Углеводороды

Содержание разделов дисциплины

Введение

Предмет органической химии. Причины выделения ее в самостоятельную науку.

Природа связей в органических соединениях. Представления об электронных смещениях в химических связях. Индуктивных и мезомерный эффект. s- и p-связи. Описание валентных состояний атома углерода через представление о гибридизации s и p атомных орбиталей. Ос­новные понятия о реакционной способности органических соединений. Классификация реакций и реагентов в органической химии по характеру превращений, способу разрыва связи в исход­ной молекуле. Классификация ионных реакций и реагентов. Понятие о методах, применяемых для установления строения органических веществ. Элементный анализ. Определение функцио­нальных групп. Спектральные методы. Классификация органических соединений, понятия о химических функциях.

Углеводороды

Алканы (предельные или насыщенные углеводороды)

Гомологический ряд алканов. Изомерия. Номенклатура. Строение алканов. Характе-ристика С-С и С-Н s-связий. Поворотная изомерия. Конформации. Физические свойства алканов. Химические свойства как функция sp³-гибридизации АО. Реакции замещения (гало­генирование, сульфохлорирование, нитрование). Понятие о цепных реакциях. Механизм S_R. Устойчивость свободных радикалов. Пиролиз. Окисление алканов, газ и моторное топливо, этилирование бензина, октановое число, пути улучшения качества топлива. Пути уменьшения токсичности выхлопных газов. Природные источники алканов. Промышленные методы получения из окиси углерода, гидрирование алкенов, крекинг нефти. Лабораторные методы: реакция Вюрца, анодный синтез Кольбе, декарбоксилирование карбоновых кислот. Техника безопасности при работе с алканами.

Алкены (углеводороды ряда этилена)

Гомологический ряд. Номенклатура. Строение алкенов. Характеристика двойной угле­род-углеродной связи. sp²-Гибридизация. Геометрическая изомерия. Физические свойства алке­нов. Химические свойства. Гидрирование. Взаимодействие алкенов с электрофильными реаген­тами. Гидрогалогенирование, гидратация (механизм реакции присоединения). Правило В.В.Марковникова, его трактовка. Устойчивость и реакционная способность карбониевых ио­нов. Реакция радикального присоединения бромистого водорода, перекисный эффект Караша. Алкилирование алкенов (реакции с С-электрофилами). Гипогалогенирование. Галогенирование (механизм, стереоселективность реакции). Высокотемпературное хлорирование. Гидроформи­лирование алкенов (оксосинтез). Реакции окисления алкенов с образованием гликолей, эпокси­соединений. Озонирование. Реакции циклоприсоединения. Полимеризация олефинов. Моно­меры, олигомеры, полимеры. Ступенчатая и цепная полимеризация. Значение полимерных ма­териалов. Полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен. Способы получения: крекинг парафи­нов, дегидрирование, дегидратация спиртов, дегидрогалогенирование алкилгалогенидов, час­тичное гидрирование алкинов. Правило Зайцева. Использование в технике этилена, пропилена, бутенов. Техника безопасности при работе с этиленовыми углеводородами.

Алкины (углеводороды ряда ацетилена)

Гомологический ряд. Изомерия. Номенклатура. Строение алкинов. Характеристика трой­ной углерод-углеродной связи, sp-гибридизация. Подвижность водорода в алкинах с концевой тройной связью и ее причины. Физические свойства алкинов. Химические свойства. Реакции присоединения: гидрирование, галогенирование. Электрофильное присоединение галогеноводо­родов. Нуклеофильное присоединение спиртов, синильной кислоты, уксусной кислоты. Гидра­тация алкинов (реакция М.Г. Кучерова), понятие о кето-енольной таутомерии, правило Эльте­кова. Ди-, три-, тетра- и полимеризация ацетилена. Изомеризация, окисление, карбонилирование алкинов. Реакции с сохранением тройной связи. Образование ацетиленидов, алкилирование, арилирование, присоединение к альдегидам, кетонам, галогенирование. Промышленные спо­собы получения ацетилена. Получение алкинов: дегидрогалогенирование дигалогенпроизвод­ных, алкилирование. Промышленные синтезы на основе ацетилена. Получение акрилонитрила, винилацетилена, хлористого винила, виниловых эфиров, изопрена, уксусного альдегида. Тех­ника безопасности при работе с ацетиленом и ацетиленидами.

