окислительно-восстановительные реакции

Окислительно-

восстановительные реакции

- предсказание продуктов и уравнивание методом полуреакций.

Давайте рассмотрим следующие реакции:

1. Перманганат и нитрит калия в серно-кислой среде;
2. Перманганат калия и хлорид железа (II) в соляно-кислой;
3. Перманганат калия и нитрит калия в нейтральной среде.

1. Перманганат и нитрит калия в серно-кислой среде:
Перманганат калия - один из самых сильных окислителей. В кислой среде восстанавливается до Mn²⁺, а нитрит калия будет окисляться до нитрата NO₃^-

^{http://distant-lessons.ru/okislitelno-vosstanovitelnye-reakcii-2.html}

Сложные эфиры

Сложные эфиры карбоновых

кислот

Сложные эфиры - производные карбоновых кислот, в которых атом водорода замещен на углеводородный радикал.

Номенклатура

Тут 2 есть несколько вариантов:

1) Название R1 + "овый" + эфир + название кислоты: этиловый эфир этановой кислоты илиэтиловый эфир уксусной кислоты.

2) Название R1 + название кислоты + "ат": этилацетат.

http://distant-lessons.ru/slozhnye-efiry.html

Задачи С5 ЕГЭ

Ох уж эти задачи! Кажется, что они сложные, что решать их трудно, но поверьте мне, они однотипные. Надо просто научиться реализовывать последовательность действий для каждой такой задачи.

Задачи C5

В задачах, в которых есть химические реакции, важно правильно записать эти реакции - правильно предсказать продукты и, конечно, уравнять.

http://distant-lessons.ru/zadachi-c5.html

Простые эфиры

Общая формула:     CxH2x+2O

По этой формуле может быть 2 варианта эфиров:

n = m

CH3 - O - CH3

Тогда номенклатура эфира становится очень простой: приставка ди-, потом название радикала, суффикс -овый и слово эфир:

СH3-O-CH3 - диметиловый эфир

C2H5 - O - C2H5 - диэтиловый эфир

n ≠ m

http://distant-lessons.ru/prostye-efiry.html

Именные органические реакции

В органической химии существует огромное число реакций, носящих имя исследователя, открывшего или исследовавшего данную реакцию.

Именные реакции можно найти во многих справочниках по органической химии, но я хочу разделить их по классам химических соединений. И, конечно, это далеко не все именные реакции, это те реакции, которые часто встречаются в школьном курсе органической химии

http://distant-lessons.ru/imennye-organicheskie-reakcii.html

Качественные реакции органической химии

http://distant-lessons.ru/kachestvennye-reakcii-organicheskoj-ximii.html

Класс органических соединений	Качественные реакции
Алканы	У алканов нет качественных реакций. Их определяют методом исключения
Алкены	1. Обесцвечивание бромной воды: 2. Изменение окраски раствора перманганата калия: 3СH2=CH2 + 2KMnO4 + 4H2O → 3C2H4(OH)2 + 2MnO2 + 2KOH
Циклоалканы	Обесцвечивание бромной воды:
Алкины	1. Обесцвечивание бромной воды, 2. Образование ацетиленидов серебра и меди: 3. Изменение окраски перманганата калия: (KMnO4 → MnO2) C2H2 → HOOC-COOH
Алкадиены	Т.к. алкадиены содержат 2 двойные связи, то они так же как и алкены, обесцвечивают бромную воду
Арены	1. Обесцвечивание бромной воды 2. реакция с аммиачным раствором цианида никеля (II).Выпадает осадок комплексного соединения бензоцианоаммината никеля Ni(CN)2NH3(C6H6).
Спирты	Реакция с оксидом серебра - в осадок выпадает медь:
Многоатомные спирты	С гидрокисдом меди (II)  - Cu(OH)2 образуется комплекс синего цвета
Альдегиды	Реакция "серебряного зеркала" и реакция "медного зеркала":
Кислоты органические	Дают окрашенные соли тяжелых металлов - см. таблицу растворимости
Амины	Качественных реакций нет (только анилин  - имеет характерный запах)

Качественные задачи по органике

http://distant-lessons.ru/analiticheskie-zadachi-po-organike.html

Бромирование на свету углеводорода А приводит только к одному монобромпроизводному — В, содержащему 37,56% брома по массе. При нитровании углеводорода А концентрированной азотной кислотой образуется только одно мононитропроизводное углеводорода — C. Установите строение соединений А, B и C.

