[ «АЛИФАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ Учебное пособие 2009 Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Саратовский государственный технический университет В.В. Чадина, Т.В. Аниськова ...»
Заметный успех достигнут в разработке научных основ создания экологически чистых биодеградируемых полимерных материалов Институтом биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук, исследования проводятся в отделе биологической и химической физики полимеров. На базе института разработаны высококачественные материалы, обладающие необходимыми эксплуатационными свойствами и способностью биоразлагаться в естественных условиях. Разрабатываются композиционные материалы на основе синтетических и биоразлагаемых природных полимеров (рис. 16).
Рис. 16. Фотографии образцов СЭВА 28 – кукурузный крахмал (10%) после воздействия микромицетов Trichoderma viride Pers Следует отметить, что производство и потребление биоразлагаемых упаковочных материалов не решит кардинально всех проблем охраны среды обитания от использованной и изношенной полимерной упаковки и тары. Необходимо учитывать ряд факторов, а именно:
- трудность регулирования скорости распада на свалках под воздействием факторов окружающей среды;
- довольно высокая стоимость вводимых добавок;
- технологические трудности производства;
- экологические трудности, которые связаны с тем, что, по данным некоторых исследований, не снижается опасность отрицательного воздействия материалов и продуктов их распада на природу и животных;
- безвозвратная потеря ценных сырьевых и топливноэнергетических ресурсов, которые при правильном и грамотном решении могли бы приносить достаточно высокую прибыль народному хозяйству.
Несмотря на множество нерешенных проблем, перспективы роста потребления биоразлагаемых полимеров улучшаются. Сформировалась рыночная ниша, появились рентабельные предприятия, свойства новых биополимеров стали приближаться к характеристикам традиционных полимерных материалов — полистиролу, полипропилену и т.д.
Практически все крупные в области производства полимерной продукции фирмы предложили свой ассортимент биоразлагаемых материалов.
Сейчас в мире доступными считаются более 30 различных биополимеров, которые находят широкое применение не только на рынке упаковки, но и в текстильной промышленности, сельском хозяйстве, медицине, строительстве.
1. Назовите соединения по рациональной номенклатуре:
2. Назовите соединения по номенклатуре ИЮПАК:
CH3 CH2 CH CH2 CH CH2 CH2 CH2 CH 3. Напишите все изомеры состава С 5 Н 1 2 и С 6 Н 1 4 и назовите их по рациональной номенклатуре и номенклатуре ИЮПАК.
4. К каким классам относятся соединения следующего состава: С 5 Н 1 0, С 4 Н 6, С 6 Н 1 4, С 2 Н 2, С 3 Н 6, С 1 0 Н 2 2.
5. Изобразите структурные формулы алканов по названию соединений, в соответствии с какой номенклатурой произведены эти названия:
А) тетраметилметан Б) метилизопропилвторбутилметан В) 2,2,4-триметилоктан Г) диэтилизопропилметан Д) 3-метил-4-этилгексан Е) триметилтретбутилметан Ж) 3-изопропил-3-метилгептан З) 2,3,3,4-тетраметилнонан Соединения, названные по рациональной номенклатуре, назовите по номенклатуре ИЮПАК.
6. Получите всеми возможными способами 2,3диметилбутан, гексан.
7. Можно ли получить по способу Вюрца диметилэтилметан?
Если да, то каким образом?
8. Сколько продуктов получится при взаимодействии смеси хлористого изопропила и хлористого этила в присутствии металлического натрия?
9. Получите всеми возможными способами 2-метилпентан.
Можно ли получить этот углеводород с помощью электролиза соли соответствующей карбоновой кислоты?
В каких условиях протекают следующие реакции:
10. Какие продукты образуются при жидкофазном и парофазном нитровании 2-метилпропана, 2,4-диметилпентана?
11. Какие продукты получатся при бромировании и хлорир овании диметилэтилметана? Каков приблизительный выход пр одуктов?
12. Какие соединения можно получить путем следующи х превращений:
13. Напишите структурную формулу углеводорода С 6 Н 1 4, образующего при бромировании только два монобромпроизводных.
14. Каково строение углеводорода С 8 Н 1 8, если он может быть получен по методу Вюрца из первичного галогеналкила в качестве единственного продукта?
15. Какую структурную формулу будет иметь симметричный алкан состава С 6 Н 1 4, если при нитровании его по способу Кон овалова в качестве продукта образуется третичное нитросоединение?
16. Какое строение имеет карбоновая кислота, если после ее сплавления с NaOH образуется тетраметилметан?
17. Напишите структурные формулы всех изомерных алкенов, при гидрировании которых получается 2-метилбутан, 2,2диметилбутан.
