Галогенопроизводные углеводородов

Галогенопроизводными углеродов называются органические соединения, образующиеся при замене атомов водорода в углеводородах на атомы галогенов.

Существуют галогенопроизводные алифатических, ароматических и ненасыщенных углеводородов.

 

Галогенопроизводные получаются, в основном, из углеродов, а также из спиртов, альдегидов и кетонов.

Способы получения галогенопроизводных

Атомы галогенов имеют гораздо бóльшую электроотрицательность, чем атом углерода, связь углерод® галоген полярна и способна к гетеролитическому разрыву. В этом состоит основа их реакционной способности. Для алифатических и жирноароматических галогенопроизводных характерны реакции нуклеофильного замещения галогена.

Нуклеофилы – это анионы (CN^-, NO₂^-, OH^-, S^-) или нейтральные молекулы имеющие атом с неподеленной парой электронов (:NH_3, H₂O:, RNH₂, ROH) и способные атаковать электродефицитный атом углерода.

 

Химические свойства алифатических галогенопроизводных

Химические свойства ароматических и жирноароматических галогенопроизводных

Для определения галогена в галогенопроизводных, существует так называемая проба Бейльштейна. Она заключается в окрашивании пламени в зеленый цвет ионами меди. Это происходит при сжигании органического галогенида на медной поволоке. В условиях высокой температуры образуются галогениды меди практически из любого вида соединений.

Если галоген сильно подвижен и может легко переходить в ион – возможно определение его в виде галогенидов серебра. Галоген в ароматических галогенопроизводных в реакциях нуклеофильного замещения мало реакционоспособен и замещается только в жестких условиях. Введение в ароматическое кольцо электроноакцепторных заместителей (NO₂) резко повышает реакционную способность соединений. Галоген в галогенных винилах не способен к реакциям замещения.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

Опыт1. Получение бромистого этила.

Налейте в колбу Вюрца 3 мл этилового спирта (CH₃CH₂OH) и 3 мл серной кислоты. Охладите водопроводной водой. Прибавьте в колбу 2 мл воды и 3 г бромистого калия.

Налейте в другую пробирку 5 мл воды и поместите ее в стакан со льдом. Опустите в эту пробирку конец отводной трубки от колбы Вюрца.

Закройте колбу Вюрца пробкой и нагревайте ее содержимое на пламени газовой горелки.

Напишите уравнение происходящей реакции. Образовавшийся бромистый этил

(CH₃CH₂Br) собирается под водой в виде тяжелой маслянистой жидкости.

Докажите присутствие галогена в полученном продукте с помощью пробы Бейльштейна. Для этого прокалите медную проволочку в пламени газовой горелки, пока пламя не перестанет окрашиваться. Охладите, опустите в полученный бромистый этил и снова внесите в пламя горелки. Появление зеленого окрашивания, обусловленного ионами меди, указывает на присутствие галогена в исследуемом веществе.

Опыт 2. Получение йодоформа.

В пробирку налейте 1 мл этилового спирта, 2 мл воды и добавьте несколько кристалликов растертого в порошок йода. Прибавьте 5 капель концентрированного раствора гидроксида натрия. Смесь встряхните до растворения йода и погрейте в руках до появления кристаллического осадка йодоформа с очень стойким запахом. Реакция образования йодоформа протекает по следующей схеме:

I₂ + 2NaOH ® NaOI + NaI + H₂O

NaOI ® NaI + [O]

CH₃CH₂OH + [O] ® CH₃-CHO + H₂O

CH₃-CHO + 3I₂ ® I₃C-CHO + 3HI

I₃C-CHO + NaOH ® I₃CH¯ + HCOONa

3HI + 3NaOH ® 3NaI + 3H₂O

Суммарное уравнение:

CH₃CH₂OH + 4I₂ + 6NaOH ® I₃CH + HCOONa + 5NaI + 5H₂O

Запишите, какой цвет и запах имеют кристаллы йодоформа.

Опыт 3. Гидролиз хлористого бензила и хлорбензола.

Налейте в одну пробирку 0.5 мл хлористого бензила, а в другую 0.5 мл хлорбензола. Затем в каждую пробирку прибавьте по 2 мл спиртового раствора азотнокислого серебра. Смеси встряхните. Вследствие различия подвижности галогена, осадок хлорида серебра появляется только в первой пробирке, так как хлористый бензил легко гидролизуется с образованием HCl. Хлорбензол с нитратом серебра не реагирует. Почему? Напишите уравнения реакций.

 

Задачи (галогенопроизводные)

1. Напишите формулы всех изомеров С₃H₇I и C₄H₉Cl. Назовите их по номенклатуре

IUPAC и по радикально-функциональной номенклатуре.

2. Назовите следующие галогенопроизводные по заместительной номенклатуре, укажите какие из них относятся к первичным, вторичным, третичным алкилгалогенидам:

3. Написать схемы синтеза 1-бромбутана, 2-бромбутана и 1,2-дибромбутана из бутена-1.

4. Получите 2-бромбутан из соответствующих: спирта, алкена, акана, алкина.

5. Получить хлористый изобутил тремя способами. Написать для него реакции со следующими реагентами: NaCN; NH₂CH₃; NaOH (H₂O); Mg (абс. эфир), затем ацетон; NaOH (спирт). Привести механизм реакции гидролиза.

6. Написать схему последовательных превращений: пропанол + SOCl₂ ® A + Mg (абс. эфир)® Б + вода ® В

7. Как влияет природа галогена на реакционную способность алкилгалогенидов. Что такое тефлон, на каких особенностях строения основано его применение?

8. Из каких, алкилиодидов с наилучшим выходом можно получить 2-метилбутен-2,

пентен-1, дивинил? Приведите уравнения реакций.

9. Напишите схемы промышленного получения дихлорметана, хлороформа, четырёххлористого углерода, йодоформа, хлоропрена. Где используются эти вещества?

10. Какими качественными реакциями можно различить: 1) хлористый бензил и хлористый аллил; 2) бромбензол и бензилбромид; 3) 1-хлоргексан и н-гексан?

 

СПИРТЫ И ФЕНОЛЫ

К спиртам и фенолам относятся производные углеродов, содержащие гидроксильную группу (-OH).

В спиртах гидроксильная группа связана с алифатическим атомом углерода, в фенолах – с ароматическим ядром (sp²-гибридизованный атом углерода). Число гидроксильных групп, содержащихся в молекуле, называется атомностью. Различают одно-, двух-, трех- и т.д. атомные спирты и фенолы. В зависимости от типа атома углерода, связанного с гидроксильной группой, спирты бывают первичные, вторичные и третичные.

 

Методы получения спиртов

Методы получения фенола

Спирты являются нейтральными соединениями. Атом водорода в их гидроксильной группе менее подвижен, чем в воде, что связано с (+) I – эффектом алкильного радикала. У указанных ниже гидроксилсодержащих соединений кислотность увеличивается в следующей последовательности:

Фенол как кислота сильнее, чем вода из-за электроно-акцепторного эффекта (-М–эффект) фенильного радикала. Введение в фенильный радикал электронно-акцепторных заместителей (например, -NO₂, -CN, -COOH) увеличивает кислые свойства фенольного гидроксила.

Химические свойства спиртов связаны с разрывом связи О-Н в гидроксильной группе, а также с замещением или отщеплением гидроксильной группы.