Ответы на билеты по органической химии

Углеводороды ряда метана. Химические свойства – галогенирование,
нитрование, сульфоокисление.
В природном газе и особенно в нефти содержится много углеводородов, сходных с
метаном по строению и свойствам. Для наименования всех предельных углеводородов
принят суффикс – ан. С увеличением молекулярной массы последовательно возрастают
температуры плавления и кипения углеводородов. Первые четыре вещества (С1 – С4) при
обычных условиях – газы. Все предельные углеводороды нерастворимы в воде, но могут
растворяться в органических растворителях.
Общая формула углеводородов: СnH2n+2, где n – число атомов углерода в молекуле.
Способы получения:
1. Крекинг нефти (промышленный способ)

При крекинге алканы получаются вместе с непредельными соединениями (алкенами).
Этот способ важен тем, что при разрыве молекул высших алканов получается очень
ценное сырье для органического синтеза: пропан, бутан, изобутан, изопентан и др.
2. Гидpиpование непpедельных углеводоpодов:

3. Газификация твердого топлива (при повышенной температуре и давлении,
катализатор Ni):

4. Из синтез-газа (СО + Н 2 ) получают смесь алканов:

5. Синтез более сложных алканов из галогенопpоизводных с меньшим числом атомов
углеpода:

(реакция Вюpца)
6. Из солей карбоновых кислот:
а) сплавление со щелочью (реакция Дюма)

б) электролиз по Кольбе

7. Разложение карбидов металлов (метанидов) водой:

Свойства:
1. Галогенирование. При взаимодействии алканов с галогенами (хлором и
бромом) под действием УФ-излучения или высокой температуры образуется смесь
продуктов от моно- до полигалогензамещенных алканов. Общая схема этой реакции
показана на примере метана:

 Сl 2 Сl 2 Сl 2  Сl 2
 СН 4 → СН 3 Сl  →  СН 2 Сl 2  →  СНСl 3 →  ССl 4 (*)
-HCl   -HCl -НСl -HCl

2. Нитрование (реакция Коновалова). При действии разбавленной азотной
кислоты на алканы при 140°С и небольшом давлении протекает радикальная реакция:

t °

CH 3 -CH 3 + HNO 3  →  CH 3 -CH 2 -NO 2 + H 2 O.

При радикальных реакциях (галогенирование, нитрование) в первую очередь замешаются
атомы водорода у третичных, затем у вторичных и первичных атомов углерода. Это
объясняется тем, что легче всего разрывается гомолитически связь третичного атома
углерода с водородом (энергия связи 376 кДж/моль), затем — вторичного (390 кДж/моль)
и только потом — первичного (415 кДж/моль).
3. Сульфоокисление. Сульфохлорирование алканов при УФ-облучении, при
комнатной температуре, протекает как цепной радикальный процесс (реакция Рида, 1936
г.). В качестве продуктов при этом получают хлорангидриды алкансульфокислот.
Особенностью реакции является тот факт, что при наличии в молекуле углеводорода
первичных, вторичных и третичных атомов углерода замещению не подвергаются атомы
водорода при третичном углеродном атоме.

Предполагают, что причиной такой особенности реакции является пространственная
затрудненность подхода объемистого реагента к третичному атому углерода.

3. Изомеризация.  Нормальные алканы при определенных условиях могут
превращаться в алканы с разветвленной цепью:

4. Крекинг — это гемолитический разрыв связей С-С, который протекает при
нагревании и под действием катализаторов.
При крекинге высших алканов образуются алкены и низшие алканы, при крекинге метана
и этана образуются ацетилен:
C 8 H 18 → C 4 H 10 + С 4 Н 8 ,
 2СН 4 → С 2 Н 2 + ЗН 2 ,
С 2 Н 6 → С 2 Н 2 + 2Н 2 .
Эти реакции имеют большое промышленное значение. Таким путем высококипящие
фракции нефти (мазут) превращают в бензин, керосин и другие ценные продукты.
5. Окисление. При мягком окислении метана кислородом воздуха в присутствии
различных катализаторов могут быть получены метиловый спирт, формальдегид,
муравьиная кислота:

Мягкое каталитическое окисление бутана кислородом воздуха - один из промышленных
способов получения уксусной кислоты:
 t°
          2C 4 H 10 + 5O 2  → 4CH 3 COOH + 2Н 2 О .
 кат
На воздухе алканы сгорают до СО 2 и Н 2 О:
С n Н 2n+2 + (Зn+1)/2О 2 = nСО 2 + (n+1)Н 2 О.