Химические свойства органических веществ Алканы Химические свойства Не характерно присоединение, вступают в реакции замещения по радикальному механизму в жёстких условиях 1) Галогенирование – с бромом/хлором при hν или t Правила замещения: -Легче замещается менее гидрированный атом -Легче замещается там, где уже есть галоген Со фтором реакция идёт со взрывом с образованием HF и CF4, с иодом практически не идёт из-за малоактивности 2) Нитрование (реакция Коновалова) – с разбавленной HNO3 при P и t 3) Горение – начинается при t СН4 + 2О2 → СО2 + 2Н2О При недостатке кислорода может идти до СО или С 4) Каталитическое окисление – начинается при t Каталитическим окислением бутана получают уксусную кислоту: 5) Крекинг: термический (t, P), каталитический (t, катализатор) – разрыв связи посередине с образованием алкена и алкана 6) Пиролиз – разложение при высокой t без доступа воздуха СН4 → С + 2Н2 – просто пиролиз 2СН4 → СН≡СН + 3Н2 – пиролиз с резким охлаждением 7) Дегидрирование – отщепление Н2 при t, кат.: Pt, Ni, Pd, Cr2O3 8) Изомеризация – образование разветвленного изомера при t, кат.: AlCl3 9) Дегидроциклизация (ароматизация) – образования циклоалкана или арена при t, катализаторы дегидрирования 10) Конверсия метана – при t на катализаторе Ni образуется синтез-газ Получение 1) Гидролиз карбида алюминия (метан) – с водой или кислотой Al4C3 + 12H2O → 4Al(OH)3↓ + 3CH4↑ Al4C3 + 12HCl → 4AlCl3 + 3CH4↑ 2) Синтез из простых веществ: кат., t, P (метан в ЕГЭ, вообще могут получиться разные углеводороды) С + 2Н2 → СН4 3) Восстановление оксидов углерода при t на кат. (метан) 4) Гидрирование непредельных углеводородов – присоединение молекулы Н2 при t на катализаторах гидрирования-дегидрирования 5) Изомеризация – получение разветвленных алканов из линейных (см. выше) 6) Реакция Вюрца – получение симметричных алканов из галогеналканов с удлинением цепи при t, взаимодействие с щелочными металлами 2R-Hal + 2Na → 2NaHal + R-R 7) Реакция Дюма (декарбоксилирование) – сплавление солей карбоновых кислот со щелочью 8) Реакция Кольбе – электролиз растворов солей карбоновых кислот 9) Реакция Фишера-Тропша – получение из синтез-газа смеси алканов на катализаторе, при t и Р 10) Фракционная перегонка нефти/мазута в ректификационной колонне – разделение на фракции (группы веществ с схожей температурой кипения и составом) Циклоалканы Химические свойства Для малых циклов (C-3,4) характерны реакции присоединения (как у алкенов) с разрывом цикла, для больших циклов (С>4) – реакции замещения в цикле (как у алканов) Малые циклы (С=3,4) 1. Галогенирование Циклопропан обесцвечивает бромную воду, циклобутан – нет, т.к. реакция требует нагревания 2. Гидрогалогенирование при t Если есть радикал, работает правило Марковникова: разрыв цикла возле радикала 3. Гидрирование – присоединение водорода при t, P, кат.: Ni, Pt, Pd, Cr2O3 Большие циклы (C=5,6) 1. Галогенирование – как у алканов при t/hν Если есть радикал – замещение там, где меньше водородов 2. Нитрование: с разбавленной кислотой при t, P Если есть радикал – замещение там, где меньше водородов 3. Дегидрирование – отщепление водорода при t, кат.: Ni, Pt, Pd, Cr2O3 4. Каталитическое окисление циклогексана – получение адипиновой кислоты для полимеров Для всех циклов возможна изомеризация с кат. AlCl3, также горение: C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O Получение 1. Дегалогенирование дигалогенпроизводных c Zn/Mg при t 2. Гидрирование аренов при t, P, кат.: Ni, Pt, Pd, Cr2O3 3. Дегидроциклизация алканов при t, кат.: Ni, Pt, Pd, Cr2O3 Алкены Химические свойства Для алкенов наиболее характерны реакции присоединения с разрывом двойной связи до одинарной по электрофильному