углерода с наибольшим числом водородных атомов”.
Имеется особый случай гидробромирования в присутствии пероксидов, который происходит против правила Марковникова:
4. Гидратация
Реакцию гидратации проводят в присутствии серной кислоты, результатом которой являются спирты. Образование продуктов также подчиняется правилу Марковникова:
5. Полимеризация
Полимеризация — это процесс слияния большого количества исходных молекул в длинную цепь, при котором образуется полимер. Например, полимеризация этилена приводит к образованию важного упаковочного материала — полиэтилена:
Степень полимеризации (n) указывает на количество звеньев в полимерной цепи, которое может достигать десятков или даже сотен тысяч. Реакция полимеризации происходит с использованием сложной технологии и катализатора.
Реакции окисления
6. Реакция Вагнера (мягкое окисление)
Реакцию мягкого окисления проводят с помощью раствора перманганата калия при низкой температуре (на холоду). Места двойных связей замещаются гидроксильными группами, образуя двухатомные спирты:
Обесцвечивание марганцовки – еще одна качественная реакция на кратные связи.
7. Жесткое окисление в кислой среде
Окисление проводится с помощью раствора перманганата калия или дихромата калия в кислой среде при нагревании. Цепь разрывается в месте двойной связи, и конечный продукт зависит от структуры исходного алкена:
Вторичные атомы углерода окисляются до карбоксильных групп:
Первичный атом углерода окисляется до угольной кислоты, но она распадается:
8. Жесткое окисление в нейтральной среде
Окисление проводят с помощью раствора перманганата калия или дихромата калия при нагревании в нейтральной среде. Цепь разрывается в месте двойной связи, и результат реакции зависит от структуры исходного алкена:
Вторичные атомы углерода окисляются до карбоксилатов, образуя соли:
Первичный атом углерода окисляется до карбоната калия:
9. Горение
Как и алканы, алкены горят на воздухе, происходит полное окисление до углекислого газа и воды:
10. Заместительное галогенирование
В некоторых особых условиях (t = 450-500 градусов Цельсия) возможно заместительное галогенирование алкенов, при котором двойная связь не разрушается, а галоген занимает позицию углерода, соседнего с двойной связью, образуя галогеналкены:
11. Изомеризация
Изомеризация алкенов может происходить при нагревании в присутствии катализатора. Варианты изомеризации включают перемещение двойной связи в более стабильное положение:
Либо линейная структура меняется на разветвленную (что тоже является более стабильным состоянием):
На практике образуется смесь этих продуктов.
Способы получения алкенов
Основной промышленный путь получения алкенов: крекинг фракций нефти.
Лабораторные способы:
Дегидрированиеалканов:
Дегидрогалогенирование галогеналканов:
Дегалогенирование дигалогеналканов:
Внутримолекулярная дегидратация спиртов:
Применение алкенов
Алкены имеют широкое применение в различных областях:
1. Химическая промышленность: алкены используются в производстве пластмасс, синтетических волокон, резин, пестицидов и других химических соединений.
2. Фармацевтическая промышленность: алкены используются в производстве различных лекарственных препаратов и химических соединений, таких как анестетики, антибиотики, антидепрессанты и др.
3. Пищевая промышленность: алкены используются в производстве пищевых добавок, ароматизаторов и консервантов.
4. Нефтепереработка и газовая промышленность: алкены являются основными компонентами бензина, дизельного топлива и других нефтепродуктов.
5. Катализаторы и растворители: алкены используются в качестве катализаторов при производстве различных химических соединений. Они также могут служить растворителями для органических реакций.
6. Синтез органических соединений: алкены используются в органическом синтезе для получения более сложных молекул. Они могут быть использованы для создания каркасов и фрагментов больших химических соединений.
7. Электроника и полупроводниковая промышленность: алкены используются в производстве пластиковых материалов, которые находят применение в изготовлении электронных компонентов, таких как микросхемы и транзисторы.
– циклические непредельные углеводороды, содержащие в своем строении циклические сопряженные π-электронные системы. Иначе говоря, арены – класс органических соединений содержащие в своих молекулах одно или несколько бензольных колец.
Общая формула класса:CnH2n-6 (n≥6)
Первый представитель: Бензол (C6H6)
1.1 Строение
Из структурной формулы бензола наглядно видно, что он представляет собой циклический –триен, т.е. содержит три двойные связи в своей молекуле. Шесть атомов углерода находятся в состоянии sp2–гибридизации и образуют шестичленный плоский цикл, в котором каждый атом углерода образует три одинарные σ–связи: две связи с соседними атомами углерода и одну связь с атомом водорода. Валентные углы между этими тремя σ–связями равны 120º. У каждого атома углерода остается ещё по одному негибридному p–электрону. Эти шесть электронов располагаются перпендикулярно плоскому σ–скелету параллельно друг другу. При их взаимодействии образуется единое π–электронное облако, которое изображают кружочком внутри шестичленного цикла. Наибольшая π–электронная плотность в этой сопряженной системе располагается над и под плоскостью σ–скелета:
Наличие сопряжения в молекуле бензола отображает структурная формула с кружочком в центре шестиугольника:
Формула с кружочком правильно отражает равноценность атома углерода в бензольном кольце и особый характер связей между атомами углерода. Однако в органической химии используют обе структурные формулы — и структурную формулу Кекуле с двойными связями, и формулу с кружочком внутри шестиугольного цикла. Ароматическая система обладает высокой стабильностью.
1.2. Изомерия
Для аренов характерны следующие виды изомерии, связанные с положением и строением заместителей боковой цепи (с номенклатурой аренов можно познакомиться здесь: https://eni.ssau.ru/chem/nomenklatura-uglevodorodov/):
Изомерия строения боковой цепи:
Изомерия числа углеродных атомов в цепи:
Изомерия положения функциональных групп относительно ароматического кольца
1.3. Получение
А. Дегидрирование алканов
Алканы с углеродной цепью больше 6 способны образовывать устойчивые шестичленные циклы – циклогексан и его гомологи, которые далее превращаются в бензол и его гомологи.
Гексан в присутствии оксида хрома (III) при нагревании способен превращаться для начала в циклогексан, а после переходить в бензол:
Гептан при дегидрировании превращается сначала в метилциклогексан, а затем в толуол:
Б. Дегидрирование циклоалканов
При дегидрировании циклогексана и его гомологов при нагревании в присутствии катализатора образуется бензол или соответствующие гомологи бензола.
B. Декарбоклирование солей бензойной кислоты (р. Дюма)
Декарбоксилирование – реакция отщепления углекислого газа из молекулы карбоновой кислоты или их солей. Проводится за счет сплавления с щелочью. При сплавлении соли бензойной кислоты с щелочью идет образование бензола и карбоната соответствующего металла:
Г. Тримеризация ацетилена и его гомологов (р. Зелинского)
В зависимости от выбора условий и катализатора ацетилен и его гомологи способны образовывать разные продукты реакции. В частности, если катализатор активированный уголь и температура 600̊С, реакция идет с образованием бензола и его гомологов.
Д. Синтез Вюрца
Хлорбензол реагирует с хлорметаном и натрием. При этом образуется смесь продуктов, одним из которых является толуол:
Е. Алкилирование
Бензол способен реагировать с различными классами органических соединений с образованием его гомологов. Так, реакцию с галогеналканами проводят в присутствие катализатора являющимся сильным акцептором электронной пары (кислота Льюиса). В качестве таких могут выступать хлорид алюминия, хлорида железа (III) и другие:
Реакции со спиртами проходят с сильными водоотнимающими реагентами, так, например, серная кислота:
Бензол способен также вступать в реакции с алкенами в присутствие катализатора (хлорид алюминия, хлорид железа (III), ортофосфорная кислота и др.):
Ж. Получение стирола
Стирол можно получить дегидрированием этилбензола:
Стирол можно также получить действием спиртового раствора щелочи на продукт галогенирования этилбензола (1-хлор-1-фенилэтан):
1.4. Ориентирующее действие различных заместителей в бензольном кольце
Если в бензольном кольце имеются заместители, не только алкильные, но и содержащие другие атомы (гидроксил, аминогруппа, нитрогруппа и т.п.), то реакции замещения атомов водорода в ароматической системе протекают строго определенным образом, в соответствии с характером влияния заместителя на ароматическую π-систему.
