Документ 4208231
реклама
МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №:6» г. Нягань ХМАО-Югра Тюменская область Программа элективного курса МЕХАНИЗМЫ РЕАКЦИЙ В ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ для 10 класса естественнонаучного профиля Автор: учитель химии I кат. МОУСОШ № 6 г. Нягань ХМАО-Югры ___________ /Ким Н.В./ Пояснительная записка В настоящее время целый ряд разделов школьной программы химии рассматривается в рамках основной школы поверхностно. Так, в курсе раздела «Органическая химия», изучаемом в 10-м классе школы, предусмотрено частичное знакомство с одним из важнейших понятий – механизм реакций. Поэтому часто у учащихся возникает непонимание, как можно предсказать свойства вещества и его реакционную активность по его химическому строению. Следовательно, нарушается чёткое понимание взаимосвязи «строение ↔ свойства» и появляются затруднения в определении генетических взаимосвязей между веществами изучаемых классов. Между тем понимание учащимися понятия «механизм реакций» необходимо для успешной сдачи экзаменов, как выпускных, так и вступительных в ВУЗы химического, биологического и медицинского направлений. Успехи в понимании механизма реакций обусловлены в основном использованием электронных теорий в органической химии, которые не только дали возможность систематизировать и объяснить большое количество уже известных фактов, но позволили также предсказать условия успешного проведения новых важных реакций. Использование электронной теории освобождает учащихся от необходимости заучивания большого числа, на первый взгляд, не связанных между собой фактов, что в прошлом было характерно для органической химии. Новый подход не требует от учащихся запоминания нового материала, но помогает им несравненно лучше использовать уже известный материал. Исходя из существования трёх основных классов реагентов – электрофилов, нуклеофилов и радикалов, будут рассматриваться основные особенности поведения каждого из этих реагентов в наиболее важных органических реакциях – замещения, присоединения, отщепления и в перегруппировках. Во всех случаях примеры для данного элективного курса выбирались с таким расчётом, чтобы наиболее существенные особенности процесса не были замаскированы второстепенными деталями и выявлялись в возможно более простой форме. В связи с вышеизложенным, и был разработан данный элективный (по выбору учащихся) курс химии, предназначенный для учащихся 10-го класса, изучающих систематический курс органической химии и имеющих первоначальные (обзорные) знания о строении и свойствах органических веществ. Этот курс направлен на расширение объёма фактического материала в области органической химии, на формирование понимания пути превращений органических соединений и главное, на обучение учащихся ориентированию в новых для них ситуациях при решении незнакомых уравнений. Программа рассчитана на 34 часа, причём занятия могут посещать учащиеся 10-го и 11-го классов естественнонаучного профиля (по желанию). 1 Цели курса углубить знания учащихся о механизмах реакций в органической химии; изучить типы связей в органических соединениях, их разрыв и образование; научить составлять уравнения реакций, ориентируясь на указанные реагенты или условия; продолжить формирование навыков работы с тестами разных типов (типа А и типа В), чтобы добиться хорошей подготовленности к экзаменам; создать условия для формирования и развития у обучающихся интеллектуальных и практических умений, творческих способностей, умения самостоятельно приобретать и применять знания. Для успешной реализации данного элективного курса необходимо, чтобы учащиеся владели хорошей зрительной памятью, были способны пространственно представлять структуру молекул и обладали навыками анализа и прогнозирования. Формы и методы обучения Элективный курс «Механизмы реакций в органической химии» - это целевой функциональный узел знаний, в котором теоретический материал различных тем по органической химии объединён в единую целостную систему. Каждое занятие данной системы имеет целевой план действий, сформированный банк информации (печатный и электронный варианты) и подобранный запас заданий для достижения дидактических целей. Данный курс можно рассматривать как программу обучения, предусматривающую систему лекций, практических семинаров и продуманные индивидуальные занятия дома. Содержание учебного материала подобрано в соответствии с темой и дидактической целью. На каждом занятии выделяются важнейшие научные понятия, теоретические положения, закономерности… Объём материала подобран оптимально, охватывает изучаемые в школьной программе классы веществ. Основной формой обучения является лекция, построенная с учётом возрастных особенностей учащихся. Главная задача лекции – вызвать интерес к материалу, возбудить творческую мысль, а не свести всё к сообщению готовых научных истин, которые следует понять и запомнить. Данный элективный курс предусматривает также лекционно-семинарскую и практическую формы работы по темам, перечисленным в программе. Не менее важной является и проверка усвоения теоретических понятий. Для оперативного контроля усвоения учебного материала предусматривается опрос у доски и текущий письменный контроль – так называемые «летучки», или сигнальные проверочные работы. Уровень 2 усвоения разделов курса будет устанавливаться с помощью итоговых контрольных работ, задания которых после проверки обсуждаются на семинаре. Некоторые разделы тем будут изучаться учащимися самостоятельно по материалам (в электронном варианте) с последующим разбором на семинаре или докладом одного ученика перед всеми учащимися. В проведении занятий предусматривается использовать учебник, учебные пособия для школ, дополнительные источники, а также дидактические разработки учителя. Все учащиеся обеспечиваются приложениями к курсу в распечатанном или электронном виде. 3 Программа элективного курса МЕХАНИЗМЫ РЕАКЦИЙ В ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ для 10 класса естественнонаучного профиля Автор программы: Ким Наталья Викторовна час дата тема занятия Тема I. Структура и реакционная способность. Механизмы реакций. 