6. Гомологические ряды органических соединений

Среди многообразия органических соединений можно выделить группы веществ, которые сходны по химическим свойствам и отличаются друг от друга на группу СН₂.

Гомологи – это соединения, сходные по химическим свойствам, состав которых отличается друг от друга на одну или несколько групп СН₂.

Гомологи, расположенные в порядке возрастания их относительной молекулярной массы, образуют гомологический ряд.

Гомологическая разность – это группы СН₂.

Примером гомологического ряда может служить ряд предельных углеводородов (алканов).

Простейший его представитель – метан СН₄.

Формула любого последующего гомолога может быть получена прибавлением к формуле предыдущего углеводорода гомологической разности.

Состав молекул всех членов гомологического ряда может быть выражен одной общей формулой: С_nН_2n + 2, где n – число атомов углерода.

Гомологические ряды могут быть построены для всех классов органических соединений.

Классификация органических соединений.

Все органические соединения в зависимости от природы углеродного скелета можно разделить на ациклические и циклические.

Ациклические (нециклические, ценные) соединения называют также жирными или алифатическими.

Эти названия связаны с тем, что одними из первых хорошо изученных соединений такого типа были природные жиры.

Среди циклических соединений обычно выделяют: 1) карбоциклические – молекулы которых содержат кольца из углеродных атомов; 2) гетероциклические – кольца которых содержат, кроме углерода, атомы других элементов (кислорода, серы, азота и др.).

Карбоциклические соединения подразделяются: 1) на алициклические (предельные и непредельные), похожие по свойствам на алифатические; 2) ароматические – содержат бензольные кольца.

Функциональные группы – это группы атомов, которые определяют химические свойства данного класса соединений.

Наличие этих групп позволяет разделить типы органических соединений на классы и облегчить их изучение.

Классы соединений: а) спирты; б) фенолы; в) альдегиды; г) кетоны; д) карбоновые кислоты; е) нитросоединения; ж) первичные амины; з) амиды кислот.

Свойства свободных радикалов: 1) обычно очень неустойчивы; 2) химически весьма активны; 3) быстро превращаются в устойчивые молекулы.

Индуктивный эффект – это смещение электронной плотности от одного атома к другому в результате их разной электроотрицательности. Происходит поляризация связи.

7. Предельные углеводороды.Номенклатура алканов,изомерия,получение,физические свойства и химические свойства,применение.

Углеводороды – это простейшие органические соединения, которые состоят из двух элементов – углерода, водорода.

Алканы – это ациклические углеводороды, содержащие только простые связи С-С. Их характеристики: 1) общая формула С_nH_2n+2; 2) все атомы углерода находятся в состоянии sp³-гибридизации, угол между связями C–C 109°28', длина связи равна 0,154 нм; 3) имеют прочные ковалентные σ-связи; 4) характерные реакции – замещения, полного и частичного окисления.

Гомологический ряд алканов представлен в таблице 4.

Изомерия: 1) углеродного скелета; 2) оптическая.

Физические свойства. При обычных условиях СН₄ ... С₄Н₁₀ – газы, С₅Н₁₂ ... С₁₅Н₃₂ – жидкости, с С₁₆Н₃₄ – твердые вещества. С ростом относительной молекулярной массы, возрастают температуры кипения и температуры плавления. Алканы – бесцветные вещества, легче воды, плохо растворяются в воде.

Химические свойства. Алканы содержат σ-связи С-Н и С-С, для которых характерны высокая прочность, малая полярность, низкая поляризуемость. Алканы обладают низкой реакционной способностью.

I. Реакции замещения (S_R) осуществляются по свободно-радикальному (цепному) механизму.

1. Галогенирование (образуются галогенпроизводные УВ). Реакция протекает при УФ-облучении или высокой температуре:

метан хлор- дихлор- трихлор- тетра-

метан метан метан хлорметан

2. Нитрование (образуются нитросоединения):

– в жидкой фазе (М.И. Коновалов). Наиболее легко замещаются атомы водорода у третичного атома углерода, труднее – у вторичного, наиболее трудно – у первичного:

2-метилбутан 2-метил–2-нитробутан

– в газовой фазе. При температуре 400–500⁰С образуется смесь изомерных нитроалканов, а также нитроалканы с меньшим числом атомов углерода в результате разрыва связей С–С:

3. Сульфирование. Сульфирование алканов происходит при действии очень концентрированной H₂SО₄ при небольшом нагревании.

(2-метил–2-сульфобутан)

II. Реакции окисления.

1. Полное окисление (избыток O₂):

2. Неполное окисление (недостаток О₂):

3. Неполное каталитическое окисление в присутствии О₂. В зависимости от природы катализатора и условий проведения реакции могут образоваться альдегиды RCOH, кетоны R–СО– R, спирты ROH, карбоновые кислоты RCOOH.

III. Термические превращения алканов.

1. Термический крекинг (пиролиз) осуществляется при температуре 450—700⁰С:

2. Дегидрирование осуществляется в присутствии катализаторов при повышенных температурах.

Получение алканов. Основные природные источники алканов – нефть и природный газ. Различные фракции содержат алканы от С₅Н₁₂ до С₃₀Н₆₂. Природный газ состоит из метана (95 %) с примесью этана и пропана.

Получение метана.

1. В промышленности:

- из природного газа;

- синтез из оксида углерода (II) и водорода (оксосинтез):

2. В лаборатории:

- гидролиз карбида алюминия:

А1₄С₃ + 12Н₂О → 3СН₄↑ + 4А1(ОН)₃;