Заместители подразделяют на две группы в зависимости от их влияния на электронную плотность ароматической системы: электронодонорные (первого рода) и электроноакцепторные (второго рода).
Например, фенол реагирует с хлором в присутствии катализатора с образованием смеси продуктов, в которой преимущественно содержатся орто-хлорфенол и пара-хлорфенол.
Например, при бромировании нитробензола в присутствии катализатора преимущественно образуется мета-бромнитробензол.
1.5. Химические свойства
А. Реакции присоединения
Так как в ароматическом кольце присутствуют двойные связи, то бензолу и его гомологам характерны реакции присоединения в кольцо.
Гидрирование
Бензол присоединяет водород при нагревании и под давлением в присутствии металлических катализаторов (Ni, Pt и др.).
При гидрировании бензола образуется циклогексан:
При гидрировании гомологов образуются производные циклоалканы. При нагревании толуола с водородом под давлением и в присутствии катализатора образуется метилциклогексан:
Хлорирование аренов
Присоединение хлора к бензолу протекает по радикальному механизму при высокой температуре, под действием ультрафиолетового излучения.
При хлорировании бензола на свету образуется 1,2,3,4,5,6-гексахлорциклогексан (гексахлоран):
Гомологи бензола не присоединяют хлор. Если гомолог бензола реагирует с хлором или бромом на свету или при высокой температуре (300°C), то происходит замещение атомов водорода в боковом алкильном заместителе, а не в ароматическом кольце. Например, при хлорировании толуола на свету образуется бензилхлорид:
Если у гомолога бензола боковая цепь содержит несколько атомов углерода – замещение происходит у атома, ближайшему к бензольному кольцу («альфа-положение»). Например, этилбензол реагирует с хлором на свет:
Б. Реакции замещения
Химические свойства бензола определяются наличием в его молекуле устойчивой ароматической π–электронной системы. Поэтому для бензола наиболее характерны реакции замещения атомов водорода в бензольном кольце на атомы галогенов и различные группы атомов. В результате реакций замещения ароматическая система сохраняется. Реакции замещения протекают в присутствии катализаторов — галогенидов алюминия или железа. Выбор этих реагентов обусловлен наличием вакантных орбиталей, за счет которых они и будут катализировать процесс.
Галогенирование
Бензол и его гомологи вступают в реакции замещения с галогенами (хлор, бром) в присутствии катализаторов (AlCl3, FeBr3).
Гомологи бензола содержат алкильные заместители, которые обладают электронодонорным эффектом: из-за индуктивного эффекта и эффекта гиперконъюгации в ароматическую систему подается избыток электронной плотности, которая распределяется по кольцу, что ведет к активации орто- и параположений в системе. Таким образом, замещение атомов водорода, в присутствие катализатора, будет проходить преимущественно в этих положениях:
Нитрование
Бензол реагирует с концентрированной азотной кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты (нитрующая смесь). При этом образуется нитробензол:
Реакция нитрования гомологов бензола протекает в орто- или параположение, однако возможно и трижды замещённых нитросоединений:
Сульфирование
Бензол реагирует при нагревании с концентрированной серной кислотой или раствором SO3 в серной кислоте (олеум) с образованием бензолсульфокислоты:
В. Реакции окисления
Бензол устойчив к действию даже сильных окислителей. Но гомологи бензола окисляются под действием сильных окислителей. Бензол и его гомологи горят.
Полное окисление, горение
При горении бензола и его гомологов образуются углекислый газ и вода. Реакция горения аренов сопровождается выделением большого количества теплоты.
2C6H6 + 15O2 → 12CO2 + 6H2O + Q
Уравнение сгорания аренов в общем виде:
CnH2n–6 + (3n – 3)/2 O2 → nCO2 + (n – 3)H2O + Q
При горении ароматических углеводородов в недостатке кислорода может образоваться угарный газ СО или сажа С.
Бензол и его гомологи горят на воздухе коптящим пламенем. Бензол и его гомологи образуют с воздухом и кислородом взрывоопасные смеси.
Окисление гомологов бензола
Гомологи бензола легко окисляются перманганатом и дихроматом калия в кислой или нейтральной среде при нагревании. При этом происходит окисление всех связей у атома углерода, соседнего с бензольным кольцом, кроме связи этого атома углерода с бензольным кольцом.
Толуол окисляется перманганатом калия в серной кислоте с образованием бензойной кислоты:
Если окисление толуола идёт в нейтральном растворе при нагревании, то образуется соль бензойной кислоты – бензоат калия:
Таким образом, толуол обесцвечивает подкисленный раствор перманганата калия при нагревании.
При окислении других гомологов бензола всегда остаётся только один атом С в виде карбоксильной группы (одной или нескольких, если заместителей несколько), а все остальные атомы углерода радикала окисляются до углекислого газа или карбоновой кислоты.
Более длинные радикалы окисляются до бензойной кислоты:
Изопропилбензол окисляется перманганатом калия в кислой среде до бензойной кислоты и углекислого газа:
Кетоны — класс органических соединений, молекулы которых содержат карбонильную группу, связанную с двумя углеводородными радикалами. Общая формула кетонов: R1–CO–R2.
Строение кетонов
Химическая активность кетонов обусловлена определённым строением карбонильной группы. Так как кислород является более электроотрицательным элементом, то электронная плотность смещается к нему. Вследствие этого на атоме кислорода возникает частично отрицательный заряд, а на карбонильном атоме углерода – частично положительный.
Номенклатура
При наименовании кетонов пользуются рациональной и заместительной номенклатурой, а для простейшего представителя часто используется тривиальное название – ацетон. Более подробно про номенклатуру кетонов можно почитать в статье.
Физические свойства
Простейшие кетоны состава С3-С4 – летучие жидкости, с большим числом атомов углерода – твердые легкоплавкие вещества.
Низшие гомологи растворимы в воде, благодаря образованию водородных связей между атомами водорода молекул воды и карбонильными атомами кислорода. С увеличением углеводородного радикала растворимость в воде падает.
Простейший кетон – пропанон (ацетон, диметилкетон) – бесцветная жидкость с резким запахом. Его температура кипения 56,2 °С. Смешивается с водой, спиртом и эфиром в любых соотношениях.
Изомерия кетонов
Для кетонов с числом атомов углерода больше 4-х характерна изомерия положения функциональной группы:
пентанон-2
пентанон-3
Кетоны изомерны альдегидам с таким же числом атомов углерода, а также енолам – соединениям, содержащим одновременно двойную связь и гидроксильную группу:
пропанон
пропаналь
пропен-2-ол-1
Получение
Пропанон и его гомологи можно получить:
окислением вторичных спиртов (в качестве окислителя может выступать оксид меди, кислород в присутствии катализатора)
из галогенопроизводных
Например, щелочной гидролиз дигалогеналканов:
путем перегонки уксусной кислоты *
* — нет в ЕГЭ
Ароматические кетоны можно получить реакцией Фриделя-Крафтса. Для этого на хлорангидрид жирной или ароматической кислоты действуют ароматическим углеводородом в присутствии хлорида алюминия.
Химические свойства
Для кетонов характерны реакции различных типов:
Нуклеофильное присоединение (AN) по связи С=О
Такие реакции сопровождаются разрывом связи С=О, кетоны при этом превращаются во вторичные спирты.
Замещение карбонильной группы на галогены
При этом образуются дигалогеналканы, содержащие атомы галогена при одном атоме углерода (геминальные).
Окисление*
Окисление кетонов происходит при нагревании в присутствии сильных окислителей с разрывом связи С-С, вследствие чего образуется смесь карбоновых кислот. В качестве окислителей могут быть использованы щелочной раствор KMnO4, горячая концентрированная HNO3.
* — нет в ЕГЭ
Восстановление
Кетоны восстанавливаются до соответствующих вторичных спиртов
Применение кетонов
Кетоны используют для изготовления различных полимеров. Пропанон применяют как растворитель, а также как исходный продукт для производства эфиров, иодоформа, изопрена и органического стекла (плексигласа).
Органические соединения, широко распространенные в природе, играют важную роль во многих жизненных процессах. Они являются основой белков, углеводов, липидов, нуклеиновых кислот и других биомолекул.
