Функциональные производные углеводородов. Галогенопроизводные углеводородов

Галогенопроизводные углеводородов

Классификация.

Галогенопроизводные со связью С(sp³)-галоген. Номенклатура. Методы получения: пря­мое галогенирование, реакции присоединения к алкенам, алкинам, реакции замещения, галоген­метилирование аренов. Физические свойства. Химические свойства. Характеристика связей уг­лерод-галоген, индукционный эффект атома галогена. Реакции замещения галогена атомом ме­талла. Восстановление алкилгалогенидов до углеводородов. Реакции нуклеофильного замеще­ния галогена на гидроксильную, алкоксильную, нитрильную, амино- и другие группы. Два ме­ханизма нуклеофильного замещения (S_N1 и S_N2). Реакционная способность галогенпроизвод­ных в зависимости от природы галогена и строения радикала. Реакции элиминирования. Меха­низмы E_N1 и E_N2. Правило Зайцева. a-Элиминирование. Отдельные представители галонено­производных: продукты хлорирования метана, дихлорэтан, перфторуглеводороды, фреоны.

Галогенпроизводные со связью С(sp²)-галоген. Номенклатура. Получение галогеналке­нов: из дигалогеналканов, из алкинов. Способы получения галогенаренов: прямое галогениро­вание аренов; замещение других групп галогеном. Характеристика связи углерод-галоген. Реак­ции замещения галогена, ариновый механизм. Влияние заместителей на подвижность галогена в ароматическом ядре. Реакции в углеродном радикале: присоединение, полимеризация, элими­нирование, замещение. Отдельные представители: винилхлорид, тетрафторэтилен, тефлон, хло­ропрен, хлорбензол, хлорфенолы, диоксины.

Идентификация галогенопроизводных. Токсикологические свойства и техника безопас­ности при работе с галогенопроизводными.

Элементорганические соединения

Металлорганические соединения. Классификация и номенклатура. Характер связи угле­род-металл. Свойства металлорганических соединений в зависимости от положения металла в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева. Магнийорганические соедине­ния, их получение и свойства: взаимодействие с веществами, содержащими активный водород, с галогенопроизводными, альдегидами, кетонами, углекислым газом, окисью этилена. Значение Li, Mg, Zn, Hg-органических соединений. Техника безопасности при работе с металлоорганиче­скими соединениями.

Кремнийорганические соединения. Сравнение электронного строения атомов кремния и углерода. Особенности связей Si-Si, Si-O, Si-C. Причины отсутствия связей Si=Si, Si=C. Силаны и алкилсиланы, характер связи Si-H, сравнение со свойствами алканов. Четыреххлористый кремний, получение и свойства. Образование эфиров ортокремниевой кислоты. Алкилхлорси­ланы, сравнение их свойств с алкилхлоридами. Получение алкилхлорсиланов из кремния и га­логенопроизводных. Алкилсиланолы, алкилсилазаны. Полисилоксаны и полисилазаны. Получе­ние, свойства, применение (смазочные масла, каучуки, гидрофобные покрытия). Техника безо­пасности при работе с кремнийорганическими соединениями.

Гидроксилпроизводные углеводородов

Гидроксилпроизводные со связью С(sp³)-OH. Одноатомные спирты. Номенклатура. Изомерия. Физические свойства. Водородная связь, ее влияние на физические свойства. Химические свойства. Кислотные свойства. Константа кислотности. Алкоголяты. Основные свойства спиртов. Соли оксония. Образование сложных эфиров, дегидратация. Нуклеофильное замещение гидроксила на галоген. Окисление спиртов. Получение спиртов гидролизом галогеналкилов, гидратацией непредельных соединений, восстановлением альдегидов и кетонов, взаимодействием магнийорганических соединений с альдегидами, кетонами, окисью этилена. Отдельные представители: метанол, этанол, изопропанол (получение, использование). Многоатомные спирты. Двухатомные спирты: этиленгликоль, бутандиол-1, 4. Трехатомный спирт глицерин. Методы получения, особенности химических свойств и применение. Техника безопасности при работе с метиловым и этиловым спиртами, этиленгликолем.

