К алканам относится углеводород состава

Тема 3.1. Алканы (предельные углеводороды)

=== Скачать файл ===

Алканы

1 Углеводороды

Алканы парафины или предельные углеводороды — наиболее простой по элементному составу класс органических соединений. Они состоят из углерода и водорода. Родоначальником этого класса является метан СН 4. Все остальные углеводороды, относящиеся к алканам, являются членами гомологического ряда метана. Углерод имеет на внешней оболочке четыре валентных электрона, поэтому он может образовывать с атомами водорода четыре двухэлектронные ковалентные связи:. Атом углерода образовывает ковалентные связи за счёт одного s -электрона и трех р -электронов, а атом водорода — за счёт единственного s -электрона. Судя по числу s - и р -электронов, должны быть три s -р связи и одна s - s. Однако физические и химические данные указывают на равноценность всех четырех связей С—Н в метане. Действительно, в метане s - и р -орбитали образуют четыре одинаковые смешанные или гибридные орбитали. Подобный тип гибридизации назвают s р 3 -гибри-дизацией. Это приводит к появлению двух незаряженных частиц , несущих по одному неспаренному электрону: Такие частицы называются свободными радикалами. В общем случае при разрыве одной связи С—Н в алканах образуется один, а при разрыве связи С—С — два одновалентных углеводородных радикала, которые называются алкилами. Ниже приводятся названия некоторых одновалентных насыщенных радикалов нормального строения:. Таким образом, этан может образоваться из двух метильных радикалов в результате образования между углеродами связи за счет объединения их неспаренных электронов:. Если заменяется водород метиленовой группы пропана, —СН 2 —, то цепь разветвится и получится углеводород того же состава, изобутан, изомерный н -бутану и отличающийся от него по своим свойствам:. Углеродный атом, связанный с одним соседним углеродным атомом, называется первичным , с двумя — вторичным , с тремя — третичным и с четырьмя — четвертичным:. Органическая химия с миллионами соединений требует точной и ясной номенклатуры системы названий , так чтобы по названию соединения можно было написать его структурную формулу и наоборот. Для названий алканов может использоваться несколько номенклатур:. Поскольку углеродные структуры алканов лежат в основе соединений остальных классов органических соединений, их названия следует запомнить. Тривиальные названия наиболее простых нормальных алканов приведены в начале раздела;. При составлении названия по этой номенклатуре соединение рассматривается как полученное из самого простого представителя ряда в результате замещения в нем водородных атомов на алкильные радикалы. Вначале называются радикалы, начиная с меньших, а затем основа. Основа выбирается из условия получения радикалов наименьшего размера:. Первые правила приняты в г. Для наименования разветвленных углеводородов нужно выбрать наиболее длинную углеродную цепь , назвав нормальный углеводород. Ответвления рассматриваются как замещающие радикалы, и их названия ставятся перед названием нормального углеводорода-основы по алфавиту. Положение замещающих радикалов в главной цепи обозначают, пронумеровав её углеродные атомы, начиная с конца, более близкого к разветвлению , и указывая номера углеродов основной цепи, с которыми эти радикалы связаны, перед их названием. Номера проставляются для каждого заместителя без исключения. Названия одинаковых алкильных заместителей объединяются с использова-нием умножающих приставок диэтил-, триметил- …. Следует также помнить, что алкильные радикалы, начиная с пропильных, представлены совокупностями их изомеров, которые имеют тривиальные названия, используемые в различных номенклатурах. Следует запомнить названия и строение следующих алкильных радикалов:. Для характеристики строения и свойств алканов важное значение имеет вопрос об их пространственном строении, о расположении атомов углерода и водорода в пространстве. Как уже говорилось, в метане атом углерода связан с четырьмя атомами водорода, которые располагаются в пространстве симметрично относительно углерода. При этом направления от атома углерода к водородным атомам идут по осям правильного тетраэдра. Если углерод удерживает разные атомы, углы между связями меняются, но несущественно. Максимальное перекрывание sp 3 -гибридных орбиталей происходит при тетраэдрическом расположении. Из рентгеноструктурных данных известно, что центры атомов углерода в алканах удалены друг от друга на 0. Тетраэдрическое расположение атомов углерода и водорода свойственно и для всех остальных алканов и их производных. В этане, построенном из двух тетраэдрических атомов углерода, направление С—С связи совпадает с направлением свободных валентностей атомов углерода в радикалах. Взаимное пространственное расположение метильных групп в этане не является закрепленным. Они могут поворачиваться вокруг связи С—С как вокруг оси и образовывать различные пространственные конфигурации молекулы, называемые конформациями. Известно, что внутреннее вращение молекул не свободно, оно заторможено. Это означает, что существуют определенные предпочтительные по своей энергетической устойчивости конформации молекул, которые могут переходить друг в друга и которые находятся в равновесии между собой. Время жизни конформации порядка 10 с. Но при относительном взаимном вращении групп в состоянии энергетически выгодных конформаций вращение притормаживается и соединение в этих конформациях находится большее время. Поворотная изомерия характерна для соединений, которые при внутреннем вращении образуют хотя бы две устойчивые конформации различного пространственного строения , которые и называют поворотными изомерами. Рассмотрим поворотную изомерию н-бутана СН 3 -СН 2 — СН 2 -СН 3 при относительном вращении этильных групп вокруг центральной связи С—С. Скошенные зеркально изомерные формы В и F, обладающие одинаковой энергией, несколько дестабилизированы из-за сближения метильных групп в гош -положении. Наименее стабильной является заслоненная конформация А, в которой метильные группы пространственно максимально сближены. Таким образом, н -бутан представлен двумя поворотными изомерами: Относительное содержание их в смеси зависит, прежде всего, от температуры и оказывает влияние на физико-химические свойства углеводорода и его реакционную способность. Взаимодействие атомов водорода метильных групп в этане слабое, поэтому вращение происходит почти свободно и одна конформация переходит в другую очень легко. Тем не менее шахматная конформация этана несколько устойчивее заслоненной, поскольку атомы водорода более удалены друг от друга. Именно поэтому не удается выделить форму молекул вещества, которая соответствовала бы какой-либо определенной конформации. В соответствии с тетраэдрическим расположением атомов нормальная цепь алкана должна иметь зигзагообразный вид:. И, поскольку вращение возможно вокруг любых связей С—С и оно почти свободно, углеродная цепь может иметь самые разные формы, вплоть до спиральной, свернутой:. Действительно, при нормальных условиях н -алканы представлены преимущественно набором свернутых конформаций. Алканы наряду с соединениями других классов циклоалканами и ароматическими углеводородами входят в состав нефти. Другим природным источником предельных углеводородов служит природный газ. При перегонке нефти получаются продукты, более или менее богатые алканами: Твердые высокоплавкие парафины встречаются в виде залежей так называемого озокерита. Очищенный озокерит — церезин — служит заменителем воска. Гидрирование газообразным водородом протекает в присутствии катализаторов и чаще всего под давлением. Наиболее сильными катализаторами являются металлы платиновой группы в мелко раздробленном состоянии. Способ заключается в действии натрия на галоидные алкилы. При этом два углеводородных остатка соединяются, образуя молекулу углеводорода:. Можно брать и два разных галоидных алкила. В этом случае образуется смесь трех разных алканов:. Вместо натрия используются и другие металлы например, цинк. Реакция Вюрца имеет большое значение не только для синтеза углеводородов, но и для доказательства их строения. Нагревание солей карбоновых кислот с натронной известью или едким натром приводит к образованию алканов:. Согласно теории химического строения физические свойства веществ зависят от их состава и строения. Наиболее закономерно в гомологическом ряду предельных углеводородов изменяются температуры кипения. Первые четыре члена ряда — метан, этан, пропан и бутан — при комнатных условиях газы. Алканы С 5 —С 15 — жидкие, а С 16 и далее — твердые. Превращению жидкого вещества в газообразное противо-действуют слабые силы взаимного притяжения атомов разных молекул. Это притяжение тем больше, чем больше атомов в молекуле и чем сильнее могут сближаться их атомы. Первый фактор проявляется в плавном повышении температур кипения гомологов нормального строения. Закон перехода количественных изменений в качественные в данном случае имеет очень удачное приложение. Постепенное увеличение молекулярной массы на 14 молекулярная масса группы —СН 2 — от одного гомолога к другому приводит к резкому скачку в свойствах — изменению агрегатного состояния: С 4 — газ, а уже С 5 — жидкость. Второй фактор проявляется в различии температуры кипения изомерных углеводородов, имеющих одинаковую молекулярную массу. Наиболее разветвленные — наинизшими температурами кипения и плотностями табл. Температура плавления отражает прочность межмолекулярных связей в кристалле. Она также определяется молекулярной массой соединения и в большой мере зависит от геометрических факторов упаковки молекул в кристаллической решётке. Чем симметричнее построена молекула, тем легче и прочнее её упаковка в кристалле и тем выше температура плавления. Так, степень симметрии молекул изомерных пентанов возрастает в следующей последовательности: Некоторые соединения, конформации которых лишены каких-либо элементов симметрии, вообще не могут кристаллизоваться, или кристаллизуются очень трудно. Например, 3-метилпентан; 3-метил-гептан; 2,3-диметилпентан. Эти соединения при замораживании стеклуются. Углеводороды ряда метана при обыкновенной температуре химически весьма инертны. Поэтому они и