химический каталог




Органическая химия

Автор А.П.Лузин, С.Э.Зурабян, Н.А.Тюкавкина и др.

я алканы с удвоенным числом атомов углерода. Эта реакция была открыта французским химиком Ш. А. Вюрцем (1854) и носит его имя

2 СН31 + 2Na -СН3СН3 + 2Nal

Иодметан Этан

Если взять два разных галогеналкана, то получится смесь различных алканов

-*~ СН3СН3 Этан

Na

CH3I + CH3CH2I--<8НзСН2СНз Пропан

Иодметан Иодэтан

'-СН3СН2СН2СН3 Бутан

Задание 2.11. Какой углеводород получится по реакции Вюрца, если в качестве исходного соединения взять 1-иодпропан СН СН2СН т? Напишите схему реакции.

56

Получение из солей карбоновых кислот. При сплавлении безвод-'ных солей карбоновых кислот со щелочами получаются алканы, содержащие на один атом углерода меньше по сравнению с углеродной цепью исходных карбоновых кислот. Справедливости ради необходимо отметить, что с хорошим выходом по такой схеме получается только метан

CH3COONa + NaOH -СН4 + Na2C03

Ацетат натрия Метан

В этих реакциях, как правило, берется не сам гидроксид натрия NaOH, а его смесь с гидроксидом кальция Са(ОН)2, называемая натронной известью.

Прямой синтез из углерода и водорода. В электрической дуге, горящей в атмосфере водорода, образуется значительное количество ме тана.

С + 2Н2 —> СН4

Такая же реакция идет при нагревании углерода в атмосфере водорода в условиях высокой температуры (400—500 °С) и повышенного давления в присутствии катализатора. Эта реакция имеет практическое значение для получения смеси углеводородов — синтетического бензина.

2.1.6. ТЕТРАЭДРИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ АТОМА УГЛЕРОДА

Для полного описания молекулы необходимо знать не только ее химическое строение, т. е. последовательность и тип связей между атомами в ней, но и расположение атомов в пространстве. В основе понимания пространственного строения алканов лежит представление о

Н

Н

Рис. 2.2. Тетраэдрическая конфигурация s/АгибрпдизованпОго атома углерода в метане.

57

Рис. 2.3. Шароегсржневые модели молекул этана (а) и бутана (б).

тетраэдрической конфигурации атомов углерода в состоянии ^-гибридизации (см. 1.3).

В молекуле метана СН4 четыре а-связи лу?3-гнбридизованного атома углерода с атомами водорода направлены в пространстве под углом 109,5°. Этот угол называют нормальным валентным углом. Воображаемые линии, соединяющие атомы водорода, образуют правильный тетраэдр с атомом углерода в центре (рис. 2.2). В молекуле этана СН3СНГ как и в других алканах, атомы углерода имеют также тетраэдрическое строение, хотя все углы Н—С—Н и Н—С—С могут отличаться на 1 — 2° от нормального валентного утла.

Чтобы наглядно представить пространственное строение молекул, используют молекулярные модели. Простыми и доступными для изготовления являются шаростержневые модели (рис. 2.3). Эти модели правильно передают последовательность связей между атомами, их взаимное пространственное расположение, величины валентных углов. Важно, что эти модели позволяют наглядно представить возможность свободного вращения атомов и атомных групп вокруг простых а-связей. Однако при пользовании шаростержневыми моделями не должно создаваться впечатления, что внутри молекулы есть свободное пространство. На самом деле молекула имеет плотную «упаковку», в ней нет незаполненного пространства О заполнении внутримолекулярного пространства дают представление другие молекулярные модели — полусферические, или модели Стюарта—Бриглеба

В полусферических моделях атом изображается в виде сферы с размерами, пропорциональными радиксу /-{, характерному для свободного, не связанного атома (ван-дер-ваальсов радиус). В шаре делается срез на расстоянии от центра, пропорциональном ковалентному радиусу i\ этого атома. Число срезов соответствует валентности данного элемента.

На рис 2 4 показано, что сфера, изображающая атом водорода, имеет один срез, атом углерода в л/?3-гибридном состоянии — четыре среза, атом азота — три и атом кислорода — два.

58

4

н

N

О

Рис. 2.4. Полусферические модели атомов (модели Стюарт—Бриглеба)

Ковалентный радиус атома (г) —это половина длины ковалентной связи между двумя одинаковыми атомами.

При образовании химической связи между двумя атомами их ядра сближаются на расстояние значительно меньшее, чем ван-дер-вааль-совы радиусы. Для атома углерода в состоянии л'р3-гибридизации ван-дер-ваальсов радиус г = 0,18 нм, а ковалентный радиус /*, = 0,077 нм (см. рис. 2.4). Атомы-сферы как бы проникают друг в друга, длина химической связи становится равной сумме ковалентных радиусов. Например, длина связи между атомами углерода в алканах равна 0,154 нм, т. е. удвоенной величине ковалентного радиуса (2x0,077 нм). На рис. 2.5 приведены полусферические молекулярные модели молекул метана и этана

Задание 2.12. На приведенной схеме полусферической модели аюма водорода обозначьте значения г, и rv если известно что в а и-дер ваальсов радиус агома водорода равен 0,12 нм, а длина связи Н—Н в молекуле водорода равна 0,05 нм

Кроме описанных шаростержневых и полусферических моделей, в настоящее время существуют другие виды молекулярных моделей

У каждого из них имеются свои достоинства и недостатки. Пользование молекулярными моделями помогает в создании образного представления об истинной объемной структуре молекулы в трехмерном пространстве. Тем не менее было бы затруднительно пользоваться для изображения пространственного строения молекул только молекулярными моделями. Для графического изображения пространственного строения органических молекул на плоскости привлекают стерео-химические и проекционные формулы.