Алкадиены

Три типа диеновых углеводородов. Номенклатура. Алкадиены-1, 2. Пропадиен. Строение. Химические свойства: реакции присоединения, полимеризация, циклоприсоединение. Алка­диены-1, 3. Строение диенов с сопряженными двойными связями, межатомные расстояния в 1, 3-бутадиене. Понятие о сопряжении. Энергия сопряжения. Химические свойства. Гидрирование. Электрофильное присоединение галогенов и галогеноводородов (1, 2- и 1, 4-присоединение). Ме­ханизм этих реакций. Понятие о кинетическом и термодинамическом контроле. Диеновый син­тез. Полимеризация диенов. Понятие о натуральном и синтетическом каучуке. Получение бута­диена по способу Лебедева, из бутана, ацетилена; изопрена - из ацетилена и ацетона; хлоро­прена - из ацетилена. Получение синтетического каучука. Сополимеризация. Вулканизация каучука.

Циклоалканы (алициклические углеводороды)

Классификация алициклических соединений. Номенклатура. Изомерия. Химические свойства в зависимости от размеров цикла: гидрирование, взаимодействие с галогенами и галогеноводородами, окисление, изомеризация. Гипотеза напряжений А. Байера. Современные представления о строении трех-, четырех- и шестичленных циклов. Конформации циклогексана и его производных. Аксиальные и экваториальные связи. Особое место циклопропана. Получение и применение циклоалканов и их производных. Циклоалкены. Циклопентадиен. Получение и свойства. Полиэдраны.

Ароматические углеводороды (арены)

Углеводороды ряда бензола. Гомологический ряд. Изомерия. Номенклатура. Ароматич­ность и комплекс свойств, характеризующих ее. Современные представления о строении бен­зола. Энергия делокализации. Правило Хюккеля. Небензоидные ароматические системы. Физи­ческие свойства углеводородов ряда бензола. Химические свойства бензола. Реакции электро­фильного замещения в ароматическом ядре (S_EAr). Механизм, понятие о p- и s-комплексах. Энергетический профиль реакции. Примеры S_E реакций: алкилирование, арилирование, нитро­вание, галогенирование, сульфирование. Правила ориентации в ряду бензола. Заместители I и II рода. Индукционный и мезомерный эффекты. Влияние природы заместителя на устойчивость s-комплексов и направление S_E реакций. Согласованная и несогласованная ориентация. Реакции гомологов бензола с участием боковой цепи: галогенирование, окисление. Реакции присоедине­ния водорода, хлора. Озонирование. Окисление бензола. Источники получения ароматических соединений: каменный уголь, нефть. Ароматизация нефти. Синтетические методы получения бензола и его гомологов. Реакция Фриделя-Крафтса. Получение стирола и полистирола. Уг­леводороды группы дифенила и трифенилметана. Дифенил, получение, свойства. Правила ори­ентации. Трифенилметан, получение, свойства. Устойчивые трифенилметильные радикалы, причины их устойчивости. Трифенилметановые красители. Углеводороды с конденсирован­ными циклами. Выделение их из каменноугольной смолы. Нафталин. Строение. Энергия сопря­жения. Реакции электрофильного замещения. Активность a-положения нафталина. Правила ориентации. Реакции восстановления и окисления, их значение. Линеарные и ангулярные поли­циклические углеводороды. Антрацен. Строение. Химические свойства, Активность мезо-поло­жения. Фенантрен. Строение. Химические свойства. Канцерогенные свойства углеводородов. Техника безопасности при работе с ароматическими углеводородами.