Получение органических соединений, относящихся к различным классам, является основной задачей органического синтеза, как основного, так и тонкого. В основе многих методов получения лежат именные реакции, условия проведения которых необходимо запомнить, поскольку в органической химии именно условия определяют образующийся продукт реакции. В целом все реакции, лежащие в основе получения органических веществ, можно условно разделить на следующие типы:

1. Реакции, направленные на удлинение цепи (конструктивные реакции), например, алкилирование, полимеризация, (поли)конденсация

2. Реакции, направленные на укорочение углеродной цепи (реакции расщепления)

3. Реакции введения, удаления или взаимопревращения функциональных групп

4. Реакции образования кратных связей

5. Реакции циклизации и ароматизации

Далее, в виде справочного материала представлены основные методы получения углеводородов и их основных производных - спиртов, альдегидов, кетонов, карбоновых кислот, аминов, нитро- и галогенпроизводных. Подробно методы получения будут рассматриваться по классам соединений в отдельных темах.

Методы получения алканов

1. Синтез симметричных насыщенных углеводородов (наращивание углеводородной цепи) действием металлического натрия на алкилгалогениды (Реакция Вюрца )

C 2 H 5 Br + CH 3 Br + 2 Na → C 3 H 8 +2 NaBr

2. Восстановление непредельных углеводородов (гидрирование двойной кратной связи) :

H 3 C − CH = CH 2 + H 2 → H 3 C − CH 2 − CH 3

3. Получение метана сплавлением солей карбоновых кислот с твердой щелочью:

t 0

CH 3 COONa + NaOH → Na 2 CO 3 + CH 4

4. Получение метана - гидролиз карбида алюминия (взаимодействием карбида алюминия с водой):

Al 4 C 3 +12 H 2 O → 4 Al (OH ) 3 +3 CH 4

5. Ректификация (прямая перегонка) нефти подробно разбирается в теме "Принципы переработки и применение горючих ископаемых"

Методы получения алкенов

1. Дегидрогалогенирование (действие спиртовых растворов щелочей на моногалогенпроизводные УВ)

Спирт NaOH

H 3 C − CH 2 − CH 2 Br → H 3 C − CH = CH 2 + NaBr + H 2 O

2. Дегидратация спиртов (действие на спирты водоотнимающих средств):

3. Дегалогенирование (действие металлического Zn или Mg на дигалогенпроизводные с двумя атомами галогена у соседних атомов):

4. Гидрирование ацетиленовых углеводородов над катализаторами с пониженной активностью (Fe)

3-метилбутин-1 3-метилбутен-1

5. Пиролиз (дегидрирование) алканов (этана) (см. п. 2 "Методы получения алкинов")

Методы получения алкинов

Получение ацетилена:

1. Пиролиз метана - межмолекулярное дегидрирование (промышленный метод):

1500 ∘ C

H − CH 3 + H 3 C − H → H − C ≡ C − H + 2 H 2

2. Пиролиз (дегидрирование) этана или этилена (промышленный метод)

T 0 C t 0 C

H 3 C − CH 3 → H 2 C = CH 2 + H 2 → H − C ≡ C − H + H 2

3. Гидролиз карбида кальция (взаимодействие карбида кальция с водой):

CaC 2 + 2 H 2 O → HC ≡ CH + Ca (OH ) 2

Получение гомологов ацетилена

1. Дегидрогалогенирование (действие спиртового раствора щелочи на дигалогеналканы (щелочь и спирт берутся в избытке):

2. Удлинение цепи (алкилирование ацетиленидов) при действии на ацетилениды алкилгалогенидами:

Методы получения алкадиенов

Общие способы получения диенов аналогичны способам получения алкенов.

1. Каталитическое двухстадийное дегидрирование алканов (через стадию образования алкенов). Этим путем получают в промышленности дивинил из бутана, содержащегося в газах нефтепереработки и в попутных газах:

В промышленности каталитическим дегидрированием изопентана (2-метилбутана) получают изопрен:

2. Синтез бутадиена (дивинила) из этилового спирта (реакция Лебедева):

3. Дегидратация гликолей (двухатомных спиртов, или алкандиолов):

4. Дегидрогалогенирование вицинальных дигалогенпроизводных в присутствии спиртового раствора щелочи:

Методы получения Бензола и его гомологов (ароматических УВ)

Основные методы получения ароматических углеводородов основаны либо на процессах циклизации с последующим дегидрированием, при наличии в УВ-цепи более шести атомов углерода, образуются гомологи безола с боковой цепью. Процесс тримеризации ацетилена используется при синтезе бензола и, тем самым, подтверждает его структуру.

