Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Химия / Другие методич. материалы / Методические указания к изучению курса "Углеводороды"

Методические указания к изучению курса "Углеводороды"



Осталось всего 4 дня приёма заявок на
Международный конкурс "Мириады открытий"
(конкурс сразу по 24 предметам за один оргвзнос)


  • Химия

Поделитесь материалом с коллегами:


Н. В. ФИЛАТОВА










Химия





МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИЗУЧЕНИЮ КУРСА «УГЛЕВОДОРОДЫ»

























1 Характеристика органических веществ


Органические вещества в своем составе наряду с другими элементами всегда содержат углерод. Изучение соединений углерода – их строения, химических превращений – и составляет предмет органической химии.

Известно несколько миллионов органических соединений. С органическими веществами мы встречаемся на каждом шагу. Они содержатся во всех растительных и животных организмах, входят в состав нашей пищи (хлеба, мяса, овощей и т.п.), служат материалом для изготовления одежды, образуют различные виды топлива, используются нами в качестве лекарств, красителей, средств защиты урожая.

Почти все органические вещества горючи и сравнительно легко разлагаются при нагревании.

С органическими веществами человек знаком с древних времен. Наши далекие предки применяли природные красители для окраски тканей, использовали в качестве продуктов питания растительные масла, животные жиры, тростниковый сахар, получали уксус брожением спиртовых жидкостей и т.д. Но наука о соединениях углерода возникла лишь в первой половине XIX в. До этого времени в химии делили вещества по их происхождению на три группы – минеральные, растительные и животные.

С развитием методов химического анализа было установлено, что вещества растительного и животного происхождения содержат углерод. Шведский химик Я. Берцелиус (1807 г.) предложил называть вещества, полученные из организмов, органическими, а науку, изучающую их, органической химией.

Однако Я. Берцелиус и другие химики того времени считали, что органические вещества принципиально отличаются от неорганических: они не могут быть получены лабораторным способом, как неорганические, а создаются только организмами под влиянием особой «жизненной силы». Это учение о «жизненной силе» было глубоко ошибочным, идеалистическим, так как заставляло верить в наличие каких-то нематериальных, сверхъестественных сил.

Своим утверждением о невозможности создать органические вещества из неорганических виталистическое учение тормозило развитие науки. Но оно, конечно, не могло остановить поступательного процесса познания природы.

В 1828 г. ученик Я. Берцелиуса, немецкий ученый Ф. Велёр, из неорганических веществ синтезирует органическое вещество – мочевину. В 1845 г. немецкий химик А. Кольбе искусственным путем получает уксусную кислоту. В 1854 г. французский химик М. Бертло синтезирует жиры. Русский ученый А.М. Бутлеров в 1861 г. впервые синтезом получает сахаристое вещество.

Синтезы веществ, ранее вырабатывавшихся только живыми организмами, начали быстро следовать один за другим. Идеалистическое учение о «жизненной силе» потерпело полное поражение.

В настоящее время синтезированы органические вещества, не только имеющиеся в природе, но и не встречающиеся в ней.

Например: многочисленные пластмассы, различные виды каучуков, всевозможные красители, взрывчатые вещества, лекарственные препараты.

Начинают осуществляться синтезы самых сложных органических веществ – белков.


2 Теория химического строения А.М. Бутлерова


Подобно тому, как в неорганической химии при изучении элементов и их соединений мы руководствовались периодическим законом и периодической системой химических элементов Д.И. Менделеева, в органической химии при изучении веществ мы будем опираться на теорию химического строения.

Теория химического строения в своей основе была создана в 1861 г., её сформулировал профессор Казанского университета А.М. Бутлеров.

Основную идею своей теории А.М. Бутлеров выразил в следующих положениях:

1) атомы в молекулах располагаются не беспорядочно, они соединены друг с другом в определенной последовательности согласно их валентности;

2) свойства веществ зависят не только от того, атомы каких элементов и в каком количестве входят в состав молекул, но и от последовательности соединения атомов в молекулах, от порядка их взаимного влияния друг на друга;

3) по свойствам данного вещества можно определить строение его молекулы, а по строению молекулы предвидеть свойства;

4) строение молекулы можно выразить при помощи структурной формулы, которая для данного вещества является единственной.

Поясним первое положение этой теории.

Для этого рассмотрим строение простейших органических соединений – метана СН4, этана С2Н6, пропана С3Н8 и бутана С4Н10 – углеводородов, молекулы которых состоят только из атомов углерода и водорода:


H H H H H H H H H H

hello_html_m7db6cf07.gifhello_html_m37f9dbdb.gifhello_html_m37f9dbdb.gifhello_html_m6f66135d.gifhello_html_m37f9dbdb.gifhello_html_m6f66135d.gifhello_html_m37f9dbdb.gifhello_html_m37f9dbdb.gifhello_html_m37f9dbdb.gifhello_html_m37f9dbdb.gif

Hhello_html_m5197b299.gifhello_html_6d6d8fb3.gifhello_html_m5197b299.gifhello_html_m5197b299.gifhello_html_6d6d8fb3.gifhello_html_m5197b299.gifhello_html_mabbcb2f.gifhello_html_3b634711.gifhello_html_6d6d8fb3.gifhello_html_m5197b299.gifhello_html_mabbcb2f.gifhello_html_m7cd2e6e7.gifhello_html_m5197b299.gifhello_html_6d6d8fb3.gif C H H C C H H C C C H H C C C C H

hello_html_m37f9dbdb.gifhello_html_m37f9dbdb.gifhello_html_m7db6cf07.gifhello_html_m37f9dbdb.gifhello_html_md447561.gifhello_html_m37f9dbdb.gifhello_html_m37f9dbdb.gifhello_html_m37f9dbdb.gifhello_html_m37f9dbdb.gifhello_html_m37f9dbdb.gif

H H H H H H H H H H

метан этан пропан бутан


В молекуле метана CH4 атомы водорода связаны с атомом углерода, а не друг с другом. Если допустить, что водородные атомы соединены не с углеродным атомом, а между собой, то тогда они, исчерпав на это по единственной валентности, не смогут соединяться с атомом углерода. В молекуле этана C2H6 – два атома углерода связаны между собой, а каждый из них – с тремя водородными атомами.

Другого соединения атомов не может быть. Атом углерода в органических соединениях всегда четырехвалентен.

Химические формулы, в которых изображен порядок соединения атомов в молекулах, называются структурными формулами или формулами строения.

Подобные формулы отображают только последовательность соединения атомов, но не показывают, как расположены в пространстве. Как бы мы не изображали структурную формулу пропана, это будет одна и та же молекула, так как порядок, последовательность атомов не изменяется:


H H H H H

hello_html_68278c41.gifhello_html_753c4ef5.gifhello_html_m20a7b22e.gifhello_html_753c4ef5.gifhello_html_68278c41.gif

Hhello_html_6d6d8fb3.gifhello_html_m5197b299.gifhello_html_mabbcb2f.gifhello_html_mabbcb2f.gifhello_html_67726a1e.gifhello_html_m47646096.gifhello_html_m495825ca.gif C C C H H C C H

hello_html_m6757099b.gifhello_html_753c4ef5.gifhello_html_753c4ef5.gifhello_html_m20a7b22e.gifhello_html_753c4ef5.gif

hello_html_253fdd8e.gifhello_html_m7cd2e6e7.gifH H H H H C H

hello_html_753c4ef5.gif

H


Структурные формулы веществ часто изображают в сокращенном виде:

CH3 - CH2 - CH3

В сокращенных формулах черточки обозначают связи между атомами углерода между собой, но не показывают связи между атомами углерода и водорода.


3 Понятие изомерии


Еще до появления теории А.М. Бутлерова загадочным явлением в органической химии было существование веществ, которые имели одинаковый элементный состав, но обладали разными свойствами. Такое явление в химии было названо изомерией (от греч. – isos – равный).

До создания теории строения было известно лишь одно вещество состава C4H10 – бутан. У бутана линейное строение углеродной цепи. Но А.М. Бутлеров высказал предположение, что возможно существование еще одного вещества с той же молекулярной формулой, но с другим строением. Такое вещество было получено и названо изобутаном.


hello_html_818e2fb.gifCH3


H3C – CH2 – CH2 – CH3 CH3 – CH – CH3

бутан изобутан



Изобутан имеет разветвленное строение углеродной цепи и отличается по свойствам, в частности более низкой температурой кипения.

Рассматривая возможное строение пентана C5H12, А.М. Бутлеров пришел к выводу, что должны существовать три углеводорода такого состава:


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


пhello_html_m20a7b22e.gifентан

CH3


2 - метилбутан

CH3

hello_html_68278c41.gif

Hhello_html_5951fc3b.gifhello_html_5951fc3b.gif3C C CH3

hello_html_68278c41.gif

CH3


2,2 – диметилпропан


Все эти вещества были получены.

С увеличением числа атомов углерода в молекуле число веществ одного и того же состава сильно возрастает. Явление изомерии, т.е. существования разных веществ одного и того же состава, но разного строения известно давно. Но только теория химического строения дала ему убедительное объяснение.

Вещества, имеющие одинаковый состав молекул (одну и ту же молекулярную формулу), но различное химическое строение и обладающие разными свойствами, называются изомерами.


4 Классификация органических соединений


В основе классификации органических соединений лежит именно теория строения – теория А.М. Бутлерова.

Классифицируют органические вещества по наличию и порядку соединения атомов в их молекулах. В зависимости от порядка соединения атомов углерода в этой цепи вещества делятся на ациклические, не содержащие замкнутых цепей атомов углерода в молекулах, и карбоциклические, содержащие такие цепи (циклы) в молекулах.

Помимо атомов углерода и водорода, молекулы органических веществ могут содержать атомы и других химических элементов.

Вещества, в молекулах которых эти так называемые гетероатомы включены в замкнутую цепь, относят к гетероциклическим соединениям.

Гетероатомы (кислород, азот и др.) могут входить в состав молекул и ациклических соединений, образуя в них функциональные группы.

Нhello_html_be45e8f.gifапример: гидроксильную – ОН, карбонильную - С = О;

hello_html_m15efa60c.gif

кhello_html_4108a035.gifарбоксильную - С = О;

hello_html_m2a7690f7.gif

ОН


аминогруппу – NH2.

4.1 Ациклические (нециклические) соединения


Основная часть молекул этих соединений состоит из атомов углерода, непосредственно связанных между собой и образующих неразветвленную (нормальную) или разветвленную цепь:


H H CH3

hello_html_753c4ef5.gifhello_html_753c4ef5.gifhello_html_m720fdf75.gif

Chello_html_mabbcb2f.gifhello_html_253fdd8e.gifhello_html_6d6d8fb3.gifhello_html_67726a1e.gifhello_html_m7cd2e6e7.gifH3 C C CH3 H3C C CH3

hello_html_753c4ef5.gifhello_html_753c4ef5.gifhello_html_m6757099b.gif

H H H

неразветвленная цепь разветвленная цепь


Соединения нециклического строения называют еще алифатическими соединениями или соединениями жирного ряда.

