Materiał powtórzeniowy do sprawdzianu - halogenowęglowodory + przykładowe zadania z rozwiązaniami

Transkrypt

1 Materiał powtórzeniowy do sprawdzianu - halogenowęglowodory + przykładowe zadania z rozwiązaniami I. Otrzymywanie halogenowęglowodorów 1. Reakcje halogenacji (substytucji rodnikowej halogenów (Cl, ) na alkanach) pod wpływem uv lub T, rekcje przebiegają zgodnie z regułą Zajcewa, wieloetapowo i współbieżnie uv Ogólne równanie reakcji : C n H 2n+2 + X 2 C n H 2n+1 - X + HX Przykład : (2-bromo-2-metylobutan) - CH 2 - C - produkty główny (2-bromo-3-metylobutan) uv - CH- CH - produkt 2 co do ilości - CH 2 - CH H (1-bromo-2-metylobutan) - CH 2 - CH - CH 2 produkt 3 co do ilości (1-bromo-3-metylobutan) CH 2 - CH 2 - CH - produkt 3 co do ilości 2. Addycja elektrofilowa halogenów przez alkeny i alkiny (r. samorzutna) Ogólne równanie reakcji: C n H 2n + X 2 C n H 2n X 2 Przykłady: CH 2 = CH - CH Cl 2 CH 2 - CH - CH 2 - (1,2-dichlorobutan) Cl Cl - CH = CH CH - CH - (2,3-dibromobutan) CH C - CH Cl 2 CH = C - CH 2 - (1,2-dichlorobut-2-en) Cl Cl

2 Cl Cl CH C - CH Cl 2 CH - C - CH 2 - (1,1,2,2-tetrachlorobutan) Cl Cl - C C C = C - (2,3-dibromobut-2-en) - C C C - C - (2,2,3,3-tetrabromobutan) 3. Addycja elektrofilowa halogenowodorów prze alkeny i alkiny (r. samorzutna) - addycja heterocząsteczek przebiega zgodnie z regułą Markownikowa Ogólne równanie reakcji: C n H 2n + HX C n H 2n+1 -X Przykłady: CH 2 = CH - CH HCl - CH - CH 2 - (1-chlorobutan) Cl - CH = CH - + H - CH - CH 2 - (2,-bromobutan) - CH 2 - CH = CH - + H - CH 2 - CH - CH 2 - (3-bromopentan) - CH 2 - CH 2 - CH - (2-bromopentan) CH C - + HCl CH 2 = CCl - CH C - + 2HCl - CCl 2 - (2-chloropropen) (2,2-dichloropropan) II. Właściwości halogenowęglowodorów Reaktywność halogenowęglowoodorów wynika z polaryzacji wiązania węgiel - halogen, para elektronowa wiążąca jest silnie przesunięta w kierunku bardziej elektroujemnego atomu halogenu. W efekcie powstaje trwały dipol, którego

3 biegun ujemny znajduje się na atomie halogenu a biegun dodatni na atomie węgla : C δ+ - X δ- Typowymi reakcjami dla halogenoalkanów są reakcje substytucji nukleofilowej, w których czynnikiem atakującym jest anion lub ujemny biegun spolaryzowanej cząsteczki substratu Podstawienie nukleofilowe przy tetraedrycznym at. C na sp3 polega na ataku cząsteczki nukleofilowego odczynnika na układ, w którym wystepuje at. C o ładunku dodatnim Nukleofilowymi odczynnikami mogą być aniony (Cl -, OH -, NH - 2 ) lub spolaryzowane cząsteczki zawierające ujemnie naładowany nukleofilowy atom, dysponujący wolną parą elektronową, za pomocą którą wiąże się z at. C, przy którym następuje podstawienie (H - OH, NH 3 ) 1. Reakcje substytucji: Reakcja z wodą - hydroliza halogenoalkanów: - CH 2 - Cl + H - OH - CH 2 - OH + HCl (etanol) - + H - OH - OH + H (metanol) Reakcja z wodnymi roztworami zasad: - CH 2 - CH 2 - Cl + NaOH (aq) - CH 2 - CH 2 - OH + NaCl (propan-1-ol) - CH - + KOH (aq) - CH - + K OH (propan-2-ol) 2. Reakcje eliminacji (dehalogenacji) Reakcja alkoholowym roztworem mocnej zasady: - CH 2 - CH 2 - Cl + KOH (etanol) - CH = CH 2 + KCl + H 2 O (propen) - CH 2 - CH - CH 2 - CH NaOH (etanol) - CH = CH - CH 2 - CH Na + H 2 O (heks-2-en) - CH 2 - CH = CH - CH Na + H 2 O (heks-3-en) Reakcja z aktywnymi metalami np. Zn z di lub tetrahalogenoalkanach, jeżeli podstawniki X znajdują się na sąsiednich atomach węgla, ogólny równanie reakcji: C n H 2n -X 2 + Zn C n H 2n + ZnX 2 (powstają alkeny) lub C n H 2n-2 -X 4 + 2Zn C n H 2n-2 + 2ZnX 2 (powstają alkiny) - CHCl - CH 2 Cl + Zn - CH = CH 2 + ZnCl 2 (propen) - C 2 - C Zn - C CH - + 2Zn 2 (but-2-yn)

