химический каталог




Органическая химия

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

гилгексап*'

2.1.2. СТРУКТУРНАЯ ИЗОМЕРИЯ

Атомы углерода в молекулах алканов находятся в состоянии sp}-гибридизации. Каждый такой атом способен образовывать четыре одинарные s-связи как с атомами углерода, так и с атомами водорода Например, в этане каждый атом углерода образует одну а-связь за счет осевого перекрывания гибридной орбитали с гибридной орбиталью другого атома углерода и три а-связи за счет перекрывания гибридных орбиталей с 5^-орбиталями трех атомов водорода (рис 2 1).

При образовании нормальной цепи каждый атом углерода (кроме концевых) образует с предыдущим и последующим атомами углерода по одной а-связи. Для низших членов гомологического ряда — этана и пропана — единственно возможным порядком связывания атомов углерода является прямая последовательность*! СН3—СНГ СН,—СН,—СНГ

Начиная с бутана и далее, число вариантов соединения атомов углерода возрастает, и атом углерода уже может образовывать не две, а три и даже четыре связи с другими атомами углерода. Это осуществляется в таких углеродных цепях, где имеется разветвление. Например, четыре атома углерода в бутане C4Hf0 могут быть соединены или в виде прямой (нормальной) цепи (//-бутан), или в виде разветвленной

50

4

sp3- AO углерода

Рис. 2.1. Образование ст-связеп в этане.

цепи (изобутан) Из этого следует, что за счет изменения последовательности связывания атомов углерода, т. е. изменения строения, появляются два соединения с различными свойствами, хотя они имеют один и тот же состав, выражаемый молекулярной формулой С4Н10. Такие вещества называются изомерами строения, или структурными изомерами, а явление в целом называется структурной изомерией (изомерией строения).

• Структурная изомерия — это существование веществ с одинаковым составом, но различающихся строением.

ОТРУНТУРНЫЕ ИЗОМЕРЫ

С4Н10

СНзСН2СН2СНз

CH3-CH-CH3

СНо

с*н

5П12

Бутан т кип —О 5°С

2-Метилпропан (изобутан) ткип -12 С

СН3

СН3СН2СН2СН2СНз CH3CH-CH0CH3 CH3-C-CH3

сн3 сн3

Пентан т кип 36 С

2-Метилбутан (изопентан)

т кип 28 С

2.2-Диметил пропан (неопвнтан)

т кип 9,5 С

51

Структурная изомерия обусловливает многообразие органических соединений, в частности алканов. С увеличением числа атомов углерода в молекулах алканов быстро возрастает количество структурных изомеров. Так, для гексана (С6) оно равно 5; для гептана (С7) — 9, для октана (Cs) — 18; для нонана (С9) — 35, а для эйкозана (С,0) — 366 319

Атомы углерода различаются по местоположению в цепи. Атом углерода, стоящий в начале цепи, связан с одним атомом углерода и называется первичным. Атом углерода, связанный с двумя атомами углерода, называется вторичным, с тремя — третичным, с четырьмя — четвертичным. Очевидно, что в молекулах нормальных алканов содержатся первичные (на концах цепи) и вторичные атомы углерода (в цепи). Третичные и четвертичные атомы содержатся только в алканах с разветвленной цепью. Все эти атомы углерода несколько различаются по реакционной способности

©Нз О Первичный

<анз-й-Д^на-©н3 9Вторичный

| j / \ Третичный

| j * Л i ретичныи

©Hq©Ho CJ Четвертичный

2,2,3 Триметилпентан

Задание 2.5. Напишите для алкана С4НМ структурный изомер с че!вер-тичным атомом углерода и структурный изомер с двумя третичными аю-мамн углерода

Структурная изомерия обусловливает и многообразие углеводородных радикалов. Углеводородный радикал1 получается, если от молекулы алкана «отнять» один атом водорода. Название радикала производят от названия соответствующего алкана с заменой суффикса -ан на -ил. В общем виде радикалы, произведенные от алифатических углеводородов, называют алкильными и обозначают Alk или R.

Изомерия радикалов начинается с пропана, для которого возможны два радикала. Если атом водорода отнять от первичного атома углерода, то получится радикал пропил (я-пропил). Если атом водорода отнять от вторичного атома углерода, то получится радикал изопропил (табл. 2.2) t

Каждый из структурных изомеров — бутан и изобутан — образует по два радикала (см. табл 2 2) Обозначение вторичный (сокращенно втор) и третичный (трет) указывает на то, что свободная

1 Эюг термин не следует путать с понятием «свободный радикал», характеризующим аюм или группу атомов с неспаренным электроном (см 2.1 8)

52

Таблица 2.2 Некоторые наиболее час го встречающиеся алкильные

радикалы

Алкай Соответствующим алкильный радикал название строение название строен vie

Метан Этан Пропан СН4 СНСНз CH3CH2CH3 Метил Этил Пропил Изопропил —С Hi —СН2СН3 СН2СН2СН> —СН—СЖ I СНз

Byian СНз(СН2)2СНз н-Бутнл втор'Бушп СН3(СН2)2СНз —СН—СНг—СЖ 1 СН.

2-Метилпропан (изобутан) СНзСНСНз С2Нз Из обут ил СН2 СН СНз СНз

сн> [ С—СНз 1 СНз

mpem-Eyi и л валентность находится соответственно у вторичного или третичного атома углерода

Задание 2.6. Напишите структурную формулу 2,5-димегил-З-нзопроппл-гексана.

Задание 2.7. Определиie, сколько фегпчных атомов углерода содержится в следующем алкане и назовите его по заместительной номенклатуре

СН СН

I I

СН.—СН—СН—сн,снсн

I

СН—сн.

