Алкините (известни още като ацетиленови въглеводороди) са въглеводороди, съдържащи тройна връзка между въглеродни атоми, с обща формула CnH2n-2. Въглеродните атоми при тройната връзка са в състояние на sp - хибридизация.

Реакция на ацетилен с бромна вода

Ацетиленовата молекула съдържа тройна връзка, бромът я разкъсва и добавя към ацетилена. Образува се терабромоетан. Бромът се изразходва при образуването на тетрабромоетан. Бромна вода (жълта) - обезцветена.

Тази реакция протича с по-ниска скорост, отколкото в серията етиленови въглеводороди. Реакцията също протича на етапи:

HC ≡ CH + Br 2 → CHBr = CHBr + Br 2 → CHBr 2 - CHBr 2

ацетилен → 1,2-дибромоетан → 1,1,2,2-тетрабромоетан

Обезцветяването на бромната вода доказва ненаситеността на ацетилена.

Реакция на ацетилен с разтвор на калиев перманганат

В разтвор на калиев перманганат настъпва окисление на ацетилена и молекулата се разпада на мястото на тройната връзка и разтворът бързо се обезцветява.

3HC ≡ CH + 10KMnO 4 + 2H 2 O → 6CO 2 + 10KOH + 10MnO 2

Тази реакция е качествена реакция на двойни и тройни връзки.

Взаимодействие на ацетилен с амонячен разтвор на сребърен оксид

Ако ацетиленът премине през амонячен разтвор на сребърен оксид, водородните атоми в ацетиленовата молекула лесно се заменят с метали, тъй като те имат висока подвижност. В този експеримент водородните атоми са заменени от сребърни атоми. Образува се сребърен ацетилид - жълта утайка (експлозивна).

CH ≡ CH + OH → AgC≡CAg↓ + NH 3 + H 2 O

Тази реакция е качествена реакция на тройна връзка.

Редокс реакции с участието на органични вещества

Склонността на органичните съединения да се окисляват е свързана с наличието множествени връзки, функционални групи, водородни атоми при въглеродния атом, съдържащ функционалната група.

Последователното окисление на органичните вещества може да бъде представено като следната верига от трансформации:

Наситен въглеводород → Ненаситен въглеводород → Алкохол → Алдехид (кетон) → Карбоксилна киселина → CO 2 + H 2 O

Генетичната връзка между класовете органични съединения е представена тук като поредица от редокс реакции, които осигуряват прехода от един клас органични съединения към друг. Завършва се от продуктите на пълното окисление (изгаряне) на някой от представителите на класовете органични съединения.

Зависимост на редокс капацитета на органично вещество от неговата структура:

Повишената склонност на органичните съединения към окисляване се дължи на наличието на вещества в молекулата:

• множество облигации(ето защо алкените, алкините и алкадиените се окисляват толкова лесно);
• определени функционални групи, способни лесно да се окисляват (–-SH, –OH (фенолни и алкохолни), – NH 2 ;
• активирани алкилови групи, разположени в съседство с множество връзки. Например пропенът може да се окисли до ненаситения алдехид акролеин с атмосферен кислород в присъствието на водна пара върху бисмут-молибденови катализатори.

H 2 C=CH−CH 3 → H 2 C=CH−COH

А също и окисляването на толуен до бензоена киселина с калиев перманганат в кисела среда.

5C 6 H 5 CH 3 +6KMnO 4 + 9H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 COOH + 3K 2 SO 4 + 6MnSO 4 +14H 2 O

• присъствието на водородни атоми при въглероден атом, съдържащ функционална група.

Пример за това е реактивността в реакциите на окисление на първични, вторични и третични алкохоли чрез окислителна реактивност.

Въпреки факта, че по време на всяка окислително-редукционна реакция възникват както окисление, така и редукция, реакциите се класифицират в зависимост от това какво се случва директно с органичното съединение (ако се окислява, говорим за процес на окисление, ако се редуцира, говорим за процес на редукция ) .

По този начин, при реакцията на етилен с калиев перманганат, етиленът ще се окисли и калиевият перманганат ще се редуцира. Реакцията се нарича окисляване на етилен.

Използването на понятието „степен на окисление“ (CO) в органичната химия е много ограничено и се прилага предимно при изготвянето на уравнения за редокс реакции. Въпреки това, като се има предвид, че повече или по-малко постоянен състав на реакционните продукти е възможен само при пълно окисляване (изгаряне) на органични вещества, целесъобразността от подреждане на коефициенти в реакциите на непълно окисление изчезва. Поради тази причина те обикновено се ограничават до съставянето на диаграма на трансформациите на органичните съединения.

Когато изучавахме сравнителните характеристики на неорганичните и органичните съединения, се запознахме с използването на степента на окисление (s.o.) (в органичната химия, предимно въглерод) и методите за определянето му:

1) изчисляване на средна с.о. въглерод в молекула на органична материя:

-8/3 +1

Този подход е оправдан, ако по време на реакцията всички химични връзки в органично вещество се разрушават (изгаряне, пълно разлагане).

2) определение за s.o. всеки въглероден атом:

В този случай степента на окисление на всеки въглероден атом в органично съединение е равна на алгебричната сума от числата на всички връзки с атоми на по-електроотрицателни елементи, взети под внимание със знака "+" на въглеродния атом и брой връзки с водородни атоми (или друг по-електроположителен елемент), взети под внимание със знака "-" при въглеродния атом. В този случай връзките със съседни въглеродни атоми не се вземат предвид.

Като прост пример, нека определим степента на окисление на въглерода в молекула метанол.

Въглероден атом е свързан с три водородни атома (тези връзки се броят със знака „–“), а една връзка е свързана с кислороден атом (брои се със знак „+“). Получаваме: -3 + 1 = -2 Така степента на окисление на въглерода в метанола е -2.

Изчислената степен на окисление на въглерода, макар и условна стойност, показва естеството на изместването на електронната плътност в молекулата, а нейната промяна в резултат на реакцията показва протичащия редокс процес.

Нека изясним в какви случаи е по-добре да използваме един или друг метод.

Процесите на окисляване, изгаряне, халогениране, нитриране, дехидрогениране и разлагане се класифицират като редокс процеси.