18. Сколько и какие алкены могут образоваться при термолизе 3-метилпентана?
19. Осуществите цепочки превращений:
20. Получите из метана октан, используя только неорганические реагенты.
21. Осуществите следующие превращения:
22. Вещество С4Н9Br при нагревании с металлическим натрием образует 3,4-диметилгексан. Каково строение исходного соединения?
1. Назовите предложенные соединения по рациональной номенклатуре и номенклатуре ИЮПАК 2. Изобразите структурные формулы алкенов по названию соединений, в соответствии с какой номенклатурой произведены эти названия:
А) изопропилэтилен Б) симм-дитретбутилэтилен В) пентен- Г) 2,2-диметилгептен- Д) тетраэтилэтилен Е) несим-метилизобутилэтилен Ж) 3,4-диметилгексен- З) 5,6,7-триметилоктен Соединения, названные по рациональной номенклатуре, назовите по ИЮПАК.
3. Напишите структурные формулы всех изомерных алкенов состава С4Н8, С5Н10. назовите их по рациональной номенклатуре и номенклатуре ИЮПАК.
4. Напишите проекционные формулы цис- и транс-изомеров для следующих соединений, назовите их :
А) бутен- В) 3,4-диметилгексен- 5. Назовите следующие соединения в соответствии с цис-трансизомерией:
6. Назовите следующие соединения в соответствии с Е, Z-изомерией:
7. Напишите реакции получения бутена-2, 2-метилпентена-2 всеми известными способами.
8. Получите соответствующие алкены из:
А) 1-бромбутана Б) 2-хлор-2-метилбутана В) бутанола- Г) пентанола- Назовите полученные соединения по номенклатуре ИЮПАК.
9. Напишите структурные формулы всех алкенов, образующих при гидрировании 3,4-диметилгексан.
10. Сравните характер взаимодействия с бромом следующих соединений: 2-метилбутан и 2-метилбутен- 11. Осуществите превращения:
12. Напишите структурную формулу соединения С 5 Н 1 0, при озонолизе которого получается смесь ацетона и уксусного ал ьдегида.
13. Изобразите структурную формулу алкена состава С 8 Н 1 6, если известно, что при его озонолизе в качестве единственного продукта получается изомасляный альдегид.
14. Какие продукты получаются при озонолизе:
А) 2,4-диметилпентена- Б) симм-диэтилэтилена В) симм-пропилизопропилэтилена Г) 3,4-диметилгексена- Д) несимм-диметилэтилена Е) 2,5-диметилгексена- 15. Напишите схемы полимеризации 2,3 -диметилбутена-2, гексена-3, пентена-2.
16. Осуществите окисление бутена-2 всеми возможными способами.
17. При помощи каких реакций можно различить следующие изомерные соединения: 2-метилпентен-2 и 3-метилпентен-2?
18. Соединение С 5 Н 1 1 Br при дегидробромировании и последующем озонолизе дает смесь формальдегида и изомасляного альдегида. Какова структура исходного вещества?
19. Соединение С 4 Н 9 Сl при дегидрохлорировании и последующем озонолизе дает в качестве единственного продукта уксусный альдегид. Какова структура исходного вещества?
1. Напишите структурные формулы всех диеновых углеводородов состава С 5 Н 8. Назовите их по номенклатуре ИЮПАК. К какому типу диенов относится каждый из них?
2. Назовите по номенклатуре ИЮПАК следующие соединения:
3. Напишите формулы всех диеновых углеводородов, при гидрировании которых получается 2-метилпентан. Назовите и х по номенклатуре ИЮПАК.
4. Изобразите цис-и транс-изомеры бутадиена-1,3.
5. Получите гексадиен-1,5 с помощью реакции Вюрца.
6. Напишите реакции получения диенов из 1,4 -бутандиола;
2,3-диметил-2,3-бутандиола; 3,4-дибром-1-гексена; 1,3-дихлорметилбутана. Укажите условия, назовите продукты реакций.
7. Напишите структурную формулу углеводорода С 5 Н 8, при озонолизе которого образуется диальдегид.
8. Получите 2,5-диметилгексадиен-1,5 всеми возможными способами. Отдельное внимание уделите методу получения с помощью реакции Вюрца.
9. Осуществите цепочки превращений:
10. Осуществите присоединение бромоводорода, пропена, малеинового ангидрида к:
А) 2,3-диметилбутадиену-1, Б) 2-метилгексадиену-1, В) гександиену-2, 11. Осуществите полимеризацию перечисленных диенов: б утадиена-1,3, 2,3-диметилбутадиена-1,3.