Большинство органических соединений можно синтезировать путем введения в молекулы углеводородов функциональных групп. Углеводороды, состоящие из атомов углерода и водорода, являются исходным сырьём для получения функциональных производных. Функциональные группы — это группы атомов, которые определяют химические свойства органических соединений. Обладая различными свойствами, функциональные группы взаимодействуют друг с другом, образуя более сложные молекулы.
В результате замещения водорода в углеводородной цепи на функциональную группу создаются функциональные производные.
Функциональные производные обладают широким спектром свойств и используются в различных отраслях промышленности. Они являются исходными соединениями для синтеза многих биомолекул. Их изучение и синтез имеет большое значение для развития фармацевтической, пищевой и химической промышленности.
К самым распространенным органическим функциональным производным относят следующие.
По виду и количеству функциональных групп бывают монофункциональные (одна группа), гомополифункциональные (несколько одинаковых групп) и соединения со смешанными функциями (когда группы разные).
Галогеналканы — это класс органических соединений, которые являются производными алканов. В их молекулах один или несколько атомов водорода замещены атомами галогенов, таких как фтор, хлор, бром и йод.
В зависимости от количества атомов галогена, мы можем выделить моно-, ди-, три- и другие галогенпроизводные. Моногалогеналканы получают свои названия на основе названия соответствующего одновалентного радикала, к которому добавляются слова «хлористый», «бромистый» и т.д., или окончания «хлорид», «бромид» и т.д. Это помогает идентифицировать и классифицировать эти соединения.
Галогеналканы широко используются в различных областях. Например, хлористый метан (хлорметан) используется в качестве растворителя и дезинфицирующего средства. Трихлорметан (хлороформ) применяется в медицине как анестетик, а также в процессах экстракции и очистки. Бромистый этанол (бромэтиловый спирт) является важным реагентом в органической химии и используется в синтезе различных соединений. Однако галогеналканы могут быть и опасными для окружающей среды и здоровья человека. Некоторые из них обладают высокой токсичностью и могут вызывать негативные последствия при неправильном использовании или выкидывании.
СН3Сl – хлористый метил (метилхлорид)
СН3СН2I – йодистый этил (этилиодид)
По номенклатуре IUPAC названия строятся следующим образом. На первом месте ставится название галогена и число, обозначающее, при каком атоме углерода от начала цепи он находится, затем добавляется название углеводорода.
Галоидные соединения называются первичными, вторичными и третичными это зависит от того, с каким атомом углерода связан атом галогена т.е если атом углерода, связанный только с одним атомом углерода называют первичным. Если углерод связан с двумя другими атомами углерода, то он вторичный, если с тремя – третичный, с четырьмя – четвертичный.
СПИРТЫ И ФЕНОЛЫ
Название спиртов по заместительной номенклатуре ИЮПАК образуется от названия соответствующих алканов с добавлением суффикса( -ол )и цифры, которая указывает положение гидроксигруппы.
Нумерацию цепи начинаем с того края, где гидроксильная группа расположена ближе .Цифрами после суффикса «ол» указывают положение гидроксильной группы в главной цепи.
Существуют основные правила составления названий спиртов с разветвленной цепью по международной номенклатуре
1. Найти в молекуле самую длинную прямую углеродную цепь, связанную с гидроксильной группой.
2. Пронумеровать атомы «С» в этой цепи так, чтобы атом «С», связанный с группой –ОН, имел наименьший номер.
3. Назвать алкан, соответствующий самой длинной цепи, указав положение всех заместителей.
4.Также мы должны обозначить гидроксильную группу суффиксом –ол.
5. И в конце цифрой указать положение группы –ОН
Для фенолов широко используют тривиальные названия, сложившиеся исторически: фенол, гидрохинон, резорцин и др. В названиях замещенных моноядерных фенолов используются также приставки орто- , мета- и пара- , употребляемые в номенклатуре ароматических соединений.
АЛЬДЕГИДЫ
Название альдегида согласно международной номенклатуре (систематической) образуется из названия соответствующего алкана с таким же числом атомов углерода с добавлением окончания (–aль).Нумерация углеродной цепи начинается с атома углерода альдегидной группы, т.е. (карбонильный атом углерода).
Основные правила составления названий альдегидов по систематической (заместительной) номенклатуре ИЮПАК
1) Пронумеровать самую длинную углеродную цепь, начиная с атома углерода альдегидной группы.
2) Указать положение радикала и его название в алфавитном порядке. Назвать углеводород.
3)Принадлежность к классу альдегиды указать суффиксом -аль.
Наличие кратных связей или боковых цепей в молекуле альдегида обозначается аналогично алканам.
3-метилпропаналь
КЕТОНЫ
Кетоны-это карбонильное соединение,где соединение(С=О)связано с двумя радикалами углерода.Не стоит путать кетон с другими классами карбонильного соединения: альдегидом.Альдегиды имеют карбонильную группу на конце цепи углеводородов. От расположение карбонильной группы сильно зависят свойства соединения,поэтому альдегиды и кетоны рассматриваются как два отдельных класса.
карбонильная группа
Гомологический ряд кетонов начинается с пропанона:
Систематическое название кетона строится из:
– корня, который указывает на длину цепи
– суффикса, указывающего на наличие/отсутствие кратных связей,
– окончания «он», это указывает наличие неконцевой карбонильной группы (кетогруппы),
– локанта кетогруппы
Например, см. разбор названия «пентанон-2»
пентанон-2
• пент – цепь из пяти атомов,
• ан – нет кратных связей,
• он – наличие кетогруппы.
• -2 – ее локант
Если молекула содержит заместители,то они перечисляются перед корнем с указанием локантов, нумерация ведется от того конца, к которому ближе кетогруппа:
4,5-диметилгексанон-3
Если карбонильная группа не является старшей в молекуле, она упоминается перед названием как заместитель «оксо» (альтернативный вариант «кето»):
2- оксопропановая кислота
Так же первые представители кетонов это — диметилкетон, метилэтилкетон.
Тривиальные названия некоторых кетонов:
АМИНЫ
Классификация аминов несколько отличается. Они являются источником путаницы. Положение функциональной группы при первичных, вторичных и третичных атомах углерода отличает другие органические соединения, но для аминов все иначе.
Рациональная номенклатура включает классификацию аминов как производных аммиака. «амин» — это термин, используемый для обозначения первичных аминов, который также включает в себя названия органических радикалов, заменяющих атом водорода.
Название вторичных и третичных аминов строится следующим образом.
По международной номенклатуре амины рассматриваются как производные соответствующих углеводородов.
Сначала определяется самая длинная углеводородная цепь, которая нумеруется в зависимости от положения аминогруппы и заместителей углеводородной цепи.
Цифрами указывается углеводородный атом, к которому присоединяется аминогруппа, затем называется сам углеводород.
Если в составе амина присутствует несколько аминогрупп, то их количество указывается соответствующей приставкой «амино», «диамино», «триамино», указывая числовой индекс атома углерода.
КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ
Систематическое название простейшей карбоновой кислоты строится из:
– корня, который указывает на длину цепи,
– суффикса, который указывает на наличие либо отсутствие кратных связей,
– а так же самой конструкции «овая кислота», это указывает на карбоксильную группу и, соответственно, на принадлежность к классу карбоновых кислот.
Рассмотрим на следующем примере:
бутановая кислота
• бут – цепь из четырех атомов,
• ан – нет кратных связей,
• овая кислота – наличие –COOH.
Если в молекуле есть заместители, они перечисляются перед названием родоначальной цепи(Если молекула вещества имеет разветвленное строение, следует выбрать в молекуле родоначальную цепь (главную цепь). Эта углеродная цепь будет «стволом» молекулы, остальные ветви будут рассматриваться, как заместители, и перечисляться перед корнем в названии вещества) с указанием их радикалов
Нумерация в цепи начинается с карбоксильной группы:
2,4-диметилгептановая кислота
3-гидроксибутановая кислота
У непредельных(имеющие двойные,тройные связи) карбоновых кислот вместо суффикса «ан» используются суффиксы «ен» или «ин» с указанием локанта кратной связи
Пропеновая кислота (акролеиновая)
Пропиновая кислота
3-метилпентен-4-овая кислота
Так же у нас существует номенклатура многоосновный карбоновых кислот. Многоосновные карбоновые кислоты содержат несколько карбоксильных групп то есть бывают двухосновные (дикарбоновые), трехосновные (трикарбоновые) и т. д.