При преминаване от един клас органични съединения към друг Иувеличаване на степента на разклоняване на въглеродния скелет молекули на съединения в отделен клас Степента на окисление на въглеродния атом, отговорен за редукционната способност на съединението, се променя.

Органични вещества, чиито молекули съдържат въглеродни атоми с максимум(- и +) стойности на CO(-4, -3, +2, +3), влизат в пълна реакция на окисление-горене, но устойчив на леки и средни окислители.

Вещества, чиито молекули съдържат въглеродни атоми в CO -1; 0; +1, лесно се окисляват, редукционните им способности са близки, следователно непълното им окисляване може да се постигне поради един от известните окислители с ниска и средна якост. Тези вещества могат да проявяват двойна природа, действайки като окислител, точно както е присъщо на неорганичните вещества.

Когато пишете уравнения за реакциите на горене и разлагане на органични вещества, е по-добре да използвате средната стойност на d.o. въглерод.

Например:

Нека създадем пълно уравнение за химическа реакция, използвайки метода на баланса.

Средна стойност на степента на окисление на въглерода в n-бутан:

Степента на окисление на въглерода във въглероден оксид (IV) е +4.

Нека създадем електронна балансова диаграма:

Обърнете внимание на първата половина на електронния баланс: въглеродният атом има частична d.o. знаменателят е 4, така че изчисляваме трансфера на електрони, използвайки този коефициент.

Тези. преходът от -2,5 към +4 съответства на прехода 2,5 + 4 = 6,5 единици. защото Включени са 4 въглеродни атома, тогава 6,5 · 4 = 26 електрона ще бъдат отдадени общо от въглеродните атоми на бутана.

Като се вземат предвид намерените коефициенти, уравнението за химическата реакция на изгаряне на n-бутан ще изглежда така:

Можете да използвате метода за определяне на общия заряд на въглеродните атоми в молекула:

(4 ° С) -10 …… → (1 ° С) +4 , като вземем предвид, че броят на атомите преди и след знака = трябва да е еднакъв, изравняваме (4° С) -10 …… →[(1 ° С) +4 ] · 4

Следователно преходът от -10 до +16 включва загуба на 26 електрона.

В други случаи определяме стойностите на s.o. всеки въглероден атом в съединението, като се обръща внимание на последователността на заместване на водородните атоми при първични, вторични, третични въглеродни атоми:

Първо, процесът на заместване протича при третичните въглеродни атоми, след това при вторичните въглеродни атоми и накрая при първичните въглеродни атоми.

Алкени

Окислителните процеси зависят от структурата на алкена и реакционната среда.

1. По време на окисляването на алкени с концентриран разтвор на калиев перманганат KMnO 4 в кисела среда (твърдо окисление) σ- и π-връзките се разрушават с образуването на карбоксилни киселини, кетони и въглероден оксид (IV). Тази реакция се използва за определяне на позицията на двойната връзка.

а) Ако двойната връзка е в края на молекулата (например в бутен-1), тогава един от продуктите на окисление е мравчена киселина, която лесно се окислява до въглероден диоксид и вода:

б) Ако в молекулата на алкена въглеродният атом при двойната връзка съдържа два въглеродни заместителя (например в молекулата на 2-метилбутен-2), тогава по време на неговото окисление се образува кетон, тъй като превръщането на такъв атом в атом на карбоксилна група е невъзможно без разрушаване на връзката С–С, която е относително стабилна при тези условия:

в) Ако молекулата на алкена е симетрична и двойната връзка се съдържа в средата на молекулата, тогава по време на окислението се образува само една киселина:

Характеристика на окисляването на алкените, при което въглеродните атоми при двойната връзка съдържат два въглеродни радикала, е образуването на два кетона:

2. В неутрална или леко алкална среда окислението се придружава от образуването на диоли (двувалентни алкохоли) и хидроксилните групи са прикрепени към тези въглеродни атоми, между които има двойна връзка:

По време на тази реакция виолетовият цвят на водния разтвор на KMnO 4 се обезцветява.Затова се използва като качествена реакциякъм алкени (реакция на Вагнер).

3. Окисляването на алкени в присъствието на паладиеви соли (процес на Wacker) води до образуването алдехиди и кетони:

2CH2 =CH2 + O2 PdCl2/H2O→ 2 CH 3 -CO-H

Хомолозите се окисляват при по-малко хидрогенирания въглероден атом:

CH3-CH2-CH=CH2 + 1/2O2 PdCl2/H2O→ CH 3 - CH 2 -CO-CH 3

Алкини

Окислението на ацетилена и неговите хомолози протича в зависимост от средата, в която протича процесът.

а) В кисела среда процесът на окисление се придружава от образуването на карбоксилни киселини:

Реакцията се използва за определяне на структурата на алкините въз основа на техните окислителни продукти:

В неутрална и леко алкална среда окислението на ацетилена се придружава от образуването на съответните оксалати (соли на оксаловата киселина), а окисляването на хомолозите се придружава от разкъсване на тройната връзка и образуване на соли на карбоксилна киселина:

За ацетилен:

1) В кисела среда:

H-C≡C-H KMnO 4, з 2 ТАКА 4 → HOOC-COOH (оксалова киселина)

3CH≡CH +8KMnO 4 з 2 О→ 3KOOC-ГОТВАЙ калиев оксалат+8MnO 2 ↓+ 2KOH+ 2H 2 O

Арени

(бензен и неговите хомолози)

Когато арените се окисляват в кисела среда, трябва да се очаква образуването на киселини, а в алкална среда - соли.

Бензоловите хомолози с една странична верига (независимо от нейната дължина) се окисляват от силен окислител до бензоена киселина при α-въглеродния атом. При нагряване бензеновите хомолози се окисляват от калиев перманганат в неутрална среда, за да образуват калиеви соли на ароматни киселини.

5C 6 H 5 –CH 3 + 6KMnO 4 + 9H 2 SO 4 = 5C 6 H 5 COOH + 6MnSO 4 + 3K 2 SO 4 + 14H 2 O,

5C 6 H 5 –C 2 H 5 + 12KMnO 4 + 18H 2 SO 4 = 5C 6 H 5 COOH + 5CO 2 + 12MnSO 4 + 6K 2 SO 4 + 28H 2 O,

C 6 H 5 –CH 3 + 2KMnO 4 = C 6 H 5 COOK + 2MnO 2 + KOH + H 2 O.

