Тема: Алкадиены (диолефины)
план-конспект урока по химии (10 класс) на тему

Тема: Алкадиены (диолефины).

(№37 в тематическом планировании) (http://www.edu54.ru/node/87560)

Цели уроков:

1. Расширить знания учащихся об углеводородах − дать понятие о непредельных углеводородах, их классификации. Познакомить учащихся с особенностями строения алкадиенов, способами образования δ- и π-связей.

2. Знать общую формулу алкадиенов, физические и химические свойства, способы получения и области применения алкадиенов.

3. Уметь записывать молекулярные, структурные и электронные формулы алкадиенов, обозначать распределение электронной плотности в молекуле. Уметь называть вещества класса алкадиенов по систематической номенклатуре и по названию записывать формулы.

4. Знать четыре вида изомерии для алкадиенов, уметь составлять формулы различных изомеров, называть их. Уметь доказывать химические свойства алкадиенов, записывать уравнения реакций, уметь их сравнивать со свойствами алканов и алкенов. Проводится демонстрация тех опытов, которые требуются по программе.

При объяснении материала по ходу лекции демонстрация опытов и лабораторных опытов, которые требуются по программе (есть в тематическом планировании в 10 классе по учебнику Габриелян О. С., Маскаев Ф. Н., Пономарев С. Ю., Теренин В. И. «Химия. 10 класс. Профильный уровень». Учебник для 10 класса).

I. Изучение нового материала.

Алкадиены – органические соединения, углеводороды алифатического (ациклического) непредельного характера, в молекуле которых между атомами углерода – две двойные связи, и которые соответствуют общей формуле CnH2n-2, где n =3 или n >3.

                                                                1                 2                    3               4                  

CH2 == CH –––– CH == CH2

                                                            бутадиен-1,3

        Для алкенов характерна sp2-гибридизация. У бутадиена-1,3 у четырех негибридных

p-электронов образуется общее π -электронное облако, в результате чего происходит делокализация двойных связей в молекуле, связи между молекулами C1 и C2, C3 и C4 удлиняются (по сравнению с двойной связью – 0,134 нм), а связь между C2 и C3 укорачивается (по сравнению с одинарной связью – 0,154 нм):

                                                        1                 2               3              4      

CH2 = = =  CH = = = CH = = = CH2

                                                                        0,136нм     0,146 нм   0,136 нм            

Такая  особенность строения называется эффектом сопряжения двойных связей и определяет реакционную способность алкадиенов.                                      

        В названии алкенов содержится суффикс –диен («две» «двойные связи»), обозначающий принадлежность соединения к данному классу.

Классификация

В определении названия алкадиена (как и у всех непредельных углеводородов) положение кратной связи имеет при нумерации преимущество перед остальными.

        Для алкадиенов характерны следующие виды изомерии:

1. Структурная изомерия:

а) изомерия углеродного скелета

    1         2          3           4        5                 1         2       3          4

    CH2=CH – CH = CH – CH3         CH2= C – CH = CH2

                                                                     |

                                                                    CH3

                   пентадиен-1,3                       2-метилбутадиен-1,3   (изопрен)  

б) изомерия положения кратной связи

    1         2          3          4         5                                          1         2          3      4         5                

    CH2=CH – CH = CH – CH3                              CH3–CH = C = CH – CH3 

                   пентадиен-1,3                                                    пентадиен-2,3                

в) изомерия положения заместителей (Hal, - NO2, SO2-OH и др.)  

    1         2          3      4          5                                         1          2         3          4      5                

    CH2=CH – C = CH – CH3                              CH2=CH – CH = C – CH3

                        |                                                                                 |                        

                       Cl                                                                              Cl                              

                   3-хлорпентадиен-1,3                                     4-хлорпентадиен-1,3        

2. Пространственная изомерия:

а) геометрическая изомерия

    5           4          3      2          1              

    CH3 – CH = C – CH = CH2         

                          |

                         CH3

 3-метилпентадиен-1,3

             CH3      CH3                                  H           CH3           

               \          /                                         \          /              

                C = C             H                            C = C             H      

               /          \          /                              /          \          /

             H           C = C                             CH3        C = C      

                          /          \                                          /          \            

                       H            H                                    H             H    

    цис-изомер                                               транс-изомер

3. Межклассовая изомерия (с циклоалкенами и алкинами)

    1         2          3          4         5                                                                                    

    CH2=CH – CH = CH – CH3                       CH = CH                                            

                   пентадиен-1,3                                    |         |                                

                                                                              CH2   CH2                     

           CH ≡ C – CH2 – CH2 – CH3                        \     /                              

                                                                                   CH2                   

                  пентин-1                                           циклопентен      

Физические свойства.