Само название двухосновных кислот строится из корня, соответствующего длине цепи и дополнительно «диовая кислота»
.
Многие карбоновые кислоты имеют также тривиальные названия, некоторые из которых представлены в таблице.
Номенклатура – это система правил, для названия химических соединений (веществ), их классов, а также групп, которая обеспечивает взаимосвязь названия и формулы и отражает строение молекулы.
Виды номенклатур:
В органической химии для наименования различных соединений используют несколько видов номенклатур, а также тривиальные названия (например, HC2=CH2 этилен, HC2=CH-CH=CH2 дивинил, HC≡CH ацетилен).
Известны такие виды номенклатур как, рациональная номенклатура, Женевская номенклатура (1892), Льежская номенклатура (1930) и номенклатура IUPAC (ИЮПАК), публикующаяся с 1957 г. под названием «Правила номенклатуры органических соединений IUPAC».
Тривиальная номенклатура – это исторически первая номенклатура, которая появилась только в начале развития органической химии, ещё до создания классификации и теории строения органических соединений. По этой номенклатуре органическим соединениям давали названия, например по источнику получения (шведский аптекарь Шееле выделил из прокисшего молока кислоту, которая получила название молочная кислота), по методу получения веществ (кислоту полученную пиролизом виноградной кислоты назвали пировиноградной кислотой), по цвету или запаху (ароматические соединения) или реже по химическим свойствам (парафины).
Дальнейшее развитие получила рациональная номенклатура (вторая половина XIX в.). С увеличением числа открытых новых веществ появилась необходимость связать название соединения с его строением. В этой номенклатуре за основу названия органического соединения принимают название простейшего представителя гомологического ряда данного класса, а остальные рассматривают как производные этого соединения, образованные путем замещения атомов водорода углеводородными или другими радикалами.
Например, в непредельных (ненасыщенных) углеводородах или алкенах за основу берут этилен (HC2=CH2) как простейший представитель этого класса, у алкинов соответственно – ацетилен (HC≡CH), в предельных углеводородах (алканах) – метан CH4.СН3-CH=CH-CH3 диметилэтилен (сим-диметилэтилен), (CH3)2C=CH2 тоже диметилэтилен (несим-диметилэтилен).
Рациональная номенклатура используется для названия несложных органических соединений, так как при переходе к сложным органическим веществам это номенклатура непригодна.
Сейчас объясним доступно, что там написано про номенклатуру.
Она основана на классификации и современной теории строения органических соединений, то есть название соединения должно отражать его химическую структуру.
В правилах ИЮПАК используют заместительную (систематическую) номенклатуру, поскольку она является наиболее универсальной.
Общепринятые определения, используемые для создания названий органических соединений, к которым относятся: родоначальная структура, функциональная (характеристическая) группа, радикал и заместитель.
Заместительная номенклатура основана на принципе замещения в структуре соединения атомов водорода на разные заместителями. Заместительное название органического соединения рассматривают как сложное слово, состоящее из корня (основание, родоначальное название (структура)), приставки (префикс) и окончания (суффикс).
Органический радикал —это остаток органической молекулы, из которой удалили один или несколько атомов водорода, из которой был удален один или несколько атомов водорода, при этом одна или несколько валентностей остаются свободными в каждом случае.
Родоначальная структура – это химическая структура, лежащая в основе называемого соединения. В ациклических соединениях в качестве родоначальной структуры рассматривается главная цепь атомов углерода, в карбоциклических и гетероциклических соединениях — цикл. (этан-этанол)
Характеристическая (функциональная) группа – это атом или группа атомов, которые являясь заместителями или участниками углеродной цепи (цикла), определяют принадлежность соединения к классу органических и являются носителями его основных химических свойств.
Заместитель – это любые характеристические группы или углеводородные радикалы, присоединенные к родоначальной структуре.
1. УГЛЕВОДОРОДЫ
1.1. ПРЕДЕЛЬНЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ (АЛКАНЫ и циклоалканы)
Углеводороды, не имеющие функциональных групп с двойной или тройной связью, классифицируются как алканы или циклоалканы, в зависимости от того, расположены ли атомы углерода в молекуле только цепочками или заключены в цикл.
Алканы и циклоалканы также являются членами более широкого класса соединений, называемых алифатическими. Проще говоря, алифатические соединения — это соединения, которые не включают в свою молекулярную структуру никаких ароматических колец.
Первые четыре (n=1-4) насыщенных углеводорода с неразветвленной цепью называются метан, этан, пропан и бутан. Последующие названия строятся из названия числительного (греческого происхождения) с добавлением суффикса -ан.
Алкан
Радикал (алкил)
Формула
Название
Формула
Название
Метан
CH4
CH3—
Метил
Этан
C2H6
C2H5—
Этил
Пропан
C3H8
C3H8— -CH2-CH2-CH3
Пропил
Изопропил(втор-пропил)
Бутан
C4H10
н-бутил
втор-бутил
изобутил
трет-бутил
Пентан
C5H12
Гексан
C6H14
Гептан
C7H16
Октан
C8H18
Нонан
C9H20
Декан
C10H22
Данные названия следует запомнить, поскольку они составляют корень многих названий IUPAC.
Правила ИЮПАК для номенклатуры алканов:
Найти и назвать самую длинную непрерывную углеродную цепь.
Пронумеровать цепочку последовательно, начиная с конца, ближайшего к группе заместителей.
Определить и назвать группы, присоединенные к этой цепочке.
Обозначить местоположение каждой группы заместителей соответствующим номером и названием. С помощью приставки ди- можно обозначить два идентичных заместителя, приставкой три- — три заместителя и тд. Если ли же несколько идентичных заместителей замещают водород у одного и того же атома «С», то номер этого атома пишется два раза. 2,2-диметилбутан
Если заместители разные, то их номера пишутся раздельно:3,3-диметилгексан
Составить название, перечислив группы в алфавитном порядке, используя полное название углеводорода (число атомов «С» в главной цепи).Префиксы ди, три, тетра и т.д., используемые для обозначения нескольких групп одного вида, не учитываются при размещении в алфавитном порядке.
Следующие соединения имеют специальные названия:
изобутан
изопентан
В следующем примере приведено название алкана, имеющего разветвленную боковую цепь:
4-этил-6-(2-метилбутил)ундекан
Циклоалканы состоят из одного или нескольких колец атомов углерода. Простейшие примеры этого класса состоят из единственного незамещенного углеродного кольца, и они образуют гомологичный ряд, подобный неразветвленным алканам. Если простой неразветвленный алкан превращается в циклоалкан, то должны быть потеряны два атома водорода, по одному с каждого конца цепи. Следовательно, общая формула циклоалкана, состоящего из n атомов углерода, равна CnH2n.
Замещенные циклоалканы называются способом, очень похожим на тот, который используется для обозначения разветвленных алканов. Основное различие в правилах и процедурах заключается в системе нумерации. Поскольку все атомы углерода в кольце эквивалентны (кольцо не имеет концов, как цепь), нумерация начинается с замещенного атома в кольце.
Правила ИЮПАК для номенклатуры циклоалканов:
Для монозамещенного циклоалкана за главную углеродную цепь принимают цикл, а группа заместителей называется как обычно. Номер местоположения не требуется.
Если алкильный заместитель является большим и/или сложным, кольцо может быть названо группой заместителей в алкане.
Если в кольце присутствуют два разных заместителя, то первый упомянутый заместитель присваивается углероду с номером 1. Затем нумерация кольцевых атомов углерода продолжается в направлении, которое дает второму заместителю наименьший возможный номер местоположения.
Если в кольце присутствует несколько заместителей, они перечисляются в алфавитном порядке. Номера местоположений присваиваются заместителям таким образом, чтобы один из них находился в углероде с номером 1, а другие местоположения имели наименьшие возможные номера, считая либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки.
Составить название перечисляя в алфавитном порядке и присваивая каждой группе (если их две или более) номера местоположения и называя углеродный цикл. Префиксы ди, три, тетра и т.д., используемые для обозначения нескольких групп одного вида, не учитываются при размещении в алфавитном порядке.
