Презентация на тему "Алканы. Циклоалканы"

Содержание

• 
  Слайд 1
  

  ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ Важнейшие классы органических соединений. Углеводороды. Алкены. Алкины. Алкадиены. Лектор: кандидат биологических наук, доцент Атавина Ольга Васильевна ОМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ КАФЕДРА ХИМИИ

• 
  Слайд 2

  Алканы. Циклоалканы

  Углеводороды Соединения, содержащие только углерод и водород, называются углеводородами. углеводороды Ациклические (алифатические) (незамкнутая цепь) Циклические (замкнутая цепь) Алициклические (циклоалканы, циклоалкены и т.д.) Ароматические (арены) Насыщенные (алканы) Ненасыщенные (алкены, алкины, алкадиены и т.д.)

• 
  Слайд 3

  Алкены

  1.Особенности реакционной способности алкенов Алкены — непредельные углеводороды, содержащие в молекуле двойную связь и образующие гомологический ряд CnH 2 n Родоначальником является этилен С2 H4. Поэтому алкены называют этиленовыми углеводородами.

• 
  Слайд 4
  

  Номенклатура По заместительной номенклатуре ИЮПАК суффикс -ан меняется на -ен: этан→ этенпропан→ пропен

• 
  Слайд 5
  

  Положение кратной связи отмечают арабской цифрой, указывая атом углерода, за которым следует кратная связь. Названия радикалов: CH2 = СH- винил CH2 = СH-СН2- аллил 4-метилгексен-1

• 
  Слайд 6
  

  Структурная изомерия алкенов Структурная изомерия алкенов связана с изомерией положения кратных связей, углеродного скелета, межклассовой изомерией. Например, составим структурные изомеры, соответствующие формуле С5 Н1 0

• 
  Слайд 7
  

  CH2 = CH — CH2 — CH2 — CH3 пентен— 1 2. CH3- CH = CH — CH2 — CH3пентен— 2 3. CH2= C — CH2 — CH3 2 — метилбутен — 1 4.CH3- C = CH — CH3 2 — метилбутен - 2 СH3 СH3

• 
  Слайд 8
  

  циклопентан метилциклобутан С2 H5 СH3 СH3 СH3 этилциклопропан 1,2-диметилциклопропан 5. 6. 7. 8.

• 
  Слайд 9
  

  Стереоизомерияалкенов Для алкеноввозможна π - диастереомерия, обусловленная различным расположением в пространстве заместителей относительно плоскостиπ - связи. Например: цис-бутен-2 транс-бутен-2 (E)-бутен-2 (Z)-бутен-2

• 
  Слайд 10
  

  Цис — изомер — одинаковые заместители расположены по одну сторону от плоскости π - связи, транс — по разные стороны π - связи. Более современной является Z, E — номенклатура π - диастереомеров. При этом Z — является изомер, у которого старшие заместители располагаются по одну сторону плоскости π - связи, E — изомер — по разные. Старшинство определяется по порядковому номеру элемента (система Кана — Инголда — Прелога).

• 
  Слайд 11
  

  Физические свойства алкенов Первые три представителя С2 — С4 — газы, начиная с С5 — жидкости, с С15 — твердые вещества. С увеличением молярной массы увеличивается t0 кипения, t0 плавления. Плохо растворимы в воде, но лучше, чем соответствующие алканы. Хорошо растворяются в органических растворителях.

• 
  Слайд 12
  

  Химические свойства алкенов I. Наиболее характерны реакции присоединения (АE) 1) Галогенирование алкенов: этилен 1,2-дибромэтан

• 
  Слайд 13
  

  Механизм реакции электрофильного присоединения (АE) Двойная связь несет на себе некоторый избыток электронной плотности, то есть проявляет нуклеофильный характер и может подвергаться атаке электрофилом. Рассмотрим на примере бромирования этилена:

• 
  Слайд 14
  

  При действии полярного растворителя — воды и подвижной π - электронной плотности двойной связи, происходит поляризация молекулы брома, в результате чего на одном конце появляется δ+, на другом — δ-. Своим положительно заряженным кольцом молекула брома атакует двойную связь, образуется неустойчивый π – комплекс:

• 
  Слайд 15
  

  Затем в молекуле брома происходит гетеролитический разрыв связи и отщепляется ион Br-, а π - комплекс перерождается в Ϭ- комплекс (карбокатион), который перестраивается в бромониевый ион плоского строения (за счет перекрывания одной из неподеленных электронных пар брома с вакантной орбиталью атома углерода карбокатиона):

• 
  Слайд 16
  

  Далее бромониевый катион с тыла атакует свободный бромид — ион (в противном случае возникает сильное отталкивание электронных оболочек атомов галогена). Одновременно происходит разрыв одной связи в цикле.

