Ülesanded C3 KASUTAMINE keemias. Süntees atsetüleenist

Ülesanded C3 on pühendatud reaktsioonidele, mis kinnitavad seost erinevate süsivesinike klasside ja hapnikku sisaldavate süsivesinike vahel. orgaanilised ühendid. Need esindavad viiest transformatsiooniastmest koosnevat ahelat orgaaniline aine ja nende väärtus on 5 põhipunkti. Vaatleme näiteid kõige keerulisematest ahelatest aastatel 2004–2009 (sulgudes - Tjumeni piirkonna õpilaste edukuse määr protsentides, esimene laine)

С3 (2004, 11%)

Atsetaldehüüd ® kaaliumatsetaat ® etaanhape ® etüülatsetaat ® kaltsiumatsetaat ® atsetoon

Tõsiasi, et see ahel ei sisalda valemeid, vaid ainete nimetusi, viis ilmselt ka selleni, et see osutus õpilaste jaoks kõige keerulisemaks. Kirjutame ümber:

CH 3 CHO ® CH 3 COOK ® CH 3 COOH ® CH 3 COOC 2 H 5 ® (CH 3 COO) 2 Ca ® (CH 3) 2 CO

Reaktsiooni tüüp võib soovitada lähte- ja saadud ainete koostise võrdlust. Seega on esimeseks muundamiseks selge, et aldehüüdi on vaja oksüdeerida leeliselises keskkonnas, näiteks:

CH 3 CHO + 2KMnO 4 + 3KOH ® CH 3 COOK + 2K 2 MnO 4 + 2H 2 O

Poolreaktsiooni võrrandid koefitsientide paigutamiseks:

CH 3 CHO + 3OH - - 2ē \u003d CH 3 COO - + 2H 2 O | 1

MnO 4 – + ē = MnO 4 2– |2

Järgmised kaks reaktsiooni ei tohiks probleeme põhjustada:

CH 3 COOK + HCl = CH 3 COOH + KCl

CH 3 COOH + C 2 H 5 OH CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O

Atsetaadi saamiseks eetrist tuleb selle hüdrolüüs läbi viia leeliselises keskkonnas ja võtta leelisena kaltsiumhüdroksiid:

2CH 3 COOC 2 H 5 + Ca(OH) 2 (CH 3 COO) 2 Ca + 2C 2 H 5 OH

Viimane transformatsioon võib tekitada erilisi raskusi, kuna keemia algkursusel tavaliselt ketoonide saamise meetodeid ei käsitleta. Selle rakendamiseks viiakse läbi kaltsiumatsetaadi pürolüüs (termiline lagunemine):

(CH 3 COO) 2 Ca (CH 3) 2 CO + CaCO 3

Ülesannetest kõige raskem 2005 osutusid ahelateks, mis hõlmavad soolalahuste elektrolüüsi, näiteks:

С3 (2005, 8%) Esitage reaktsioonivõrrandid, mida saab kasutada järgmiste teisenduste läbiviimiseks

kaaliumatsetaat X 1 x2 X3®

x4 x5

Kaaliumatsetaadi lahuse elektrolüüs:

K (-) (K +) - taastamata, leelismetall

2H 2O + 2ē \u003d H2 + 2OH - | 2

A (+) 2CH 3 COO - -2ē \u003d CH 3 -CH 3 + 2CO 2 | 2

Kokkuvõttev võrrand:

2CH 3 COO - + 2H 2 O \u003d H 2 + 2OH - + CH 3 -CH 3 + 2CO 2

Või 2CH 3 COOK + 2H 2 O \u003d H 2 + 2KOH + CH 3 -CH 3 + 2CO 2

Kui etaani kuumutatakse Ni, Pt katalüsaatori juuresolekul, toimub dehüdrogeenimine, X 2 - eteen: CH 3 -CH 3 ® CH 2 \u003d CH 2 + H 2

Järgmine etapp on eteeni hüdratsioon:

CH2 \u003d CH2 + H2O® CH3-CH2OH; X 3 - etanool

Kaaliumpermanganaat on happelises keskkonnas tugev oksüdeerija ja oksüdeerib alkohole. karboksüülhapped, X 4 - äädikhape:

5C2H5OH + 4KMnO4 + 6H2SO4 = 5CH3COOH + 4MnSO4 + 2K2SO4 + 11H2O

Lõpuks põhjustab äädikhappe (X 4) ja alkoholi (X 3) interaktsioon estri, X 5 - etüülatsetaadi, moodustumist:

CH 3 COOH + C 2 H 5 OH \u003d CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O

Selle ahela keerukus seisneb ka selles, et kui te ei tea esimest reaktsiooni, on võimatu aru saada, millistest ainetest ülejäänud osas räägitakse.

Vaatleme veel mitmeid muutusi, mis valmistasid 2005. aasta eksami ajal kooliõpilastele raskusi.

Oksaal- ja sipelghappe lagunemine kontsentreeritud väävelhappe toimel:

H2C2O4 H 2 O + CO 2 + CO

HCOOH H2O + CO

Aldehüüdide oksüdatsioon:

CH3CHO X

Siin tuleb meenutada anorgaanilise keemia materjali, broomi oksüdeerivaid omadusi. Aldehüüd oksüdeeritakse karboksüülhappeks ja kuna reaktsioon kulgeb NaOH juuresolekul, on reaktsioonisaaduseks sool:

CH 3 CHO + Br 2 + 3NaOH ® CH 3 COONa + 2 NaBr + 2H 2 O

Aldehüüdide oksüdeerimine hõbeoksiidi ammoniaagilahusega.

HCHO X

Tavaliselt on õpikutes kirjas, et see viib karboksüülhapete tekkeni. Tegelikult, kuna reaktsioon kulgeb ammoniaagi liia juuresolekul, tekivad vastavad ammooniumisoolad. Sel juhul tuleb arvestada, et sipelghape ja selle soolad on võimelised edasi oksüdeeruma, süsihappe sooladeks:

HCHO + 2Ag 2 O + 2NH 3 ® (NH 4) 2 CO 3 + 4Ag või täpsemalt:

HCHO + 4OH ® (NH4)2CO3 + 4Ag + 2H2O + 6NH3

Iseseisvaks kaalumiseks pakutakse välja teisendusahelad, mis põhjustasid eksamil suurimaid raskusi. Esitage reaktsioonivõrrandid, mida saab kasutada järgmiste teisenduste läbiviimiseks:

1. kaaliummetoksiid X 1 ® bromometaan X 2 X 3 etanaal
Siin peame välja mõtlema, mis on "kaaliummetoksiid", kuid viimane etapp osutus kõige raskemaks, kuna enamikus kooliõpikutes sellist reaktsiooni ei käsitleta.

2. CH 3 CHO X 1 X 2 ® etüleen ® CH 3 CHO x3

3. kaalium ® kaaliumetoksiid X 1 CH 2 \u003d CH 2 X 2 X 3

Klassifikatsioon

a) aluselisuse (st karboksüülrühmade arvu järgi molekulis):

Ühealuseline (monokarboksüül) RCOOH; näiteks:

CH3CH2CH2COOH;

HOOS-CH 2 -COOH propaandiohape (maloonhape).

Kolmealuseline (trikarboksüül) R (COOH) 3 jne.

b) Vastavalt süsivesinikradikaali struktuurile:

Alifaatne

piirang; näiteks: CH3CH2COOH;

küllastumata; näiteks: CH 2 \u003d CHCOOH propeen (akrüül)hape

Alitsükliline, näiteks:

Aromaatne, näiteks:

Piirata monokarboksüülhapete kasutamist

(ühealuselised küllastunud karboksüülhapped) - karboksüülhapped, milles küllastunud süsivesinikradikaal on ühendatud ühe karboksüülrühmaga -COOH. Neil kõigil on üldvalem C n H 2n+1 COOH (n ≥ 0); või CnH 2n O 2 (n≥1)

Nomenklatuur

Ühealuseliste küllastunud karboksüülhapete süstemaatilised nimetused antakse vastava alkaani nimega, millele on lisatud järelliide -ovaya ja sõna hape.