Эти исторически сложившиеся названия связаны с тем, что первыми подробно изученными представителями этого ряда соединений были жиры – вещества, в состав которых входят остатки жирных кислот.

К основным классам ациклических углеводородов относятся:

1) алканы;

2) алкены;

3) алкадиены;

4) алкины.

Органические соединения, молекулы которых содержат только (одинарные) простые связи между атомами углерода, называются предельными (насыщенными).

Органические соединения, молекулы которых содержат, кроме одинарных, также и кратные (двойные и тройные) связи, называются непредельными (ненасыщенными).

К ациклическим соединениям относятся не только углеводороды, но и вещества, содержащие в молекуле различные функциональные группы:

1) галогенопроизводные углеводородов – органические вещества, содержащие в молекуле, кроме атомов углерода и водорода, атомы галогенов. Галогенопроизводные углеводородов могут и не содержать в молекуле атомов водорода. По числу атомов галогена в молекуле различают моно-, ди-, три-, и т.д. галогенопроизводные.

2) гидроксильная группа (- ОН) является функциональной группой спиртов

СН3ОН СН3 – СН2 – ОН

метиловый спирт этиловый спирт

( метанол) (этанол)





О

hello_html_m626ce055.gifhello_html_m5b17cbad.gif

3) карбонильная группа (- С - ) атомов входит в состав соединений двух

hello_html_m5b17cbad.gifhello_html_m2c573bd4.gifhello_html_m5b17cbad.gifhello_html_m2c573bd4.gifO O

классов: альдегидов (RCH) и кетонов (RCR)

hello_html_m5b17cbad.gifhello_html_m626ce055.gifhello_html_m4e23129.gifhello_html_4639d53f.gifO O

CH3 – C – H CH3 – C – CH3

уксусный альдегид ацетон

(этаналь) (пропанон)


В молекулах кетонов карбонильная функциональная группа связана с двумя атомами углерода, а в молекулах альдегидов – с одним атомом углерода и атомом водорода.


hello_html_46ab6bdc.gifhello_html_6e910e65.gifО

4hello_html_23f59275.gif) карбоксильная группа (- С ) входит в состав карбоновых кислот:

ОН

hello_html_110f0a43.gifhello_html_m626ce055.gifhello_html_m647083ca.gifhello_html_m2c573bd4.gifО О

Сhello_html_be45e8f.gifН3 – С – ОН СН3 – СН2 – СН2 - С

ОН

уксусная кислота масляная кислота

этановая кислота бутановая кислота


Карбоксильная группа атомов может рассматриваться как объединение других известных вам функциональных групп – карбонильной и гидроксильной.

5) Простые эфиры можно рассматривать как продукты замещения атома водорода в гидроксильной группе спиртов на углеводородный радикал.

В молекулах этих соединений два углеводородных радикала связаны через оксигруппу – О –, которую часто называют «кислородным мостиком».

Общая формула: ROR2H3COCH3 - диметиловый эфир

6) Сложные эфиры содержат в молекуле функциональную группу атомов, которую так и называют – сложноэфирная.


O

hello_html_m15efa60c.gifhello_html_m15efa60c.gif

CH3 – C – O – CH2 – CH3

этиловый эфир уксусной кислоты

( этилацетат)


7) Нитросоединения содержат в молекуле нитрогруппу – NO2


СН3 – СН2NO2

нитроэтан

8) Замещая в молекуле аммиака атомы водорода на углеводородные радикалы, можно получить первичные (RNH2), вторичные (R2NH) амины:

CH3NH2 CH3 - CH2 - NH - CH2 - CH3 N(CH2 - CH3)3

метиламин диэтиламин триэтиламин


В состав молекул органических соединений может входить несколько одинаковых (полифункциональные соединения) или разных (гетерофункциональные соединения) групп:


.CH2 – CH– CH2

hello_html_m6757099b.gifhello_html_m6757099b.gifhello_html_m6757099b.gif

OH OH OH

глицерин

(пропантриол- 1,2,3) - полифункциональное соединение.


Среди важных гетерофункциональных соединений выделили углеводы (альдегидоспирты и кетоноспирты) и аминокислоты.


4.2 Карбоциклические ( алициклические) соединения


Карбоциклическими ( алициклическими) соединениями называются органические вещества, содержащие в молекуле замкнутую цепь атомов углерода (цикл). Цикл может содержать разное количество атомов углерода, связанных одинарными или кратными связями.


CH2CH2CH2 OH Циклогексанол

hello_html_m7eaa7d36.gifhello_html_m7db6cf07.gifhello_html_m15efa60c.gifhello_html_be45e8f.gifhello_html_m7eaa7d36.gif

Chello_html_7398136b.gifhello_html_m1dcf8c8.gifH2 – CH2 CH2 CH2 CH

цhello_html_m7eaa7d36.gifhello_html_m7eaa7d36.gifиклобутан

CH2 CH2 CH2 CH2

hello_html_m405e5678.gifhello_html_457667af.gifhello_html_753c4ef5.gifhello_html_753c4ef5.gif

CH2 CH2 CH2

hello_html_m643647ef.gifhello_html_794b191f.gifциклогексан

CH2

циклогексанол

Следует особо отметить ароматические соединения – арены – разновидность карбоциклических соединений, содержащих в молекуле специфическую систему чередующихся двойных и одинарных связей:







NH2CH3CHO COOH

hello_html_6555bcee.gifhello_html_6555bcee.gifhello_html_6555bcee.gifhello_html_6555bcee.gifhello_html_6555bcee.gifhello_html_6555bcee.gifhello_html_6555bcee.gifhello_html_m7eaa7d36.gifhello_html_m7eaa7d36.gifhello_html_m7eaa7d36.gifhello_html_m7eaa7d36.gif

hello_html_m6c77a147.gifhello_html_m6c77a147.gifhello_html_2861004f.gifhello_html_2861004f.gifhello_html_2861004f.gifhello_html_5a4ce35f.gifhello_html_2861004f.gifhello_html_2861004f.gif

hello_html_7d424120.gifhello_html_5a4ce35f.gifhello_html_5a4ce35f.gifhello_html_5a4ce35f.gifhello_html_5a4ce35f.gif


hello_html_m5b039c22.gifhello_html_mbfa1417.gifhello_html_656da5d5.gif

hello_html_656da5d5.gifhello_html_656da5d5.gifhello_html_656da5d5.gifhello_html_656da5d5.gif

бензол нафталин анилин толуол бензальдегид бензойная

кислота

4.3 Гетероциклические соединения


Гетероциклические соединения – это соединения, в которых гетероатомы (O, N, S) входят в цикл (скелет молекулы) и в состав функциональных групп:


hello_html_m376126ab.gifhello_html_m376126ab.gifhello_html_m376126ab.gifO

hello_html_m4dfd6c52.gifhello_html_505da843.gif\\

hello_html_m5463923.gifN

N СOOH


NH N N NH S

пирролидин пиридин пиримидин морфолин тиоден никотиновая кислота


Гетероциклические соединения играют важную роль в биохимических процессах: они входят в состав многих биологически важных веществ – белков и нуклеиновых кислот.


  1. Виды связей


    1. Образование одинарной связи


Атом углерода состоит из ядра, имеющего положительный заряд +6 (т.к. содержит шесть протонов), и электронной оболочки, на которой находятся шесть электронов, расположенных на двух энергетических уровнях.

hello_html_83022fc.gifhello_html_mfc2d10a.gif

С +6 ) ) 1s22s22p2

2 4 1s 2s 2p


«Живущий» в пространстве вокруг ядра электрон обладает одновременно свойствами и частицы (имеет массу 1/1840 от массы протона или нейтрона), и волны (способен к огибанию препятствий – дифракции, характеризуется определенной амплитудой, длиной волны, частотой колебаний).

Нельзя точно определить положение электрона в пространстве вокруг ядра. Поэтому говорят о большей или меньшей вероятности пребывания электрона в данной области пространства. Если сфотографировать атом, то на снимке положение электрона отразится в виде точки, при наложении огромного числа таких снимков получится картина электронного облака. Чем больше плотность

этого облака, тем с большей вероятностью электрон находится в этой области. Пространство вокруг ядра, в котором заключено 90% электронного облака, называют орбиталью.

Атом углерода имеет два вида орбиталей: S – орбитали сферической формы и Р – орбитали в форме гантели или объемной восьмерки:


hello_html_516c6a2b.gif

hello_html_7cc36b4b.gifhello_html_m696d1e66.gif


S – орбиталь Р – орбиталь

Эти орбитали отличаются друг от друга не только формой, но и удаленностью от ядра атома. Чем более удалена от ядра орбиталь, тем большую энергию имеет электрон на этой орбитали.

Чтобы различать энергетические уровни, их нумеруют в порядке удаления от ядра.

Валентность химического элемента чаще всего определяется числом неспаренных электронов. Атом углерода имеет два неспаренных электрона, с их участием могут образовываться две электронные пары, осуществляющие две ковалентные связи.

В органических соединениях углерод всегда четырехвалентен.

Это объясняется тем, что в возбужденном атоме происходит распаривание 2 S - электронов и переход одного из них на 2 Р - орбиталь.

Сhello_html_7d75f9ec.gifhello_html_m44c3e293.gif*

2s 2p


Такой атом имеет четыре неспаренных электрона и может принимать участие в создании четырех ковалентных связей. Для образования ковалентной связи необходимо, чтобы орбиталь одного атома перекрывалась с орбиталью другого. При этом чем больше перекрываний, тем прочнее связь.

В молекуле водорода Н2 образование ковалентной связи происходит за счет перекрывания S-орбиталей.


Н Н

hello_html_m63a932b5.gifhello_html_m63a932b5.gifН Н

hello_html_c7cdc7f.gif

hello_html_6b11c135.gif+


Расстояние между ядрами атомов водорода составляет 7,4•10-2 нм, а ее прочность – 435 кДж/моль.

В молекуле фтора F2 ковалентная связь образуется за счет перекрывания двух Р-орбиталей.


hello_html_24653f84.jpg


Длина связи фтор – фтор равна 14,2•10-2 нм, а прочность связи – 154 кДж/моль.

Химические связи, образующиеся в результате перекрывания электронных орбиталей вдоль линии связи, называются σ - связями (сигма – связи).

Линия связи – прямая, соединяющая ядра атомов.

Для S-орбиталей возможен лишь единственный способ перекрывания – с образованием σ - связей.

P-орбитали могут перекрываться с образованием σ - связей, а также могут перекрываться в двух областях, образуя ковалентную связь другого вида – за счет «бокового» перекрывания:

hello_html_m341adc44.jpg

Химические связи, образующиеся в результате «бокового» перекрывания электронных орбиталей вне линии связи, т.е. в двух областях, называются

π-связями (пи – связями).