• 
  Слайд 17
  

  Реакция с бромом (бромной водой) применяется в фармацевтическом анализе для качественного обнаружения непредельных углеводородов. Она также может использоваться для количественного определения, так как по количеству присоединившегося брома можно судить о количестве двойных связей.

• 
  Слайд 18
  

  2) Присоединение к алкенамгалогеноводородов и родственных соединений. Происходит по гетеролитическому механизму АE :

• 
  Слайд 19
  

  Например, присоединение к этилену бромоводорода:

• 
  Слайд 20
  

  При присоединении несимметричных реагентов к несимметричным алкенам выполняется правило Марковникова: атом водорода присоединяется по месту разрыва к более гидрогенизированному атому углерода, т.е связанному с большим количеством атомов водорода. Такая направленность присоединения обусловлена поляризацией молекулы несимметричного алкена(статический фактор) и устойчивостью промежуточного карбокатиона (динамический фактор). В.В. Марковников (1837 - 1904)

• 
  Слайд 21
  

  Устойчивость карбокатионов уменьшается в ряду:

• 
  Слайд 22
  

  Рассмотрим возможность присоединения HBr к пропену: Таким образом реакция протекает региоселективно, т.е. образуется один из двух возможных продуктов реакции, а именно 2-бромопропан

• 
  Слайд 23
  

  Против Правила Марковникова присоединение галогеноводородов происходит если: Реакция протекает в присутствии пероксидов (эффект Хараша) Реакция протекает по свободно-радикальному механизму.

• 
  Слайд 24
  

  2) В молекуле алкена рядом с двойной связью имеются сильные электроноакцепторные заместители(-Hal, -CHОи др.) Подобные реакции идут зачастую как нуклеофильное присоединение (АN), т.е. на первой стадии реагирует отрицательно заряженная частица(Br-), которая атакует положительно заряженный атомуглерода.

• 
  Слайд 25
  

  II. Реакции окисления алкенов 1)Окисление разбавленным водным раствором KMnO4на холоду (р-ция Вагнера 1888).При этом образуются диолы: Рекцию используют для получения двухатомных спиртов.

• 
  Слайд 26
  

  2) Окисление сильным окислителем (KMnO4конц. при нагревании). В результате образуются карбоновые кислоты или кетоны в зависимости от строения исходного алкена. а) б)

• 
  Слайд 27
  

  3) Озонирование алкенов (р-цияГарриеса). Озон - сильный окислитель.

• 
  Слайд 28
  

  III. Полимеризация алкенов 1) 2) полиэтилен полипропилен

• 
  Слайд 29
  

  3) Образование полиакрилатов: метилакрилатполиметилакрилат метилметакрилат полиметилметакрилат Полиакрилаты широко используют в медицине, в частности в стоматологии для пломбирования. Из полимеров и сополимеров на основе акрилатов изготовляют протезы и контактные линзы.

• 
  Слайд 30
  

  Получениеалкенов 1) Получение из природных источников Этилен образуется в растениях и является фитогормоном. Действие этилена на растения впервые описано русским ученым Д. Н. Нелюбовым (1901)

• 
  Слайд 31
  

  2) Дегидрогалогенирование алкилгалогенидов 3) Внутримолекулярная дегидратация спиртов 1-бромпропан пропен пропанол-1 пропен

• 
  Слайд 32
  

  Реакции дегидрогалогенированияи дегидратации идут в соответствии с правилом Зайцева: Отщепление атома водорода в реакциях дегидрогалогенирования и дегидратации происходит от наименее гидрогенизированного атома углерода. А. М. Зайцев (1841 - 1910)