Подчертаваме, че ако има няколко странични вериги в една молекула на арен, тогава в кисела среда всяка от тях се окислява при a-въглеродния атом до карбоксилна група, което води до образуването на многоосновни ароматни киселини:

1) В кисела среда:

C6H5-CH2-R KMnO 4, з 2 ТАКА 4 → C 6 H 5 -COOH бензоена киселина+CO2

2) В неутрална или алкална среда:

C6H5-CH2-R KMnO4, H2O/(OH)→ C 6 H 5 -COOK + CO 2

3) Окисляване на бензенови хомолози с калиев перманганат или калиев дихромат при нагряване:

C6H5-CH2-R KMnO 4, з 2 ТАКА 4, T ˚ ° С→ C 6 H 5 -COOH бензоена киселина+ R-COOH

4) Окисляване на кумол с кислород в присъствието на катализатор (кумол метод за производство на фенол):

C6H5CH(CH3)2 O2, H2SO4→C6H5-OH фенол + CH3 -CO-CH3 ацетон

5C 6 H 5 CH(CH 3) 2 + 18KMnO 4 + 27H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 COOH + 42H 2 O + 18MnSO 4 + 10CO 2 + K 2 SO 4

C 6 H 5 CH(CH 3) 2 + 6H 2 O – 18ē→ C 6 H 5 COOH + 2CO 2 + 18H + | х 5

MnO 4 - + 8H + + 5ē→ Mn +2 + 4H 2 O | х 18

Моля обърнете вниманиече когато леко окисление на стирол с калиев перманганат KMnO 4 в неутрална или леко алкална средаπ връзката се разкъсва и се образува гликол (двувалентен алкохол). В резултат на реакцията оцветеният разтвор на калиев перманганат бързо се обезцветява и се утаява кафява утайка от манганов (IV) оксид.

Окисляване силен окислител– калиев перманганат в кисела среда – води до пълно разкъсване на двойната връзка и образуване на въглероден диоксид и бензоена киселина и разтворът се обезцветява.

C 6 H 5 −CH═CH 2 + 2 KMnO 4 + 3 H 2 SO 4 → C 6 H 5 −COOH + CO 2 + K 2 SO 4 + 2 MnSO 4 +4 H 2 O

алкохоли

Трябва да се помни, че:

1) първичните алкохоли се окисляват до алдехиди:

3CH 3 –CH 2 OH + K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 = 3CH 3 –CHO + K 2 SO 4 + Cr 2 (SO 4) 3 + 7H 2 O;

2) вторичните алкохоли се окисляват до кетони:

3) реакцията на окисление не е типична за третичните алкохоли.

Третичните алкохоли, в молекулите на които няма водороден атом при въглеродния атом, съдържащ ОН групата, не се окисляват при нормални условия. При тежки условия (под действието на силни окислители и при високи температури) те могат да бъдат окислени до смес от нискомолекулни карбоксилни киселини, т.е. настъпва разрушаване на въглеродния скелет.

Когато метанолът се окислява с подкислен разтвор на калиев перманганат или калиев дихромат, се образува CO 2 .

Първичните алкохоли по време на окисление, в зависимост от условията на реакцията, могат да образуват не само алдехиди, но и киселини.

Например, окисляването на етанол с калиев дихромат на студено завършва с образуването на оцетна киселина и при нагряване - ацеталдехид:

3CH 3 –CH 2 OH + 2K 2 Cr 2 O 7 + 8H 2 SO 4 = 3CH 3 –COOH + 2K 2 SO 4 + 2Cr 2 (SO 4) 3 + 11H 2 O,

Ако три или повече ОН групи са свързани към съседни въглеродни атоми, тогава при окисляване с периодна киселина средните или средните атоми се превръщат в мравчена киселина

Окисляването на гликоли с калиев перманганат в кисела среда е подобно на окислителното разцепване на алкени и също води до образуването на киселини или кетони, в зависимост от структурата на първоначалния гликол.

Алдехиди и кетони

Алдехидите се окисляват по-лесно от алкохолите в съответните карбоксилни киселини не само под въздействието на силни окислители (кислород от въздуха, подкиселени разтвори на KMnO 4 и K 2 Cr 2 O 7), но и под въздействието на слаби (разтвор на амоняк на сребърен оксид или меден (II) хидроксид):

5CH 3 –CHO + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 5CH 3 –COOH + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O,

3CH 3 –CHO + K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 = 3CH 3 –COOH + Cr 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 4H 2 O,

CH 3 –CHO + 2OH CH 3 –COONH 4 + 2Ag + 3NH 3 + H 2 O

Специално внимание!!! Окисляването на метанал с амонячен разтвор на сребърен оксид води до образуването на амониев карбонат, а не на мравчена киселина:

HCHОТНОСНО+ 4OH = (NH 4) 2 CO 3 + 4Ag + 6NH 3 + 2H 2 O.

За съставяне на уравнения за редокс реакции се използват както методът на електронния баланс, така и методът на полуреакция (електронно-йонен метод).

За органичната химия не е важно степента на окисление на атома, а промяната в електронната плътност, в резултат на което върху атомите се появяват частични заряди, които по никакъв начин не съответстват на стойностите на степента на окисление.

Много университети включват в билетите за приемни изпити задачи за избор на коефициенти в уравненията на OVR с помощта на йонно-електронен метод (метод на полуреакция). Ако поне малко се обръща внимание на този метод в училище, то е главно за окисляването на неорганични вещества.

Нека се опитаме да използваме метода на полуреакция за окисление на захароза с калиев перманганат в кисела среда.

Предимството на този метод е, че не е необходимо веднага да гадаете и записвате продуктите на реакцията. Те се определят доста лесно от уравнението. Окислителят в кисела среда най-пълно проявява своите окислителни свойства, например MnO - анионът се превръща в Mn 2+ катион, лесно окисляващите се органични съединения се окисляват до CO 2.

Нека запишем трансформациите на захарозата в молекулярна форма:

От лявата страна липсват 13 кислородни атома; елиминираме това противоречие, добавяме 13 молекули Н2О.