При образовании молекулы метана СН4 атом углерода из основного состояния переходит в возбужденное состояние и имеет четыре неспаренных электрона: один S- и три P-электрона, которые и участвуют в образовании четырех σ – связей с четырьмя атомами водорода. Три связи С – Н, образова- нные за счет спаривания трех P-электронов атомов углерода с тремя S-электронами трех атомов водорода (SP), должны бы отличаться от четвертой (SS) связи прочностью, длиной, направлением. Но эксперименты показывают, что все связи в СН4 одинаковы. Следовательно, при образовании молекулы метана ковалентные связи возникают за счет взаимодействия не «чистых», а так называемых гибридных, т.е. усредненных по форме и размерам орбиталей.

Гибридизацией орбиталей называется процесс выравнивания их по форме и энергии.

Число гибридных орбиталей равно сумме исходных орбиталей.

В молекуле метана и в других алканах, а также во всех органических молекулах по месту одинарной связи атомы углерода будут находиться в состоянии Sp3 – гибридизации, т.е. у атома углерода гибридизации подверглись орбитали одного S- и трех Р-электронов и образовались четыре одинаковые гибридные орбитали.

В результате перекрывания четырех гибридных Sp3 – орбиталей атома углерода и S-орбиталей четырех атомов водорода образуется тетраэдрическая молекула метана с четырьмя одинаковыми σ - связями под углом 1090 28’ .

hello_html_35b497f.jpg

Если в молекуле метана один атом водорода заменить на группу СН3, то получится молекула этана СН3 – СН3.

Атом углерода, при котором находятся три атома водорода и один атом углерода, называют первичным.

В молекуле этана существует одинарная неполярная углерод - углерод связь длиной 0,154 нм.

В молекуле пропана СН3 – СН2 – СН3 при центральном атоме углерода находятся два атома водорода и два атома углерода. Такой атом называют вторичным.

Если атом углерода связан с тремя углеродными атомами, то говорят о третичном атоме:


СН3 – СН– СН3

hello_html_m20a7b22e.gif

СН3

Углерод, при котором находятся четыре атома углерода, называется четвертичным:

СН3

hello_html_m7eaa7d36.gif

СН3 – С – СН3

hello_html_m7eaa7d36.gif

СН3

    1. Образование двойной связи


В молекуле С2Н4 этилена, между атомами углерода двойная связь, которая отражается в структурной формуле двумя одинаковыми черточками:

Сhello_html_5951fc3b.gifhello_html_6d6d8fb3.gifН2 СН2

Связи, отраженные этими формулами, хотя и ковалентные, но разные по способу перекрывания – одна из них σ, другая – π - связь.

В молекуле этилена каждый атом углерода соединен с тремя другими атомами (одним атомом углерода и двумя атомами водорода), поэтому в гибридизацию вступают только три электронные орбитали: одна S и две Р, т.е. происходит Sp2 – гибридизация.

Эти три орбитали располагаются в одной плоскости под углом 1200 по отношению друг к другу. Орбитали каждого атома углерода перекрываются с S-орбиталями двух атомов водорода и с одной такой же Sp2 – гибридной орбиталью соседнего атома углерода и образуют три связи под углом 1200.

Следовательно, молекула этилена будет иметь плоское строение.

Две Р-орбитали атомов углерода, которые участвуют в гибридизации, будут перекрываться в двух областях, перпендикулярно плоскости молекулы и образуют π-связь

hello_html_m7c87222f.jpg

Однако, «боковое» перекрывание p-орбиталей происходит в меньшей степени, чем p-орбиталей по линии связи, кроме этого, оно образуется на большем удалении от ядер связывающихся атомов. Поэтому π-связь будет менее прочной, чем σ-связь. И тем не менее под воздействием π-связи атомы углерода еще более сближаются друг с другом: в молекулах метана СН4 и этана С2Н6 расстояние между ядрами атомов составляет 0,154 нм, а в молекуле этилена С2Н4 – 0,134 нм.


5.3 Образование тройной связи


В молекуле ацетилена С2Н2 имеется тройная связь: одна σ-связь и две π-связи. Молекула ацетилена имеет линейное строение, т.к. в ней каждый атом углерода соединен σ-связями только с двумя другими атомами – атомом углерода и атомом водорода, при этом происходит Sp-гибридизация, в которой участвуют лишь две орбитали – одна S и одна Р.

Две гибридные орбитали ориентируются друг относительно друга под углом 1800 и образуют две σ-связи с S-орбиталью атома водорода и еще одну σ-связь с Sp-гибридной орбиталью соседнего атома углерода.

Не вступившие в гибридизацию две p-орбитали при боковом перекрывании с подобными орбиталями образуют еще две π-связи, расположенные во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Появление третьей связи обуславливает дальнейшее сближение атомов углерода – расстояние между ними (длина С = С связи) в молекуле ацетилена 0,120 нм.


6 Алканы


6.1 Основные понятия


Углеводороды – это органические соединения, состоящие из двух элементов – углерода и водорода.

Углеводороды с общей формулой СnH2n + 2, которые не присоединяют водород и другие элементы, называются предельными углеводородами или алканами (парафинами).

Алканы – название предельных углеводородов по международной номенклатуре.

Парафины – исторически сохранившееся название предельных углеводородов (лат. parrum affinis – малоактивный).

В общей формуле буква n – целое число, показывающее, сколько атомов углерода содержится в молекуле данного углеводорода.


6.2 Строение молекулы метана

Простейшим представителем предельных углеводородов является метан. Строение молекулы метана можно выразить молекулярной, структурной и электронной формулами:

СН4 – молекулярная формула

Н Н

hello_html_5e29220f.gif

Нhello_html_mabbcb2f.gifhello_html_mabbcb2f.gif С Н Н С Н

hello_html_m20a7b22e.gif

Н Н

структурная формула электронная формула


Так как гибридные электронные облака атомов углерода направлены к вершинам тетраэдра, то при образовании молекул этана, пропана, направление химической связи между вторым и третьим атомами углерода не может совпадать с направлением связи между первым и вторым атомами углерода.

Образуется угол 109028 . Такие же углы существуют между четвертым, пятым и другими атомами углерода. Углеродная цепь поэтому принимает зигзагообразную форму, но при изображении формул эти углы не показывают.


6.3 Гомологический ряд


Ряд соединений, в котором каждый последующий член отличается от предыдущего на одну и ту же группу СН2, называют гомологическим рядом, а отдельные члены этого ряда – гомологами.

Группа СН2 называется гомологической разностью.

Гомологический ряд алканов выглядит следующим образом:

Сhello_html_263537c4.gifН4 – метан

С2Н6 – этан газы

С3Н8 – пропан

С4Н10 – бутан

Сhello_html_m79c09bf9.gif5Н12 – пентан

С6Н14 – гексан

С7Н16 – гептан жидкости

С8 Н18 – октан

С9Н20 – нонан

С10Н22 – декан

С17Н36 и далее – твердые вещества


6.4 Номенклатура


Предельные углеводороды называют в основном по систематической и рациональной номенклатурам.

Общее (родовое) название предельных углеводородов – алканы.

Первые четыре члена гомологического ряда алканов называют: метан, этан, пропан, бутан. Начиная с пятого гомолога названия строят при помощи греческого числительного (пента – пять, гекса - шесть, гепта – семь, окта – восемь, нона – девять, дека – десять) и суффикса – ан: пентан, гексан и т.д.

По систематической номенклатуре название алканов, имеющих разветвленную цепь, составляют по схеме:

1) в структурной формуле выбирают самую длинную углеродную цепочку;


1 2 3 4 5 6

H3C – CH – CH2 – CH – CH2 – CH3

hello_html_m7eaa7d36.gifhello_html_m7eaa7d36.gif

CH3 CH2 – CH3


2) цепочку нумеруют с того конца, к которому ближе расположено ответвление цепи;

3) название алкана производят в следующем порядке:

- перечисляют в углеродной цепи номера углеродных атомов (цифрами), при которых имеются ответвления;

- если при одном и том же углеродном атоме находятся два радикала, то одну и ту же цифру повторяют дважды;

  • называют радикалы в алфавитном порядке: метил, этил и т.д.;

  • если одинаковых радикалов несколько, то их число указывают

греческими числительными;

  • называют главную цепь, учитывая число углеродных атомов, входящих в ее состав.

Таким образом, углеводород, формула которого приведена выше, называют 2-метил-4-этилгексан.

По рациональной номенклатуре алканы рассматривают как производные метана, в молекуле которого один или несколько водородных атомов замещены на радикалы. Эти радикалы перечисляют в алфавитном порядке и добавляют слово «метан».

CH3

hello_html_m7eaa7d36.gif12345123 4

Hhello_html_5951fc3b.gifhello_html_5951fc3b.gifhello_html_5951fc3b.gifhello_html_5951fc3b.gifhello_html_5951fc3b.gifhello_html_5951fc3b.gifhello_html_5951fc3b.gif3C CH CH2CH2 CH3 H3C C CH2 CH3

hello_html_m7eaa7d36.gifhello_html_m7eaa7d36.gif

CH3 CH3

2-метилпентан или 2,2-диметилбутан или

диметилпропилметан триметилэтилметан


Свою номенклатуру имеют и радикалы. Одновалентные радикалы называют алкинами и обозначают буквой R. Названия радикалов составляют из названий соответствующих углеводородов заменой суффикса –ан на суффикс –ил: метан-метил (CH4CH3), этан-этил (C2H6-C2H5), пропан-пропил (C3H8-C3H7).

Двухвалентные радикалы называют, заменяя суффикс –ан на –илиден, исключение: радикал метилен CH2; этан-этилен C2H6-C2H4.

Трехвалентные радикалы имеют суффикс –илидин, исключение: радикал метин CH; этан-этилидин C2H6-C2H3.


6.5 Изомерия


Для алканов характерен один вид изомерии – структурная.

Такие изомеры отличаются друг от друга только порядком связей углеродных атомов между собой.

В молекулах метана, этана и пропана может быть только один единственный порядок соединения углеродных атомов.







H H H H H H

hello_html_m37f9dbdb.gifhello_html_m7db6cf07.gifhello_html_68278c41.gifhello_html_m37f9dbdb.gifhello_html_m7db6cf07.gifhello_html_m6f66135d.gif

Hhello_html_67726a1e.gifhello_html_67726a1e.gifhello_html_mabbcb2f.gifhello_html_m7cd2e6e7.gifhello_html_mabbcb2f.gifhello_html_m7cd2e6e7.gifhello_html_253fdd8e.gifhello_html_67726a1e.gifhello_html_m5197b299.gif C H H C C H H C C C H

hello_html_m7db6cf07.gifhello_html_m720fdf75.gifhello_html_m7db6cf07.gifhello_html_m7db6cf07.gifhello_html_753c4ef5.gifhello_html_68278c41.gif

H H H H H H

метан этан пропан


Если в молекуле алкана содержится более трех атомов углерода, то связь между ними может быть различной. Углеводороду C4H10 соответствует два изомера:


H H H H H H H

hello_html_m7db6cf07.gifhello_html_753c4ef5.gifhello_html_m7db6cf07.gifhello_html_68278c41.gifhello_html_m37f9dbdb.gifhello_html_m37f9dbdb.gifhello_html_m7db6cf07.gif

Hhello_html_mabbcb2f.gifhello_html_67726a1e.gifhello_html_67726a1e.gifhello_html_253fdd8e.gifhello_html_m7cd2e6e7.gifhello_html_67726a1e.gifhello_html_m7cd2e6e7.gifhello_html_m7cd2e6e7.gifhello_html_253fdd8e.gif C C C C H H C C C H

hello_html_m7db6cf07.gifhello_html_68278c41.gifhello_html_m7db6cf07.gifhello_html_68278c41.gifhello_html_m37f9dbdb.gifhello_html_68278c41.gifhello_html_m37f9dbdb.gif

hello_html_m412f2750.gifhello_html_m412f2750.gifH H H H H H C H H

hello_html_m7db6cf07.gif

H

H-бутан изобутан


Изомеры обладают сходными химическими и различными физическими свойствами.


6.6 Физические свойства


Низшие алканы – метан, этан, пропан и бутан – бесцветные газы без запаха или со слабым запахом бензина.

Алканы от пентана до пентадекана C15H32 – жидкости, а алканы от гексадекана C16H34 при обычной температуре – твердые вещества.

Алканы – неполярные соединения. Они не растворяются в воде, но растворяются в различных органических растворителях. Жидкие алканы сами являются хорошими растворителями.

Алканы – горючие вещества. Метан горит бесцветным пламенем.


6.7 Химические свойства


  1. Реакции замещения.

Наиболее характерными для алканов являются реакции свободнорадикального замещения, в ходе которых атом водорода замещается на атом галогена или какую-либо группу:

а) галогенирование


hello_html_3b8a6ff7.gifCH4 + Cl2CH3Cl + HCl

хлорметан

В случае избытка галогена хлорирование может пойти дальше, вплоть до полного замещения всех атомов водорода на хлор:


Chello_html_3b8a6ff7.gifH3Cl + Cl2 HCl + CH2Cl2

дихлорметан

(хлористый метилен )


Chello_html_3b8a6ff7.gifH2Cl2 + Cl2HCl + CHCl3

трихлорметан

(хлороформ)


Chello_html_3b8a6ff7.gifHCl3 + Cl2HCl + CCl4

тетрахлорметан

(четыреххлористый углерод)


б) нитрование.

Алканы взаимодействуют с разбавленной азотной кислотой при нагревании, образуя нитропроизводные алканов (реакция Коновалова):


H NO2

hello_html_m7eaa7d36.gift

Chello_html_m8de550a.gifH3 – CH – CH3 + HO – NO2 H3C – C – CH3 + H2O

hello_html_m7eaa7d36.gif

H

hello_html_m7eaa7d36.gif 2-нитропропан

.

  1. дегидрирование (отщепление водорода).

При пропускании алканов над катализатором (Pt, Ni, Al2O3, Cr2O3) при высокой температуре (400-600 Сhello_html_m789e59b6.gif) происходит отщепление молекулы водорода и образование алкена:


Chello_html_3b8a6ff7.gifH3 – CH3 CH2 = CH2 + H2


  1. термическое разложение.

При нагревании алканов до 500 Сhello_html_m789e59b6.gif и выше (с катализаторами или без их участия) они разлагаются с разрывом связей С – С и С – Н.

В результате образуются более простые углеводороды – непредельные и предельные;

  1. изомеризация.

Этот процесс связан с превращением неразветвленных алканов в разветвленные:




H3C

hello_html_m7eaa7d36.gif

hello_html_24a02cc3.gifhello_html_6b11c135.gifH3C – CH – CH2 – CH3

2-метилбутан

thello_html_m789e59b6.gif

H3C – CH2 – CH2 - CH2 – CH3 CH3

hello_html_m7eaa7d36.gif

hello_html_6b11c135.gifH3C – C – CH3

hello_html_m7eaa7d36.gif

CH3

2,2-диметилпропан


Такое превращение достигается при нагревании алканов в присутствии катализатора (AlCl3).

В реакцию изомеризации вступают алканы, углеродная цепь которых содержит не менее четырех углеродных атомов;

  1. реакция окисления.

Алканы – горючие вещества. При их горении выделяется большое количество энергии.


Chello_html_3b8a6ff7.gifH4 + 2O2 CO2 + 2H2O + 880 кДж/моль

При обычной температуре алканы устойчивы к действию даже сильных окислителей ( KMnO4, K2CrO4).

Если пропустить метан через водный раствор перманганата калия, то окраска раствора не изменится. Окисление метана в этих условиях не происходит. Но при каталитическом окислении и одновременном нагревании

22

высшие алканы способны окисляться с образованием многих кислородосодержащих продуктов (спиртов, альдегидов, кетонов, карбоновых кислот).

Chello_html_3b8a6ff7.gifH4 + [O] CH3OH

спирт метанол


    1. Получение алканов


  1. Для получения алканов используют природные источники.

Газообразные алканы выделяют из природного и попутных нефтяных газов, а жидкие и твердые – из нефти.

2) Для получения алканов можно использовать смесь оксида углерода (II) и водорода (синтез-газ) в присутствии катализатора.


nhello_html_98608df.gifCO + (2n + 1) H2 Co или Ni CnH2n + nH2O

2000 С

3) Гидрирование этиленовых и ацетиленовых углеводородов в присутствии катализатора (Pt, Pd, Ni)


Hhello_html_m75f322da.gifhello_html_7e2db146.gifhello_html_m8de550a.gifhello_html_m7cd2e6e7.gif2C CH2 + H2Pt H3C CH3

этилен этан


Hhello_html_6d6d8fb3.gifhello_html_mabbcb2f.gifhello_html_m5197b299.gifhello_html_6d6d8fb3.gifhello_html_3b8a6ff7.gifhello_html_253fdd8e.gifC CH + 2H2Pt H3 C CH3

ацетилен этан


4) Действие металлического натрия на галогенопроизводные алканов – реакция Вюрца:


Hhello_html_3b8a6ff7.gif3CBr + 2Na + BrCH3 C2H6 + 2NaBr


5) Сплавление соли уксусной кислоты с гидроксидом натрия:


Hhello_html_m5197b299.gifhello_html_525b968.gif3C COONa + NaOH CH4 + Na2CO3

натриевая соль метан

уксусной кислоты


6) Гидролиз карбидов. При обработке некоторых карбидов, содержащих углерод в степени окисления – 4, водой образуется метан:


Ahello_html_m3983e99.gifl4C3 + 12H2O 3CH4 + 4Al(OH)3


  1. Циклоалканы


7.1 Строение циклоалканов


Циклоалканы – это циклические углеводороды, не содержащие в молекуле кратных связей и соответствующие общей формуле CnH2n.

Все атомы углерода в циклоалканах находятся в состоянии Sp3- гибридизации.

На свойства циклоалканов существенное влияние оказывает устойчивость цикла, непосредственно связанная с его размером.

В цикле, состоящем из трех атомов углерода, валентный угол составляет 60hello_html_m789e59b6.gif (равносторонний треугольник).

Реакционная способность циклобутана несколько ниже, так как угловое напряжение составляет 9,5hello_html_m789e59b6.gif (плоский квадрат).







7.2 Изомерия


Для циклоалканов характерна структурная изомерия, связанная с:


а) размером цикла


hello_html_m5197b299.gifhello_html_m75f322da.gifhello_html_232cee3d.gifCH2 CH2 CH2 CH CH2

hello_html_32af7fc6.gifhello_html_m27e75e.gifhello_html_818e2fb.gifhello_html_5e29220f.gif

hello_html_232cee3d.gifCH2 CH2 CH2 CH2

hello_html_m33e4ae78.gifhello_html_m759b6030.gif

CH2

циклопентан метилциклобутан


б) взаимным расположением заместителей в кольце:

CH2 CH3

hello_html_5124d0bb.gifhello_html_4108a035.gifhello_html_5124d0bb.gifhello_html_m6757099b.gif

hello_html_m6757099b.gifhello_html_mabbcb2f.gifhello_html_6d9476be.gifhello_html_4ac5a72a.gifCH2 CH CH3 CH

hello_html_m6757099b.gif

hello_html_4108a035.gifhello_html_m26d92186.gifhello_html_m7cd2e6e7.gifCH2 CH CH3 CH2 CH2

hello_html_4c96296f.gifhello_html_m10c81439.gif

hello_html_6d6d8fb3.gifCH2CH2CH CH3

1hello_html_m61d54b20.gifhello_html_307220da.gif,2-диметилциклогексан

CH2

1,3-диметилциклогексан


в) строением заместителя:


hello_html_5124d0bb.gifhello_html_4108a035.gifhello_html_5124d0bb.gifhello_html_4108a035.gifhello_html_5124d0bb.gifCH2 CH2 CH3


Chello_html_6d6d8fb3.gifhello_html_6d6d8fb3.gifhello_html_6d6d8fb3.gifhello_html_6d6d8fb3.gifH2 CH CH2 CH2 CH3 CH2 CH CH

hello_html_m7eaa7d36.gifhello_html_m7eaa7d36.gifhello_html_m7eaa7d36.gifhello_html_m7eaa7d36.gifhello_html_4108a035.gif

Chello_html_4108a035.gifhello_html_5124d0bb.gifhello_html_5124d0bb.gifhello_html_4108a035.gifH2 CH2 CH2 CH2 CH3


CH2 CH2

пропилциклогексан изопропилциклогексан


г) межклассовая изомерия


Chello_html_m5197b299.gifhello_html_67726a1e.gifhello_html_253fdd8e.gifhello_html_m7cd2e6e7.gifhello_html_mabbcb2f.gifH2 CH2 CH2 CH CH2 CH3

hello_html_68278c41.gifhello_html_m7db6cf07.gifбутен-1

Chello_html_m7cd2e6e7.gifH2CH2


циклобутан



д) пространственная изомерия.

Так как свободное вращение атомов в цикле невозможно, заместители могут располагаться либо по одну сторону плоскости цикла (цис-положение), либо по разные стороны (транс-положение).


hello_html_mbcd3f8b.gifhello_html_640e4d28.gifH CH3

Chello_html_m7cd2e6e7.gifhello_html_be45e8f.gifhello_html_7e2db146.gifhello_html_3f5073d3.gifH2 C CH2 C

hello_html_m45695241.gifhello_html_m45695241.gifhello_html_m150e4d55.gifhello_html_m45695241.gifCH3 H

hello_html_mbcd3f8b.gifhello_html_m13ac570.gifH H

Chello_html_67726a1e.gifhello_html_5476eb85.gifhello_html_35975802.gifhello_html_m5a0d93a.gifH2 C CH2 C

CH3 CH3

цис-1,2-диметилциклобутан транс-1,2-диметилциклобутан


7.3 Номенклатура


Названия циклоалканов образуются добавлением к названию

соответствующего алкана приставки цикло-. При наличии заместителей их названия перечисляются в префиксе:


CH2

hello_html_m4c187a58.gifhello_html_m6687bf15.gif

Chello_html_6d6d8fb3.gifhello_html_m7cd2e6e7.gifH3 CH2 CH CH2

hello_html_5e29220f.gifhello_html_753c4ef5.gif

CH2 CH2

hello_html_m7b726ac.gifhello_html_m2ba98bf5.gif

CH2


Если заместителей несколько, то они перечисляются с добавлением номера атома углерода в цикле, при котором находится соответствующий заместитель. Нумерация начинается от атома, при котором находится старший заместитель, в сторону атома, при котором находится более младший.


2

CH2

hello_html_53349a14.gifhello_html_m13956ce3.gif1 3

Chello_html_6d6d8fb3.gifhello_html_mabbcb2f.gifhello_html_6d6d8fb3.gifH3 CH CH CH2 CH3

hello_html_753c4ef5.gifhello_html_753c4ef5.gif6 4

CH2 CH2

hello_html_m2a8c7236.gifhello_html_68c71e10.gif5

CH2

1-метил-3-этилциклогексан





7.4 Получение циклоалканов


  1. Гидрирование бензола.

При каталитическом гидрировании бензола и его гомологов образуются соответственно циклогексан или его производные:


hello_html_753c4ef5.gifhello_html_5e29220f.gifCH3CH3

hello_html_218871ea.gifhello_html_32bcc49b.gifhello_html_218871ea.gifhello_html_32bcc49b.gifhello_html_mea0949f.gifhello_html_218871ea.gifhello_html_8232194.gif

hello_html_mea0949f.gifhello_html_24be0c8f.gifhello_html_m7727b7a4.gifhello_html_m57cf5672.gifhello_html_3163779e.gif

hello_html_6e05abc2.gif+ 3H2Pt


hello_html_218871ea.gifhello_html_8232194.gifhello_html_5088abc8.gif

толуол метилциклогексан


2) Дегалогенирование

Дегалогенирование дигалогенопроизводных трех– и четырехчленные циклы получают действием цинка на соответствующие дигалогенпроизводные:


hello_html_m15efa60c.gifhello_html_m311f0002.gifhello_html_m15efa60c.gifСН2Br СН2

hello_html_6b11c135.gifhello_html_m7eaa7d36.gifhello_html_be45e8f.gifСН2 + Zn СН2 + ZnBr2

hello_html_be45e8f.gifhello_html_m311f0002.gifСН2 Вr СН2

1,3 дибромпропан циклопропан


7.5 Химические свойства


1) Реакция присоединения

а) гидрирование (при повышенной температуре)


СН2 t0,Pt

hello_html_be45e8f.gifhello_html_6b11c135.gifhello_html_m15efa60c.gif+ Н2 СН3 – СН2 – СН3

Сhello_html_mb60b119.gifН2 СН2

пропан

циклопропан

б) галогенирование (бромирование)


hello_html_m682cdf42.gifhello_html_7e0a5019.gifCH2

hello_html_6b11c135.gif+ Br2 BrCH2 – CH2 – CH2 – CH2 - Br

Chello_html_m2bddf96.gifH2CH2 1,3 дибромпропан

циклопропан





2) Реакция замещения


а) галогенирование (бромирование)

hello_html_m2bddf96.gifhello_html_7e0a5019.gifhello_html_m682cdf42.gifhello_html_m2bddf96.gifhello_html_7e0a5019.gifhello_html_m682cdf42.gif

hello_html_m33634c34.gifhello_html_6bafbc6b.gifhello_html_m408e67fc.gifhello_html_6bafbc6b.gifhello_html_m13e5f087.gif+ Br2Br + HBr



б) нитрование


hello_html_m682cdf42.gifhello_html_7e0a5019.gifhello_html_m682cdf42.gifhello_html_7e0a5019.gif

hello_html_m262ea49d.gifhello_html_m262ea49d.gifhello_html_m262ea49d.gifhello_html_m262ea49d.gif1200NO2

hello_html_6b11c135.gif+ HNO3 + H2O

(10 % раствор)

hello_html_7e0a5019.gifhello_html_m682cdf42.gifhello_html_7e0a5019.gifhello_html_m682cdf42.gif


циклогексан нитроциклогексан


hello_html_m3667e188.gif8 Непредельные углеводороды. Алкены


К непредельным относят углеводороды, содержащие в молекулах кратные связи между атомами углерода.

Непредельными являются алкены, алкины, алькидиены.

Непредельным характером обладают циклические углеводороды, содержащие двойную связь в цикле (циклоалкены), а также циклоалкены с наибольшим числом атомов в цикле (три или четыре атома).


    1. Строение алкенов.


Алкены – ациклические углеводороды, содержат в молекуле, помимо одинаковых связей, одну двойную связь между атомами углерода и соответствующие общей формуле СnН2n.

Атомы углерода, между которыми имеется двойная связь, находятся в состоянии Sp2 – гибридизации. Это означает, что в гибридизации участвуют одна S и две р-орбитали, а одна р – орбиталь остается негибридизованной.

Перекрывание гибридных орбиталей приводит к образованию σ - связи, а за счет негибридизованных р – орбиталей соседних атомов углерода образуется вторая π – связь.

Таким образом, двойная связь состоит из одной σ - связи и одной

π – связи. Гибридные орбитали атомов, образующих двойную связь, находятся в одной плоскости, а орбитали, образующие π – связь, располагаются перпендикулярно плоскости молекулы.

hello_html_m787cd6e5.jpghello_html_75d3d79c.gif



8.2 Гомологический ряд алкенов


Сhello_html_692cb187.gif2Н4 – этилен (этен)

С3Н6 – пропилен (пропен) газы

С4Н8 – бутилен (бутен)

Сhello_html_m1d12d73f.gif5Н10 – пентилен (пентен)

С6Н12 – гексилен (гексен)

С7Н14 – гептилен (гептен) жидкости

С8Н16 – октилен (октен)

C9Н18 – нонилен (нонен)

С10Н20 – децилен (доцен)


8.3 Номенклатура


Названия углеводородов ряда этилена образуются, путем изменения суффикса –ан соответствующею предельного углеводорода на –илен.

Однако в настоящие время употребляется систематическая (международная) номенклатура, согласно которой названия этих углеводородов принимают суффикс –ен.

При выборе главной цепи необходимо, чтобы она обязательно включала в себя двойную связь.

Нумерацию углеродных атомов надо начинать с того конца цепи, к которому ближе двойная связь.

Цифрой обозначают положение двойной связи и ставят обычно после суффикса – ен.


СН2 = СН – СН2 – СН2 – СН3 СН3 – СН = СН – СН2 – СН3

пентен – 1 пентен – 2

Непредельные (алкеновые) радикалы называют травиальными названиями или по систематической номенклатуре:


H2C = CH – H2C = CH – CH2

Винил (этенил) аллил (пропенил –2)


Для названия алкенов иногда используют рациональную номенклатуру. В этом случае алкены рассматривают как замещение этилена


H3C – CH = CH – CH2 – CH3

метилэтилэтилен


8.4 Изомерия


1) Структурная изометрия

Структурная изометрия отличается друг от друга строением углеродного скелета. Начиная с бутена, появляются изомеры.


hello_html_2d2985a9.gifСН3 – СН2 – СН = СН2 СН3 – С = СН2

СН3

метилпропен


  1. Изометрия положения двойной связи


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

бутен – 1 бутен - 2


3) Пространственная изометрия

Вокруг одинарной углерод – углеродной связи возможно практически свободное вращение атомов углерода, поэтому молекулы алкенов могут приобретать самую разнообразную форму.

Вращение вокруг двойной связи невозможно, что приводит к появлению у аминов цис – транс – изомерии


Chello_html_be45e8f.gifhello_html_m15efa60c.gifhello_html_be45e8f.gifhello_html_m2a7690f7.gifhello_html_m15efa60c.gifH3 CH3 CH3 H

hello_html_m15efa60c.gifC = C C = C

hello_html_mbcd3f8b.gifhello_html_be45e8f.gifhello_html_be45e8f.gifH H H CH3

цис – изомер транс - изомер


Цис – изомеры отличаются от транс – изомеров пространственным расположением фрагментов молекулы относительно плоскости π – связи, а следовательно, и свойствами.

  1. Межклассовая изометрия.

Алкены изомерны циклоалкенам.



hello_html_m15efa60c.gifhello_html_be45e8f.gifCH2 = CH – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 СH2

гексен – 1 CH2 CH2

hello_html_2d2985a9.gifhello_html_2d2985a9.gif

hello_html_be45e8f.gifhello_html_m15efa60c.gifCH2 CH2

CH2

циклогексан


8.5 Получение


  1. Крекинг нефтепродуктов

В процессе термического крекинга предельных углеводородов наряду с образованием алкинов образуется аналоги.


Сhello_html_6b11c135.gif16Н34 С8Н18 + С8Н16

  1. Дегидрирование предельных углеводородов

При пропускании алкенов над катализатором (Pt, Ni, Al2O3, Cr2O3) при высокой температуре (400 – 6000) происходит отщепление молекулы водорода и образование алкена


hello_html_m7e0604af.gifCH2 = CH – CH2 – CH3 + H2

hello_html_m543de371.gifCH3 – CH2 – CH2 – CH3 бутен – 1

СН3 – СН= СН – СН3 + Н2

бутен – 2


  1. Дегидратация спиртов (отщепление воды)

Воздействие водоотнимающих средств (H2SO4, Al2O3) на одноатомные спирты при высокой температуре приводит к отщепленной молекулы воды и образованию двойной связи:


Н2SO4, 170 – 1800

hello_html_5351c983.gifСН3 – СН2 – ОН СН2 = СН2 + Н2О

спирт этилен


Эту реакцию называют внутримолекулярной дегидратацией.


  1. Дегидрогалогенирование (отщепление галогеноводорода)

При взаимодействие галогеноалкена со щелочью в спиртовом растворе образуется двойная связь в результате отщепления молекулы галогеноводорода.


hello_html_2d2985a9.gifBr

спирт

hello_html_m53a5d0eb.gifCH3 – CH – CH – CH3 + NaOH CH3 – CH = CH – CH3 + NaBr + H2O

t0


При отщеплении галогеноводорода от вторичных и третичных галогеноалканов атом водорода отщепляется от наименее гидрированного атома углерода (правило Зайцева).

  1. Дегалогенирование.

При действии цинка на дибромпроизводное алкана происходит отщепление атомов галогенов находящихся при соседних атомах углерода, и образования двойной связи.

Br Br

hello_html_2d2985a9.gifhello_html_2d2985a9.gif

CH3 – CH – CH – CH3 + Zn CH3 – CH = CH – CH3 + ZnBr2

2,3 дибромбутан бутен - 2


8.6 Физические свойства


Первые три представителя гомологического ряда алкенов – газы, вещества состава С5Н10 – С16Н32 – жидкости, высшие алкены твердые вещества. Температура кипения и плавления закономерно повышается при увеличении молекулярной массы соединений.


8.7 Химические свойства


Отличительной чертой представителей непредельных углеводородов – алкенов является способность вступать в реакции присоединения, которые в большинстве случаев протекают по механизму электрофильного присоединения.

  1. Реакции присоединения:

а) гидрирование алкенов

Алкены способны присоединять водород в присутствии катализаторов гидрирование металлов – платины, палладия, никеля:

Pt

Сhello_html_m8de550a.gifН3 – СН2 – СН = СН2 + Н2 СН3 – СН2 – СН2 – СН3


Эта реакция протекает и при атмосферном и при повышенном давлении и не требует высокой температуры, так как является экзотермической.

б) галогенирование (присоединение галогенов). Взаимодействие алкена с бромной водой или раствором брома в органическом растворителе (CCl4) приводит к быстрому обесцвечиванию этих растворов в результате присоединения молекулы галогена к алкену и образованию дигалогеноалканов:


Сhello_html_m418adf37.gifН2 = СН2 + Br2 CH2Br – CH2Br

этен 1,2 дибромэтан


в) гидрогалогенирование (присоединение галогеноводорода).


hello_html_m2a133d69.gifСH3CH = CH2 + HBr CH3CHBrCH3

Пропен 2 бромпропан


При присоединение галогеноводорода к алкену водород присоединяется к более гидрированному атому углерода, т.е. атому, при котором находится

больше атомов водорода, а галоген к менее гидрированному (правило Марковникова).


г) гидратация (присоединение воды)

Гидратация алкенов приводит к образованию спиртов.

t

hello_html_m8de550a.gifCH2 = CH2 + H2O CH3 – CH2 – OH

этен H2SO4 этанол


Первичный спирт образуется только при гидратации этена. При гидратации пропена и других алкенов образуется вторичные спирты.


H2SO4

hello_html_m8de550a.gifhello_html_2d2985a9.gifCH3 – CH = H2O + H2О CH3 – CH СH3

OH


Эта реакция протекает в соответствии с правилом Марковникова.

д) полимеризация

Эта реакция протекает по свободно радикальному механизму.

nhello_html_m6cf70f00.gif CH2 = CH2 свет (… - CH2 – CH2 - …)

полиэтилен


2) Реакции окисления:

а) горение в кислороде с образованием CO2 и H2O.


Chello_html_m3983e99.gifH2 = CH2 + 3O2 2CO2 + 2H2O


б) алкены легко окисляются под действием водных растворов перманганата калия


Chello_html_6b11c135.gifH2 = CH2 + [O] + H2O CH2 – CH2

hello_html_m7eaa7d36.gifhello_html_m7eaa7d36.gif

OH OH

этандиол 1,2


в) в более жестких условиях (окисление водным раствором KMnO4 в присутствии серной кислоты или хромовой смесью) в алкене происходит разрыв двойной связи с образованием кислородсодержащих продуктов


Chello_html_m8de550a.gifH3CH = CH – CH3 + 2O2 2CH3 – COOH

бутен – 2 уксусная кислота


При окислении этилена кислородам воздуха в присутствии металлического серебра образуется оксид этилена


2CH2 = CH2 + O2 2H2C – CH2

hello_html_be45e8f.gifhello_html_m15efa60c.gif

O

Оксид этилена


9 Алкины


9.1 Строение


Алкины – ациклические углеводороды, содержащие в молекуле, помимо одинарных связей, одну тройную связь между атомами углерода и соответствующие общей формуле CnH2n -2.

Атомы углерода между которыми образованна тройная связь, находятся в состоянии Sp3 гибридизации. Это означает, что в гибридизации участвует одна S и одна р – орбитали, а две р – орбитали остаются негибридизованными.

Перекрывание гибридных орбиталей приводит к образованию – связи, а за счет негибридизованных р – орбиталей соседних атомов углерода образуются две π – связи. Тройная связь состоит из одной δ - и двух π - связей.

Все гибридные орбитали атомов, между которыми образованна тройная связь, лежат на одной прямой, а плоскости π – связей перпендикулярны друг другу. Тройная углерод - углерод связь с длинной 0,120 нм короче двойной, энергия тройной связи больше, т.е. она является более прочной

hello_html_6eb3b121.jpg








9.2 Гомологический ряд


Неразветвленные алкины составляют гомологический ряд:


Chello_html_692cb187.gif2H2 – этин

C3H4 – пропин газы

C4H6 – бутин

Chello_html_m1f8d36b9.gif5H8 – пентин

C6H10 – гексин

C7H12 – гептин

C8H14 – октин жидкости

C9H16 – нонин

C10H18 – децин


9.3 Номенклатура


По систематической номенклатуре ацетиленовые углеводороды называют заменяя в названиях соответствующих аканов суффикс – ан на – ин.

Главная цепь углеродных атомов должна обязательно включать тройную связь. Если молекула содержит одновременно двойную и тройную связь, то предпочтение отдают двойной связи:


Hhello_html_5951fc3b.gifhello_html_5951fc3b.gifC = C – CH3 H – C = C – CH2 – CH3

пропин бутин – 1

(метилацетилен) (этилацетилен)


Нhello_html_5951fc3b.gifhello_html_5951fc3b.gifhello_html_2d2985a9.gif3С - С = С – СН3 Н2С = С – СН2 –С = СН

бутин -2

СН3

2 – метилпентин – 1 ин - 4


По рациональной номенклатуре алкины называют как производные ацетилена

Непредельные радикалы (алкиновые) имеют травиальное или систематические названия.


Нhello_html_5951fc3b.gifhello_html_5951fc3b.gifС = С НС = С - СН2

этинил пропанил









9.4 Изомерия


Для алкинов возможны два типа структурной изомерии:

  1. изомерия углеродной цепи


НС С – СН2 – СН2 – СН3 НС С – СН – СН3

hello_html_m7eaa7d36.gifпентин –1

СН3

3 метилбутин -1

  1. изомерия положения тройной связи

СН С – СН2 – СН2 –СН3 Н3С – С С – СН2 –СН3

пентин – 1 пентин – 2


Первые два члена гомологического ряда алкинов изомеров не имеют

НС СН СН3 –С СН

ацетилен аллилен

(этин) (пропин)


Для углеродов С4Н8 возможна два изомера

Н3С – СН2 –С СН Н3С – С С – СН3

Бутен – 1 бутен – 2


9.5 Получение алкинов


  1. Метановый способ

Нагревание метана до температуры 15000С приводит к образованию ацетилена. Эта реакция эндотермична. При высокой температуре происходит смещение равновесия в сторону образования ацетилена:

hello_html_353dff75.gif

2hello_html_6b11c135.gifСН41500 с С2Н2 + 3Н2


Продукты (газовую смесь) необходимо быстро охладить, чтобы предотвратить разложения образовавшегося ацетилена.

Карбидный способ

Давно известный и достаточно удобный способ получения ацетилена является гидролиз некоторых карбидов.

Карбид кальция получают взаимодействием оксида кальция, образовавшегося при обжиге (термическом расположении) карбоната кальция с углем.


Сhello_html_6b11c135.gifaCO3 CaO + CO2


Chello_html_m8de550a.gifaO + 3C CaC2 + CO



Chello_html_m39378261.gifaC2 + 2H2O Ca(OH)2 + C2H2


3) Дегидрирование

При воздействии на дибромпроизводное спиртового раствора щелочи происходит отщепление двух молекул галогеноводорода и образование тройной связи:

Br Br

hello_html_2d2985a9.gifhello_html_2d2985a9.gifспирт

Сhello_html_m14627c64.gifН3 - СН – СН – СН3 + 2КОН СН3 – С С – СН3 + 2KHBr + 2H2O

2,3 дибромбутан t Бутин – 2

Br

спиртhello_html_m7eaa7d36.gif

hello_html_2d2985a9.gifhello_html_m14627c64.gifCH3 – C – CH3 + 2KOH CH3 –C CH + 2KBr + 2H2O

Br t

2,2 дибромпропан


9.6 Физические свойства


Температуры кипения и плавления алкинов, так же как и алкенов, закономерно повышаются при увеличении молекулярной массы соединений.

Алкины имеют спицифический запах. Они лучше растворяются в воде, чем алканы и алкены. Ацитиленовые углероды содержащие в молекуле от двух до четырех атомов углерода (при обычных условиях), - газы, начиная с С5Н8 – жидкости, а высшие алкины (с С16Н30) – твердые вещества


9.7 Химические свойства


1) Реакции присоединения

а) галогенирование (присоединение молекулы галогена).

Алкин способен присоединять две молекулы галогена (хлора, брома), качественная реакция (обесцвечивают бромную воду).


Сhello_html_m408e67fc.gifН СН +Br2 CHBr = CHBr

1,2 дибромэтен


Сhello_html_6b11c135.gifHBr = CHBr + Br2CHBr2CHBr2

1,1,2,2 – тетрабромэтан


б) гидрогалогенирование (присоединение галогеноводорода).

Реакция протекает по электрофильному механизму, также идет в две стадии, на обоих стадиях выполняется правило Марковникова.

Chello_html_6b11c135.gifH3-C CH+HBr Chello_html_6b11c135.gifH3-CBr= CH2

2бромпропен

Chello_html_6b11c135.gifH3-CBr= CH2+HBr CH3 – CBr2 - CH3

2.2дибромпропан


в) гидратация (присоединение воды)

Реакция взаимодействия алкина с водой с образованием альдегидов и кетонов называется реакцией Кучерова.

Ohello_html_mbcd3f8b.gifhello_html_mbcd3f8b.gif

Chello_html_m408e67fc.gifhello_html_m31fb7673.gifH CH + H2O CH3C

ацетилен Н

альдегид

г) гидрирование алкинов.

Алкины присоединяют водород в присутствии металлических катализаторов (Pt, Pd, Ni):

Pt

hello_html_m8de550a.gifR – C C – R + H2 R – CH = CH – R

Pt

hello_html_m6cf70f00.gifR – CH = CH – R + H2 R – CH2 – CH2 – R


  1. Тримеризация

При пропускании этина над активированными углем образуется смесь продуктов, одним из которых является бензол

hello_html_7d65a54e.gifhello_html_7e0a5019.gifhello_html_be45e8f.gifC акт

hello_html_m53a5d0eb.gifhello_html_m5ee0d1.gifhello_html_m5ee0d1.gifhello_html_2d2985a9.gif3CH CH

400 t

hello_html_7e0a5019.gifhello_html_7d65a54e.gifhello_html_mbcd3f8b.gif

бензол


4) Окисление алкинов

Этин горит в кислороде с выделением очень большого количества теплоты.


2hello_html_6b11c135.gifС2Н2 + 5О2 4СО2 + 2Н2О + 2600 кДж


На этой реакции основано действие кислород-ацетиленовой горелки, пламя которой имеет очень высокую температуру (более 30000С), что позволяет использовать ее для резки и сварки металлов.

На воздухе ацетилен горит коптящим пламенем, так как содержание углерода в его молекуле выше, чем в молекулах этана и этена.

4) Реакция полимеризации.

Ацетилен в зависимости от условий реакции способен полимеризоваться:

Сакт

Нhello_html_m8de550a.gifС СН + НС СН НС С – СН СН2

800 t винилацетилен (бутин – 1- ин – 3)



10 Диеновые углеводороды


10.1 Строением диеновых углеводородов


Непредельные соединения, в молекулах которых имеются две двойные связи, называются диеновыми углеводородами (алкадиенами или диолефинами).

