Роль кучерова и марковникова в изучении свойств непредельных углеводородов сообщение

Обновлено: 30.06.2024

Непредельные углеводороды

Непредельные углеводороды - это углеводороды, содержащие кратные связи в углеродном скелете молекулы.

Кратными называются двойные и тройные связи.

К непредельным углеводородам относятся алкены, алкины, алкадиены и другие углеводороды с кратными связями в молекуле.

Алк ен ы

Алк ин ы

Алка диен ы

Общая формула

Одна двойная ( - и -) связь

Одна тройная ( - и две -) связи

Две двойные связи

Примеры гомологов

Виды изомерии

– изомерия углеродного скелета,

– изомерия положения кратной связи.

· Пространственная (геометрическая или цис-транс ; для алкенов и алкадиенов).

· Межклассовая (например: алкены и циклоалканы, или алкины и алкадиены).

Пример 1. Изомеры состава C₄H₈:

транс -бутен-2

цис -бутен-2

Вещества 1 и 2, а также 4 и 5 – изомеры углеродного скелета; вещества 1 и 3 – изомеры положения двойной связи; вещества 3а и 3б – пространственные изомеры; вещества 1, 2 ,3 с одной стороны и вещества 4 и 5 с другой стороны – межклассовые изомеры.

Пример 2. Некоторые изомеры состава C₅H₈:

Вещества 1 и 3, а также 5 и 7 – изомеры углеродного скелета; вещества 1 и 2 – изомеры положения тройной связи; вещества 4, 5 и 6 – изомеры положения двойных связей; вещества 1, 2 и 3 с одной стороны и вещества 4, 5, 6 и 7 с другой стороны – межклассовые изомеры.

Для алкенов цис-транс изомеры есть только в том случае, если каждый из двух атомов углерода, связанных двойной связью, имеет два разных заместителя, но при этом два из этих четырех заместителей одинаковы.

Алкены – это непредельные углеводороды, в молекулах которых есть одна двойная связь между атомами углерода

Физические свойства алкенов

Низшие алкены - газы, почти без запаха. С увеличением молекулярной массы температура кипения возрастает. Температура кипения неразветвленных алкенов больше температуры кипения разветвленных изомеров, температура кипения цис- изомеров больше температуры кипения транс- изомеров. Малорастворимы в воде Плотность жидких алкенов меньше 1 г/см 3 .

Химические свойства алкенов

Алкены значительно более активны, чем алканы, из-за наличия в молекулах не очень прочных π -связей.

Еще один интересный факт, связанный с правилом, — в большинстве учебников по органической химии, изданных для школы и вуза, приводятся не вполне корректные формулировки правила Марковникова. Если говорить точнее — в школьных учебниках приводят самый первый вывод Марковникова, по сути ставший фундаментом для правила; вузовская же формулировка приписывает Марковникову знания, ставшие доступными химикам уже во второй половине ХХ века. Попробуем разобраться, почему так произошло.

Первые шаги к правилу

В пятнадцатистраничном некрологе о Владимире Васильевиче Марковникове, опубликованном в немецком химическом журнале после смерти ученого 11 февраля 1904 года [1], в качестве научных заслуг упоминаются работы Марковникова по изучению нефти, исследования взаимных превращений циклических соединений, написанное Владимиром Васильевичем руководство по аналитической химии и даже предложенные им методы массовой дезинфекции во время вспышек холеры и тифа. Единственное из достижений Марковникова, не упомянутое в этом некрологе, — то открытие, благодаря которому он вошел в историю науки.

Почему так случилось? Почему это открытие стало ассоциироваться с Марковниковым не ранее 1930-х годов, когда Моррис Хараш, изучая реакции присоединения, определил границы применимости правила? Кто-то может предположить, что причина этому — традиционная беда российских ученых: публикация результатов исследований в российских журналах и на русском языке, из-за чего бо́льшая часть их открытий малодоступна для мировой научной общественности. Но не в случае Марковникова. В период, когда Владимир Васильевич был увлечен структурной химией (1865−1875), он опубликовал около 20 статей на французском и немецком языках. Часть этих статей была переводами материалов исследований, ранее опубликованных на русском языке, часть сразу издавалась на иностранном.

