Лабораторно-практическое занятие № 14. «Предельные углеводороды: получение и идентификация» (3ч)

Цель:расширятьзнания о получении и идентификации предельных углеводородов, формирование умений получать метан и идентифицировать его химическими методами.

Вопросы для обсуждения:

1. Основные способы получения алканов: гидрирование алкенов и алкинов, восстановление галогеноалканов, восстановление карбонильных соединений, реакция Вюрца, анодный синтез.

2. Основные способы получения циклоалканов: внутримолекулярная реакция Вюрца , - дигалогеналканов; синтезы на основе малонового или ацетоуксусного эфиров; пиролиз солей дикарбоновых кислот; внутри- и межмолекулярная конденсация эфиров дикар­боновых кислот по Дикману—Кляйзену; ацилоиновая конденсация; реакции карбенов с непредельными соединениями; реакции циклоприсоединения (реакция Дильса—Альдера и другие); реакции восстановления ароматических соединений.

Материалы и примеры для самостоятельного изучения

Пример 1. Предложите пять способов получения 2,3- диметилбутана?

Решение:

1. Реакция Вюрца:

2. Способ Кольбе:

3. Каталитическое гидрирование непредельных углеводородов:

4. Восстановление галогеноалканов:

5. Гидролиз магнийорганических соединений.

Пример 2. Как получить 1,2-диметилциклопропан и метилциклобутан из дигалогеналканов и выход какого из них будет выше?

Решение. Эти соединения можно получить внутримолекуляр­ной реакцией Вюрца из 2,4- и 1,4-дибромпентанов. 1,2-диметилциклопропан будет образовываться с большим выходом, так как в этом случае вероятностный фактор значительно выше, чем в случае замыкания четырехчленного цикла:

Пример 3. Каковы основные методы получения циклопентанов и циклогексанов?

Решение. Для получения производных этих циклоалканов ши­роко используются внутримолекулярные сложноэфирная и ацилоиновая конденсации эфиров двухосновных кислот и пи­ролиз юс кальциевых, бариевых или магниевых солей.

Для синтеза циклогексенов, легко превращаемых в циклогексаны, широко применяется реакция Дильса—Альдера (дие­новый синтез, [4+2]-циклоприсоединение):

Циклогексан и гомологи могут быть получены гидрирова­нием соответствующих бензолов

Циклопентаны и циклогексаны можно извлекать из неко­торых нефтей.

Задачи для самостоятельного решения

Способы получения и химические превращения

Задача 14.1.Назовите алканы, являющиеся продуктами следующих реакций:

Задача 14.2.Как можно получить н-бутан из указанных соединений:

а) н-бутилбромида;

б) втор-бутилбромида;

в) хлористого этила;

г) 2-бутена;

д) валериановой кислоты;

е) пропионовой кислоты?

Приведите схемы реакций.

Задача 14.3.Напишите схему получения н-гексана электролизом водного раствора калиевой соли соответствующей карбоновой кисло­ты. Разберите механизмы реакций, проходящих на аноде и катоде.

Задача 14.4.Из каких алкилгалогенидов можно получить н-гексан по
реакции Вюрца? Укажите наиболее целесообразный вариант.

Задача 14.5.Назовите соединения, образующиеся в следующих реак­циях:

Задача 14.6.Назовите алициклические соединения, которые явля­ются продуктами следующих реакций:

Задача 14.7. Из дигалогеналканов получите: а) этилциклопропан; б) 1,2-диметилциклобутан; в) метилциклопентан. Для какого сое­динения можно ожидать большой выход? Почему?

Установление строения соединений по их свойствам

Задача 14.8.Углеводород C₅H₁₂ при хлорировании образует только одно монохлорзамещенное соединение. Какое строение имеет ис­ходный углеводород?

Задача 14.9.Какое строение имеет углеводород С₁₀Н₂₂, если известно, что он был получен электролизом водного раствора соли карбоновой кислоты, которая при сплавлении со щелочью образует тетраметилметан?

Задача 14.10.Установите строение алкилиодида, который при нагревании с HI дает изобутан, а с Na образует 2,5-диметилгексан. Приведите схемы реакций.

Задача 14.11.Соединение состава C₇H₁₄ присоединяет бром с образо­ванием вещества С₇Н₁₄Вг₂, но не реагирует с KMnO₄ в воде при комнатной температуре. Каково строение исходного соединения, если известно также, что оно является цис-изомером?

Задача 14.12.Установите строение карбоновой кислоты, которая при сплавлении со щелочью образует изобутан, а электролиз водного раствора ее соли приводит к 2,5-диметилгексану. Напишите схе­мы реакций.

Задача 14.13.Алкан с молекулярной массой 72 образует при радикальном бромировании только одно третичное монобромопроизводное. Приведите строение исходного соединения.

Задача 14.14.При сжигании 1,85 мг вещества было получено 4,363 мг СО₂ и 2,25 мг Н₂О. Определите процентный состав вещества и его эмпирическую формулу, если плотность вещества по воздуху равна 2,55.

Задача 14.15.При сжигании 2,3 мг вещества было получено 4,43 мг СО₂ и 2,691 мг Н₂О. Определите процентный состав вещества и его эмпирическую формулу, если плотность вещества по водороду равна 23.

Лабораторная работа № 3. «Получение и свойства алканов»

Цель: получить метан и его идентификация его по химическим свойствам.

Формируемые умения:

· собирать прибор для получения газа

· нагревать стеклянную посуду с веществом

· поджигать выделяющийся газ

· получать метан из ацетата натрия

· изучать отношения выделяющего газа к раствору бромной воды и раствора перманганата калия

Реактивы и оборудование: смесь для получения метана — безводный ацетат натрия и прокаленная натронная известь (1: 2), разбавленный раствор перманганата калия, 5%-ный раствор карбоната натрия, бромная вода (насыщенная); изогнутые газоотводные трубки, крышки от тиглей, стеклянный цилиндр или химический стакан на 200 мл.

Методика

1. Получение и горение мета­на. В сухую пробирку насыпают смесь для получения метана (на 1/3 часть объема пробирки), раз­мещая ее таким образом, чтобы метан мог свободно выходить из пробирки. Пробирку закрывают пробкой с газоотводной трубкой и закрепляют ее в лапке штатива с небольшим наклоном в сторо­ну пробки (рис. ).

Перед получением метана в штатив ставят две пробирки: в пер­вую наливают разбавленный раствор перманганата калия и 5%-ный раствор карбоната натрия в соотношении 3:1, во вторую — 3—4 мл насыщенной бромной воды.

Равномерно прогревают всю пробирку, а затем сильно нагре­вают ту ее часть, где находится основная часть смеси. Сначала из пробирки вытесняется воздух, потом начинает выделяться метан. Напишите уравнение реакции. Метан поджигают у конца газоотводной трубки, он горит несве­тящимся голубоватым пламенем. Напишите уравнение реакции.

Если внести в пламя метана фарфоровую крышку от тигля, то черного пятна от сажи на ней не образуется. Почему?

2. Отношение метана к водному раствору перманганата ка­лия и бромной воде.Газоотводную трубку вводят в пробирку с водным раствором перманганата калия и пропускают метан в течение 1 мин. Затем ту же процедуру повторяют с бромной во­дой. Растворы не изменяют своей окраски, что свидетельствует о том, что метан при комнатной температуре не взаимодействует с водным раствором перманганата калия и бромной водой.

Литература для самостоятельной работы

1. Органическая химия: Учебник для вузов: В 2 кн./В.Л. Белобородов, С.Э. Зурабян, А.П. Тюкавкина; Под ред. Н.А. Тюкавкиной. - М.: Дрофа, 2002. – Кн. 1: Основной курс. – 620с ( С. 157-180)

2. Органическая химия (в вопросах и ответах) / Под ред. Б. А. Ивина и Л. Б. Пиотровского. — СПб.: Наука, 2002. — 510 с. (С. 319-322; 391-397)