4 Jeżeli podstawniki znajdują się na węglach niesąsiadujących, to produktami reakcji są cyklowęglowodory (np. cykloalkany) H 2 C - CH 2 CH 2 Cl - CH 2 - CH 2 - CH 2 Cl + Zn H 2 C - CH 2 + ZnCl 2 (cyklobutan) H 2 C - CH - - CH - CH 2 - CH 2 - CH Zn H 2 C - CH 2 + Zn 2 (metylocyklobutan) 3. Reakcje Wűrtza: reakcja halogenoalkanów z sodem, reakcja przebiega wg ogólnego równania: R 1 - X + X - R 2 +2Na R 1 - R 2 + 2NaX, w zależności od substratów produktami reakcji mogą być alkany o dłuższych łańcuchach lub o łańcuchach rozgałęzionych (alkilowanie) Wydłużanie łańcuchów alkanów - CH 2 - Cl + 2Na + Cl - - CH NaCl (propan) Rozgałęzianie (alkilowanie) łańcuchów alkanów) - CH - + 2Na CH - + 2Na (metylopropan) 4. Alkilowanie benzenu Reakcja Friedla-Craftsa (AlX 3 ) (substytucja elektrofilowa) AlCl 3 - H + Cl HCl (metylobenzen) Reakcja Wűrtza - Fittiga (reakcja analogiczna dla reakcji Wűrtza węglowowodorów alifatycznych) - + 2Na + - CH CH Na (etylobenzen)

5 III. Przykładowe zadania z rozwiązaniami 1. W mieszaninie reakcyjnej znajdują się następujące substraty: bromometan, 2-bromopropan i sód. Zapisz równania reakcji wiedząc, że mogą powstać trzy różne produkty oprócz bromku sodu, produktom nadaj nazwy systematyczne. Rozwiązanie : Na - + 2Na (etan) - produkt I, - CH Na - CH( ) - + 2Na (2-metlopropan) II produkt - CH - + 2Na + - CH - - CH - + 2Na - CH - (2,3-dimetylobutan) produkt III 2. Dobierz substraty i zapisz równania reakcji umożliwiające otrzymanie w reakcji Wűrtza następujących związków: a) butanu b) pentanu c) 3-metylopentanu d) metylocyklopentan Rozwiązanie a) -Cl + 2Na + Cl - CH 2 - CH CH 2 - CH NaCl lub - CH 2 - Cl + 2Na + Cl - CH CH 2 - CH NaCl b) - + 2Na + - CH 2 - CH 2 - CH CH 2 - CH 2 - CH Na lub - CH 2 - Cl + 2Na + Cl - CH 2 - CH CH 2 - CH NaCl c) - CH 2 - CH - CH Na + - 2Na CH 2 - CH( ) - CH 2 - d) - Cl + 2Na + Cl NaCl 3. Stosując wzory grupowe, zapisz równania reakcji przedstawione na poniższym schemacie dobierając ewentualnie drugi substrat i warunki reakcji I II III IV metan etyn eten chloroetan etanol Rozwiązanie 1500 o C I. 2CH 4 CH CH + 3H 2 (piroliza metanu) Pt II. CH CH + H 2 CH 2 = CH 2 III. CH 2 = CH 2 + HCl - CH 2 - Cl H 2 O IV. - CH 2 - Cl + NaOH - CH 2 - OH + NaCl lub - CH 2 - Cl + H - OH - CH 2 - OH + HCl

6 4. Stosując wzory grupowe, zapisz równania reakcji przedstawione na poniższym schemacie dobierając ewentualnie drugi substrat i warunki reakcji: I II III I V V VI węglik glinu metan bromometan etan chloroetan eten polietylen Rozwiązanie: I. Al 4 C HCl 3CH 4 + 4AlCl 3 uv II. CH H III Na - + 2Na uv IV. - + Cl 2 - CH 2 - Cl + HCl C 2 H 5 OH V. - CH 2 - Cl + NaOH CH 2 = CH 2 + NaCl + H 2 O T/p/kat VI. n CH 2 = CH 2 -(CH 2 - CH 2 )- n 5. Stosując wzory grupowe, zapisz równania reakcji przedstawione na poniższym schemacie dobierając ewentualnie drugi substrat i warunki reakcji: I II III węglik wapnia etyn chloroetan polichlorek winylu Rozwiązanie: I. CaC 2 + 2H 2 O CH CH + Ca(OH) 2 II. CH CH + HCl CH 2 = CH-Cl T/p/kat III. n CH 2 = CH -(CH 2 - CH)- n Cl Cl 6. Stosując wzory grupowe, zapisz równania reakcji przedstawione na poniższym schemacie dobierając ewentualnie drugi substrat i warunki reakcji: I II IV V etyn benzen chlorobenzen fenyloeten (styren) polistyren III chloroeten Rozwiązanie: T/p/kat I. 3CH CH C 6 H 6 FeCl 3 II. C 6 H 6 + Cl 2 C 6 H 5 -Cl + HCl III. CH CH + HCl CH 2 = CHCl IV. C 6 H 5 -Cl + 2Na + CH 2 = CHCl CH 2 = CH + 2NaCl T/p/kat C 6 H 5 V. n CH 2 = CH - (CH 2 - CH)- n C 6 H 5 C 6 H 5