- •И.С. Колпащикова, е.Р. Кофанов, е.М. Алов углеводороды. Галогенпроизводные углеводородов
- •1. Алканы
- •1.1. Гомологический ряд, изомеры
- •Гомологический ряд алканов. Число структурных изомеров
- •1.2. Строение метана
- •1.3. Строение этана
- •1.4. Вращение вокруг простой углерод-углеродной связи. Конформации
- •1.5. Физические свойства
- •1.6. Химические свойства
- •1.6.1. Хлорирование и бромирование метана. Механизм реакции
- •1.6.2. Строение метильного радикала
- •1.6.3. Расчет изменения энергии в ходе реакции
- •1.6.4. Энергетическая диаграмма реакции. Связь энергии
- •Хлорирования метана
- •Бромирования метана
- •1.6.5. Причина различной реакционной способности галогенов
- •Зависимость реакционной способности галогенов от энергии связи h–Hal
- •1.6.6. Галогенирование высших алканов. Механизм
- •1.6.7. Медленная стадия. Энергетическая диаграмма
- •1.6.8. Причина различной устойчивости радикалов
- •1.6.9. Зависимость скорости образования радикалов
- •1.6.10. Расчет реакционной способности различных связей
- •1.6.11. Селективность в реакциях хлорирования
- •Малореакционного Br• с пропаном
- •1.6.12. Нитрование
- •1.6.13. Сульфоокисление и сульфохлорирование
- •1.6.14. Окисление
- •1.6.15. Термическое разложение алканов, крекинг
- •1.6.16. Ионные реакции алканов
- •1.7. Методы синтеза алканов
- •1.7.1. Гидрирование алкенов и алкинов
- •1.7.2. Реакция Вюрца
- •1.7.3. Гидрирование галогеналканов
- •2.2. Плоскополяризованный свет. Оптическая активность
- •2.3. Строение молекул и оптическая активность
- •2.4. Обозначение конфигураций
- •2.5. Соединения с несколькими хиральными центрами.
- •2.6. Методы разделения энантиомеров
- •3. Циклоалканы
- •3.1 Номенклатура. Изомерия
- •3.2. Физические свойства
- •3.3. Строение
- •Теплоты сгорания и энергии напряжения циклоалканов
- •3.4. Химические свойства
- •3.5. Способы получения
- •4.2. Строение этена
- •4.3. Физические свойства
- •Физические свойства алкенов
- •4.4. Химические свойства
- •4.4.1. Гидрирование. Теплота гидрирования
- •4.4.2. Теплота гидрирования и устойчивость алкенов
- •4.4.3. Присоединение галогенов
- •4.4.3.1. Механизм реакции
- •4.4.3.2. Реакционная способность галогенов в реакции АdЕ
- •4.4.4. Присоединение галогеноводородов
- •4.4.4.1. Механизм реакции
- •4.4.4.2. Направление электрофильного присоединения
- •К пропену
- •4.4.4.3. Реакционная способность и селективность
- •4.4.4.4. Перегруппировка
- •Механизм реакции
- •4.4.5. Присоединение бромистого водорода в присутствии
- •1. Инициирование:
- •2. Рост цепи:
- •3. Обрыв цепи:
- •4.4.6. Присоединение серной кислоты
- •4.4.7. Гидратация алкенов. Присоединение спиртов
- •4.4.8. Гидроборирование алкенов
- •4.4.9. Алкилирование алкенов
- •4.4.10. Полимеризация алкенов
- •4.4.11. Окисление
- •4.4.12. Реакция аллильного замещения. Галогенирование
- •4.5. Способы получения алкенов
- •Характеристики химических связей в молекуле алкинов
- •Характеристики связей с-н в алканах, алкенах и алкинах
- •5.2. Физические свойства
- •5.3. Химические свойства
- •5.3.1. Реакции присоединеня
- •5.3.1.1. Каталитическое гидрирование и восстановление
- •5.3.1.2. Реакции электрофильного присоединения Галогенирование
- •Гидрогалогенирование
- •Гидратация
- •5.3.1.3. Нуклеофильное присоединение
- •5.3.2. Кислотность алкинов
- •Константы кислотности некоторых соединений
- •5.3.3. Взаимодействие алкинов с карбонильными соединениями
- •5.3.4. Окисление алкинов
- •5.3.5. Радикальное присоединение бромоводорода
- •5.4. Способы получения
- •6. Диены
- •6.1. Устойчивость сопряженных диенов
- •Теплоты гидрирования алкенов и диенов
- •Гибридизация атомов углерода и длины простых углерод-углеродных связей
- •6.2. Химические свойства
- •6.2.1. Электрофильное присоединение
- •6.2.3. Диеновый синтез. Реакция Дильса-Альдера
- •6.2.4. Полимеризация
- •6.3. Способы получения
- •7. Арены
- •7.1. Сравнение свойств бензола со свойствами алкенов
- •Сравнение химических свойств циклогексена и бензола
- •7.2. Теплота гидрирования. Энергия резонанса
- •7.3. Строение бензола
- •7.4. Ароматичность
- •7.5. Физические свойства
- •Физические свойства аренов
- •7.6. Химические свойства
- •7.6.1. Электрофильное замещение
- •7.6.1.1. Нитрование
- •Превращения -комплекса
- •1.6.1.2. Галогенирование
- •7.6.1.3. Сульфирование
- •7.6.1.3. Алкилирование по Фриделю-Крафтсу
- •7.6.1.4. Ацилирование
- •7.6.1.5. Хлорметилирование
- •7.6.1.6. Формилирование
- •7.6.2. Свободнорадикальное замещение в боковой цепи аренов
- •7.6.3. Реакции окисления
- •7.7. Методы синтеза
- •8. Электрофильное замещение в производных
- •8.1. Влияние заместителей на реакционную способность
- •8.2. Механизм ориентации - влияние заместителей на выбор
- •Классификация заместителей. Электронные эффекты
- •9. Многоядерные ароматические соединения
- •9.1. Нафталин
- •9.1.1. Строение нафталина
- •9.1.2. Химические свойства
- •9.1.2.1. Реакции электрофильного замещения
- •9.1.2.2. Ориентация в реакциях электрофильного замещения
- •9.1.2.3. Восстановление и окисление нафталина
- •9.2. Антрацен и фенантрен
- •10. Гетероциклические соединения
- •10.1. Пятичленные гетероциклы
- •10.1.1. Строение
- •10.1.2. Химические свойства
- •10.1.3. Способы получения
- •10.2. Пиридин
- •10.2.1. Строение пиридина
- •10.2.2. Химические свойства
- •10.3. Хинолин
- •11. Галогеналканы
- •11.1. Нуклеофильное замещение
- •Реакции нуклеофильного замещения
- •11.1.1. Бимолекулярное нуклеофильное замещение
- •Бимолекулярного нуклеофильного замещения, sn2 - процесс согласованный одностадийный:
- •11.1.2. Мономолекулярное нуклеофильное замещение
- •Мономолекулярного нуклеофильного замещения. Sn1-двухстадийный процесс
- •Мономолекулярного нуклеофильного замещения
- •11.1.3. Сравнение реакций sn 1 и sn 2
- •Влияние условий реакции на относительное значение двух механизмов
- •11.1.4. Амбидентные ионы
- •11.2. Реакции отщепления (элиминирование)
- •11.2.1. Бимолекулярное отщепление е2
- •Состав продуктов е2-реакции 2-замещенных пентанов (под действием c2h5oөk)
- •Состав продуктов реакции трет-пентилбромида с алкоголятами калия roөk (70-75о с)
- •5.2.2. Мономолекулярное отщепление е1
- •11.2.3. Сравнение реакций нуклеофильного замещения и элиминирования
- •11.3. Методы синтеза галогеналканов
- •12.2. Нуклеофильное замещение, протекающее через стадию образования дегидробензола. Отщепление – присоединение
- •12.3. Бимолекулярное нуклеофильное замещение путем
- •12.4. Ориентация при нуклеофильном замещении
- •13. Магнийорганические соединения
- •13.1. Получение и строение магнийорганических соединений
- •13.2. Синтез спиртов и кислот
- •Оглавление
- •Углеводороды.
8.1. Влияние заместителей на реакционную способность
бензольного кольца
Активирующими называются такие группы, под влиянием которых повышается реакционная способность кольца по сравнению с бензолом.
Дезактивирующими являются такие группы, которые уменьшают реакционную способность кольца по сравнению с бензолом.
Как сравнить реакционную способность двух соединений? Во-первых, можно сравнить время протекания реакций в одинаковых условиях. Для точных количественных сравнений в идентичных условиях проводят конкурентные реакции двух сравниваемых соединений с недостаточным количеством реагента. Например, если эквимолярное количество бензола и толуола обработать небольшим количеством азотной кислоты, то образуется в 25 раз больше нитротолуолов, чем нитробензола. Следовательно, реакционная способность толуола в 25 раз выше, чем реакционная способность бензола.
Во-вторых, для сравнения реакционной способности соединений можно оценивать условия протекания реакций за один и тот же период времени. Например, для нитрования бензола необходима смесь 50-% азотной и концентрированной серной кислот и температура 60 оС; для такой же степени нитрования нитробензола необходимы более жесткие условия: температура 90 оС и смесь 100-% азотной и концентрированной серной кислот. Это означает, что реакционная способность нитробензола ниже, чем бензола.
Рассмотрим причину различного влияния заместителей на реакционную способность кольца.
В медленной стадии электрофильного замещения образуется карбокатион - -комплекс. Те факторы, которые стабилизируют карбокатион, должны стабилизировать и активированный комплекс АК1, ведущий к его образованию. Стабилизация активированного комплекса означает уменьшение энергии активации медленной стадии, а следовательно, увеличение скорости замещения. И наоборот, те факторы, которые дестабилизируют -комплекс, должны дестабилизировать и активированный комплекс, а значит, и уменьшать скорость реакции.
Какие группы стабилизируют карбокатион (-комплекс)? Очевидно, это те группы, которые проявляют электронодонорные эффекты. Подавая электроны в кольцо, они частично погашают положительный заряд на атомах углерода кольца, сами при этом получают некоторый положительный заряд. Такое рассредоточение заряда стабилизирует -комплекс:
С другой стороны, группы, которые проявляют электроноакцепторные свойства, увеличивают положительный заряд и дестабилизируют карбокатион (-комплекс).
Электронодонорные группы, сильно активирующие кольцо:
Для этих групп характерно наличие неподеленной электронной пары у атомов кислорода или азота. Эти неподеленные электроны могут переходить в состояние, близкое к 2р-состоянию, и вступать в р--сопряжение с электронами ароматического ядра. В результате ароматическое кольцо частично принимает эти электроны (+М-эффект).
Электронодонорные группы, умеренно активирующие кольцо:
ациламидные – NHCOR, ацилоксидные – OCOR и алкоксидные – OR группы. Ацилоксидные и ациламидные группы, хотя и имеют неподеленные электронные пары у ближайших к кольцу атомов кислорода и азота, они в меньшей степени, чем группы –OH и –NH2, подают свои электроны в электронную систему кольца. Эти электронные пары частично смещены к карбонильным группам, проявляющим электроноакцепторный мезомерный эффект, поэтому электронодонорный мезомерный эффект проявляется слабо.
Электронодонорные группы, слабо активирующие кольцо: CH3 и другие алкилы. Алкильные группы подают электроны -связи более электроотрицательному атому углерода бензольного кольца, находящемуся в sp2-гибридном состоянии (электронодонорный индукционный эффект, +I-эффект).
Электроноакцепторные группы, слабо дезактивирующие кольцо: -CI, -Вг, -I. Эти заместители обладают электроноакцепторным индукционным эффектом (-I). Это связано с более высокой электроотрицательностъю галогенов по сравнению с углеродом. В результате такого индукционного эффекта галогены уменьшают электронную плотность в кольце.
Электроноакцепторные группы, сильно дезактивирующие кольцо:
Эти группы отличаются наличием значительного положительного заряда на атоме, ближайшем к кольцу, что является следствием смещения электронов от этих атомов к другим более электроотрицательным атомам. Исключение составляет аммонийная группа -NH3+. В этой группе азот имеет полный положительный заряд - результат присоединения протона к аминогруппе.