1 2 3, 4 5 6, 7 8 9 10 Вводное занятие. Знакомство с целями и задачами курса, его структурой. Атомные орбитали. Гибридизация. Связи в соединениях углерода: простые C – C связи; двойные C – C связи; тройные C – C связи; C – O и C – N связи; сопряжение; бензол и ароматичность; условия, необходимые для делокализации. Разрыв и образование связей. Факторы, влияющие на доступность электронов в связях и в отдельных атомах: индуктивный эффект; мезомерный эффект или эффект сопряжения; эффекты, изменяющиеся во времени; сверхсопряжение (гиперконъюгация). Классификация реагентов. Типы реакций. Проверочная работа (тест № 1). Тема II. Нуклеофильное замещение у насыщенного атомами углерода. 11 12 13 Связь между кинетикой и механизмом реакции. Влияние растворителя. Влияние строения реагирующих соединений. Стереохимические аспекты механизма реакций: механизм SN2; определение относительной конфигурации; механизм SN1; механизм SNi; 4 14 15 16 участие соседних групп. Влияние вступающих и покидающих групп. Урок взаимоконтроля. Проверочная работа (тест № 2). Тема III. Реакция электрофильного и нуклеофильного замещения в ароматических системах. 17 18 19 20 21 22 23 Электрофильная атака бензола: π- и σ-комплексы. Нитрование. Нитрующая смесь веществ. Галогенирование и сульфирование. Влияние уже присутствующих заместителей: индуктивный эффект заместителей; мезомерный эффект заместителей; суммарный эффект. Ориентация замещения. Влияние условий проведения реакций. Соотношения орто- и параизомеров. Электрофильное замещение в других ароматических системах. Нуклеофильное замещение в ароматических системах: замещение атомов водорода; замещение неводородных атомов; замещение галогена в неактивированном ядре. Тема IV. Присоединение по двойным C = C связям. 24 25 26 Присоединение брома и раствора брома. Ориентация в реакции с галогеноводородами. Другие реакции присоединения: гидратация; присоединение карбониевых ионов; гидроксимирование; гидрирование; Решение генетических цепочек. Домашняя контрольная работа. Тема V. Присоединение по двойным C = O связям. Реакции присоединения: 27 гидратация; присоединение спиртов; присоединение – CN, HSO3 – и других агентов. 5 Тема VI. ОВР, их особенности и методика подбора коэффициентов. ОВР. Метод электронно-ионного баланса. ОВР в органической химии. Р. деструктирования, окисления и горения. Реакции элиминирования. Итоговый обобщающий тест. Анализ результатов. Обобщение. 28 29 30 31 32 Итого: 32 часа. Резерв: 2 часа. Список рекомендуемой литературы 1. Габриелян О.С., Маскаев Ф.М., Лысова Г.Г. Химия 10 класс: Учебник для общеобразовательных учреждений. – М.: Дрофа, 2003. 2. Габриелян О.С., Остроумов И.Г. Химия 10 класс: Настольная книга учителя. – М.: Дрофа, 2004. 3. Павлова Н.С. Дидактические карточки–задания по химии. – М.: Экзамен, 2006. 4. Потапов В.М. Органическая химия: Пробное учебное пособие для учащихся 10 – 11 классов школ с углублённым изучением химии. – М.: Просвещение, 1996. 5. Сайкс П. Механизмы реакций в органической химии. – Изд. 3-е. – М.: Химия, 1977. 6. Чертков И.Н. Методика формирований у учащихся основных понятий органической химии. – М.: Просвещение: 1991. Данная рабочая программа была опубликована на методическом сайте «NUMI.RU»,что подтверждено свидетельством о публикации №В-06895. В 20102011 году программа участвовала в конкурсе рабочих программ элективных курсов и курсов по выбору в Кировском институте повышения квалификации учителей, где была отмечена дипломом призёра. 6 Дидактические материалы (приложения) к элективному курсу химии в 10 классе естественнонаучного профиля. Автор: учитель химии I кат. МОУСОШ № 6 г. Нягань ХМАО-Югры ___________ /Ким Н.В./ 7 Приложение №1. ЭЛЕКТРОННЫЕ ЭФФЕКТЫ В МОЛЕКУЛАХ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ. Электронные эффекты - смещение электронной плотности в молекуле, ионе или радикале под влиянием заместителей. Заместителем считается любой атом (кроме водорода) или группа атомов, связанная с атомом углерода. Различают индуктивный и мезомерный электронные эффекты заместителей. Индуктивный эффект (I-эффeкт) - смещение электронной плотности по цепи Ϭ-связей, обусловленное различиями в электроотрицательностях атомов. Из-за слабой поляризуемости Ϭ-связей I-эффект быстро затухает с удалением от заместителя и через 3-4 связи становится практически равным 0. Индуктивный эффект называют отрицательным (-I), если заместитель уменьшает электронную плотность на атоме углерода, с которым связан этот заместитель. При этом заместитель приобретает частичный отрицательный заряд (δ-), а атом углерода - частичный положительный заряд (δ+). Направление смещения электронной плотности всех Ϭ-связей обозначается прямыми стрелками (по линии связи) и символами частичных зарядов, индуцируемых заместителем: H3Cδ+→ Clδ-I-эффект ( ̶ I-эффект атома хлора) проявляют заместители, содержащие более электроотрицательные атомы, чем атом углерода: -F, -Cl, -Br, -OH, -NH2, -NO2. Индуктивный эффект называют положительным (+I), если заместитель увеличивает электронную плотность на атоме углерода, индуцируя на нем частичный отрицательный заряд (δ-), сам при этом приобретая заряд δ+. +I-эффект проявляют атомы с низкой электроотрицательностью -Mg-, -Li; алифатические углеводородные радикалы (-CH3, -C2H5). Пример: H3C δ+ → Liδ+ (+I-эффект атома лития) 8 Мезомерный эффект (М-эффект) - смещение электронной плотности по цепи делокализованных (сопряженных) π-связей. Этот эффект проявляют заместители, связанные с sp2- или sp-гибридизованным атомом. Благодаря подвижности π-электронов, М-эффект передается по цепи сопряжения без затухания. +М-эффектом обладают заместители, повышающие электронную плотность в сопряженной системе. К ним относятся группы, которые содержат атомы с неподеленной парой электронов, способные к передаче этой пары электронов в общую систему сопряжения. +М-эффект характерен для групп -OH и -NH2. -М-эффект проявляют заместители с электроотрицательными атомами и смещающие электронную плотность на себя. -М-эффект характерен для групп -CH=O, -COOH, -NO2. Хотя эти группы имеют неподелённые электронные пары, пространственное расположение орбиталей с этими электронами не позволяет им вступать в систему сопряжения. Таким образом, в данном случае заместитель может лишь оттягивать электроны из общей системы сопряжения за счет своей более высокой электроотрицательности. Направление смещения электронной плотности под влиянием М-эффекта обозначается изогнутыми стрелками. Источник. Чертков И.Н. Методика формирований у учащихся основных понятий органической химии. – М.: Просвещение: 1991. 9 Приложение №2. Правила ориентации в ароматическом кольце В молекуле бензола пи-электронное облако распределено равномерно по всем атомам углерода за счет сопряжения. Если же в бензольное кольцо ввести какой-нибудь заместитель, это равномерное распределение нарушается, и происходит перераспределение электронной плотности в кольце. Место вступления второго заместителя в бензольное кольцо определяется природой уже имеющегося заместителя. Заместители подразделяют на две группы в зависимости от проявляемого ими эффекта (мезомерного или индуктивного): электронодонорные и электроноакцепторные. Электронодонорные заместители проявляют +М и +I-эффект и повышают электронную плотность в сопряженной системе. К ним относятся гидроксильная группа -ОН и аминогруппа -NH2. Неподеленная пара электронов в этих группах вступает в общее сопряжение с пи-электронной системой бензольного кольца и увеличивает длину сопряженной системы. В результате электронная плотность сосредотачивается в орто- и пара-положениях. Алкильные группы не могут участвовать в общем сопряжении, но они проявляют +I-эффект, под действием которого происходит аналогичное перераспределение пи-электронной плотности. Электроноакцепторные заместители проявляют -М-эффект и снижают электронную плотность в сопряженной системе. К ним относятся нитрогруппа -NO2, сульфогруппа —SO3H, альдегидная —СНО и карбоксильная —СООН группы. Эти заместители образуют с бензольным кольцом общую сопряженную 10 систему, но общее электронное облако смещается в сторону этих групп. Таким образом, общая электронная плотность в кольце уменьшается, причем меньше всего она уменьшается в метаположениях: Полностью галогенированные алкильные радикалы (например. - ССl3) проявляют -I-эффект и также способствуют понижению электронной плотности кольца. Закономерности преимущественного направления замещения в бензольном кольце называют правилами ориентации. Заместители, обладающие +I-эффектом или +M-эффектом, способствуют электрофильному замещению в орто- и пара-положения бензольного кольца и называются заместителями (ориентантами) первого рода. -СН3 -ОН +I -NH2 +M,-I +M,-I Заместители, обладающие -I-эффектом или электрофильное замещение -CI в мета-положения (-F,-Вr,-I) +М,-I -M-эффектом, направляют бензольного кольца и называются заместителями (ориентантами) второго рода: -S03H -ССl3 -М02 -СООН -М -I -М,-I -М 11 -СН=О -М Помимо ориентирующего действия, заместители оказывают влияние и на реакционную способность бензольного кольца: ориентанты 1-го рода (кроме галогенов) облегчают вступление второго заместителя; ориентанты 2-го рода (и галогены) затрудняют его. Источники 1. Сайкс П. Механизмы реакций в органической химии. Изд. 3-е.–М.: Химия, 1977. 2. Чертков И.Н. Методика формирований у учащихся основных понятий органической химии. – М.: Просвещение: 1991 12 Приложение №3. Основы номенклатуры органических соединений. Названия большинства органических веществ упрощённо можно представить в виде схемы: N'— R корень названия ^'— N"—^"— N'". где: N' – номер, показывающий положение заместителей – радикалов. Если номеров несколько, их перечисляют в порядке увеличения В случае наличия сразу нескольких одинаковых радикалов, например двух метиловых, используют числовые приставки: 2-ди; 3-три; 4-тетра; 5-пента; 6-гекса; 7-гепта; 8-окта; 9нона...(два метиловых радикала – диметил ) R - Если радикалов несколько, их перечисляют в порядке положения в русском алфавите первых букв их названий, например: радикалы метил, пропил, и амин нужно перечислять так – амин, метил и пропил. Обратите внимание на линейное или разветвлённое строение радикала, т. е. 1) СН3-СН2-СН2— →пропил, а СН3-СН-СН3→изопропил, │ │ 2) СН3-СН2-СН2-СН2— →бутил, а СН3-СН-СН2-СН3→ вторбутил; СН3-С(СН3)-СН3 │ →третбутил 3) С6Н5— фенил; 4) СН2=СН— винил и т. д. Корень названия - определяется самой длиной (из всех возможных) цепью из атомов углерода, количество которых в выбранной цепи называются греческими числительными, кроме первых четырёх, названных исторически, т. е. 1-мет, 2-эт, 3-проп, 4-бут, а далее – аналогично названиям радикалов (см. выше) ^' – первый суффикс, указывающий на вид связи между атомами углерода в выбранной цепи. При наличии только σ (т. е. одинарной) связи—ан^. При наличии двойной (π-) связи—ен^ - …. При наличии тройной (2π-) связей—ин^ - …. N" – номер, указывающий положение кратной связи, причём меньший из пары чисел. ^" – второй суффикс, указывающий на класс данного вещества, т. е. зависящий от наличия определённой функциональной группы: —ОН спирты ол; —СНО альдегиды аль; —СООН кислоты овая кислота —СО— кетоны он; —NH2 амины амин. N'" - номер, указывающий положение функциональной группы. Внимание. Нумерация цепи атомов углерода определяется: 1) функциональной группой; 2) кратной связью; 3) наличием заместителей – радикалов 13 Приложение №4. Реакции органических соединений. 1. Реакции замещения (S) в алканах, циклоалканах и в аренах – замена атома или группы атомов в исходном веществе-субстрате на другие атомы или группы. (sp3) (sp3) (sp2) (sp2) пр. СН4 + Сl2→CH3Cl + HCl или C6H6 + Br2 →C6H5Br + HBr, возможна сокращенная запись типа Br2.FeBr3 ←реагент и катализатор субстрат → C6H6—→C6H5Br ←продукт особенность: сохранение электронной конфигурации атома углерода (типа гибридизации) – признак реакции замещения. 2. Реакции присоединения (А) для ненасыщенных углеводородов - алкенов, алкинов и т.п. – 2 и более молекул реагирующих веществ соединяются в один продукт. Реагент (sp2) Pt (sp3) 1) H2 - гидрирование, пр. СH3-CH=CH2 + H2 →CH3-CH2-CH3↑ (алкен → алкан); 2) HCl - гидрогалогенирование, пр. СH3-CH=CH2 + HCl →CH3-CHCl-CH3 (алкен →? ); 3) Cl2 – хлорирование, пр. CH2=CH2 + Cl2 → CH2CL-CH2Cl (алкен → ? ); 4) H2O – гидратация, пр. CH2=CH2 + Н2О → СН3-СН2ОН (алкен → ? ); 5) полимеризация – соединение большого количества молекул в крупные макромолекулы с образованием только органического продукта, условия → УФ свет,R пр. молекулы мономеров → n CH2=CH2 ( -CH2-CH2̶ )n←степень полимеризации полимер (в скобках- структурное звено) поликонденсация – соединение большого количества молекул в крупные макромолекулы с образованием органического продукта и низкомолекулярного неорганического вещества, типа: H2O, NH3 пр. H2SO4 NH2-CH2-COOH + НNH-CH2-COOH → NH2-CH2-CO-NH-CH2-COOH + H2 O карбоновые кислоты дипептид 14 3. Реакции отщепления (Е) – элиминирования для алканов и их производных, при этом из молекулы исходного вещества образуется несколько молекул продуктов. (sp3) t,Al2O3 (sp2) 1). дегидрирование –Н2 пр. СН3-СН3 CH2=CH2↑ + H2↑; t,H2SO4 2) дегидратация –Н2О пр. СН3-СН2-СН2ОН CH2=CH2↑ + H2O↑; NaOH,спирт 3) дегидрохлорирование – HCl HCl↑, пр. CH3CH2Cl CH2=CH2↑ + 4) крекинг (термический или каталитический) – расщепление алканов и природных углеводородов на новую молекулу алкана и алкен, пр. СН3-СН2-СН3 t → СН2=СН2↑ + СН4↑ или t С16Н34 → С8Н18 + С8Н16 нефть бензин особенность: при присоединении и отщеплении происходит изменение электронной конфигурации. 4. Реакции изомеризации – образование молекул другого вещества того же качественного и количественного состава (т.е. без изменения общей формулы), пр. Al2O3,4500C СН3-СН2-СН2-СН2-СН3 СН3-СН(СН3)-СН2-СН3. Источники 1. Габриелян О.С., Остроумов И.Г. Химия 10 класс: Настольная книга учителя. – М.: Дрофа, 2004. 2. Потапов В.М. Органическая химия: Пробное учебное пособие для учащихся 10 – 11 классов школ с углублённым изучением химии. – М.: Просвещение, 1996. 3. Чертков И.Н. Методика формирований у учащихся основных понятий органической химии. – М.: Просвещение: 1991. 15 Приложение №5. Словарь химических терминов в органической химии. 1. Изомеры (isos – равный,meros – доля, часть) – вещества, молекулы которых имеют одинаковый качественный и количественный состав, но различное химическое строение и, следовательно, различные свойства. 2. Алифатические (англ.fat – жир) – вещества жирного ряда. 3. Карбоциклические (лат. Carbonium – углерод) соединения, замкнутый цикл которых составляют только атомы углерода. 4. Гетероциклические - соединения, имеющие в цикле атомы азота, кислорода, серы и др. (греч. Heteros – другой, иной) 5. Функциональная группа – группа атомов, определяющая наиболее характерные химические свойства вещества и его принадлежность к определённому классу соединений (гидроксильная – ОН, карбонильная - -С=О -, карбоксильная – СООН, нитрогруппа – NO2, аминогруппа – NH2….) 6. Номенклатура – система названий, употребляющаяся в какой-либо науке (латин. nomenclatura – перечень имён):1) тривиальная – названия по происхождению или свойствам веществ;2) рациональная – подчеркивание родственных связей между веществами; 3) систематическая или международная – единая для всех веществ, разработана спецкомитетом IUPAC. 7. Механизмы образования связи: а) обменный механизм осуществляется в том случае, если общая электронная пара образуется из неспаренных электронов, принадлежащих разным атомам; б) донорноакцепторный механизм реализуется в том случае, если один атом (донор) предоставляет неподелённую электронную пару, а другой (акцептор) – свободную орбиталь. 8. Радикалы – атомы или группы атомов, имеющие неспаренные электроны. 9. Способы разрыва связей: а) гомолитический (радикальный) – при разрыве образуются радикалы(homos – одинаковый и lysis – разрыв); б) гетеролитический (ионный) – при разрыве образуются заряженные частицы – ионы. 10. Нуклеофилы – анионы или молекулы, имеющие неподелённую пару электронов, способных взаимодействовать с атомами, на которых сосредоточен положительный заряд(nucleus – ядро, т. е. положительная часть атома и phileo – любить) – Cl-.OH-.RO-. 11. Электрофилы – катионы или молекулы, имеющие атом с незаполненной орбиталью или частичным положительным зарядом, способные взаимодействовать с атомами, обладающими избытком электронной плотности – H+… 12. Субстрат – условно главное вещество в реакции (более сложное по строению органическое вещество или вещество со старшей функциональной группой). 16 13. Реагент – второе из исходных веществ в реакции (часто – неорганическое). В зависимости от природы реагента реакции присоединения в органической химии могут носить радикальный, нуклеофильный или электрофильный характер ( англ. «присоединение» - addition, по 1ой букве р. присоединения обозначают символом А). Подстрочный индекс указывает на характер присоединения: радикальный - AR, нуклеофильный - АN, электрофильный - АЕ. 14. Элиминирование – реакции отщепления, обозначаются символом Е (от англ. eliminate – удалять). Примеры реакций отщепления : 1) дегидрирование (Н2); 2) дегидрогалогенирование (-НГ); 3) дегалогенирование (-Г2); 4) дегидратация (-Н2О). 15. Символьное обозначение реакций замещения – S(от английского substitute). 16. Типы изомерии: 1) структурная: а) межклассовая – этены и циклоалканы; этины и алкадиены…; б) изомерия углеродного скелета – бутанол1 и 2-метилпропанол-1…;в) изомерия положения кратной связи или функциональной группы – бутин-1 и бутин-2 или пропанол-1 и пропанол-2.; 2) пространственная или стереоизомерия (геометрические изомеры характерны для алкенов и оптические – для молекул с асимметрическим центром, т.е. имеющих атом углерода с 4-мя различными заместителями). Оптические изомеры называют энантомерами. 17. Электронные эффекты в органических молекулах: 1) индуктивны (индукционный) – смещение электронной плотности «сигма» - связи за счёт различия электроотрицательностей связанных атомов; 2) мезомерный (эффект сопряжения) – смещение электронной плотности в сопряженных системах с участием «пи» - связей или неподелённых электронных пар. Отрицательный индуктивный эффект(-I) имеют частицы, притягивающие электронную плотность, т. е. акцепторы электронов (англ. accept – принимать); например – ОН-. Положительным индуктивным эффектом (+I) обладают частицы – доноры электронов (англ. to donate – отдавать), например – СН3-. Источник Габриелян О.С., Маскаев Ф.М., Лысова Г.Г. Химия 10 класс: Учебник для общеобразовательных учреждений. – М.: Дрофа, 2003. 17 Образцы разработок занятий к элективному курсу химии в 10 классе естественнонаучного профиля. Автор: учитель химии I кат. МОУСОШ № 6 г. Нягань ХМАО-Югры ___________ /Ким Н.В./ 18 Тема занятия:ОВР с участием органических веществ. Окисление. Цели занятий: изучить особенности окислительно-восстановительных реакций органических веществ на примере углеводородов, реакции спиртов и альдегидов, рассмотреть электронно-ионный баланс как один из приёмов работы с ОВР. Ход занятия Вступление. В ОВР органических веществ с неорганическими органические вещества чаще всего являются восстановителями. Так, при сгорании органического вещества в избытке кислорода всегда образуется углекислый газ и вода. Сложнее протекают реакции при использовании менее активных окислителей. На этом занятии рассмотрим только реакции представителей важнейших классов органических веществ с некоторыми неорганическими окислителями. Изучение нового материала. I) Алкены. При мягком окислении алкены превращаются в гликоли (двухатомные спирты). Атомы-восстановители в этих реакциях – атомы углерода, связанные двойной связью. Реакция с раствором перманганата калия протекает в нейтральной или слабощелочной среде следующим образом: C2H4 + 2KMnO4 + 2H2O → CH2OH–CH2OH + 2MnO2 + 2KOH (охлаждение) В более жестких условиях окисление приводит к разрыву углеродной цепи по двойной связи и образованию двух кислот (в сильно щелочной среде – двух солей) или кислоты и диоксида углерода (в сильно щелочной среде – соли и карбоната): 1) 5CH3CH=CHCH2CH3 + 8KMnO4 + 12H2SO4 → 5 CH3COOH + 5C2H5COOH + 8MnSO4 + 4K2SO4 + 17H2O (нагревание) 2) 5CH3CH=CH2 + 10KMnO4 + 15H2SO4→ 5CH3COOH + 5CO2 + 10MnSO4 + 5K2SO4 + 20H2O (нагревание) 3) CH3CH=CHCH2CH3 + 6KMnO4 + 10KOH →CH3COOK + C2H5COOK + 6H2O + 6K2MnO4 (нагревание) 19 4) CH3CH=CH2 + 10KMnO4 + 13KOH →CH3COOK + K2CO3 + 8H2O + 10K2MnO4 (нагревание) Дихромат калия в сернокислотной среде окисляет алкены аналогично реакциям 1 и 2. II) Алкины. Алкины начинают окисляются в несколько более жестких условиях, чем алкены, поэтому они обычно окисляются с разрывом углеродной цепи по тройной связи. Как и в случае алканов, атомы-восстановители