Лявата страна вече съдържа 48 водородни атома, те се освобождават под формата на Н + катиони:

Сега нека изравним общите такси отдясно и отляво:

Схемата на полуреакция е готова. Изготвянето на диаграма на втората полуреакция обикновено не създава затруднения:

Нека комбинираме двете схеми:

Задание за самостоятелна работа:

Попълнете CRM и подредете коефициентите, като използвате метода на електронния баланс или метода на полуреакция:

CH 3 -CH=CH-CH 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4 →

CH3-CH=CH-CH3 + KMnO4 + H2ОТНОСНО →

(CH 3) 2 C=C-CH 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4 →

CH 3 -CH 2 -CH=CH 2 + KMnO 4 + H 2 SO 4 →

СЪСH 3 -CH 2 -C≡C-CH 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4 →

C 6 H 5 -CH 3 + KMnO 4 + H2O →

C 6 H 5 -C 2 H 5 + KMnO 4 + H 2 SO 4 →

° С 6 з 5 - CH 3 + KMnO 4 + з 2 ТАКА 4 →

Моите бележки:

Студентите трябва да обърнат специално внимание на поведението на окислителя - калиев перманганат KMnO 4 в различни среди. Това се дължи на факта, че окислително-редукционните реакции в CMM се случват не само в задачи C1 и C2. В задачите на SZ, представляващи верига от трансформации на органични вещества, уравненията на окисление-редукция не са необичайни. В училище окислителят често се изписва над стрелката като [O]. Изискване за изпълнение на такива задачи на Единния държавен изпит е задължителното обозначаване на всички изходни вещества и реакционни продукти с подреждането на необходимите коефициенти.

Физични свойства

Бензолът и неговите най-близки хомолози са безцветни течности със специфична миризма. Ароматните въглеводороди са по-леки от водата и не се разтварят в нея, но са лесно разтворими в органични разтворители - алкохол, етер, ацетон.

Бензолът и неговите хомолози сами по себе си са добри разтворители за много органични вещества. Всички арени горят с димящ пламък поради високото съдържание на въглерод в техните молекули.

Физическите свойства на някои арени са представени в таблицата.

Таблица. Физически свойства на някои арени

Име	Формула	t°.pl., °C	t°.b.p., °C
Бензол	C6H6	5,5	80,1
Толуен (метилбензен)	C 6 H 5 CH 3	95,0	110,6
Етилбензен	C 6 H 5 C 2 H 5	95,0	136,2
Ксилол (диметилбензен)	C 6 H 4 (CH 3) 2
орто-		25,18	144,41
мета-		47,87	139,10
чифт-		13,26	138,35
Пропилбензен	C 6 H 5 (CH 2) 2 CH 3	99,0	159,20
Кумол (изопропилбензен)	C6H5CH(CH3)2	96,0	152,39
Стирен (винилбензен)	C6H5CH=CH2	30,6	145,2

Бензол – ниско кипене ( Tбала= 80,1°C), безцветна течност, неразтворима във вода

внимание! Бензол – отрова, засяга бъбреците, променя формулата на кръвта (при продължителна експозиция), може да наруши структурата на хромозомите.

Повечето ароматни въглеводороди са животозастрашаващи и токсични.

Получаване на арени (бензен и неговите хомолози)

В лабораторията

1. Сливане на соли на бензоена киселина с твърди основи

C6H5-COONa + NaOH t → C6H6 + Na2CO3

натриев бензоат

2. Реакция на Wurtz-Fitting: (тук G е халоген)

C 6з 5 -G + 2Na + Р-G →° С 6 з 5 - Р + 2 NaЖ

СЪС 6 H 5 -Cl + 2Na + CH 3 -Cl → C 6 H 5 -CH 3 + 2NaCl

В индустрията

• изолиран от нефт и въглища чрез фракционна дестилация и реформинг;
• от въглищен катран и коксов газ

1. Дехидроциклизация на алканис повече от 6 въглеродни атома:

C6H14 T , кат→C 6 H 6 + 4H 2

2. Тримеризация на ацетилен(само за бензен) – Р. Зелински:

3С 2 H 2 600°° С, акт. въглища→C 6 H 6

3. Дехидрогениранециклохексан и неговите хомолози:

Съветският академик Николай Дмитриевич Зелински установява, че бензолът се образува от циклохексан (дехидрогениране на циклоалкани

C6H12 т, кат→C 6 H 6 + 3H 2

C6H11-CH3 T , кат→C 6 H 5 -CH 3 + 3H 2

метилциклохексантолуен

4. Алкилиране на бензен(получаване на бензенови хомолози) – r Фридел-Крафтс.

C6H6 + C2H5-Cl t, AlCl3→C6H5-C2H5 + HCl

хлороетан етилбензен

Химични свойства на арените

аз. РЕАКЦИИ НА ОКИСЛЕНИЕ

1. Изгаряне (димящ пламък):

2C6H6 + 15O2 T→12CO 2 + 6H 2 O + Q

2. При нормални условия бензенът не обезцветява бромната вода и водния разтвор на калиев перманганат

3. Бензоловите хомолози се окисляват от калиев перманганат (обезцветяване на калиев перманганат):

А) в кисела среда до бензоена киселина

Когато бензеновите хомолози са изложени на калиев перманганат и други силни окислители, страничните вериги се окисляват. Без значение колко сложна е веригата на заместителя, тя се разрушава, с изключение на а-въглеродния атом, който се окислява до карбоксилна група.