Получение бензола и его

гомологов

Мы рассмотрим "классические" методы получения бензола - те, которые описаны в каждом учебнике по химии, и рассмотрим получение из разных классов органических соединений, т.к. цепочки реакций, которые предлагаются в ЕГЭ, подразумевают умение получать бензол "из всего" 

http://distant-lessons.ru/poluchenie-benzola-i-ego-gomologov.html

Химические свойства бензола

 В лекции о бенозле мы расмотрели строение молекулы и определили, что бензолное кольцо - уникальная система. И у этой системы свои характеристики, отличающиеся от свойств других углеводородов.

http://distant-lessons.ru/ximiya/benzol-i-ego-gomologi/ximicheskie-svojstva-benzola-i-alkilbenzolov

Бензол и его гомологи

Бензол - первый представитель класса аренов  - ароматических углеводородов.

Почему "ароматических"? Потому что большинство гомологов бензола, да и сам бензол, имеют сладковатый запах, при этом довольно ядовиты.

http://distant-lessons.ru/ximiya/benzol-i-ego-gomologi

Задача на алкины №1

 

http://distant-lessons.ru/zadacha-na-alkiny.html

Алкадиены

Название класса говорит само за себя: "ди-" - это два, "-ен" - двойная связь. Алкадиены - вещества с двумя двойными связями.

Из-за того, что двойных связей две, минимальное количество атомов углерода в алкадиенах - 4.
И, естественно, изомеров у них немало. Начнем с "классики":

Задачи на алкены

http://distant-lessons.ru/zadachi-na-alkeny.html

Задача на алканы

Смотрите, это задача, в которой очень мало дано. На первый взгляд.

Запомните, в условии всегда заложено 80% ответа!

http://distant-lessons.ru/zadacha-na-alkany.html

Органическая химия

Традиционно органическими веществами называют соединения углерода.

Но CO2 и CO- это тоже соединения углерода

http://distant-lessons.ru/organicheskaya-ximiya.html

кислородсодержащая органика

Арены

АРЕНЫ (ароматические углеводороды)

Арены или ароматические углеводороды – это соединения, молекулы которых содержат устойчивые циклические группы атомов (бензольные ядра) с замкнутой системой сопряженных связей.

Почему "Ароматические"? Т.к. некоторые из ряда веществ имеют приятный запах. Однако в настоящее время в понятие "ароматичность" вкладывается совершенно иной смысл.

Ароматичность молекулы означает ее повышенную устойчивость, обусловленную делокализацией π-электронов в циклической системе.

Критерии ароматичности аренов:

1. Атомы углерода в sp²-гибридизованном состоянии образуют цикл.
2. Атомы углерода располагаются в одной плоскости (цикл имеет плоское строение).
3. Замкнутая система сопряженных связей содержит
   4n+2 π-электронов (n – целое число).

Этим критериям полностью соответствует молекула бензола С₆Н₆.

 Понятие “бензольное кольцо” требует расшифровки. Для этого необходимо рассмотреть строение молекулы бензола.

Все связи между атомами углерода в бензоле одинаковые (нет как таковых двойных и одинарных)  и имеют длину 0,139нм. Эта величина является промежуточной между длиной одинарной связи в алканах (0,154нм) и длиной двойной связи в алкенах (0,133 им). 

Равноценность связей принято изображать кружком внутри цикла

 

 Круговое сопряжение дает выигрыш в энергии 150 кДж/моль. Эта величина составляет энергию сопряжения — количество энергии, которое нужно затратить, чтобы нарушить ароматическую систему бензола. 