Алкены и алкины представляют собой углеводороды, которые соответственно имеют функциональные группы с двойной связью углерод-углерод и с тройной связью углерод-углерод. Молекулярные формулы этих ненасыщенных углеводородов отражают множественное связывание функциональных групп:
Алкан
R–CH2–CH2–R
CnH2n+2
Это максимальное соотношение H/C для заданного числа атомов углерода.
Алкен
R–CH=CH–R
CnH2n
Каждая двойная связь уменьшает число атомов водорода на 2 по сравнению c предельным алифатическим углеводородом (алканом).
Алкин
R–C≡C–R
CnH2n-2
Каждая тройная связь уменьшает число атомов водорода на 4 по сравнению c предельным алифатическим углеводородом (алканом).
Правила ИЮПАК для номенклатуры алкенов и циклоалкенов:
Выбрать самую длинную цепь, которая включает в себя оба атома углерода с двойной связи.
Цепь нумеруют от конца, ближайшего к атому углерода с двойной связью. Если двойная связь находится в центре цепи, то для определения конца, с которого начинается нумерация, используется правило ближайшего заместителя.
Меньшее из двух чисел, обозначающих атомы углерода двойной связи, используется в качестве локатора двойной связи.
В циклоалкенах углеродам с двойной связью присваивают кольцевые расположения №1 и №2. Какой из двух является номером 1, может быть определено по правилу ближайшего заместителя.
Группы заместителей, содержащие двойные связи, называются: H2C=CH– Виниловая группа, H2C =СН–СН2– Аллильная группа
В конце названия добавляют суффикс ен- (окончание), который указывает на алкен или циклоалкен.
Пентен-2
2-метилпентен-3
6-метил-4-этилгептен-2
Диены. Если в молекуле ненасыщенного углеводорода имеются две двойные связи, то название заканчивается словом –диен. Общее название таких соединений алкадиены. Положение двойных связей указывается номерами углеродных атомов, от которых исходят эти связи:
4,5-диметилгептадиен-2,4
2,4-диметилгексатриен-1,3,6
Очень часто используют тривиальные названия некоторых диенов (приведены в скобках), например:
бутадиен-1,3 (дивинил)
пропадиен (аллен)
2-метилбутадиен-1,3 (изопрен)
Если в молекуле ненасыщенного углеводорода имеются три и более двойные связи, то название заканчивается соответственно словами –триен, –тетраен и т.д.
Правила ИЮПАК для номенклатуры алкинов:
Выбрать самую длинную цепь, которая включает в себя оба атома углерода с тройной связи.
Пронумеровать главную цепь от конца, ближайшего к атому углерода с тройной связью. Если тройная связь находится в центре цепочки, то для определения конца, с которого начинается нумерация, используется правило ближайшего заместителя.
Меньшее из двух чисел, обозначающих атомы углерода тройной связи, используется в качестве локатора тройной связи.
Если присутствует несколько кратных связей, каждой из них должен быть присвоен номер. Двойные связи предшествуют тройным связям в названии IUPAC, но цепочка нумеруется с конца, ближайшего к множественной связи, независимо от ее природы.
Группы заместителей, содержащая тройные связи, представляет собой: HC≡C– Этинильная группа; HC≡C–CH2– Пропаргильная группа
В конце названия добавляют суффикс ин- (окончание), который указывает на алкин.
Ацетилен
Пентин-1
3-метилбутин-1
1.3. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ (АРЕНЫ)
Ароматические углеводороды – производные бензола можно рассматривать как продукты замещения атомов водорода в бензоле одновалентными радикалами – алкильными, алкенильными, алкинильными. Первым представителем гомологического ряда аренов является бензол. Названия составляют из названий радикалов боковых цепей с добавлением окончания бензол. При составлении названия ароматического соединения за главную цепь принимают молекулу бензола.
Некоторые производные бензола имеют тривиальные названия (приведены в скобках), использование которых в заместительной номенклатуре в качестве родоначальных структур преимущественно:
Метилбензол (толуол)
Винилбензол (стирол)
Этинилбензол
Изопропилбензол (кумол)
Если в ароматическом кольце несколько заместителей, то атомы углерода бензольного кольца нумеруются: в направлении, где больше заместителей, от самого главного заместителя (чем больше атомов углерода в радикале, тем он старше).
Для названия дизамещенных бензолов обычно используют приставки: орто– (1,2-положение), мета– (1,3-положение), пара– (1,4-положение), которые можно сокращать до первой буквы названия: о–, м–, п– соответственно.
Металлы отличаются от неметаллов перечнем свойств, о которых ниже и пойдёт речь.
В настоящее время известно 118 химических элементов, из которых 92 являются металлами.
В короткой Периодической таблице металлы находятся в начале периодов, а также в побочных подгруппах. Все элементы побочных подгрупп являются металлами. Условной границей, отделяющей металлы от неметаллов, служит диагональ бор — астат, левее и ниже которой все элементы относятся к металлам. Элементы, находящиеся вблизи диагонали, имеют двойственную природу.
Строение кристаллической решётки металлов
Для металлов и их сплавов характерна металлическая кристаллическая решётка. Металлическая кристаллическая решетка — это структура, которая состоит из ионов и атомов металла, а между ними свободно передвигаются электроны.
Между атомами в составе кристаллической решётки возникает металлическая химическая связь.
Сравнивая энергию различных типов химических связей, можно сделать вывод о прочности металлической связи:
для молекулярной связи
103 Дж/моль
для ионной
105–107 Дж/моль
для металлической
105–106 Дж/моль
Чем больше энергия, тем связь прочнее → металлическая является одной из самых прочных. Это обуславливает некоторые физические и химические свойства металлов.
Строение электронных оболочек металлов
У металлов сравнительно большие радиусы атомов. На внешнем электронном слое у большинства металлов находится небольшое число электронов (от 1 до 3). Их наружный слой далёк до завершения. Металлам характерны низкие значения электроотрицательности (<2 по шкале Поллинга). Валентные электроны металлов слабо связаны с ядром и легко покидают атом.
Для того, чтобы приобрести электронную конфигурацию ближайшего инертного газа (а все элементы к этому и стремятся), металлам необходимо отдать один или два электрона, в зависимости от периода, в котором находится металл:
Внешний энергетический уровень металла обуславливает его окислительно-восстановительные свойства, как и то, какую степень окисления металл способен принимать. Например, Li ⁺¹ Ca⁺² Al⁺3
Физические свойства металлов
1.Отсутствие цвета и характерный металлический блеск. Это объясняется высокой подвижностью электронов, имеющих разную скорость и энергию → электроны способны поглощать всю линию спектра (не окрашены). При снятии возбуждения электрона происходит излучение света (блеск).
2. Металлы обладают высокой электропроводностью и теплопроводностью. Это хорошо объясняется высокой подвижностью электронов, находящихся в составе металлической кристаллической решётки.
3. Вследствие большой прочности металлической связи металлы обладают высокими температурами плавления и значительной твёрдостью. (В металлах с низкой валентностью прочность связи ниже → эти металлы легкоплавкие и мягкие. Например, литий.)
4.Пластичность. Благодаря особенностям кристаллической решётки металлы в результате механического воздействия способны не разрушаться, образуя порошок, а менять форму.
5. Магнетизм. Создается неравномерным распределением электронов в атомах некоторых металлических элементов. Неравномерное вращение и движение, вызванное этим неравномерным распределением электронов, перемещает заряд внутри атома вперед и назад, создавая магнитные диполи.
Химические свойства металлов
Благодаря тому, что металлам проще лишиться электронов на своём внешнем энергетическом слое, в реакциях металлы-простые вещества будут выступать исключительно в роли восстановителей.
В зависимости от активности, металлы традиционно подразделяют на три группы: Li, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al – активные металлы; Mn, Zn, Cr, Cd, Co, Ni, Pb – металлы средней активности; H2, Cu, Ag, Hg, Au, Pt – малоактивные металлы. Чем активнее металл, тем проще он будет отдавать электроны → будет проявлять более сильные восстановительные свойства и первым взаимодействовать с окислителем.