Хомолозите на бензена с една странична верига дават бензоена киселина:

Хомолозите, съдържащи две странични вериги, дават двуосновни киселини:

5C 6 H 5 -C 2 H 5 + 12KMnO 4 + 18H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 COOH + 5CO 2 + 6K 2 SO 4 + 12MnSO 4 +28H 2 O

5C 6 H 5 -CH 3 + 6KMnO 4 + 9H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 COOH + 3K 2 SO 4 + 6MnSO 4 +14H 2 O

Опростено :

C6H5-CH3+3O KMnO4→C 6 H 5 COOH + H 2 O

Б) в неутрални и слабо алкални до бензоена киселина соли

C 6 H 5 -CH 3 + 2KMnO 4 → C 6 H 5 COO K + K OH + 2MnO 2 + H 2 O

II. РЕАКЦИИ НА СЪБИРАНЕ (по-твърди от алкени)

1. Халогениране

C6H6 +3CI2 ч ν → C6H6Cl6 (хексахлорциклохексан - хексахлоран)

2. Хидрогениране

C6H6 + 3H2 T , ПтилиNi→C 6 H 12 (циклохексан)

3. Полимеризация

III. РЕАКЦИИ НА ЗАМЕСТВАНЕ – йонен механизъм (по-лек от алкани)

1. Халогениране -

а ) бензен

C6H6+Cl2 AlCl 3 → C 6 H 5 -Cl + HCl (хлоробензен)

C6H6 + 6Cl2 t,AlCl3→C 6 Cl 6 + 6HCl( хексахлоробензен)

C6H6 + Br2 t,FeCl3→ C 6 H 5 -Br + HBr( бромобензен)

б) бензенови хомолози при облъчване или нагряване

Химичните свойства на алкиловите радикали са подобни на алканите. Водородните атоми в тях се заместват с халоген по свободнорадикален механизъм. Следователно, в отсъствието на катализатор, при нагряване или ултравиолетово облъчване, възниква реакция на радикално заместване в страничната верига. Влиянието на бензеновия пръстен върху алкиловите заместители води до факта, че Водородният атом винаги се замества при въглеродния атом, директно свързан с бензеновия пръстен (а-въглероден атом).

1) C6H5-CH3 + Cl2 ч ν → C 6 H 5 -CH 2 -Cl + HCl

в) хомолози на бензен в присъствието на катализатор

C6H5-CH3 + CI2 AlCl 3 → (орта смес, двойка производни) +HCl

2. Нитриране (с азотна киселина)

C6H6 + HO-NO2 t, H2SO4→ C 6 H 5 -NO 2 + H 2 O

нитробензен - миризма бадеми!

C6H5-CH3 + 3HO-NO2 t, H2SO4→ СЪС H3-C6H2(NO2)3 + 3H2O

2,4,6-тринитротолуен (tol, TNT)

Приложение на бензена и неговите хомолози

Бензол C6H6 е добър разтворител. Бензолът като добавка подобрява качеството на моторното гориво. Той служи като суровина за производството на много ароматни органични съединения - нитробензен C 6 H 5 NO 2 (разтворител, от който се получава анилин), хлоробензен C 6 H 5 Cl, фенол C 6 H 5 OH, стирен и др.

Толуен C 6 H 5 –CH 3 – разтворител, използван в производството на багрила, медицински и експлозиви (тротил (TNT), или 2,4,6-тринитротолуен тротил).

Ксилени C6H4(CH3)2. Техническият ксилен е смес от три изомера ( орто-, мета- И двойка-ксилоли) – използва се като разтворител и изходен продукт за синтеза на много органични съединения.

Изопропилбензен C 6 H 5 –CH(CH 3) 2 се използва за получаване на фенол и ацетон.

Хлорирани производни на бензенаизползвани за растителна защита. По този начин продуктът от заместването на Н атоми в бензен с хлорни атоми - хексахлоробензен C 6 Cl 6 - е фунгицид; използва се за сухо третиране на семена от пшеница и ръж срещу главня. Продуктът от добавянето на хлор към бензен е хексахлорциклохексан (хексахлоран) C 6 H 6 Cl 6 - инсектицид; използва се за борба с вредните насекоми. Посочените вещества спадат към пестицидите - химически средства за борба с микроорганизми, растения и животни.

стирен C 6 H 5 – CH = CH 2 много лесно полимеризира, образувайки полистирен, а при съполимеризация с бутадиен, стирен-бутадиенови каучуци.

ВИДЕО ИЗЖИВЯВАНИЯ

Редокс реакциите в органичната химия представляват най-голям интерес, тъй като преходът от едно състояние на окисление към друго силно зависи от правилния избор на реагент и реакционни условия. OVR се изучават в задължителния курс по химия недостатъчно пълно, но в тестовите материали на Единния държавен изпит те се срещат не само в задачи C1 и C2, но и в задачи S3, които представляват верига от трансформации на органични вещества.

Изтегли:

Преглед:

За да използвате визуализации на презентации, създайте акаунт в Google и влезте в него: https://accounts.google.com

Надписи на слайдове:

РЕДОКС РЕАКЦИИ В ОРГАНИЧНАТА ХИМИЯ

„Да мислиш е лесно, да действаш е трудно, а превръщането на мисълта в действие е най-трудното нещо на света” I. Гьоте Окислително-редукционните реакции в органичната химия представляват най-голям интерес, т.к. Селективността на прехода от едно състояние на окисление към друго силно зависи от правилния избор на реагент и реакционни условия. Но OVR не се изучава достатъчно пълно в задължителния курс по химия. Студентите трябва да обърнат специално внимание на окислително-възстановителните процеси, протичащи с участието на органични вещества. Това се дължи на факта, че окислително-възстановителните реакции в тестовите материали на USE се срещат не само в задачи C1 и C2, но и в задачи S3, които представляват верига от трансформации на органични вещества. В училищните учебници окислителят често се изписва над стрелката като [O]. Изискване за изпълнение на такива задачи на Единния държавен изпит е задължителното обозначаване на всички изходни вещества и реакционни продукти с подреждането на необходимите коефициенти. Редокс реакциите са традиционно важни и в същото време изучаването на курса „Органична химия“ в 10 клас създава определени трудности за учениците.

C3. Задачите в този блок проверяват знанията по органична химия. Във веригите на превръщанията на органичните вещества OVR се срещат в по-голямата част от задачите. Експертът има право да даде точка само ако е записано уравнението, а не схемата на реакцията, т.е. Коефициентите са зададени правилно. При реакции, включващи неорганични окислители (калиев перманганат, съединения на хром (VI), водороден пероксид и др.), това може да бъде трудно да се направи без електронен баланс.

Определяне степента на окисление на атомите в молекулите на органичните съединения ПРАВИЛО: CO (атом) = броят на връзките с повече EO атоми минус броя на връзките с по-малко EO атоми.

Промени в степента на окисление на въглеродните атоми в молекулите на органичните съединения. Клас на органичните съединения Степен на окисление на въглеродния атом -4/-3 -2 -1 0 +1 +2 +3 +4 Алкани CH 4 CH 3 -CH 3 CH 3 -CH 2 -CH 3 CH 3 | CH 3 -C H-CH 3 CH 3 | CH3-C-CH3 | CH 3 - - - - Алкени - CH 2 =CH 2 CH 3 -CH=CH 2 - - - - Алкини - - CH=CH CH 3 -C=CH - - - - Алкохоли _ _ H 3 C-CH 2 - OH H 3 C-C H-CH 3 | OH CH 3 | H 3 C - C - CH 3 | OH - - - Халоалкани - - H 3 C-CH 2 - CI H 3 C - CH - CH 3 | CI CH 3 | H 3 C - C - CH 3 | CI - - - Алдехиди и кетони - - - - H 3 C-CH =O H 3 C-C OCH 3 - - Карбоксилни киселини - - - - - - H 3 C-C OOH - Пълни продукти на окисление - - - - - - - CO 2

Склонността на органичните съединения към окисляване се свързва с наличието на: кратни връзки (алкени, алкини, алкадиени се окисляват лесно); функционални групи, които могат лесно да се окисляват (–OH, - CHO, - NH 2); активирани алкилови групи, разположени в съседство с множество връзки или бензенов пръстен (например пропенът може да се окисли до ненаситения алдехид акролеин, окисление на толуен до бензоена киселина с калиев перманганат в кисела среда); присъствието на водородни атоми при въглероден атом, съдържащ функционална група.

1. МЕКО ОКИСЛЕНИЕ НА ОРГАНИЧНИ СЪЕДИНЕНИЯ За меко окисляване на органични съединения (алкохоли, алдехиди, ненаситени съединения) се използват хромови (VI) съединения - хромен (VI) оксид, CrO 3, калиев дихромат K 2 C r 2 O 7, и т.н. По правило окислението се извършва в кисела среда, продуктите на редукция са соли на хром (III), например: 3CH 3 –CHO + K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 → 3CH 3 –COOH + 4K 2 SO 4 + Cr 2 (SO 4) 3 + 4H 2 O t 3CH 3 –CH 2 OH+2K 2 Cr 2 O 7 +8H 2 SO 4 → 3CH 3 –COOH + 2K 2 SO 4 + 2Cr 2 (SO 4) 3 + 11H 2 O По време на окисляването на алкохоли с калиев дихромат на студено, окислението може да бъде спряно на етапа на образуване на алдехид, но при нагряване се образуват карбоксилни киселини: 3CH 3 –CH 2 OH + K 2 Cr 2 O 7 +4H 2 SO 4 →3CH 3 –C H O+K 2 SO 4 +Cr 2 (SO 4) 3 +7H 2 O

ALC EN + KMnO4 -1 KOH H 2SO4 Диол Сол на въглеродна киселина + карбонат Въглеродна киселина + CO 2 ALC EN + KMnO4 -2 KOH H 2SO4 2 соли на въглеродна киселина 2 въглеродни киселини Диол 2. Значително по-силен окислител е калиев перманганат NEUTRA. НЕУТРАЛЕН

C 2 H 2 + 2KMnO 4 +3H 2 SO 4 =2CO 2 + 2MnSO 4 + 4H 2 O + K 2 SO 4 ALC IN + KMnO4 -1 KOH H 2SO4 Сол на въглеродна киселина + карбонат Въглеродна киселина + CO 2 ALK IN + KMnO4 -2 KOH H 2SO4 2 соли въглехидрати. съединения 2 въглеродни съединения 5CH 3 C = CH + 8KMnO 4 + 12H 2 SO 4 = 5CH 3 COOH + 5CO 2 + 8MnSO 4 + 4K 2 SO 4 + 12H 2 O

5C 6 H 5 -CH 3 +6 KMnO 4 + H 2 SO 4  5C 6 H 5 COOH + 6MnSO 4 + K 2 SO 4 + 14H 2 O C 6 H 5 CH 3 +2KMnO 4  C 6 H 5 COOK + 2MnO 2 + KOH + H 2 O C 6 H 5 CH 2 CH 3 + 4KMnO 4  C 6 H 5 COOK + K 2 CO 3 + 2H 2 O + 4MnO 2 + KOH Бензенови хомолози + KMnO4 KOH H 2SO4 бензоена киселина НЕУТРАЛНА. Бензоат

Редокс свойства на кислородсъдържащи съединения Окислителите на алкохолите са най-често меден (II) оксид или калиев перманганат, а окислителите на алдехидите и кетоните са меден (II) хидроксид, амонячен разтвор на сребърен оксид и други окислители

OL + KMnO4 -1 KOH H 2SO4 АЛДЕХИД OL + KMnO4 -2 KOH H 2SO4 кетон OL + K MnO4 (пр.) -1 KOH H 2SO4 NEUTER Сол на карбоксилна киселина Сол на карбоксилна киселина Карбоксилна киселина

Алдехид + KMnO4 KOH H 2SO4 Карбоксилна киселина + сол на карбоксилна киселина Сол на карбоксилна киселина карбоксилна киселина НЕУТРАЛНА. 3CH 3 CHO + 2KMnO 4 = CH 3 COOH + 2CH 3 COOK + 2MnO 2 + H 2 O

Алдехидите са доста силни редуциращи агенти и следователно лесно се окисляват от различни окислители CH 3 CHO + 2OH  CH 3 COONH 4 + 2Ag + H 2 O + 3NH 3

