Alcani și alchene
Alcanii (limita saturate) naz.yut kotroye alifaticheskieuglevodorody în toate valențele atomilor de carbon nu cheltuite pentru formarea de legături simple, C-C sunt saturate cu atomi de hidrogen. Cel mai simplu reprezentant al alcani NE-Xia metan.
Ctroenie. Fiecare atom din alcani C este în sp starea 3 -hybridization și formează patru obligațiuni sigma C-C și C-H unghiuri care sunt egale cu 109 între 0 28'.Dlina legăturii C-C în alcani egală cu 0.154 nm. Formula generală a seriei omoloage de alcani C n H2N + 2
Alchene sunt numite hidrocarburi nesaturate ale căror molecule conțin o dublă legătură. Primul reprezentant al acestei clase - etilen CH2 = CH2. în legătură cu ceea ce se numește, de asemenea, hidrocarburi etilen alchene. Formula generală a seriei omoloage alchenelor CnH2n
Structura. Atomii de carbon la dubla legătură sunt în np 2 -hybridization. trei # 963; -bond formate orbitali hibride sunt dispuse într-un singur plan, la un unghi de 120 ° unul de altul. π-bond se formează la suprapunerea nonhybrid 2p orbitalii lor atomi de carbon vecin. În acest caz, p atomic orbitali se suprapun nu este în spațiul internucleară, dar în afara ei. O astfel de „lateral“ se suprapun mai puțin eficient decât axial, și, prin urmare, π-obligațiuni este mai puternică decât # 963; l - svyaz.Dopolnitelnoe doi atomi de carbon de legare tijă conduce la faptul că distanța scade între miezuri, în Deoarece legătura dublă este o combinație de # 963; - și tt-obligațiuni. Lungimea legăturii duble C = C a fost de 0.133 nm, care este substanțial mai mică decât o lungime legătură unică (0.154 nm). energie dublă legătură (606 kJ / mol) este mai mică decât de două ori energia de legătură unică (347 * 2 = 694 kJ / mol); acest lucru se datorează n-obligațiuni de energie mai mic.
În condiții normale, primii patru membri ai seriei omoloage alcanilor-cal (Ci-C4) - gaz este incolor și inodor. Alcani structura neramificat de la C5 la C17 - Nye lichid incolor, cu miros caracteristic de benzină. Alcani on-incepand cu C18. - solide albe uleioase la atingere. Deoarece numărul de atomi de carbon în catenă, e. cu creșterea greutății moleculare, în creștere ritm-peratura de fierbere alcani topire și densitate. Toate satureaza (benzen, tetrahlorme- tang)-prac insolubil în apă, vedere genetic, dar solubil în solvenți organici nepolari-TION. alcani lichide și solide sunt ușor miscibili unul cu altul.
În condiții normale, C2-C4 alchenelor - este o substanta de suflare-Nye este incolor și inodor, C5 -S15 - incolor evreu oase, începând cu C16 - solide. Reams nerastvo-alchenele în apă, dar poate fi dizolvat în solvent organic este Ras. alchene gazosi forma amestecuri explozive cu aerul. Comparativ cu alcanii având același număr de atomi de carbon, alchenele au puncte de topire și de fierbere ușor mai scăzute.
Noțiuni de bază. În industria alcani brilor sunt obținute din surse naturale - petrol și gaze naturale.
Cracare. Acest proces de obligațiuni de rupere homolitică C-C, care curge atunci când este încălzit organic ve există fără accesul aerului în prezența sau fără catalizator. Când crăparea alcani mai mari pauze de lanț de carbon în jumătate pentru a forma alchene alean și:
hexan propena propan
Metode de laborator. Condițiile Vlaboratornyh hidrocarburi pre-sensibile sintetizate în mai multe moduri. Ne concentrăm doar pe cele mai importante dintre ele.
reacția Wurtz. Când alcanii monogalogenzameschennyh încălzite cu sodiu metalic sau pulbere de zinc în alcani Luciano cu de două ori numărul de atomi de carbon. Doi radicali alchil, cum ar fi reticulate Xia între a pierde atomi de halogen sunt:
2-brompropan cu 2-brompropan 2,3-dimetilbutan
Spre deosebire de alcani, alchene în natură aproape nici o întâlnire sunt.
Metode industriale pentru etilenei semi-cheniya pe bază de conversie a hidrocarburilor alcanilor la alchene care utilizează surse naturale de hidrocarburi (în principal, de petrol și gaze naturale). Principala cale industrială cheniya semi-fisurării alcani alchene este inclusă în petrol și gaz asociate: t
Metode de laborator. Toate metodele de laborator cheniya semi-alchenele se bazează pe reacția de eliminare în co-toryh pe doi atomi de carbon adiacenți sunt clivate atomi înrudite sau grupe de atomi, ca urmare, datorită valențelor eliberat între atomul de carbon-E apare π-bond.
+ HCI CHCl3 + Cl2 → CCl4 (tetraclorură de carbon)
Nitrarea de Konovalov. Sub acțiunea alcanilor acid azotic diluat la 140 ° C și o mică PRESIUNE-NII curge reacție de substituție radicală:
Cracare. Proprietățile chimice ale alcanilor fi transportate whith fisurarea lor, discutat mai sus ca metodă de obținere a hidrocarburilor saturate și nesaturate.
Luați în considerare exemple specifice de reacții de adiție.
1) Gidrogapogenirovanie. În reacția alchenelor cu halogenuri de hidrogen (HCl, HBr) halogenuri formate:
în prezența unei molecule polare organic peroxid-etnic HX reacționează cu alchene nu regula lui markovnikov:
Acest lucru se datorează faptului că prezența peroxidului-cauze de la nivel local, mai degrabă decât mecanismul de reacție de ioni.
2) hidratare. În reacția alchenelor cu apă în prezența acizilor minerali (sulfuric, fosforic) se formează alcooli. -Mină acid sectorial acționează drept catalizatori și sunt o sursă de protoni. Aderarea apă, de asemenea, merge mai departe la regula lui markovnikov:
Halogenarea. Alchene decolorează apă de brom:
Această reacție este de o calitate la o legătură dublă.
4) hidrogenare. adăugarea de hidrogen în prezența Me CAT:
5) Polimerizarea alchenelor și a derivaților acestora, în prezența a fluxurilor acru prin mecanism AE:
unde R - N, CH, CI, C 6 H5, etc. Molecule CH2 = CHR numit rom monom, compusul rezultat - polimer, numărul n - gradul de polimerizare.
Polimerizare diverși derivați de alchene oferă produse valoroase industriale: polietilenă, polipropilenă, altele de policlorură de vinil (vezi Sec 32..).
Creșterea în continuare a alchenelor este caracterizată printr-o reacție de oxidare. La oxidarea ușoară a alchenelor cu soluție apoasă de permanganat de potasiu (reacție Wagner) format alcooli dihidroxilici:
Ca rezultat al acestei soluții purpuriu reacție de permanganat de potasiu și scade rapid decolorate precipitat brun de oxid de mangan (IV). Această reacție, ca și reacția decolorarea apei de brom este de calitate, la o dublă legătură. Când oxidarea alchenelor tare soluție de permanganat de potasiu de fierbere într-un mediu acid PROIS merge full-gap a legăturii duble pentru a forma cetone, acizi carboxilici sau CO2. de exemplu:
6.Elektronnoe structura benzenului. Valoarea deschisă „proprietăți aromatice“ pe termen lung.
Proprietățile chimice ale benzenului. reacții SE mecanism.
compuși carbociclici aromaticitate.
Sub aromaticitate înțeleg abilitatea anumitor compuși continuu fitinguri ușor intră în reacții de substituție, mai degrabă decât la conexiune și la acțiunea agenților oxidanți, stabilitatea temperaturii, și așa mai departe. N. Acest concept a fost format ca urmare a studierii proprietăților compușilor, un număr de benzen, în special compoziții de hidrocarburi Cn H2N-6. care, în ciuda nesaturarea formale sunt supuse reacțiilor de substituție ușor și rezistent față de oxizi-divisor.
Cel mai important reprezentant al hidrocarburilor aromatice NE-C6 H6 benzen doresc să instituie. molecula benzenului conține șase atomi de carbon și șase atomi de hidrogen care formează un ciclu cu șase atomi. molecula benzenului este reprezentat de obicei prin formula următoare (Kekule 1858): Dar această formulă, care corespunde compoziției elementare de benzen, nu îndeplinește multe dintre caracteristicile sale:
benzen nu dă reacții calitative nesaturare;
benzen reacție de substituție tipică, în loc de îmbinare;
formula Kekule nu este în măsură să explice egalitatea distanțelor dintre atomii de carbon care are loc în moleculă benzen reală.
Pentru a ieși din această dificultate, Kekule a admis că benzen este o mișcare continuă a legăturilor duble.
In prezent, nu există o metodă uniformă de reprezentare grafică a moleculei de benzen având în vedere proprietățile sale reale. Dar, pentru a sublinia densitatea uniformitate-electroni în molecula de benzen, recurg la următoarele formule:
Proprietățile chimice ale benzenului. 1. Halogenarea. Benzenul nu reacționează cu clor sau brom, în condiții normale. Reacția poate avea loc numai în prezența catalizatorului - AICI3 anhidru. FeSl3. AlVr3. Reacția conduce la arena halogenat:
Rolul catalizatorului este într-o polarizare molecule neutre cu halogen, pentru a forma un particule electrofili din acestea:
2. Nitrarea. Benzenul reacționează foarte lent cu acid azotic concentrat, chiar și cu încălzire puternică. Cu toate acestea, deoarece amestecul de acțiune nazyvaemoynitruyuschey (un amestec de acid azotic concentrat și acid sulfuric) reacția de nitrare este destul de ușor:
3. Sulfirovanie. Reacția are loc imediat sub „fumans“ acid sulfuric (oleum):
4. Alkilirovaniepo Friedel-Crafts. Reacția are loc în administrarea benzenului inel o grupare alchil pentru a produce omologi de benzen. Reacția are loc sub acțiunea halogenclorură benzen RSL în prezența catalizatorilor - halogenuri de aluminiu. catalizator se reduce la o polarizare molecule RSL pentru a forma un particule electrofili:
În funcție de structura radicalului în halogenclorură pot obține diferite Omologii de benzen:
5. Alchilarea alchene. Aceste reacții sunt utilizate pe scară largă în industrie pentru producerea de etilbenzen și izopropilbenzenul (cumen). Alchilarea este efectuată în prezența unui catalizator de AlCl3. Mecanismul de reacție similar cu mecanismul reacției anterioare
Toate reacțiile de mai sus trece prin mecanismul de substituție electrofilă SE.
Reacțiile plus față de arene duce la distrugerea sistemului aromatic și necesită o mulțime de energie, astfel încât continua numai în condiții stricte.
6. Hidrogenarea. Reacția hidrogenului la arene merge la încălzire și presiune ridicată, în prezența catalizatorilor metalici (Ni, Pt, Pd). Benzenul este convertit în ciclohexan. Omologii benzen și - în derivații de ciclohexan:
7. halogenare radicală. Interacțiunea vaporilor benzenului cu clorul are loc printr-un mecanism radical numai sub influența radiațiilor ultraviolete extreme. Astfel, benzen se ataseaza trei molecule de clor și forme solide - hexaclorciclohexan (hexachloran) C6 H6 SL6:
8. Oxidarea cu oxigenul atmosferic. În ceea ce privește rezistența la acțiunea oxidantă benzen amintește alcani. Numai cu încălzire puternică (400 ° C) vapori de benzen cu oxigen, în prezența catalizatorului V2 O5 un amestec de acid maleic și anhidrida acestuia:
7.Vliyanie orientant I și II pe tipul reacțiilor de ES de curgere.
Efectul existent în substituentul inelul benzenic poate fi explicată în ceea ce privește efectele sale electronice. Pe această bază, substituenții pot fi împărțite în 3 grupe principale:
1. Substituenți accelerarea reacției în comparație cu benzen nesubstituit (activare) și ghidează substituția în orto, -p - poziția.
2. Substituenți întârzie reacția (dezactivare) și substituție ghidaje în poziția orto, -para-.
3. Substituenți întârzie reacția (dezactivare) și ghiduri de substituție la meta - poziția.
Substituenții menționați în paragrafele 1.2 (orto, para-orientant) substituenții sunt numite tip I-lea; menționat la punctul 3 (meta orientant) - un fel adjunct II-lea. Mai jos este o clasificare care apar frecvent în substituenții compatibili cu efectele lor electronice
Orientant I-st tip (orto, meta, para)
Orientant II-lea fel (meta)