механизму 1. Галогенирование – присоединение галогена Качественная реакция: обесцвечивание бромной воды (р-р брома в воде) 2. Галогенирование при t/hν (реакция Львова) – замещение в альфа-атоме (первый атом у двойной связи) 3. Гидрирование – присоединение водорода при t, P, кат.: Ni, Pt, Pd, Cr2O3 4. Дегидрирование – отщепление водорода, те же условия, что при гидрировании, но температура выше 5. Гидрогалогенирование – присоединение HHal При присоединении к несимметричным алкенам работает правило Марковникова: водород идёт туда, где больше водорода 6. Гидратация – присоединение воды при t, кат.: H2SO4, H3PO4 При присоединении к несимметричным алкенам работает правило Марковникова: водород идёт туда, где больше водорода 7. Полимеризация – образование полимера за счёт соединения одинаковых молекул (мономеров), условия могут быть разными 8. Мягкое окисление (реакция Вагнера) – с помощью водного раствора «марганцовки» на холоду Обесцвечивание раствора KMnO4 – качественная реакция 9. Жёсткое окисление – нейтральным/щелочным/ кислым раствором «марганцовки» или хроматовдихроматов при t 10. Каталитическое окисление 11. Горение Получение 1. Крекинг алканов (термический и каталитический) – разрыв связи посередине с образованием алкана и алкена 2. Дегидрирование алканов 3. Дегидратация спиртов (внутримолекулярная) – при температуре в кислой среде Если спирт несимметричный, то работает правило Зайцева: водород уходит оттуда, где его меньше 4. Дегидрогалогенирование моногалогенпроизводных – отрыв одного атома галогена и одного атома водорода с спиртовым раствором щёлочи при t С водным раствором щёлочи образуется спирт 5. Дегалогенирование дигалогенпроизводных – при t с Zn/Mg, если атомы галогенов на соседних углеродах 6. Гидрирование алкинов при t, P, кат. (в недостатке H2) Алкины Химические свойства Характерны реакции присоединения по электрофильному механизму с разрывом тройной связи, но реакции идут тяжелее, чем для алкенов 1. Гидрирование – присоединение водорода при t, P, кат. 2. Галогенирование Обесцвечивание бромной воды – качественная реакция 3. Гидрогалогенирование – присоединение HHal при t, кат.: Hg2+ По правилу Марковникова к несимметричным алкинам 4. Гидратация (реакция Кучерова) – присоединение молекулы воды с образованием альдегида (C=2) или кетона (С>2) при температуре, кат.: соли ртути (II) в кислой среде 5. Димеризация ацетилена – при t, кат.: CuCl, NH4Cl до винилацетилена – сырьё для получения хлорпрена и хлорпренового каучука 6. Тримеризация (реакция Зелинского) – при t, кат.: активированный уголь 7. Мягкое окисление ацетилена – в нейтральном/кислом растворе «марганцовки» или хроматов-дихроматов без нагревания При нагревании – жёсткое окисление с полным разрывом тройной связи 8. Жёсткое окисление – нейтральным/щелочным/кислым раствором «марганцовки» или хроматов-дихроматов при t Обесцвечивание раствора KMnO4 – качественная реакция 9. Реакции для алкинов с концевой тройной связью (кислотные свойства) 10. Горение Получение 1. Гидролиз карбида кальция (ацетилен) CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2↓ + СН≡СН ↑ CaC2 + 2HCl → CaCl2 + СН≡СН ↑ 2. Пиролиз метана (ацетилен) – при t 2СН4 → СН≡СН + 3Н2 3. Дегидрирование алканов и алкенов 4. Дегидрогалогенирование дигалогеналканов 5. Взаимодействие ацетиленидов с галогеналканами – удлинение цепи Алкадиены Химические свойства Характерны реакции присоединения по электрофильному механизму с разрывом двойной связи 1. Галогенирование Обесцвечивание бромной воды – качественная реакция 2. Гидрирование – условия как у алкенов 3. Гидрогалогенирование Реакция может идти дальше с полным разрывом связей по правилу Марковникова 4. Гидратация – условия как у алкенов Реакция может идти дальше с полным разрывом связей по правилу Марковникова 5. Полимеризация – разные условия 6. Мягкое окисление (реакция Вагнера) – условия как у алкенов 7. Жёсткое окисление – как у алкенов Обесцвечивание раствора KMnO4 – качественная реакция 8. Горение Получение 1. Реакция (синтез) Лебедева при t, кат.: Al2O3, ZnO 2. Дегидрирование алканов 3. Дегидрогалогенирование дигалогеналканов с галогенами, расположенными далеко друг от друга 4. Дегидратация двухатомных спиртов (гликолей) Арены Химические свойства Бензол устойчив к окислителям, склонен к реакциям замещения по электрофильному механизму Заместители в бензольном ядре направляют протекание реакции замещения, бывают двух типов: 1. Галогенирование – при t, кат.: AlCl3, FeBr3, кислоты и т.д. 2. Нитрование – нитрующая смесь (HNO3 конц+H2SO4 конц) при t На ЕГЭ стоит писать ТОЛЬКО либо орто-, либо пара-продукт (по контексту) Нитрованием толуола при сильном нагреве получают тротил (2,4,6тринитротолуол) 3. Алкилирование бензола (реакция Фриделя-Крафтса) – добавление радикала при t, кат.: AlCl3, FeBr3, кислоты и т.д. 4. Гидрирование – те же условия, что и у непредельных соединений, но температура выше; происходит разрыв бензольного ядра 5. Хлорирование бензола на свету 6. Галогенирование радикала на свету – замещение в альфа-атоме 7. Жёсткое окисление – только гомологи с раствором KMnO4 при t Разрываются все связи у альфа-атома: из кусочка с бензольным кольцом образуется бензойная кислота (или её соли в щелочной/нейтральной среде); для остальных кусочков те же правила, что и для алкенов Обесцвечивание раствора KMnO4 – качественная на гомологи 8. Каталитическое окисление кумола – при t, кат.: H2SO4 9. Горение Особые сввойства стирола: Из-за двойной связи вступает в реакции алкенов: полимеризацию, другие реакции соединения, в т.ч. обесцвечивает бромную воду Получение 1. В промышленности – из каменноугольной смолы 2. Ароматизация (дегидроциклизация) алканов 3. Дегидрирование циклоалканов 4. Тримеризация ацетилена (реакция Зелинского) 5. Декарбоксилирование бензоатов (реакция Дюма) 6. Реакция Вюрца-Фиттига – при t получение гомологов бензола 7. Реакция Фриделя-Крафтса – получение гомологов бензола (выше в свойствах) Спирты Химические свойства 1. С активными металлами – образуются соли спиртов (алкоголяты) Алкоголяты вступают в гидролиз с водой, реагируют с кислотами: Важно: спирты не взаимодействуют с щелочами! 2. Этерификация – образование сложного эфира при реакции с кислотами при t, кат.: H+ 3. C галогеноводородами (до галогенпроизводных) 4. Дегидратация – отщепление воды в присутствии серной/фосфорной кислоты и нагревании Отщепление от несимметричных по правилу Зайцева: водород уходит оттуда, где его меньше 5. Дегидрирование – отщепление водорода, кат.: Cu и др. Третичные не вступают! 6. Окисление с CuO при t – качественная Третичные не вступают! 7. Жёсткое окисление — с KMnO4/K2Cr2O7 при t 8. Со свежеосаждённым Cu(OH)2 – качественная реакция на многоатомные спирты Наблюдается растворение голубого осадка, образование синего раствора 9. С альдегидами и кетонами – в кислой среде до образования специфических простых эфиров 10. Горение 2СН3OH + 3O2 → 2CO2 + 4H2O Могут взаимодействовать с SOCl2, PCl5, PCl3 до галогенпроизводных Получение 1. Гидратация алкенов – в кислой среде 2. Щелочной гидролиз галогеналканов – водный раствор щёлочи 3. Восстановление альдегидов/кетонов – при t, P, кат. 4. Из синтез-газа (метанол) – при t, P, кат. 5. Спиртовое брожение глюкозы (этанол) – ферменты 6. Реакция Вагнера – мягкое окисление «марганцовкой» на холоду 7. Гидролиз сложных эфиров а) щелочной («омыление»): б) кислотный/водный: Фенолы Химические