Алгоритъм за избор на коефициенти Тъй като в задача C3, когато съставяте уравнения на OVR, не е необходимо да пишете уравнения на електронен баланс, е удобно да изберете коефициенти, като използвате метода на междулинейния баланс - опростен метод на електронен баланс. 1 . Изготвя се ОВР схема. Например, за окисляването на толуен до бензоена киселина с подкислен разтвор на калиев перманганат, реакционната схема е следната: C 6 H 5 -CH 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4  C 6 H 5 -C OO H + K 2 SO 4 + MnSO 4 + H 2 O 2. Посочената d.o. атоми. Така. въглероден атом се определя съгласно горния метод. C 6 H 5 -C -3 H 3 + KMn +7 O 4 + H 2 SO 4  C 6 H 5 -C +3 OO H + K 2 SO 4 + Mn +2 SO 4 + H 2 O 3. Число електроните, отдадени от въглеродния атом (6), се записват като коефициент преди формулата на окислителя (калиев перманганат): C 6 H 5 -C -3 H 3 + 6 KMn +7 O 4 + H 2 SO 4  C 6 H 5 -C + 3 OO H + K 2 SO 4 + Mn +2 SO 4 + H 2 O 4. Броят на електроните, приети от мангановия атом (5), се записва като коефициент пред формулата на редуциращ агент (толуен): 5 C 6 H 5 -C -3 H 3 + 6 KMn +7 O 4 + H 2 SO 4  C 6 H 5 -C +3 OO H + K 2 SO 4 + Mn +2 SO 4 + H 2 O 5. Най-важните коефициенти са налице. Допълнителният избор не е труден: 5 C 6 H 5 -CH 3 + 6 KMnO 4 + 9 H 2 SO 4  5 C 6 H 5 -C OO H + 3 K 2 SO 4 + 6 MnSO 4 + 14 H 2 O

Примерна тестова задача (C3) 1. Напишете уравнения на реакцията, които могат да се използват за извършване на следните трансформации: Hg 2+, H + KMnO 4, H + C l 2 (еквимол.), h  C 2 H 2   X 1  CH 3 COOH  X 2  CH 4  X 3 1. Реакция на Кучеров. Hg 2+, H + CH  CH + H 2 O  CH 3 CHO 2. Алдехидите лесно се окисляват до карбоксилни киселини, включително такъв силен окислител като калиев перманганат в кисела среда. CH 3 CHO + KMnO 4 + H 2 SO 4  CH 3 COOH + K 2 SO 4 + MnSO 4 + H 2 O CH 3 C +1 H O + KMn +7 O 4 + H 2 SO 4  CH 3 -C + 3 OO Н + K 2 SO 4 + Mn +2 SO 4 + H 2 O 5 CH 3 CHO + 2 KMnO 4 + 3 H 2 SO 4  5 CH 3 COOH + K 2 SO 4 + 2 MnSO 4 + 3 H 2 O 3. За да завършите следващата връзка във веригата, е необходимо да оцените веществото X 2 от две позиции: първо, то се образува на един етап от оцетна киселина и второ, от него може да се получи метан. Това вещество е ацетат на алкален метал. Написани са уравненията на третата и четвъртата реакция. CH 3 COOH + NaOH  CH 3 COONa + H 2 O синтез 4. CH 3 COONa + NaOH  CH 4 + Na 2 CO 3 5. Условията за следната реакция (светлина) ясно показват нейния радикален характер. Като се вземе предвид посоченото съотношение на реагентите (еквимоларно), уравнението на последната реакция е написано: h  CH 4 + Cl 2  CH 3 Cl + HCl

Сайтове за симулатори: http://reshuege.ru/ (Ще решавам Единния държавен изпит) http://4ege.ru/himiya/4181-demoversiya-ege-po-himii-2014.html (Портал за Единен държавен изпит) http ://www.alleng.ru/edu/chem3.htm (Образователни интернет ресурси - Химия) http://ege.yandex.ru/ (онлайн тестове)

В редокс реакции органични веществапо-често те проявяват свойствата на редуциращи агенти и сами се окисляват. Лекотата на окисляване на органичните съединения зависи от наличието на електрони при взаимодействие с окислителя. Всички известни фактори, които причиняват увеличаване на електронната плътност в молекулите на органичните съединения (например положителни индуктивни и мезомерни ефекти), ще увеличат способността им да се окисляват и обратно.

Склонността на органичните съединения да се окисляват се увеличава с тяхното нуклеофилност, което съответства на следните редове:

Увеличаване на нуклеофилността в серията

Нека помислим редокс реакциипредставители на най-важните класи органична материяс някои неорганични окислители.

Окисляване на алкени

По време на леко окисляване алкените се превръщат в гликоли (дивалентни алкохоли). Редуциращите атоми в тези реакции са въглеродни атоми, свързани с двойна връзка.

Реакцията с разтвор на калиев перманганат протича в неутрална или леко алкална среда, както следва:

3C 2 H 4 + 2KMnO 4 + 4H 2 O → 3CH 2 OH–CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH

При по-тежки условия окислението води до разкъсване на въглеродната верига при двойната връзка и образуването на две киселини (в силно алкална среда - две соли) или киселина и въглероден диоксид (в силно алкална среда - сол и карбонат):

1) 5CH 3 CH=CHCH 2 CH 3 + 8KMnO 4 + 12H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5C 2 H 5 COOH + 8MnSO 4 + 4K 2 SO 4 + 17H 2 O

2) 5CH 3 CH=CH 2 + 10KMnO 4 + 15H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5CO 2 + 10MnSO 4 + 5K 2 SO 4 + 20H 2 O

3) CH 3 CH=CHCH 2 CH 3 + 8KMnO 4 + 10KOH → CH 3 COOK + C 2 H 5 COOK + 6H 2 O + 8K 2 MnO 4

4) CH 3 CH=CH 2 + 10KMnO 4 + 13KOH → CH 3 COOK + K 2 CO 3 + 8H 2 O + 10K 2 MnO 4

Калиевият дихромат в среда на сярна киселина окислява алкени подобно на реакции 1 и 2.

