№12. Свойства органических веществ: выбор веществ и тип реакции
Задание №12 требует выбрать вещества или пары, которые реагируют с указанным реагентом, либо назвать тип реакции, характерный для класса. Всё решает знание химических свойств классов: что присоединяет, что замещает, что окисляется и как это заметить качественной реакцией.
Органическая химия кажется огромной, но реакций, которые реально проверяют, всего несколько типов. Замещение идёт у предельных углеводородов и у аренов: атом водорода заменяется на другой атом. Присоединение идёт по кратным связям: алкены, алкины, алкадиены и альдегиды присоединяют водород, воду, галогены, галогеноводороды. Окисление характерно для спиртов, альдегидов и непредельных соединений. Этерификация — реакция спирта с карбоновой кислотой. Полимеризация и поликонденсация — для непредельных соединений. А горит любое органическое вещество.
CH2=CH2 + H2O →(kat., t) CH3−CH2−OH · CH2=CH2 + Br2 (водн.) → CH2Br−CH2Br (обесцвечивание)
CH3COOH + C2H5OH ⇄ CH3COOC2H5 + H2O (H2SO4 конц., t) · nCH2=CH2 →(−CH2−CH2−)n (kat., p, t)
C6H6 + Cl2 →(AlCl3) C6H5Cl + HCl · CH3CHO + Ag2O →(NH3) CH3COOH + 2Ag (осадок)
| Класс | Характерные реакции | Качественная реакция или видимый признак |
|---|---|---|
| Алканы | радикальное замещение с галогенами на свету, нитрование, горение, крекинг | с бромной водой не реагируют, обесцвечивания нет |
| Алкены | присоединение H2, H2O, HBr, Br2; полимеризация; окисление | обесцвечивают бромную воду и подкисленный раствор KMnO4 |
| Алкины | присоединение, гидратация (реакция Кучерова), замещение водорода у терминального углерода | обесцвечивают бромную воду; дают ацетилениды серебра и меди |
| Алкадиены | присоединение в положениях 1,2 и 1,4, полимеризация | обесцвечивают бромную воду |
| Арены | электрофильное замещение в кольце, окисление боковой цепи | бензол с бромной водой не реагирует, толуол обесцвечивает раствор KMnO4 |
| Спирты | реакция с натрием, с галогеноводородами, дегидратация, этерификация, окисление | многоатомные реагируют с Cu(OH)2; сложный эфир узнают по запаху |
| Альдегиды | окисление до кислоты, присоединение водорода, поликонденсация | реакция серебряного зеркала; с Cu(OH)2 при нагревании красный осадок Cu2O |
| Карбоновые кислоты | этерификация, нейтрализация, замещение у второго атома углерода | меняют окраску индикатора, с содой выделяют CO2 |
| Сложные эфиры | кислотный и щелочной гидролиз | характерный запах; при щелочном гидролизе образуются соль и спирт |
| Амины | основные свойства, алкилирование, соли с кислотами | анилин с бромной водой даёт белый осадок |
| Аминокислоты | амфотерность, образование пептидов, этерификация по карбоксилу | образуют соли и с кислотами, и со щелочами |
Отдельно про бромную воду, потому что это любимый реагент задания. Обесцвечивают её соединения с легко поляризуемой кратной связью: алкены, алкины, алкадиены, а также напряжённые малые циклы вроде циклопропана. Бензольное кольцо в обычных условиях бром не присоединяет, потому что сопряжённая система очень устойчива, поэтому бензол и толуол с бромной водой не реагируют. А вот анилин и фенол реагируют, потому что их кольцо сильно активировано, а стирол обесцвечивает бромную воду за счёт двойной связи в боковой цепи. Если в условии спрашивают пару веществ, оба должны реагировать: одного реагирующего компонента недостаточно.
- Шаг 1. Определи класс каждого вещества в перечне — от класса зависят и реакции, и признаки.
- Шаг 2. Пойми, какой тип реакции спрашивают: замещение, присоединение, окисление, этерификация, полимеризация, горение.
- Шаг 3. Вспомни условие реакции: замещение у алканов требует света, замещение у аренов — катализатора AlCl3 или FeBr3, присоединение воды — кислоты или катализатора.
- Шаг 4. Проверь каждое вещество перечня по отдельности и отметь реагирующие. Предельные углеводороды и галогеналканы отсеиваются почти всегда, когда речь о присоединении.
