Види зв’язку в органічних сполуках. Фактори, що впливають на реакційну здатність речовин.

Ковалентний зв'язок: простий, подвійний, потрійний, ароматичний.

П ростий: утворюється при переході двох електронів на спільну для їхніх атомів орбіту. Утворюється ς-зв'язок.

На реакційну здатність атомів впливає розподілення і рухливість електронів, що залежить від:

1)Поляризованості зв’язку.

Якщо в складі молекули є більш електронегативні елементи, то вони відтягують електронну густину на себе і відбувається поляризація зв’язку.

π-зв'язок поляризується більше ніж сигма.

2)Взаємний вплив кратних зв’язків.

Результатом взаємного впливу кратних зв’язків в спряжених дієнах є збільшення їх реакційної здатності в реакціях приєднання.

Ефект спряження (мезомерний ефект) – зміщення електронної густини по p зв’язкам.

Короткі висновки:

1. виникає в ланцюгу з кратними зв’язками, які чергуються з одинарними.

2. Спряження відбувається між p електронами або між p електронами и неподіленою парою електронів.

3. Вплив рівномірно розподіляється між всіма атомами, що надає стійкості молекулі.

H ₃C-CH = CH₂ + H⁺Cl^{- AlCl3} H₃C-CH-CH₃

|

Cl

3) Взаємний вплив атомів:

Індукційний ефект – це здатність окремого атома або певної групи атомів викликати зміщення електронної густини вздовж ς-зв’язків.

Він:

1. Виникає в ланцюгу ς-зв’язків.

2. Діє тільки в одному напрямку

3. В міру віддалення від джерела зменшується

4. Підвищує реакційну здатність речовини.

5. Буває позитивним і негативним

CH₃ ^δ+ → СН₂ → Сl^δ-

Способи розриву зв’язку

1)Вільнорадикальний ( гомолітичний)

X : Y ^{hV (t)} X• + Y•

Радикальні реакції – це процеси, що йдуть з гемолітичним розривом ковалентного зв’язку. При гемолітичному розриві пара е, утворюючи зв'язок, ділиться таким чином, що кожна з утворюючих часток отримує по одному е. У результаті гемолітичного розриву утворюються вільні радикали.

Вільні радикали – це нейтральні атоми, або частки з неспареним е.

2)Іонні реакції – це процеси, що йдуть за гетеролітичним розривом ковалентних зв’язків, коли обидва е^- зв’язки зостаються з одною із раніше зв’язаних часток.

X |: Y ^cat X⁺ + :Y^-

X :|Y ^cat X:^- + Y⁺

Механізм реакції

Усі ці реакції проходять по 2м механізмам, що різняться способом розриву зв’язку.

1)При вільно радикальному механізмі під дією випромінювання або температури відбувається гемолітичний розрив зв’язків з утворенням часток, що містять неспарені е. Ці частки – вільні радикали

2) При іонному механізмі відбувається гетеролітичний розрив зв’язків з утворенням карб катіонів та карб аніонів. Реагент може бути 2х видів а)нуклеофільним, б) електровільним.

H ₃C-CH = CH₂ + H⁺Cl^{- AlCl3} H₃C-CH-CH₃

|

Cl

Тема 2. Насичені вуглеводні

Лекція 1.

Визначення:

Насичені вуглеводні мають загальну формулу C_nH_2n+2 , де n -1,2,3, і т.д. Мають закінчення –ан. Містять одинарні σ-зв’язки. Міжнародна назва насичених вуглеводнів – алкани, їх називають також парафіни.

Гомологічний ряд:

Метан СН₄ Етан С₂Н₆ Пропан С₃Н₈

Характерна Sp³ гібридизація:

Всі атоми С в насичених вуглеводнях знаходяться у стані гібридизації.

У збудженому стані атом Карбону має чотири неспарені валентні електрони.

Фізичні властивості: С₁- С₄ – гази

С₅- С₁₅ – рідини

Далі – тверді речовини

Не розчиняються у воді, але розчинні в органічних розчинниках.

Хімічні властивості:

1.Горіння

Підпалені на повітрі або в кисні алкани горять (реакція повного окиснення) з утворенням вуглекислого газу, води і виділенням теплоти. У разі нестачі кисню окиснення відбувається не повністю, частина речовини розкладається і утворюється Карбон у вигляді сажі та карбон(ІІ) оксид:

СН₄ + О₂ → СО₂ + Н₂О

2. Насичені вуглеводні стійкі до дії окисників, кислот, луг.

3. Насичені вуглеводні розкладаються при певній температурі на прості сполуки:

С Н₄ ^{t = 1500 C} C₂H₂ + 3H₂ СН₄ ^{t > 1500 C} C + 2H₂

4 . Реакція дегідрування(вiдщеплення Н₂). Можливе для алканiв, починаючи з 2-ого вуглецю атома. Внаслiдок реакції утворюються ненасиченi вуглеводнi(С_nH_2n). С₂H₆ ^Cr2O3,t0 C₂H₄ + H₂

С H3 – CH2 – CH3 ^Cr2O3,t0 CH2 = CH – CH3 + H2

Використовують ці реакції, як правило, у промисловості.

5. Крекiнг – це розщеплення молекул органiчних сполук пiд дією високих температур i за наявностi каталiзаторiв, яке супроводжується руйнуванням зв'язків C – C i утворенням речовин з меншою молекулярною масою(Можливий, починаючи з третього атома Карбону).

У мови: t = 450-500 ^oС, без доступу повiтря. CH₄ + CH₂ = CH – CH₃ СH₃ – CH₂ – CH₂ – CH₃ CH₃ – CH₃ + CH₂ = CH₂

6 . Пiролiз – це утворення циклічних сполук процесом розкладання органічних речовин без доступу повітря за високої температури.

С H₃ – CH₂ – CH₂ – CH₂ – CH₂ – CH₃ ^Cr2O3,t0

7 . Для насичених вуглеводнiв характерна реакцiя замiщення за гомолітичним( вiльнорадикальним механізмом): а) При взаємодії з галогенами утворюються галогено-похiднi CH₄ + Cl₂ ^hv CH₃Cl + HCl; CH₃Cl + Cl₂ ^hv CH₂Cl₂ + HCl; CH₂Cl₂ + Cl₂ ^hv CHCl₃ + HCl; CHCl₃ + Cl₂ ^hv CCl₄ + HCl; CH₃Cl – хлористий метил; CH₂Cl₂ – хлористий метилен; CHCl₃ – хлороформ ; CCl₄ – чотирихлористий карбон. Якщо в молекулi 3 атоми вуглецю, або бiльше, то реакцiя замiщення йде у друге положення. CH₃ – CH₂ – CH₃ + Сl₂ ^hv CH₃ – CH – CH₃ | Cl

Механізм:

Перша стадія: ініціювання реакції. Під дією енергії світла молекула хлору розщеплюється на атоми, що мають по одному неспареному електрону:

Ці частинки, які називають радикалами, дуже реакційноздатні.

Розривання ковалентного зв’язку, внаслідок якого утворюються частинки з неспареними електронами, називають гомолітичним.

Друга стадія: розвиток ланцюга. Унаслідок зіткнення з молекулою метану радикал відщеплює від неї атоми Гідрогену, при цьому утворюється новий радикал:

Стикаючись з молекулою хлору, вуглеводневий радикал відщеплює від неї атом Хлору й утворює молекулу хлорометану. Натомість утворюється радикал хлору:

Останній може атакувати молекулу хлорометану, внаслідок чого відбувається заміщення ще одного атома Гідрогену:

Ланцюг може розвиватися далі:

Третя стадія: обривання ланцюга. У разі зіткнення радикалів між собою настає обривання ланцюга:

Реакція припиняється, коли зникають усі вільні радикали.

б) Алкани взаємодіють з нітратною кислотою(HO – NO₂ ) Реакцiя Коновалова

Р еакцiя буде проходити при умовах : t = 140 ⁰C,14% - нітратної кислоти. CH₄ + HO – NO₂(14%) ^140C CH₃NO₂ + H₂O;

CH₃ – CH₂ – CH₂ – CH₃ + HO – NO₂(14%) ^140C CH₃ - CH - CH₃ + H₂O | NO₂ в) Реакція сульфоокиснення. CH₃ – CH₂ – CH₃ + SO₂ ^{Сr / hv} CH₃ – CH – CH₃ + H₂O | SO₃H

г) Реакція сульфохлорування

C H₃ – CH₂ – CH₃ + SO₂ + Cl₂ ^hv CH₃ – CH – CH₃ + HCl | SO₂CL

8 . Починаючи з четвертого атома вуглецю можлива iзомерiзацiя. СH₃ – CH₂ – CH₂ – CH₃ ^AlCl3,t0 СH₃ – CH – CH₃ | CH₃

Добування:

1 ) Добування метану iз карбидiв алюмiнiя: а) Аl₄C₃ + 12H₂O ^t 3CH₄ + 4Al(OH)₃; Al₄C₃ + 12HCl ^t 3CH₄ + 4AlCl₃; б) CH₃ – COONa + NaOH ^сплавл CH₄ + Na₂CO₃. 2)Промисловi способи добування метану та гомологiв nC + (n + 1)H₂ ^{t, Ni} C_nH_{2n + 2}

C + 2H₂ ^{t, Ni} CH₄

C O + 3H₂ ^{t, Ni} CH₄ + H₂O 3)Добування гомологiв iз солей карбонових кислот : CH₃ – CH₂ – CH₂ – COONa + NaOH ^сплавл CH₃ – CH₂ – CH₃ + Na₂CO₃

4)За методом Фішера-Тропша

5)Реакція Вюрца

С H₃Cl + 2Na + CH₃Cl ^t CH₃ – CH₃ + 2NaCl

С H₃Cl + 2Na + CH₃ – CH – CH₃ | ^t CH₃ – CH₃ Cl

CH₃ – CH – CH – CH₃ | | CH₃ CH₃

Застосування:

Насичені вуглеводні широко використовуються в органічному синтезі.

З них добувають багато органічних речовин: ненасичені вуглеводні, хлорпохідні, органічні кислоти.                          

Багато вуглеводнів входить до складу різних видів палива: горючого газу, бензину, гасу.

З вищіх алканів виготовляють такі речовини, як парафін і вазелін, мастила, електроізолятори.

Вищі алкани є сировиною для добування синтетичних мийних засобів.

Лекція 2.