 Общая фоормула:               C_nH_2n-6 (n ≥ 6)

Гомологический ряд:

Гомологи бензола – соединения, образованные заменой одного или нескольких атомов водорода в молекуле бензола на углеводородные радикалы (R):

 

 

  орто- (о-) заместители у соседних атомов углерода кольца, т.е. 1,2-;
   мета- (м-) заместители через один атом углерода (1,3-);
   пара- (п-) заместители на противоположных сторонах кольца (1,4-).

 Ароматические одновалентные радикалы имеют общее название "арил". Из них наиболее распространены в номенклатуре органических соединений два:  

C₆H₅- (фенил) и C₆HАроматические одновалентные радикалы имеют общее название "арил". Из них наиболее распространены в номенклатуре органических соединений два:  

C₆H₅- (фенил) и C₆H₅CH₂- (бензил).₅CH₂- (бензил).

 Изомерия:

структурная:

1) положения заместителей для ди-, три- и тетра-замещенных бензолов (например, о-, м- и п-ксилолы);

2) углеродного скелета в боковой цепи, содержащей не менее 3-х атомов углерода:

3) изомерия заместителей R, начиная с R = С₂Н₅.

Химические свойства:

Для аренов более характерны реакции, идущие с сохранением ароматической системы, а именно, реакции замещения атомов водорода, связанных с циклом.

1. Галогенирование
Замещение атома водорода в бензольном кольце на галоген происходитв присутствии катализаторов AlCl₃, AlBr₃, FeCl₃ и т.п. :

  

 

Качественная  реакция на бромную воду:

2. Нитрование

Бензол реагирует с нитрующей смесью (смесью концентрированныхазотной и серной кислот):

3. Алкилирование

Замещение атома водорода в бензольном кольце на алкильную группу(алкилирование) происходит под действием алкилгалогенидов или алкенов в присутствии катализаторов AlCl₃, AlBr₃, FeCl₃.

Замещение в алкилбензолах:

Гомологи бензола (алкилбензолы) более активно вступают в реакции замещения по сравнению с бензолом.

Например, при нитровании толуола С₆Н₅CH₃ может происходить замещение не одного, а трех атомов водорода с образованием 2,4,6-тринитротолуола:

Здесь ярко проявляется взаимное влияние атомов в молекуле на реакционную способность вещества. С одной стороны, метильная группа СH₃ повышает электронную плотность в бензольном кольце в положениях 2, 4 и 6:

и облегчает замещение именно в этих положениях.

С другой стороны, под влиянием бензольного кольца метильная группа СH₃ в толуоле становится более активной в реакциях окисления и радикального замещения по сравнению с метаном СH₄.

Толуол, в отличие от метана, окисляется в мягких условиях (обесцвечивает подкисленный раствор KMnO₄ при нагревании):

Легче, чем в алканах, протекают реакции радикального замещения в боковой цепиалкилбензолов:

Это объясняется тем, что на лимитирующей стадии легко (при невысокой энергии активации) образуются устойчивые промежуточные радикалы. Например, в случае толуолаобразуется радикал бензил ĊH₂-C₆H₅. Он более стабилен, чем алкильные свободные радикалы (ĊН₃, ĊH₂R), т.к. его неспаренный электрон делокализован за счет взаимодействия с π-электронной системой бензольного кольца:

Правила ориентации

1. Заместители, имеющиеся в бензольном ядре, направляют вновь вступающую группу в определенные положения, т.е. оказывают ориентирующее действие.
2. По своему направляющему действию все заместители делятся на две группы:ориентанты первого рода и ориентанты второго рода. 
   Ориентанты 1-го рода (орто-пара-ориентанты) направляют последующее замещение преимущественно в орто- и пара-положения. 
   К ним относятся электронодонорные группы (электронные эффекты групп указаны в скобках):

-R (+I); -OH (+M,-I); -OR (+M,-I); -NH₂ (+M,-I); -NR₂ (+M,-I) +M-эффект в этих группах сильнее, чем -I-эффект.

Ориентанты 1-го рода повышают электронную плотность в бензольном кольце, особенно на углеродных атомах в орто- и пара-положениях, что благоприятствует взаимодействию с электрофильными реагентами именно этих атомов. 