Гидроксилпроизводные со связью С(sp²)-OH. Енолы. Получение. Таутомерия енолов. Фенолы. Источники и методы получения фенолов: из сульфокислот, галогенопроизводных, ароматических аминов и методом Сергеева-Хока. Физические свойства фенолов. Химические свойства. Кислотные свойства. Влияние, оказываемое на кислотные свойства о- и п-заместителями. Образование фенолятов. Реакции алкилирования и ацилирования фенолов. Особенности реакций электрофильного замещения водорода ядра у фенолов. Конденсация фенолов с альдегидами. Фенолформальдегидные смолы. Гидрирование и окисление фенолов. Фенол, крезолы, пикриновая кислота, a- и b-нафтолы (получение и применение). Двух- и трехатомные фенолы. Таутомерия и двойственная реакционная способность на примере резорцина и флороглюцина. Гидрохинон, хинон, хингидрон. Техника безопасности при работе с фенолами.

Простые эфиры

Номенклатура. Физические свойства. Химические свойства: образование оксониевых солей, расщепление йодистоводо­родной кислотой и щелочными металлами, автоокисление. Получение из спиртов и действием алкилгалогенидов на алкоголяты. Отдельные представители: этиловый эфир, виниловые эфиры. Циклические простые эфиры: окись этилена (физические и химические свойства), тетрагидрофуран, диоксан. Получение и использование. Техника безопасности при работе с простыми эфирами.

Карбонильные соединения (альдегиды, кетоны)

Классификация. Изомерия и номенклатура. Строение карбонильной группы. Сравнение связей C=O и C=C. Физические свойства альдегидов и кетонов. Химические свойства. Кислотность и енолизация. Реакции карбонильной группы с C-, N-, O-, S-нуклеофилами: реактивами Гриньяра, синильной кислотой, ацетиленом, аминами, гидроксиламином, гидразином и его производными, водой, спиртами, бисульфитом натрия. Альдольная и кротоновая конденсация. Реакция Канниццаро. Механизм этих реакций. Полимеризация альдегидов. Сравнение реакционной способности альдегидов и кетонов в реакциях нуклеофиль­ного присоединения. Окисление и восстановление альдегидов и кетонов. Получение окислением и дегидрированием спиртов, окислением гомологов аренов, пиролизом солей карбоновых кислот, гидратацией алкинов, методом каталитического ал­килирования Фриделя-Крафтса. Оксосинтез. Отдельные представители: муравьиный альдегид, уксусный альдегид, ацетон, акро­леин, кетен, бензальдегид (получение, свойства, применение в промышленности).

Карбоновые кислоты

Одноосновные карбоновые кислоты. Предельные одноосновные кислоты. Изомерия и номенклатура. Методы получения (окисление спиртов, альдегидов, гомологов бензола, омыле­ние нитрилов, трихлорметильных производных, сложных эфиров, с помощью магнийорганиче­ских соединений, оксосинтезом). Строение карбоксильной группы и карбоксилат-иона. Эффект сопряжения. Физические свойства. Водородные связи и их влияние на физические свойства. Химические свойства. Кислотные свойства. Константа кислотности и ее зависимость от строе­ния углеводородного радикала. Получение солей, сложных эфиров (механизм реакции этерифи­кации), ангидридов, галогенангидридов, амидов, нитрилов. Свойства и применение функцио­нальных производных карбоновых кислот. Декарбоксилирование карбоновых кислот. Отдель­ные представители (получение и применение): уксусная кислота и ее функциональные произ­водные, муравьиная кислота (особенности строения и химических свойств), высшие жирные ки­слоты (пальмитиновая, стеариновая и др.), входящие в состав жиров, бензойная кислота. Сали­циловая кислота. Аспирин. Непредельные одноосновные кислоты. a, b-Непредельные одноос­новные кислоты. Химические свойства. Реакции по карбоксильной группе и двойной углерод-углеродной связи. Отдельные представители: акриловая и метакриловая кислоты и их эфиры, технические методы получения и применение. Акрилонитрил. Акриламид, полиакриламид. Жиры и масла. Строение и консистенция. Высыхающие масла. Омыление жиров. Поверхност­ноактивные вещества.

