Продолжение. Начало см. в № 15, 16, 17, 18, 19, 20/2004

Урок 11.
Диены. Природный каучук

Живые организмы обладают уникальной способностью из маленьких молекул создавать большие сложные молекулы. Так, из углекислого газа и воды в процессе фотосинтеза зеленые растения синтезируют глюкозу и другие углеводы. Многие аминокислоты в результате деятельности живых организмов соединяются в цепочки типа А₁–А₂–А₃–…, образуя белки. Такие составные соединения называют полимерами (от греч. «poly» – много, – часть).
На уроках 9, 10 мы рассмотрели полимеры, получающиеся из алкенов, – полиэтилен, полипропилен и др. Теперь очередь за каучуками – полимерами на основе диенов.
Диенами называют углеводороды, содержащие ......... двойные связи в молекуле. Общая формула диенов – С_nH_2n–2.
В диенах, из которых готовят каучуки, двойные связи разделены одинарной связью. Это – с... диены:

(Различают также кумулированные диены, где при одном атоме С находится две двойные связи, и диены с изолированными двойными связями, разделенными двумя или большим числом одинарных связей:

Получение диенов состоит в д... (отщеплении водорода) от предельных углеводородов:

Химические свойства сопряженных диенов имеют отличительную особенность – согласованное поведение двух кратных (двойных) связей.
Напомним, ковалентная связь – - или -связь – представляет собой пару электронов, связывающую два атома с их положительными ядрами. В результате расщепления ковалентной связи электроны распариваются, каждый теперь находится при отдельном атоме С. Например, для бутадиена можно условно записать синхронное расщепление двух -связей (электроны -связей показаны точками) следующим образом:

Всякий неспаренный электрон химически очень активный, он стремится найти себе другой электрон, спариться. У диенов с сопряженными связями спаривание электронов гипотетического тетрарадикала происходит в другом порядке, чем было в исходном диене. Краевые атомы С-1 и С-4 захватывают электроны «на стороне», скажем, у добавленного реагента Вr2. Внутренние атомы С-2 и С-3 обобществляют свои непарные электроны (спаривают) с образованием двойной связи С₂=С₃. Такой путь реакции называют 1,4-присоединением:

В избытке брома реакция протекает дальше с образованием тетрабромпроизводного:

Возможно и несинхронное (несогласованное) присоединение реагента к одной из двух -связей диена. Подобный порядок реакции называют 1,2-присоединением:

В отсутствие реагента (Вr₂), когда молекулы бутадиена-1,3 взаимодействуют между собой, происходит п... . Катализируют процесс металлы (например, натрий) и другие источники свободных радикалов.
Длинные полимерные цепи с регулярно повторяющимися кратными связями называют к... .

Изопреновый каучук содержится в млечном соке некоторых растений, поэтому его называют н.......... каучуком.

Каучуконосные растения

УПРАЖНЕНИЯ.

6. Сколько граммов каучука получится из 1 кг изопрена, если выход в реакции 95%?

Урок 12.
Ацетилен и его гомологи

Алкины – углеводороды, в молекулах которых имеется одна т... связь. По названию простейшего алкина – а... Н–СС–Н – все линейные соединения с тройной связью в молекуле рассматривают как его г... и называют ацетиленовыми углеводородами.
Названия алкинов, подобно соединениям ряда этилена, составляют на основании названий предельных углеводородов алканов. При этом суффикс -ан- алканов заменяют на -ин- алкинов.

Ацетилен и его линейные гомологи:

Получение ацетилена

Карбидный способ заключается в действии в... на к... кальция СаС₂:

Карбид кальция получают нагреванием негашеной извести с углем при температуре выше 2000 °С:

СаО + 3С СаС₂ + СО.

Окислительный пиролиз метана описывается уравнением:

При этом наряду с ацетиленом получают смесь водорода и оксида углерода(II) – синтез-газ.

Физические свойства. Ацетилен – газ (температура кипения –83,8 °С), л.... воздуха
(М(С₂Н₂) = … г/моль), без запаха.
Химические свойства. Ацетилен и его гомологи – ненасыщенные соединения (с тройной связью). Они вступают в реакции присоединения.
1. Присоединение галогенов (хлора, брома или йода) по тройной связи алкинов происходит ступенчато, сначала разрывается одна -связь, потом другая:

2. Присоединение водорода (гидрирование) протекает при н... в присутствии к... (Pt, Ni). Процесс можно остановить на стадии образования э... – избирательное гидрирование одной -связи в молекуле. При исчерпывающем гидрировании разрываются две …-связи исходного ацетилена, продукт – э... :