I

сн.

>

53

2.1.3. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

В обычных условиях (при 25 °С и атмосферном давлении) первые четыре члена гомологического ряда алканов (С!—С4) — газы. Нормальные алканы от пентана до гептадекана (С5—С|7) — жидкости, начиная с С и выше — твердые вещества (табл. 2.3). По мере увеличения числа атомов углерода в цепи, т. е. с ростом относительной молекулярной массы, возрастают температуры кипения и плавления алканов При одинаковом числе атомов углерода в молекуле алканы с разветвленным строением имеют более низкие температуры кипения, чем нормальные алканы

Таблица 23 Алканы

О i дельные преде j ави i ели Физические свопе ib i название сiруктурндя формула i и i °c 7 КИП °C

MeiaH Этап Пропан Бутан Пентан 2-Метил бутан (пзопенган) 2,2-Димез илпропап (неопен ган) СН4 СЖСНз СНСНгСЖ СН,(СН2) гСЖ CHi(CH2)iCHi СНСНСНгСНт CHi сн. 1 СНз С—CHi 1 сн> — 183 — 172 188 — 138 — 130 — 160 20 — 161,5 —89 42 0,5 36 28 9,5

Гексан Гептан Октан Нонан Декан Пет адекан Эйкозан СНз(СН2)4СН1 СНз(СН2) 5СН> СНт(СН2)бСНз СН,(СМ2) ?СЖ CHi(CH2)xCHi CHv(CH2)nCHi CH,(CH2)isCH3 / - 95 -91 -57 54 —30 10 37 69 98 126 151 174 270,5 343

4

Алканы практически не растворимы в воде, так как их молекулы малополярны и не взаимодействуют с молекулами воды. Жидкие алканы легко смешиваются друг с другом. Они хорошо растворяются в неполярных органических растворителях, таких как бензол, тетрахлор-метан (четыреххлористый углерод), диэтиловый эфир и др

54

Задание 2.8. Выпишите из табл. 2.3 значения температур кипения бутана, гексана и октана Сравните их и вычислите, на какую величину меняется температура кипения по мере увеличения углеводородного радикала на два атома углерода. Какие из перечисленных углеводородов являются жидкостями?

Задание 2.9. Выпишите из табл. 23 значения гемперат>р кипения пентана, изопентана и пеопентана. Напишите строение этих углеводородов и сделайте вывод о том. как меняется температура кипения в зависимости от строения углеродной цепи

2.1.4. ПРИРОДНЫЕ ИСТОЧНИКИ

Природными источниками алканов являются нефть, попутные нефтяные газы и природный газ. Наибольшее значение имеет нефть. Нефть представляет собой сложную смесь органических соединений, в основном углеводородов. В ней также содержатся в небольшом количестве кислород-, азот- и серосодержащие соединения В зависимости от месторождения нефти углеводородный состав может быть представлен как алканами, так и другими группами углеводородов Нефть используется как топливо и ценное сырье для химической промышленности.

В настоящее время существует несколько способов промышленной переработки нефти.

Перегонка. Это физический способ переработки нефти Углеводороды нефти различаются по молекулярным массам, а следовательно, и температурам кипения. Поэтому простой перегонкой нефть можно разделить на ряд фракций, различающихся по температурам кипения. Таким способом получают петролейный эфир (до 60 °С, С,—С ); авиационный бензин (60—180 °С; С — С,„); бензин (до 200 °С; Си—С ); керосин и реактивное топливо (175—280 °С, С7—С14); дизельное топливо (200—350 °С, С|3—СФракция, имеющая температуру кипения выше 360 °С, называется мазутом (С —С25). Фракция, содержащая углеводороды С и более высокомолекулярные углеводороды, не перегоняется; из нее получаются тяжелые масла, вазелин, парафин

Каталитический крекинг. В отличие от перегонки, крекинг (от англ cracking — расщепление) представляет собой процесс химической переработки нефти, заключающийся в расщеплении высших углеводородов и получении более ценных низших алканов, составляющих, например, фракцию бензина и т д. При нагревании нефти до температуры 500 °С в присутствии алюмосиликатных катализаторов (оксид алюминия А1,0, на силикагеле SiO,) происходит разрыв связей между атомами углерода в цепи и образуются алканы с меньшим числом атомов углерода (Сл— С|0) и разветвленной цепью.

55

Природный газ состоит в основном из метана (до 95%) с небольшой примесью этана и пропана Попутный нефтяной газ, кроме метана, содер жит значительное количество этана, пропана, бутана. Природный и нефтяной газы используются как высококалорийное топливо, а также как сырье для ряда крупных химических производств.

2.1.5. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ

Для получения алканов используется ряд синтетических методов Получение из ненасыщенных углеводородов. При взаимодействии алкенов с водородом (реакция гидрирования) в присутствии металлических катализаторов (никель, платина, палладий) происходит присоединение водорода по двойным связям с образованием алканов

25 С, катализатор

сн3-сн-сн-сн3+н2--СНз-СН - сн - сн3

н н

Бутон 2

Бутан

Задание 2.10. Какой углеводород получится при каталитическом гидрировании этилена СН =СН ? Напишите схему реакции.

Получение из галогенопроизводных. При взаимодействии галоген-алканов с металлическим натрием получаютс

страница 9
< 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
Продажа элитных домов и коттеджей на Рублево-Успенском шоссе в поселке Горки-8
пластмассовая мебель для сада
армадилло навесы купить в москве
проектор 5000 ansi

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
(11.12.2017)