Нуклеофильное замещение у насыщенного атома углерода

S_N1 и S_N2 реакции.

Основополагающий вклад в изучение реакций замещения у sp³-гибридизованного атома углерода внес Ингольд. Классическим примером реакции нуклеофильного замещения является превращение алкилгалогенида в спирт:

R-Cl + HO^- ® R-OH + Cl^-

При изучении кинетики реакций такого типа было установлено, что они могут протекать по двум механизмам (мономолекулярное и бимолекулярное замещение), которым отвечают кинетические зависимости:

V₁=k’[R-Hal] (S_N1) V₂= k[R-Hal][HO-] (S_N2)

Обозначение реакций (S_N1) и (S_N2) было также предложено Ингольдом и расшифровывается, соответственно, как нуклеофильное замещение мономолекулярное и бимолекулярное (от англ. Substitution nucleophilic).

Примеры решения задач

Задача №1. Назовите по международной номенклатуре (ЮПАК) предельный углеводород:

CН₃CН₂СН₂СНСНСН₂СН₃

! !

CН₃ C₂Н₅

Решение. В этом соединении нумерацию определяет радикал этил как ближайший к краю цепи с цифрой 3, но метил по алфавиту предшествует этилу, поэтому в названии ставится первым:

CН₃CН₂СН₂СНСНСН₂СН₃ 4-метил-3-этилгептан

! !

CН₃ C₂Н₅

Задача № 2. При сжигании газообразного углеводорода объемом 2,24 л ( н.у.) получено оксида углерода (1У) массой 13,2 г и воды массой 7,2 г. Плотность газа по воздуху составляет 1,52. Найдите молекулярную формулу газа.

Р е ш е н и е. Молекулярная масса газа равна

М = 29´DН₂ = 29 × 1,52 = 44

С + О₂ = СО₂ ; 2Н₂ + О₂ = Н₂О

Масса углерода и водорода в 2,24 л углеводорода составляет:

12 г углерода образует 44 г СО₂

х г углерода образует 13,2 г СО₂

4 г водорода образует 36 г Н₂О

у г водорода образует 72 г Н₂О

Масса углерода и водорода в сожженном газе составляет 3,6 + 0,8 = 4,4 г. Рассчитаем массу 2,24 л углеводорода:

Значит, газ состоит из углерода и водорода. Следовательно,

Формула газа С₃Н_8.

Задача № 3.

Вычислите массовую долю СаС₂ в техническом карбиде кальция, если известно, что из его образца массой 1,6 г получен ацетилен объемом 0,38 л при 17⁰С и 750 мм рт. ст.

Р е ш е н и е.

Уравнение реакции образования ацетилена имеет следующий вид:

СаС₂ + 2 Н₂О = Са(ОН)₂ + С₂Н₂

Объем выделившегося газа в пересчете на нормальные условия равен

Масса карбида кальция в техническом препарате составляет:

Определяем массовую долю карбида кальция в техническом образце:

.

З А Д А Ч И

Задачи № 1 - 11

Назовите все соединения по международной номенклатуре ( IUPAС)

Номер задачи	Формула вещества
	Н3С   Н3С¾С¾СН3 Н3С
	CH2ClCH2CH2Cl
	CH3CH(CH3)CH2CH=CH2
	CH3CH(CH3)CH=CHCH(C2H5)CH(CH3)CH3
	HCºC-CH2-CH2-CH3
	CH3-CH(CH3)CH-CºCH
	CH3-CHOH-CH3
	CH3CH2CCl(CH3)CH2CHO
	CH3 CH(CH3)CH(CH3)CH(C2H5)CH2COOH
	CH3CH2COOCH2CH(CH3)CH3
	CH2=CHCH(C2H5)CH=CH2

Задачи № 12-22

Напишите структурные формулы следующих соединений:

23. Напишите структурные формулы изомеров бутилового спирта и этилбензола

24. У каких из следующих веществ могут быть изомеры С₃Н₆Cl₂, CH₂Cl₂, C₂H₄Cl₂, C₂H₅CHCl₂ . Ответ обоснуйте структурными формулами.

25. Каково обычное (тривиальное) название имеет 1,3- диметилбензол?

26. Сколько изомерных дихлорпроизводных может быть у н-бутана? Напишите названия и структурные формулы.

27. Сколько изомерных алкенов могут соответствовать эмпирической формуле С₅Н₁₀?

28. Напишите структурные формулы всех изомеров, которые отвечают формуле С₄Н₈.

Задачи 29-64

Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения. Укажите условия протекания реакций.