Бутадиен-1,3 и пропадиен – газы; 2-метилбутадиен-1,3  -  летучая жидкость; алкадиены с изолированными двойными связями – жидкости; высшие алкадиены – твердые вещества.

Химические свойства.

Химические свойства алкадиенов с изолированными связями протекают так же, как и у алкенов – только в два этапа, а у алкадиенов с сопряженными связями -  с некоторыми особенностями: способность присоединять молекулы как в положения 1 и 2 (подобно алкадиенам с изолированными связями  – 1,2-присоединение), так и в положении 1 и 4 (перераспределение двойной связи – 1,4-присоединение) – зависит от условий и способа проведения реакций.

1. Реакции присоединения

1. гидрирование

а) с изолированными связями

      1          2         3           4          5                                  5          4            3          2           1                      

CH2=CH – CH2 – CH = CH2 + H – H   →  CH3 – CH2 – CH2 – CH = CH2

     пентадиен-1,4                                                      пентен-1

       5           4            3           2          1                                                                

CH3 – CH2 – CH2 – CH = CH2 +  H – H → CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3

          пентен-1                                                                 пентан      

б) с сопряженными связями

 1          2          3           4         5                              1          2           3         4          5                                    

CH2 = CH – CH = CH – CH3 + H – H → CH3 – CH = CH – CH2 – CH3

             пентадиен-1,3                                               пентен-2

1           2          3          4          5                                                                                                            

CH3 – CH = CH – CH2 – CH3 +         H – H → CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3

           пентен-2                                                          пентан                

2. галогенирование

      1          2         3           4          5                                    5                4              3           2          1                      

CH2=CH – CH2 – CH = CH2 + Br – Br   →  CH2Br – CHBr – CH2 – CH = CH2

     пентадиен-1,4                                                      4.5-дибромпентен-1

       5                4               3           2         1                                  5                 4             3            2              1            

CH2Br – CHBr – CH2 – CH = CH2 +  Br – Br → CH2Br – CHBr – CH2 – CHBr – CH2Br

          4,5-дибромпентен-1                                                   1,2,4,5-тетрабромпентан      

б) с сопряженными связями

 1          2          3           4         5                                1                2          3         4               5                                    

CH2 = CH – CH = CH – CH3 + Br – Br → CH2Br – CH = CH – CHBr – CH3

             пентадиен-1,3                                               1.4-дибромпентен-2

1                2          3          4             5                                  1               2              3               4              5                

CH2Br – CH = CH – CHBr – CH3 + Br – Br → CH2Br – CHBr – CHBr – CHBr – CH3

           1,4-дибромпентен-2                                            1,2,3,4-тетрабромпентан                

3. гидрогалогенирование (по правилу Марковникова: при присоединении веществ с полярной ковалентной связью типа HX (где X – это -Hal, -OH и т.д.) к несимметричным непредельным углеводородам по месту разрыва П-связи атом водорода присоединяется к наиболее гидрированному атому углерода, а X – к наименее гидрированному атому углерода)

      1          2         3           4          5                                  5            4              3           2          1                      

CH2=CH – CH2 – CH = CH2 + H – Br   →  CH3 – CHBr – CH2 – CH = CH2

     пентадиен-1,4                                                      4-бромпентен-1

       5           4               3           2          1                                5           4               3           2              1      

CH3 – CHBr – CH2 – CH = CH2 +  H – Br → CH3 – CHBr – CH2 – CHBr – CH3

          4-бромпентен-1                                                                 2,4-дибромпентан      

б) с сопряженными связями

 1          2          3           4         5                               1           2          3         4              5                                    

CH2 = CH – CH = CH – CH3 + H – Br → CH3 – CH = CH – CHBr – CH3

             пентадиен-1,3                                               4-бромпентен-2

1           2          3          4              5                               5           4            3              2              1                          

CH3 – CH = CH – CHBr – CH3 + H – Br → CH3 – CH2 – CHBr – CHBr – CH3

           4-бромпентен-2                                                          2,3-дибромпентан  

                                                                                      5           4              3            2               1        

                                                                   → CH3 – CHBr – CH2 – CHBr – CH3

                                                                                       2,4-дибромпентан  

4. гидратация (по правилу Марковникова)