получили название парафинов обладают малым сродством. С большинством химических реагентов алканы или вовсе не реагируют, или реагируют весьма медленно. Они не присоединяют водород отсюда — предельные , не реагируют без инициирования с Cl 2 и Br 2 , не окисляются на холоду такими сильными окислителями, как перманганат калия и хромовая кислота. При высоких температурах протекают лишь некоторые реакции замены атомов водорода на различные атомы и группы. При этом получаются производные углеводородов. В алканах связи С—Н и С—С малополярны и прочны. Поэтому для образования карбкатионов и карбанионов гетеролитический разрыв связи нужно много энергии. В то же время эти связи сравнительно легко подвергаются гомолитическому разрыву с образованием радикалов. Поэтому для алканов в большей мере свойственны реакции радикального замещения. На свету алканы могут последовательно замещать атомы водорода на атомы галоида, например:. Марковников установил, что после замещения одного атома водорода хлором замещение оставшихся атомов водорода облегчается. Реакции галоидирования алканов протекают по радикальному цепному механизму. Этот механизм был открыт и доказан советским ученым Семёновым Нобелевская премия. Легче других разрывается связь Cl—Cl. При этом получаются довольно длинные цепи — порядка звеньев актов взаимодействия на один атом хлора. Хлорирование метана, особенно с целью получения CCl 4 , проводится в промышленном масштабе. Галогеналканы служат исходными веществами для многих органических синтезов. Реакция протекает по радикальному, возможно — цепному механизму. NO 2 играет роль инициатора. Нитрометан используется в синтезе взрывчатых веществ и как растворитель. Серная кислота олеум при нагревании медленно сульфирует алканы с третичным атомом углерода:. Сульфохлорированию чаще всего подвергают смесь парафинов синтин. Смесь сульфохлоридов в этом случае используют для получения моющих средств. Хромовая смесь, перманганат калия и другие окислители при обычных условиях на н -алканы не действуют. У изоалканов сравнительно легко окисляется третичная группа СН. Промышленный интерес представляет каталитическое окисление смеси высших предельных углеводородов С 8 — С Смесь спиртов применяется для получения пластификаторов пластических масс, карбоновые кислоты — для приготовления моющих средств. Реакция имеет важное значение в промышленности при получении дивинила и изопрена — мономеров синтеза каучуков. Под действием кислых катализаторов например, AlCl 3 , H 2 SO 4 и др. FAQ Обратная связь Вопросы и предложения. Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Московский государственный университет природообустройства. Связь С—Н в метане может разрываться тремя различными способами: Ниже приводятся названия некоторых одновалентных насыщенных радикалов нормального строения: Таким образом, этан может образоваться из двух метильных радикалов в результате образования между углеродами связи за счет объединения их неспаренных электронов: Если заменяется водород метиленовой группы пропана, —СН 2 —, то цепь разветвится и получится углеводород того же состава, изобутан, изомерный н -бутану и отличающийся от него по своим свойствам: Пентан имеет уже три изомера: При переходе к высшим гомологам число изомеров резко возрастает смотри выше. Углеродный атом, связанный с одним соседним углеродным атомом, называется первичным , с двумя — вторичным , с тремя — третичным и с четырьмя — четвертичным: Для названий алканов может использоваться несколько номенклатур: Тривиальные названия наиболее простых нормальных алканов приведены в начале раздела; — рациональная номенклатура. Основа выбирается из условия получения радикалов наименьшего размера: Следует запомнить названия и строение следующих алкильных радикалов: В соответствии с тетраэдрическим расположением атомов нормальная цепь алкана должна иметь зигзагообразный вид: И, поскольку вращение возможно вокруг любых связей С—С и оно почти свободно, углеродная цепь может иметь самые разные формы, вплоть до спиральной, свернутой: Нахождение алканов в природе Алканы наряду с соединениями других классов циклоалканами и ароматическими углеводородами входят в состав нефти. При этом два углеводородных остатка соединяются, образуя молекулу углеводорода: В этом случае образуется смесь трех разных алканов: Таблица 1— Температуры кипения, плавления и плотности изомеров пентана Соединение t кип. Химические свойства алканов Углеводороды ряда метана при обыкновенной температуре химически весьма инертны. Для начала реакции необходимо образование свободного радикала. Обрыв цепи происходит вследствие рекомбинации атомов хлора: В газовой среде и высоких температурах такой избирательности нет.

Афоризм г сковороди

Тест драйв шкода кодиак стиллавин

Взять щенка в добрые руки хаски

После пьянки сильно тошнит что делать

Надо ли лечить дисбактериоз

Звездная древесина где взять

Прохождение фотограф сталкер где тайник

Новости из америки про порошенко

Сколько стоит ремонт большого театра

Как правильно выбрать очки водителя

Экспозиция на видеорегистраторе какое лучше

Ил 200 от жука инструкция