свойства 1. С активными металлами – с образованием фенолятов Феноляты реагируют с кислотами и водой (гидролиз по аниону): 2. С щелочами (нейтрализация) – в отличие от спиртов 3. Галогенирование Реакция с бромной водой – качественная (обесцвечивание и белый осадок) 4. Нитрование – с нитрующей смесью при t до 2,4,6-тринитрофенола (пикриновая кислота) 5. Гидрирование – при t, P, кат. 6. С раствором FeCl3 – качественная до комплекса (фиолетовый раствор) 7. Поликонденсация с формальдегидом – до фенолформальдегидной смолы 8. Горение В отличие от спиртов, не вступает в дегидратацию и этерификацию (простые и сложные эфиры получают другими реакциями) Получение 1. В промышленности: из каменного угля 2. Щелочной гидролиз хлорбензола Из фенолятов можно получить реакцией с более сильной кислотой: 3. Кумольный метод – окисление кумола на кат.: H2SO4 (конц.) Альдегиды и кетоны Химические свойства 1. Гидрирование – при t, P, кат. 2. Гидратация (в основном для формальдегида) 3. С синильной кислотой – до гидроксинитрилов 4. Полимеризация – только альдегиды 5. Поликонденсация формальдегида с фенолом 6. С аммиачным раствором оксида серебра (серебряное зеркало) – только альдегиды Качественная! 7. Со свежеосаждённым гидроксидом меди (II) при t – только альдегиды Качественная! 8. Жёсткое окисление Кетоны реагируют только в очень жёстких условиях с разрушением молекулы, метаналь окисляется до СО2 (в кислой среде, в щелочной/ нейтральной – карбонаты) 9. Галогенирование по альфа-атому – t или облучение 10. Со спиртами – в кислой среде до образования специфических простых эфиров 11. Горение Получение 1. Окисление спиртов (c CuO, жёсткое, каталитическое) 2. Дегидрирование спиртов 3. Щелочной гидролиз дигалогеналканов 4. Каталитическое окисление углеводородов 5. Гидратация алкинов (реакция Кучерова) 6. Кумольный метод (ацетон) 7. Пиролиз солей карбоновых кислот двухвалентных металлов (кетоны) Карбоновые кислоты Химические свойства 1. Диссоциация (чем больше радикал, тем кислота слабее) 2. С металлами (активнее водорода) 3. Нейтрализация с основаниями, аммиаком 4. С оксидами (основными, амфотерными) 5. С солями более слабых кислот 6. Этерификация со спиртами – обратимо 7. Галогенирование в альфа-атоме – t, кат.: Pкрасный 8. Восстановление – используются сильные восстановители, которых нет в школьной программе (алюмогидрид лития, к примеру) 9. Горение Особенности муравьиной кислоты: 1. Разложение 2. Легко окисляется (как альдегид) с Ag2O(аммиач.), KMnO4, Cl2, Br2, Cu(OH)2 Особенности бензойной кислоты: 1. Разложение 2. Замещение в бензольном кольце (мета-положение) Особенности щавелевой кислоты: 1. Разложение 2. Окисление Особенности непредельных кислот: Реакции присоединения и окисления алкенов Производные карбоновых кислот Галогенангидриды: Ангидриды: Амиды и нитрилы: Получение 1. Окисление первичных спиртов, альдегидов, углеводов 2. Каталитическое окисление алканов 3. Гидролиз сложных эфиров и солей 4. Щелочной гидролиз тригалогенидов В избытке щёлочи получается соль карбоновой кислоты 5. Жёсткое окисление аренов (кроме бензола) Сложные эфиры Химические свойства 1. Гидролиз 2. Щелочной гидролиз (омыление) 3. Восстановление – используются сильные восстановители, которых нет в школьной программе (алюмогидрид лития, к примеру) 4. Горение Сложные эфиры муравьиной кислоты вступают в реакции окисления альдегидов с: KMnO4, K2Cr2O7, Ag2O(аммиач.), Cu(OH)2 Сложные эфиры непредельных кислот вступают в реакции присоединения и окисления алкенов Получение 1. Этерификация 2. Соль с галогеналканом 3. Галогенангидрид со спиртом 4. Ангидрид со спиртом Жиры Химические свойства 1. Водный (кислотный) или ферментативный гидролиз 2. Щелочной гидролиз (омыление) 3. Гидрирование (гидрогенизация) – если есть остатки непредельных кислот 4. Горение (до углекислого газа и воды) Также, если есть остатки непредельных кислот, могут вступать в другие реакции алкенов: окисление, гидратацию, гидрогалогенирование, галогенирование Получение Получить жиры можно теми же реакциями, что и сложные эфиры Углеводы Общие химические свойства 1. Горение 2. Реакция с концентрированной серной кислотой (обугливание) Химические свойства моносахаридов 1. Восстановление глюкозы и фруктозы 2. Окисление (только глюкоза) а) серебряное зеркало – качественная б) гидроксидом меди (II) при нагреве – качественная в) бромной или хлорной водой – качественная 3. С гидроксидом меди (II) без нагрева – качественная (синий раствор) Также как и многоатомные спирты могут образовывать простые (гликозиды) и сложные эфиры 4. Брожение глюкозы Получение моносахаридов 1. Гидролиз ди- и полисахаридов 2. Синтез из формальдегида (реакция Бутлерова) 3. Фотосинтез Химические свойства дисахаридов 1. Гидролиз 2. С гидроксидом меди (II) без нагрева – качественная (синий раствор) 3. Мальтоза, лактоза имеют альдегидную группу и вступают в реакции альдегидов, а сахароза – нет Химические свойства полисахаридов 1. Гидролиз 2. С гидроксидом меди (II) без нагрева – качественная (синий раствор) 3. Этерификация — до сложных эфиров 4. С раствором иода – качественная на крахмал Нитросоединения Химические свойства 1. Восстановление до аминов а) водородом на катализаторах б) сульфидом аммония (реакция Зинина) в) алюминий/цинк в щелочной среде г) металлы в кислой среде 2. Реакции замещения нитробензола (мета-положение) 3. Горение Получение 1. Нитрование алканов-циклоалканов (реакция Коновалова) – азотная разбавленная кислота при нагревании 2. Нитрование аренов – при нагревании в нитрующей смеси На ЕГЭ стоит писать ТОЛЬКО либо орто-, либо пара-продукт (по контексту) Нитрованием толуола при сильном нагреве получают тротил (2,4,6-тринитротолуол) 3. Взаимодействие галогеналканов с нитритом серебра Амины Химические свойства 1. С водой Все, кроме ароматических, окрашивают индикаторы; анилин не реагирует с водой! 2. С кислотами Соли аминов похожи на соли аммония: могут вступать в реакции ионного обмена с солями, щелочами: 3. С галогеналканами Первичный амин + галогеналкан = соль вторичного амина Вторичный амин + галогеналкан = соль третичного амина 4. С бромной водой (анилин) – качественная 5. С азотистой кислотой – качественная на тип амина Первичные амины с выделением азота: Вторичные амины образуют вещества жёлтого цвета (нитрозосоединения): Третичные амины: не реагируют 6. Горение Получение 1. Алкилирование аммиака (t) и аминов 2. Аммонолиз спиртов 3. Восстановление нитросоединений 4. Щелочной гидролиз солей аминов Аминокислоты Химические свойства 1. Вступают в реакции карбоновых кислот: с металлами, оксидами, гидроксидами, солями, спиртами, образует производные карбоновых кислот 2. Основные свойства: реагируют с кислотами, как амины Также могут реагировать с галогеналканами и азотистой кислотой 3. Внутримолекулярная нейтрализация (образуется биполярный или цвиттер-ион) 4. Декарбоксилирование (при нагреве или с щелочами) 5. Поликонденсация до ди-/полипептидов и белков 6. Горение Получение 1. Гидролиз белков и пептидов 2. Введение аминогруппы в карбоновую кислоту 3. Восстановление нитрозамещённых кислот Белки Химические свойства 1. Гидролиз – разрушение первичной структуры в щелочной/кислой среде 2. Денатурация – разрушение вторичной/третичной структуры 3. Качественные реакции а) биуретовая реакция – на пептидную связь б) ксантопротеиновая – на остатки ароматических аминокислот в) цистеиновая – на остатки аминокислот с серой