1. Дегидрирование циклогексана (получение бензола)

2. Тримеризация ацетилена (получение бензола) реакция Зелинского

3.Риформинг (ароматизация нефти)

4. Коксование каменного угля - нагрев без доступа воздуха до 1000°С. Образуется смесь летучих веществ, каменноугольной смолы и твердый остаток – кокс. Смола – жидкая смесь органических веществ, из которой выделяют многие органические соединения, в том числе и арены.

Методы получения спиртов:

предельных одноатомных, гликолей, фенолов

1. Щелочной гидролиз моногалогенпроизводных алканов (нуклеофильное замещение)

бромэтан этанол

2. Гидратация этилена и несимметричных алкенов (электрофильное присоединение) по правилу Марковникова

3. Восстановление (гидрирование) альдегидов (первичные спирты) и кетонов (вторичные спирты)

этаналь

диметилкетон изопропиловый

(ацетон) спирт

4.Спиртовое брожение растительного сырья, содержащего углеводы:

C 6 H 12 O 6 → 2 C 2 H 5 OH + 2 CO 2 + 23,5 ⋅ 10 4 Дж

Получение гликолей (двухатомных предельных спиртов)

1. Окисление двойной кратной связи (только мягкое окисление!) реакция Вагнера:

Обратите внимание, что при действии жестких окислителей (подкисленного раствора пераманганата калия или озона) образуются карбонильные соединения (карбоновые кислоты и альдегиды), поскольку реакция протекает с разрывом и σ - π -связей.

Получение фенола (ароматического спирта)

1. Кумольный способ (основной промышленный способ)

2. Щелочной гидролиз хлорбензола

3. Выделение из каменноугольной смолы - продукта коксования каменного угля.

Методы получения альдегидов и кетонов

В классе кислородсодержащих углеводородов альдегиды занимают промежуточное положение в генетической цепочке: спирты - альдегиды - кислоты . Поэтому основные методы получения основаны на восстановлении кислот или на окислении спиртов.

1. Восстановление (дегидрирование) спиртов: первичных - до альдегидов, вторичных - до кетонов

этанол этаналь

пропанол-2 пропанон-2 (ацетон)

2. Окисление спиртов (условный окислитель - CuO , KMnO 4 , кислород воздуха в присутствии катализатора - Pt, Cu): первичных - до альдегидов, вторичных - до кетонов

этанол ацетальдегид

первичный спирт

изопропанол диметилкетон

вторичный спирт

3. Избирательное восстановление карбоновых кислот

4. Восстановление (гидрирование) хлорангидридов кислот по Розенмунду (катализатор - платиновая чернь, палладий)

5. Сухая перегонка кальциевых и бариевых солей одноосновных кислот: для всех кислот - кетоны; для муравьиной кислоты - альдегид.

В промышленности альдегиды получают следующими способами:

а) каталитическим окислением алканов (метана):

б) каталитическим окислением этилена кислородом воздуха (Вакер-процесс ):

в) гидратацией ацетилена в присутствии солей ртути (реакция Кучерова ):

Методы получения карбоновых кислот

Карбоновые кислоты являются последним звеном окислительной цепочки "спирты - альдегиды - кислоты", поэтому методы их получения основаны на реакциях окисления.

В промышленности карбоновые кислоты получают мягким каталитическим окислением кислородом воздуха алканов, спиртов и альдегидов. В качестве катализатора используют платину, палладий, соли олова и др., реакции проводят при нормальном давлении и 200 0 C . Окисление альдегидов происходит наиболее легко без дополнительного нагревания.

1. Окисление алканов:

2. Окисление спиртов:

3. Окисление альдегидов:

Специфическими методами синтеза простейших карбоновых кислот (муравьиной и уксусной) являются:

1. Синтез уксусной кислоты каталитическим формилированием метанола (катализатор оксид вольфрама, температура 400 ∘ C давление

2. Синтез муравьиной кислоты из окиси углерода и гидроксида натрия при нагревании с последующей обменной реакцией с серной кислотой:

3. Синтез муравьиной кислоты из окиси углерода и паров воды (катализатор соли меди, серная или фосфорная кислота):

P , t 0 C , kat

CO + H 2 O → HCOOH

Выделение углеводородов из природного сырья

Источниками предельных углеводородов являются нефть и природный газ .

Основной компонент при­родного газа - простейший углеводород метан, который используется непосредственно или подвергается переработ­ке. Нефть, извлеченная из земных недр, также под­вергается переработке, ректификации, крекингу.

Больше всего углеводородов получают при пере­работке нефти и других природных ресурсов. Но значительное количество ценных углеводородов по­лучают искусственно, синтетическими способами.

Наличие катализаторов изомеризации ускоряет образование углеводородов с разветвленным скелетом из линейных углеводородов:

Добавление катализаторов позволяет несколько уменьшить температуру, при которой протекает реакция.

Гидрирование (присоединение водорода) алкенов

В результате крекинга образуется большое коли­чество непредельных углеводородов с двойной свя­зью - алкенов. Уменьшить их количество можно, добавив в систему водород и катализаторы гидри­рования - металлы (платина, палладий, никель):

Крекинг в присутствии катализаторов гидриро­вания с добавлением водорода называется восста­новительным крекингом . Основными его продук­тами являются предельные углеводороды.

Таким образом, повыше­ние давления при крекинге (крекинг высокого давления) позволяет уменьшить коли­чество газообразных (СН 4 - С 4 Н 10) углеводородов и по­высить содержание жидких углеводородов с длиной цепи 6-10 атомов углерода, которые составляют основу бензинов.

Это были промышленные способы получения алканов, которые являются основой промышлен­ной переработки основного углеводородного сы­рья - нефти.

Теперь рассмотрим несколько лабораторных способов получения алканов.

Нагревание натриевой соли уксусной кисло­ты (ацетата натрия) с избытком щелочи приводит к отщеплению карбоксильной группы и образова­нию метана:

Если вместо ацетата натрия взять пропионат натрия , то образуется этан, из бутаноата натрия - пропан и т. д.

При взаимодействии галогеналканов со щелоч­ным металлом натрием образуются предельные углеводороды и галогенид щелочного металла, на­пример:

Действие щелочного металла на смесь галоген­углеводородов (например, бромэтана и бромметана) приведет к образованию смеси алканов (этана, пропа­на и бутана).

Реакция, на которой ос­нован синтез Вюрца, хорошо протекает только с галоген-алканами, в молекулах которых атом галогена присоединен к первичному атому углерода .

При обработке некоторых карбидов, содержащих углерод в степени окисления -4 (например, карбида алюминия), водой образуется метан:

Основные способы получения кислородсодержащих соединений

Образование галокеналканов при взаимодействии спиртов с галогеноводородами - обратимая реакция. Поэтому понятно, что спирты могут быть получены при гидролизе галогеналканов - реакции этих соединений с водой:

Многоатомные спирты можно получить при гидролизе галогеналканов , содержащих более одного атома галогена в молекуле. Например:

Присоединение воды по π-связи молекулы алкена, например:

Приводит в соответствии с правилом Марковникова к образованию вторичного спирта - пропанола-2:

Гидрирование альдегидов и кетонов

Окисление спиртов в мягких условиях приводит к образованию альдегидов или кетонов. Очевидно, что спирты могут быть получены при гидрирова­нии (востановлении водородом, присоединении во­дорода) альдегидов и кетонов:

Гликоли, как уже отмечалось, могут быть полу­чены при окислении алкенов водным раствором пер­манганата калия . Например, этиленгликоль (этан- диол-1,2) образуется при окислении этилена (этена):

Специфические способы получения спиртов

1. Некоторые спирты получают характерными только для них способами. Так, метанол в про­мышленности получают ре­акцией взаимодействия водо­рода с оксидом углерода (II) (угарным газом) при повы­шенном давлении и высокой температуре на поверхности катализатора (оксида цинка):

Необходимую для этой реакции смесь угарного га­за и водорода, называемую также «синтез-газ», получа­ют при пропускании паров воды над раскаленным углем:

2. Брожение глюкозы . Этот способ получения этилового (винного) спирта известен человеку с древнейших времен:

Способы получения альдегидов и кетонов

1. Альдегиды и кетоны могут быть получены окислением или дегидрированием спиртов. При окислении или дегидрировании первичных спир­тов могут быть получены альдегиды, а вторичных спиртов - кетоны:

2. . Из ацетилена в результате реакции получается уксусный альдегид, из гомо­логов ацетилена - кетоны:

3. При нагревании кальциевых или бариевых солей карбоновых кислот образуются кетон и кар­бонат металла:

Способы получения карбоновых кислот

1. Карбоновые кислоты могут быть получены окислением первичных спиртов или альдегидов :

2. Ароматические карбоновые кислоты образу­ются при окислении гомологов бензола :

3. Гидролиз различных производных карбоновых кислот также приводит к получению кислот. Так, при гидролизе сложного эфира образуются спирт и карбоновая кислота. Реакции этерификации и ги­дролиза, катализируемой кислотой, обратимы:

4. Гидролиз сложного эфира под действием во­дного раствора щелочи протекает необратимо, в этом случае из сложного эфира образуется не кислота, а ее соль:

Справочный материал для прохождения тестирования:

Таблица Менделеева

Таблица растворимости

Физические свойства . В обычных условиях первые четыре члена гомологического ряда алканов (С 1 - С 4) - газы. Нормальные алканы от пентана до гептадекана (C 5 - C 17 ) - жидкости, начиная с С 18 и выше - твердые вещества. По мере увеличения числа атомов углерода в цепи, т.е. с ростом относительной моле­кулярной массы, возрастают температуры кипения и плавления алканов . При одинаковом числе атомов углерода в молекуле ал­каны с разветвленным строением имеют более низкие температу­ры кипения, чем нормальные алканы .