Точная формулировка правила

Правило есть, но им не пользуются

Судьба правила Марковникова оказалась сложнее, чем судьба Периодического закона, сформулированного в тот же год Менделеевым. Химики начали пользоваться детищем Менделеева почти немедленно (точнее говоря — сразу же после подтверждения менделеевских предсказаний в результате открытия галлия, скандия и германия), а о правиле Марковникова в научном сообществе не упоминали почти полвека. Почему?

На этот счет можно предложить много версий. Во-первых, правило могло оказаться незамеченным из-за того, что самая первая его версия была сформулирована даже не в статье про изомасляные кислоты, а в четырехстраничном приложении к этой статье. Во-вторых, уровень развития химии того времени заставлял большинство ученых относиться к обобщенным выводам о реакционной способности органических соединений с осторожностью. Да, в положениях теории Бутлерова, учителя Марковникова, утверждалось о взаимном влиянии атомов и атомных группировок друг на друга, и правило подтверждало этот тезис. Однако в 1870-х годах идея, что реакционная способность атома (или атомной группировки) зависит от его положения в пространстве, воспринималась химиками-органиками весьма неоднозначно, а структурные формулы, предложенные Бутлеровым, пока еще представлялись просто удобным способом записи информации о составе вещества и том, какие изменения происходят с ним во время химической реакции. Причины того, почему бутлеровские постулаты работают, стали понятны в 1930-е годы, с началом разработки теории электронного строения органических соединений, на этот же период и приходится возобновление интереса к реакциям присоединения и правилу Марковникова.

Тем не менее главная причина того, что правило Марковникова игнорировали долгое время, скорее всего, состоит в том, что для подтверждения своего правила как глобального обобщения реакционной способности алкенов по объективным причинам Марковников привел недостаточное количество экспериментальных свидетельств. В 1870-е годы было очень сложно осуществить химическую реакцию в контролируемых условиях и практически невозможно однозначно определить, какой продукт в ней образовался. Было только два метода идентификации веществ: измерение их плотности и (в зависимости от агрегатного состояния вещества) измерение температуры кипения или плавления.

Конечно, говорить о том, что правило Марковникова совсем не было оценено современниками, нельзя. В 1899 году в своем обзоре состояния органической химии Артур Михаэль назвал Марковникова и Адольфа фон Байера лидерами в изучении реакционной способности органических соединений, отметив в том числе и важность правила Марковникова.

Правило Марковникова захватывает органическую химию

В реферативном журнале Американского химического общества Chemical Abstracts, с момента его появления в 1907 году и до 1926 года, в заголовках и рефератах химических статей правило Марковникова не упоминается. С 1927 года в некоторых статьях, посвященных изучению реакций присоединения, появляются отсылки к правилу, однако эти отсылки нельзя назвать массовыми.

По Марковникову или против Марковникова?

Возможно, что во время преподавания органической химии школьникам или студентам будет гораздо честнее и эффективнее сначала упомянуть сформулированное 150 лет Владимиром Васильевичем Марковниковым (или пересмотренное им же спустя некоторое время) правило, а затем, привлекая информацию о стабильности карбокатионов, объяснить, почему и как оно работает.

Марковников Владимир Васильевич [(13) 25 декабря 1837, г. Княгинин Нижегородской губернии — (29 января) 11 февраля 1904, Москва], российский химик-органик, автор исследований в области теории химического строения и химии нефти.

Владимир Васильевич родился в семье поручика В. В. Марковникова. Первоначальное образование получил дома, затем с 10 лет -в Нижегородском Александровском дворянском институте. В 1856 поступил на камеральное отделение юридического факультета Казанского университета. Под влиянием молодого профессора А. М. Бутлерова Марковников решил стать химиком и целыми днями пропадал в лаборатории вместе со своим учителем. По окончании университета (1860) он был оставлен лаборантом, читал лекции, вел практические занятия.

В 1865 он защитил магистерскую диссертацию, в которой впервые показал существование изомерии среди насыщенных (жирных) кислот. Ему впервые удалось синтезировать изомаслянную кислоту (одновременно с Э.Эрленмейером).

Большое значение для молодого ученого имела его командировка за границу (1865), где он работал в лабораториях известных европейских ученых А. Байера и А. Кольбе. Вернувшись в Россию, он стал доцентом на кафедре химии Казанского университета (1867).

Зимой 1867 Марковников принимал участие в I съезде русских естествоиспытателей и врачей. Он стал одним из организаторов Русского химического общества (1868), а также одним из активнейших инициаторов издания химического журнала на русском языке.

Основные труды Марковникова в этот период были посвящены развитию теории химического строения.

Теоретические исследования Марковникова сыграли огромную роль в развитии химии. Им были заложены основополагающие принципы органической химии: взаимное влияние атомов в молекуле органического вещества и зависимость реакционной способности органических молекул от их строения. Исследуя реакции замещения, отщепления, присоединения и изомеризации, он на основе обширного экспериментального материала для каждой из них установил определенные закономерности, которые были названы правилами Марковникова.

Нужна помощь в написании доклада?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Но его профессорская деятельность длилась недолго. В знак протеста против незаконного увольнения П. Ф. Лесгафта Марковников и еще шесть профессоров Казанского университета в конце 1871 подали в отставку. С 1871 по 1873 он занимал должность профессора химии Новороссийского университета (Одесса).

Летом 1873 он начал работу на кафедре химии физико-математического факультета Московского университета. Он активно приступил к перестройке химической лаборатории, очень много времени уделял работе со студентами. Многие из его учеников стали известными учеными: И. А. Каблуков, В. Н. Оглоблин, М. И. Коновалов, А. М. Беркенгейм, Н. М. Кижнер, первая русская женщина-доктор химии Ю. В. Лермонтова и др. Период работы Марковникова в Московском университете был очень плодотворным.

До конца 1870-х годов химикам не были известны другие циклические соединения, кроме ароматических. Марковникову удалось получить неароматические циклические соединения, в 1879 он первым синтезировал циклобутандикарбоновую кислоту. Ему принадлежит открытие перестройки в определенных условиях семичленных колец в шестичленные с переходом седьмого углеродного атома в боковую цепь.

C 1880 Марковников начал исследовать кавказские нефти, систематически изучать их состав и свойства. Он открыл и изучил циклические углеводороды нового класса, названные им нафтенами. Марковников изучил окисление нафтенов, показал, что природные нафтены могут служить удобным исходным сырьем для получения многих производных неароматических углеводородов. Выделив из нефти ароматические углеводороды, он обнаружил их способность давать с углеводородами других классов азеотропные смеси. Он впервые изучил нафтилены (циклены). Марковников впервые получил соединения с семи- и восьмичленными циклами. Доказал существование циклов с числом углеродных атомов от 3 до 8; впервые получил (1889 г.) суберон. За большие заслуги по изучению нефти Марковников был награжден золотой медалью на Парижском нефтяном конгрессе (1900).

Марковников изучал Астраханские соляные озера с целью использования солей в промышленности, исследовал минеральные воды на Кавказе. Во время войны с Турцией (1877) занимался изготовлением и закупкой дезинфицирующих средств для русской армии.

В 1882 Марковников был выдвинут А. М. Бутлеровым на выборы в члены-корреспонденты Академии наук по физико-математическому отделению, но был забаллотирован консервативно настроенной частью академиков.

Он занимал должность профессора в Московском университете до 1893, когда, вследствие его прежних оппозиционных взглядов, ему предложили сдать лабораторию молодому профессору Н. Д. Зелинскому из Одессы.

Марковников хорошо знал нужды отечественной промышленности, боролся за ее развитие, старался каждое открытие довести до промышленного использования.

Нужна помощь в написании доклада?

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Описание презентации по отдельным слайдам:

Химические свойства Активны из-за наличия непрочной π- связи Характерны реакции присоединения Гидрирование( присоединение водорода) СН3-СН=СН2 +Н2→ CH3-CH2-CH3(кат.Ni) пропен пропан Галогенирование( +Hal2 ) СН3-СН=СН2 +Br2 → CH3-CHBr-CH2Br пропен 1,2- дибромпропан качественная реакция Гидрогалогенирование( +HHal) CH2=CH2 + HCl→ CH3 – CH2Cl этен хлорэтан

