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 (:NH3, 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.
