335

3.4 МЕТОДЫ ВЫДЕЛЕНИЯ, ОЧИСТКИ И ИДЕНТИФИКАЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Перегонка, перекристаллизация как методы выделения и очистки органических соединений.

Перегонка – один из наиболее часто используемых химиками методов как для идентификации, так и для очистки органических соединений. Температура кипения, определяемая при перегонке, одно из важных физических свойств соединения. Различные жидкие химические вещества имеют в большинстве случаев разную температуру кипения. Этот факт позволяет использовать дистилляцию для очистки целевого соединения от нелетучих (или менее летучих) примесей.

Температура кипения – это температура, при которой давление жидкой фазы соединения равна внешнему давлению, действующего на поверхность жидкости. Иначе говоря, давление паров повышается по мере повышения температуры жидкости, а когда давление паров сравняется с атмосферным давлением – жидкость начинает кипеть. А так как пары находятся в равновесии с кипящей жидкостью - температура паров равна температуре самой жидкости.

Различные вещества кипят при разных температурах, так как обладают характеристичным давлением паров.

В основу этого положена идентификация соединения по температуре кипения:

1.Перегнать жидкость;

2.Определить температуру начала и конца перегонки. Чем уже температурный диапазон - тем чище вещество;

3.Сравнить полученную температуру кипения с температурой кипения вещества по справочной литературе.

Наиболее часто в органическом синтезе используются следующие виды перегонки:

1. Простая перегонка – для разделения веществ с большой разницей в температурах кипения (>60 °C).

Простая перегонка (дистилляция) – способ разделения смеси жидких веществ, основанный на различной температуре кипения компонентов смеси. При этом отогнанный дистиллят обогащается низкокипящим компонентом, а остаток – высоко кипящим.

Область применения

Разделение жидких смесей веществ, значительно различающихся по температуре кипения. Но с температурой до 200 °С (более 200 °С вещества разлагаются и следует применять перегонку под вакуумом). Пример: разделение смеси эфир (Т. кип. 35 °С)/толуол (Т. кип. 110 °С).

Отделение жидкого вещества от нелетучих примесей (твердых компонентов).

Пример: перегонка эфира (Т. кип. 35 °С) над натрием (нелетуч).

336

Наиболее часто простая перегонка используется для очистки продажных растворителей.

2. Фракционная перегонка –для разделения веществ с небольшой разницей в температурах кипения (<60 °C).

Фракционная перегонка (дистилляция) – способ разделения смеси жидких веществ, основанный на различной температуре кипения компонентов смеси. При этом отогнанный дистиллят обогащается низкокипящим компонентом, а остаток – высоко кипящим. При этом виде перегонки используется дефлегматор, в котором при неполном охлаждении пара кипящей жидкости происходит частичная конденсация пара более высоко кипящей жидкости, обогащенный высоко кипящим компонентом промежуточный дистиллят (флегма) возвращается в колбу, а пар обогащается более низкокипящим веществом. При этом фракционная перегонка позволяет эффективно разделять смеси веществ с небольшой разницей в температурах кипения (~10-20 °C).

Проведение фракционной перегонки не отличается от проведения

простой перегонки.

Область применения

Разделение жидких смесей веществ, незначительно различающихся по температуре кипения (менее 60 °С, для различающихся более 60 °С: см. также простая перегонка, перегонка в вакууме). Но с температурой до 200°С (более 200°С вещества разлагаются и следует применять перегонку под вакуумом).

Пример: разделение смеси ацетон (т. кип. 56 °С)/вода (т. кип. 100 °С).

Отделение жидкого вещества от нелетучих примесей (твердых компонентов).

Пример: перегонка эфира (т. кип. 35 °С) над натрием (нелетуч).

Часто фракционная перегонка используется для очистки продажных реактивов, для очистки и выделения полученных продуктов реакций.

3. Перегонка в вакууме – для очистки термолабильных веществ. Перегонка под вакуумом – способ разделения смеси жидких веществ,

основанный на различной температуре кипения компонентов смеси в вакууме. Особое значение имеет при перегонке термолабильных веществ. В вакууме вещества кипят гораздо с меньшей температурой.

Область применения

Разделение жидких смесей веществ, различающихся по температуре кипения (менее 60 °С – с дефлегматором, с более 60 °С – простая перегонка) и имеющих высокую температуру кипения.

Пример: выделение ДМСО из смеси ацетон (Т. кип. 56 °С)/диметилсульфоксид (ДМСО) (Т. кип. 189 °С с разложением при 1 атм., ~60 °С в вакууме водоструйного насоса без разложения).

Отделение высоко кипящего жидкого вещества от нелетучих примесей (твердых компонентов).

337

Пример: перегонка ДМСО над гидридом кальция (не летуч).

Разделение смесей неразделимых при атмосферном давлении. Пример: разделение азеотропной смеси этанол/вода. Этанол кипит при 70 мм. рт. ст. при 28 °С без образования азеотропа с водой.

Часто перегонка под вакуумом используется для очистки продажных высоко кипящих растворителей, реактивов, для очистки и выделения термолабильных или высоко кипящих продуктов реакций.

4. Перегонка с водяным паром – способ разделения смеси веществ малорастворимых в воде и не взаимодействующих с ней, обладающих значительным давлением пара при температуре кипения воды. Такая перегонка уменьшает термическое воздействие на разделяемые вещества и приближается к вакуумной перегонке.

Область применения

Отделение продуктов реакции от смолообразных веществ. Пример: очистка смол различного состава, смазочных масел, эфирных масел, жирных кислот.

Перегонка чувствительных к нагреванию веществ.

Пример: лимонен (Т. кип. 178 °С) перегоняется с водяным паром

(Т. кип. 100 °С).

Перекристаллизация Перекристаллизация – один из самых эффективных методов очистки

твердых соединений. Этот метод основан на различной растворимости химических соединений в горячем и холодном растворителе (изогидрическая кристаллизация) или на изменении концентрации раствора (изотермическая кристаллизация).

Растворимость большинства органических соединений существенно зависит от температуры растворителя: с увеличение температуры – увеличивается растворимость. В итоге в горячем растворителе удается растворить большее количества вещества, чем может содержать тот же самый растворитель при низкой температуре. И, при охлаждении, из насыщенного при высокой температуре раствора выпадает "лишнее" вещество.

Вещества различные по структуре (особенно, полярности) имеют различную растворимость в растворителях. Поэтому, в большинстве случаев, удается получать насыщенный раствор лишь по одному компоненту – как следствие именно этот компонент и выделяется при кристаллизации, а другие – остаются в растворенном виде.

