 |
Химические свойства алканов
|
|
|
|
Алканы не способны к реакциям присоединения, т. к. в их молекулах все связи насыщены, для них характерны реакции радикального замещения, термического разложения, окисления, изомеризации.
1. (реакционная способность убывает в ряду: F2 > Cl2 > Br2 > (I2 не идет), R3C• > R2CH• > RCH2• > RCH3•)
2. (реакция Коновалова)
3. CnH2n+2 + SO2 + ½O2 → hν → CnH2n+1SO3H – алкилсульфокислота
(сульфоокисление, условия реакции: облучение УФ)
4. CH4 → 1000 °C → С + 2Н2; 2CH4 → t>1500 °C → С2Н2 + ЗН2 (разложение метана – пиролиз)
5. CH4 + 2Н2O → Ni, 1300 °C → CO2 + 4Н2 (конверсия метана)
6. 2СnH2n+2 + (Зn+1)O2 → 2nCO2 + (2n+2)Н2O (горение алканов)
7. 2 н- С4Н10 + 5O2 → 4CH3COOH + 2Н2O (окисление алканов в промышленности; получение уксусной кислоты)
8. н- С4Н10 → изо- С4Н10 (изомеризация, катализатор AlCl3)
Циклоалканы
Циклоалканы (циклопарафины, нафтены, цикланы, полиметилены) – предельные углеводороды с замкнутой (циклической) углеродной цепью. Общая формула С n H 2n.
Атомы углерода в циклоалканах, как и в алканах, находятся в sp3 -гибридизованном состоянии. Гомологический ряд циклоалканов начинает простейший циклоалкан – циклопропан С3Н6, представляющий собой плоский трехчленный карбоцикл. По правилам международной номенклатуры в циклоалканах главной считается цепь углеродных атомов, образующих цикл. Название строится по названию этой замкнутой цепи с добавлением приставки «цикло» (циклопропан, циклобутан, циклопентан, циклогексан и т. д.).
Структурная изомерия циклоалканов связана с различной величиной цикла (структуры 1 и 2), строением и видом заместителей (структуры 5 и 6) и их взаимным расположением (структуры 3 и 4).
|
|
|
Способы получения циклоалканов
1. Получение из дигалогенопроизводных углеводородов
2. Получение из ароматичесих углеводородов
Химические свойства циклоалканов
Химические свойства циклоалканов зависят от размера цикла, определяющего его устойчивость. Трех– и четырехчленные циклы (малые циклы), являясь насыщенными, резко отличаются от всех остальных предельных углеводородов. Циклопропан, циклобутан вступают в реакции присоединения. Для циклоалканов (С5 и выше) вследствие их устойчивости характерны реакции, в которых сохраняется циклическая структура, т. е. реакции замещения.
1. Действие галогенов
2. Действие галогеноводородов
С циклоалканами, содержащими пять и более атомов углерода в цикле, галогеново-дороды не взаимодействуют.
3.
4. Дегидрирование
Алкены
Алкены (непредельные углеводороды, этиленовые углеводороды, олефины) – непредельные алифатические углеводороды, молекулы которых содержат двойную связь. Общая формула ряда алкенов СnН2n.
По систематической номенклатуре названия алкенов производят от названий соответствующих алканов (с тем же числом атомов углерода) путем замены суффикса – ан на – ен: этан (CH3—CH3) – этен (CH2=CH2) и т. д. Главная цепь выбирается таким образом, чтобы она обязательно включала в себя двойную связь. Нумерацию углеродных атомов начинают с ближнего к двойной связи конца цепи.
В молекуле алкена ненасыщенные атомы углерода находятся в sp2 -гибридизации, а двойная связь между ними образована σ– и π-связью. sp2 -Гибридные орбитали направлены друг к другу под углом 120°, и одна негибридизованная 2р -орбиталь, расположена под углом 90° к плоскости гибридных атомных орбиталей.
Пространственное строение этилена:
Длина связи С=С 0,134 нм, энергия связи С=С Ес=с = 611 кДж/моль, энергия π-связи Еπ = 260 кДж/моль.
|
|
|
Виды изомерии: а) изомерия цепи; б) изомерия положения двойной связи; в) Z, Е (cis, trans) – изомерия, вид пространственной изомерии.
Способы получения алкенов
1. CH3—CH3 → Ni, t → CH2=CH2 + H2 (дегидрирование алканов)
2. С2Н5OH →H,SO4, 170 °C→ CH2=CH2 + Н2O (дегидратация спиртов)
3. (дегидрогалогенирование алкилгалогенидов по правилу Зайцева)
4. CH2Cl—CH2Cl + Zn → ZnCl2 + CH2=CH2 (дегалогенирование дигалогенопроизводных)
5. HC≡CH + Н2 → Ni, t → CH2=CH2 (восстановление алкинов)
Химические свойства алкенов
Для алкенов наиболее характерны реакции присоединения, они легко окисляются и полимеризуются.
1. CH2=CH2 + Br2 → CH2Br—CH2Br
(присоединение галогенов, качественная реакция)
2. (присоединение галогеноводородов по правилу Марковникова)
3. CH2=CH2 + Н2 → Ni, t → CH3—CH3 (гидрирование)
4. CH2=CH2 + Н2O → H+ → CH3CH2OH (гидратация)
5. ЗCH2=CH2 + 2КMnO4 + 4Н2O → ЗCH2OH—CH2OH + 2MnO2↓ + 2KOH (мягкое окисление, качественная реакция)
6. CH2=CH—CH2—CH3 + КMnO4 → H+ → CO2 + С2Н5COOH (жесткое окисление)
7. CH2=CH—CH2—CH3 + O3 → Н2С=O + CH3CH2CH=O формальдегид+пропаналь → (озонолиз)
8. С2Н4 + 3O2 → 2CO2 + 2Н2O (реакция горения)
9. (полимеризация)
10. CH3—CH=CH2 + HBr → перекись → CH3—CH2—CH2Br (присоединение бро-моводорода против правила Марковникова)
11. (реакция замещения в α-положение)
Алкины
Алкины (ацетиленовые углеводороды) – ненасыщенные углеводороды, имеющие в своем составе тройную С≡С связь. Общая формула алкинов с одной тройной связью СnН2n-2. Простейший представитель ряда алкинов CH≡CH имеет тривиальное название ацетилен. По систематической номенклатуре названия ацетиленовых углеводородов производят от названий соответствующих алканов (с тем же числом атомов углерода) путем замены суффикса – ан на -ин: этан (CH3—CH3) – этин (CH≡CH) и т. д. Главная цепь выбирается таким образом, чтобы она обязательно включала в себя тройную связь. Нумерацию углеродных атомов начинают с ближнего к тройной связи конца цепи.
В образовании тройной связи участвуют атомы углерода в sp -гибридизованном состоянии. Каждый из них имеет по две sp- гибридных орбитали, направленных друг к другу под углом 180°, и две негибридных p -орбитали, расположенных под углом 90° по отношению друг к другу и к sp -гибридным орбиталям.
|
|
|
Пространственное строение ацетилена:
Виды изомерии: 1) изомерия положения тройной связи; 2) изомерия углеродного скелета; 3) межклассовая изомерия с алкадиенами и циклоалкенами.
Способы получения алкинов
1. СаО + ЗС → t → СаС2 + CO;
СаС2 + 2Н2O → Са(OH)2 + CH≡CH (получение ацетилена)
2. 2CH4 → t>1500 °C → HC = CH + ЗН2 (крекинг углеводородов)
3. CH3—CHCl2 + 2KOH → в спирте → HC≡CH + 2KCl + Н2O (дегалогенирова-ние)
CH2Cl—CH2Cl + 2KOH → в спирте → HC≡CH + 2KCl + Н2O
|
|
|