Алканы практически нерастворимы в воде, так как их молеку­лы малополярны и не взаимодействуют с молекулами воды, они хорошо растворяются в неполярных органических растворителях, таких как бензол, тетрахлорметан и др. Жидкие алканы легко смешиваются друг с другом.

Основные природные источники алканов - нефть и природный газ. Различные фракции нефти содержат алканы от C 5 H 12 до С 30 Н 62 . Природный газ состоит из метана (95%) с примесью этана и пропана.

Из синтетических методов получения алканов можно выделить следующие:/>

1 . Получение из ненасыщенных углеводородов. Взаимодействие алкенов или алкинов с водородом ("гидрирование") происходит в присутствии металлических катализаторов (/>Ni , Pd ) при
нагревании:

СН з —C ≡СН + 2Н 2 → СН 3 -СН 2 -СН 3 .

2 . Получение из галогенпротводных . При нагревании моногалогензамещенных алканов с металлическим натрием получают алканы с удвоенным числом атомов углерода (реакция Вюрца ):/>

С 2 Н 5 Br + 2 Na + Br — C 2 H 5 → C 2 H 5 — C 2 H 5 + 2 NaBr .

Подобную реакцию не проводят с двумя разными галогензамещенными алканами , поскольку при этом получается смесь трех различных алканов

3 . Получение из солей карбоновых кислот. При сплавлении безводных солей карбоновых кислот с щелочами получаются алканы , содержащие на один атом углерода меньше по сравнению с углеродной цепью исходных карбоновых кислот:/>

4 .Получение метана. В электрической дуге, горящей в атмосфере водорода, образуется значительное количество метана:/>

С + 2Н 2 → СН 4 .

Такая же реакция идет при нагревании углерода в атмосфере водорода до 400-500 °С при повышенном давлении в присутствии катализатора.

В лабораторных условиях метан часто получают из карбида алюминия:

А l 4 С 3 + 12Н 2 О = ЗСН 4 + 4А l (ОН) 3 .

Химические свойства . В обычных условиях алканы химически инертны . Они устойчивы к действию многих реагентов: не взаимодействуют с концентрированными серной и азотной кислотами, с концентрированными и расплавленными щелочами, не окисляются сильными окислителями — перманганатом калия KMn О 4 и т.п.

Химическая устойчивость алканов объясняется высокой проч­ностью s — связей С-С и С-Н, а также их неполярностью . Непо­лярные связи С-С и С-Н в алканах не склонны к ионному разрыву, но способны расщепляться гомолитически под действием активных свободных радикалов. Поэтому для алканов характер­ны радикальные реакции, в результате которых получаются сое­динения, где атомы водорода замещены на другие атомы или группы атомов. Следовательно, алканы вступают в реакции, про­текающие по механизму радикального замещения, обозначаемого символом S R (от англ , substitution radicalic ). По этому механизму легче всего замещаются атомы водорода у третичных, затем у вторичных и первичных атомов углерода.

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:/>

б) Рост цепи. Радикал хлора отнимает у молекулы алкана атом водорода:

Cl · + СН 4 →НС/>l + СН 3 ·

При этом образуется алкильный радикал, который отнимает атом хлора у молекулы хлора:

СН 3 · + С l 2 →СН 3 С l + С l ·

Эти реакции повторяются до тех пор, пока не произойдет обрыв цепи по одной из реакций:

Cl · + Cl · → С l/> 2 , СН 3 · + СН 3 · → С 2 Н 6 , СН 3 · + Cl · → СН 3 С l ·

Суммарное уравнение реакции:

Образующийся хлорметан может подвергаться дальнейшему хло­рированию, давая смесь продуктов CH 2 Cl 2 , CHCl 3 , СС l 4 по схеме (*).

Развитие теории цепных свободнорадикальных реакций тесно связа­но с именем выдающегося русского ученого, лауреата Нобелевской премии Н.И. Семенова (1896-1986).

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

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. 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 °
2 C 4/> H/> 10 + 5 O/> 2 → 4 CH/> 3 COOH/> + 2Н 2 О .
кат

На воздухе алканы сгорают до СО 2 и Н 2 О:/>

С n Н 2 n +2 + (З n +1)/2О 2 = n СО 2 + (n +1)Н 2 О.

Углеводороды, атомы углерода которых связаны одинарными связями, называются насыщенными или предельными углеводородами.

Общее описание

К насыщенным углеводородам относятся ациклические (алканы) и карбоциклические (циклоалканы) соединения. Они отличаются пространственным строением и количеством атомов.