Процесс кристаллизации идет на «зародышах» кристаллов (микротрещины посуды, пылинки и т.п.) и при достаточно медленной скорости процесса приводит к монокристаллам индивидуального соединения, характеризующегося особым физическим свойством –

температурой плавления.

Температура плавления – диапазон температуры от начала до полного расплавления вещества при нагревании. Измерение температуры

338

плавления вещества, строение которого уже было ранее установлено, может быть использована для однозначного подтверждения его структуры:

1.Измерить температуру плавления.

2.Сравнить полученное значение со значением в справочной литературе для этого соединения (методика реакции, спецификация на упаковке, базы данных, например, Beilstein database).

Химики наиболее часто используют следующие типы перекристаллизации:

Перекристаллизация за счет изменения температуры раствора:

1.Перекристаллизация из одного растворителя;

2.Перекристаллизация из смеси растворителей;

Перекристаллизация за счет изменения концентрации раствора:

1.Выпаривание части растворителя;

2.Высаливание;

3.Осаждение;

4.Использование аппарата Сокслета.

Химические и физические методы установления структуры

Для выделения, очистки, анализа и идентификации органических соединений используются химические и физические методы. Конечным результатом данных исследований является установление структуры органических соединений.

Химические методы установления строения основываются на проведении с помощью реагентов таких реакций, которые позволяют судить о наличии определенных атомных группировок (функциональных групп) или ионов в молекуле исследуемого соединения. Физические методы установления строения получают все большее развитие. С их помощью устанавливается не только строение исследуемого соединения, но также оказывается возможным определить детали структуры молекулы, например, размеры молекулы, атомные расстояния и углы между связями. Физические методы определения строения имеют не только большие возможности по сравнению со старыми методами классической химии, но также позволяют значительно сократить время исследования. В случае же сложно построенных молекул старые методы установления строения вообще бессильны.

Первые физические методы установления строения вещества возникли в 1912 г. с началом применения дифракции рентгеновского излучения для структурного анализа. В настоящее время для исследования химического и кристаллохимического строения веществ применяются дифракционные, спектроскопические, резонансные и другие физические методы. Многие из этих методов дают возможность получать информацию о более тонких вопросах химического и кристаллохимического строения вещества, распределении электронной плотности и степени ионности связи, эффективных зарядах атомов, валентных состояниях атомов химических элементов, входящих в соединение, и т.п. Кроме того, физические методы

339

принципиально отличаются от химических тем, что они являются неразрушающими, т. е. в процессе исследования химическое и кристаллохимическое строение вещества не изменяется.

В последние годы значительные успехи в области исследования строения углеводородов были получены при помощи ряда физических методов исследования.

Особенно большую роль сыграли такие методы, как ядерно-магнитный резонанс, молекулярная и масс-спектрометрия, газовая хроматография и термическая диффузия. Однако, кроме физических методов исследования, не меньшее значение имеют и химические методы, прогресс которых в последнее время, может быть, был и не столь внешне блестящ, но все же весьма существен. Бесполезно, на наш взгляд, определять преимущества тех или иных методов исследования, так как только разумное их совместное использование может привести к успеху, особенно в анализе столь сложных, многокомпонентных смесей, какими являются насыщенные циклические углеводороды нефти. Характерно, что в одной из последних больших монографий, посвященных установлению структуры органических соединений, уделяется одинаковое внимание как физическим, так и химическим методам исследования

Для установления структуры органического соединения необходимо применение ИК- и ЯМР-спектроскопии. Однако не следует недооценивать и химические методы анализа. Так, например, в некоторых случаях наличие двойной связи в соединении трудно доказывается спектроскопическими методами. Химическая же реакция с бромом или перманганатом калия протекает быстро и легко наблюдается. Оптимальным вариантом является сопоставление всей полученной информации – физических констант, спектров, хроматограмм и данных химических испытаний.

Качественный функциональный анализ органических соединений Функциональный анализ (химический), совокупность химических и

физических методов анализа (главным образом органических веществ), основанных на определении в молекулах реакционноспособных групп атомов (отдельных атомов) т.е. функциональных групп. Такими группами являются, например, гидроксильная (-ОН), карбоксильная (-СООН), нитрогруппа (-NO2), аминогруппа (-NH2) и др. Функциональный анализ служит для подтверждения предполагаемого строения вещества или механизма реакции, для установления процентного содержания в смеси отдельных соединений известного строения. В химических методах используются характерные реакции функциональных групп, например, образование окрашенного комплекса при взаимодействии спиртов с гексанитратоцератом аммония:

ROH + (NH4)2Ce(NO3)6 = (NH4)2Ce(OR)(NO3)5 + HNO3,

восстановление нитрогруппы в аминогруппу, которая легко

340

идентифицируется. Многие функциональные группы могут быть обнаружены и количественно оценены также методами ядерного магнитного резонанса, масс-спектрометрии, инфракрасной (ИК) спектроскопии; например, по специально разработанным диаграммам поглощения ИК излучения функциональными группами (карты Колтгепа) осуществляется идентификация последних, а по интенсивности поглощения производится оценка количественного их содержания.

Однако при проведении идентификации сложных молекул, несомненно, следует учитывать взаимное влияние функциональных групп, которое может вызвать неожиданное изменение свойств этих групп, а также отклонение наблюдаемых свойств от теоретически ожидаемых по обычно постулируемой аддитивной схеме.

Представление о хроматографических методах, применяемых в органической химии

Хроматографический метод разделения органических веществ был открыт русским ученым М. С. Цветом в 1903 г. и благодаря высокой эффективности нашел широкое применение в органической химии.

Данный метод разделения смесей веществ на компоненты основан на различиях в их физико-химических свойствах, влияющих на распределение веществ между двумя фазами и сейчас является одним из ведущих в исследовании органических соединений.

Отличают три основных вида хроматографии: адсорбционную, распределительную, ионообменную.

Анализируемую смесь в виде раствора (жидкая фаза) фильтруют через колонку с сорбентом (твердая фаза). Каждое из растворенных веществ адсорбируется на определенном участке и образует зоны адсорбции (первичная или фронтальная хроматограмма). Последующее промывание колонки чистым растворителем разделяет компоненты смеси.

Хроматографические методы разделения обладают большими возможностями. Этими методами можно количественно разделить более десятка компонентов смеси, разделить органические, соединения, имеющие сходные структуры, неорганические соединения с близкими химическими свойствами, разделять изотопы.