- Шаг 5. Если в условии пара веществ, оставь только те пары, где реагируют оба компонента.
- Шаг 6. Запиши номера по возрастанию и проверь, что среди выбранных нет лишних: в задании обычно ровно два верных варианта.
Типичные ошибки. 1) Ждут обесцвечивания бромной воды от бензола: ароматическое кольцо в обычных условиях бром не присоединяет, нужен катализатор и другая реакция — замещение. 2) Забывают про свет: галоген с алканом без освещения или нагревания не реагирует, поэтому вариант с «просто хлором» неверен. 3) Считают подходящей пару, в которой реагирует только одно вещество, хотя требуется, чтобы реагировали оба. 4) Приписывают алканам присоединение и полимеризацию: эти реакции требуют кратной связи, которой у алканов нет. 5) Путают окисление и горение: горение — частный случай окисления кислородом, но в задании о горении говорят прямо, когда хотят выделить именно его. 6) Не учитывают катализатор в записи реагента и выбирают реакцию, которая без катализатора не идёт вовсе.
Проверь себя
- Почему бензол не обесцвечивает бромную воду, а стирол обесцвечивает?
- Какое условие обязательно для реакции галогенирования алкана и что будет без него?
- Какие типы реакций требуют кратной связи и почему алканы в них не вступают?
- Как отличить альдегид от кетона с помощью качественной реакции?
- Что произойдёт при нагревании уксусной кислоты с этиловым спиртом в присутствии концентрированной серной кислоты?
Показательные решения
- Дано вещество пентан — предельный углеводород. Нужно выбрать реагенты, с которыми он действительно реагирует.
- Алканы вступают преимущественно в реакции радикального замещения, а не присоединения: кратных связей в молекуле нет, присоединять нечего.
- Ключевое условие замещения у алканов — освещение или сильное нагревание. Без этого условия галоген с предельным углеводородом не реагирует, и такой вариант ответа сразу отпадает.
- Из перечня подходят вещества под номерами 1 и 3: именно с ними в указанных условиях идёт радикальное замещение.
- Остальные варианты отсеиваются: вода, щёлочи, кислоты-неокислители и большинство солей с пентаном в обычных условиях не взаимодействуют.
- Ответ: 13.
Ответ: 13
Официальное решение из банка ФИПИ
Алканы вступают в реакции радикального замещения с галогенами. Условие, при котором идет реакция радикального замещения, — это свет. Пентан взаимодействует с веществами, указанными под номерами 1 и 3. Ответ: 13.
- Условие: дано вещество класса алканов, нужно указать типы реакций, характерные для него.
- В молекуле алкана есть только одинарные насыщенные связи C−C и C−H. Реакции присоединения невозможны, потому что присоединять можно только к кратной связи.
- Полимеризация также требует непредельного соединения, поэтому этот тип реакции отпадает целиком.
- Этерификация — это реакция спирта с карбоновой кислотой, у алканов нет ни гидроксильной, ни карбоксильной группы, значит и этот вариант не подходит.
- Остаются два типа: реакции замещения (галогенирование на свету, нитрование) и горение, то есть полное окисление кислородом. Здесь работает метод исключения.
- Ответ: 24.
Ответ: 24
Официальное решение из банка ФИПИ
Реакции присоединения и полимеризации характерны для ненасыщенных соединений, а этерификации — для спиртов и карбоновых кислот, поэтому даже методом исключения можно понять, что для алканов характерны реакции замещения и горения. Ответ: 24.
- Реагент — бромная вода, нужно выбрать пары, в которых с ней реагируют оба вещества.
- Бромная вода обесцвечивается при присоединении брома по кратной связи, поэтому реагируют алкены, алкины и алкадиены, а также напряжённые малые циклы.
- Предельные углеводороды бром не присоединяют: у них нет кратной связи, обесцвечивания не будет.
- Производные бензола реагируют только при сильной активации кольца, как в анилине или феноле. Стирол реагирует за счёт двойной связи в боковой цепи, а обычные бензол и толуол с бромной водой не взаимодействуют.
- Проверяем пары целиком, а не по одному компоненту: подходят только те варианты, где оба вещества непредельные, — это номера 1 и 4.
- Ответ: 14.
Ответ: 14
Официальное решение из банка ФИПИ
С бромной водой могут реагировать алкены, алкины, диены и активные ароматические соединения (например, стирол, он же винилбензол). В данном случае подходят варианты 1 и 4. Ответ: 14.