-
Предельные углеводороды.
(насыщенные углеводороды или алканы). Общая формула: Cn H2n+2
5.1. Гомологический ряд
|
CnH2n+2 |
М.н. |
Название радикала |
|
CH4 |
Метан |
(-CH3)-метил ( CH2)-метилен |
|
C2H6 |
Этан |
(-C2H5)-этил ( C2H4)-этилиден |
|
C3H8 |
Пропан |
(-CH2-CH2-CH3)-н.пропил ( C3H6)-пропилиден |
|
C4H10 |
Бутан |
|
|
C5H12 |
Пентан |
(-C5H11)-амил |
|
C10H22 |
Декан |
(-C10H21)-децил |
|
C16H34 |
Гексадекан |
(-C16H33)-гексадецил |
5.2 Номенклатура.
Различают устаревшую рациональную (р.н.) и современную международную ИЮПАК (м.н.) номенкалатуры. По рациональной номенкалатуре вначале указывается название 1 члена гомологического ряда (метан) и называются связанные с ним углеводородные радикалы. Например:
CH3 CH3
CH3-C-CH триметилизопропилметан
CH3 CH3
В основу международной номенкалатуры положено название углеводорода, имеющего самую длинную цепь углеводородных атомов нормального строения. Нумерация атомов (С) начинается с того конца, где имеется ближе и больше ответвлений. Например:
CH3 CH3
CH3-C-CH - 2,2,3-триметил бутан
CH3 CH3
5.3. Физические свойства.
Предельные углеводороды начиная с С1 по С4 – газы, от С5 до С15- жидкости, с С16 и выше - твердые вещества. Предельные углеводороды очень плохо растворимы в воде. Метан и этан не имеют запаха.
5.4. Химические свойства.
Предельные углеводороды в химическом плане являются инертными соединениями. Для них характерны:
-
реакции замещения:
а) с галогенами CH4+CL2 → CH3CL+CH2CL2+CHCL3+CCL4 (CL2 >Br2 > J2)
б) с азотной кислотой C2H6+HNO3 → C2H5NO2 (идут трудно)
2) реакции окисления. Такие окислители как KCLO3, KMnO4, K2Cr2O7 и другие при обычной температуре на алканы не действуют. При высокой температуре (1600) высшие алканы окисляются до жирных карбоновых кислот.
C16H34 + [O] → C15H31COOH
3)реакции расщепления (крекинга) без О2 при 5000С
C4H10→ CH4 + C3H6
C2H6 + C2H4
5.5. Получение метана и его гомологов.
1. C+H2 → CH4 (в недрах земли)
2. AL4C3+12 H2O = 3 CH4↑+4 AL (OH) 3 (лабор.)
3. CH3 COONaтв+NaOHтв = CH4↑+ Na2CO3 (лабор.)
4. C3H8 → CH4↑+ C2H4
5. CH3CL+2 Na+CH3CL → C2H6↑+2 NaCL (реакция Вюрца)
6. CH2=CH2+H2→ CH3-CH3
7. C2H5J+H2→ C2H6+HJ
6. Непредельные углеводы.
6.1. Непредельные углеводороды с одной двойной связью(алкены или олефины).
Общая формула CnH2n
6.1.1. Гомологический ряд этилена.
р.н. м.н. радикал
C2H4 - этилен этен (-CH=CH)- винил
C3H6 -пропилен пропен
C4H10 -бутилен бутен
-
Номенклатура.
По международной номенклатуре нумерация длинной цепи начинается с того конца, где ближе находится двойная связь, а не ответвление. Например:
CH3
CH3-CH-CH=CH2 3 метил бутен-1
Изомерия непредельных соединений зависит от изомерии цепи (скелета) и от положения двойной связи. Имеет место пространственная цис- и транс- изомерия(стереоизомерия).
6.1.3 Физические свойства.
Первые три представителя при обычных условиях- газы. Начиная с С5 по С18- жидкости, а выше с С19- твердые вещества.
6.1.4. Химические свойства.
Помимо реакций замещения алкены легко вступают в реакции присоединения, окисления и полимеризации за счет двойной связи.
реакции присоединения:
а) присоединение водорода (реакция гидрирования)
CH2=CH2+H2→ C2H6
б) присоединение галогенов (качественная реакция на двойную связь (обесцвечивание р - ра бромной воды)).
CH2=CH2+Br2 р-р→ CH2Br- CH2Br
CL2 > Br2 > J2
в) присоединение галогеноводородов идет по правилу Марковникова
CH3-CH=CH2+ HCL→ CH3-CH-CH3
CL
г) присоединение воды идет также по правилу Марковникова
CH3-CH-CH2+HOH→ CH3-CH-CH3
OH
д) присоединение H2SO4
CH2=CH2+HOSO3H ----- CH3-CH2-O-SO3H
этил сульфат
реакция окисления
реакция Вагнера (качественная реакция на двойную связь)
CH2=CH2+ [O]+HOH → CH2-OH
CH2-OH
реакция полимеризации
n CH=CH2 → (- CH-CH2-) n полипропилен
CH3 CH3
6.2. Непредельные углеводороды с двумя двойными связями (диолефины).
Наиболее распространенными являются диолефины с сопряженными двойными связями. Общая формула: CnH2n-2
К важнейшим представителям этой группы относятся дивинил, изопрен, хлоропрен, которые используются в синтезе синтетического каучука.
СН2=СH-CH=CH2 - дивинил; 1,3- бутадиен
CH2=C-CH=CH2 - изопрен; 2 метил 1,3- бутадиен
CH3
CH2=C-CH=CH2 -хлоропрен; 2 хлор 1, 3- бутадиен
CL
6.2.1 Химические свойства
Реакции присоединения идут в две стадии:
CH2=CH-CH=CH2+H2 → CH3-CH=CH-CH3+H2 → CH3-CH2-CH2-CH3
аналогично идут реакции присоединения галогенов и др.
Химические свойства диеновых углеводородов подобны олефинам.
6.3 Непредельные углеводороды с тройной связью. CnH2n-2 (алкины)
Алкины - углеводороды ряда ацетилена. Имеют тройную связь и SP гибридизацию атома углерода.
6.3.1 Номенклатура
CnH2n-2 р.н. м.н.
CH≡CH ацетилен этин
CH3-C≡CH метил ацетилен пропин
CH3-C≡C-CH3 диметил ацетилен бутин-2
6.3.2 Химические свойства алкинов
Химические свойства алкинов подобны свойствам олефинов. Реакции присоединения идут по стадиям до полного насыщения атомами водорода тройной связи. Присоединение полярных молекул HCL, HBr, HOH и др. идут по правилу Марковникова.
Специфические реакции
1) присоединение воды (р - ция Кучерова) идет в присутствии солей Hg2+
a) CH≡CH + HOH → CH2=CHOH→ CH3-C
виниловый спирт ацетальдегид
б) CH3-C≡CH + HOH → CH3-C=CH2 → CH3-C-CH3
OH O
ацетон
2) окисление KMnO4 в кислой среде (р -ция Вагнера), качественная реакция
CH≡CH + [O] + H ---- COOH + H2O
COOH
3) замещение атомов водорода атомами тяжелых металлов (качественная реакция на тройную связь)
CH≡CH + 2 CuCL + 2 NH3 → C ≡ C↓ + 2 NH4CL
Cu Cu
красно-бурый осадок ацетиленида меди I
4) полимеризация алкинов
3 CH≡CH → C6H6 (р -ция Зелинского)
6.3.3 Получение непредельных соединений.
1. Дегидрирование предельных углеводородов
CH3-CH3 → CH2=CH2 → CH≡CH
2. Дегидратация спиртов
CH3-CH2-OH → CH2=CH2 + H2O
3. Из галогенопроизводных
а) CH3-CH2-CL + NaOHспирт → CH2=CH2 + NaCL + H2O
б) CH3-CHCL2 + 2 NaOHспирт → CH≡CH + 2 NaCL + 2 H2O
4. реакция Крекинга
CmH2m+2 → CnH2n+2 + CpH2p
5. из CaC2 (карбида кальция)
CaC2 + H2O → Ca (OH) 2 + CH≡CH
6. из метана
CH4 → CH≡CH + H2