Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

ЕЛЕКТРОННА ТА ПРОСТОРОВА БУДОВА АЛКАНІВ



За теорією ковалентного зв'язку та електронної будови атомів Карбону і Гідрогену електронні формули молекул метану та етану можна зобразити так:

Н

•О + 4Н-
->► Н—С—Н І н
н

Н -►Н-С-Н-Н

Н Н Н-С-С- Н Н

н

н
2 О + 6Н-

І

-*• н—с—с—н

І І

Н н

Збуджений атом Карбону бере участь в утворенні 4-х ковалент­них зв'язків. Усі зв'язки в молекулі метану рівноцінні: мають од­накову довжину, енергію і симетрично напрямлені в просторі. Рів­ноцінність хімічних зв'язків можна пояснити, звернувшись до гібридизації атомних орбіталей (розд. 3.2.1).

Н (0,154 нм)

Молекула метану має тетраедричну конфігурацію; електронні хмари атома Карбону знаходяться в 5р3-гібридизованому стані. Валентні кути між зв'зками дорівнюють 109°28' (тетраедричний кут) (рис. 8.1).

а б Н

Рис. 8.1. Схема будови молекул насичених вуглеводнів: а — утворення ст-зв'язків у молекулах метану і етану; б — геометрія молекули етану

З Органічна хімія


 
 

Вуглеводні.Глава 8

Відстань між атомами Карбону в алканах дорівнює 0,154 нм. Навколо зв'язків С—С в молекулах алканів відбувається обертан­ня, в результаті якого молекула може набувати різних просторо­вих форм — конформацій.

На підставі даних рентгеноструктур-ного аналізу встановлено, що алкани нор­мальної (нерозгалуженої) будови в крис­талічному стані мають зигзагоподібну конформацію.

Рис. 8.2. Зигзагоподібна Така будова є для молекули найвигід-

конформація алканів нішою, оскільки в цьому випадку всі ато­ми Карбону відносно один одного пере­бувають у стані з найменшою енергією.

Тому, починаючи з пропану і в наступних вуглеводнях гомо­логічного ряду метану, атоми Карбону розміщені не вздовж пря­мої лінії, а зигзагоподібно. При цьому зберігаються тетраедрич­ний кут і відстань між ядрами атомів Карбону.

НОМЕНКЛАТУРА

Перші чотири члени гомологічного ряду алканів мають тривіаль­ні назви. Назви наступних вуглеводнів з нерозгалуженим ланцюгом утворюються від назв грецьких або латинських числівників, що вказують на кількість атомів Карбону в молекулі, з додаванням су­фікса -ан (табл. 8.1). Для позначення нерозгалуженого карбоново­го ланцюга до назви алканів додається префікс н-.

Н3С—СН2—СН2—СН2—СН3 або ./^"Х^Х.

и-пентан

У назвах алканів з розгалуженим ланцюгом, де дві метильні групи знаходяться на одному кінці карбонового ланцюга, який не має інших відгалужень, застосовується префікс ізо-. Якщо ж на кінці ланцюга є три метильні групи, до назви алкану вводиться префікс нео-:

1^

н3с

сн—сн2—сн2—сн3 н3с

ізогексан


Алкани ____________________________________ ________

------------------------------------------------------------------------------------------------- 67

СН3

І Н3С С СН2 СН3

СН3

неогексан

Назви алканів з розгалуженим ланцюгом утворюють за номен­клатурою ШРАС таким чином.

1. За основу назви беруть назву вуглеводню, якому відповідає
найдовший нерозгалужений ланцюг (головний ланцюг); якщо
у вуглеводні є декілька ланцюгів однакової довжини, то головним
з них вважається той, що має найбільшу кількість розгалужень:

сн3 , ........ сн3

І н3с—сн—сш~сн2—сн3 І н3с—сн—сн—сн2—сн31
н3с^сн-<:Нз] н3с—сн—сн3

головний ланцюг ланцюг не є головним

2. Нумерують атоми Карбону головного ланцюга, починаючи
з того кінця, до якого ближче розташований замісник; якщо
в молекулі алкану замісники розміщені на однаковій відстані від
обох кінців, починають нумерацію з того кінця, до якого ближче
знаходиться замісник з назвою, що стоїть в алфавітному порядку
раніше:

 