       1          2         3           4          5                                     5           4                  3           2          1                      

CH2=CH – CH2 – CH = CH2 + H – OH   →  CH3 – CH OH – CH2 – CH = CH2

     пентадиен-1,4                                                      пентен-1ол-4

       5           4                  3           2          1                                   5           4                  3           2                 1      

CH3 – CH OH – CH2 – CH = CH2 +  H – OH → CH3 – CH OH – CH2 – CH OH – CH3

          пентен-1ол-4                                                                 пентандиол-2,4

б) с сопряженными связями

 1          2          3           4         5                                 1           2          3         4                  5                                    

CH2 = CH – CH = CH – CH3 + H – OH → CH3 – CH = CH – CH OH – CH3

             пентадиен-1,3                                               пентен-2ол-4

1           2          3          4                 5                                  5           4            3                 2                 1                          

CH3 – CH = CH – CH OH – CH3 + H – OH → CH3 – CH2 – CH OH – CH OH – CH3

           пентен-2ол-4                                                          пентандиол-2,3  

                                                                                           5           4                 3            2                  1        

                                                                       → CH3 – CH OH – CH2 – CH OH – CH3

                                                                                           пентандиол-2,4  

5. сульфирование (по правилу Марковникова)

       1          2         3           4          5                                                   5            4         3           2          1                      

CH2=CH – CH2 – CH = CH2 + H – O-SO2-OH   →  CH3 – CH – CH2 – CH = CH2

                                                                                                |              

                                                                                               O-SO2-OH        

       5           4          3           2          1                                                 5           4               3               2         1      

CH3 – CH – CH2 – CH = CH2 +  H – O-SO2-OH → CH3 – CH   –   CH2   –   CH – CH3

           I                                                                                   |                            |                          

           O-SO2-OH                                                                  O-SO2-OH           O-SO2-OH                                                        

б) с сопряженными связями

 1          2          3           4         5                                                1           2          3         4         5                                    

CH2 = CH – CH = CH – CH3 + H – O-SO2-OH → CH3 – CH = CH – CH – CH3

                                                                                                                 |                  

                                                                                                                O-SO2-OH                      

1           2          3          4         5                                                5           4            3          2          1                          

CH3 – CH = CH – CH – CH3 + H – O-SO2-OH → CH3 – CH2 – CH  – CH  – CH3

                               |                                                              |           |                                      

                               O-SO2-OH                             HO-2OS-O         O-SO2-OH                                            

                                                                                      5           4          3                2         1        

                                                                        CH3 – CH – CH2   –   CH – CH3

                                                                                    |                        |                              

                                                                                   O-SO2-OH       O-SO2-OH                                            

6. алкилирование (смесь различных продуктов), например:

                                  1         2      3          4              6           5           4           3          2          1                          

CH3 – CH3 + CH2=C – CH = CH2  → CH3 – CH2 – CH2 – CH – CH = CH2 

                                |                                                              |                                  

                               CH3                                                        CH3                                             

  этан                2-метилбутадиен-1,3                      3-метилгексен-1

  6          5          4          3         2       1                                      1         2         3           4        5          6          7          8            

  CH3 –CH2 –CH2 –CH –CH=CH2 + CH3–CH3 → CH3 –CH2 –CH2 –CH –CH2 –CH2 –CH2 –CH3

                     |                                                                               |

                    CH3                                                                         CH3

        3-метилгексен-1              этан                               4-метилоктан

7. взаимное алкилирование, при разных температурах образуются разные соединения, например:

1         2        3       4           1         2        3       4             1         2       3        4        5         6         7        8              

CH2=CH–CH=CH2 + CH2=CH–CH=CH2 → CH2=CH–CH=CH – CH2–CH2–CH=CH2 

       бутадиен-1,3                                                      октатриен-1,3,7

2. Реакции окисления.