Активный металл
легко отдает электроны
сильные восстановительные свойства
взаимодействует с окислителями охотнее
Неактивный металл
тяжело отдает электроны
слабые восстановительные свойства
взаимодействует с окислителем менее охотно
Взаимодействие металлов с
простыми веществами-неметаллами
водой
растворами кислот
с кислотами-окислителями
солями
щелочами
с простыми веществами-неметаллами
Металлы вступают в ОВР с простыми веществами-неметаллами, образуя бинарные соединения, в которых металл имеет положительную степень окисления, а неметалл — отрицательную.
2Na + Cl2 → 2NaCl
2Mg + O2 → 2MgO
Zn + S → ZnS
Вступают в реакцию: O2 (кроме благородных Me), Hal2, N2, S, P, C и др. Li — единственный реагирует с азотом без нагревания с обр Li3N
Во взаимодействии щелочных металлов с кислородом есть особенность: все они, кроме лития, образуют пероксиды и надпероксиды.
4Li + O2→2Li2O (оксид)
2Na + O2→Na2O2 (пероксид)
K + O2→KO2 (надпероксид)
с водой
C жидкой водой взаимодействуют активные металлы. Результатом этой ОВР является образование щелочей.
2Na + H2O → 2NaOH + H2
Cu + H2O ↛
Металлы правее водорода (не активные) не вступают в реакцию с водой.
с растворами кислот
Те металлы, которые стоят в ряду активности левее водорода, способны вытеснять его, образуя с кислотным остатком соль.
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
3Fe + 4H3PO4→Fe3(PO4)4 + 6H2
Hg + H3PO4↛
Кислоты HNO3 и H2SO4 являются сильными окислителями за счет кислотного остатка и с металлами будут реагировать специфичнее (например, окислять неактивные металлы).
с кислотами-окислителями
H2SO4(конц)
В разбавленном виде серная кислота является окислителем за счёт протона. Продукты восстановления серной кислоты зависят от активности металла, с которым она реагирует.
H2SO4(конц)
+ активный Me (Li-Zn)→ Соль + H2S⁻² + H2O
+ металл средней активности (Cd-Pb) → Соль + S⁰ + H2O
+ неактивный металл (после H2 и Fe)→ Соль + S⁺⁴O2 + H2O
Более подробно о реакциях металлов с серной кислотой можно прочитать в статье.
HNO3
И разбавленные, и концентрированные растворы азотной кислоты являются окислителями за счёт атома N⁺⁵
Концентрированная азотная кислота даёт один продукт, для разбавленной тенденция образования продуктов реакции аналогична серной кислоте.
Более подробно о реакциях металлов с азотной кислотой можно прочитать в статье.
с солями
Металлы способны вступать в реакцию с солями, вытесняя менее активный металл и образуя с кислотным остатком новую соль.
Ca + ZnCl2→ CaCl2 + Zn
K + CuI → KI + Cu
Fe + Mg(NO3)2↛
с щелочами
Особенностью амфотерных металлов (Be, Al, Zn и др) является их способность взаимодействовать как с кислотами, так и с щелочами с образованием комплексов.
Медь — представитель d–элементов. Медь расположена в побочной подгруппе I группы. В основном состоянии атом меди имеет электронную конфигурацию [Ar]3d104s1 (за счет «проскока» электрона). В соединениях медь проявляет степени окисления +1 и +2:
Cu . . . 3d104s1 — 1e— Cu+1 . . . 3d10
Cu . . . 3d104s1 — 2e— Cu+2 . . . 3d9
Обе степени окисления являются устойчивыми.
Физические свойства меди. Важнейшие сплавы меди
Медь имеет красноватую окраску. Медь — мягкий, пластичный, ковкий металл, обладает высокой тепло- и электропроводностью. Высокая теплопроводность меди обусловливает её использование для изготовления проводов. К важнейшим сплавам меди относятся бронза ( 10% олова), мельхиор (30 % никеля), латунь (40 % цинка), нейзильбер ( 20% цинка, 15% никеля).
Получение меди
В природе медь встречается в виде сульфидов, например халькопирита , ковеллина , халькозина , и осно́вных карбонатов меди(II), например малахита и азурита . В процессе получения меди сульфидную руду сначала обжигают и получают оксид меди(II), который затем восстанавливают углём или природным газом:
Cu2S + 2O2 = 2CuO + SO2
CuO + C = Cu + CO
Медь, используемую в электротехнике, очищают с помощью электрохимического рафинирования. Медный слиток помещают в гальваническую ванну с раствором сульфата меди(II) и проводят электролиз с растворимым анодом, которым является загрязнённая медь, катодом служит графитовый стержень. В процессе электролиза медный анод растворяется, а на катоде оседает чистая медь. Содержащиеся в меди примеси остаются в растворе, а часть из них — анодный шлам — оседает на дно электролитической ванны.
Химические свойства меди
Химическая активность меди не высока. В ряду активности металлов медь расположена правее водорода поэтому не может вытеснить водород из растворов неокисляющих кислот (все кроме концентрированной серной и азотной любых концентраций).
В сухом воздухе медь практически не окисляется, с водой не реагирует. При нагревании медь взаимодействует с кислородом и в зависимости от условий образует различные оксиды:
При взаимодействии с серой медь способна к образованию двух сульфидов: при 4000C образуется сульфид меди(II):
Cu + S = CuS ( t=4000C)
а при температуры выше — сульфид меди(I):
2Cu + S = Cu2S ( t > 4000C)
При нагревании с фтором, хлором, бромом медь образует галогениды меди(II):
Cu + Br2 = CuBr2
а с иодом — иодид меди (I): (т.к. йод является весьма слабым окислителем). Далее мы рассмотрим реакции ОВР между соединениями меди(II) и йодид-ионами.
2Cu + I2 = 2CuI
Медь не реагирует с водородом, азотом, углеродом и кремнием.
Так как в электрохимическом ряду напряжений металлов медь расположена после водорода, то она не взаимодействует с разбавленными соляной и серной кислотами. Однако в присутствии кислорода медь растворяется в этих кислотах с образованием соответствующих солей:
(данная реакция в рамках ЕГЭ НЕ рассматривается)
2Cu + 4HCl + O2 = 2CuCl2 + H2O
Важно запомнить: писать реакцию металлической меди с минеральными кислотами безучастия кислорода — нельзя!
С разбавленной азотной кислотой медь реагирует с образованием нитрата меди(II) и оксида азота(II):
3Cu + 8HNO3(разб) = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
С концентрированными серной и азотной кислотами медь взаимодействует с образованием солей меди(II) и продуктов восстановления кислот — SO2 и NO2 соответственно:
Cu + 2H2SO4(конц) = CuSO4 + SO2 + 2H2O (при нагревании)
Cu + 4HNO3(конц) = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
Медь окисляется под действием таких окислителей, как оксид азота(IV) , оксид серы(IV) , хлорид железа(III) :
4Cu + 2NO2 = 4CuO + N2
4Cu + SO2 = Cu2S + 2CuO
Cu + 2FeCl3 = CuCl2 + 2FeCl2
При этом в реакции 1. Медь будет окислятся до +2, в то время как, оксид азота(IV) восстановится до азота 0. В реакции 2. медь окислится до +1 и +2, сера +4 восстановится до серы -2. В реакции 3 медь окислится до +2, а железо восстановится с +3 до +2.
Последнюю реакцию используют в электротехнике для травления плат.
Во влажном воздухе в присутствии углекислого газа медь покрывается зелёным налётом гидроксокарбоната меди(II):
2Cu + H2O + CO2+ O2 = (CuOH)2CO3
Соединения меди(I)
Оксид меди(I) и соответствующий ему гидроксид проявляют основные свойства; в воде не растворяются.
Для соединений меди(I) характерна окислительно-восстановительная двойственность, они могут восстанавливаться до металлической меди и окисляться до соединений меди(II), а также подвергаются диспропорционированию. Например:
Соединения меди(II) по сравнению с соединениями меди(I) более распространены. Оксид меди(II) и гидроксид меди(II) обладают основными свойствами. Проявляя основные свойства, они реагируют с кислотами с образованием соответствующих солей меди(II):
CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O
Cu(OH)2 + H2SO4 = CuSO4 + 2H2O
Примечание: Несмотря на то что оксид меди(II) и соответствующий гидроксид проявляют также и кислотные свойства ( иначе говоря обладают амфотерными свойствами), в рамках ЕГЭ эти соединения рассматриваются только как основные. Ниже рассмотрены кислотные свойства в сугубо ознакомительных целях.