здесь – атомы углерода, связанные в данном случае тройной связью. В результате реакций образуются кислоты и диоксид углерода. Окисление может быть проведено перманганатом или дихроматом калия в кислотной среде, например: 5CH3C ≡ CH + 8KMnO4 + 12H2SO4 → 5CH3COOH + 5CO2 + 8MnSO4 + 4K2SO4 + 12H2O (нагревание) Иногда удается выделить промежуточные продукты окисления. В зависимости от положения тройной связи в молекуле это или дикетоны (R1–CO– CO–R2), или альдокетоны (R–CO–CHO). Ацетилен может быть окислен перманганатом калия в слабощелочной среде до оксалата калия: 3C2H2 + 8KMnO4 → 3K2C2O4 +2H2O + 8MnO2 + 2KOH В кислотной среде окисление идет до углекислого газа: C2H2 + 2KMnO4 +3H2SO4 → 2CO2 + 2MnSO4 + 4H2O + K2SO4 III) Гомологи бензола. Гомологи бензола могут быть окислены раствором перманганата калия в нейтральной среде до бензоата калия: C6H5CH3 +2KMnO4 → C6H5COOK + 2MnO2 + KOH + H2O (при кипячении) C6H5CH2CH3 + 4KMnO4 →C6H5COOK + K2CO3 + 2H2O + 4MnO2 + KOH (при нагревании) Окисление этих веществ дихроматом или перманганатом калия в кислотной среде приводит к образованию бензойной кислоты, в щелочной – к солям бензойной кислоты. IV) Спирты. Непосредственным продуктом окисления первичных спиртов являются альдегиды, а вторичных – кетоны. 20 Образующиеся при окислении спиртов альдегиды легко окисляются до кислот, поэтому альдегиды из первичных спиртов получают окислением дихроматом калия в кислотной среде при температуре кипения альдегида. Испаряясь, альдегиды не успевают окислиться. 3C2H5OH + K2Cr2O7 + 4H2SO4 → 3CH3CHO + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 7H2 (нагревание) С избытком окислителя (KMnO4, K2Cr2O7) в любой среде первичные спирты окисляются до карбоновых кислот или их солей, а вторичные – до кетонов. Третичные спирты в этих условиях не окисляются, а метиловый спирт окисляется до углекислого газа. Все реакции идут при нагревании. Двухатомный спирт, этиленгликоль HOCH2–CH2OH, при нагревании в кислотной среде с раствором KMnO4 или K2Cr2O7 легко окисляется до углекислого газа и воды, но иногда удается выделить и промежуточные продукты (HOCH2–COOH, HOOC–COOH и др.). V) Альдегиды. Альдегиды – довольно сильные восстановители, и поэтому легко окисляются различными окислителями, например: KMnO4, K2Cr2O7, [Ag(NH3)2]OH. Все реакции идут при нагревании: 3CH3CHO + 2KMnO4 = CH3COOH + 2CH3COOK + 2MnO2 + H2O 3CH3CHO + K2Cr2O7 + 4H2SO4 = 3CH3COOH + Cr2(SO4)3 + 7H2O CH3CHO + 2[Ag(NH3)2]OH = CH3COONH4 + 2Ag + H2O + 3NH3 Формальдегид с избытком окислителя окисляется до углекислого газа. Метод электронно-ионного баланса в ОВР с участием органических веществ имеет ряд особенностей: 1. Органические вещества часто не являются электролитами (за исключением солей К, Nа и аммония) и поэтому в балансе пишутся их брутто-формулы; 2. Если вещество-электролит, то в баланс пишут органический ион с соответствующим зарядом; 3. Если в продуктах атомы углерода содержатся в разных молекулах, то суммируют все молекулы (а также ионы), содержащие углерод; 4. Нехватающие атомы кислорода «берутся» из молекул воды, не зависимо от типа среды, все остальные атомы уравниваются алгебраически также, как и заряды левой и правой частей схемы. Пример: C6H5CH3 +KMnO4 → C6H5COOK + MnO2 + KOH + H2O Для удобства можно составить ионное уравнение, т.е. 21 C6H5CH30 + K+ + MnO4- → C6H5COO̶ + K+ + MnO2 + K+ + OH- + H2O Видно, что в баланс нужно выписать C6H5CH3 (C7H8) и C7H5O2А также MnO4- и MnO2 C7H8 + 2 Н2О - 6℮- → C7H5O2- + 7Н+ MnO4- + 4Н + + 3℮- → MnO2 + 2 Н2О 3 6 1 2 Итог: C6H5CH3 +2KMnO4 → C6H5COOK + 2MnO2 + KOH + H2O Д/З. составить электронно-ионный баланс к 2 любым реакциям из лекции. 22 Тема занятия: Механизмы реакций аминов. Основность аминов. Цель: научиться определять смещение электронной плотности в молекулах аминов разного строения и выяснить, какие факторы влияют на основность аминов. План занятия (продолжительность – 2 часа): 1. Работа с новым материалом (презентация); 2. Работа с диагностическим тестом (закрепление); 3. Подведение итогов. Ход занятия: Связь протона с амином, как и с аммиаком, образуется по донорно-акцепторному механизму за счет не поделённой электронной пары атома азота. Алифатические амины – более сильные основания, чем аммиак, т.к. алкильные радикалы увеличивают электронную плотность на атоме азота за счет +Iэффекта. По этой причине электронная пара атома азота удерживается менее прочно и легче взаимодействует с протоном. Ароматические амины являются более слабыми основаниями, чем аммиак, поскольку неподеленная электронная пара атома азота смещается в сторону бензольного кольца, вступая в сопряжение с его π-электронами. Уменьшение электронной плотности на атоме азота приводит к снижению способности отщеплять протоны от слабых кислот. Поэтому анилин взаимодействует лишь с сильными кислотами (HCl, H2SO4) и, в отличие от алифатических аминов и аммиака, не образует с водой гидроксида. На основность аминов влияют различные факторы: электронные эффекты углеводородных радикалов, пространственное экранирование радикалами атома азота, а также способность образующихся ионов к стабилизации за счет сольватации в среде растворителя. В результате +I-эффекта алкильных групп основность алифатических аминов в газовой фазе (без растворителя) растет в ряду: первичные < вторичные < третичные. Однако в растворах оснoвные свойства третичных аминов проявляются слабее, чем у вторичных и даже первичных аминов, так как три радикала создают пространственные препятствия для сольватации образующихся аммониевых ионов. По этой же причине основность первичных и вторичных аминов снижается с увеличением размеров и разветвленности радикалов. Основность ароматических аминов зависит также от характера заместителей в бензольном кольце. Электроноакцепторные заместители (-F, -Cl, 23 -NO2 и т.п.) уменьшают основные свойства акриламида по сравнению с анилином, а электронодонорные (алкил, -OCH3, -N(CH3)2 и др.), напротив, увеличивают. Основность простейших аминов (в растворе) возрастает в ряду: C6H5NH2 < NH3 < (CH3)3N < CH3NH2 < (CH3)2NH Взаимодействие с азотистой кислотой. Строение продуктов реакции с азотистой кислотой зависит от характера амина. Поэтому данная реакция используется для различения первичных, вторичных и третичных аминов. Важное практическое значение имеет реакция азотистой кислоты с первичными ароматическими аминами . Первичные алифатические амины c HNO2 образуют спирты. Характерным признаком реакции является выделение азота (дезаминирование аминов): R-NH2 + HNO2 R-OH + N2 + H2O Первичные ароматические амины при повышенной температуре реагируют аналогично, образуя фенолы. При низкой температуре (около 0 °С) реакция идет иначе . Вторичные амины (алифатические и ароматические) под действием HNO2 превращаются в нитрозосоединения (маслообразные вещества желтого цвета): R2NH + H-O-N=O алкилнитрозамин R2N-N=O + H2O Реакция с третичными алифатическими аминами приводит к образованию неустойчивых солей и не имеет практического значения. Третичные жирноароматические амины при действии азотистой кислоты вступают в реакцию электрофильного замещения по бензольному кольцу и превращаются в пара-нитрозопроизводные (кристаллические вещества зеленого цвета): 24 Обобщающий контроль знаний: реакции галогенирования органических веществ. В данном тесте возможно несколько ответов к заданиям. 1. В обычных условиях бромную воду обесцвечивают: а) пропан; б) пропин; в) олеиновая кислота; д) пропанол – 1. г) бензол; 2. Правильным является выражение: а) под действием УФ-света алканы способны присоединять хлор или бром; б) реакции галогенирования всех циклоалканов протекают одинаково; в) строение продуктов хлорирования бензола зависит от условий протекания реакции; г) реакция хлорирования муравьиной и уксусной кислот протекает одинаково; д) бромирование ацетона протекает за счет разрыва π-связи. 3. Бромоводород выделяется при бромировании: а) дивинила; б) этана; в) циклопропана; д) толуола. г) ацетилена; 4. Наибольшее количество хлороводорода выделится при действии избытка хлора на 1 моль: а) метана; б) нитробензола; в) уксусной кислоты; г) муравьиной кислоты; д) пиридина. 5. Хлороводород не выделяется при эквимолярном воздействии хлора на: а) стирол; б) бензойную кислоту; в) анилин; г) циклогексан; д) ацетальдегид. 6. Из предложенных соединений наибольшее количество хлора присоединяет 1 моль: а) пропина; б) изопрена; в) бензола; г) циклопропана; д) акриловой кислоты. 7. Только одно моногалогенпроизводное образуется при бромировании: а) 2-метилпропана; б) 2,2-диметилпропана; в) циклогексана; г) нитробензола; д) анилина. 8. Изомерные продукты образуются при эквимолярном воздействии брома на: а) бензол; б) дивинил; в) пропан; г) циклопентан; д) этилен. 25 9. Одинаковое число изомерных продуктов в реакции с эквимолярным количеством брома образуют: а) бутан; б) 2-метилбутан; в) фенол; г) 1,2,3-триметилбензол; д) метилциклопропан. 10. В реакции бромирования при эквимолярном соотношении веществ наибольшее количе-ство изомерных продуктов образует: а) пропан; б) бутан; в) 2-метилпентадиен-1,3; г) 2-метилбутадиен-1,3; д) орто-ксилол. 11. Продукты, имеющие геометрические изомеры, образуются при эквимолярном броми-ровании: а) ацетилена; б) ацетона; в) фенола; г) изопрена; д) акриловой кислоты. 12. Тетрабромпроизводное образуется в результате реакции бромирования: а) этилена; б) ацетилена; в) толуола; в) дивинила; д) уксусной кислоты. 13.Правильными являются выражения: а) скорость реакции галогенирования органических соединений не зависит от природы галогена; б) фторирование протекает быстрее других реакций галогенирования органических соединений; в) иодирование протекает быстрее других реакций галогенирования органических соединений г) способность первичных, вторичных и третичных атомов водорода в алканах замещаться на хлор зависит от температуры реакции; д) ) способность первичных, вторичных и третичных атомов водорода в алканах замещаться на хлор не зависит от температуры реакции. 14.Правило Марковникова описывает закономерности реакции бромирования: а) ацетилена; б) бензола; в) циклогексана; г) пропана; д) пропилена. 15. Из предложенных соединений быстрее других вступает в реакцию хлорирования в одних и тех же условиях: а) нитробензол; б) толуол; в) пиридин; г) фенол; д) бензол. 16. Через промежуточную стадию образования карбокатиона протекает реакция бромирования: 26 а) этилена; б) толуола (под действием УФ-лучей); присутствии кат); г) циклогексана; д) ацетилена. в) бензола (в 17. Электрофильное замещение атома водорода на галоген происходит при действии брома на: а) циклогексан; б) пиррол; в) бензол; г) пропан; д) фенол. 18. В реакцию электрофильного присоединения хлора вступают: а) ацетилен; б) ацетальдегид; в) бензол; г) дивинил; д) уксусная кислота. 