• 
  Слайд 33
  

  4) Дегидрирование алканов при 500oС 5) Дегалогенированиедигалогеналканов катализаторы (Pt, Pd, Ni, Fe, Cr2O3, Fe2O3, ZnO) 1,2-дибромпропан пропен

• 
  Слайд 34
  

  6) Гидрирование алкинов Катализатор Линдлара - это палладий, адсорбированный на нейтральном носителе BaSO4 или CaCO3 , дезактивированный хинолином бутин-2 цис-бутен-2 бутин-2 транс-бутен-2

• 
  Слайд 35

  Алкины

  2.Особенности реакционной способности алкинов Алкины – непредельные углеводороды, содержащие в молекуле одну тройную связь и образующие гомологический ряд с общей формулой Сn H2 n - 2

• 
  Слайд 36
  

  Номенклатура алкинов этан→ этин;    пропан → пропин и т.д. Нумерацию углеродных атомов начинают с того конца, к которому ближе тройная связь. 6-метилгептин-2

• 
  Слайд 37
  

  4-пропилоктин-2

• 
  Слайд 38
  

  Названия радикалов: этинилпропин-3-ил пропин-1-ил (пропаргил)

• 
  Слайд 39
  

  Структурная изомерия алкинов 1) Изомерия углеродного скелета: 2) Изомерия положения тройной связи гептин-2 4-метилгексин-2 5-метилгексин-2 бутин-2 бутин-1

• 
  Слайд 40
  

  3) Межклассовая изомерия Алкиныизомерныалкадиенам, циклоалкенам, например:

• 
  Слайд 41
  

  Физические свойства алкинов Три первых представителя – газы; (С5-C15) – жидкости; начиная с C16H30 – твердые вещества.

• 
  Слайд 42
  

  Химические свойства алкинов I.Кислотные свойства Атом углерода в Sp-гибридизации обладает высокой электроотрицательностью: C(Sp) > C(Sp2) > C(Sp3) Поэтому он оттягивает пару электронов связи С-Н на себя. Водород получает δ+ заряд, становится подвижным и легко отщепляется в виде протона, т.е ацетилен и его гомологи с тройной связью на конце молекулы проявляют слабые СН-кислотные свойства и вступают в реакцию замещения активного атома водорода на металл (Na, Cu, Ag).

• 
  Слайд 43
  

  а) с амидом натрия б) с аммиачным раствором хлорида меди(I) в) с реактивом Толленса пропинамид натрия пропинид натрия аммиак aцетиленид меди(I) (кирпично-красный) aцетиленид серебра (серовато-белый)

• 
  Слайд 44
  

  Образование серовато-белого осадка ацетиленида серебра (или красно-коричневого – ацетиленида меди RC≡CCu) служит качественной реакцией на концевую тройную связь. При помощи подобной реакции можно отличить например бутин-1 от бутина-2: а) б)

• 
  Слайд 45
  

  II. Реакции окисления. При использовании в качестве окислителя перманганата калия в щелочной среде или озона происходит расщепление молекулы алкина по тройной связи и образуется карбоновая кислота. Например: Алкиныс концевой тройной связью при окислении в этих условиях образуют карбоновую кислоту и оксид углерода (IV):

• 
  Слайд 46
  

  III. Реакции восстановления. При восстановленииалкинов водородом (катализатор – палладий, платина или никель) образуются алканы. Реакция протекает ступенчато. бутин-2 цис-бутен-2 бутан

• 
  Слайд 47
  

  IV.Реакции присоединения. Рассмотрим на примере присоединения галогенов. Реакция протекает ступенчато с присоединением одной или двух молекул галогена. В результате присоединения одной молекулы галогена образуется преимущественно транс-дигалогеноалкен. Присоединение второй молекулы галогена идет труднее. При этом образуется тетразамещенныйалкан.

• 
  Слайд 48
  

  Это реакция электрофильного присоединения (AE), механизм аналогичен галогенированию алкенов. Данную реакцию можно использовать как качественную для доказательства непредельностиалкинов по обесцвечиванию бромной воды.