12. Запишите структурные формулы продуктов, которые получатся в реакциях Дильса-Альдера:
13. Назовите конечные продукты Z 1 и Z 2 в предложенных цепочках превращений:
14. В каких условиях осуществимы реакции:
Б) метан этан ацетилен пропилацетилен 1,3.5трипропил-бензол?
15. Каково строение мономера, продукт полимеризации которого при озонолизе образует диальдегид янтарной кислоты ?
16. Напишите продукты сополимеризации бутадиена со стиролом, акрилонитрилом.
17. С помощью каких реагентов можно осуществить превращения:
А) хлористый аллил гексадиен-1,3 гексан Б) 2,4-дихлорбутан бутадиен-1,3 циклогексен?
18. Заполните схему превращений СH3 CH CH2 CH 1.Назовите соединения по номенклатуре ИЮПАК. Все ли из представленных соединений можно назвать по рациональной номенклатуре?
CH3 CH CH2 C C CH2 CH CH 2. Напишите структурные формулы соединений:
А) пентин- Б) диизопропилацетилен В) пропилвторбутилацетилен Г) неопентилацетилен Д) 2,5-диметилгексин- Е) 3,3,6,6-тетраметилокин- Ж) 4,5-диметилгексин- З) пентен-2-ин- И) нонатриин-1,4, Определите, согласно какой номенклатуре даны эти названия.
3. Получите из карбида кальция 1,3,5-триметилбензолбензол.
4.Осуществите цепочки превращений:
5. С помощью каких реакций можно различить следующие соединения: бутин-1 и бутин-2, бутен-1 и бутин-1, пропан и пропин.
6. В каких условиях осуществимы реакции:
HC CH HC CHNa HC
7. Приведите пример реакций изомеризации алкинов, сопровождающихся: а) перемещением тройной связи в конец углеродной цепи; б) перемещением концевой тройной связи. Укажите условия.8. Изобразите структурные формулы алкинов, при полном гидрировании которых можно получить 2 -метилгексан. Напиш ите соответствующие реакции.
9. Установите строение вещества состава С 5 Н 8, если известно, что при его энергичном окислении образуется смесь уксусной и пропионовой кислот.
10. Установите строение алкина состава С 8 Н 1 4, если при его озонолизе в качестве единственного продукта образуется из омасляная кислота.
11. Какой углеводород состава С 4 Н 6 присоединяет четыре атома брома и не реагирует с аммиачным раствором гидроксида серебра?
12. Определите строение соединения состава С 4 Н 6, если оно способно присоединить 2 моль водорода и при взаимодействии с аммиачным раствором Сu 2 Cl 2 образует осадок красного цвета.
13. Осуществите превращения:
метан ацетилен бензол 1,3,5-триэтилбензол.
14.Осуществите превращения:
15. Напишите, в каких условиях возможно протекание данных реакций СЛОВАРЬ ОСНОВНЫХ ТЕРМИНОВ
AdR – реакции радикального присоединения.
Алкильный радикал – фрагмент, который остается после отрыва атома водорода из молекулы алкана. В качестве общего символа для алкильной группы приняты следующие обозначения: R и Alk.
Аллильное положение в алкенах занимает sp3-гибридный атом углерода, непосредственно соединенный с углеродным атомом С=С-связи (СН2=СН-СН3).
Брутто-формула – указывает лишь на состав молекулы и не дает представления о ее структуре.
Вторичная алкильная группа – фрагмент R2CH-, образовавшийся в результате удаления атома водорода от вторичного атома углерода в молекуле алкана R2CH2. Вторичный атом углерода связан в молекуле с двумя углеродными атомами.
Вицинальные заместители – заместители, которые находятся у соседних углеродных атомов.
Вулканизация – процесс нагревания каучука с серой.
Геминальные заместители – заместители, которые находятся у одного атома углерода.
Геометрические изомеры – изомеры, которые различаются расположением заместителей относительно двойной связи.
Гибридизация – выравнивание орбиталей по форме и энергии.
Гидратация – реакция присоединения воды по кратной углеродуглеродной связи.
Гидрирование – реакция присоединения водорода по кратной углерод-углеродной связи.
Гомополимер – полимер, полученный из одинаковых мономеров.
Дегидратация – реакция отщепления воды.
Дегидрирование – реакция отщепления водорода в молекуле.
Дегидрогалогенирование – процесс отщепления галогенводорода от молекулы.
Гидрогалогенирование – процесс присоединения галогенводорода по кратной углерод-углеродной связи.
Диен – ненасыщенный углеводород, содержащий две двойные связи.