Ряд веществ, сходных по строению, химическим свойствам, но отличающихся количеством атомов, называется гомологическим. Вещества, входящие в состав гомологического ряда, называются гомологами.

Алканы - это гомологический ряд метана CH 4 .

Циклоалканы или нафтены - гомологический ряд циклопропана. Общее описание предельных углеводородов представлено в таблице.

Соединения, которые имеют одинаковое количество атомов, но разное строение, называются изомерами. Все алканы, начиная с бутана, имеют изомеры. К названию прибавляется приставка изо- (изобутан, изопентан, изогексан). Формула остаётся неизменной.

Рис. 1. Структурная формула бутана и изобутана.

Для циклоалканов характерны три вида изомерии:

• пространственная - расположение относительно плоскости цикла;
• углеродная - присоединение к СН 2 -группе дополнительных групп;
• межклассовая - образование изомеров с алкенами.

В зависимости от присоединяемой группы меняется название вещества. Например, метилциклопропан имеет циклическую структуру в виде треугольника с присоединённым метилом (СН 3). Название «1,2-диметилциклопентан» говорит о циклическом строении с двумя присоединёнными молекулами метила. Цифры указывают, к каким углам пятиугольника присоединён метил.

В углах фигуры циклоалканов всегда находится группа CH 2 , поэтому её часто не записывают, а просто рисуют фигуру. Количество углов указывает на количество атомов углерода. Дополнительные группы дописывают к углам через штрих.

Рис. 2. Примеры графических формул циклоалканов.

Получение

Существуют промышленные и лабораторные способы получения алканов. В промышленности:

• выделение из нефти, газа, каменного угля;
• газификация твёрдого топлива: C + 2H 2 → CH 4 .

В лаборатории:

• гидролиз карбида алюминия:

  Al 4 C 3 + 12H 2 O → 4Al(OH) 3 + 3CH 4 ;

• реакция замещения:

  2CH 3 Cl + 2Na → CH 3 -CH 3 + 2NaCl;

• реакция обмена:

  CH 3 COONa + NaOH → Na 2 CO 3 + CH 4 .

Циклоалканы получают путём выделения из природных источников - нефти, газа, а также при дегидрировании алканов и гидрировании аренов:

• С 6 Н 14 ↔ C 6 H 12 + Н 2 ;
• C 6 H 6 + 3H 2 → C 6 H 12 .

Свойства

Алканы и циклоалканы имеют схожие химические свойства. Это малоактивные вещества, реагирующие только при дополнительных условиях - нагревании, давлении. Реакции предельных углеводородов:

• горение:

  CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O + Q;

• замещение (например, галогенирование):

  CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl;

• присоединение:

  C 6 H 12 + H 2 → C6H 14 ;

• разложение:

  C 6 H 12 → C 6 H 6 + 3H 2 .

Рис. 3. Горение метана.

С увеличением молекулярной массы предельных углеводородов и, соответственно, числа атомов углерода в гомологических рядах увеличивается температура кипения веществ. Циклоалканы кипят и плавятся при более высоких температурах, чем алканы. Метан, этан, пропан, бутан - газы. Вещества, в состав которых входит 5-15 атомов углерода (с C 5 H 12 по C 15 H 32) - жидкости. Вещества, содержащие более 15 атомов углерода, - находятся в твёрдом состоянии.

Что мы узнали?

Схожие по свойствам вещества - алканы и циклоалканы - относятся к предельным углеводородам. Алканы - соединения с линейным строением молекул, циклоалканы - циклические углеводороды, образующие треугольные, четырёхугольные, пятиугольные структуры. Насыщенные углеводороды получают из полезных ископаемых, а также промышленным или лабораторным путём. Это малоактивные вещества, вступающие в реакции замещения, присоединения, горения, разложения только при дополнительных условиях.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.7 . Всего получено оценок: 117.

Заказать написание уникльной работы

А17. Основные способы получения углеводородов (в лаборатории). Основные способы получения кислородсодержащих соединений (в лаборатории).

">Получение алканов

Промышленные способы:

1. Выделяют из природных источников (природный и попутный газы, нефть, каменный уголь).
2. ">Гидрирование алкенов и непредельных углеводородов.

;text-decoration:underline">Лабораторные способы получения метана:

1. ">Термокаталитическое восстановление оксидов углерода(t, " xml:lang="en-US" lang="en-US">Ni ">):

CO + 3H 2 → CH 4 + H 2 O

CO 2 + 4H 2 → CH 4 + 2H 2 O

1. ">Синтез из простых веществ: С + 2Н ;vertical-align:sub">2 ">→ СН ;vertical-align:sub">4
2. ">Гидролиз карбида алюминия: " xml:lang="en-US" lang="en-US">Al ;vertical-align:sub">4 " xml:lang="en-US" lang="en-US">C ;vertical-align:sub">3 "> + 12 " xml:lang="en-US" lang="en-US">H ;vertical-align:sub">2 " xml:lang="en-US" lang="en-US">O "> → 4 " xml:lang="en-US" lang="en-US">Al ">(" xml:lang="en-US" lang="en-US">OH ">) ;vertical-align:sub">3 "> + 3 " xml:lang="en-US" lang="en-US">CH ;vertical-align:sub">4

;text-decoration:underline">Лабораторные способы получения гомологов метана:

1. ">Декарбоксилирование натриевых солей карбоновых кислот (реакция Дюма). Образующийся алкан содержит на один атом углерода меньше, чем исходная соль.

" xml:lang="en-US" lang="en-US">CH ;vertical-align:sub" xml:lang="en-US" lang="en-US">3 " xml:lang="en-US" lang="en-US">COONa + NaOH → CH ;vertical-align:sub" xml:lang="en-US" lang="en-US">4 " xml:lang="en-US" lang="en-US"> + Na ;vertical-align:sub" xml:lang="en-US" lang="en-US">2 " xml:lang="en-US" lang="en-US">CO ;vertical-align:sub" xml:lang="en-US" lang="en-US">3 " xml:lang="en-US" lang="en-US">

1. ">Синтез Вюрца (удвоение цепи); проводят с целью получения алканов с более длинной углеродной цепью.

">2 " xml:lang="en-US" lang="en-US">CH ;vertical-align:sub">3 " xml:lang="en-US" lang="en-US">Cl "> + 2 " xml:lang="en-US" lang="en-US">Na "> → " xml:lang="en-US" lang="en-US">C ;vertical-align:sub">2 " xml:lang="en-US" lang="en-US">H ;vertical-align:sub">6 "> + 2 " xml:lang="en-US" lang="en-US">NaCl ">

1. Электролиз ацетата натрия:

электролиз

2 CH 3 COONa +2H 2 O → С2 Н6 + 2СО2 + Н2 + 2 NaOH

Получение алкенов

В лаборатории:

1. Дегидрогалогенирование галогеноалканов производится спиртовым раствором щёлочи:

CH 3 – CH 2 Cl + KOH(спирт.) → CH 2 = CH 2 + KCl + H 2 O

CH 3 – CH – CH 2 – CH 3 + KOH (спирт) → CH 3 – CH = CH – CH 3 + KI + H 2 O

Правило А.М. Зайцева: «Водород отщепляется от менее гидрогенизированного атома углерода».

2.Дегидратация спиртов протекает в присутствии концентрированной серной кислоты или безводного оксида алюминия при нагревании (t > 150о С) с образованием алкенов.

CH 3 – CH 2 – CH 2 OH → CH 3 – CH = CH 2 + H 2 O

3.Дегалогенирование дигалогенопроизводных производят с помощью мелкораздробленного цинка или магния:

CH 3 – CH – CH 2 + Zn → CH 3 – CH = CH 2 + ZnCl 2

Cl Cl

В промышленности:

1, Основной способ получения алкенов – крекинг алканов, приводящий к образованию смеси низкомолекулярных алкенов и алканов, которую можно разделить перегонкой.

С5 Н12 → С2 Н4 + С3 Н8 (или С3 Н6 + С2 Н6 ) и др.

2 Дегидрирование алканов. (катализаторы: Pt ; Ni ; AI 2 O 3 ;Cr 2 O 3 )

Ni , 450 – 5000 C

СН3 – СН3 → СН2 = СН2 + Н2

550 – 6500 С

2CH 4 → CH 2 = СН2 + 2Н2

3. Каталитическое гидрирование алкинов (катализаторы: Pt ; Ni ; Pd )

СН ≡ СН + Н2 → СН2 = СН2

Получение циклоалканов

1. Действием активного металла на дигалогеналкан:

t , p , Ni

Br – C Н2 -C Н2 -C Н2 -Br + Mg → + Mg Br 2

1,3-дибромпропан

1. Гидрирование аренов (t , p , Pt )

С6 Н6 + 3 Н2 →

Получение алкинов

Ацетилен:

а) метановый способ:

2СН4 С2 Н2 + 3Н2

б) гидролиз карбида кальция (лабораторный способ):

CaC 2 + 2H 2 O C 2 H 2 + Ca(OH) 2

CaO + 3C CaC 2 + CO

Вследствие большой энергоемкости этот метод экономически менее выгоден.

