Получение алканов, алкенов, алкинов. Крекинг 2-метилбутила. Реакция Кольбе
Задание 7.
1. Назовите полученные алканы в следующих реакциях:
2. Какие соединения образуются при крекинге 2-метилбутила?
3. Назовите полученные соединения в следующих реакциях:
4. Закончите уравнения реакций 2-метилбутена-1 с бромной водой и бромоводородом:
Решение:
1. Реакция Вюрца
а) Реакция Вюрца - химическая реакция, позволяющая получать простейшие органические соединения – предельные углеводороды. Данная реакция заключается в конденсации алкилгалогенидов под действием металлического Na, Li или реже K:
В результате взаимодействия хлористого этила с 2-метил-2-хлорпропаном в присутствии металлического натрия образуется смесь глеводородов, состоящая из нормального бутана, 2,2-диметилбутана и 2,2,3,3-тетраметилбутана.
а) Реакция Кольбе - электролиз растворов солей карбоновых кислот.
На катоде идет процесс восстановления: 2Н2О + 2
⇔ H2 + 2OH–. При этом у катода будет выделяться газообразный водород и щелочь - КОН.
На аноде идет процесс окисления:
2СН3–С(СН3)2–СОО– - ⇔ 2СН3–С(СН3)2–СОО. (радикал);
2СН3–С(СН3)2–СОО. ⇔ 2СН3–С(СН3)2. + 2СО2;
2СН3–С(СН3)2.⇔ СН3–С(СН3)2–С(СН3)2–СН3.
Таким образом при электролизе Кольбе у катода выделяется водород и образуется щелочной раствор, а у анода - углекислый газ и скапливается 2,2,3,3-тетраметилбутан.
Данная реакция используется для получения насыщенных углеводородов в результате электролиза водных растворов натриевых или калиевых солей карбоновых кислот.
2. Крекинг 2-метилбутила.
Установлено, что при пиролизе алканов происходит расщепление углерод-углеродных связей с образованием алкильных радикалов. Разрыв связей С-С происходит гомолитически с образованием свободных радикалов. Свободные радикалы 2-метилбутила очень активны за счет неспаренного электрона на внешней электронной оболочке, поэтому они могут вступать в реакцию димеризации (соединение одинаковых радикалов), образуя 3,6-диметилоктан.
Схема димеризации 2-метилбутила:
Может происходить и образование 2-метилбутана и 2-метилбутена-1. Это происходит тогда когда один из радикалов 2-метилбутила отщепляет атомарный водород Н. от другого и превращается в алкан (2-метилбутан). Другой же радикал, став двухвалентным, превращается в алкен (2-метилбутен-1) за счет образования пи-связи при спаривании двух электронов у соседних атомов углерода. Перенос атома (Н) от одного радикала к другому называентся диспропорционированием. Диспропорционирование, как правило, более медленный процесс, чем рекомбинация. Обе реакции экзотермичны и нередко идут одновременно.
Схема реакции диспропорционирования 2-метилбутила:
Радикал 2-метилбутил подвергается также ?-распаду с разрывом углерод-углеродной связи преимущественно у третичного атома углерода:
Атом водорода, образующийся в результате процесса ?-распада 2-метилбутила, соединяется с другим радикалом 2-метилбутила, пополняя увеличение содержания в данной крекинговой смеси 2-метилбутана.
Схема реакции 2-метилбутана и атомарного водорода:
Таким образом, при пиролизе 2-метилбутила образуется сложная смесь алканов и алкенов, состоящая из 3,6-диметилоктана, 2-метилбутана, 2-метилбутена-1, пропилена и этилена.
Схема крекинга 2-метилбутила:
3. Дегидратация гликолей (двухатомных спиртов, или алкандиолов):
а) Внутримолекулярная дегидратация 2-метилбутандиола-1,4
1) Получение тетрагидрофуранов
1,4-Диолы и их производные превращаются в присутствии каталитических количеств минеральных кислот (серная кислота) в тетрагидрофуран и его гомологи. Так в присутствии серной кислоты при нагревании 2-метилбутандиол-1,4 превращается в 2-метилтетрагидрофуран:
2) Дегидратация гликолей (двухатомных спиртов, или алкандиолов)
Дегидратация гликолей (двухатомных спиртов, или алкандиолов) протекает в присутствии серной кислоты и при нагревании с образованием диенов:
б) Реакции отщепления галогенов в галогеналканах.
При действии цинка на 1,1,2,2-тетрахлорпропан происходит отрыв всех 4-х атомов хлора с образованием пропина и выделением хлорида цинка:
4. Взаимодействие 2-метилбутена-1 с бромной водой и бромоводородом:
а) Бромирование алкенов
Присоединение галогенов по двойной связи С=С происходит легко при обычных условиях (при комнатной температуре, без катализатора). Взаимодействие алкенов с бромной водой является качественной реакцией на обнаружение присутствия алкенов (бурая жидкость обесцвечивается). Так при прпускании
2-метилбутена-1 через бурый раствор бромной воды образуется 4,3-дибром-2-метилбутан, который при этом обесцвечивает бромную воду:
б) Взаимодействие алкенов с галогеноводородами
Электрофильное присоединение галогенводородов к алкенам происходит по правилу Марковникова (присоединение электрофила происходит к наименее гидрогенизированному атому углерода. Электрофилом является протон Н+ в составе молекулы бромоводорода HBr.