1. горение

                                              t0

2C4H6  +  11 O2 (избыток)  →  8 CO2  +  6 H2O

                                                 t0

2C4H6  +  7 O2 (недостаток)  →  8 CO  +  6 H2O

                                                                t0

2C4H6  + 3 O2 (сильный недостаток)  → 8 C  +  6 H2O

2. частичное окисление кислородом воздуха с образованием эпоксидов и диэпоксидов

                                                   t0, Kt

2 CH2=CH – CH = CH2  +  O2   ––→  CH2 – CH – CH = CH2 

                                                                 \      /    

                                                                    O      

                                                  эпоксибутен-1 (или окись бутена-1)

                                                   t0, Kt

2 CH2 – CH – CH = CH2  +  O2   ––→  CH2 – CH – CH – CH2 

     \      /                                                     \      /            \      /    

       O                                                           O                 O      

                                                  диэпоксибутан (или диокись бутана)

3. окисление кислородом окислителя в щелочной среде

                                                                     из KMnO4     4          3         2          1       

 CH2=CH – CH = CH2  +  [O]  +  H – OH  ––––––––→  CH2– CH – CH = CH2 

                                                                                            |          |                          

                                                                                           OH     OH                                

                                                                                       (бутен-1диол-1,2)

                                                                     из KMnO4      4          3         2          1       

 CH2 –CH – CH = CH2  +  [O]  +  H – OH  ––––––––→  CH2– CH – CH – CH2 

  |         |                                                                                 |          |         |         |          

       OH    OH                                                                           OH     OH    OH    OH                      

                                                                                       (бутантетраол-1,2,3,4)

Обесцвечивание щелочного раствора KMnO4 – это качественная реакция на непредельные углеводороды. 

3. Реакции полимеризации.

                                            t0, kt

n CH2 = CH – CH=CH2  ––––––– →  (– CH2 – CH = CH – CH2 –)n 

бутадиен-1,3                                    бутадиеновый каучук

             H           H                                     H           CH2 –

                \         /                                          \          /              

                 C = C                                            C = C                    

                /         \                                          /          \          

       – H2C          CH2 –                       – H2C            H                      

           цис-конфигурация                   транс-конфигурация

Получение.

1. Метод Лебедева (1932г.) – дегидратация и дегидрирование

                                450oC, Al2O3, ZnO

2 CH3 – CH2 – OH ––––––––––––––––→ CH2=CH – CH = CH2 + H2O + H2

      этанол                                                             бутадиен-1,3

2. Способ дегидрирования

500-600⁰C, Kt

CH3– CH2 – CH2 – CH3 –––––––––––→ CH2=CH – CH = CH2 + H2

н-бутан                                                       бутадиен-1,3

(проходит в две стадии)

500-600⁰C, Kt

CH3– CH – CH2 – CH3 –––––––––––→ CH2=CH – CH = CH2 + H2

            |                                                                |

           CH3                                                          CH3

2-метилбутан                                      2-метилбутадиен-1,3

(изопрен)

500-600⁰C, MgO, ZnO

CH2 = CH – CH2 – CH3 ––––––––––––––––→ CH2=CH – CH = CH2 + H2

бутен-1                                                          бутадиен-1,3

3. Способ дегидрогалогенирования дигалогенпроизводного алкана

Br                             Br

 |                                |                       спирт, to

CH2 – CH2 – CH2 – CH2  + 2 KOH –––––––→ CH3 = CH – CH = CH3 + 2 KBr + 2 H2O

1,4-дибромбутан                                                      бутадиен-1,3

Br                  Br

 |                     |                                  спирт, to

CH2 – CH2 – CH – CH3  + 2 KOH –––––––→ CH3 = CH – CH = CH3 + 2 KBr + 2 H2O

1,3-дибромбутан                                                      бутадиен-1,3

(При использовании 2,3-дибромбутана или 2,2-дибромпропана – образуются соответствующие алкины)

Применение.

Диеновые углеводороды применяются в производстве синтетических каучуков, из которых в том числе делают и резину.

II. Закрепление знаний, умений и навыков

Домашние задания:

• §14 (с.112-118);
• записи в тетради;
• упражнения 4 и 5 (с.120) – письменно;
• задачи 6 (с.120).

Используемая литература

1. «Репетитор по химии (издание 15-ое)», под редакцией Егорова А. С., Феникс – Ростов-на-Дону, 2006

2. Габриелян О. С., Маскаев Ф. Н., Пономарев С. Ю., Теренин В. И. « Химия 10 класс: профильный уровень».  (Учебник для общеобразовательных учреждений), Дрофа – Москва, 2005
3. Перекалин В. В.,  Зонис С. А. «Органическая химия (учебное пособие для студентов педагогических институтов по химическим и биологическим специальностям)», Просвещение – Москва, 1982
4. «Органическая химия. Том 1 (Основной курс)» под редакцией Н. А. Тюкавкиной (учебник для студентов вузов по специальности «Фармация»), Дрофа – Москва, 2004