• 
  Слайд 49
  

  Возможны также реакции присоединения галогеноводородов: пропин2-хлорпропен 2,2-дихлорпропан

• 
  Слайд 50
  

  присоединение воды (реакция Кучерова): правило Эльтекова: соединения, содержащие гидроксигруппу при двойной углерод-углеродной связи неустойчивы и изомеризуются в карбонильные соединения. виниловый спирт этаналь пропинпропенол-2 ацетон

• 
  Слайд 51
  

  присоединение цианида водорода: Применяется при производстве некоторых видов синтетического каучука. Опасен при вдыхании, ядовит при приёме внутрь — вплоть до летального исхода.  акрилонитрил

• 
  Слайд 52
  

  V. Реакции полимеризации Ацетилен димеризуется под действием водно-аммиачного раствора CuCl, при этом образуется винилацетилен (Ньюленд): хлоропрен винилацетилен

• 
  Слайд 53
  

  тримеризация ацетилена (Сакт; 600oC) (метод Зелинского-Казанского)

• 
  Слайд 54
  

  Получение алкинов 1) Гидролиз карбида кальция 2) Дегидрогалогенированиедигалогеналканов спиртовым раствором щелочи

• 
  Слайд 55
  

  3) Взаимодействие алкилгалогенидов с ацетиленидами металлов пропинид натрия бромметан бутин-2

• 
  Слайд 56

  Алкадиены

  3. Особенности реакционной способности алкадиенов Алкадиены – непредельные углеводороды, содержащие в молекуле две двойные связи и образующие гомологический ряд с общей формулой Сn H2 n - 2 В зависимости от взаимного расположения двух двойных связей диены делят на 3 группы: 1) С кумулированными двойными связями(двойная связь у одного атома углерода) 2) С изолированными двойными связями (разделены двумя и более простыми связями) 3) С сопряженными двойными связями (разделены одной одинарной связью)

• 
  Слайд 57
  

  Структурная изомерия алкадиенов 1. Изомерия углеродного скелета пентадиен-1,3 2-метилбутадиен-1,3 (изопрен)

• 
  Слайд 58
  

  2. Межклассовая изомерия пентадиен-1,3 пентин-1 циклопентенбициклопентанспиропентан

• 
  Слайд 59
  

  Пространственная изомерия транс(Е)-пентадиен-1,3 цис(Z)-пентадиен-1,3

• 
  Слайд 60
  

  Алкадиеныс кумулированными и изолированными двойными связями по своим свойствам близки к алкенам. Особенности сопряженных диенов обусловлены их строением. Бутадиен-1,3 является типичным представителем π,π-сопряженной системы с открытой цепью сопряжения.

• 
  Слайд 61
  

  Химические свойства сопряженных алкадиенов Экспериментально было установлено, что сопряженные алкадиены присоединяют галогены, водород, галогеноводороды с образованием смеси двух продуктов: где Х=У=H,Cl,Brили X=H, Y=Cl,Br. Соотношение продуктов зависит от условий проведения реакции и строения исходного алкадиена. Направление реакции по пути А называют 1,4-присоединение, по пути В – 1,2-присоединение.

• 
  Слайд 62
  

  Например: Реакция А протекает при температуре 40°С, Б – при -80°С. А Б

• 
  Слайд 63
  

  Реакции полимеризации (образование каучуков) обычно протекают по типу 1,4-присоединения: бутадиен-1,3 полибутадиен изопрен полиизопрен

• 
  Слайд 64
  

  Получение алкадиенов 1) Дегидрогенизация алканов (Cr2O3/Al2O3, 450-650 oС). 2) Реакция Лебедева Первый в мире промышленный синтетический каучук был получен в СССР в 1932, используя бутадиен, который синтезировали по реакции С.В. Лебедева.

• 
  Слайд 65
  

  Применение алкадиенов в медицине и фармации Изопрен (2-метилбутадиен-1,3) – бесцветная жидкость, не растворяется в воде, хорошо растворим в большинстве углеводородных растворителей. В высоких концентрациях обладает наркотическим действием, в малых – раздражает слизистые оболочки дыхательных путей и глаз. Изопрен является основой многих соединений, таких, как натуральный каучук, терпены, стероиды. Широко применяется в промышленности для получения изопреновго каучука, душистых веществ, лекарственных средств.