3. Присоединение воды происходит в присутствии сульфата ртути в 10%-й серной кислоте. Как и во всех случаях присоединения по кратной связи, входящий реагент Н–ОН расщепляется на две части. Эти фрагменты (Н и ОН) связываются с атомами С, при которых находилась кратная -связь. Получается неустойчивое соединение – виниловый спирт:

По правилу А.П.Эльтекова гидроксильная группа ОН при двойной связи «не живет». Виниловый спирт служит промежуточным комплексом, который в момент образования перегруппировывается в более устойчивое соединение с двойной связью С=О. При этом водород от кислорода группы ОН перемещается к крайнему углероду группы СН₂ и получается уксусный альдегид:

Пропин СН₃ССН присоединяет воду по Марковникову, превращаясь в кетон (ацетон):

4. Присоединение галогеноводородов (в случае несимметричных алкинов – по Марковникову):

5. Ацетилен окисляется перманганатом калия в водном растворе до щавелевой кислоты НООССООН. При этом обесцвечивается розовая окраска раствора КМnО₄:

6. Ацетилен горит коптящим пламенем:

2СНСН + 5О₂ 4СО₂ + 2Н₂О.

Смеси ацетилена с воздухом взрывоопасны.

7. Димеризация и тримеризации ацетилена с образованием винилацетилена и бензола:

Cварка и резка металлов	Изделия из поливинилхлорида и полихлоропрена

Применение ацетилена

1. Ацетилено-кислородное пламя имеет температуру около 3500 °С, используется для сварки и резки металлов.

2. Ацетилен – исходное вещество в производстве полимеров (поливинилхлорида) и синтетических каучуков (полихлоропрена):

3. Ацетилен в синтезе уксусного альдегида и уксусной кислоты:

4. Ацетилен – сырье при получении полихлорированных растворителей:

УПРАЖНЕНИЯ.

1. По молекулярным формулам ацетиленовых углеводородов составьте структурные формулы изомеров этих веществ и дайте им названия:
а) С₄Н₆ (два изомера);
б) С₅Н₈ (три изомера);
в) С₆Н₁₀ (изомер с главной цепью С₄).

2. Решите цепочку химических превращений (для каждой стрелки составьте отдельное уравнение реакции):

3. Назовите вещества по их структурным формулам. Укажите изомеры и гомологи.

4. Сколько граммов бромоводорода может вступить в реакцию с 0,1 моль бутина-1? Назовите продукт реакции.

5. При сжигании 1 моль ацетилена выделяется 1350 кДж. Сколько теплоты выделится при сжигании 1 м³ ацетилена?

6. Углеводород содержит 88,89% углерода. Определите молекулярную формулу углеводорода и приведите структурные формулы и названия его нециклических изомеров.

Ответы на упражнения к теме 1

Урок 11

1. Реакции 1,4-присоединения к изопрену по 1 эквиваленту реагентов:

2. Полимеризация хлоропрена в результате 1,4-присоединения:

5. а) Преобразование двойной С=С-связи в одинарную С–С-связь по реакции полимеризации:

б) Превращение бутадиена-1,3 в алкен – бутен-2:

6. В реакции полимеризации изопрена в каучук не образуется побочных продуктов. Потери могут быть связаны, например, с улетучиванием изопрена, остатками каучука на дне и стенках реакционных емкостей после выгрузки продукта. Поэтому из 1 кг изопрена при выходе в реакции 95% получится 0,95 кг, или 950 г каучука.

Урок 12

Изомеры: С₆Н₁₀ – а) и в); С₅Н₈ – б) и г).
Гомологи: а) и б); б) и в).

4. Реакция бромоводорода, взятого в избытке, с бутином-1:

Согласно коэффициентам в уравнении реакции 1 экв. бутина-1 присоединяет 2 экв. бромоводорода, т.е. (HBr) = 0,2 моль.
Масса бромоводорода: m(HBr) = • M = 0,2•81 = 16,2 г.
Ответ. 16,2 г HBr.

5. Термохимическое уравнение реакции горения ацетилена:

В 1 м³ содержится 1000 л газа. Учитывая это, составим пропорцию:

Ответ. 60 268 кДж теплоты.

6. Углеводороды состоят из атомов С и Н, их молекулярная формула имеет вид С_aH_в. Соотношение индексов в химической формуле пропорционально отношению мольных долей элементов:

а:в = (С): (Н) = m(C)/M(C):m(Н)/M(Н) = (C)/M(C):(Н)/M(Н) =

88,89/12:11,11/1 = 8/12:1 = 2:3.

Простейшая формула углеводорода – С₂Н₃, она соответствует молекулярным формулам
(С₄Н₆ + nCH₂), где n = 0, 1, 2, 3 и т. д. Первая формула этого ряда – С₄Н₆.
Структурные формулы изомеров: