Основные группы органических соединений, их химические свойства, особенности

и классификации Лабораторная № 3 (4 часа)
Химические свойства алкенов, алкадиенов

и алкинов

углеводороды, элементарный состав которых характеризуется меньшим содержанием водорода по сравнению

с соответствующими по числу углеродных атомов предельными углеводородами.

валентность равную четырем, но строение этих соединений отличается тем, что

в их молекулах имеются пары углеродных атомов, соединенные так называемыми кратными – двойными или тройными – связями. Благодаря наличию кратных связей атомы углерода в непредельных углеводородах не до предела насыщены водородом; отсюда и возникло название - непредельные или ненасыщенные.

между углеродными атомами, являются производными ненасыщенных углеводородов; их также называют

непредельными органическими веществами.
В противоположность насыщенным, ненасыщенные углеводороды проявляют высокую активность в химических реакциях и особенно склонны к реакциям присоединения.

этиленовыми углеводородами (олефинами) называют ненасыщенные углеводороды, строение которых отличается наличием

в их молекулах одной двойной связи между углеродными атомами, т.е. – группировки >C=C<.

члена которого выражается общей эмпирической формулой CnH2n. Родоначальником этого ряда

является углеводород этилен состава С2Н4,

этилену соответствует один одновалентный радикал СН2=СН—, называемый винилом.

мы можем вывести следующий гомолог этого ряда – пропилен состава

С3Н6, имеющий строение СН2=СН—СН3. (Его радикал СН2=СН—СН2— , называют аллил). Точно также, в результате замещения на метил водородных атомов пропилена можно вывести формулу следующего непредельного углеводорода С4Н8. Как и в предыдущем ряду, у непредельных углеводородов, начиная с гомологов, содержащих четыре углеродных атома, проявляется изомерия.

же числом углеродных атомов. Так, мы видели, что существует только

два изомерных предельных углеводорода состава С4Н10. Непредельных же углеводородов состава С4Н8 существует три. Строение их может быть выведено исходя их пропилена путем последовательной замены в его молекуле атомов водорода при различных углеродных атомах на метил.

углеродной цепи для них характерна изомерия положения двойной связи.
Для

высших гомологов этиленовых углеводородов различие в числе изомеров по сравнению с предельными углеводородами с тем же числом углеродных атомов еще больше.

изомерии, который связан с различием в пространственном строении некоторых молекул,

имеющих двойную связь.

атомами обе метильные группы могут располагаться в пространстве двояким способом:

по одну сторону плоскости двойной связи и по обе стороны от нее.

Поэтому строение молекул изомеров в пространстве зафиксировано
расстояние между метильными группами

в каждой из них различно, и, следовательно, размеры этих молекул неодинаковы.
Такое различие в пространственном строении приводит к различию в свойствах

атомов, соединенных двойной связью, называется цис–транс изомерией, а соответствующие изомеры

- цис–транс изомерами.
Те из них, в которых различные группы атомов расположены по одну сторону плоскости двойной связи, называются цис-изомерами, а те, в которых группы атомов направлены в разные стороны, - транс-изомерами.

с тем же числом углеродных атомов путем замены родового окончания

– ан на окончание – илен. Например, этан – этилен, пропан – пропилен, изобутан – изобутилен, и т.д. Только углеводороды С5Н10, как исключение, называют амиленами.

температуры плавления гомологов этилена нормального строения возрастают по мере увеличения

в их составе числа углеродных атомов. Первые три члена ряда (С2-С4)- газы, начиная с амиленов и кончая углеводородами С16Н32 – жидкости, высшие этиленовые углеводороды – твердые тела.

этилена характерны разнообразные реакции присоединения по месту двойной связи; при

этом они значительно легче вступают во взаимодействие с различными реагентами.
Все специфические особенности этиленовых углеводородов определяются характером двойной связи. Казалось бы, что двойная связь должна быть прочнее простой; на самом же деле она легко разрывается и превращается в простую (чем и обусловлены реакции присоединения). При определенных условиях молекулы непредельных соединений распадаются с разрывом углеродной цепи именно по месту двойной связи.

электронов весьма лабильна и осуществляемая ею связь в значительно большей

мере, чем простая связь, подвергается поляризации.
Поэтому именно атомы, соединенные двойной связью, наиболее реакционноспособны и проявляют ненасыщенность, т.е. присоединяют к себе атомы или атомные группы реагента.

присутствии катализаторов (Ni, Pt) атомы водорода легко присоединяются к углеродным

атомам, соединенным двойной связью, которая при этом разрывается и на ее месте сохраняется простая связь

важный способ получения углеводородов ряда метана.
Присоединение водорода по месту

кратных связей вообще имеет большое практическое значение для превращения непредельных соединений различных классов в предельные. Так, гидрирование применяют в промышленности при получении твердых жиров из жидких растительных масел.

присоединения их по месту двойной связи образуются дигалогенпроизводные предельных углеводородов

с атомами галогена при соседних углеродных атомах.

реакция присоединения, но образуются моногалогенпроизводные предельных углеводородов

с водой, но при нагревании в присутствии катализаторов (хлористый цинк,

серная кислота) элементы воды (водород и гидроксил) присоединяются к углеродным атомам по месту двойной связи с образованием спиртов

редко. Иногда низшие олефины в небольших количествах растворены в нефти

и входят в состав попутного нефтяного газа. Лишь в некоторых месторождениях нефть содержит значительные количества высших олефинов (например, канадская нефть). Довольно много этиленовых углеводородов получается при крекинге и пиролизе углеводородов нефти и содержатся в крекинг-бензинах. Важным источником этилена, пропилена и бутиленов служат получающиеся при этом газы (газы крекинга); в таблице приведены данные о содержании в них непредельных углеводородов в зависимости от вида переработки нефтепродуктов.

открытой цепью углеродных атомов, в молекулах которых имеются две двойные

связи. Состав этих углеводородов может быть выражен формулой СnH2n-2.

пользуясь принципами международной заместительной номенклатуры для алкенов, с той лишь

разницей, что в наименовании перед окончанием – ен, обозначающим двойную связь, ставят греческое числительное –ди, так образуется родовое для этих углеводородов окончание – диен (отсюда и название диеновые). Перед названием основы (т.е. главной цепи, включающей обе двойные связи) ставят цифры, обозначающие номера углеродных атомов, за которыми следуют двойные связи. Отдельные представители имеют также и тривиальные названия.

К каждому углеводороду С5 и больше напишите по 2 изомера

не разделены простыми связями, называют углеводородами с кумулированными двойными связями.

Например:
1 2 3
СН2=С=СН2 1,2-пропадиен (аллен)

или более простыми связями, называются углеводородами с изолированными двойными связями.

разделены одной простой связью. Такие углеводороды называют углеводородами с сопряженными

двойными связями. Простейшим представителем является 1,3-бутадиен

углеводородами называют ненасыщенные углеводороды, в молекулах которых имеется тройная связь,

т.е. группировка —СС—.

может быть выражен общей эмпирической формулой СnH2n-2. Простейшим членом этого

ряда является углеводород ацетилен состава С2Н2, строение которого выражают структурная и упрощенная структурная формулы:
Н—СС—Н и СНСН
Гомологи ацетилена можно рассматривать как его производные, образовавшиеся в результате замещения одного или обоих атомов водорода в молекуле ацетилена на углеводородные радикалы.

геометрия тройной связи делает невозможной цис- и транс-изомерию алкинов.)
В

соединениях первого типа при углероде с тройной связью имеется водород, в соединения второго типа при атомах углерода с тройной связью водорода нет. Изомерия ацетиленовых углеводородов, так же как и этиленовых, обусловлена изомерией углеродного скелета и изомерией положения кратной связи. Интересно отметить, что общая формула состава ацетиленовых углеводородов СnH2n-2 аналогична общей формуле состава диеновых углеводородов. Иначе говоря, непредельные углеводороды с двумя двойными связями изомерны непредельным углеводородам с одной тройной связью.

же, как предельные, с той лишь разницей, что наличие тройной

связи обозначают путем замены в заместительном названии предельного углеводорода окончания –ан на –ин. Поэтому углеводороды с тройной связью по международной номенклатуре объединяют общим названием – алкины. Перед основой названия ставят цифру, соответствующую номеру углеродного атома главной цепи молекулы, за которым следует тройная связь. Принцип выбора главной цепи и нумерации атомов такой же, как в случае этиленовых углеводородов. Таким образом, ацетиленовые углеводороды, формулы которых написаны выше, называют так: (1)- 1-бутин и (2) – 2-бутин.

каждому углеводороду С5 и больше напишите по 2 изомера

гомологических рядах ацетиленовых углеводородов по мере возрастания числа атомов углерода

в их молекулах аналогичны тем зависимостям, которые наблюдаются в рядах предельных и этиленовых углеводородов. Простейшие гомологи нормального строения до С5Н8 – газы, от С5Н8 до С16Н30 – жидкости, высшие ацетиленовые углеводороды – твердые тела. Все эти соединения бесцветны.

по месту кратной связи, в данном случае тройной.
Тройная связь, так

же как и двойная, по характеру отличается от простой связи. Она осуществляется тремя парами обобщенных электронов. Из них, как и в случае двойной связи, одна пара осуществляет простую связь (-связь), а две другие электронные пары находятся в особом состоянии (-связи); осуществляемые ими связи проявляют повышенную склонность к поляризации. Этим обуславливаются реакции присоединения по месту тройной связи. Последние идут ступенчато: вначале тройная связь разрывается в двойную, и образуются производные этиленовых углеводородов. Затем разрывается и двойная связь, превращаясь в простую с образованием производных предельных углеводородов. При энергичном химическом воздействии возможен распад молекул с разрывом углеродной цепи по месту тройной связи.

водород присоединяется по месту тройной связи. При этом вначале образуется

этиленовый, а затем предельный углеводород

месту тройной связи; вначале присоединяется одна молекула, а затем может

присоединиться и вторая. Наиболее удобна реакция с бромом; как и в случае этиленовых углеводородов, она может быть использована как качественная реакция на тройную связь; в результате реакции бурая окраска брома или его растворов исчезае

последнему может присоединиться еще одна молекула галогеноводорода, причем реакция в

этом случае протекает по правилу Марковникова: водород может присоединяется к углероду с большим числом водородных атомов, и в результате образуется дигалогенпроизводное предельного углеводорода, в котором оба атома галогена стоят при одном том же углеродом атоме

Кучеровым. Под действием солей окисной ртути в сернокислом растворе по

месту тройной связи присоединяется одна молекула воды

в которых гидроксильная группа расположена при углероде с двойной связью.

Такие соединения неустойчивы и в свободном виде не существуют, т.к. в момент образования в их молекулах происходит перегруппировка: водород гидроксильной группы перемещается к соседнему углеродному атому, этиленовая связь разрывается и возникает двойная связь между углеродом и кислородом (правило Эльтекова)

металл
Все рассмотренные до сих пор реакции ацетиленовых углеводородов аналогичны

реакциям углеводородов ряда этилена. Отличительной особенностью ацетиленовых углеводородов является подвижность атомов водорода, соединенных с углеродными атомами при тройной связи. Под влиянием последней атомы водорода в присутствии сильного основания (амида натрия NaNH2,металлоорганического соединения, иногда концентрированных растворов щелочей) проявляют способность замещаться на металл. При этом образуется металлические производные – ацетилениды

катализаторов (Х=ОН, ОС2Н5, NH2)

с оттянутым концом.

неочищенный ацетилен, полученный из карбида кальция, содержит вредные, неприятно пахнущие

примеси.
В пробирку помещают маленький кусочек карбида кальция СаС2, добавляют 2 капли воды и закрывают пробирку пробкой с газоотводной трубкой, имеющей оттянутый конец. В пробирке бурно выделяется газообразный ацетилен.

пламенем. Реакция взаимодействия карбида кальция с водой экзотермична.

в промышленности
Ароматические углеводороды, их применение, физико-химические и пожаровзрывоопасные свойства.
Современное

представление о строении молекулы бензола. Гомологический ряд бензола, номенклатура, изомерия. Токсичность аренов.