341

3.5 УГЛЕВОДОРОДЫ

ПЛАН

3.5.1Алканы.

3.5.2Циклоалканы.

3.5.3Алкены.

3.5.4Алкадиены.

3.5.5Алкины.

3.5.6Ароматические углеводороды.

3.5.1 Алканы

Алканы (предельные или насыщенные углеводороды, парафины) –

ациклические углеводороды нормального или разветвленного строения, в молекулах которых атомы углерода связаны между собой посредством только одинарных связей.

Общая формула гомологического ряда алканов CnH2n+2, где n≥1 и является целым числом.

Гомологический ряд – это ряд веществ одного класса, в пределах которого каждый последующий представитель отличается от предыдущего на группу -СН2, которая называется гомологической разностью.

Вещества, входящие в один гомологический ряд, являются по отношению друг к другу гомологами.

Номенклатура. Суффикс -ан является характерным для названия всех алканов. Начиная с пятого гомолога, название алкана образуется из греческого числительного, указывающего число атомов углерода в молекуле, и суффикса -ан: пентан С5Н12, гексан С6Н14, гептан С7Н16, октан С8Н18, нонан С9Н20, декан С10Н22 и т.д. Названия предельных углеводородов ряда метана с нормальной цепью и их остатков даны в таблице 3.5.1.1.

Таблица 3.5.1.1 – Названия алканов и их алкильных групп

342

*Для трехвалентного остатка принято название – илидин; **Тривиальное название амил для остатка пентана общеупотребительно; строго по правилам номенклатуры этот остаток должен быть назван – пентил. Названия изоамил (изопентил) и неопентил приняты для следующих первичных остаток изопентана и неопентана:

Порядок построения названий разветвленных алканов по ИЮПАК

1.Выбрать в молекуле главную углеродную цепь. Во-первых, она должна быть самой длинной. Во-вторых, если имеются две или более одинаковые по длине цепи, то из них выбирается наиболее разветвленная.

2.Пронумеровать атомы углерода в главной цепи так, чтобы атомы С, связанные с заместителями, получили возможно меньшие номера. Поэтому нумерацию начинают с ближайшего к ответвлению конца цепи.

3.Назвать все заместители, указав впереди цифры, обозначающие их местоположение в главной цепи. Если есть несколько одинаковых заместителей, то для каждого из них через запятую записывается цифра (местоположение), а их количество указывается приставками ди-, три- и т.д.

4.Названия всех заместителей расположить в алфавитном порядке. Назвать главную цепь углеродных атомов.

По рациональной номенклатуре алканы рассматривают как производные простейшего углеводорода — метана, в молекуле которого один или несколько водородных атомов замещены на радикалы. Эти заместители (радикалы) называют по старшинству (от менее сложных, к более сложным). Если эти заместители одинаковые, то указывают их количество. В основу названия включают слово «метан». Например,

343

Наряду с международной номенклатурой в быту часто используется тривиальная номенклатура, сохраняющая традиционные исторически сложившиеся названия веществ. Так, согласно ей, метан называется «болотным газом», «природным газом», «рудничным газом».

Электронное строение, sp3-гибридизация. В алканах имеются два типа химических связей: С–С и С–Н. Связь С–С является ковалентной неполярной. Связь С–Н–ковалентная слабополярная, т.к. углерод и водород близки по электроотрицательности (2,5 – для углерода и 2,1–для водорода).

Атомы углерода и атомы углерода и водорода в молекулах алканов связаны σ-связью (рисунок 3.5.1.1).

Рисунок .5.1.1.1 – Образование и характеристики ковалентных связей в молекулах алканов

Молекулы алканов нормального строения содержат только атомы первичные и вторичные атомы углерода:

Как видно из формулы н-бутана, первичный атом углерода имеет лишь один соседний C-атом, а вторичный – два соседних атома углерода.

Молекула изоалканов содержат кроме первичных и вторичных еще и третичные, и (или) четвертичные атомы углерода. Третичный атом углерода связан с тремя C-атомами, а четвертичный – с четырьмя атомами углерода:

344

Ниже даны примеры названий по номенклатуре ИЮПАК ряда разветвленных алканов.

На примере даже средних (C5-C8) алканов видно, что традиционные (полные) структурные формулы весьма громоздки при изображении сложных молекул. В настоящее время предложено несколько упрощенных модификаций структурных формул.

В сжатой структурной формуле обозначение некоторых или всех ковалентных связей опускают, а идентичные группы, связанные с какимлибо из атомов, записывают в скобках, указывая число этих групп. При этом обычно принято писать заместители, стоящие при углеродном атоме, справа от этого атома:

Еще большим упрощением является формула углеродного скелета, в которой в виде символов записывают только атомы, отличные от углерода и водорода (атомы водорода в составе функциональных групп также изображают):

345

Атомы углерода в молекулах алканов находятся в состоянии sp3- гибридизации или в первом валентном состоянии.

Гибридизация – модель, учитывающая смешивание орбиталей, в результате чего они выравниваются как по форме, так и по энергии.

Следовательно, в каждом из них имеются 4 гибридных электронных облака, которые, стремясь к максимальному расталкиванию, по отношению друг к другу, располагаются в пространстве под углом 109°28', длина связей C – H равна 0,109 нм, длина связей C – C равна 0,154 нм Зная это, можно наглядно показать пространственное электронное строение алканов. Так, для метана оно будет следующим:

Данная структура называется тетраэдром.

У более тяжёлых представителей класса алканов углеродная цепь имеет следующее пространственное строение:

Изомерия. Изомеры – это соединения с одинаковым качественным и количественным составом, одинаковой относительной молекулярной массой, которые отличаются по химическому строению или расположению атомов в пространстве и, вследствие, этого различаются по физическим и химическим свойствам.

1. Структурная изомерия

В молекулах метана, этана и пропана может быть только один порядок соединения атомов. Если в молекуле алкана содержится более трех углеродных атомов, то порядок их соединения может быть различным – появляется возможность изомерии. Например, для углеводорода С4Н10

346

возможны два изомера:

Изомеры обладают сходными химическими свойствами и различными

– физическими.