Номер задачи	Формула вещества
	4
	CH2=CH¾ CH=CH2
	1-хлорбутан®бутен-1®1,2дибромбутан®бутин-1
	пропан® 2-бромпропан® пропен® 1,2-дибромпропан
	дикарбид кальция® ацетилен® этилен® 1,2-дибромэтан
	пропионат натрия® этан® хлорэтан ® бутан® ®диоксид углерода

65. Напишите структурные формулы всех изомерных углеводородов состава С5 Н12 . Назовите их по рациональной и систематической номенклатурам.

66. Получите изопрен из пентан-пентеновой фракции и по реакции Принса.. Приведите схему его полимеризации. Чем отличается каучук от резины ( по строению и свойствам)?

67. Из этилового спирта получите диэтиловый эфир, этилацетат.

68. Напишите уравнения реакций получения винилацетата и уксусной кислоты из ацетилена.

69. Как из этиленгликоля получить щавелевую кислоту?

70. Что понимают под термином « ароматические свойства»? Чем обусловлены специфические свойства ароматических соединений?

71. Какие соединения называют аминокислотами? Напишите формулу простейшей аминокислоты. Что такое незаменимые аминокислоты?

72. Приведите примеры получения тринитроклетчатки, ацетилклетчатки. Их техническое применение.

73. Приведите схему синтеза 2,3- диметилбутана из 2-хлорпропана.

74. Опишите несколько способов получения хлористого винила. Приведите схему его полимеризации. Каковы технические свойства полимера, его применение?

75. Гидратацией соответствующих этиленовых углеводородов получите 3,3-диметил-2-бутанол, 2-метил-2-пентанол.

76. Напишите схему альдольной и кротоновой конденсации уксусного альдегида.

77. Какое соединение получится при взаимодействии метакриловой кислоты с метиловым спиртом? Приведите схему полимеризации образующегося соединения.

78. Напишите уравнения реакций получения этилбензола, изопропилбензола.

79. Как получить ангидрид и амид уксусной кислоты.

80. Методом Принса получите изопрен. Каковы технические свойства и применение продукта полимеризации изопрена.

81. Представьте схемы реакций нитрования бутана, 2-метилпропана ( по Коновалову). Назовите образующиеся соединения.

82. Приведите схемы реакций получения тетрафторэтилена, тефлона, фреона-12. Опишите технические свойства тефлона, его применение.

83. Получите трехатомный спирт-глицерин из жиров. Какое соединение образуется при полном нитровании глицерина ?

84. Какие соединения получатся при альдольной и кротоновой конденсации пропионового альдегида?

85. Получите полиметакрилат. Какими полезными техническими свойствами обладает этот полимер?

86. Как из толуола получить хлористый бензил, п- хлортолуол? Напишите уравнения реакций.

87. В результате какой реакции можно получить бутадиен-нитрильный каучук? Приведите схему реакции. Опишите технические свойства каучука.

88. Получите уксусный ангидрид, хлористый ацетил, амид уксусной кислоты.

89. По реакции Вюрца получите 2,3-диметилбутан.

90. В каких соединениях атомы углерода находятся в соcтоянии sp²- гибридизации? Как образуется π- связь ?

91. Реакцией гидратации этилена, 2-бутена получите соответствующие спирты. Назовите их по карбинольной и систематической номенклатурам.

92. Напишите уравнение реакции серебряного зеркала для пропаналя. Назовите продукт реакции.

93. Получите пропионовую кислоту оксосинтезом. Какие соединения образуются при ее взаимодействии с пятихлористым фосфором, этиловым спиртом ?

94. Получите о-нитрохлорбензол, м-нитрохлорбензол.

95. Приведите схему получения полиэтилентерефталата (лавсана). Опишите его технические свойства, применение.

96. Какими способами можно получить фенол? Приведите схемы этих реакций.

97. Какой тип связи характерен для предельных углеводородов? Приведите характеристику σ- связи ( длина, энергия, полярность).

98. Получите 2-метил-2-бутен из соответствующего спирта,

99. Какие спирты образуются при действии водного раствора щелочи на иодистый изопропил, 1-хлор-3-метилбутан. Приведите уравнения реакций и назовите образующиеся спирты по карбинольной и систематической номенкла-турам.

100. Окислением какого спирта можно получить ацетон? Приведите схему этой реакции.

101. Какое соединение образуется при взаимодействии масляной кислоты и вторичного пропилового спирта? Как называется эта реакция? Условия ее проведения.