По време на окисляването на алкени, в които въглеродните атоми при двойната връзка съдържат два въглеродни радикала, се образуват два кетона:

Алкинно окисление

Алкините се окисляват при малко по-тежки условия от алкените, така че те обикновено се окисляват чрез разкъсване на въглеродната верига при тройната връзка. Както в случая на алкени, редуциращите атоми тук са въглеродни атоми, свързани с множествена връзка. В резултат на реакциите се образуват киселини и въглероден диоксид. Окисляването може да се извърши с калиев перманганат или дихромат в кисела среда, например:

5CH 3 C≡CH + 8KMnO 4 + 12H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5CO 2 + 8MnSO 4 + 4K 2 SO 4 + 12H 2 O

Ацетиленът може да се окисли с калиев перманганат в неутрална среда до калиев оксалат:

3CH≡CH +8KMnO 4 → 3KOOC –COOK +8MnO 2 +2KOH +2H 2 O

В кисела среда окислението протича до оксалова киселина или въглероден диоксид:

5CH≡CH +8KMnO 4 +12H 2 SO 4 → 5HOOC –COOH +8MnSO 4 +4K 2 SO 4 +12H 2 O
CH≡CH + 2KMnO 4 +3H 2 SO 4 → 2CO 2 + 2MnSO 4 + 4H 2 O + K 2 SO 4

Окисляване на бензенови хомолози

Бензолът не се окислява дори при доста тежки условия. Бензоловите хомолози могат да бъдат окислени с разтвор на калиев перманганат в неутрална среда до калиев бензоат:

C 6 H 5 CH 3 + 2KMnO 4 → C 6 H 5 COOK + 2MnO 2 + KOH + H 2 O

C 6 H 5 CH 2 CH 3 + 4KMnO 4 → C 6 H 5 COOK + K 2 CO 3 + 2H 2 O + 4MnO 2 + KOH

Окисляването на бензенови хомолози с калиев дихромат или перманганат в кисела среда води до образуването на бензоена киселина.

5C 6 H 5 CH 3 +6KMnO 4 +9 H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 COOH+6MnSO 4 +3K 2 SO 4 + 14H 2 O

5C 6 H 5 –C 2 H 5 + 12KMnO 4 + 18H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 COOH + 5CO 2 + 12MnSO 4 + 6K 2 SO 4 + 28H 2 O

Окисляване на алкохоли

Директният продукт на окисление на първичните алкохоли са алдехиди, а продуктите на окисление на вторичните алкохоли са кетони.

Алдехидите, образувани по време на окисляването на алкохоли, лесно се окисляват до киселини, поради което алдехидите от първичните алкохоли се получават чрез окисление с калиев дихромат в кисела среда при точката на кипене на алдехида. Когато алдехидите се изпарят, те нямат време да се окислят.

3C 2 H 5 OH + K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 → 3CH 3 CHO + K 2 SO 4 + Cr 2 (SO 4) 3 + 7H 2 O

При излишък на окислител (KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7) във всяка среда първичните алкохоли се окисляват до карбоксилни киселини или техните соли, а вторичните алкохоли се окисляват до кетони.

5C 2 H 5 OH + 4KMnO 4 + 6H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 4MnSO 4 + 2K 2 SO 4 + 11H 2 O

3CH 3 –CH 2 OH + 2K 2 Cr 2 O 7 + 8H 2 SO 4 → 3CH 3 –COOH + 2K 2 SO 4 + 2Cr 2 (SO 4) 3 + 11H 2 O

Третичните алкохоли не се окисляват при тези условия, но метиловият алкохол се окислява до въглероден диоксид.

Двувалентен алкохол, етиленгликол HOCH 2 –CH 2 OH, при нагряване в кисела среда с разтвор на KMnO 4 или K 2 Cr 2 O 7 лесно се окислява до оксалова киселина и в неутрална среда до калиев оксалат.

5CH 2 (OH) – CH 2 (OH) + 8КMnO 4 +12H 2 SO 4 → 5HOOC –COOH +8MnSO 4 +4К 2 SO 4 +22Н 2 О

3CH 2 (OH) – CH 2 (OH) + 8KMnO 4 → 3KOOC –COOK +8MnO 2 +2KOH +8H 2 O

Окисляване на алдехиди и кетони

Алдехидите са доста силни редуциращи агенти и следователно лесно се окисляват от различни окислители, например: KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7, OH, Cu (OH) 2. Всички реакции протичат при нагряване:

3CH 3 CHO + 2KMnO 4 → CH 3 COOH + 2CH 3 COOK + 2MnO 2 + H 2 O

3CH 3 CHO + K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 → 3CH 3 COOH + Cr 2 (SO 4) 3 + 7H 2 O

CH 3 CHO + 2KMnO 4 + 3KOH → CH 3 COOK + 2K 2 MnO 4 + 2H 2 O

5CH 3 CHO + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O

CH 3 CHO + Br 2 + 3NaOH → CH 3 COONa + 2NaBr + 2H 2 O

реакция на "сребърно огледало".

С амонячен разтвор на сребърен оксид алдехидите се окисляват до карбоксилни киселини, които в амонячен разтвор дават амониеви соли (реакцията на „сребърно огледало“):

CH 3 CH=O + 2OH → CH 3 COONH 4 + 2Ag + H 2 O + 3NH 3

CH 3 –CH=O + 2Cu(OH) 2 → CH 3 COOH + Cu 2 O + 2H 2 O

Мравченият алдехид (формалдехид) обикновено се окислява до въглероден диоксид:

5HCOH + 4KMnO4 (хижа) + 6H 2 SO 4 → 4MnSO 4 + 2K 2 SO 4 + 5CO 2 + 11H 2 O

3CH 2 O + 2K 2 Cr 2 O 7 + 8H 2 SO 4 → 3CO 2 +2K 2 SO 4 + 2Cr 2 (SO 4) 3 + 11H 2 O

HCHO + 4OH → (NH 4) 2 CO 3 + 4Ag↓ + 2H 2 O + 6NH 3

HCOH + 4Cu(OH) 2 → CO 2 + 2Cu 2 O↓+ 5H 2 O

Кетоните се окисляват при тежки условия от силни окислители с разкъсване на C-C връзки и дават смеси от киселини:

Карбоксилни киселини.Сред киселините, мравчената и оксаловата киселина имат силни редуциращи свойства, които се окисляват до въглероден диоксид.

HCOOH + HgCl 2 =CO 2 + Hg + 2HCl

HCOOH+ Cl 2 = CO 2 +2HCl

HOOC-COOH+ Cl2 =2CO2 +2HCl

Мравчена киселина, в допълнение към киселинните свойства, също проявява някои свойства на алдехидите, по-специално редуциращите. В същото време се окислява до въглероден диоксид. Например:

2KMnO4 + 5HCOOH + 3H2SO4 → K2SO4 + 2MnSO4 + 5CO2 + 8H2O

При нагряване със силни обезводняващи агенти (H2SO4 (конц.) или P4O10) се разлага:

HCOOH →(t)CO + H2O

Каталитично окисление на алкани:

Каталитично окисляване на алкени:

Окисляване на феноли: