Диеновые углеводороды

Алкины

Если атом углерода затрачивает на углерод-углеродную связь одну единицу валентности, то его называют первичным, две - вторичным, три - третичным, все четыре - четвертичным. У нормальных алканов бывают только первичные (на концах) и вторичные (в середине) атомы углерода.

Одновалентные остатки, получающиеся при отнятии атома водорода от алканов, называют алкилами, например, CH₃ - метил, C₂H₅ - этил и т.д. Общая формула алкилов C_n H_2n+1, их часто заменяют сокращенно Alk или R. Алкилы могут быть первичными, вторичными или третичными (рис. 3).

Физические свойства. Первые четыре члена гомогологического ряда - газообразные вещества, от C₅ до C₁₅ - жидкости, от C₁₆ и выше - твёрдые вещества. В гомогологическом ряду постепенно увеличиваются температура кипения, плавления и плотность, например: метан CH₄ T_пл =-182,5⁰ С; Т_кип =-161,5⁰ С; относит. плот.= 0,424. Гептан C₇ H₁₆ Т_пл =-90,6⁰ С; Т_кип.= +98,4⁰ С; относит. плот.= 0,684.

CH₃-CH₂-CH₂-CH₂- CH₃-CH₂-CH-CH₃

Бутил CH

вторичный бутил

(втор-бутил)

CH₃ CH₃

CH₃-CH-CH₂- CH₃-C-CH₃

изобутил третичный бутил

(трет-бутил)

Рис. 3. Примеры алкилов

Алканы с разветвленной цепью кипят при более низкой температуре, чем изомеры с нормальной цепью. Температура плавления, наоборот, повышается с ростом разветвленности углеродной цепи. Плотности всех алканов меньше «1», они все нерастворимы в воде, однако растворимы в эфирах и др. органических растворителях. Углеводороды C₃…C₁₅ имеют запах бензина или керосина, первые два члена почти не пахнут, высшие не пахнут из-за плохой летучести.

Химические свойства. В химическом отношении алканы мало активны, из-за этого и названы парафинами. При обычных температурах на них не действуют концентрированные кислоты (азотная, серная и т.д.), расплавленные и концентрированные щёлочи, обычные окислители (перманганат калия, хромовая смесь). Металлы не вытесняют водород из их соединений.

Всё это определяет круг реакций насыщенных углеводородов:

- радикальные реакции замещения, идущие в жёстких условиях (свет, высокая температура и т.д.);

- к реакции присоединения алканы неспособны, чем и отличаются от непредельных углеводородов:

- при крекинге (t = 400...600⁰ C) происходит расщепление высококипящих углеводородов на молекулы простых низкокипящих. Предельные углеводороды образуют простые насыщенные и ненасыщенные (рис. 4).

- при пиролизе (t = 650...700⁰ С) идёт более глубокий распад и образуется много водорода, кокса и простейших предельных и непредельных углеводородов;

CH₃-CH₂-CH₂–CH₃ CH₃-CH₃ + CH₂=CH₂

бутан этан этилен

Рис. 4. Расщепления предельного углеводорода при крекинге

- дегидрирование - отнятие водорода с превращением предельных углеводородов в непредельные;

- ароматизация превращение в ароматические углеводороды;

- изомеризация перестройка углеродного скелета.

Циклоалканы

Циклическими называют соединения, имеющие замкнутые цепи (от греч. «циклос» - круг). Молекулы незамещенных циклоалканов (циклопарафинов) состоят из замкнутых в цикл групп CH₂; по названию этой группы их иногда называют полиметиленовыми углеводородами.

Строение, номенклатура, изомерия. Общая формула гомологического ряда циклоалканов (CH₂)_n или C_nH_2n. Таким образом, молекула циклоалкана содержит на два атома водорода меньше, чем парафин с тем же числом атомов углерода. Название циклоалканов образуют путём добавления приставки цикло к названию соответствующего алкана (рис. 5).

Изомерия C₅H₁₀

циклопентан метилциклобутан этилциклопропан

Рис. 5. Примеры циклоалканов

В нефти циклоалканы называют нафтенами.

Физические свойства. Первые два члена этого ряда (циклопропан C₃H₆, циклобутан C₄H₈) - газы, C₅…C₁₀ - жидкости, высшие твёрдые вещества. Температура кипения и плавления циклоалканов, как и их плотности, несколько выше, чем у парафинов с равным числом атомов углерода. Как и парафины, циклоалканы практически нерастворимы в воде.

Химические свойства. По химическому характеру малые циклоалканы склонны к реакциям присоединения, в результате которых происходит разрыв цикла и образуются парафины и их производные, чем они напоминают ненасыщенные соединения. Циклы с большим числом звеньев более склонны к реакциям замещения, напоминая этим парафины.

Например, циклопентан используется как добавка к моторному топливу для повешения его качества.

Алкены

Алкенами называют ненасыщенные углеводороды, содержащие в молекуле оду двойную связь (рис.6). Часто их называют олефины. Простейший представитель этилен C₂H₄. Гомологический ряд этиленовых углеводородов имеет общую формулу C_nH_2n, т.е. такую же, как и циклопарафины. Таким образом, олефины и циклопарафины - изомеры, относящиеся к различным гомологическим рядам.

Строение алкенов. Характерной особенностью строения является наличие в молекуле одной двойной углерод-углеродной связи.

CH₂ = CH₂

Рис. 6. Этилен

Для олефинов характерна изомерия углеродного скелета и изомерия положения двойной связи. Названия олефинов характеризуются окончанием илен: этилен, пропилен, бутилен и т.д.

Физические свойства. Олефины по физическим свойствам близки к соответствующим парафинам. Однако температура кипения их несколько ниже, чем у соответствующих парафинов, а плотность несколько выше. Первые три члена ряда С₂…С₄ - газы, от С₅до С₁₇ - жидкости, С₁₈ и выше – твёрдые вещества. Изомерия углеродной цепи, изомерия положения двойной связи отражаются на физических константах изомеров (т.е. температурах кипения, плавления, плотности). Все олефины имеют плотность меньше единицы, обладают характерным запахом, в воде растворимы плохо, но все же много лучше, чем соответствующие парафины.

Химические свойства. Для олефинов характерны реакции присоединения с разрывом двойной связи. Кроме того, олефины могут вступать в реакцию между собой (реакция полимеризации), легко подвергаются действию различных окислителей, вступают в реакцию с озоном и в некоторых случаях могут вступать в реакцию замещения.

Алкины - ненасыщенные углеводороды, содержащие в молекуле одну тройную связь (рис. 7). Простейшим представителем алкинов является ацетилен C₂H₂, поэтому их часто называют ацетиленовыми углеводородами. Общая формула алкинов C_n H_2n-2.

Строение, изомерия, номенклатура. Главный фактор, характеризующий сущность алкинов это тройная углерод-углеродная связь.

CH º CH

Рис. 7. Ацетилен

Изомерия алкинов обусловлена строением углеродной цепи и положением тройной связи. Принцип построения названий тот же, что и алкенов. Названия алкинов имеют окончание ин: например, бутин.

Наиболее часто встречающиеся радикалы алкинов: CH=C - - этинил,

CH ºC-CH - - пропагил.

Физические свойства. По физическим свойствам алкины напоминают олефины и парафины. С₂…С₄ - газы, С₅...С₁₆ - жидкости, высшие - твёрдые вещества. Температура кипения и плотность алкинов несколько выше, чем у соответствующих алкенов. Растворимость низших алкинов в воде несколько выше, чем алкенов и алканов, однако всё же очень мала.

Химические свойства. Типичными реакциями как для ненасыщенных углеводородов являются реакции присоединения. Алкины легко окисляются с разрывом по тройной связи и в присутствии катализатора могут реагировать друг с другом (реакция полимеризации).

Соединения, содержащие в углеродной цепи две двойные связи, называют диеновыми. Углероды такого типа с открытой цепью называют алкадиенами, а циклические - циклоалкадиенами.

Изомерия, номенклатура, классификация. Общая формула алкадиенов

C_nH_2n-2 (как и ацетиленов). Следовательно, соединения с двумя двойными связями изомерны соединениям с одной тройной связью.

Изомерия диеновых соединений обусловлена строением углеродного скелета и относительным расположением двойных связей. Перед окончанием ен, символизирующим двойную связь, ставят греческое числительное ди - так образуется окончание диен, например, бутадиен.

По взаимному расположению двойных связей диены различают:

§ C=C=C с кумулированными двойными связями; CH₂=C=CH₂ - аллен;

§ C=C-C=C с сопряжёнными двойными связями; CH₂=CH-CH=CH₂ - дивинил;

§ C=C -(C_n) -C=C с изолированными двойными связями; CH₂=CH-CH₂-CH=CH₂ - пентадиен 1,4.

Дата добавления: 2014-12-25