1. HCOOH metaan (sipelg)hape

2. CH 3 COOH etaanhape (äädikhape).

3. CH 3 CH 2 COOH propaanhape (propioonhape).

isomeeria

Skeleti isomeeria süsivesinikradikaalis avaldub, alustades butaanhappest, millel on kaks isomeeri:

Klassidevaheline isomeeria avaldub, alustades äädikhappest:

CH3-COOH äädikhape;

H-COO-CH3 metüülformiaat (sipelghappe metüülester);

HO-CH2-COH hüdroksüetanaal (hüdroksüäädikhappe aldehüüd);

HO-CHO-CH2 hüdroksüetüleenoksiid.

homoloogne seeria

Happejäägid ja happeradikaalid

Karboksüülhappe molekulide elektrooniline struktuur

Valemis näidatud elektrontiheduse nihe karbonüülhapniku aatomi suunas põhjustab tugeva polarisatsiooni O-N ühendused, mille tulemusena hõlbustatakse vesinikuaatomi eraldumist prootoni kujul - vesilahustes toimub happe dissotsiatsiooni protsess:

RCOOH ↔ RCOO - + H +

Karboksülaadi ioonis (RCOO -) toimub hüdroksüülrühma hapnikuaatomi üksiku elektronpaari p, π-konjugatsioon p-pilvedega, mis moodustavad π-sideme, mille tulemusena π-side delokaliseerub. ja ühtlane jaotus negatiivne laeng kahe hapnikuaatomi vahel:

Sellega seoses ei ole karboksüülhapete puhul erinevalt aldehüüdidest liitumisreaktsioonid iseloomulikud.

Füüsikalised omadused

Hapete keemistemperatuurid on palju kõrgemad kui sama süsinikuaatomite arvuga alkoholide ja aldehüüdide keemistemperatuurid, mis on seletatav vesiniksidemete tõttu happemolekulide vahel tsükliliste ja lineaarsete assotsiatsioonide moodustumisega:

Keemilised omadused

I. Happe omadused

Hapete tugevus väheneb seerias:

HCOOH → CH 3 COOH → C 2 H 6 COOH → ...

1. Neutraliseerimisreaktsioonid

CH 3 COOH + KOH → CH 3 COOK + n 2 O

2. Reaktsioonid aluseliste oksiididega

2HCOOH + CaO → (HCOO) 2 Ca + H2O

3. Reaktsioonid metallidega

2CH 3 CH 2 COOH + 2Na → 2CH 3 CH 2 COONa + H 2

4. Reaktsioonid nõrgemate hapete sooladega (kaasa arvatud karbonaadid ja vesinikkarbonaadid)

2CH 3 COOH + Na 2 CO 3 → 2CH 3 COONa + CO 2 + H 2 O

2HCOOH + Mg(HCO 3) 2 → (HCOO) 2 Mg + 2CO 2 + 2H 2 O

(HCOOH + HCO 3 - → HCOO - + CO2 + H2O)

5. Reaktsioonid ammoniaagiga

CH 3 COOH + NH 3 → CH 3 COONH 4

II. -OH rühma asendus

1. Koostoime alkoholidega (esterdamisreaktsioonid)

2. Koostoime NH3-ga kuumutamisel (tekivad happeamiidid)

Happe amiidid hüdrolüüsitakse hapeteks:

või nende soolad:

3. Happehalogeniidide teke

Happekloriidid on kõige olulisemad. Kloorimisreagendid - PCl 3 , PCl 5 , tionüülkloriid SOCl 2 .