Диенофил – соединение, имеющее хотя бы одну -связь и способное к реакции Дильса – Альдера.
Длина связи – среднее расстояние между двумя ковалентно связанными ядрами.
Изолированные двойные связи - двойные связи, разделенные двумя и более простыми связями.
Изомеры – вещества, имеющие одинаковый состав и молекулярную массу, но различное строение молекул, а потому обладающие разными свойствами.
Е-Изомеры – геометрические изомеры, в которых старшие заместители у углеродных атомов двойной связи находятся по разные стороны относительно двойной связи (правила старшинства приведены в приложении).
Z-Изомеры – геометрические изомеры, в которых старшие заместители у углеродных атомов двойной связи находятся по одну сторону относительно двойной связи (правила старшинства приведены в приложении).
Индуктивный эффект – перераспределение электронной плотности внутри -связей, которое возникает из-за разности величин электроотрицательности атомов, участвующих в образовании этих связей.
Карбкатион – положительно заряженная частица, заряд которой располагается на атоме углерода.
Карбанион – отрицательно заряженная частица, заряд которой располагается на атоме углерода.
Конформации – структуры молекулы, различающиеся степенью поворота ее фрагментов относительно простой связи.
Кумулированные двойные связи – двойные связи, находящиеся при одном и том же атоме углерода.
Мезомерный эффект – перераспределение электронной плотности с участием -связей или неподеленных электронных пар элементов (также как и индуктивный эффект возникает из-за разности величин электроотрицательности атомов, участвующих в образовании этих связей).
Механизм реакции – постадийное описание пути, по которому реагенты превращаются в продукты.
Метиленовая группа – звено в углеводороде состава -СН2-.
Мономеры – молекулы, вступающие в реакцию полимеризации.
Номенклатура – это свод правил и указаний, по которым осуществляется название соединений.
Нуклеофил – частица, нейтральная или отрицательно заряженная, которая в ходе реакции отдает свою пару электронов для образования химической связи.
Первичная алкильная группа – фрагмент RCH2-, образовавшийся в результате удаления атома водорода от первичного атома углерода в молекуле алкана RCH3. Первичный атом углерода связан только с одним углеродным атомом.
Перекисный эффект Хараша – присоединение галогенводорода к несимметричным алкенам в присутствии пероксидов против правила Марковникова.
Полимер – высокомолекулярное соединение, молекула которого состоит из большого числа повторяющихся группировок с одинаковым строением (элементарных звеньев).
Полные структурные формулы – отображают все химические связи в молекуле органического вещества, облегают понимание строения молекулы.
Правило Зайцева – в реакциях отщепления галогеналканов и спиртов протон отщепляется от наименее гидрогенизированного атома углерода.
Правило Марковникова – в реакциях электрофильного присоединения алкенов протон реагента преимущественно присоединяется к более гидрогенизированному атому углерода.
Правило Ричардсона – токсичность соединений в гомологических рядах насыщенных и ненасыщенных углеводородов, их хлорпроизводный и других соединений возрастает с увеличением числа метиленовых групп (-СН2-).
Селективность – предпочтительное образование в химической реакции одного изомера по сравнению с другим.
Сжатая структурная формула – формула, которой обозначение некоторых или всех ковалентных связей опускают, а идентичные группы записывают в скобках, указывая число этих групп.
Сополимер – полимер, полученный из разных мономеров.
Сопряженные двойные связи – двойные связи, разделенные одной простой связью.
SR – реакции радикального замещения.
Стереорегулярный каучук – в таком каучуке все элементарные звенья находятся только в цис- или только в транс-конфигурации.
транс-Изомер – изомер, в котором два одинаковых заместителя находятся в молекуле алкена по разные стороны от кратной связи.
Третичная алкильная группа – фрагмент R3C-, образовавшийся в результате удаления атома водорода от третичного атома углерода в молекуле алкана R3CH. Третичный атом углерода связан в молекуле с тремя углеродными атомами.
Циклоалканы – углеводороды с циклическим скелетом, содержащие атомы углерода в цикле только в состоянии sp3-гибридизации.
Циклоприсоединение (реакция Дильса-Альдера) – реакция, в которой два ненасыщенных соединения образуют циклический продукт (при этом разрыв старых связей и образование новых происходит синхронно).
цис-Изомер – изомер, в котором два одинаковых заместителя находятся в молекуле алкена по одну сторону от кратной связи.
Электролиз – действие электрического тока на раствор или расплав соли.
Электроноакцепторные заместители – заместители, которые оттягивают на себя электроны.
Электронодонорные заместители – заместители, которые способны отдавать электроны.
Электроотрицательность – способность атома в молекуле оттягивать на себя электронную пару по связи.