19. Галоформная реакция протекает при действии иода в щелочной среде на: а) пропилен; б) ацетон; в) ацетальдегид; г) уксусную кислоту. 20. Образование белого осадка происходит при действии бромной воды в обычных условиях на: а) гексан; б) бензойную кислоту; в) этилен; г) фенол; д) анилин. 21. Обесцвечивание бромной воды органическим соединением в обычных условиях используют как качественную реакцию на: а) гидроксогруппу; б) кратную углерод-углеродную связь; в) карбонильную группу; г) карбоксильную группу; д) ароматическое кольцо. 27 Обобщающий контроль знаний: реакции элиминирования органических веществ. Процессы элиминирования – отщепления лежат в основе создания кратных связей, циклических структур, позволяют при необходимости удалять лишние функциональные группы… В данном тесте возможно несколько ответов к заданиям. 1. Реакцией элиминирования орг. веществ называется реакция, в результате которой: а) увеличивается молекулярная масса орг. соединения; б) изменяется строение орг. молекулы без изменения молекулярной массы; в) атом или группа атомов орг. молекулы обмениваются на другие атомы или группы атомов реагента; г) органическое вещество распадается с образованием новых веществ, суммарная молекулярная масса соответствует молекулярной массе исходного вещества; д) органическое вещество распадается с образованием новых веществ, суммарная молекулярная масса которых не соответствует молекулярной массе исходного вещества. 2. В результате реакции элиминирования в молекуле может образоваться: а) кратная связь; б) гидроксогруппа; в) алициклическая структура; г) ароматическое кольцо; д) аминогруппа. 3. Реакцией элиминирования, не связанной с образованием π-связи, может быть: а) дегидрирование; б) декарбоксилирование; в) дегидратация; г) дегалогенирование дигалогеналканов; д) дегидрогалогенирование. 4. Образование цикла в молекуле возможно за счёт реакции: а) дегидратации; б) декарбоксилирования; в) дегидрогалогенирования; г) дегалогенирования; д) дегидрирования. 5. В условиях реакции элиминирования орг. молекулы в зависимости от строения способны отщеплять: а) воду; б) галогеноводород; в) щелочь; г) водород; д) кислород. 6. Р. Элиминирования идут в соответствии с правилом: а) Марковникова; б) Эльтекова; в) Зайцева; г) Попова; 7. Р. Элиминирования соответствует уравнение: а) СН3-С(ОН)2-СН2-СН3 −→ СН3-СО- СН2-СН3 + Н2О ; б) СН3СООН + СН3ОН −→ СН3СООСН3 + Н2О ; в) СН3-СН=СН2 + Н2О −→ СН3-СН(ОН)-СН3; 28 д) Хюккеля. г) СН3-СН2-СН2-СН3 −→ СН3-СН(СН3)-СН3; д).С6Н4(СООН)2 −→ С6Н4(СОООС) + Н2О 8. В реакцию элиминирования не вступает: а) бензол; б) ацетилен; в) хлорэтан; г) пропан; д) метанол. 9. Реакции дегидратации соответствует уравнение: а) СН3-СН2-СН2ОН + НBr −→ СН3-СН2-СН2Br + Н2О; б) СН4 + 2О2 −→ СО2 + 2Н2О; в) СН3-СН2-СН2ОН −→ СН3-СН = СН2 + Н2О; г) НОСН2-СН2-СНО −→ СН2=СН-СНО + Н2О; д) С6Н12 −→ С6Н6 + 3Н2. 10. Веществом, способным в соответствующих условиях отщеплять воду, является: а) ацетальдегид; б) малеиновая кислота; в) фенол; г) диэтиловый эфир; д) глицерин. 11. Уравнением реакции дегалогенирования (без указания условий) является: а) Br(СН2)6Br −→ С6Н12 + Br2; б) СН3-СН=СН2 + Br2 −→ CH3-CH(Br)-CH2(Br); в) CH3-CH(Br)-CH2(Br) −→ СН3-СН=СН2 + Br2; г) 2 CH3Br −→ CH3-CH3 +Br2; д) CH3-CH3 + Br2 −→ CH3-CH2Br + HBr. 12. Уравнением реакции дегидрогалогенирования является: а) С6Н6 + Cl2 −→ С6Н5Cl + HCl; б) СН3-СООН + SOCl2 −→ CH3-COCl + SO2 + HCl; в) CH3-CH(Cl)-CH3 + КОНспирт −→ СН3-СН=СН2 + КCl + Н2О; г) С2Н2 + НCl −→ CН2 = СНСl; д) C6H5Cl + HOH −→ C6H5OH + HCl. 13. Веществом, способным в соответствующих условиях отщеплять галогеноводород, является: а) хлоруксусная кислота; б) бромбензол; в) метаброманилин; в) 2-хлорпропаналь; д) 3-бромбутен – 1. 14. Уравнением реакции декарбоксилирования является: а) СН4 + 2О2 −→ СО2 + 2Н2О; б) НООС – СООН −t→ НСООН + СО2; в) СН2 =СН – СН3 −KMnO4→ СО2 + СН3СООН + Н2О; г) НОСН2СН2СООН −[O] → НООССН2СООН; д) СН3 – СО – СООН −t,H2SO4→ СН3 – СНО + СО2. 29 15. Уравнением реакции дегидрирования является: а) 2 СН3 – СН2ОН + 2Na −t→ 2 СН3 – СН2ОNa + H2; б) C6H12 −t→ C6H6 + 3H2 ; в) C6H6 + 3H2 −t→ C6H12; г) CH2 = CH – CH2 – CH3 −t→ CH2=CH – CH=CH2 + H2; д) 2 CH4 −t→ C2H2 + 3H2. 16. Правило Зайцева применимо к реакции: а) дегидратации; б) дегидрирования; в) декарбоксилирования; г) дегалогенирования; д) дегидрогалогенирования. 17. Веществом, вступающим в реакцию дегидрирования, является: а) анилин; б) муравьиная кислота; в) пропан; г) этанол; д) ацетон. 18. Веществом, способным в результате реакции элиминирования образовать алкен, является: а) этиленгликоль; б) пропанол-2; в) бутан; г) 1-хлорбутан; д) щавелевая к-та. 19. Веществом, способным в результате реакции элиминирования образовать алкадиен, является: а) бутен-1; б) бутан; в) глицерин; г) 1,6-дибромгексан; д) этилен. 20. Веществом, способным в результате реакции элиминирования образовать циклоалкан, является: а) 1,2-дибромгексан; б) 1,6-дибромгексан; в) 1,4-дибромбензол; г) гексан; д) гександиол-1,6. 21. Веществом, способным в результате реакции элиминирования образовать алкин, является: а) 1,1-дибромпропан; б) пропандиол-1,2; в) этан; г) ацетон; д) гександиол-1,6. 22. Веществом, способным в результате реакции элиминирования образовать арен, является: а) ацетилен; б) метилциклогексан; в) бензальдегид; г) толуол; д) циклогексан. 30