Двухосновные карбоновые кислоты. Предельные двухосновные кислоты. Гомологиче­ский ряд. Номенклатура. Особенности физических и химических свойств. Константы кислотно­сти (для первого и второго карбоксила). Образование функциональных производных. Поведение при нагревании. Отдельные представители: щавелевая, малоновая, янтарная, адипиновая ки­слоты (получение и применение). Непредельные двухосновные кислоты. Малеиновая и фумаро­вая кислоты. Их физические и химические свойства. Взаимные переходы. Малеиновый ангид­рид. Диеновый синтез. Полиамиды (нейлон, капрон). Получение, использование. Бензендикар­боновые кислоты. Получение окислением гомологов бензола, нафталина. Фталевая кислота, фталевый ангидрид, алкилфталаты, глифтали. Терефталевая кислота, лавсан.

Производные угольной кислоты. Фосген, мочевина, карбамидные смолы, уретаны.

Техника безопасности при работе с карбоновыми кислотами и их производными.

Сульфокислоты

Изомерия и номенклатура. Строение сульфогруппы. Сульфирующие агенты. Условия сульфирования. Механизм. Обратимость процесса. Реакция сульфирования нафталина, ее зна­чение для получения b-производных нафталина. Физические свойства сульфокислот. Химиче­ские свойства. Кислотность. Образование солей. Реакция десульфирования. Реакции нуклео­фильного замещения сульфогруппы: щелочное плавление, получение нитрилов. Получение и свойства функциональных производных сульфокислот: сульфохлоридов, сульфамидов, эфиров. Синтез белого стрептоцида. Применение сульфокислот. Понятие об ионном обмене. Техника безопасности при проведении реакции сульфирования и хлорсульфирования.

Нитросоединения

Классификация. Изомерия. Номенклатура. Строение нитрогруппы. Физические свойства нитроалканов. Получение нитросоединений жидкофазным и парофазным нитрованием алканов, из галогенопроизводных. Введение нитрогруппы в бензольное ядро и боковую цепь, нитрующие агенты. Условия реакции нитрования и механизм. Ион нитрония, его образование, электронное и геометрическое строение. Химические свойства. Реакция восстановления. Механизм восста­новления нитробензола в анилин в кислой среде. Промежуточные продукты, образующиеся при восстановлении нитробензола в щелочной среде. Частичное восстановление. Таутомерия нитро­соединений. Взаимодействие со щелочами. Мезомерный анион. Реакции с альдегидами и азоти­стой кислотой. Влияние нитрогруппы на о- и п-заместители. Реакции S_E и S_N в ароматическом ядре. Отдельные представители: нитрометан, нитробензол, тринитротолуол, нитронафталины (получение, свойства, применение в промышленности). Техника безопасности при работе с нит­ропроизводными.

Амины

Классификация аминов. Изомерия. Номенклатура. Электронное строение атома азота в аминах. Физические свойства аминов. Получение первичных аминов алкилированием аммиака; восстановлением нитросоединений (реакция Н.Н. Зинина), нитрилов, амидов; из амидов кислот перегруппировкой Гофмана, аминированием галогенопроизводных. Получение вторичных и третичных аминов. Физические свойства аминов. Химические свойства. Основность, константа основности. Зависимость основности аминов от строения. Реакции аминов: образование солей, алкилирование аминов по Гофману, ацилирование (получение амидов). Взаимодействие пер­вичных, вторичных и третичных аминов с азотистой кислотой. Особенности проведения реак­ций электрофильного замещения водорода ядра у аминов. Шиффовы основания. Сравнение хи­мических свойств аминов жирного и ароматического рядов. Отдельные представители (получе­ние и применение): метил-, диметил-, триметиламин. Анилин, N, N-диметиланилин, сульфани­ловая кислота, a- и b-нафтиламины, бензидин. Техника безопасности при работе с аминами.

Диазо- и азосоединения

Реакция диазотирования. Условия ее проведения, механизм. Строение диазосоединений в зависимости от рН среды. Физические свойства солей диазония. Химические свойства. Реакции, протекающие с выделением азота: замещение диазогруппы на гидроксил, алкоксигруппу, водород, галогены, циан-, родан- и нитрогруппы. Реакции, протекающие без выделения азота: образование арилгидразинов и азосочетание. Механизм реакции азосочетания. Условия азосочетания с аминами и фенолами. Азокрасители. Синтез метилоранжа и его индикаторные свойства. Цвет и строение органических соединений. Хромофоры и ауксохромы.

Техника безопасности при работе с диазосоединениями.