Химия учеб посрбие

которых имеются одинарные, двойные или тройные связи между атомами углерода.

2.Карбоциклические органические соединения, содержащие замкнутые в кольцо цепи атомов углерода. Эти соединения подразделяются на соединения ароматического ряда, характеризующиеся наличием в молекулах бензольного ароматического ядра,

èациклические соединения (насыщенные и ненасыщенные).

3.Гетероциклические.

Насыщенные. Общая формула СnH2n+2. Например, метан, у которого на σ -связь приходится один электрон, а остальные электроны затрачиваются на образование σ -связи с атомами водорода.

2-метилбутан 2,2-диметилпропан

Это бесцветные вещества, нерастворимые в воде. Углеводороды, содержащие от 1 до 4 атомов углерода, — это газы, от 5 до 15 — жидкости, от 16 и далее — твердые вещества.

Изомеры с нормальной цепью кипят при более высокой температуре, чем изомеры с разветвленной цепью. Химические реакции насыщенных углеводородов осуществляются путем расщепления σ -связи С—Н и разрыва углеродных атомов. Это нуклеофильные реакции замещения при насыщении атома углерода или радикальные реакции замещения. Промышленное значение имеют С20 — Ñ25, для них характерна реакция окисления для получения жирных кислот с различной длиной цепи, которые используются для производства мыл, поверхностно-активных веществ, смазочных материалов, синтетических смол или олиф, лаков и эмалей.

Метан является главной составной частью природного газа (60—99 %), он используется как топливо и восстановитель.

Ацетилен также является одним из важнейших углеводородов, которые используются для промышленных целей.

В качестве газообразного топлива применяется пропан и бутан.

— 121 —

Этиленовые. Это алкены или олефины. Общая формула СnH2n. В их цепи содержится двойная связь. Их изомерия зависит от последовательности порядка соединения атомов С и от положения двойной связи в цепи:

Для них характерны реакции присоединения и полимеризации.

В этиленовых соединениях вследствие перекрывания ð-элект- ронных облаков π -связи в плоскости, перпендикулярной осям облаков, создается жесткая конфигурация молекул. В силу этого у атомов углерода, связанных двойной связью, свободного вращения нет. Двойные связи обуславливают наличие у молекул нового вида изомерии — геометрической цис- и транс-изомерии:

Натуральный каучук эластичен при нормальной температуре, а гуттаперча — твердое вещество.

Геометрические изомеры различаются и по дипольным моментам.

Алкены — это бесцветные вещества. Три первых представителя алкенов — газы, начиная с С5 и более — жидкости, высшие твердые вещества.

Алкены способны реагировать по радикальному и ионному

— 122 —

Качественная реакция на двойную связь: СН2=ÑÍ2 + Br2=CH2—CH2

R—CH = CH2 + HX → R—CHX—CH3

Такой механизм обусловлен смещением электронов π -ñâÿ-

зи под влиянием электродонорной группы: +σ –σ

R→ CH = CH2 + HÑl

Эти реакции используются в производстве пластических масс, химических волокон, синтетических каучуков, моющих средств.

Алкены легко подвергаются окислению перманганатом калия в воде и щелочных растворах.

Реакция Вернера:

3CH2= CH2 + 2KMnO4 + 4H2O = 3CH2—CH2 + 2MnO2 + 2KOH

Окись этилена является сырьем для химических волокон, эмульгаторов для минеральных масел, пластификаторов, растворителей для лаков. Следует отметить высокую реакционную спо-

— 123 —

Реакция Кучерова используется в органической химии для получения уксусного альдегида, этилового спирта, уксусной кислоты, этилацетата.

4)

ÑÍ3—Ñ≡ ÑÍ + Í2Î → ÑÍ3—Ñ—ÑÍ3

HgSO4 || O

реакция винилирования кетон-ацетон

5) Реакция Фаворского-Шостаковского:

ÊÎÍ, Ò = 150—160°

К полимеризации способны эфиры, специальные клеи, полимеры, пленкообразующие вещества и медицинские препа-

CuCl2

ÑÍ≡ ÑÍ + ÑÍ2=ÑÍ2 → ÑÍ2=ÑÍ—Ñ≡ ÑÍ + Í2

NH4Cl винилацетилен

Взаимодействие π -электронов двойной и тройной связи в молекулах обуславливает высокую реакционную способность мономера.

7) ÑÍ2=ÑÍ—Ñ≡ ÑÍ + HCl → CH2=CH—C=CH2 — äëÿ ñèí-

— 125 —

Бензол и ароматические соединения

В 1865 г. А. Кекуле была предложена структурная формула для бензола (С6Í6) — плоский шестиугольник, têèï = 80,1°, têð = 5,5 °С. Ядро бензола весьма устойчиво, поэтому ненасыщенные соединения трудно окисляются. Вступают в реакции замещения, не полимеризуются, только в особых условиях вступают в реакцию присоединения.

Двойная связь имеет длину 1,32 А°, ординарная 1,54 А°, но в бензоле все углерод-углеродные связи равноценны, а длина каждой из них равна 1,40 А°. Все атомы углерода связаны s-связями, находящимися в одной плоскости, шесть σ -электронов распределены симметрично, причем каждый из них находится под прямым углом к плоскости бензольного ядра с sp2-гибридизацией орбиталей:

Н

|

C

H C C H

C C

H H

C

|

H

Общая формула ароматических соединений — СnH2n—6

Гомологами бензола являются толуол, этилбензол, ксилолы. С6Í5 — радикал фенил, у толуола радикал толуил СН3—Ñ6Í4. Вступление новых заместителей в бензольное ядро направ-

ляется уже находящимися в нем заместителями.

К заместителям первого рода относятся нуклеофилы: OH–, OR, NH−2, NR2, CH• 3, F–, Cl–, Br–, J–. Они направ-

ляют заместители в орто- и пара-положения.

— 126 —

К заместителям второго рода относятся электрофилы — электроноакцепторы:

Они направляют заместители в м-положение.

и еще возможно

ОН

|

— 127 —

Галогенопроизводные углеводороды

К галогенопроизводным углеводородам относятся органи- ческие соединения, у которых атом Н замещен на F, Cl, Br, J.

Галогенопроизводные углеводороды — это бесцветные вещества, нерастворимые в Н2О, легко растворимые в органических растворителях, обладающие пониженной горючестью (а некоторые — негорючестью).

Хлорэтан С2Í5Cl используется в производстве этилсвинца Pb(C2H5), является антидетонатором моторного топлива.

Полигалогенопроизводные — фреоны (СF2Cl2) — используются в холодильной промышленности, têèï= –30 °Ñ.

— 128 —

Спирты и фенолы

Гидролиз галогенопроизводных насыщенных углеводородов:

ÎÍ– — более сильный нуклеофильный агент, чем Н2О. Спирты являются продуктами замещения Н+ на гидроксил

âсоответствующих углеводородах.

1.Метиловый спирт СН3ОН получают каталитической гидрогенизацией окиси углерода в присутствии катализатора (Cr2O3 + ZnO):

CO +2H2 → CH3OH

2. Этиловый спирт получают следующим образом:

Í2Ñ=ÑÍ2 + Í2Î → ÑÍ3– ÑÍ2ÎÍ

этилен Н3ÐÎ4

или брожением сахаристых веществ:

Î2 Ñ6Í12Î6 = 2Ñ2Í5ÎÍ + 2ÑÎ2

или гидролизом древесины в особых условиях.

Изомерия спиртов определяется положением ОН– на первичном, вторичном или третичном углеродном атоме:

— 129 —

Введение ОН сильно влияет на физические и химические свойства, например, повышается температура кипения, и т. д. Высшие спирты являются твердыми веществами.

Для спиртов характерна ассоциация за счет водородных свя-

çåé:

В этом причина их слабой летучести. Водородные связи сохраняются и при кристаллизации спиртов.

2Ñ2Í5ÎÍ + 2Na = 2C2H5ONa + H2 — для спиртов характерна реакция этерификации.

- +

Ñ2Í5ОNa + HOH → C2H5OH + Na+ + OH– O O

ÑÍ2ÎÍ–ÑÍ=ÑÍ2 — аллиловый спирт, используется в производстве пластмасс.

Спирты делятся на алкоголи — одноатомные; гликоли — двухатомные; глицерины — трехатомные и многоатомные спирты (высококипящие жидкости, смешивающиеся с Н2Î).

ÑÍ2—ОН — пропантриол, используется для получения

ÑÍ2—ОН — этандиол (гликоль), используется | для получения лавсана

ÑH2—OH

Гликоли используются в качестве антифризов. Растворы гликолей замерзают при очень низкой температуре.

— 130 —