Присоединение галогенводородов к несимметричным алкенам происходит по правилу В.В. Марковникова Правило Марковникова . При присоединении полярных молекул (НHal, H2O) к несимметричным алкенам атом водорода присоединяется к атому углерода у кратной связи, связанному с большим числом атомов водорода. CH3-CH=CH2 +HBr →CH3-CHBr-CH3 пропен 2-бромпропан Гидратация (+Н2О) происходит по правилу Марковникова СН2=СН2 +Н2О →СН3-СН2ОН (в кислой среде при нагревании) этанол (первичный спирт) СН2=СН-СН2-СН3+Н2О→СН3-СНОН-СН2-СН3 бутен-1 бутанол-2 ( вторичный спирт ) II. Реакция окисления Горение: а) полное ( избыток О2) С2Н4 +3О2 → 2СО2 +2Н2О

б) неполное( недостаток кислорода) C2H4 +2O2→2CO + 2H2O C2H4 + O2→2C +2H2O в)под действием окислителей типа KMnO4, K2Cr2O7 CH2=CH2 + ( O ) + H2O----- CH2 – CH2 l l OH OH . качественная реакция алкилирование (присоединение алканов) кат.AlCl3, AlBr3, HF, H2SO4 CH2=CH2+ CH3-CH2-CH3→-CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 и СH3-CH2-CH-CH3 l пентан CH3 2-метилбутан

Реакция Вагнера. ! Реакцию окисления олефинов водным раствором перманганата калия открыл в 1888 г. русский химик с немецкой фамилией – Егор Егорович Вагнер. С помощью этой качественной реакции Е.Е. Вагнер доказал непредельный характер некоторых природных соединений: терпенов, лимонена, скипидара. С тех пор этот процесс носит имя ученого – реакция Вагнера.

Получение алкенов. 1)Крекинг нефтепродуктов С16Н34 --- С8Н18 + С8Н16( t ) 2) Дегидрирование алканов ( де + гидр + ирование= удалять +водород + + действие) CnH2n+2 → CnH2n + H2 ( t, kat.) Отщепление водорода. 3) Гидрирование алкинов CnH2n-2+ H2 → CnH2n ( kat. Ni, Pt ) 4)Дегидратация спиртов (t, kat:H2SO4, H3PO4, Al2O3, ZnCl2) CH3-CH2OH →CH2=CH2 +H2O (170 , Н2SO4 конц.) При дегидратации спиртов атом водорода отщепляется от атома углерода, связанного с наименьшим числом атомов водорода (правило А.М. Зайцева). .

Правило Зайцева Эта закономерность открыта в 1875 г. выдающимся русским химиком, учеником и тезкой А.М. Бутлерова Александром Михайловичем Зайцевым и носит название правило Зайцева. Реакция дегидратации – полная аналогия реакции дегидрогалогенирования. Де+ гидро +галоген + ирование = удалять + водород+ галоген + (действие). Отщепление галогеноводорода. Дегидратация отщепление воды.

Алкены. Назовите по систематической номенклатуре: СН2=СН-С(СН3)2СН3 а) 3,3 –диметилбутен-2, б) 2-диметилбутен -3, в) 2,2- диметилбутен -3, г) 3,3- диметилбутен-1 Бромэтан может быть превращен в этилен: а) взаимодействием с натрием б)взаимодействием со спиртовым раствором щелочи в) нагреванием с серной кислотой г) взаимодействием с водородом Реакция присоединения воды называется а)гидрирования б) дегидратация в) гидратация г) дегидрирования Какие вещества,названия которых приведены ниже, являются между собой гомологами? а) этен б) 2-метилпропен в) 1,2- дихлорпропен г) 1-хлорпропен Укажите названия алкенов, для которых возможна геометрическая изомерия: а) 1,1-дихлорэтен б) 1,2-дихлорэтен в) винилхлорид г) бутен -2 Укажите значение относительной молекулярной массы для алкена с 6-ю атомами углерода в молекуле: а) 86 б) 84 в) 82 г) 80 Укажите типы реакций, в которые может вступать пропен: а) полимеризации б) гидратации в) гидрирования г ) окисления В отличие от пропана пропен реагирует а) бромом б) бромной водой в) водой г) водородом

Домашнее задание. Цветков Хомченко № 20.1,20.2, 20.6(изомерия и номенклатура),2013,20.14,20.33,20.34. Журин А. Левина Л. с.31 № 52.

В начале ХХ в. в связи с резким подорожанием натурального каучука возникла острая необходимость в разработке доступного и экономичного способа получения диенов. В 1926 г. в Советском Союзе был объявлен конкурс на лучший способ получения синтетического каучука. Сроки и условия конкурса были достаточно жесткими.

Победителем оказалась группа химиков под руководством профессора Военно-медицинской академии г. Ленинграда Сергея Васильевича Лебедева. В качестве сырья использовался этиловый спирт. Этот способ получения бутадиена-1,3 получил название метода Лебедева и долгое время использовался в промышленности.

Эфирными маслами называют нерастворимые в воде маслообразные продукты, которые в отличие от жирных масел полностью испаряются и не оставляют следов на бумаге. Их используют в производстве душистых веществ, для ароматизации косметических средств. Первые рецептуры таких композиций относятся ко временам царя Хаммурапи (2100г. до н.э.) Сквален выделяют из печени акулы.

β-каротин содержит длинную цепочку сопряженных двойных связей. Такие фрагменты называют хромофорными группами. Подобные молекулы окрашивают в желтый цвет лепестки шафрана, в золотой - сладкую кукурузу, в оранжевый - апельсиновый сок, в розовый - мясо лосося. β-каротин содержится в моркови, которая имеет такую характерную окраску. Витамины группы А - производные терпенов. При недостатке витамина А возникает ослабление зрения. Поэтому сырая морковь и морковный сок так полезны для глаз.

Алкадиены 1. Укажите число - связей в молекуле 1,3- бутадиена: а) 8 б) 9 в) 7 г) 5 2.Молярная масса алкадиена равна 82 г/моль. Сколько атомов водорода содержится в молекуле алкадиена? а) 10 б) 12 в) 14 г) 8 3) В молекуле алкадиена 6 атомов углерода. Укажите значение относительной молекулярной массы алкадиена: а) 86 б) 84 в) 82 г) 80 4) Какой продукт преимущественно образуется при взаимодействии 1 моль 1,3- бутадиена с 1 моль брома при комнатной температуре а) 1,4 –дибромбутен-2 б) 1,2 –дибромбутен-1 в) 3,4 –дибромбутен-1 г) 1,2,3,4 – тетрабромбутан 5) Укажите схемы реакций, в которых продуктом может быть 1,3 –бутадиен а) СН3-СН(СН3) – СН2 –СН3 ---- (дегидрирование) б) СН3 –СН2 –СН2 СН3 ---( кат. t) в) 2 СН3 – СН2Cl + 2Na ---- ( t) г) 2С2 Н5ОН ----- (кат,t ) 6) С какими веществами реагирует 1,3 –бутадиен? а) бром б ) водород в ) кислород г ) хлороводород 7) При полном гидрировании бутадиена -1,3 образуется: а) бутен б) бутан в) изопрен г) бутен-2 8) Реакцией Лебедева называется реакция получения: а) 1.3- бутадиена из этилена б) 1,3 –бутадиена из винилхлорида в) 1,3 –бутадиена из бутана г) 1,3 –бутадиена из этанола 9) В результате вулканизации каучука можно получить: а) гуттаперчу б) резину в) эбонит г) фенопласт 10) Укажите формулу элементарного звена бутадиенового каучука: а) СН2=СН-СН=СН2 б) -СН2-СН-СН-СН2- в) -СН2-СН=СН-СН2 г ) -СН2=СН –СН=СН2-

Химические свойства алкинов. Алкины во многих реакциях обладают большей реакционной способностью,чем алкены. Для алкинов,как и для алкенов, характерны реакции присоединения. Так как тройная связь содержит две π-связи, алкины могут вступать в реакции двойного присоединения (присоединять 2 молекулы реагента по тройной связи). Присоединение несимметричных реагентов к несимметричным алкинам происходит по правилу Марковникова.