4. Happeanhüdriidide moodustumine (molekulidevaheline dehüdratsioon)

Happeanhüdriidid tekivad ka happekloriidide interaktsioonil karboksüülhapete veevabade sooladega; sel juhul võib saada erinevate hapete segaanhüdriide; näiteks:

III. Vesinikuaatomite asendusreaktsioonid α-süsiniku aatomil

Sipelghappe struktuuri ja omaduste tunnused

Molekuli struktuur

Sipelghappe molekul sisaldab erinevalt teistest karboksüülhapetest oma struktuuris aldehüüdrühma.

Keemilised omadused

Sipelghape osaleb reaktsioonides, mis on iseloomulikud nii hapetele kui ka aldehüüdidele. Näidates aldehüüdi omadusi, oksüdeerub see kergesti süsihappeks:

Eelkõige oksüdeeritakse HCOOH Ag 2 O ja vask (II) hüdroksiidi Cu (OH) 2 lahusega, st saadakse kvalitatiivsed reaktsioonid aldehüüdrühma jaoks:

Kontsentreeritud H2SO4-ga kuumutamisel laguneb sipelghape süsinikmonooksiidiks (II) ja veeks:

Sipelghape on märgatavalt tugevam kui teised alifaatsed happed, kuna selles sisalduv karboksüülrühm on seotud vesinikuaatomiga, mitte elektrone loovutava alküülradikaaliga.

Meetodid küllastunud monokarboksüülhapete saamiseks

1. Alkoholide ja aldehüüdide oksüdeerimine

Alkoholide ja aldehüüdide oksüdeerimise üldskeem:

Oksüdeerijatena kasutatakse KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7, HNO 3 ja teisi reagente.

Näiteks:

5C2H5OH + 4KMnO4 + 6H2SO4 → 5CH3COOH + 2K2SO4 + 4MnSO4 + 11H2O

2. Estrite hüdrolüüs

3. Alkeenide ja alküünide kaksiks- ja kolmiksidemete oksüdatiivne lõhustamine

Meetodid HCOOH saamiseks (spetsiifilised)

1. Süsinikmonooksiidi (II) interaktsioon naatriumhüdroksiidiga

CO + NaOH → HCOONa naatriumformiaat

2HCOONa + H2SO4 → 2HCOOH + Na2SO4

2. Oksaalhappe dekarboksüleerimine

CH3COOH saamise meetodid (spetsiifilised)

1. Butaani katalüütiline oksüdeerimine

2. Süntees atsetüleenist

3. Metanooli katalüütiline karbonüülimine

4. Etanooli kääritamine äädikhappega

Nii saadakse toidu äädikhapet.

Kõrgemate karboksüülhapete saamine

Looduslike rasvade hüdrolüüs

Küllastumata monokarboksüülhapped

Peamised esindajad

Alkeenhapete üldvalem: C n H 2n-1 COOH (n ≥ 2)

CH 2 \u003d CH-COOH propeen (akrüül)hape

kõrgemale küllastumata happed

Nende hapete radikaalid on osa taimeõlidest.

C 17 H 33 COOH - oleiinhape või cis-oktadieen-9-ohape

Trance- oleiinhappe isomeeri nimetatakse elaidhappeks.

C 17 H 31 COOH - linoolhape või cis, cis-oktadieen-9,12-ohape

C 17 H 29 COOH - linoleenhape või cis, cis, cis-oktadekatrieen-9,12,15-ohape

Välja arvatud ühised omadused karboksüülhappeid, küllastumata happeid iseloomustavad liitumisreaktsioonid süsivesinikradikaali mitme sideme juures. Niisiis, küllastumata happed, nagu alkeenid, hüdrogeenitakse ja muudavad broomivee värvituks, näiteks:

Dikarboksüülhapete üksikud esindajad

Piiravad dikarboksüülhapped HOOC-R-COOH

HOOC-CH 2 -COOH propaandiohape (maloonhape), (soolad ja estrid - malonaadid)

HOOC-(CH 2) 2 -COOH butaadiinhape (merevaikhape), (soolad ja estrid - suktsinaadid)

HOOC-(CH 2) 3 -COOH pentadiiinhape (glutaarhape), (soolad ja estrid - glutoraadid)

HOOC-(CH2)4-COOH heksadiohape (adipiinhape), (soolad ja estrid - adipinaadid)

Keemiliste omaduste tunnused

Dikarboksüülhapped on paljuski sarnased monokarboksüülhapetega, kuid on tugevamad. Näiteks oblikhape on peaaegu 200 korda tugevam kui äädikhape.

Dikarboksüülhapped käituvad nagu kahealuselised happed ja moodustavad kaks soolade seeriat - happelised ja keskmised:

HOOC-COOH + NaOH → HOOC-COONa + H 2 O

HOOC-COOH + 2NaOH → NaOOC-COONa + 2H 2O

Kuumutamisel on oksaal- ja maloonhape kergesti dekarboksüülitud:

Karboksüülhapete keemilised omadused.

I. Reaktsioonid tühimikuga O─H sideme karboksüülrühmas

1. Happed dissotsieeruvad:

RCOOH ↔ RCOO − + H+

Vesilahused happed muudavad indikaatorite värvi, mida on pikka aega kasutatud hapete kvalitatiivseks tuvastamiseks lahustes:

indikaator + H + ( hape)↔ värviline ühendus.

Indikaatorid on keerulise struktuuriga ained, mis kiirendavad keemiline reaktsioon, kuid neid ei tarbita ise.

Karboksüülhapped on nõrgemad kui anorgaanilised happed, tugevaim neist on sipelghape. Kõik karboksüülhapped on nõrgad elektrolüüdid. Dikarboksüülhapped on paljuski sarnased monokarboksüülhapetega, kuid on tugevamad. Näiteks oblikhape on peaaegu 200 korda tugevam kui äädikhape. Dikarboksüülhapped käituvad nagu kahealuselised happed ja moodustavad kaks soolade seeriat – happelised ja keskmised. Hapete tugevus väheneb koos vesinikuaatomite arvu suurenemisega süsivesiniku radikaalis (polaarsuse vähenemise tõttu O-H võlakirjad); vastupidi, halogeeni aatomite sisestamine süsivesiniku radikaali suurendab happe tugevust:

HCOOH ← CH 3 COOH ← C 2 H 6 COOH ← ...

2. Soolade teke.

a) interakteeruvad mõnede metallidega metallide ja vesiniku pingete seerias, mille käigus moodustub sool ja eraldub vesinik:

2CH3-COOH + Ba → (CH3-COO) 2Ba + H2

äädikhappe baariumatsetaat

b) suhelda aluseliste ja amfoteersete oksiididega, moodustades soola ja vett:

2CH 3 -COOH + CaO → (CH 3 - COO) 2 Ca + H 2 O,

2CH3-COOH + ZnO → (CH3-COO)2Zn + H2O.

c) Suhtlevad lahustuvate ja mittelahustuvate aluseliste (aluseliste) ja amfoteersete hüdroksiididega, moodustades soola ja vee – neutraliseerimisreaktsioon.

CH 3 -COOH + KOH → CH 3 -COOK + HOH,

2CH3-COOH + Zn(OH)2 → (CH3-COO)2Zn + 2HOH.

d) suhelda nõrgemate ja lenduvate hapete sooladega:

CH 3 -COOH + NaHCO 3 → CO 2 + H 2 O + CH 3 -COOHa,

naatriumvesinikkarbonaat naatriumatsetaat

CH 3 -COOH + CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 -COONa → CH 3 -COOK + CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 -COOH.

naatriumpentanoaat pentaanhape

e) interakteeruge ammoniaagi NH3 ja ammooniumhüdroksiidiga NH4OH:

CH3-COOH + NH3 → CH3-COONH4,

ammooniumatsetaat

CH 3 -COOH + NH 4 OH → CH 3 -COOH 4 + HOH.

ammooniumatsetaat

II. C─O sideme lõhustamise reaktsioonid (OH rühma asendamine).

1. Interakteerub alkoholidega, moodustades estreid – esterdamisreaktsioon:

CH 3 -CO-OH + HO-CH 3 ↔ CH 3 -COO-CH 3 + H-OH.

äädikhappe metüülester

(metüülatsetaat)

2. Reageerige ammoniaagiga happeamiidide moodustamiseks (läbi ammooniumsoola moodustumise etapi, millele järgneb kuumutamine):

CH3-COOH + NH3 → CH3-COOH 4→ CH3-CONH2 + H2O.

äädikhape ammooniumatsetaat atseetamiid

3. Molekulidevaheline dehüdratsioon anhüdriidide moodustumisega.

CH3-CO-OH + HO-OS-CH3 → CH3-CO-O-OS-CH3 + H-OH.

äädikhappe äädikanhüdriid

4. Suhelge fosforhalogeniididega (PCl 5, PCl 3), moodustades karboksüülhappe halogeniide:

CH3-CO-OH + PCl5 → CH3-CO-Cl + POCl3 + HCl,

atsetüülkloriid

3CH3-CH2-COOH + PCl3 → 3CH3-CH2-COCl + H3RO3.

propüülkloriid

5. Interakteeruge tionüülkloriidiga (SOCl 2), moodustades karboksüülhappe halogeniide:

CH 3 -CO-OH + SOCl 2 → CH 3 -CO-Cl + SO 2 + HCl

atsetüülkloriid

III. Reaktsioonid süsivesiniku radikaalile.

1. Reaktsioonid C─H sideme katkemisega α - süsivesinikradikaali süsinikuaatom - halogeenimine:

H─CH2-COOH + Cl2 → Cl─CH2-COOK + H─Cl

CH 3 –COOH → ClCH 2 –COOH → Cl 2 CH–COOH → Cl 3 CH–COOH

äädik-kloroäädikhape dikloroäädikhape trikloroäädikhape

hape hape hape hape

Suureneb hapete tugevus

2. Lisamisreaktsioonid küllastumata π-sideme katkemise kohas küllastumata karboksüülhapetes:

a) hüdrogeenimine küllastunud karboksüülhapete saamiseks:

C8H17─CH \u003d CH─C7H15-COOH + H2 → C8H17─CH2─CH2─C7H15-COOH

oleiinhape steariinhape

b) halogeenimine karboksüülhapete dihalogeenderivaatide saamiseks:

C 8 H 17 ─CH \u003d CH─C 7 H 15 -COOH + Cl 2 → C 8 H 17 ─ClCH─ClCH─C 7 H 15 -COOH

oleiinhape 9,10-diklorosteariinhape

IV. Karboksüülhapete oksüdatsioonireaktsioonid.

1. Karboksüülhapete põletamine:

CH 3COOH + 2O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O

IV. Sipelghappe eriomadused.

Kuna sipelghappe molekul sisaldab nii karboksüülrühma kui ka aldehüüdrühma,

Sellel on kõik küllastunud ühealuseliste karboksüülhapete omadused, aga ka aldehüüdide omadused, näiteks oksüdatsioonireaktsioon:

H─CO─OH + [O] → HO─CO─OH (st H 2 CO 3) → CO 2 + H 2 O

a) "hõbepeegli" reaktsioonis - interaktsioon hõbeoksiidi (I) ammoniaagilahusega:

HCOOH + Ag 2 O (ammoniaagilahus) → CO 2 + H 2 O + 2Ag ↓ (kuumutamisel)

(HCOOH + 2Ag (NH 3) 2 OH (ammoniaagilahus) → CO 2 + H 2 O + 2Ag ↓ + 4NH 3)

b) koostoimel värskelt valmistatud vask(II)hüdroksiidi lahusega:

HCOOH + 2Cu +2 (OH) 2 ↓ → CO 2 + H 2 O + Cu 2 + O ↓ (kuumutamisel)

c) Lisaks laguneb sipelghape kontsentreeritud H 2 SO 4-ga kuumutamisel süsinikmonooksiidiks (II) ja veeks.