 |
Составление структурной формулы по названию.
|
|
|
|
Пример 2.2.
Написать структурную формулу для соединения 2,4,5 триметил- 3-этилгексан. Написать брутто-формулу этого соединения.
1. Записывается главная (самая длинная углеродная цепь), т.е. записывается углеродный скелет алкана стоящего в конце предложенного названия. В данном примере это гексан и номеруются все углеродные атомы:
1 2 3 4 5 6
С – С – С – С – С – С
2. В соответствии с цифрами, указанными в формуле, расставляются все заместители.
1 2 3 4 5 6
С - С - С - С - С - С
│ │ │ │
СН3 С2Н5 СН3 СН3
3. Соблюдая условия четырехвалентности углеродных атомов, заполняют оставшиеся свободные валентности атомов углерода в углеродном скелете атомами водорода:
СН3 – СН – СН - СН - СН - СН3
│ │ │ │
СН3 С2Н5 СН3 СН3
4. Количество углеродных атомов в данном соединении 11. Брутто-формула этого соединения С11Н24
Изомерия алканов. Вывод структурных формул изомеров.
Молекулы, имеющие одинаковый состав, но различающиеся различным строением называются изомерами. Изомеры отличаются друг от друга химическими и физическими свойствами.
В органической химии существует несколько видов изомерии. Предельным алифатическим углеводородам – алканам характер один, самый простой вид изомерии. Этот вид изомерии называется структурной или изомерия углеродного скелета.
В молекулах метана, этана и пропана может быть только один единственный порядок соединения атомов углерода:
Н Н Н Н Н Н
│ │ │ │ │ │
Н – С – Н Н - С - С - Н Н - С - С - С - Н
│ │ │ │ │ │
Н Н Н Н Н Н
Метан этан пропан
Если в молекуле углеводорода содержится больше трех атомов, то порядок соединения их между собой может быть различен. Например, бутан С4Н8, может содержать два изомера: линейный и разветвленный.
|
|
|
| Н Н Н Н │ │ │ │ Н - С - С - С - С - Н │ │ │ │ Н Н Н Н н-бутан | Н Н Н │ │ │ Н - С - С - С - Н │ │ │ Н │ Н Н - С - Н │ Н 2-метилпропан |
Пример 2.3. Составить и назвать все возможные изомеры пентана С5Н12.
При выводе структурных формул отдельных изомеров можно поступать следующим образом.
1. Согласно общему числу углеродных атомов в молекуле (5) вначале записываю прямую углеродную цепь – углеродный скелет:
2. Затем «отщепляя» по одному крайнему атому углерода, располагают их у оставшихся в цепи углеродов так, чтобы получить максимально возможное количество совершенно новых структур. При отщеплении одного углеродного атома от пентана может быть получен только еще один изомер:
3. Получить другой изомер, переставляя «вынутый» из цепи углерод нельзя, так как при перестановке его к третьему углеродному атому главной цепи по правилам составления названий нумерацию главной цепи нужно будет провести справа налево. При отщеплении двух углеродных атомов от пентана может быть получен еще один изомер:
4. Соблюдая условия четырехвалентности углеродных атомов, заполняют оставшиеся свободные валентности атомов углерода в углеродном скелете атомами водорода
(см. пример 2.2.)
| Структурная формула | Название изомера |
| 1. СН3 -СН2 - СН2 - СН2 - СН3 | Пентан |
| 2. СН3 - СН - СН2 - СН3 │ СН3 | 2 – метилбутан |
| 3. СН3 │ СН3 - С - СН3 │ СН3 | 2,2 –диметилпропан |
Примечание: необходимо понимать, что «изогнув» произвольно молекулу, нельзя получить новый изомер. Образование изомеров наблюдается лишь в том случае, когда нарушается первоначальное строение соединения. Например, приведенные ниже соединения
С – С – С - С – С и С – С – С
│ │
С С
не являются изомерами, это углеродный скелет одного и того же соединения пентана.
|
|
|
3. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРЕДЕЛЬНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ
(задачи №№ 51 – 75)
Литература:
Н.Л. Глинка. Общая химия. – Л.: Химия, 1988, гл.XV, п. 164, с. 452 – 455.
Пример 3.1. На примере пентана охарактеризуйте химические свойства алканов. Укажите условия протекания реакций и назовите продукты реакций.
Решение:
1. Основные реакции алканов – реакции замещения водорода, идущие по свободно-радикальному механизму.
1.1. Галогенирование hn
СН3 – СН2 – СН2 – СН2 – С Н 3 + Cl2 ¾¾® СН3 – СН2 – СН2 – СН2 – СН2Сl + HСl
пентан 1-хлорпентан
hn
СН3 – С Н 2 – СН2 – СН2 – СН3 + Cl2 ¾¾® СН3 – СН – СН2 – СН2 – СН3 + HСl
пентан ½
Сl
2-хлорпентан
hn
СН3 – СН2 – С Н 2 – СН2 – СН3 + Cl2 ¾¾® СН3 – СН2 – СН – СН2 – СН3 + HСl
пентан ½
Сl
3-хлорпентан
На первой стадии реакции в молекуле пентана замещение атома водорода будет происходить как у первичного, так и у вторичного атома углерода, в результате чего образуется смесь изомерных монохлорпроизводных.
Однако энергия связи атома водорода с первичным атомом углерода больше, чем со вторичным атомом углерода и больше, чем с третичным атомом углерода, поэтому легче идет замещение атома водорода, связанного с третичным атомом углерода. Данное явление называется селективностью. Оно выражено ярче у менее активных галогенов (брома, иода). При повышении температуры селективность ослабляется.
1.2. Нитрование (реакция М.М. Коновалова)
НNО3 = ОНNО2 Катализатор Н2SO4 конц.
В результате реакции образуется смесь нитропроизводных.
t = 120-1500С
СН3 – СН2 – СН2 – СН2 – С Н 3 + ОНNО2 ¾¾® СН3 – СН2 – СН2 – СН2 – СН2NO2 + H2O
пентан 1-нитропентан
t = 120-1500С
СН3 – С Н 2 – СН2 – СН2 – СН3 + ОНNО2 ¾¾® СН3 – СН – СН2 – СН2 – СН3 + H2O
пентан ½
NO2 2-нитропентан
t = 120-1500С
СН3 – СН2 – С Н 2 – СН2 – СН3 + ОНNО2 ¾¾® СН3 – СН2 – СН – СН2 – СН3 + H2O
пентан ½
NO2 3-нитропентан
1.3. Реакция сульфирования Концентрированная Н2SO4 = ОНSO3Н
СН3 – СН2 – СН2 – СН2 – С Н 3 + ОНSO3Н ® СН3 – СН2 – СН2 – СН2 – СН2SO3Н + H2O
пентан 1-сульфопентан
2. Реакция полного окисления – горение.
С5Н12 + 8(О2 + 3,76 N2) ® 5СО2 + 6Н2О + 8×3,76N2
3. Термическое разложение
t
С5Н12 ® 5С + 6Н2
4. Крекинг – реакция расщепления с образованием алкана и алкена
|
|
|
t
СН3 – СН2 – СН2 – СН2 – СН3 ¾¾® СН3 – СН3 + СН2 = СН – СН3
пентан этан пропен
5. Реакция изомеризации
CН3
t, AlCl3 ½
СН3 – СН2 – СН2 – СН2 – СН3 ¾¾® СН3 ¾ С ¾ СН3
пентан ½
CН3 2,2-диметилпропан
Пример 3.2. Охарактеризуйте способы получения алканов. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно получить пропан.
Решение:
1. Крекинг алканов
t
СН3 – СН2 – СН2 – СН2 – СН2 – СН3 ® СН3 – СН2 – СН3 + СН2 = СН – СН3
гексан пропан пропен
2. Реакция Вюрца
CH3 – Cl + 2Na + Cl – СН2 – СН3 ® СН3 – СН2 – СН3 + 2NaCl
хлорметан хлорэтан пропан
3. Восстановление галогенпроизводных алканов
3.1. Восстановление водородом
t
СН3 – СН2 – СН2 – I + H – H ® СН3 – СН2 – СН3 + HI
1-иодпропан водород пропан
3.2. Восстановление галогеноводородом
t
СН3 – СН2 – СН2 – I + H – I ® СН3 – СН2 – СН3 + I2
1-иодпропан иодо- пропан иод
водород
4. Декарбоксилирование солей карбоновых кислот
сплавление
СН3 – СН2 – СН2 – С = О + NaOH ¾¾¾® СН3 – СН2 – СН3 + Na2CO3
натриевая соль \ гидроксид пропан карбонат
бутановой кислоты ОNa натрия натрия (сода)
5. Гидрирование непредельных углеводородов
5.1. Гидрирование алкенов
Ni
СН2 = СН – СН3 + Н2 ® СН3 – СН2 – СН3
пропен пропан
5.2. Гидрирование алкинов
Ni
СН º С – СН3 + 2Н2 ® СН3 – СН2 – СН3
пропин пропан
|
|
|