Кислотные свойства оксида меди(II) проявляются при его сплавлении с оксидами щелочных металлов, в результате чего образуются купраты:
CuO + Na2O = Na2CuO2
Гидроксид меди(II) проявляет кислотные свойства при взаимодействии с концентрированными растворами щелочей, образуя комплексные купраты голубого цвета:
Cu(OH)2 +2KOH = K2[Cu(OH)4]
Гидроксид меди(II) в виде студнеообразного осадка голубого цвета получают при действии разбавленных растворов щелочей на растворимые соли меди(II):
CuCl2 + 2NaOH = Cu(OH)2 + 2NaCl
При нагревании гидроксид меди(II) разлагается на оксид меди(II) чёрного цвета и воду:
Cu(OH)2 = CuO + H2O
Из солей меди(II) наиболее известен медный купорос — кристаллическое вещество синего цвета. Медный купорос применяют при крашении тканей, для протравливания семян, консервирования древесины, в качестве пестицида. При добавлении раствора медного купороса к известковому молоку получают бордосcкую жидкость, которая используется для борьбы с вредителями сельского хозяйства.
При действии на раствор сульфата меди(II) раствором карбоната натрия выпадает бледно-голубой осадок основного карбоната меди(II) , который через некоторое время приобретает зелёный цвет. Основный карбонат меди(II) известен под названием малахит, который встречается в природе. При нагревании малахит разлагается:
(CuOH)2CO3 = 2CuO + H2O + CO2
Соединения меди(II) проявляют окислительные свойства, восстанавливаясь при этом до соединений меди(I) при взаимодействии со слабыми восстановителями:
При этом восстановители будут окисляться до устойчивой степени окисления или до металлической меди с сильными восстановителями:
CuSO4 + Fe = Cu + FeSO4
CuO + H2 = Cu + H2O
Многие соединения меди окрашены: CuO и сульфиды чёрные, Cu2O— красный, Cu(OH)2— голубой; практически все безводные соли меди(II) белые, а их кристаллогидраты и водные растворы имеют голубую или зелёную окраску.
Изменение окраски соединений меди(II) при переходе в соединения меди(I) используется в органической химии для качественного анализа, например для обнаружения альдегидов.
Свежеосажденный голубого цвета восстанавливается альдегидами, в результате чего образуется осадок гидроксида меди(I) жёлтого цвета, который при слабом нагревании распадается на воду и оксид красного цвета:
CH3CHO + 2Cu(OH)2 = CH3COOH + 2CuOH + H2O
(жёлтый)
2CuOH = Cu2O + H2O
(красный)
Реакции комплексообразования для соединений меди
Данный материал в рамках ЕГЭ на данный момент не рассматривается.
С концентрированными хлороводородной, бромоводородной и иодоводородной кислотами медь реагирует с образованием комплексного соединения — дихлоркупрата(I) водорода и выделением водорода:
2Cu + 4HCl = 2H[CuCl2] + H2
Медь растворяется в водном растворе аммиака в присутствии кислорода воздуха с образованием ярко-синего раствора гидроксида тетраамминмеди(II):
2Cu + 8NH3 + 2H2O + O2 = 2[Cu(NH3)4](OH)2
Медь в степени окисления образует нерастворимые соли , а также растворимые комплексы, например хлорид диамминмеди(I) и гидроксид диамминмеди(I) , которые можно получить растворением в аммиаке хлорида меди(I) и оксида меди(I) соответственно:
CuCl + 2NH3 = [Cu(NH3)2]Cl
Cu2O + 4NH3 + H2O = 2[Cu(NH3)2]OH
Гидроксид меди(II) растворяется в аммиаке с образованием комплекса ярко-синего цвета:
Cu(OH)2 + 4NH3 = [Cu(NH3)4](OH)2
Характеристика серебра как химического элемента
Серебро, как и медь, представитель – d элементов. Серебро расположено в побочной подгруппе I группы. В основном состоянии атом серебра имеет электронную конфигурацию[Kr]4d105s1(за счёт «проскока» электрона). Для серебра наиболее характерна степень окисления +1 .
Серебро известно человечеству с глубокой древности. В природе серебро встречается как в самородном состоянии, так и в виде соединений.
Физические свойства серебра
Чистое серебро — мягкий и ковкий металл, легко прокатывается в фольгу и вытягивается в проволоку, обладает прекрасной тепло- и электропроводностью. Серебро широко используется для изготовления ювелирных изделий, однако для этих целей применяют не чистое серебро, а его сплавы –875й пробы (87.5 % серебра) или 925й пробы (92.5 % серебра). Это связано с тем, что сплавы, сохраняя окраску металла, обладают большей твёрдостью.
Химические свойства серебра
С химической точки зрения серебро достаточно инертно (в ряду химической активность находится правее водорода и меди). Серебро не реагирует с кислородом, однако при длительном хранении на воздухе в присутствии влаги чернеет, так как вступает в реакцию с содержащимся в нём в небольших количествах сероводородом:
4Ag + 2H2S + O2 = 2Ag2S + 2H2O
Именно этот процесс обусловливает потемнение серебряных изделий. Как и медь, серебро не реагирует с разбавленными соляной и серной кислотами, но растворяется в кислотах-окислителях:
2Ag + 2H2SO4(конц) = Ag2SO4 + SO2 + 2H2O
Ag + 2HNO3(конц) = AgNO3 + NO2 + H2O
3Ag + 4HNO3(разб) = 3AgNO3 + NO + 2H2O
Соединения серебра(I)
Оксид серебра(I) в виде коричневого осадка получают, действуя щелочами на растворимые соли серебра:
2AgNO3 +2NaOH = Ag2O + 2NaNO3 + H2O
Оксид серебра(I) проявляет основные свойства и взаимодействует с кислотами:
Ag2O + 2HNO3 = 2AgNO3 + H2O
Осадок оксида серебра(I) легко растворяется в водном растворе аммиака с образованием бесцветного раствора гидроксида диамминсеребра(I), который называют «аммиачным раствором оксида серебра»:
Ag2O + 4NH3 + H2O = 2[Ag(NH3)2]OH
Этот раствор применяют в органической химии для качественного определения альдегидной группы (реакция «серебряного зеркала»):
Серебро в степени окисления +1 в этой реакции проявляет окислительные свойства.
Наибольшее значение среди солей серебра имеет нитрат серебра , который называется также ляписом. Водный раствор нитрата серебра имеет нейтральную реакцию среды, что указывает на практически полное отсутствие гидролиза этой соли. Нитрат серебра прекрасно растворяется в воде: при 20oC в 100 г воды растворяется 223 г соли, а при 100oC— 770г. При нагревании нитрат серебра разлагается:
2AgNO3 = 2Ag + NO2 + O2
Ляпис находит применение в медицине благодаря прижигающему и дезинфицирующему действию.
Все галогениды серебра, кроме фторида , не растворяются в воде. Хлорид серебра имеет белый цвет, бромид — светло-жёлтый, иодид — жёлтый. Галогениды серебра светочувствительны, что находит применение в фотографии.
Нерастворимые галогениды серебра, как и его оксид, можно перевести в раствор действием аммиака или цианидов вследствие образования растворимых комплексов:
Ионы серебра даже при очень низком содержании их в растворе способны убивать болезнетворные бактерии, что обусловливает целебное действие воды, в которую были погружены серебряные предметы.
Серебро используется в производстве зеркал, аккумуляторов, изготовлении монет, столовой посуды, ювелирных изделий, электрических контактов, микросхем и др.
Выводы по курсу:
Медь и серебро — представители d–элементов. В основном состоянии их атомы содержат 10d–электронов на предвнешнем уровне и 1s–электрон на внешнем. Для электронного строения атомов меди и серебра характерен «проскок» электрона.
Для меди наиболее устойчивой является степень окисления(+2), для серебра(+1).
Химическая активность меди и серебра невысока. ( см. ряд активности)
Медь и серебро не взаимодействуют с разбавленными растворами кислот-неокислителей, но растворяются в концентрированной серной кислоте и азотной кислоте любой концентрации.