В стереохим и ческой формуле л/?3-гибридизованный атом углерода и два связанных с ним атома (любых) располагаются в одной плоскости (три точки всегда лежат в одной плоскости). Связи с этими атомами изображаются сплошными линиями. Из двух других связей, не лежащих в этой плоскости, одна выступает из плоскости (направлена к

59

а 6 Рис. 2.5. Полусферические модели молекул Meiana (а) и Diana (б)

наблюдателю) и обозначается сплошным клином, а другая уходит за плоскость (направлена от наблюдателя) и обозначается штриховым клином (рис. 2 6. а) Проекционные формулы будут обсуждаться в других разделах (см 2.1.7, 9.2).

Задание 2.13. Определите, конфигурация какого агома углерода (пронумеруйте) в пропане изображена стереохимическими формулами I и II

Н 4 Н

2.1.7. КОНФОРМАЦИИ АЛКАНОВ

Электронная плотность а-связи между двумя .s/У-гнбридизованными атомами углерода распределена равномерно относительно оси связи, т. е. а-связь обладает осевой симметрией. Из этого следует, что вокруг

а б в

Рис. 2.6. Стереохимические формулы метана и эгана Объяснение в тексте

60

одинарной углерод—углеродной связи возможно вращение атомов углерода Это хорошо видно на шаростержневой модели этана Поворот одной метильной группы относительно другой в этане происходит без нарушения химического строения молекулы, не меняются порядок связывания атомов, межатомные расстояния, величины углов между связями. Изменяется лишь взаимное расположение в пространстве атомов водорода (рис. 2.6, б, в). В случае других соединений можно говорить об изменении взаимного расположения заместителей, не связанных друг с другом ковалентными связями Молекула может принимать при этом различные геометрические формы

• Различные геометрические формы молекулы, переходящие друг в друга путем вращения вокруг а-связей, называются конформациями

В результате вращения вокруг а-связи между атомами углерода из множества возможных конформаций молекула этана стремится принять наиболее выгодную конформацию, обладающую наименьшей внутренней энергией Рассмотрим из всех возможных две конформаций этана.

В одной из этих конформаций (рис. 2.7, а) расстояние между атомами водорода двух метильных групп наименьшее, поэтому находящиеся друг против друга связи С—Н отталкиваются. Это приводит к увеличению потенциальной энергии молекулы, а следовательно, к меньшей устойчивости этой конформаций. Такая конформация называется з а -слоне иной.

В другой конформаций (рис 2 7,6) атомы водорода двух метильных групп удалены на максимально возможное расстояние друг от

Н

а' б' Рис. 2.7. Заслоненная и за i орможенная конформаций этана Об ьяснеиие в тексте

61

друга. При этом электронное взаимодействие связей С—Н будет наи меньшим и потенциальная энергия этой конформации также будет наименьшей Такая конформация называется заторможенной Она будет более устойчивой. Разница в энергии заслоненной и заторможенной конформации этана составляет 10—12 кДж/моль При обычных условиях конформации этана легко переходят друг в друга и составляют равновесную смесь. Выделить этан в виде какой-либо отдельной конформации невозможно. Существование конформации этана обнаруживается только с помощью физико-химических методов

Однако в случае более сложных соединений появляется реальная возможность выделения в индивидуальном состоянии отдельных, наиболее устойчивых конформации, которые принято называть к о н ф о р -мерами

Для изображения конформации на плоскости используются проекционные формулы Ньюмена. Для построения формулы Ньюмена молекулу рассматривают со стороны одного из атомов углерода вдоль его связи с соседним атомом углерода, вокруг которой происходит вращение

Этот вид молекулы проецируют на плоскость Ближайший к наблюдателю атом углерода располагают в центре (обозначается точкой), от которого идут три связи к атомам водорода (или заместителям — в общем случае) Круг изображает другой атом углерода, удаленный от наблюдателя, а три его связи как бы «выглядывают» из-за этого круга Проекционные формулы Ньюмена дают наглядное представление о заслоненной (рис. 2.7. а ) и заторможенной (рис 2 7, б) конформациях

Задание 2Л4. Какая из приведенных конформации бутана более выгод на7 Назовите ее

Этан является простейшим алканом, у которого возможно существование конформации. По мере увеличения длины углеродной цепи в алканах быстро возрастает число конформации за счет расширения возможностей вращения вокруг каждой С—С связи Поэтому углерод-

СН3

II

62

ные цепи алканов могут принимать большое число разнообразных форм (рис 2.8). Если попарно все атомы уг

страница 10
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82

Скачать книгу "Органическая химия" (12.1Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
аренда минивенов
концерт disturbed в москве
николо прозорово купить дом
кинотеатральные кресла москва

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(19.01.2017)