ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧНЕ ЗАНЯТТЯ №4 (6 год.)
Тема 5. Алкени (етиленові вуглеводні, олефіни). Алкадієни (дієнові вуглеводні, діолефіни). Алкіни (ацетиленові вуглеводні). Малий практикум.
Мета заняття:
Засвоїти:
– будову, класифікацію, номенклатуру, ізомерію, методи добування та хімічні властивості ненасичених вуглеводнів на прикладі алкенів
– будову, класифікацію, номенклатуру, ізомерію, методи добування та хімічні властивості ненасичених вуглеводнів на прикладі алкадієнів та алкінів.
Практичні навички:
Вміти:
– лабораторними методами добувати представники алкенів;
– підтверджувати експериментально хімічні властивості алкенів;
– лабораторними методами добувати представники ненасичених вуглеводнів ряду алкінів;
– виявляти кратні зв’язки у молекулах органічних сполук.
Професійна орієнтація.
Етиленові, дієнові і ацетиленові вуглеводні є проміжними продуктами в синтезі інших класів органічних сполук, полімерів, штучних волокон, каучіків, поверхнево-активних речовин, лікарських засобів (полівініловий спирт, гліцерол, етилхлорид, трихлоретилен тощо). З полімерних матеріалів виготовляють упаковки для лікарських форм.
Ізольовані та спряжені ненасичені зв’язки містяться в молекулах багатьох біологічно активних сполуках (омилювальні та неомилювальні ліпіди), вітаміни, лікарські препарати тощо), що в багатьох випадках і зумовлює їх фізіологічну дію.
Отже, знайомство з хімією ненасичених вуглеводнів є необхідною умовою для засвоєння як поточного програмного матеріалу, так і інших класів органічних та біоорганічних сполук.
Інтегративні зв’язки:
З попередніми і суміжними дисциплінами:
– загальна хімія – електронна конфігурація атома Карбону, його гібридизація та просторова будова.
З наступними дисциплінами:
– біохімія – процеси обміну речовин на молекулярному рівні в нормі та патологічних станах;
– фармакологія – взаємозв’язок між будовою молекул та їх фармакологічною активністю.
Хід заняття:
1. Контроль виконання домашнього завдання.
2. Виконання практичних дослідів.
3. Контроль вхідного рівня знань.
4. Розв’язування навчальних вправ та контроль за їх виконанням.
5. Визначення вихідного рівня знань.
Програма самопідготовки студентів.
Алкени:
1. Будова і номенклатура алкенів. Характеристика кратного зв’язку.
2. Структурна і цис-, транс-ізомерія.
3. Методи добування алкенів.
4. Реакції електрофільного приєднання АЕ, s– і p-комплекси, їх стабільність.
5. Правило Марковникова і його сучасна (електронна) інтерпретація.
6. Реакції окиснення і відновлення.
7. Поняття про високомолекулярні сполуки. Полімеризація алкенів
(іонна, радикальна). Поліетилен. Уявлення про стереорегулярну будову полімерів (поліпропілен).
8. Промислове, біологічне та практичне значення окремих представників.
9. Ідентифікація ненасичених вуглеводнів.
Алкадієни:
1. Типи дієнів. Будова і номенклатура.
2. Способи одержання спряжених дієнів.
3. Хімічні властивості спряжених дієнів: а) особливості реакцій електрофільного приєднання (АЕ) в ряду 1,3-дієнів; б) діє новий синтез (реакція Дільса-Альдера); в) полімеризація 1,3-дієнів.
4. Поняття про високомолекулярні сполуки. Полімеризація бутадієну. Роботи С.В. Лєбєдєва. Синтетичні каучуки (бутадієновий, хлоропреновий). Стереорегулярна будова натурального каучуку і гуттаперчі.
Алкіни:
1. Будова, номенклатура і способи одержання алкінів.
2. Реакції електрофільного приєднання (АЕ): галогенування, гідрогалогенування, гідратації (реакція Кучерова).
3. Реакції заміщення в ряді алкінів. СН-кислотність в ряду алкінів.
4. Окиснення та відновлення алкінів.
5. Димеризація (вінілацетилен) та тримеризація (бензол) ацетилену.
6. Промислове, біологічне та практичне значення окремих представників.
7. Ідентифікація ненасичених вуглеводнів.
О с н о в н і п о н я т т я т е м и
Склад – Будова – Властивості
Алкени Реакція електрофільного приєднання
Правило Марковникова Ефект Хараша
p-Діастереомерія Е,Z-Система
Карбокатіони Галогенування
Гідрогенгалогенування Гідратація
Кислотний каталіз Реакція радикального приєднання
Гідрування Озонування
Епоксидування Гідроксилування
Алкіни Озоноліз
Дієнові вуглеводні Спряжені дієни
Кумульовані дієни Ізольовані дієни
Дієновий синтез Дієнофіли Електроциклічні реакції Реакція Кучерова
СН-кислотні властивості
Домашнє завдання.
1. Дати визначення поняттям:
Реакція Кучерова – це
Навести приклад:
Реакція гідрування – це
Навести приклад:
Реакція гідратації – це
Навести приклад схеми та механізму реакції гідратації 1-бутену. Вказати суть правила Марковникова.
2. Напишіть формули наступних сполук: 3-метилпентин-1; 2,2,5,5-тетраметилгексен-3; 4-етил-2,3,5-триметилгексен-2; 4-трет-бутил-5-етил-2,6,6-триметилгептен-3; 2,3-дихлорбутадієн-1,3; 4-вініл-3-етинілоктадієн-1,7; 6-аліл-7-етиніллекадієн-1,8.
Виділіть серед вказаних сполук алкени, алкадієни, алкіни.
3. Назвіть за міжнародною, раціональною та E, Z-номенклатурами наступні вуглеводні:
4. Напишіть рівняння реакцій ацетилену з реагентами: а) СН3СН2ОН (КОН, 1500С); б) СН3СООН (ZnO, 2000С); в) СН3СН2NH2 (CdO,
5. Визначте будову алкену, алкіну і алкадієну, якщо при їх взаємодії з хлороводнем в еквімолярних співвідношеннях одержують відповідно наступні продукти: 3-метил-2-хлоропентен-1, 3-метил-4-хлоропентен-1 і 3-метил-2-хлоропентан?
6. Вуглеводень складу С5Н8 приєднує дві молекули хлору, реагує з амоніачним розчином аргентум нітрату, при гідратації утворює ізопропілкетон. Встановіть структуру вихідного вуглеводню та наведіть схеми всіх вказаних перетворень.
7. Наришіть рівняння реакцій і назвіть одержані сполуки:
А) 2-метилбутадієн-1,3 + Н2О
Б) гексадієн-2,4
В) 2,3-диметилбутадієн-1,3 + HCl ®
Г) гексадієн-1,4 + Br2
Д) 2-метилбутадієн-1,3 + Н2С=СН-СООСН3
Тестові завдання до теми 5.
1. Реакція гідратації алкінів широко використовується в органічному синтезі (реакція Кучерова). Яка сполука утворюється в реакції гідратації пропіну?
1. 2.
3.
4. 5.
2. У молекулі етинілестрадіолу наявність кінцевого потрійного зв’язку можна виявити за допомогою:
1. KMnO4 2. FeCl3 3. [Ag(NH3)2]OH 4. Br2 (H2O)
5. C6H5NHNH2
3. Закономірність, яка завбачає напрям реакції з алкенами, дістала назву правила Марковникова
1. При взаємодії галогеноводнів з несиметричними алкенами напрям реакції визначається природою галогену.
2. При взаємодії галогеноводнів з несиметричними алкенами атом Гідрогену приєднується за місцем розриву подвійного зв’язку до більш гідрогенізованого атома Карбону.
3. При взаємодії галогеноводнів з несиметричними алкенами атом Гідрогену відщеплюється від менш гідрогенізованого атома Карбону.
4. При взаємодії галогеноводнів з несиметричними алкенами атом Гідрогену відщеплюється від більш гідрогенізованого атома Карбону.
5. При взаємодії галогеноводнів з несиметричними алкенами атом Гідрогену приєднується за місцем розриву подвійного зв’язку до менш гідрогенізованого атома Карбону.
4. Виберіть сполуку, яка є продуктом полімеризації ізопрену:
1. 2.
3. 4.
5.
5. Вкажіть реагенти які дозволяють відрізнити бутин-1 від бутин-2:
1. HBr 2. Cu(NH3)2OH 3. KMnO4 (H2O)
4. Br2 (CCl4) 5. H2O (H2SO4, Hg2+)
6. Яка сполука утворюється в результаті взаємодії 2-метилбутена-2 з бромоводнем:
1. 2.
3. 4.
5.
7. Вкажіть початкову сполуку (А) і кінцевий продукт реакції:
1. етан та вініловий спирт 2. метан та ацетиленід аргентуму
3. метан та етаналь 4. етилен та аміноетин
5. метан та ацетиленід купруму
8. Вкажіть продукт взаємодії пропіну з хлороводнем:
1. 1-хлорпропін 2. 1,2-дихлорпропан 3. 2-хлорпропен
4. 2-хлорпропан 5. 1,1-дихлорпропан
9. Яка з приведених реакцій відбувається відповідно до правила Марковникова:
1. 2.
3.
4.
5.
10. Визначте формулу початкової сполуки по реакції розкладу її озоніду:
1. 2.
3.
4. 5.
11. Вкажіть формулу основного продукту реакції взаємодії бутадієну-1,3 з бромом:
1. 2.
3. 4.
5.
12. Вкажіть назву кінцевого продукту взаємодії етилброміду із спиртовим розчином лугу:
1. етен 2. етанол 3. етин 4. бутан 5. етан
Відповіді: 1) 4; 2) 3; 3) 2; 4) 4; 5) 2; 6) 5; 7) 2; 8) 3; 9) 2; 10) 4; 11) 2; 12) 1.
Практична частина.
Дослід 1. Добування етилену і вивчення його властивостей.
Реактиви: 96%-ний етиловий спирт, концентрована сульфатна кислота, бромна вода, 1%-ний розчин калій перманганату, амоніачний розчин аргентум нітрату, пісок.
Обладнання: пробірка з газовідвідною трубкою, фарфоровий шпатель.
Методика виконання. У суху пробірку наливають 2-3 мл приготовленої суміші, що складається з однієї частини етилового спирту і двох частин концентрованої сульфатної кислоти, на кінчику шпателя Al2O3, кидають маленький кусочок пемзи або біля
Паралельно готують три пробірки: в одну наливають розчину бромної води, в другу – 1%-ного розчину калій перманганату, в третю – амоніачного розчину аргентум нітрату.
Нагрійте пробірку із сумішшю спочатку повільно, потім сильніше. Стежать за тим, щоб реакційну суміш, яка піниться, не перекинуло в газовідвідну трубку. Спостерігають за виділенням газу і почорнінням реакційної суміші. Реакція утворення етилену відбувається за рівннням реакції:
Підпаліть газ, що виділяється. Зазначте колір полум’я. У полум’я внесіть фарфоровий шпатель. Що спостерігаєте? Про що це свідчить?
Напишіть рівння реакції горіння етилену:
Відставте тимчасово пальник до припинення горіння газу.
Знову нагрійте пробірку з сумішшю та занурте газовідвідну трубку в пробірку з бромною водою. Потім аналогічно занурте газовідвідну трубку в другу та третю пробірки Що спостерігаєте в кожній пробірці?
Написати рівняння реакції взаємодії етилену з бромною водою та калій перманганатом:
Наведіть механізм реакції бромування етилену.
Дослід 2. Добування ацетилену і вивчення його властивостей
Реактиви: кальцій карбід (у кусочках), розчин бромної води, 1%-ний розчин калій перманганату, амоніачний розчин аргентум нітрату, розчин хлоридної кислоти.
Обладнання: пробірка з газовідвідною трубкою.
(Дослід проводять під витяжною шафою.)
Методика виконання. У суху пробірку поміщають 2-3 невеликих кусочки кальцій карбіду і закріплюють її в штативі вертикально.
Паралельно готують три пробірки: в одну наливають розчину бромної води, в другу – 1%-ного розчину калій перманганату, в третю – амоніачного розчину аргентум нітрату.
Наливають розчину сульфатної кислоти (1:3) об’ємом до 3 мл. При повільному виділенні газу суміш можна злегка підігріти. Ацетилен утворюється згідно рівняння:
Підпаліть газ, що виділяється. Зазначте колір полум’я. У полум’я внесіть фарфоровий шпатель. Що спостерігаєте? Про що це свідчить?
Напишіть рівння реакції горіння ацетилену:
Загасіть полум’я. В подальшому занурте газовідвідну трубку в пробірку з бромною водою. Потім аналогічно занурте газовідвідну трубку в другу та третю пробірки Що спостерігаєте в кожній пробірці?
Під час роботи з аргентум ацетиленідами потрібно дотримуватись правил техніки безпеки. У сухому стані в процесі слабкого нагрівання або в разі удару вони вибухають з великою силою. Тому не можна отримувати ці ацетиленіди у великій кількості і повністю їх висушувати. Особливо небезпечним у сухому стаді є аргентум ацетиленід. Утворений аргентум ацетиленід руйнують дією хлоридної кислоти.
Написати рівння реакції взаємодії ацетилену з бромною водою, калій перманганатом та амоніачним розчином аргентум нітрату:
Які властивості проявляє ацетилен у процесі утворення ацетиленідів?
Контрольні запитання:
1. Порівняти реакційну здатність алканів, алкенів і алкінів. Порівняти швидкість взаємодії етилену і ацетилену з бромною водою, калій перманганатом та амоніачним розчином аргентум нітрату. Дати пояснення.
2. Порівняти характер полум’я метану, етилену і ацетилену. Чим це пояснюється? Розрахувати масові частки карбону і гідрогену в етилені і ацетилені.
3. З якою метою використовують взаємодію вуглеводнів з розчинами бромної води, калій перманганату, амоніачним розчином аргентум нітрату або купрум (І) хлориду.
4. Якими реакціями модна відрізнити пропен і пропін? Написати рівняння відповідної реакції.
Студент повинен знати:
– будову, класифікацію, номенклатуру, ізомерію, методи добування та хімічні властивості алкенів, алкадієнів та алкінів.
Студент повинен вміти:
– одержувати в лабораторних умовах етилен та ацетилен;
– проводити реакції, що характеризують хімічні властивості алкенів та алкінів.
Список рекомендованої літератури:
Основна:
1. Черних В.П., Зіменковський Б.С., Гриценко І.С. Органічна хімія /За заг. ред. В.П. Черних. – 2-ге вид., випр. і доп. – X: Вид-во НФаУ; Оригінал, 2008. – 752 с.
2. Ю.О. Ластухін, С.А. Воронов. Органічна хімія. – Львів “Центр Європи”, 2006. – 864 с. 3. В.П.Черних, I.С.Гриценко, М.О.Лозинський, З.І.Коваленко Загальний практикум з органічної хімії: Навч. посіб. для студ. ВНЗ III -IV рівнів акредитації /Під загальн. ред. В.П.Черних. – X.: Вид-во НФаУ; Золоті сторінки, 2003. – 592 с.
4. В.Л. Белобородов, С.Е. Зурабян, А.П.Лузин, Н.А. Тюкавкина. Органическая химия. – Москва «Дрофа», 2003. – 639 с.
5. Н.Н. Артемьева, В.Л. Белобородов, С.Е. Зурабян, А.А.Кост, А.П.Лузин, В.Е. Ручкин, И.А.Селиванова, Н.А. Тюкавкина Руководство к лабораторным занятиям по органической химии. – Москва «Дрофа», 2002. – 384 с.
6. Матеріали підготовки до лекцій та тексти лекцій http://intranet.tdmu.edu.ua/data/kafedra/internal/index.php?&path=pharma_2/classes_stud/uk/pharm/prov_pharm/ptn/%CE%F0%E3%E0%ED%B3%F7%ED%E0%20%F5%B3%EC%B3%FF/2%20%EA%F3%F0%F1/
Додаткова:
1. Березин Б. Д. Курс современной органической химии. – М.: Высшая школа, 2003.–768 с.
2. Робертс Дж., Касерио М. Основы органической химии: В 2 кн. /Пер. с англ. /Под ред. А.Н. Несмеянова. – М.: Мир. 1968.
3. Марч Дж. Органическая химия: В 4 т. – М.: Мир, 1987,
4. Гауптман З., Грефе Ю., Ремане Х. Органическая химия. – М.: Химия, 1979. – 832 с.
5. Шабаров Ю.С. Органическая химия: В 2 кн. – М.: Химия, 1996. – 847 с.
6. Физер Л., Физер М. Органическая химия: В 2 кн. – М.: Химия, 1969.
7. Найдан В.М. Органічна хімія (Малий лабораторний практикум). – Київ, 1994. – 336 с.
8. Некрасов В.В. Руководство к малому практикуму по органической химии. – М.: Химия, 1964.
9. Голодников Г.В., Мандельштам Т.В. Практикум по органическому синтезу. – Издательство ЛГУ имени А.А. Жданова, 1976.
Методичну вказівку склали: к. х. н., доц. Г.Я. Загричук
к.х.н. А.Є.Демид
Затверджено на засіданні кафедри
“___” ___________ 200__ р. Протокол № _____
Переглянуто на засіданні кафедри
“___” ___________ 200__ р. Протокол № _____