12 3 4 5

н,с—сн—сн,—сн,—сн,

СН3

2-метилпентан

 

12 3 4 5 6 7

Н3С СН2 СН—СН2—СН СН2—СН3
Н3С СН2 СН3

З-етил-5-метилгептан

Якщо ж на однаковій відстані від обох кінців головного лан­цюга розміщені однакові замісники, але з одного боку розгалу­жень більше, ніж з іншого, то нумерацію починають з того кінця, де більша кількість замісників:


Вуглеводні. Глава 8


 
 

СН3 1 І2 З Н3С—С—СН2 сн3
5 6 -СН—СН3 СН,

-СН,

2,2,5-триметилгексан

 

-сн-
2 1 -СН—СН,
н,с-
-сн- I СН,

-сн2-

СН, СН,

2,3,5-триметилгексан

3. Повну назву сполуки складають так:

Спочатку перелічують в алфавітному порядку назви замісни­ків, указуючи цифру (локант), що відповідає положенню кожного замісника в головному карбоновому ланцюзі. Якщо вуглеводень містить декілька однакових замісників, то їх кількість позначають множними префіксами ди- (ді-), три-, тетра- тощо, а положення кожного з них у головному ланцюзі — зазвичай цифрами. Потім називають вуглеводень, якому відповідає головний карбоновий ланцюг у сполуці, що розглядається.

Замісниками при головному карбоновому ланцюзі в алканах є одновалентні залишки алканів, так звані алкільні групи, або шкіль­ні радикали, їх позначають Аік або К (табл. 2.4.). Назви алкільних груп утворюють від назв відповідних алканів, замінюючи суфікс -ан на -іл (-ил). Нижче наведено алкільні радикали, їх скорочені назви та просторову будову, які найчастіше зустрічаються в хіміч­ній літературі:

Н3С СН2 СН2

Н3С— Н3С—СН2

 

етил (Еі)
к-пропіл (Рг)
н,с

Н,С

\ СН—СН,
\
сн—
Н3С—СН2—СН2-

метил (Ме)

/ н,с
У
Н3С

 
и-бутил (Ви)

/зо-пропіл (/-Рг) «0-бутил (/-Ви)

-сн2

 


 

Н3С—СН2

Сн-

/

Н3С

втор-бутп (лес-Ви) трет-бутп (/-Ви)

У наведених назвах префікси втор- (вторинний) і треш- (тре­тинний) указують на атом Карбону з вільною валентністю.

Для утворення назв складних розгалужених радикалів вдають­ся до нумерації карбонового ланцюга радикалу, причому почина­ють нумерацію завжди з атома Карбону, який має вільну валент­ність:

5 4 3 2 1

Н,С СН- СН СН,—СН,—

II

СНз СНз

3,4-диметилпентил

Назви залишків молекул алканів, які мають дві вільні валент­ності, утворюють від назв відповідних алканів шляхом заміни су­фікса -ан на -ілен {-илен), якщо вільні валентності знаходяться біля різних атомів Карбону:

СН2— —СН2 СН2 СН2 СН2 СН2

метилен етилен триметилен

Зважаючи на розглянуті правила складання назв алканів за за-місниковою номенклатурою ШРАС, нижченаведені вуглеводні слід називати так:

Н3С СН3
СН3 СН СН3

4 3 І2 1 1 2 ІЗ 4 5| 6 7 8

Н3С—СН2—С—СН3 Н3С—СН—СН—СН2—С—СН2—СН2—СН3

СНз СНз СН2 СНз

2,2-диметилбутан 5-етил-3-ізопропіл-2,5-диметилоктан

За раціональною номенклатурою алкани розглядають як похідні першого представника цього гомологічного ряду — метану (див. розд. 2.2).



Вуглеводні. Глава 8


Алкани



 


8.3. ІЗОМЕРІЯ

Алканам властива структурна і конформаційна ізомерія.

н3с—сн2-

Структурна ізомеріяалканів зумовлена різною послідовністю зв'язування атомів Карбону в молекулі (ізомерія ланцюга). Вона можлива, починаючи з бутану, який має два структурні ізомери: я-бутан та ізобутан. Пентан С5Н12 має три ізомери:

СН3(СН2)зСН3

-сн,—сн,—сн,

Н3С

я-лентан

Н3С

\ сн

СН-СН2-СН3 (СН3)2СНС2Н5 \ґ* 3 (СНз)4С

Н3С
_/

7 ч р н,с V

ізопентан, 2-метилбутан неопентан, 2,2-диметилпропан

Зі збільшенням кількості атомів Карбону в молекулі алкану кіль­кість структурних ізомерів швидко зростає. Так, гексан С6Н12 має 5 ізомерів, гептан С7Н16 — 9, октан С8Н]8 — 18, декан С10Н22 — 75, ейкозан С20Н42 — 366319.

Конформаційна (поворотна)ізомерія алканів зумовлена обер­танням окремих фрагментів молекули навколо одинарних С—С зв'язків, при цьому довжини зв'язків, валентні кути не змінюють­ся. Унаслідок обертання молекула може набувати різних просто­рових форм, або конформацій. Наприклад, молекула етану вна­слідок обертання навколо зв'язку С—С може набувати нескінченної множини конформацій, кожна з яких характеризується певним значенням потенційної енергії. Дві крайні конформації називають заслоненою і загальмованою.

 

Для зображення конформацій на площині користуються фор­мулою Ньюмена і перспективними формулами:

нн

Н

Н
Н
н н
н
н н заслонена конформація етану
н н
 

Н Н

н
н н
загальмована конформація етану

н


У заслоненій конформації етану атоми Гідрогену метальних груп, якщо дивитися вздовж зв'язку С—С, розташовані один за одним. У загальмованій — атоми Гідрогену однієї метальної групи максимально віддалені від атомів Гідрогену другої. Між заслоне­ною і загальмованою конформаціями молекула в процесі обертан­ня набуває множини скошених конформацій. Максимальну потен­ційну енергію має заслонена конформація.

Енергетична нерівноцінність різних конформацій пояснюєть­ся існуванням у молекулі так званого торсійного напруження (на­пруження Пітцера), яке зумовлене взаємодією (відштовхуванням) електронних хмар супротивних зв'язків С—Н. У заслоненій кон­формації супротивні зв'язки максимально наближені, тому взає­модія між ними найбільша. З віддаленням супротивних зв'язків торсійне напруження зменшується і стає мінімальним у загальмо­ваній конформації. Різниця енергій заслоненої і загальмованої конформацій називається енергетичним бар'єром обертання. Для етану він низький (=12 кДж/моль) і легко переборюється молеку­лою при звичайних температурах за рахунок енергії теплового руху. Однак у кожен момент часу більша частина молекул представлена найбільш енергетично вигідною конформацією. Унаслідок такого низького енергетичного бар'єра виділити ці ізомери неможливо.

І

Конформації з найменшим запасом енергії називаються конформерами, або конформаційними (поворотними) ізо­мерами.

СПОСОБИ ДОБУВАННЯ

8.4.1. ПРИРОДНІ ДЖЕРЕЛА

Основні природні джерела алканів — нафта і природний газ. Нафта — це складна суміш органічних сполук, основними компо­нентами якої є нерозгалужені та розгалужені алкани. Природний газ складається з газоподібних алканів — переважно метану (до 95 %), етану, пропану і бутану.

Для одержання з нафти суміші алканів та інших вуглеводнів її піддають фракційній перегонці. Шляхом перегонки одержують де­кілька фракцій: петролейний етер, бензин, гас (керосин), дизель­не паливо, мазут. Кожна зних — це суміш вуглеводнів, які кип­лять у певному інтервалі температур (табл. 8.2).


Вуглеводні. Глава 8


Алкани



 


Таблиця 8.2 Фракції, якіодержують перегонкою нафти

 

Фракція Температура кипіння, °С Суміш алканів з кількістю атомів Карбону
Петролейний етер Бензин Гас Дизельне паливо Мазут 20-60 60-180 180-230 230-300 Понад 300 ^5, С6 Сц> С12 С13—С17 С18 і вище

З мазуту перегонкою під вакуумом або з водяною парою одер­жують солярове масло (вуглеводні С!8 — С25), мастила (вуглеводні С28 — С38), вазелінта парафін.Подальшою перегонкою фракцій нафти можна здобути індивідуальні алкани.

Природний газ розділяють на складові компоненти шляхом зрідження з подальшою фракційною перегонкою.

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.