Оксид меди(I) и гидроксид меди(I), а также оксид серебра(I) проявляют основные свойства. Оксид меди(II) и гидроксид меди(II) обладают слабоамфотерными свойствами с преобладанием основных
Это элемент побочной подгруппы 7 группы 4 периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 25. Обозначается символом Mn. Электронная структура внешнего энергетического уровня его атома выражается формулой 3d 5 4s 2 . Марганец — металл, поэтому не может находиться в отрицательных степенях окисления. Высшая степень окисления = № группы=7. Для него характерны степени окисления +2, +4 и +6, менее устойчивы соединения, в которых марганец находится в степени окисления +3. Mn(2+) проявляют основные свойства, Mn(+4) — амфотерные, Mn(+6) и Mn(+7) — кислотные.
Получение
1.Алюмотермия: 3MnO2+4Al=2Al2O3+3Mn 2.Восстановсление коксом: MnO2+2C=Mn+2CO 3.Электролиз солей: 2MnSO 4+2H2O=2Mn +O2+2H2SO4 Подробнее про электролиз можно почитать в этой статье:
Химические свойства металла
1.Взаимодействие с водой: а)при обычных условия не реагирует б)при нагревании реагирует с образованием основного оксида с выделением Н2: Mn+2H2O=Mn(OH)2+H2 2.Взаимодействие с кислотами-неокислителями: Mn+2HCl(разб)=MnCl2+H2 Mn+2H2SO4(разб)=MnSO4+2H2 Mn находится в ряду активности металлов до водорода, поэтому может вытеснять его из растворов кислот. 3.Взаимодействие с кислотами-окислителями: Mn в свободном виде проявляет восстановительные свойства, окисляясь до Mn(2+): Mn+2H2SO4 (конц)=MnSO4+SO2+2H2O 3Mn+8HNO3 (разб)=3Mn(NO3)2 +2NO+4H2O Mn+4HNO3 (конц)=Mn(NO3)2+2NO2+2H2O
Подробнее про продукты восстановления кислот-окислителей можно почитать в статьях про азотную кислоту и серную кислоту. 4.Окисление неметаллами: а)кислородом: При окислении на воздухе Mn пассивируется, на поверхности металла образуется прочная оксидная пленка: Mn+O2=MnO2 б)Галогенами: Mn+F2=MnF2 Mn+Cl2=MnCl2 Mn+Br2=MnBr2 Mn+I2=MnI2 в) С другими неметаллами при нагревании: 3Mn +N2=Mn3N2 3Mn +C=Mn3C 2Mn+Si=Mn2Si 3Mn+2P=Mn3P2
Соединения марганца (II)
При действии сильных окислителей ион Mn2+ способен переходить в ион Mn7+: MnSO4+PbO2+HNO3=HMnO4+PbSO4+Pb(NO3)2+H2O MnSO4+Br2+4KOH=MnO2+2KBr+K2SO4+2H2O Соединения марганца (II) на воздухе неустойчивы, Mn(OH)2 быстро буреет, превращаясь в оксид-гидроксид марганца (IV). Mn(OH)2+O2=MnO2+H2O
Оксид MnO Имеет зеленую окраску, нерастворим в воде.
Химические свойства:
1.Основные свойства: а)Взаимодействие с кислотами с образованием соответствующих солей: MnO+2HCl=MnCl2+H2O б)Взаимодействие с кислотными оксидами с образованием соответствующих солей: MnO+SiO2=MnSiO3 2.Восстановительные свойства: 2MnO+O2=2MnO2
Способы получения
1.Разложением солей и основания двухвалентного Mn при нагревании: MnCO3=MnO+CO2 2.Восстановлением четырёхвалентного оксида Mn различными восстановителями при нагревании: MnO2+H2=MnO+H2O
MnO2+CO=MnO+CO2 MnO2+C=MnO+C
Химические свойства Mn(OH)2
1.Разложение при нагревании: Mn(OH)2=MnO+H2O 2.Основные свойства: Взаимодействие с кислотами с образованием соответствующих солей: Mn(OH)2+2HCl=MnCl2+H2O 3.Восстановительные свойства: ярко выражены в щелочной среде 4Mn(OH)2+O2=4MnO(OH)+2H2O Mn(OH)2+Br2+2KOH=MnO2+2KBr+2H2O При действии сильных окислителей в нейтральной среде: Mn(OH)2+H2O2=MnO2+H2O Mn(OH)2+Br2=MnO2+2HBr В результате образуется бурый осадок гидроксида марганца (4)
Соединения марганца (+4) Оксид MnO2
Это темно-бурое нерастворимое в воде вещество, наиболее устойчивое кислородное соединение марганца при обычных условиях.
Химические свойства
1.Амфотерные свойства: а)Кислотные свойства выражены сильнее Взаимодействие со щелочами при сплавлении с образованием манганатов: MnO2+2NaOH=Na2MnO3 б)Щелочные свойства выражны очень слабо: при взаимодействии с концентрированной H2SO4 выделяется крайне неустойчивую соль Mn(SO4)2
2.Окислительные свойства более отчётливо проявляются в кислой среде, окисляют как сильные, так и слабые восстановители: MnO2 +4HCl =MnCl2+Cl2+2H2O MnO2+2FeSO4+2H2SO4=MnSO4+Fe2(SO4)3+2H2O MnO2+KNO2+H2SO4=MnSO4+KNO3+H2O 3.Окислительные свойства: Действием более сильных окислителей MnO2 может быть окислен до соединений Mn (VI), Mn (VII): 2MnO2+2KOH+KNO3=K2MnO4+H2O+KNO2
Соединения марганца (+6) Манганаты
K2MnO4 − манганат калия, соль не выделенной в свободном состоянии марганцовистой кислоты H2MnO4. Не получен и оксид Mn (VI) – MnO3. Растворы манганатов окрашены в темно-зеленый цвет, присущий ионам MnO42−. Они устойчивы только в сильнощелочной среде.
Химические свойства
1.Диспропорционирование при разбавлении раствора водой 3K2MnO4+2H2O=2КMnO4+MnO2+4KOH Данная реакция протекает, так как для марганца более устойчивыми степенями окисления являются +4 и +7, чем +6. 2.Окислительные свойства: K2MnO4+8HCl(конц)=MnCl2+2Cl2+2KCl+4H2O 3.Восстановительные свойства: K2MnO4+Сl2 =2КMnO4+2KCl
Соединения марганца (+7)
Оксид марганца (VII) Mn2O7 – зеленовато-черная жидкость, сильный окислитель. Растворим в воде.
Химические свойства
Кислотные свойства: взаимодействие с водой с образованием соответствующей кислоты: Mn2O7+H2O=2HMnO4
Перманганаты Окислительные свойства
Продукт восстановления зависит от среды, в которой протекает реакция: а)кислая среда: 2KMnO4+16HCl(конц)=2MnCl2+5Cl2+2KCl+8H2O 2KMnO4+5H2O2+3H2SO4=2MnSO4+5O2+K2SO4+8H2O б)Нейтральная среда: 2KMnO4+5KI+H2O=2MnO2+KIO3+2KOH в)Щелочная среда: Проявляют довольно слабые окислительные свойства и способны окислить только сильные восстановители: 2KMnO4+K2SO3+2KOH=2K2MnO4+K2SO4+H2O 2KMnO4+2KI=2K2MnO4+I2
Этиламин 
Циклогексиламин
Анилин
2,2-диметилбутан
3,3-диметилгексан 
изобутан
изопентан
1,3-диметилциклогексан
1-метил-2-этилциклопентан
Пентен-2
2-метилпентен-3
6-метил-4-этилгептен-2
4,5-диметилгептадиен-2,4
2,4-диметилгексатриен-1,3,6
бутадиен-1,3 (дивинил) 
пропадиен (аллен)
2-метилбутадиен-1,3 (изопрен)
Ацетилен
Пентин-1
3-метилбутин-1
Метилбензол (толуол) 
Винилбензол (стирол)
Этинилбензол 
Изопропилбензол (кумол)
2-этилтолуол (орто-этилтолуол)
1,3-диметилбензол (мета-диметилбензол)
4-метилкумол (пара-метилкумол)
1,2-диметилбензол (орто-ксилол)
1,3-диметилбензол (мета-ксилол)
1,4-диметилбензол (пара-ксилол)
Новости
22.11.2024
22.11.2024
24.10.2024
14.10.2024
09.10.2024
01.10.2024