102. Как из бензола получить анилин? Напишите уравнения реакций.

103. При взаимодействии какого вещества с ацетиленом образуется акрилонитрил? Приведите схему полимеризации акрилонитрила. Опишите технические свойства полимера.

104. Какие соединения относятся к углеводам. Напишите проекционные формулы глюкозы, фруктозы.

105. Из соответствующего олефина, спирта, получите 2-хлорбутан.

106. Из каких галогенопроизводных действием спиртового раствора щелочи можно получить пропен, 3-метил-4-этил-2-гексен ?

107. Напишите уравнение реакции между этанолом и пропионовой кислотой ( в присутствии серной кислоты ). Назовите продукт реакции.

108. Получите ацетальдегид, пропаналь. Какие соединения образуются при их окислении?

109. Получите ангидрид и амид уксусной кислоты.

110. Из бензола получите п-хлорнитробензол, м-хлорнитробензол.

111. Приведите схему получения фенолформальдегидной смолы. Опишите ее технические свойства и применение.

112. Напишите схемы реакций получения динитроклетчатки, триацетилклетчатки. Их применение.

113. Какова природа ковалентной связи? Разновидности этой связи. Приведите примеры.

114. Какое соединение пролучится при взаимодействии 2-метил-2-бутена с хлористым водородом? Объясните механизм этой реакции.

115. Получите щавелевую кислоту из этиленгликоля.

116. Какие вещества образуются при взаимодействии уксусного ангидрида с 1-пропанолом, аммиаком, водой.

117. Напишите уравнения реакций 2- метилпропаналя с гидроксиламином, синильной кислотой. Назовите продукты реакции.

118. Как получить тринитрофенол из бензола?

119. Какие соединения получаются при нитровании и ацетилировании клетчатки? Практическое применение продуктов реакции.

120. Как получить дивинил-стирольный каучук? Опишите его технические свойства и применение.

121. Напишите структурные формулы и назовите по систематической номенклатуре следующие соединения : диметилизопропилметан, этилдиизо-пропилметан.

122. Каковы способы получения изобутилена? Напишите реакцию его взаимодействия с хлористым водородом. Разберите механизм этой реакции.

123. Получите 2-пропанол. Какое соединение получится при его взаимодействии с уксусной кислотой ( в присутствии серной кислоты)?

124. Каким образом из 1-бутаналя можно получить 1,2-дихлорбутан? Приведите схемы реакций.

125. Какие соединения образуются в результате реакции 2-метилпропановой кислоты с пятихлористым фосфором, аммиаком?

126. Как получить пикриновую кислоту?

127. Получите Бутадиен-стирольный каучук. Опишите его технические свойства и применение.

128. Какие эфиры клетчатки находят техническое применение? Назовите их и напишите их формулы.

129. Напишите реакции сульфохлорирования и нитрования ( по Коновалову) 2-метилпентана.

130. Какими способами можно получить ацетилен? Из ацетилена получите метилацетилен, уксусную кислоту.

131. Получите полный эфир этиленгликоля и азотной кислоты. Опишите свойства и применение этиленгликоля.

132. Окислением каких спиртов можно получить метилбутанон, 3-метилбутаналь?

133. Приведите схему реакции получения пропионовой кислоты из хлористого этила.

134. Как из нафталина получить α- и β- нафталинсульфокислоты, α- и β-нафтолы ?

135. Исходя из бензола, получите полистирол. Опишите его технические свойства и применение.

136. Напишите реакцию получения полиакрилонитрила (нитрона). Где применяется этот полимер?

137. Каков состав природного газа? Какие вещества можно получить при хлорировании, термическом крекинге, каталитическом окислении метана?

138. Какое применение находят продукты взаимодействия ацетилена с этанолом, уксусной кислотой, синильной кислотой? Напишите уравнения реакций. Назовите продукты реакции.

139. Реакцией гидратации этилена , 2-бутена получите соответствующие спирты. Какие соединения образуются при их окислении?

140. Приведите примеры реакций взаимодействия 2-метилпропаналя с пятихлористым фосфором, синильной кислотой. Назовите продукты реакции.

141. Напишите структурные всех изомерных кислот состава С5 Н10 О2. Назовите их.

142. Как из п- сульфоанилина получить хлористый п-сульфобензолдиазоний? Какие условия необходимы для проведения этой реакции?

143. Приведите схему реакции получения полиэтилентерефталата (лавсана). Опишите его технические свойства и применение.

144. Напишите уравнения реакций нитрования и сульфирования нафталина.

Таблица вариантов контрольных заданий