2. Оптическая изомерия

Оптическая изомерия возможна если атом углерода в молекуле связан с четырьмя различными атомами или атомными группами, например,

Оптическими изомерами называются пространственные изомеры, молекулы которых относятся между собой как предмет и несовместимое с ним зеркальное изображение:

Молекулы оптических изомеров несовместимы в пространстве (как левая и правая руки), в них отсутствует плоскость симметрии. Они имеют одинаковые физические и химические свойства, но различаются отношением к поляризованному свету. Такие изомеры обладают оптической активностью (один из них вращает плоскость поляризованного света влево, а другой - на такой же угол вправо). Различия в химических свойствах наблюдаются только в реакциях с оптически активными реагентами.

Конформационная изомерия (её ещё называют поворотной)

обусловлена различным положением атомов водорода относительно σ-связи без изменения валентных углов и длины связи.

Поворотные изомеры молекулы представляют собой энергетически неравноценные ее состояния. Их взаимопревращение происходит быстро и постоянно в результате теплового движения. Поэтому поворотные изомеры не удается выделить в индивидуальном виде, но их существование доказано физическими методами. Некоторые конформации более устойчивы

347

(энергетически выгодны) и молекула пребывает в таких состояниях более длительное время. Например, для алкана характерны:

Физические свойства алканов. Первые четыре члена гомологического ряда метана (С1-С4) – газообразные вещества, начиная с пентана (С5-С15) – жидкости, а углеводороды с числом углеродных атомов 16

ивыше – твердые вещества (при обычной температуре).

Сувеличением молярной массы температура алканов закономерно возрастает; при одинаковом количественном составе температура кипения алканов с разветвленной цепью ниже, чем соединений нормального строения. Последнее легко объясняется тем, что площадь соприкосновения поверхностей углеводородных цепей неразветвленных алканов больше, что увеличивает силу межмолекулярного взаимодействия.

Температура плавления при одном и том же количественном составе у разветвленных алканов выше, чем у неразветвленных, причем чем выше степень разветвления, тем выше температура плавления. Это объясняется тем, что на температуру плавления главным образом влияет плотность упаковки молекул в кристалле: чем симметричнее молекулы, тем плотнее они упакованы в кристалле, тем выше температура плавления веществ.

Сувеличением длины цепи на один атом углерода температура кипения повышается на 20–30 °С, за исключением метана, этана, пропана

(таблица 3.5.1.2).

Таблица 3.5.1.2 – Физические свойства алканов

348

Химически чистые алканы – бесцветные, практически нерастворимые в воде вещества. Нерастворимость в воде объясняется неполярным строением их молекул. Они легче воды и в ней практически не растворяются. Не растворяются также в других растворителях с высокой полярностью. Но жидкие алканы являются хорошими растворителями для твёрдых представителей.

Первые четыре члена гомологического ряда алканов, а также твердые алканы запаха не имеют, жидкие (C5 – C17) имеют характерный запах бензина.

Алканы – горючие вещества, метан горит бесцветным пламенем. С ростом молярной массы алкана массовая доля атомов углерода в алкане возрастает, поэтому характер пламени меняется: высшие алканы горят коптящим пламенем.

Химические свойства алканов. В алканах все атомы связаны между собой прочными σ-связями, поэтому алканы не вступают в реакции присоединения. При обычных условиях они проявляют высокую химическую устойчивость и не реагируют с концентрированными кислотами и сильными окислителями.

Процессы расщепления С-С или С-Н-связей с образованием свободных радикалов требуют большой энергии активации и потому при обычной температуре идут только в присутствии катализаторов. Несмотря на то что энергии этих связей равны соответственно 415–420 (для первичных углеродных атомов) и 350 кДж/моль, разрыв предпочтительнее идет по связи (С-Н). Это связано с тем, что связь (С-Н) более доступна для реагента.

Реакции замещения обозначаются буквой S (от лат. substutio – замещение), нуклеофильное замещение – SN, электрофильное – SE,

радикальное – SR. Реакции предельных углеводородов обычно идут по механизму SR.

По радикальному механизму протекают реакции галогенирования, нитрования, окисления, сульфохлорирования и др.

Поскольку алканы – соединения неполярные, то при разрыве связей образуются главным образом не ионы, а радикалы, т.е. этот процесс идет по

гомолитическому механизму.

Для алканов различают типы химических реакций:

А. Реакции замещения водорода (с разрывом связи С-Н); Б. Реакции расщепления (с разрывом связей С-С и С-Н);

349

В. Изомеризации; Г. Окисления.

А. Реакции замещения

1. Галогенирование алканов – реакция замещения одного или более атомов водорода в молекуле алкана на галоген. Продукты реакции называют галогеналканами или галогенопроизводными алканов. Реакция алканов с хлором и бромом идет на свету или при нагревании.

Хлорирование метана: CH4 + Cl-Cl CH3-Cl + HCl.

Хлорметан может в дальнейшем вступать в реакцию хлорирования с образование дихлорметана, а затем трихлорметан и четырёххлористого углерода:

Реакционная способность галогенов с алканами уменьшается в ряду:

F2 > Cl2 > Br2 (I2 не реагирует). С фтором реакция протекает настолько бурно, что даже в темноте и при комнатной температуре ее следует проводить осторожно: реагирующие вещества, разбавленные инертным газом, азотом или растворителем (полностью фторированным углеводородом), смешивают при пониженном давлении. И в этом случае реакция протекает весьма энергично с образованием полифторзамещенных алканов:

СН4 + 4F2 → CF4 + 4HF.

Иная картина наблюдается, когда в реакцию с галогеном вступают алканы более сложного строения. Наличие в составе различных атомов углерода может приводить к образованию различных изомеров.

Алкильные радикалы и факторы, определяющие их относительную стабильность. Основными факторами при рассмотрении устойчивости алкильных радикалов являются эффект сверхсопряжения, положительный индукционный эффект алкильных групп и пространственный эффект.

Молекула пропана имеет два типа атома водорода: соединённые с первичным атомом углерода (шесть атомов) и с вторичным атомом углерода (два атома). При низкой температуре хлорирование протекает избирательно:

2CH3-CH2-CH3 + 2Cl2 CH3-CHCl-CH3 + CH3-CH2-CH2-Cl + 2HCl

Больше всего образуется 2-хлорпана (57%). Это может происходить по двум причинам. Первая – лёгкость отщепления водорода у вторичного атома углерода. Лёгкость отщепления различных видов атома водорода следующая:

третичный > вторичный > первичный > CH4. Для различных атомов водорода в одном алкане этот факт определяет направление реакции.

350

Вторая причина – различная устойчивость алкильных радикалов, образующихся в реакции. Устойчивость алкильных радикалов уменьшается в ряду: третичный > вторичный > первичный > CH3·

Реакция хлорирования пропана при 25 протекает региоселективно. Региоселективная реакция – это реакция, в ходе которой химическим изменениям подвергается преимущественно одно из двух или нескольких положений молекулы субстрата.

Региоселективные реакции чрезвычайно распространены в органической химии. Реакции называются полностью (100%) региоселективными (региоспецифическими), если изменениям подвергается только одно положение. Реакции называют частично региоселективными, если изменение по одному положению преобладает над остальными положениями. Различать высокую и низкую региоселективность.

Региоспецифичность в значительной мере зависит также от температуры. В частности, при хлорировании пропана при 450°С образуется 25% 2-хлорпропана и 75% 1-хлорпропана.

Механизм реакции галогенирования (хлорирования) на примере метана. Этот механизм справедлив не только для всех алканов, но и других соединений, содержащих алкильные радикалы. Реакция протекает по цепному свободнорадикальному механизму (изучен Н.Н. Семеновым).

В цепном процессе выделяют три стадии: инициирование, рост цепи, обрыв цепи.

Стадия 1. Инициирование цепи реакции. Реакция хлорирования метана начинается с расщепления молекулы хлора на атомы, для этого требуется около 242 кДж/моль. Необходимая энергия берётся за счёт нагревания до температуры 250–400 °С или облучения ультрафиолетовым светом. При этом электроны, образующие связь, переходят со связывающей орбитали на разрыхляющую, и молекула распадается на атомы:

Cl:Cl Cl· + Cl·

Стадия 2. Рост цепи. Высокая энергия атома хлора реализуется в образовании новых химических связей при его столкновении с другими частицами или молекулами. В начале реакции наиболее вероятно столкновение атома хлора с молекулой метана. Это столкновение приводит к образованию нового радикала и хлороводорода.

Н3С:Н + ·Cl H3C· + HCl

Образующийся активный метильный радикал (H3C·) стремится образовать новую связь. Среди возможных вариантов столкновения с другими частицами следует выделить столкновение с молекулами хлора и метана. Встреча метильного радикала с молекулой метана безрезультатна, так как приводит к замене одного радикала на такой же другой. Поэтому

351

происходит взаимодействие метильного радикала с молекулой хлора:

·СН3 + Cl:Cl CH3-Cl + Cl·

Итак, использование в реакции одной реакционноспособной частицы (Cl·) сопровождается появление другой такой же частицы, которая атакует молекулу метана. Образовавшийся при этом метильный радикал в свою очередь атакует молекулу хлора. Эти стадии реакции протекают много раз. Такие реакции называются цепными.

Цепные реакции – это химические превращения, в которых появление промежуточной активной частицы вызывает цепь превращений малоактивных исходных веществ.

Стадия 3. Обрыв цепи. По мере полного расходования исходных веществ или при отсутствии дополнительного облучения либо нагревания реакционноспособные частицы исчезают. Это происходит в результате соединения двух активных частиц:

Сравнение региоселективности реакций хлорирования и бромирования. Реакция бромирования алканов аналогична хлорированию, однако в связи с низкой активностью атома брома протекает менее энергично. Малоактивные даже при высоких температурах, бром-радикалы проявляют значительную избирательность в разрыве С-Н-связей, расщепляя лишь те связи, на разрыв которых требуется меньше энергии. Больше всего образуется 2-бром-2-метилпропана (99%).

В отличие от описанного выше хлорирования алканов, бромирование является более селективной реакцией чем хлорирование (реакции хлорирования протекают неселективно с образованием смеси продуктов замещения). Так, атом брома настолько мало активен, что если в субстрате имеются только первичные атомы водорода, как, например, в неопентане, то реакция протекает очень медленно или вообще не идет. В то же время 2- метилпропан (изобутан) можно селективно бромировать до 2-бром-2- метилпропана с выходом 99%.

H3C-CH(CH3)-CH3 + Br2 CH3-CBr(CH3)-CH3 + CH3-CH(CH3)-CH2-Br

При сравнении региоселективности бромирования и хлорирования можно заметить, что селективность процесса увеличивается с уменьшением активности атакующей частицы.

2. Нитрование алканов (реакция Коновалова)

На алканы действует pазбавленная азотная кислота пpи нагpевании и давлении. В pезультате пpоисходит замещение атома водоpода на остаток

352

азотной кислоты – нитpогpуппу NO2. Эту pеакцию называют pеакцией

нитpования, а пpодукты pеакции – нитpосоединениями.

Схема реакции:

При нитровании алканов также соблюдается порядок реакционной способности С-Н-связей, характерный для реакций радикального замещения:

Если алканы нитруют концентрированной HNO3 при t = 500°C, то наблюдается разрыв связи (С-С) и образуются мононитропроизводные, имеющие разную длину цепи:

3.Сульфирование. При обычной температуре серная кислота с алканами не реагирует, но при слабом нагревании дымящаяся серная кислота сульфирует алканы:

4.Сульфирование и сульфокисление:

Катализатором данной реакции являются органические пероксиды или УФ

– излучение.

Б. Реакции расщепления

1. Дегидрирование. Реакция дегидрирования или отщепления водорода происходит в присутствии катализатора, например, Сг2О3 и при нагревании. Из предельных углеводородов за счёт разрыва связи (С-Н) можно получить непредельные углеводороды:

353

а) алкены

Наряду с бутеном-2 в этой реакции образуется также бутен-1.

б) алкины. При t = 1500°С происходит межмолекулярное дегидрирование метана по

схеме:

Эта реакция используется для промышленного получения ацетилена.

2. Крекинг – расщепление молекул органических соединений с разрывом связей (С-С) под действием высоких температур.

Различают два вида крекинга: термический и каталитический (более подробно смотри в лекции природные источники углеводородов). При крекинге алканов образуются алканы с меньшей длиной углеродной цепи и непредельные соединения (иногда водород), например,

Ещё одной реакцией, идущей с разрывом (С-С) связи является

пиролиз.

В. Изомеризация

Алканы нормального строения под влиянием катализаторов и при нагревании способны превращаться в разветвленные алканы без изменения состава молекул, т.е. вступать в реакции изомеpизации. В этих реакциях участвуют алканы, молекулы которых содержат не менее 4-х углеродных атомов.

Например, изомеризация н-пентана в изопентан (2-метилбутан) происходит при 100°С в присутствии катализатора хлорида алюминия:

354

Г. Окисления Окисление органического вещества – введение в его состав кислорода

и (или) отщепление водорода. Восстановление – обратный процесс (введение водорода и отщепление кислорода). Учитывая состав алканов (СnH2n+2), можно сделать вывод о их неспособности вступать в реакции восстановления, но возможности участвовать в реакциях окисления.

Алканы – соединения с низкими степенями окисления углерода (рисунок 3.5.1.2) и в зависимости от условий реакции они могут окисляться с образованием различных соединений.

Рисунок 3.5.1.2 – Степени окисления атомов углерода

1.При обычной температуре алканы не вступают в реакции даже с сильными окислителями (Н2Cr2O7, KMnO4 и т.п.).

2.При внесении в открытое пламя алканы горят. При этом в избытке

кислорода происходит их полное окисление: СН4 + 2О2 → СО2 + 2Н2О Горение углеводородов приводит к разрыву всех связей С–С и С–Н и

сопровождается выделением большого количества тепла. Горение метана при недостатке кислорода:

Последняя реакция используется в промышленности для получения сажи из природного газа, содержащего 80–97% метана.

3. При каталитическом окислении (в присутствии солей марганца) и одновременном нагревании происходит окисление алканов (особенно высших) с образованием многих кислородсодержащих веществ (спиртов, кетонов, карбоновых кислот и др.).

355

Последняя реакция используется в промышленности для получения уксусной кислоты (реакция протекает по радикальному механизму в присутствии катализатора).

Высшие алканы (n>25) под действием кислорода воздуха в жидкой фазе в присутствии солей марганца превращаются в смесь карбоновых кислот со средней длиной цепи С12–С18, которые используются для получения моющих средств и поверхностно-активных веществ.

4. Важное значение имеет реакция взаимодействия метана с водяным паром (конверсия метана), в результате которой образуется смесь оксида углерода (II) с водородом – "синтез-газ":

Основным способом переработки метана является его конверсия - окисление водяным паром, кислородом или оксидом углерода (IV) в присутствии катализатора и при высокой температуре:

Синтез-газ служит сырьем для получения различных углеводородов.

5. При температурах выше 1000°С происходит разрыв всех химических связей и продуктами термического расщепления алканов является углерод и водород:

Пути использования алканов. Предельные углеводороды находят широкое применение в самых разнообразных сферах жизни и деятельности человека.

-Газообразные алканы (метан и пpопан-бутановая смесь) используются

вкачестве ценного топлива.

-Метан (бесцветный газ, без запаха. Для обнаружения его утечки в газопроводах используют некоторые сильно пахнущие вещества (одоранты), например, низшие тиоспирты) является ценным сырьем для химической промышленности. Из него получают ацетилен, галогенопроизводные, метанол, формальдегид и другие вещества. Метан служит для производства синтезгаза, газовой сажи.

356

-Этан, пропан, бутан и пентан применяют для получения соответственно этилена, пропилена, дивинила и изопрена. Пропан в смеси с бутаном используют в качестве топлива (бытовой сжиженный газ, транспортируемый в баллонах).

Изооктан (2,2,4-триметилпентан) – ценная составная часть высококачественного горючего (бензина) для двигателей внутреннего сгорания:

Моторное топливо должно обладать максимальной устойчивостью к детонации. В двигателях внутреннего сгорания детонация вызывается преждевременным воспламенением горючей смеси. Наименее детонируют разветвленные углеводороды, например, такие, как изооктан. Его стойкость к детонации принята за 100 (н-гептан, наоборот, за 0). Поэтому качество бензинов характеризуют "октановым числом" (например, 76; 93 и др.). Для повышения детонационной стойкости бензина к нему добавляют антидетонаторы (тетраэтилсвинец и др.).

-Средние члены гомологического ряда метана (C7–С17) используют как растворители и моторное топливо.

-Высшие алканы (C18–С44) применяют для производства высших кислот

испиртов, синтетических жиров, смазочных масел, пластификаторов и непредельных соединений

-Вазелиновое масло (смесь жидких углеводоpодов с числом атомов углерода до 15) – пpозpачная жидкость без запаха и вкуса, используется в медицине, паpфюмеpии и косметике.

-Вазелин (смесь жидких и твеpдых пpедельных углеводоpодов с числом углеpодных атомов до 25) пpименяется для пpиготовления мазей, используемых в медицине.

-Паpафин (смесь твеpдых алканов С19–С35) – белая твеpдая масса без запаха и вкуса (tпл= 50–70°C) – пpименяется для изготовления свечей, пpопитки спичек и упаковочной бумаги, для тепловых пpоцедуp в медицине

ит.д.

-Нормальные предельные углеводороды средней молекулярной массы используются как питательный субстрат в микробиологическом синтезе белка из нефти.

-Большое значение имеют галогенопроизводные алканов, которые используются как растворители, хладоагенты и сырье для дальнейших синтезов.

-В современной нефтехимической промышленности предельные

358

(циклопропан, циклобутан, циклопентан, циклогексан и т.д.). При наличии в цикле заместителей нумерацию атомов углерода в кольце проводят так, чтобы ответвления получили возможно меньшие номера.

Так, соединение:

следует назвать 1,2-диметилциклобутан.

Изомерия

Для циклоалканов характерны как структурная, так и пространственная

изомерия.

Структурная изомеpия

1. Изомерия углеродного скелета: а) кольца

б) боковых цепей

2.Изомерия положения заместителей в кольце:

3. Изомерия числа углеродных атомов в заместителе (метамерия):

1-метил-2- 1,2-

пропилциклогексан диэтилциклогексан

4. Межклассовая изомерия с алкенами:

359

Пространственная изомерия

1. Цис-транс-изомерия, обусловленная различным взаимным расположением в пространстве заместителей относительно плоскости цикла (рисунок 3.5.2.2). В цис-изомерах заместители находятся по одну сторону от плоскости кольца, в транс-изомерах – по разные:

Рисунок 3.5.2.2 – Цис-транс-изомерия

2. Оптическая изомерия

Оптическая (зеркальная) изомерия некоторых ди- (и более) замещенных циклов (рисунок 3.5.2.3). Например, транс-1,2-диметилциклопропан может существовать в виде двух оптических изомеров, относящихся друг к другу как предмет и его зеркальное изображение.

Рисунок 3.5.2.3 – Оптическая изомерия 1,2-диметилциклопропана

Связь размера цикла с устойчивостью. Пространственное строение циклоалканов. Конформации циклогексана и его производных, экваториальные и аксиальные связи, пространственная изомерия производных циклогексана

КОНФОРМАЦИОННАЯ ИЗОМЕРИЯ

Атомы углерода в циклоалканах, как и в алканах, находятся в sp3– гибридизованном состоянии и, следовательно, валентные углы должны быть 109,28°, что создает в молекулах напряжение и обеспечивает их высокую реакционную способность.

Циклопропан. Молекула циклопропана представляет собой равносторонний треугольник с валентными С-С-С углами равными 600.

362

энергетически невыгодная форма у циклогексана) и ванна (переходная форма между твист-формами):

В природе распространены в основном пяти и шестичленные циклы. Шестичленный цикл лишен напряжений и являются наиболее

устойчивым. В малых циклах (циклопропан и циклобутан) присутствуют угловое (Байеровское) и торсионное напряжения, в средних циклах (циклооктан) присутствует напряжение Прелога (трансаннулярное напряжение), что делает их менее предпочтительными с энергетической точки зрения (рисунок 3.5.2.6).

Рисунок 3.5.2.6 – Трансаннулярное напряжение в циклооктане

Физические свойства циклоалканов закономерно изменяются с ростом их молекулярной массы. Пpи ноpмальных условиях циклопpопан и циклобутан – газы, циклоалканы С5–С16 – жидкости, начиная с С17, – твердые вещества. Температуры кипения циклоалканов выше, чем у соответвующих алканов. Это связано с более плотной упаковкой и более сильными межмолекулярными взаимодействиями циклических структур.

Химические свойства

Химические свойства циклоалканов сильно зависят от размера цикла, определяющего его устойчивость. Трех- и четырехчленные циклы (малые циклы), являясь насыщенными, тем не менее, резко отличаются от всех остальных предельных углеводородов.

Малые циклы (С3–С4) довольно легко вступают в реакции гидрирования:

363

Циклопропан и его производные присоединяют галогены и галогеноводороды:

В других циклах (начиная с С5) угловое напряжение снимается благодаря неплоскому строению молекул. Поэтому для циклоалканов (С5 и

выше) вследствие их устойчивости характерны реакции, в которых сохраняется циклическая структура, т.е. реакции замещения.

Эти соединения, подобно алканам, вступают также в реакции дегидрирования, окисления в присутствии катализатора и др.:

364

3.5.3 Алкены

Номенклатура. Структурная и пространственная изомерия. Электронное строение, sp2-гибридизация

Алкены – непредельные углеводороды (ненасыщенные, алкены, олефины) ряда этилена, имеют общую формулу СnН2n, где n≥ 2. Они содержат одну двойную углерод-углеродную связь.

Двойная связь является сочетанием σ- и π-связей (хотя она изображается двумя одинаковыми черточками, всегда следует учитывать их неравноценность). σ-связь возникает при осевом перекрывании sp2- гибридных орбиталей, а π-связь – при боковом перекрывании р-орбиталей соседних sp2-гибридизованных атомов углерода. Образование связей в молекуле этилена можно изобразить следующей схемой:

π-Связи, образуемые sp2-гибридными орбиталями, находятся в одной плоскости под углом 120°. Поэтому молекула этилена имеет плоское строение:

366

Названия непредельных углеводородных радикалов по международной номенклатуре образуются путём добавления к корню соответствующего алкана суффикса –енил, например, этан – этенил (СН2 = СН –), пропан – пропенил-2 (СН2 = СН – СН2 –).

Но гораздо чаще для вышеприведённых радикалов употребляются названия -винил- и -аллил- соответственно.

Изомерия Структурная изомерия

1.Изомерия углеродного скелета (начиная с С4Н8):

2.Изомерия положения двойной связи (начиная с С4Н8):

3.Межклассовая изомерия с циклоалканами, начиная с С3Н6:

Пространственная изомерия

Геометрическая изомерия (π-дистереомерия). Вращение атомов вокруг двойной связи невозможно без ее разрыва. Это обусловлено особенностями строения π -связи (p-электронное облако сосредоточено над и под плоскостью молекулы). Вследствие жесткой закрепленности атомов поворотная изомерия относительно двойной связи не проявляется. Но становится возможной цис-транс- изомерия.

Алкены, имеющие у каждого из двух атомов углерода при двойной связи различные заместители, могут существовать в виде двух пространственных изомеров, отличающихся расположением заместителей относительно плоскости π-связи.

367

Цис-транс- изомерия не проявляется, если хотя бы один из атомов С при двойной связи имеет 2 одинаковых заместителя.

Например, бутен-1 СН2=СН–СН2–СН3 не имеет цис- и транс- изомеров, т.к. 1-й атом С связан с двумя одинаковыми атомами Н.

Как все диастереомеры, геометрические изомеры имеют различные физические и химические свойства. К разным физическим свойствам относятся температура плавления и температура кипения, дизамещенные циклоалканы к тому же отличаются по оптической активности: цис- изомеры с одинаковыми алкильными заместителями неактивны, тогда как транс- изомеры оптически активны и существуют в виде энантиомеров.

Химические свойства тоже различны, например, в алкенах при нормальных условиях π-связь достаточно прочна, но при нагревании (облучении) цис-изомеры, как менее устойчивые вследствие стерического отталкивания алкильных заместителей, изомеризуются в более устойчивые транс-изомеры:

Цис- и транс- терминология становится неудобной, если появляется три или четыре заместителя при двойной связи. Тогда пользуются более универсальной Z, E-номенклатурой, в основу которой положен тот же

принцип старшинства заместителей. Старшим заместителем является тот,

который имеет наибольший атомный номер. Если заместители – алкильные группы, тогда старшим является заместитель с большим числом атомов углерода.

Если старшая группа (или атом) при одном атоме углерода двойной связи находится по одну сторону от плоскости двойной связи со старшей группой (или атомом) другого атома углерода двойной связи, то этот изомер называется Z-изомером (от немецкого zusammen - «вместе»). Если старшие группы оказываются по разные стороны от плоскости двойной связи, то изомер называется Е-изомером (от немецкого entgegen - «напротив»). Примеры:

368

Эти примеры показывают, что обозначение Z, E и цис, транс- далеко не всегда синонимы.

Физические свойства алкенов

Первых четыре представителя гомологического ряда алкенов при нормальных условиях — газы, далее следуют жидкости (С5—С17), затем — твердые вещества.

Алкены с нормальной цепью кипят при более высокой температуре, чем их изомеры с разветвленной цепью. Перемещение двойной связи в центр молекулы вызывает повышение температуры кипения. Цис-изомеры кипят обычно при более высокой температуре, чем транс-изомеры, при этом транс-изомеры имеют более высокую температуру плавления, чем цис- изомеры.

Растворимость в воде алкенов мала, но несколько выше, чем алканов. Алкены хорошо растворимы в неполярных и малополярных растворителях (хлороформе, четыреххлористом углероде, бензоле, диэтиловом эфире и т.д.)

Плотности большинства алкенов находится в интервале 0,6-0,7 г/см3, но при этом плотность алкенов выше плотности алканов.

Этилен бесцветный газ со слабым сладковатым запахом, мало растворим в воде, растворим в спирте и диэтиловом эфире. Этилен является регулятором роста растений. При содержании этилена в воздухе ~0,1 % быстрее дозревают овощи и фрукты: помидоры, лимоны, виноград. Для дозревания плодов их помещают в герметично закрытые камеры, заполненные этиленом.

Общие представления о реакционной способности алкенов

Химические свойства алкенов существенно отличаются от свойств алканов. Алкены обладают большей реакционной способностью, чем алканы.

Характеристики углерод-углеродных связей:

Если для алканов типичны реакции радикального замещения (SR), то алкены склонны к реакциям присоединения, окисления и полимеризации, происходящим за счет разрыва π-связи. Реакции присоединения чаще всего являются реакциями электрофильного присоединения (AE).

Каталитическое гидрирование, проявление относительной стабильности структурных и пространственных изомеров алкенов

Присоединение водорода называется реакцией гидрирования, при этом ненасыщенные углеводороды превращаются в насыщенные. Так, газообразный водород в присутствии катализаторов (Pt, Pd, Ni) присоединяется по месту двойной связи. В отсутствие катализатора реакция не идет. Не удается присоединить к изолированной кратной связи и водород «в момент выделения», образующийся при взаимодействии цинка или олова с кислотами или натрия со спиртом. Присоединение водорода на катализаторе является цис-присоединением. Водород может приблизиться к молекуле алкена только с одной стороны - со стороны металла, на котором адсорбированы молекулы алкена:

Механизмы реакции присоединения

1.За счет электронов π-связи в молекулах алкенов имеется область повышенной электронной плотности (облако π-электронов над и под плоскостью молекулы). Поэтому двойная связь склонна подвергаться атаке электрофильным (электронодефицитным) реагентом. В этом случае будет происходить гетеролический разрыв связей, и реакция пойдет по ионному механизму как электрофильное присоединение.

Механизм электрофильного присоединения обозначается символом АЕ (по первым буквам английских терминов: A – addition [присоединение], Е

-electrophile [электрофил]).

2.С другой стороны, углерод-углеродная σ-связь, являясь неполярной, может разрываться гомолитически, и тогда реакция будет идти по радикальному механизму. Механизм радикального присоединения обозначается символом АR (R – radical - радикал).

370

Механизм присоединения зависит от условий проведения реакции. Кроме того, алкенам свойственны реакции изомеризации и окисления (в том числе реакция горения, характерная для всех углеводородов).

К реакциям электрофильного присоединения АЕ относятся:

1. Реакция гидрирования (присоединение водорода). При действии водорода на алкены при нагревании и в присутствии катализаторов (Pt, Pd) π- связь разрывается и по месту её разрыва присоединяются атомы водорода. Продуктами реакции в данном случае являются предельные углеводороды:

Присоединение водорода к атомам углерода в алкенах приводит к понижению степени их окисления:

Поэтому гидрирование алкенов относят к реакциям восстановления. Эта реакция используется в промышленности для получения высокооктанового топлива.

2. Реакция галогенирования (присоединение галогенов). Реакция протекает легко с хлором (Сl2), несколько труднее с бромом (Вг2), наиболее трудно - с йодом (I2). Фтор слишком активен и вызывает деструкцию алкена. В результате реакции образуются дигалогенпроизводные предельных углеводородов с атомами галогена при соседних углеродных атомах:

Реакция с раствором Вr2 («бромная вода») является качественной на наличие кратной связи (в данном случае - двойной). Бурая окраска раствора при пропускании через него непредельного углеводорода при этом исчезает, (раствор обесцвечивается):

371

Для проведения качественной реакции также можно применять окрашенные в коричневый цвет растворы йода. Присоединение йода к алкенам в большинстве случаев представляет собой обратимую реакцию, равновесие которой смещено в сторону исходных реагентов. Быстрое обесцвечивание раствора брома в CCl4 служит одним из простейших тестов на ненасыщенность, поскольку и алкены, и алкины, и диены быстро реагируют с бромом.

Механизм реакции электрофильного присоединения На первой стадии происходит поляризация молекулы галогена под

действием электронов π -связи алкена. Атом галогена, приобретающий некоторый дробный положительный заряд, образует с электронами π - связи нестабильный интермедиат, называемый π -комплексом или комплексом с переносом заряда. Следует отметить, что в π -комплексе галоген не образует направленной связи с каким-нибудь конкретным атомом углерода; в этом комплексе просто реализуется донорно-акцепторное взаимодействие электронной пары π-связи как донора и галогена как акцептора.

На второй стадии π-комплекс превращается в циклический бромониевый ион. В процессе образования этого циклического катиона происходит гетеролитический разрыв связи Br-Вr и пустая р-орбиталь sp2гибридизованного атома углерода перекрывается с р-орбиталью "неподеленной пары" электронов атома галогена, образуя циклический ион бромония:

На третьей стадии анион брома как нуклеофильный агент атакует один из атомов углерода бромониевого иона. Нуклеофильная атака бромидиона приводит к раскрытию трехчленного цикла:

372

Присоединение бромид-аниона на второй стадии происходит в антиположение, т.е. с противоположной стороны по отношению к уже присоединившемуся катиону Вr. Поэтому реакция стереоспецифична:

•из цис-бутена-2 образуются энантиомеры,

•из транс-бутена-2:

моногалогенпроизводные предельных углеводородов. При этом наиболее легко присоединяется HI, труднее – НВг, наиболее трудно – НСl.

При взаимодействии галогеноводорода с этиленом безразлично, к какому атому углерода по месту разрыва двойной связи будет присоединяться атом галогена, а к какому - атом водорода, так как оба атома углерода равноценны (каждый из них соединён с двумя атомами водорода). Например:

Реакция идет по механизму электрофильного присоединения АЕ с гетеролитическим разрывом связей. Электрофилом является протон Н+ в составе молекулы галогеноводорода HX (X - галоген).