Синтез гомологов ацетилена:

а) каталитическое дегидрирование алканов и алкенов:

Сn H 2 n +2 C n H 2 n -2 + 2H 2

Сn H 2 n C n H 2 n -2 + H 2

б) дегидрогалогенирование дигалогеналканов спиртовым раствором щелочи (щелочь и спирт берутся в избытке):

Сn H 2 n Г2 + 2KOH (сп) C n H 2 n -2 + 2K Г + 2H 2 O

Получение алкадиенов

1. Дегидрированием алканов, содержащихся в природном газе и газах нефтепереработки, при пропускании их над нагретым катализатором
   t, Cr 2 O 3 ,Al 2 O 3

CH 3 –CH 2 –CH 2 –CH 3 → CH 2 =CH–CH=CH 2 + 2H 2
t, Cr 2 O 3 ,Al 2 O 3

CH 3 –CH–CH 2 –CH 3 → CH 2 = C–CH=CH 2 + 2H 2

CH 3 CH 3

1. Дегидрированием и дегидратацией этилового спирта при пропускании паров спирта над нагретыми катализаторами (метод акад. С.В.Лебедева):
   t, ZnO , Al 2 O 3

2CH 3 CH 2 OH → CH 2 = CH–CH = CH 2 + 2H 2 O + H 2

Получение аренов

Бензол

1. Тримеризация алкинов над активированным углем (Зелинский ):

акт. С, 600 С

3НCCH С6 H 6 (бензол)

1. В лаборатории сплавлением солей бензойной кислоты со щелочами:

С6 Н5 – СООNa + Na ОН → С6 Н6 + Na 2 СО3

Бензол и гомологи

1. При коксовании каменного угля образуется каменноугольная смола, из которой выделяют бензол, толуол, ксилолы, нафталин и многие другие органические соединения.
2. Дегидроциклизация (дегидрирование и циклизация) алканов в присутствии катализатора:

Cr 2 O 3

CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 C 6 H 6 + 4H 2

Из гексана получается бензол, а из гептана- толуол.

1. Дегидрирование циклоалканов

→ С6 Н6 + 3 Н2

1. Получение гомологов - алкилирование бензола галогеналканами или алкенами в присутствии безводного хлорида алюминия:

AlCl 3

C 6 H 6 + C 2 H 5 Cl C 6 H 5 C 2 H 5 + HCl

хлорэтан этилбензол

Получение предельных одноатомных спиртов

Общие способы

1. Гидратация алкенов (по правилу Марковникова):

t , H 2 SO 4

СН3 -СН=СН2 + Н-ОН→ СН3 -СН-СН3

ОН (пропанол-2)

1. Гидролиз галогеналканов при действии водного раствора щёлочи:

C 2 H 5 I + Na ОН (водн.) → C 2 H 5 -O Н + NaI

1. Восстановление (гидрирование) альдегидов и кетонов.

При гидрировании альдегтдов образуются первичные спирты:

t , Ni

СН3 -СН2 -СНО + Н2 → СН3 -СН2 - СН2 -ОН

пропанол-1

При гидрировании кетонов образуются вторичные спирты:

t , Ni

СН3 -С-СН3 + Н2 → СН3 -СН-СН3

О ОН (пропанол-2)

Специфические способы получения

1. Метанол – из синтез-газа:

t , р, кат

СО + 2Н2 → СН3 ОН

1. Этанол – спиртовым брожением глюкозы (ферментативное):

C6 H12 O6 → 2C2 H5 OH + 2CO2

Этиленгликоль

1. В лаборатории - реакция Вагнера.

Окисление этилена перманганатом калия в нейтральной среде приводит к образованию двухатомного спирта – этиленгликоля.

Упрощённо:

KMnO 4 , H 2 O

CH 2 = CH 2 + НОН + → CH 2 – CH 2

OH OH

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

OH OH

1. В промышленности – гидролизом 1,2 –дихлорэтана:

СН2 Cl - СН2 Cl + 2NaOH → СН2 (ОН)-СН2 ОН + 2NaCl

Глицерин

1. Гидролиз жиров:

1. Из пропена:

а) СН2 = СН-СН3 + Cl 2 → СН2 = СН-СН2 Cl

3-хлорпропен-1

б) СН2 = СН-СН2 Cl + NaOH (водн.)→ СН2 = СН-СН2 -ОН + N аCl

аллиловый спирт

в) СН2 = СН-СН2 -ОН + Н2 О2 → СН2 -СН- СН2

Получение фенолов

1. Выделение из каменноугольной смолы.
2. Гидролиз хлорбензола:

С6 Н5 -Cl + Н2 О (пар) → С6 Н5 -ОН + НCl

1. Окисление изопропилбензола (кумола) кислородом воздуха:

Получение простых эфиров

1. Межмолекулярная дегидратация этанола:

t, H2 SO4

2C2 H5 ОH → C2 H5 -O-C2 H5 +Н2 О

1. Взаимодействием алкоголята металла с галогенпроизводными алканов:

C 2 H 5 I + C 2 H 5 ONa → C 2 H 5 -O-C 2 H 5 + NaI

Получение альдегидов

Общий способ

1. Окисление спиртов. Первичные спирты окисляются до альдегидов, а вторичные – до кетонов:

t, Cu

2C 2 H 5 OH + O 2 → 2CH 3 CHO + 2H 2 О

T , Cu

СН3 -СН-СН3 + O 2 → СН3 -С-СН3

ОН (пропанол-2) О

Специфические способы

1. Формальдегид получают каталитическим окислением метана:

CH 4 + O 2 → НC НO + H 2 O

1. Уксусный альдегид (ацетальдегид):

а) реакцией Кучерова

Н+ , Hg 2+

HCCH + Н2 О СН3 -СНО

б) катилитическим окислением этилена

2СН2 =СН2 + О2 → 2СН3 -СНО

Получение карбоновых кислот

Общие способы

1. Окисление альдегидов под действием различных окислителей:

R-CHO + Ag 2 O (амм.) → R-C ОOH +2Ag↓

" xml:lang="en-US" lang="en-US"> t

R- CHO + 2Cu(OH) 2 →R-COOH + Cu 2 O↓ + 2H 2 O

1. ">Каталитическое окисление - гомологи метана окисляются с разрывом С-С цепи и образованием карбоновых кислот:

"> 2 " xml:lang="en-US" lang="en-US">C ;vertical-align:sub">4 " xml:lang="en-US" lang="en-US">H ;vertical-align:sub">10 ">+ 5 " xml:lang="en-US" lang="en-US">O ;vertical-align:sub">2 "> → 4СН ;vertical-align:sub">3 " xml:lang="en-US" lang="en-US">COO ">Н+ 2 " xml:lang="en-US" lang="en-US">H ;vertical-align:sub">2 " xml:lang="en-US" lang="en-US">O ">

Специфические способы

1. Муравьиную кислоту получают нагреванием под давлением порошкообразного гидроксида натрия и угарного газа с последующей обработкой полученного формиата натрия сильной кислотой:

NaOH + CO → HCOONa

H 2 SO 4 + 2HCOONa→ HCOO Н + Na 2 SO 4

1. Уксусную кислоту:

а) Для пищевых целей получают ферментативным брожением (окислением) жидкостей, содержащих спирт (вино, пиво):

ферменты

C 2 H 5 OH + О2 → CH 3 C ОOH + H 2 О

б) В лаборатории из ацетатов:

2СН3 COONa + H 2 SO 4 → 2СН3 COO Н + Na 2 SO 4

Получение сложных эфиров

1. Реакция этерификации при нагревании кислоты и спирта в присутствии серной кислоты или других минеральных кислот. Изотопными исследованиями показано, что в реакции этерификации от молекулы спирта отделяется атом водорода, а от молекулы кислоты - гидроксильная группа.

Эта реакция обратима и подчиняется правилу Ле-Шателье. Для увеличения выхода

сложных эфиров необходимо удалять из реакционной среды образующуюся воду.

CH3 -CООН + НOCН2 CH3 → CH3-CО-O- CН2 CH3 + H2 O

Получение мыла

1. ">Щелочной гидролиз (омыление жиров происходит под действием щелочей необратимо):

1. ">Нейтрализация карбоновых кислот, полученных каталитическим окислением высших парафинов нефти:

">2 С ;vertical-align:sub">32 ">Н ;vertical-align:sub">66 "> + 5О ;vertical-align:sub">2 ">→ 4 С ;vertical-align:sub">15 ">Н ;vertical-align:sub">31 ">СООН + 2Н ;vertical-align:sub">2 ">О

"> пальмитиновая кислота

">С ;vertical-align:sub">15 ">Н ;vertical-align:sub">31 ">СООН + " xml:lang="en-US" lang="en-US">NaOH "> → С ;vertical-align:sub">15 ">Н ;vertical-align:sub">31 ">СОО " xml:lang="en-US" lang="en-US">Na "> ">+ Н ;vertical-align:sub">2 " xml:lang="en-US" lang="en-US">O ">

"> пальмитат натрия (твёрдое мыло)

">С ;vertical-align:sub">15 ">Н ;vertical-align:sub">31 ">СООН + К " xml:lang="en-US" lang="en-US">OH "> → С ;vertical-align:sub">15 ">Н ;vertical-align:sub">31 ">СОО ">К ">+ Н ;vertical-align:sub">2 " xml:lang="en-US" lang="en-US">O ">

"> пальмитат калия (жидкое мыло)

Получение углеводов

1. Глюкозу - гидролизом крахмала или целлюлозы:

(C6 H10 O5 )n + nH2 O nC6 H12 O6

1. Сахарозу - из сахарной свеклы и сахарного тростника.