I.Реакции присоединения: 1.Присоединение водорода (гидрирование) На I ступени образуются алкены, на II cтупени- алканы: С 2 H 2 + Н2 → СН2=СН2 (кат. Pt, Pd, Ni, t=150) CН2=СН2 +Н2→СН3-СН3 Суммарное уравнение: С 2Н 2+2Н2 →СН3-СН3 2.Присоединение галогенов (галогенирование) На I ступени образуются дигалогеналкены, на II- тетрагалогеналканы: С 4Н 6 + Br2→CН Br =С Br -СН2-СН3 бутин -1 ( Н2О) 1,2-дибромбутен-1 СНBr=СBr-СН2-СН3 +Br2---CHBr2-CBr2-CH2-CH3 ( H2O) 1,1,2,2-тетрабромбутан Реакция алкинов с бромной водой – качественная реакция на алкины. Бромная вода обесцвечивается.

3.Присоединение галогеноводородов (гидрогалогенирование) На I ступени образуются моногалогеналкены, на II –дигалогеналканы: С 2Н 2 + НCl →CH2=CHCl+HCl→CH3-CHCl2 хлорэтен 1,1-дихлорэтан (Cu, Hg ) 4.Присоединение воды (гидратация) Происходит по правилу Марковникова. Ацетилен образует альдегид, его гомологи –кетоны (реакция М.Г. Кучерова): С 2Н2 + НОН→ СН3-СОН кат.Hg этаналь С 3Н4 + НОН→ СН3-С-СН3 О пропанон (ацетон)

Реакция с KMnO4 является качественной реакцией на алкины. Раствор KMnO4 обесцвечивается.

Кислотные свойства ацетиленовых углеводородов. Атом водорода в ацетилене и его гомологах, содержащих тройную связь на конце молекулы, довольно подвижен. Он может замещаться на металл, связанный с органическим остатком ионной связью. Продукты замещения можно отнести к классу солей, они называются ацетиленидами. С 2Н2 + 2 Na--- C 2Na2 + H2 ( в присутствии NH3) Реакция получения ацетиленидов серебра и меди (I) позволяет отличить алкины с концевой тройной связью от алканов, алкенов и алкинов с тройной связью в середине углеродной цепи. С 2Н 2+ Ag2O --- C 2Ag 2 + H2O (хлопья серого осадка) Во влажном состоянии ацетиленид серебра безопасен, а при высыхании сильно взрывается от удара или поджигания.

. В 1955г. Д. Натта с сотрудниками синтезировал полиацетилен, представлявший собой смесь цис-, трансизомеров: цис-полиацетилен, красного цвета, менее устойчив, транс- полиацетилен, синего цвета, более устойчив. Полиацетилен открыл новую эру токопроводящих полимеров. В 1976г. в лаборатории японского ученого Хидэки Сиракавы было сделано удивительное открытие. Если пленку из этого материала обработать иодом, получается золотистое покрытие с металлическим блеском, которое проводит электрический ток в миллиард раз лучше, чем сам полиацетилен! Эти материалы используются в сотнях электронных и звуковоспроизводящих устройств.

Применение ацетилена СвойствоУравнениеПрименение 1. горение2C2H2 + 5O2 4CO2 + 2H2O + Q t ДО 3000 САвтогенная сварка и резка металлов 2. галогениро-ваниеC2H2 + 2Cl2 CHCl2 - CHCl2Растворители, получение других производных 3. гидрогало-генированиеC2H2 + HCI CH2=CHCI nCH2=CHCI ( -CH2-CHCI-)n Для производства поливинилхлорида (кожзаменитель и т.п) 4. гидратацияC2H2 + H2OПолучение уксусного альдегида, уксксной кислоты ( лаки, лекарства и др.) 5. замещениеC2H2 +2AgNO3+2NH4OH AgCΞCAg +2NH4NO3 +2H2OАцетилениды – взрывчатые вещества.

Список литературы 1. Настольная книга учителя Химия 9 класс О.С. Габриелян, И.Г. Остроумов 2. Настольная книга учителя Химия 10 класс О.С. Габриелян, И.Г. Остроумов 3. Теория химического строения. Углеводороды. Рабочая тетрадь. А. Журин, Л. Левина. 4. Химия внутри нас Введение в бионеорганическую и биоорганическую химию А.С. Егоров, Н.М. Иванченко, К.П. Шацкая. 5. Химия Пособие для школьников старших классов и поступающих в вузы. О.С. Габриелян, И.Г. Остроумов 6. Репетитор по химии под редакцией А.С. Егорова

Читайте также: