Предельные углеводороды. Алканы

Теория химический строения А.М. Бутлерова

1.1. Назовите основные положения теории А.М. Бутлерова.

1.2. Дать понятие явлению изомерия. Какие виды изомерии вы знаете?

1.3. Написать структурные изомеры для соединений:

а) CH₃-CH₂-CH₂-CH₃;

б) CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃;

в) CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃

Какие изомеры называются структурными?

1.4. Изобразить заслоненные и заторможенные конформации следующих соединений:

а) CH₂Cl - CH₂Cl;

б) CH₃-CH₂-CH₂-CH₃.

Чем обусловлена конформационная изомерия?

1.5. Дать понятие оптической (зеркальной) изомерии. Привести пример. Какой атом углерода называется асимметрическим?

1.6. Значение теории химического строения А.М.Бутлерова.

2. Типы химических связей в органической химии.

2.1. Дать определение химической связи (место между атомами, в котором сосредоточен максимум электронной плотности).

2.2. Какие типы химических связей существуют в зависимости от способа обобществления электронов атомами.

2.3. Дать определение ионной, ковалентной и водородной связи. Привести примеры.

2.4. Дать определение δ и π - связей.

2.5. Дать характеристику δ и π - (энергия, длина связи, полярность, поляризуемость).

2.6. Указать тип связи в следующих соединениях: HCl; CCl₄; NaCl; CaCl₂.

2.7. Какие орбитали участвуют в образовании δ- связи в молекулах следующих соединений: H₂; HCl; NH₃; Cl₂; CH₃ - CH₃.

2.8. Покажите распределение электронной плотности в соединениях:

а) CH₃-NO₂;

б) CH₂=CH-CH₂-Cl.

3. Теория гибридизации.

3.1. Дать характеристику электронного строения атома углерода в основном и возбужденном состояниях.

3.2. Понятие орбитали. Формы орбитали.

1.3 Дать определение гибридизации (Полинг).

1.4 Какие виды гибридизации возможны для атома углерода? Охарактеризовать в каждом случае форму и пространственную направленность атомных орбиталей, валентные углы, длины связей.

1.5 Определите гибридизацию каждого атома углерода и посчитайте количество гибридных и не гибридных орбиталей:

a) CH₃-CH₂-CH₃ б) CH₃-CH₂-CH=CH₂

в) г) CH₃-CH=CH-CH₃

д) е)

3.6. Указать изменение гибридизации атомов углерода исходного соединения в следующей реакции:

CH₂ = CH₂ +CI → CH₂CI - CH₂CI

Предельные углеводороды. Алканы

1. Строение, номенклатура, изомерия.

1.1. Напишите структурные формулы следующих углеводородов:

а) метилбутилизобутилметана

б) триметил-втор-бутилметана

в)2,5-диметилгексана

г) 4-изопропил-3-этилгептана

д) 5-(2-метилбутил)-4-этилдекана

1.2. Назовите следующие углеводороды:

а)

б)

в)

Отметьте первичные, вторичные и третичные атомы углерода.

1.3. Напишите структурные формулы изомерных углеводородов состава C₆H₁₄: укажите изомеры, содержащие третичные атомы углерода. Назовите углеводороды.

1.4. Напишите структурные формулы одновалентных радикалов:

а) состава - C₃H₇ , - C₄H₉

б) соответствующих метилбутану

в) только третичных, соответствующих 2-метилпентану и 3-метилпентану. Все радикалы назовите.

1.5. Является ли вращение вокруг простой С-С связи вполне свободным?

Сформулируйте понятие конформации. Изобразите возможные конформации в проекциях Ньюмана для этана, пропана и бутана (по связям С₁-С₂ и С₂-С₃)

1.6. Напишите структурные формулы соединений:

а) циклогептана

б) 1,1-диметилциклопропана

в) циклооктана

г) этилциклопентана

1.7. Напишите структурные формулы соединений:

а) 1,1-диметил циклопропана

б) цис-1,2-диметилциклопропана

в) транс-1,2-диметилциклопропана

г) метилциклобутана

Отметьте структурные и геометрические изомеры. Какое соединение должно обладать оптической активностью? Приведите для него формулы энантиомеров. Укажите мезо-соединения.

1.8. Изобразите конформации «кресла» и «ванны» молекулы циклогексана. Охарактеризуйте их с точки зрения наличия углового, торсионного и ван-дер-ваальсова (стрерического) напряжения. Какая конформация является энергетически более выгодной и почему? Какова величина энергитического барьера перехода одной конформации в другую?

2. Способы получения

2.1. Какие углеводороды получаются при действии металлического натрия на смесь:

а) йодистого этила и йодистого изопропила.

б) бромистого пропила и бромистого втор-бутила.

в) бромистого этила и бромистого изопентила.

2.2. Какие первичные галогеналкилы при взаимодействии с металлическим натрием могут образовывать только углеводороды следующего строения:

а) 2,5-диметилгексан

б) 2,7-диметилоктан

в) 3,8-диметилдекан

2.3. Напишите реакции получения гексана из следующих соединений:

а) CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂Br

б) CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH=CH₂

в) CH₃-CH₂- CH₂Br

2.4. Получите этан, бутан и 2,3-диметилбутан электролизом водных растворов калиевых солей органических кислот соответствующего строения и рассмотрите механизм этой реакции на примере получения этана.

2.5. Какие углеводороды получатся при взаимодействии с водой:

а) бромистого этилмагния.

б) бромистого изопропилмагния.

в) бромистого изобутилмагния.

2.6. Из галогеналканов получите:

а) этилдиклопропан

б) 1,2 -диметилциклобутан

в) метилциклопентан

Для какого соединения можно ожидать большой выход? Почему?

2.7. Напишите реакцию циклоприсоединения этилена с образованием

циклобутана. Определите, какие связи разрываются, какие образуются. Объясните, почему эта реакция не происходит при нагревании (запрещена термически) и осуществима при облучении (разрешена фотохимически).

2. Химические свойства

3.1 Дайте обжую химическую характеристику насыщенным углеводородам.

3.2. Образование каких монохлорппроизводных возможно при хлорировании 2,2,3-триметилпентана. Рассмотрите механизм реакции. Какие факторы учитывать при определении главного направления реакции?

3.3. Рассмотрите радикалы: метил, изопропил, трет-пентил и неопентил в порядке увеличения их устойчивости.

3.4. Напишите реакции сульфохлорирования, сульфоокисления и нитрования (по Коновалову) 2-метилпентана. Рассмотрите механизм фотометрического сульфохлорирования (S_R) углеводорода.

3.5. Покажите действие высоких температур на гексан и 2-метилпентан. Напишите происходящие при этом реакции.

3.6. Напишите структурную формулу органического вещества состава C₅H₁₂, если известно, что при его бромировании получатся преимущественно третичное бромпроизводное, а при нитровании (по Коновалову) - третичное нитросоединения. Объясните почему замещение (S_R) наиболее легко происходит у третичного атома углерода.

3.7. В чем причина различной реакционной способности малых и обычных алициклических углеводородов? На примере реакций циклопропана и циклогексана проиллюстрируйте это различие.

3.8. Сравните химические свойства пропана и циклопропана. Отметьте сходство и различие. Охарактеризуйте отношение этих соединений к действию:

а) Br₂ (Свет), б) Br₂(CCI₄), в) НBr, г) KmnO₄(H₂O_,O⁰C), д)Н₂(Ni), е)H₂SO₄. Где есть взаимодействие, приведите схемы реакций.

Непредельные углеводороды

1. Строение, номенклатура, изомерия.

1.1. Какие орбитали (S, p, гибридные) участвуют в образовании ковалентных связей (σ-,π-) в молекулах 2-бутена, 1-пентена?

1.2. Какую электронную конфигурацию имеет углеродный атом в метильном карбкатионе и карбанионе.

1.3. Напишите структурные формулы всех одновалентных радикалов состава C₃H₅ и назовите их.