Диеновым углеводородам соответствует общая формула CnH2n-2

В зависимости от взаимного расположения двойных связей различают три вида диенов:


  1. алкадиены с кумулированным расположением двойных связей;

СН2 = С = СН2


  1. алкадиены с сопряженными двойными связями;

СН2 = СН – СН = СН2


  1. алкадиены с изолированными двойными связями

СН2 = СН - СН2 – СН = СН2


Эти три вида алкадиенов существенно отличаются друг от друга по строению и свойствам.

Центральный атом углерода в алкидиенах (атом, образующий две двойные связи) с кумулированными связями находится в состоянии Sp – гибридизации. Он образует две δ- связи, лежащие на одной прямой и направленные в противоположные стороны и две π – связи, лежащие в перпендикулярных плоскостях. π – связи образуются за счет негибридизованных р – орбиталей каждого атома углерода.

Свойства алкадиенов с изолированными двойными связями практически ничем не отличаются от свойств алкинов.

Атомы углерода, образующие двойные связи, находятся в состоянии Sp2 -гибридизации.


10.2 Изомерия


1) Структурная изомерия:

аhello_html_2d2985a9.gif) изомерия углеродного скелета СН3

СН3 – СН = СН – СН = СН2 СН2 = С – СН = СН2

пентадиен – 1,3 2 – метилбутадиен 1,3

изопрен


б) изомерия положения кратных связей


СН2 = СН – СН = СН2 СН2 = С = СН – СН3

бутадиен 1,3 бутадиен 1,2


2) пространственная изомерия:

а) цис – транс – изомерия


Алкадиены изомерны алкинам и циклоалкенам.


10.3 Номенклатура


Формирование названия алкадиенов по систематической номенклатуре такое же, как и этиленовых, заменяя суффикс –ен на –диен (две двойные связи).

Положения двойных связей указывают цифрами. Нумерацию производят так, чтобы сумма цифр, обозначающих положения двойных связей, была наименьшей.


H2C=CH-CH=CH-CH2-CH3

гексадиен-1,3


В систематической номенклатуре диенов сохраняются такие названия, как алкен (пропадиен -1,2), дивеинил (бутадиен -1,3), изопрен (2 литилбутадиен -1,3).


10.4 Получение диеновых углеводородов


  1. Метод Лебедева

В 1932 году в нашей стране было налажено производство бутадиена из этилового спирта методом, разработанным С. В. Лебедевым.

В основе метода лежат две реакции: дегидрация и дегидрирования, которые происходят одновременно


550-600,Al2O3

1hello_html_135117ce.gif) CH3-CH2-CH2-CH CH2=CH-CH2=CH3 +H2

ZnO


550-600,Al2O3

2hello_html_135117ce.gif) CH3-CH2-CH2-CH CH3-CH=CH-CH3 +H2

ZnO


Образовавшиеся изомеры бутана подвергаются дальнейшей обработке:


500-600, MgO

Chello_html_135117ce.gifH2=CH-CH2-CH3CH2=CH-CH=CH2 +H2

ZnO

500-600, MgO

Chello_html_135117ce.gifH3-CH=CH-CH3 CH2=CH-CH=CH2 +H2

ZnO


Изопрен получают аналогичным способом дегидрированием 2-метилбутана


t Al2O3

Chello_html_135117ce.gifH3-CH-CH2-CH3 CH2=CH-CH=CH2 +2H2

hello_html_m2fd3af.gifhello_html_m2fd3af.gif

CH3 CH3

2 метилбутан изопрен


2) Дегидрогаллогенирование.

Для получения алкодиенов можно применять стандартный способ

содержания кратных связей. При действие на диброалканы спиртового раствора щелочи происходит отщепление двух молекул галогеноводорода и образование двух двойных связей:


hello_html_5789e2f7.gifhello_html_5789e2f7.gifhello_html_5789e2f7.gifBr Br


Chello_html_m8de550a.gifH2-CH2-CH2-CH2+2KOH CH2=CH-CH=CH2 +2KBr+2H2O

1,4 дибромбутан бутадиен-1,3


hello_html_353dff75.gifhello_html_353dff75.gifBr Br


Сhello_html_m8de550a.gifH2-CH2-CH2-CH2+2KOH CH2=CH-CH=CH2 +2KBr+2H2O

1,3дибромбутан бутадиен-1,2


10.5 Физические свойства


В обычных условиях пропадиен-1,2, бутадиен-1,3-газы, 2-метилбутадиен-1,3, летучие жидкости. Алкадиены с изолированными двойными связями (пентодиен-1,4) - жидкости. Высшие диены - твердые вещества.


10.6 Химические свойства


  1. Рекция присоединения

Алкадиены способны присоединять водород, галогены, галогеноводороды.

Особенностью присоединения к алкадиенам с сопряженными двойными связями является способность присоединять молекулы в положении 1и 2 (1,2 присоединения), так и в положение 1и 4 (1,4 присоединение):




hello_html_353dff75.gifhello_html_353dff75.gifBr Br


Chello_html_m8de550a.gifH2=CH-CH=CH2 +Br2 CH2-CH-CH=CH2

1,2 присоединения

hello_html_353dff75.gifhello_html_353dff75.gifBr Br


Chello_html_m8de550a.gifH2=CH-CH=CH2 +Br2 CH2-CH=CH-CH2

1,4 присоединение

  1. Реакция полимеризации

Важнейшим свойством диенов является способность полимеризоваться под воздействием катионов или свободных радикалов.

Полимеризация этих соединений является основой получения синтетических каучуков:


CH2=CH-CH=CH2 (…-CH2-CH=CH-CH2-…)

бутадиен-1,3 синтетический бутадиеновый каучук

Под влиянием катализатора в молекуле бутадиена-1,3 начинают разрываться двойные связи. За счет этого появляются свободные валентности у атомов углерода.

Присоединения молекул бутадиена-1,3 идет в положении 1,4 присоединения. Тогда свободные валентности атомов углерода С и С способны присоединить другие молекулы бутадиена -1,3 в которых двойные связи также разорваны. Свободные валентности атомов углерода С2 и С, соединяясь между собой образуют в середине молекулы двойную связь:


кат

hello_html_m8de550a.gifhello_html_m8de550a.gif+CH2=CH-CH=CH2+ CH2=CH-CH=CH2+… …- CH2-CH-CH-CH2…-

hello_html_m8de550a.gifCH2-CH=CH-CH2

11 Ароматические углеводороды (арены)


К наиболее распространенным и хорошо изученным ароматическим углеводородам относятся арены – большая группа органических соединений карбонуклического ряда, молекулы которых содержат особую группировку – бензольное кольцо C6H6, состоящие из смести атомов углерода и обладающие особыми физическими и химическими свойствами.

К этим соединениям относится бензол C6H6 и его многочисленные производные. Очень давно этим веществам было дано название «ароматические углеводороды». Этот термин относится исключительно к особой структуре молекул этих соединений и их свойствам и никак не связан с их запахом.



11.1 Строение ароматических углеводородов


Бензол был открыт в 1825г Фарадеем, а спустя некоторое время удалось установить его молекулярную формулу: C6H6.

Если сравнить его состав с составом гексагена (C6H14), то можно заметить, что бензол содержит на восемь атомов водорода меньше. К уменьшению количества атомов водорода в молекуле углеводорода приводит появление кратных связей и циклов.

В 1865г Кекуле предложил его структурную формулу как циклогексатриен 1,3,5


hello_html_m5a8ad863.gifhello_html_m15efa60c.gif

hello_html_2d2985a9.gif

hello_html_m4340f957.gif


бензол циклогексатриен -1,3,5


Молекула бензола содержит двойные связи, следовательно, бензол должен иметь ненасыщенные характер, т.е. может вступать в реакции присоединения: гидрирования, бронирования, гидратации.

Данные многочисленных экспериментов показали, что бензол вступает в реакцию присоединения только в жестких условиях (при высоких температурах и освещение), устойчив к окислению.

Наиболее характерными являются реакции замещения, следовательно, бензол по характеру ближе к предельным углеводородам.

В настоящее время бензол обозначают или формулой Кекуле или шестиугольником, в котором в котором изображают окружность.

Все шесть углеводородных атомов находятся в состояние - гибридизация и лежат в одной плоскости. Негибридизированные р-орбитали атомов углерода, составляющие двойные связи, перпендикулярны плоскости кольца и параллельны друг другу.

Они перекрываются между собой, образуя единую П-систему. Таким образом, система чередующихся двойных связей является циклической системой сопряженных, перекрывающихся между П. - связей. Эта система представляет собой две похожие на бублики области электронной плотности, лежащей по обе стороны бензольного кольца.

Изображать бензол в виде правильного шестиугольника с окружностью в центре (П-систему) более логично, чем в виде циклогексатриена -1,3,5

Американский ученый Л.Томенг предложил представлять бензол в виде двух граничных структур, отличающихся распределением электромагнитной плотности и переходящих друг в друга, т.е. считать его промежуточным соединением (усреднением) двух структур.




hello_html_m5a8ad863.gifhello_html_7d65a54e.gifhello_html_7e0a5019.gif

hello_html_m15efa60c.gifhello_html_m5ee0d1.gifhello_html_438e1b6b.gifhello_html_438e1b6b.gifhello_html_be45e8f.gif

hello_html_m1efacbb4.gifhello_html_2d2985a9.gif

hello_html_be45e8f.gif

hello_html_m2724433d.gifhello_html_m682cdf42.gifhello_html_m15efa60c.gif


Выяснено, что все С-С связи в бензоле имеют одинаковую длину (0,139 нм). Они немного короче одинарных С-С связей (0,154нм) и длиннее двойных (0,132нм).

Существуют также соединения, молекулы которых содержат несколько циклических структур



hello_html_m5a8ad863.gifhello_html_m5a8ad863.gifhello_html_m5a8ad863.gifhello_html_m5a8ad863.gifhello_html_m5a8ad863.gifhello_html_m4340f957.gifhello_html_m4340f957.gifhello_html_m4340f957.gifhello_html_2d2985a9.gifhello_html_2d2985a9.gifhello_html_m15efa60c.gifhello_html_m15efa60c.gif

hello_html_m15efa60c.gifhello_html_m15efa60c.gifhello_html_m4340f957.gifhello_html_m4340f957.gif


нафталин антрацен


11.2 Изомерия


Простейший гомолог бензола – толуол (литил бензол) не имеет таких изомеров.

Следующий гомолог - этилбензол имеет четыре изомера:

hello_html_m15efa60c.gifhello_html_m5a8ad863.gifhello_html_m15efa60c.gifhello_html_m15efa60c.gifhello_html_m15efa60c.gifhello_html_m15efa60c.gifhello_html_m5a8ad863.gifhello_html_m5a8ad863.gifhello_html_m5a8ad863.gifhello_html_m15efa60c.gifhello_html_m15efa60c.gifhello_html_m15efa60c.gifhello_html_2d2985a9.gifhello_html_2d2985a9.gifhello_html_2d2985a9.gifhello_html_2d2985a9.gifhello_html_2d2985a9.gifhello_html_2d2985a9.gifhello_html_2d2985a9.gifhello_html_2d2985a9.gifhello_html_7e0a5019.gifhello_html_m15efa60c.gif


CH3 CH3 CH3

CH3 CH2

CH3


4444

hello_html_m4340f957.gifhello_html_m4340f957.gifhello_html_m4340f957.gifhello_html_m4340f957.gif

CH3

CH3

этилбензол 1,2диметил 1,3диметил 1,4диметил

бензол бензол бензол

(орто – ксипол) (орто – ксипол) (орто – ксипол)


Общая формула гомологов бензола CnH2n+6








11.3 Номенклатура


Общее систематическое название ароматических углеводородов - арены.

По систематической номенклатуре гомологи бензола рассматривают как его замещенные и цифрами указывают положение заместителей:



hello_html_2d2985a9.gifCH3

hello_html_m5a8ad863.gif

hello_html_m4340f957.gifhello_html_m15efa60c.gifhello_html_2d2985a9.gifhello_html_m15efa60c.gifC2H5




    1. метил – 2 – этилбензол



Для названия некоторых хорошо известных гомологов бензола можно использовать тривиальные названия:


hello_html_m7eaa7d36.gifhello_html_m7eaa7d36.gifhello_html_m7eaa7d36.gifCH3 CH3 CH3

hello_html_m5a8ad863.gifhello_html_m5a8ad863.gifhello_html_m5a8ad863.gifhello_html_m5a8ad863.gifhello_html_m15efa60c.gifhello_html_m15efa60c.gifhello_html_m15efa60c.gifhello_html_m15efa60c.gifChello_html_m15efa60c.gifhello_html_m15efa60c.gifH=CH2 CH3

hello_html_2d2985a9.gifhello_html_2d2985a9.gifhello_html_2d2985a9.gifhello_html_2d2985a9.gif

hello_html_m4340f957.gifhello_html_m4340f957.gifhello_html_m4340f957.gifhello_html_m4340f957.gif

винилбензол метилбензол 1,2диметилбензол изопропилбензол

(стирол) (толуол) (орто-кмпол) (кумол)


Ароматические радикалы называют арилами (Ar): радикал С6Н5 –фенил,

С6Н5СН2 – бензил, С6Н4Н – бензилиден.


11.4 Получение ароматических углеводородов


Основным источником промышленного получения бензола и его гомологов является нефть и каменноугольная смола - один из продуктов сухой перегонки (коксованная) каменного угля.

Среди синтетических способов получения аренов можно выделить две группы: получение собственно ароматического кольца и введение в кольцо углеводородного заместителя

  1. Дегидрирование циклогексана


hello_html_m5a8ad863.gifhello_html_m408e67fc.gifhello_html_m5a8ad863.gif

hello_html_m15efa60c.gif

hello_html_2d2985a9.gifPt,t

hello_html_m4340f957.gif+зН2


циклогексан бензол

  1. Ароматизация (дегидрирование) алканов


Алканы с шестью и более углеродными атомами в цепи в присутствии катализатора циклизуются с образованием бензола и его производных:



hello_html_m5a8ad863.gif

hello_html_m15efa60c.gifкатализ

Chello_html_m408e67fc.gifhello_html_2d2985a9.gifH3 -CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 +4 H2

hello_html_m4340f957.gif

Бензол


CH3

hello_html_2d2985a9.gif

hello_html_34ea68c2.gif

hello_html_m15efa60c.gifкатализ

Chello_html_m408e67fc.gifhello_html_2d2985a9.gifH3 -CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 +4 H2О

hello_html_m4340f957.gif

Толуол

  1. Тримеризация ацетилена

hello_html_34ea68c2.gif

hello_html_2d2985a9.gifhello_html_m5ee0d1.gifhello_html_m15efa60c.gif

hello_html_2d2985a9.gifCH CH Cакт; 400С

hello_html_be45e8f.gifhello_html_98608df.gif/// \\\

CH CH

CHCH


Ввести углеводородный заместитель в ароматическое кольцо можно несколькими способами.


4) Синтез Вюрца


hello_html_34ea68c2.gifhello_html_m15efa60c.gifhello_html_m15efa60c.gifhello_html_34ea68c2.gifhello_html_m15efa60c.gifhello_html_m15efa60c.gifBr CH2-CH3


hello_html_2d2985a9.gifhello_html_5073de46.gifhello_html_2d2985a9.gif+Br - CH2-CH3 + 2Na + 2NaBr

hello_html_m4340f957.gifhello_html_m4340f957.gifбромэтан


бромбензол этилбензол


5) Алкилирование

а) взаимодействие бензола и алкена в присутствие кислоты

hello_html_34ea68c2.gifhello_html_34ea68c2.gif

hello_html_m15efa60c.gifhello_html_m15efa60c.gifhello_html_m15efa60c.gifCH2-CH3

hello_html_2d2985a9.gifhello_html_2d2985a9.gifH3PO4

hello_html_5073de46.gifhello_html_m4340f957.gif+CH3=hello_html_be45e8f.gifСH2

этилен

бензол этилбензол


б) взаимодействие бензола с галогенопроизводным в присутствие хлорида аммония



CH3

hello_html_2d2985a9.gif

hello_html_34ea68c2.gifhello_html_m15efa60c.gifhello_html_34ea68c2.gifhello_html_m15efa60c.gif

hello_html_2d2985a9.gifhello_html_2d2985a9.gifAlCl3

hello_html_be45e8f.gifhello_html_5073de46.gifhello_html_m4340f957.gifCH3Cl +НСl

бензол толуол



11.5 Физические свойства


Бензол и его простейшие гомологи в обычных условиях токсичные жидкости с характерным неприятным запахом. Они плохо растворяются в воде, но хорошо в растворителях.


11.6 Химические свойства


Ароматические углеводороды вступают в реакцию замещения:

  1. бромирование

При реакции с бромом в присутствие катализатора, бромида железа (3) один из атомов водорода в бензольном кольце может замещатся на атом брома.


hello_html_34ea68c2.gifhello_html_38d8ff39.gifhello_html_34ea68c2.gifhello_html_34ea68c2.gifhello_html_m15efa60c.gifhello_html_2d2985a9.gifhello_html_be45e8f.gifhello_html_m15efa60c.gifhello_html_m15efa60c.gifhello_html_2d2985a9.gifhello_html_2d2985a9.gifhello_html_be45e8f.gifhello_html_be45e8f.gifhello_html_m15efa60c.gifhello_html_2d2985a9.gifhello_html_2d2985a9.gifhello_html_2d2985a9.gifhello_html_2d2985a9.gifCH3 CH3 CH3

Br

Br2; FeBr3

орто – бром

толуол Br

пара – бром

толуол



  1. нитрование

Большое промышленное значение имеет реакция нитрования бензола и его гомологов.

При взаимодействие ароматического углеводорода с азотной кислотой в присутствии серной (смесь серной и азотной кислоты называют нитрующей смесью) происходит замещение атома водорода на нитрогруппу – NO2






hello_html_2d2985a9.gifhello_html_2d2985a9.gifCH3 CH3 CH3hello_html_2d2985a9.gif

hello_html_34ea68c2.gifhello_html_34ea68c2.gifhello_html_34ea68c2.gifhello_html_m15efa60c.gifhello_html_m15efa60c.gifhello_html_m15efa60c.gifhello_html_m15efa60c.gifNO2

hello_html_2d2985a9.gifhello_html_2d2985a9.gifhello_html_2d2985a9.gifhello_html_m53a5d0eb.gif+HNO3 H2SO4 +

hello_html_2d2985a9.gifhello_html_be45e8f.gifhello_html_be45e8f.gifhello_html_be45e8f.gif+ H2SO4

орто – бром

толуол Br

пара – бром

толуол


Восстановлением образовавшегося в этой реакции нитробензола получают анилинт – вещество, которое применяется для получения анилиновых красителей.

hello_html_34ea68c2.gifhello_html_34ea68c2.gifNO2 NН2

hello_html_m15efa60c.gifhello_html_m15efa60c.gifhello_html_m15efa60c.gifhello_html_m15efa60c.gif

hello_html_2d2985a9.gifhello_html_m53a5d0eb.gifhello_html_2d2985a9.gif+ 6(Н) + H2O

hello_html_be45e8f.gifhello_html_be45e8f.gif


Ароматические соединения могут вступать в реакции присоединения к бензольному кольцу:

  1. гидрирование.

Католитическое гидрирование бензола протекает при высокой температуре



hello_html_m7eaa7d36.gifhello_html_m7eaa7d36.gifСН3 СООН

hello_html_34ea68c2.gifhello_html_34ea68c2.gifhello_html_m2a7690f7.gif

t; Pt

hello_html_2d2985a9.gifhello_html_m53a5d0eb.gif+3 Н2

hello_html_be45e8f.gif

бензол циклогексан


  1. хлорирование

Реакция идет при освещение ультрофиолетовым светом и является свободнорадикальной.

hello_html_34ea68c2.gifhello_html_34ea68c2.gifhello_html_2d2985a9.gifhello_html_m15efa60c.gifhello_html_be45e8f.gifhello_html_2d2985a9.gifCl


hello_html_m15efa60c.gifhello_html_be45e8f.gifультроф. свет. Cl Cl

hello_html_m53a5d0eb.gif+3 Cl2

hello_html_2d2985a9.gifhello_html_m15efa60c.gifhello_html_be45e8f.gif

Cl Cl

бензол

Cl

гексахлорциклогексан


3) реакция окисления

Бензол очень устойчив к действиям окислителей, а окислители на бензол не действуют.

Гомологи бензола окисляются легко.

При нагревание смеси толуола с раствором KMnO4 фиолетовая окраска исчезает. Под влиянием бензольного кольца метильная группа становится активной и легко окисляется , превращаясь в карбоксильную группу.


hello_html_m2a7690f7.gifCH3 CООН

hello_html_2d2985a9.gifhello_html_2d2985a9.gif

hello_html_34ea68c2.gifhello_html_34ea68c2.gif

hello_html_m15efa60c.gif

hello_html_2d2985a9.gifhello_html_be45e8f.gifhello_html_m53a5d0eb.gif+(О)

бензольная кислота
































Список использованных источников


1) Рудзитис Т.Е. Химия. Органическая химия: Учебник для 10 класса общеобразовательных учреждений.- 10-е изд.- М.: Просвещение, 2012. – 176 с.: ил.

2) Ерохин Ю.М. Химия: Учебник для средних специальных учебных заведений. – М.: Издательский центр «Академия»: Высшая школа, 2011. – 384с.

3) Габриелян О.С. Химия. 10 класс: Учебник для общеобразовательных учреждений.- 3-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2012. – 304 с.: ил.




































57 вебинаров для учителей на разные темы
ПЕРЕЙТИ к бесплатному просмотру
(заказ свидетельства о просмотре - только до 11 декабря)


Автор
Дата добавления 14.09.2015
Раздел Химия
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров242
Номер материала ДA-044675
Получить свидетельство о публикации
Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх