Предельные углеводороды

Предельные углеводороды Алканами называются предельные (насыщенные) углеводороды, содержащие только простые связи С-С. Общая формула алканов - СnН2n+2. Названия простейших алканов сложились исторически, для остальных - производятся от греческих числительных добавлением суффикса - ан. СН4 метан С5Н10 пентан С9Н20 нонан С2Н6 этан С6Н12 гексан С10Н22 декан С3Н8 пропан С7Н16 гептан

С11Н24 ундекан С4Н10 бутан С8Н18 октан С12Н26 додекан Алканы с числом атомов углерода больше четырех имеют скелетные изомеры. Разветвленные предельные углеводороды рассматривают как алканы, в которых некоторые атомы водорода заменены на радикалы. Структуры и названия простейших радикалов необходимо запомнить. Физические свойства Первые четыре алкана - газы, далее до алкана

С16Н34 - жидкости, остальные - твердые вещества. Все они нерастворимы в воде. Получение I. Основной промышленный метод - переработка нефти и газа: перегонка - физический процесс разделения нефти на фракции с различными температурами кипения углеводородов: бензин (40-150 °С), лигроин (120-240 °С), керосин (150-300 °С) и соляровое масло(>300 °С); крекинг: получение алканов из угля и водорода при высокой температуре: С+2Н2 

СН4 . нагреванием оксида углерода(П) с водородом в присутствии катализатора: nСО + (2n+1) H2  CnH2n+2 + nНII. Лабораторные методы. Восстановление непредельных соединений: Сплавление натриевых солей карбоновых кислот со щелочью: Взаимодействие галогенопроизводных с металлическим натрием (реакция Вюрца): СНзВг + 2 Na + Br-CH3 

СНзСНз + 2 NaBr Этот метод удобен для получения симметричных алканов, в противном случае образуется смесь продуктов. Химические свойства алканов Благодаря своей предельной насыщенности и малой полярности связей С-Н алканы очень прочны, вступают только в реакции радикального замещения, инициируемого условиями проведения реакции. Галогенирование - протекает на свету. Обычно не заканчивается замещением одного атома водорода,

приводя к смеси моно ди три- и т.д. галогенпроизводных. CH3CH3 + Cl2  CH3CH2Cl + HCl (SR) Каждая такая реакция протекает в соответствии с цепным свободно-радикальным механизмом: Инициирование цепи: Рост цепи: Обрыв цепи: 2) Нитрование (реакция Коновалова). Взаимодействие алканов с разбавленной азотной кислотой

(12%) при повышенных температуре и давлении. СНзСНз + HONO2  CH3CH2NO2 + Н2O 3) Окисление. Мягкие окислители (бромная вода, перманганат калия) на алканы не действуют. Любые алканы сгорают до углекислого газа и воды с выделением большого количества тепла. Сульфоокисление. Крекинг – это и способ получения, и химическое свойство алканов и алкенов.

Процесс проходит при высокой температуре, давлении и обычно в присутствии катализаторов. Циклоалканы: общая формула класса CnH2n, т.е. циклоалканы изомерны алкенам. Названия образуются прибавлением приставки цикло- к названию соответвующего алкана. Циклопропан оказывает сильное наркотическое действие, применяется при хирургических операциях. Циклопентатвые и циклогексановые кольца содержатся в некоторых природных веществах.

Получение Действие металлического цинка на дигалогенпроизводные. Гидрирование ароматических углеводородов. Химические свойства Химические свойства циклоалканов аналогичны реакциям алканов, но для малых циклов (циклопропан, циклобутан) характерны реакции присоединения с разрывом цикла. Непредельные углеводороды Алкены Углеводороды, содержащие двойную связь

С=С, называются алкенами или этиленовыми углеводородами. Общая формула класса – СnН2n. Названия образуются заменой суффикса -ан в алканах на -ен. Для родоначальника ряда часто применяется тривиальное название "этилен". Благодаря двойной связи, в алкенах помимо скелетной изомерии наблюдается пространственная цис-транс-изомерня. Физические свойства Алкены с числом атомов углерода менее пяти - газы.

Нерастворимы в воде, но растворяются в неполярных растворителях. Получение Дегидрирование алканов при повышенном давлении и температуре в присутствии катализатора (обычно Pt): Неполное гидрирование алкинов: Отщепление функциональной группы и водорода в соседнем положении. Отщепление происходит по правилу Зайцева: При образовании алкена из функционального производного углеводородов отщепляется функциональная группа и водород от соседнего наименее гидрированного атома углерода. -внутримолекулярная

дегидратация спиртов в присутствии серной кислоты или оксида алюминия: дегидрогалогенирование моногалогенопроизводных действием спиртового раствора щелочи: Действие металлического цинка на дигалогенопроизводные: Химические свойства Двойная связь в алкенах состоит из - и -связей. -Связь, образованная боковым перекрыванием негибридных р-орбиталей, менее прочна и легко разрывается под действием многих реагентов. Поэтому для алкенов характерны реакции присоединения с разрывом &

#61552;-связи AE. Так как -связь является областью с повышенной электронной плотностью, реагентом в данных реакциях служит злектрофил (положительно заряженная частица): Гидрирование в присутствии катализаторов - Pt, Pd, Ni (см. химические свойства алканов). Галогенирование: Обесцвечивание бромной воды (при обычных условиях) является качественной реакцией на кратную связь.

3) Гидрогалогенирование происходит в соответствии с правилом Марковникова: Присоединение полярных реагентов к несимметричной кратной связи происходит так, чтобы атом водорода присоединялся к наиболее гидрированному атому углерода. 4) Гидратация. Протекает при нагревании в присутствии кислот (по правилу Марковникова). Полимеризация: 6) Окисление. Алкены обесцвечивают водный раствор перманганата калия,

сами при этом окисляясь до двухатомных спиртов - гликолей. В присутствии металлического серебра образуются эпоксиды (-окиси): Диеновые углеводороды Углеводороды, которые содержат две двойные связи, называют диенами (более двух - полценами). Общая формула гомологического ряда диенов CnH2n-2. В зависимости от расположения кратных связей выделяют сопряженные диены (двойные связи разделены

одной простой), изолированные (между двойными связями более одной простой) и кумулированные (двойные связи по соседству). sp2; ; ;  Cопряжение: Способы получения Одновременная дегидратация и дегидрирование двух молекул этилового спирта (синтез Лебедева): Внутримолекулярной дегидратацией диолов: Получение изопрена из пропилена: Химические свойства сопряжённых диенов

Наиболее характерные реакции - реакции присоединения. Для сопряженных диенов характерно либо 1,2-присоединение (с разрывом только одной связи), либо 1,4-присоединение, где две кратных связи реагируют как единая электронная система: Примером реакции присоединения к сопряжённым диенам является полимеризация: Последним способом получают искусственные (синтетические) каучуки, основным отличием которых от природных

долгое время было отсутствие стереорегулярности (повторяемости пространственной структуры мономерного звена). В настоящее время возможен синтез искусственных каучуков стереорегулярного строения. Алкины Алкины - углеводороды, содержащие в своем составе тройную связь. Общая формула - СnН2n-2. Молекулы алкинов имеют линейное строение благодаря sp-гибридиэации атомов углерода, связанных тройной связью. В международной номенклатуре им соответствует суффикс -ин.

Первый представитель ряда традиционно именуется ацетиленом. Физические свойства сходны со свойствами других углеводородов. Получение Получение ацетилена: Синтез гомологов ацетилена. а) дегидрогалогенирование дигалогенпроизводных: б) Алкилированием ацетиленидов галогеналкилами: Химические свойства Гидрирование (проходит в два этапа): Галогенирование (проходит в два этапа):

Гидрогалогенирование (проходит в два этапа): Присоединение водородсодержащих реагентов к несимметричным алкинам происходит по правилу Марковникова. Реакция гидратации (реакция Кучерова) протекает в присутствии солей двухвалентной ртути и приводит к непредельному спирту, изомеризующемуся в карбонильное соединение. Реакции замещения водорода у концевой тройной связи: Благодаря ослаблению связи между атомами углерода и водорода ацетилен и его гомологи с концевым положением

тройной связи могут вступать в реакции замещения с активными металлами (см. способы получения алкинов) и с оксидами металлов, проявляя слабые кислотные свойства (реакция является качественной на концевую тройную связь). 4) Реакции полимеризации. Димеризацией ацетилена получают винилацетилен (исходное вещество для синтеза некоторых диеновых полимеров), тримеризация приводит к бензолу, а полимеризация дает химически активные полимеры. Окисление ацетилена водным раствором перманганата калия приводит к щавелевой кислоте.

Обесцвечивание раствора КмnО4 является качественной реакцией на двойную и тройную связи. Арены Арены - углеводороды, в состав которых входят циклы из шести атомов углерода, содержащие по три сопряженные двойные связи. Простейшим ареном является бензол С6Н6. Все атомы углерода в этом соединении находятся в состоянии sp2-гибpидизaции, а молекула имеет плоскую структуру с углами 1200, что приводит к выравниванию связей по всему кольцу и образованию единого

облака -электронов над и под плоскостью молекулы (отображается кольцом в формуле молекул). Соединения с такой структурой называют ароматическими. Для дизамещенных гомологов возможна изомерия расположения групп. Различное взаимное расположение групп носит название орто мета- и пара: орто-ксилол мета-ксилол пара-ксилол 1,2-диметилбензол 1,3-диметилбензол 1,3-диметилбензол

Бензол и его гомологи, содержащие до 10 атомов углерода - жидкости, далее - твердые вещества. Получение Из природных источников – нефть, каменный уголь. Дегидрирование циклоалканов и алканов: Тримеризация алкинов (см. «Химические свойства алкинов»). Гомологи бензола получают алкилированием бензола: Химические свойства I. Реакции электрофильного замещения.

Ароматическая система связей в бензоле приводит к особому типу реакций - реакциям замещения в бензольном кольце. При этом двойные связи не разрываются, а происходит замещение атомов водорода с сохранением ароматического цикла. Галогенирование: Проводится в присутствии катализатора А1С13, А1Вг3 или FeВг3. Реакция протекает по следующему механизму: Образование электрофильной частицы Вг+. Координация электрофильной частицы к электронной плотности

бензольного кольца (образование -комплекса). Присоединение частицы (образование -комплекса). Стабилизация неустойчивого -комплекса с выбросом протона. Регенерация катализатора. Нитрование: Протекает под действием смеси концентрированных азотной и серной кислот (нитрующая смесь). Сульфирование под действием концентрированной серной кислоты:

Алкилирование: Те же реакции замещения идут и для гомологов бензола, причем образуется смесь продуктов орто- и пара-замещения. Например, нитрование толуола приводит к орто- и пара-нитротолуолу: Ill Реакции присоединения (немногочисленны). Гидрирование (в присутствии катализатора). 2) Присоединение галогенов. При интенсивном освещении бензол может присоединять три молекулы хлора, превращаясь в гексахлорциклогексан. Гомологи бензола на свету хлорируются иначе, замещая атом водорода

в алкильном радикале в бензильном положении. III. Реакции окисления. Бензол устойчив к действию мягких окислителей, а его гомологи окисляются до бензойной кислоты. Галогенопроизводные углеводородов Способы получения Прямое галогенирование алканов: Галогенирование и гидрогалогенирование алкенов: Гидрогалогенирование алкинов: 4) Из спиртов: Химические свойства

Реакции нуклеофильного замещения: Образование магнийорганических соединений (реактивов Гриньяра): эфир CH3CH2Cl + Mg  CH3CH2MgCl Дегидрогалогенирование: NaOH CH3CH2ClСH2& #61630;CH3  CH3CHCHɨ 30;CH3 Спирт