1.4. Назовите следующие углеводороды по рациональной и систематической номенклатурам:

а) б)

в) г)

1.5. Напишите структурную формулу следующих соединений:

а) симм. метилэтилэтилен;

б) несимм. диизопропилэтилен;

в) винилзопропилметан;

г) 2,2-диметил-3-этилоктен-4;

д) 3,4-диметил-2-этилпентен-1;

е) 2,2,4-триметилгексен-3.

1.6. Напишите структурные формулы изомерных углеводородов состава C₅H₁₀ и назовите их по систематической номенклатуре.

2. Способы получения

2.1. Напишите уравнения реакций получения пропилена всеми известными Вам способами.

2.2. Какие углеводороды получаются при дегидротации следующих спиртов в качестве основного продукта реакции:

а) изоамилового (СH₃)₂CHCH₂CH₂ОН

б) втор-бутилового СH₃CH₂CH(ОН)CH₃

в) трет-бутилового (СH₃)₂CОН

г) 2-метилнонанола-5 (СH₃)₂CHCH₂ (ОН)(CH₂)₃CH₃

Укажите какие катализатора используются для дегидротиации и какого строения спирты легче дегидратируются.

2.3. Какой углеводородов получается при нагревании 3-бром-2-метилпентана со спиртовой щелочью. Напишите реакции и назовите полученный углеводород, объясните ее механизм.

Какой углеводород получается в этих же условиях из :

а) йодистого изобутила;

б) 3-хлорпентана;

в) 2-бром-2-метилбутана.

2.4. какие реагенты надо использовать, чтобы синтезировать 2,2-диметилгексан-3 из следующих веществ:

а) 3,4-дихлор-3,4-диметилгексан;

б) 3-бром-3,4-диметилгексан;

в) метилэтил-втор-бутилкарбинол СН₃(С₂H₅)CH (ОН)СН(CH₃)C₂H₅.

2.5. Получите 4-метил-2-пентен из 4-метил-1-пентена.

2.6. Напишите структурную формулу этиленовых углеводородов, которые могут образоваться при каталитическом дегидрировании изопентана

3. Химические свойства

3.1 Напишите реакции бутен-1 со следующими веществами:

а) водород (в присутствии катализатора, какого?);

б) бром;

в) бромистый водород;

г) серная кислота;

д) озон;

е) хлорноватистая кислота.

Рассмотрим механизм реакции гидробромирования.

3.2. Образуйте карбкатионы, присоединяя протон, из следующих алкенов: пропилена, изобутилена, этилена, триметилэтилена.

Расположите их в ряд по легкости образования.

3.3. Какие соединеня могут быть получены из пропилена и изомеров бутилена при действии на них серной кислоты и затем воды (реакция А.М. Бутлерова)?

Напишите уравнение аналогичных реакций для следующих соединений:

а) 2,3-диметилпентен-2,

б) гексан-1,

в) 2,3-диметилоктен-3

3.4. Расшифруйте схему следующих превращений?

3.5. Для 2-метил-2-бутена и 2-метил-1-пентена напишите схемы окисления

а) разбавленным водным раствором KMnO₄.

б) концентрированным водным раствором KMnO₄.

3.6. Напишите схему цепной реакции полимеризации 3-метил-1-бутена.

Расскажите о механизме радикальной и ионной полимеризации.

3.7. Напишите реакции присоединения бромистого водорода к изобутилену в отсутствии и в присутствии перекисей. Приведите механизмы этих реакций. Объясните правило Марковникова.

3.8. Для изобутилена напишите реакцию димеризации, рассмотрите механизм димеризации в присутствии серной кислоты.

3.9. Напишите формулу строения углеводорода состава С₆Н₁₂, если известно, что он обесцвечивает бромную воду, при гидратации образует третичный спирт состава С₆Н₁₃ОН, а при окислении хромовой смесью - ацетон и пропионовую кислоту. Напишите уравнения этих реакций.

Циклоалканы и алкины