Пример:

Ориентанты 1-го рода, повышая электронную плотность в бензольном кольце, увеличивают его активность в реакциях электрофильного замещения по сравнению с незамещенным бензолом.

Особое место среди ориентантов 1-го рода занимают галогены, проявляющие электроноакцепторные свойства: 

-F (+M<–I), -Cl (+M<–I), -Br (+M<–I).

Являясь орто-пара-ориентантами, они замедляют электрофильное замещение. Причина - сильный –I-эффект электроотрицательных атомов галогенов, понижащий электронную плотность в кольце.

Ориентанты 2-го рода (мета-ориентанты) направляют последующее замещение преимущественно в мета-положение.
К ним относятся электроноакцепторные группы:

-NO₂ (–M, –I); -COOH (–M, –I); -CH=O (–M, –I); -SO₃H (–I); -NH₃⁺ (–I); -CCl₃ (–I).

Ориентанты 2-го рода уменьшают электронную плотность в бензольном кольце, особенно в орто- и пара-положениях. Поэтому электрофил атакует атомы углерода не в этих положениях, а в мета-положении, где электронная плотность несколько выше.
Пример:

Все ориентанты 2-го рода, уменьшая в целом электронную плотность в бензольном кольце, снижают его активность в реакциях электрофильного замещения.

Таким образом, легкость электрофильного замещения для соединений (приведенных в качестве примеров) уменьшается в ряду:

толуол C₆H₅CH₃ > бензол C₆H₆ > нитробензол C₆H₅NO₂.
Гидрирование 
Присоединение водорода к бензолу и его гомологам происходит при повышенной температуре и давлении в присутствии металлических катализаторов.

Реакции окисления аренов

Бензол не окисляется даже под действием 

сильных окислителей (KMnO₄, K₂Cr₂O₇ и т.п.).

Поэтому он часто используется как инертный растворитель при проведении реакций окисления других органических соединений.

В отличие от бензола его гомологи окисляются довольно легко.

1. При действии раствора KMnO₄ в кислой среде и нагревании в гомологах бензола окислению подвергаются только боковые цепи:
   
   
   
   
   
   Окисление других гомологов (этилбензол, пропилбензол и т.д.) также приводит к образованию бензойной кислоты. Разрыв связи при этом происходит между двумя ближайшими к кольцу атомами углерода в боковой цепи.
   
   
   
   Алкильные группы в алкилбензолах окисляются легче, чем алканы. Это объясняется влиянием бензольного кольца на атомы в боковой цепи.
   
   


2. Бензол и его гомологи на воздухе горят коптящим пламенем, что обусловлено высоким содержанием углерода в их молекулах:
   
   
   Получение ароматических углеводородов
   Основными природными источниками ароматических углеводородов являются каменный уголь и нефть.
   
   1. При коксовании каменного угля образуется каменноугольная смола, из которой выделяют бензол, толуол, ксилолы, нафталин и многие другие органические соединения.
   2. Ароматизация нефти:

      а) дегидроциклизация (дегидрирование и циклизация) алканов, содержащих в основной цепи не менее 6 атомов углерода, при нагревании в присутствии катализатора
      Примечание. Алканы с более короткой цепью (C₂-C₅) не способны превращаться в арены. Этан, пропан и бутаны при дегидрировании образуют, соответственно, этен, пропен, бутен-1, бутен-2 и изобутилен (метилпропен). Пентаны подвергаются дегидроциклизации с образованием циклопентанов (например, н-пентан превращается в циклопентан, а 2-метилпентан - в метилциклопентан).

      
      

      б) дегидрирование циклоалканов, содержащих в цикле 6 углеродных атомов
       

   3. Алкилирование бензола галогеналканами или алкенами в присутствии безводного хлорида алюминия:
      
       При дегидрировании этилбензола образуется производное бензола с непредельной боковой цепью - винилбензол (стирол) C₆H₅-CН=СН₂ (исходное вещество для получения ценного полимера полистирола).
   4. Тримеризация алкинов над активированным углем (реакция Зелинского):