Электрофил – частица, нейтральная или положительно заряженная, которая в ходе реакции принимает пару электронов для образования химической связи.
Электрофильное замещение – реакции замещения, в которых атакующей частицей является электрофил.
Энергия связи – энергия, необходимая для гомолитического разрыва связи.
Эффект Хараша – присоединение галогенводородов (HCl, HBr) к несимметричным алкенам а присутствии пероксидов против правила Марковникова.
ЛИТЕРАТУРА
1. Травень В.Ф. Органическая химия.: в 2 т. / В.Ф.Травень. – М.:ИКЦ Академкнига, 2004. - Т. 1. – 727 с.
2. Робертс Дж. Основы органической химии.: в 2 т. / Дж. Робертс, М. Касерио; под ред. А.Н. Несмеянова – М.: Мир, 1978. Т. 2. – 842 с.
3. Астафьева Л.С. Экологическая химия / Л.С. Астафьева. – М.:
ИКЦ Академия, 2006. – 224 с.
4. Гусакова Н.В. Химия окружающей среды / Н.В. Гусакова. – Ростов-н/Д: Феникс, 2004. – 192 с.
5. Экология / В.В. Денисов, И.Н. Лозановская, И.А. Луганская и др.;
под ред. В.В. Денисова – Ростов-н/Д: ИЦ МарТ, 2002. – 640 с.
6. Степин Б.Д. Неорганическая химия / Б.Д. Степин, А.А. Цветков. – М.: Высшая школа, 1994. – 608 с.
7. Справочник по химии / В. Шретер, К.-Х. Лаутеншлегер, Х. Бибрак и др.; пер. с нем. – М.: Химия, 2000. – 648 с.
8. Веселовская Т.К. Вопросы и задачи по органической химии / Т.К.
Веселовская, И.В. Мачинская, Н.М. Пржияглова; под ред. Н.Н. Суворова – М.: Высшая школа, 1977. – 230 с.
9. Агрономов А.Е. Сборник задач по органической химии / А.Е. Агрономов. – М.: Изд-во МГУ, 2000. – 160 с.
10. Комаров С.И. Новый способ биологической рекультивации нефтезагрязненных грунтов / С.И. Комаров, М.Д. Бакаева, Н.Н. Силищев // Реактив-2006. Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии материалы XIX Междунар. науч.-техн. конф.: в 2 т. – Уфа: Гос. издво науч.-техн. лит. Реактив, 2006. Т. 1. – С. 186-187.
11. Официальный сайт Научного центра сердечно-сосудистой хирургии им. А.Н. Бакулева РАМН, www.bakulev.ru 12. Официальный сайт Института биохимической физики им. Н.М.
Эмануэля РАН www.spy.1.chph.ras.ru 13. Фомин В.А. Биоразлагаемые полимеры, состояние и перспективы использования. / В.А.Фомин, В.В. Гузеев // Пластические массы.- 2001.С. 42–46.
14. Официальный сайт НПО «Экрос» www.ecros.ru 15. Официальный сайт Института нефти США (API), www.API.org. Петер А. Альберс. Обзор о химическом и биологическом влиянии нефти «разливы нефти и окружающая среда» Симпозиума по нефти, публикация 4435, 1990 г. Материалы находятся в отделе по проблемам животного мира и рыб Исследовательского центра животного мира Патьюксента, США, (Patuxent), Laurel, MD 20708.
16. Официальный рекламный сайт АНЭ «Союз-Эксперт», представителя Института биологии Научного центра Российской академии наук www.lenoil.my1.ru 17. Давыдова Е.А. Загрязнение окружающей среды нефтью и нефтепродуктами.: учеб. пособие / Е.А. Давыдова. – М.: Изд-во РУДН, 2005. – 156 с.
18. Отраслевой портал UNIPACK.RU. Гусева Л.Р., ООО "Группа информации и маркетинга «Биоразлагаемые полимерные упаковочные материалы» по материалам журнала "Пластикс", от 06.08.2007.
19. Официальный сайт группы компаний «СИМАС». WWW.SIMAS.RU ПРИЛОЖЕНИЕ
2. Если относительное старшинство заместителя невозможно определить по атому, непосредственно связанному с атомом углерода, то проводится сравнение второго (следующего) ряда атомов в заместителях.
В частности, старшинство групп СН3 и С2Н5 определяют следующим образом: в группе СН3 второй ряд атомов состоит из Н, Н, Н; а в группе С2Н5 – из С, Н, Н.
Углерод имеет более высокий атомный номер, чем водород. Следовательно, группа С2Н5 старше группы СН3.
«