1

​

Вуглеводні. Будова. Властивості.�Реакційна здатність вуглеводнів� (алкани, циклоалкани, алкени, алкадієни, алкіни)

​

доц., к.х.н. Л.М.Пономарьова

Вуглеводні: аліфатичні та аліциклічні

Назва класу

вуглеводню

Загальна

формула

Тип гібридизації

атома Карбону

Основний

тип реакції

Особливості

будови, закінчення

в назві

Алкани

Алкени

Алкадієни

Алкіни

Цикло-

алкани

С_nН_2n

С_nН_2n-2

С_nН_2n-2

С_nН_2n

С_nН_2n+2

sp³, тетраедр,

∠109⁰28^/

sp², площинна,

∠120⁰

sp², площинна,

∠120⁰

sp, лінійна,

∠180⁰

sp³, тетраедр,

∠ 109⁰28^/

Усі σ(С-С)

- ан

1 С=С, 1π,

усі інші σ;

- ен

2 С=С, 2π,

усі інші σ;

- дієн

1 С≡С, 2π,

усі інші σ;

- ин (-ін)

Атоми С

замкнуті в цикл,

Цикло -ан

S_R; крекінг

ізомеризація,

окислення

A_E;

полімеризація,

окислення

1,2- та 1,4 A_E;

полімеризація,

окислення

A_E;

полімеризація,

СН-кислотні власт.

окислення

S_R;

приєднання

окислення

Насичені вуглеводні

​

Алкани

Вуглеводні: номенклатура та ізомерія

3,5-диметил-3-етил-октан

метилетилізопропілметан

(2,3-диметилпентан)

Вуглеводні: номенклатура та ізомерія

2-етилпентен-1

пентадієн-1,3

2-метилбутадієн

(ізопрен)

етеніл

(вініл)

2-пропеніл

(аліл)

Вуглеводні: номенклатура та ізомерія

3-метилбутин-1

1-фенілпропін

(метилфенілацетилен)

етиніл

пропаргіл

Вуглеводні: номенклатура та ізомерія

Структурна ізомерія

С₅Н₁₂

пентан�Т_кип= 36.2°С

2-метилбутан�Т_кип= 28°С

2,2-диметилпропан�Т_кип= 9.5°С

Алкани. Номенклатура

11

2,2,4-триметилпентан

Первинний

Вторинний

Третинний

Четвертинний

Вуглеводні: номенклатура та ізомерія

Структурна ізомерія

Ізомерія карбонового ланцюга

Ізомерія положення подвійного зв’язка

Вуглеводні: номенклатура та ізомерія

Просторова

ізомерія

цис-бутен-2

Т_кип=4°С

транс-бутен-2

Т_кип=1°С

Вуглеводні: номенклатура та ізомерія

(Е)-1-бром-1-нітро-

2-хлорпропен

(Z)-1-бром-1-нітро-

2-хлорпропен

3-метилбутин-1

пентин-1

пентин-2

Вуглеводні: номенклатура та ізомерія

Структурна ізомерія

Вуглеводні: будова молекул

Алкани

Алкени

Вуглеводні: будова молекул

Алкадієни

Вуглеводні: будова молекул

Алкіни

Методи одержання алканів

​

Лабораторні:

1.     Лужне плавлення (синтез Дюма)

RCOONa + NaOH R–H + Na₂CO₃

Наприклад, для одержання бутану потрібно взяти:

СН₃-СН₂-СН₂-СН₂-СООNa + NaOH

→ СН₃-СН₂-СН₂-СН₂–H + Na₂CO₃

2.     Гідроліз магнійорганічних сполук:

R-Mg-Hal + HOH → R–H + Mg(OH)Hal

Наприклад, для одержання бутану потрібно взяти:

СН₃-СН₂-СН₂-СН₂-Mg-Hal + HOH →

→ СН₃-СН₂-СН₂-СН₂–H + Mg(OH)Hal

​

Алканами називають аліфатичні вуглеводні, в молекулах яких атоми Карбону зв’язані простими ковалентими зв’язками.

​

4.     Реакція Кольбе (електроліз)

​

RCOONa ⇔ RCOO^– + Na⁺

RCOO^– – 1е → R^∙ + СО₂

R^∙ + R^∙ → R – R

Наприклад, для одержання гексану потрібно взяти:

​

СН₃-СН₂-СН₂-COONa ⇔ СН₃-СН₂-СН₂-COO^– + Na⁺

СН₃- СН₂-СН₂-COO^– – 1е → СН₃-СН₂-СН₂^∙ + СО₂

СН₃- СН₂-СН₂^∙ + СН₃-СН₂-СН₂^∙ →

СН₃-СН₂-СН₂–СН₂-СН₂-СН₃

​

Методи одержання алканів

3.     Реакція В’юрца–Шоригіна:

​

R–Hal + 2Na + Hal–R → 2NaHal + R–R

Механізм:

R–Hal + 2Na → R–Na + NaHal

RNa + Hal–R → NaHal + R–R

Наприклад, для одержання гексану потрібно взяти:

СН₃-СН₂-СН₂–Сl + 2Na + Сl–СН₂-СН₂-СН₃ → 2NaСl + СН₃-СН₂-СН₂–СН₂-СН₂-СН₃

Методи одержання алканів

​

5.     Гідрування алкенів та алкінів:

​

СН₃–С≡С–СН₃ + Н₂ СН₃–СН=СН–СН₃ + Н₂

СН₃–СН₂–СН₂–СН₃

6. Крекінг алканів – одержання алкенів та алканів:

​

C₂₀H₄₂ C₁₀H₂₀ + C₁₀H₂₂

 7. Одержання метану:

Al₄C₃ + 12HCl → 4AlCl₃ + 3CH₄

​

​

​

Методи одержання алканів

Алкани. Хімічні властивості

23

Галогенування

Хімічні властивості: алкани

Галогенування

Алкани. Хімічні властивості

25

Галогенування (Механізм реакції)

Ініціювання

Збільшення ланцюга

Алкани. Хімічні властивості

26

Галогенування (Механізм реакції)

Обрив ланцюга

Алкани. Хімічні властивості

27

Галогенування (Механізм реакції)

1.Галогенування розпочинається тільки під дією ініціатора радикальних реакцій (УФ-світло, радикальні реагенти, нагрівання).

2. Реакційна здатність галогенів зменшується в ряді:

F₂ > Cl₂ > Br₂ > I₂

3. Галогенування під дією фтору і хлору може вийти з під контролю і набути взривного характеру.

Алкани. Хімічні властивості

28

Галогенування (Механізм реакції)

4. Реакційна здатність Гідрогену у третинного атома Карбону вища, ніж у вторинного, а вторинного вища, ніж у первинного.

376 кДж/моль

390 кДж/моль

415 кДж/моль

Алкани. Хімічні властивості

29

Сульфохлорування

С₁₀H₂₂ + SO₂ + Cl₂ → C₁₀H₂₁SO₂Cl + HCl

декан сульфохлорид

декану

​

C₁₀H₂₁SO₂Cl + 2NaOH → C₁₀H₂₁SO₃Na + NaCl + H₂O

алкілсульфонат

Хімічні властивості: алкани

Нітрування

Реакція М.І. Коновалова

Алкани. Хімічні властивості

31

Термічний розклад (Крекінг)

В.Г. Шухов (1891)

Температура – 470—650°С;

Тиск – 7 МПа

Алкани. Хімічні властивості

32

Ізомеризація

Алкани. Хімічні властивості

33

Окислення

Сильні окисники (KMnO₄, K₂Cr₂O₇ і ін.)

Велику групу циклоалканів складають біциклічні сполуки, які бувають з роз’єднаними циклами, з безпосередньо сполученими одинарними С–С або подвійними С=С-зв’язками, спірановими, містковими.

Класифікація

Циклоалкани

Структурна ізомерія залежить від величини циклу, природи зімісника, їх взаємного розташування і поділяється на такі види:

1.     Ізомерія розміру циклу:

2.     Ізомерія положення замісника:

3.     Ізомерія бічних ланцюгів:

4. Ізомерія за кількістю атомів Карбону в бічних замісниках:

На відміну від усіх інших циклоалканів, циклопропан має плоский вуглецевий скелет. В циклопропані наявне значне кутове напруження: кути 60° між прямими, що з’єднують ядра атомів Карбону, сильно відрізняються від тетраедричних, до того ж кути Н–С–Н складають 118°, що близько до тетраедричного стану атома Карбону. Для зняття кутового напруження гібридизовані орбіталі насправді перекриваються не по прямій, а дещо з відхиленням від неї. В результаті зв’язки С–С виявляються вигнутими, їх називають “банановими” зв’язками або τ-зв’язками:

Хімічні властивості циклоалканів:

реакції приєднання

Хімічні властивості: реакції приєднання

Хімічні властивості: реакції окиснення

Хімічні властивості: реакції заміщення

Ненасичені вуглеводні

Хімічні властивості: алкени, алкадієни та алкіни

Реакції електрофільного приєднання.

Правило Марковникова

Хімічні властивості: алкени, алкадієни та алкіни

Реакції електрофільного приєднання. Правило Марковнікова

Хімічні властивості: алкени, алкадієни та алкіни

Реакції електрофільного приєднання. Правило Марковнікова

Механізм реакції електрофільного приєднання А_Е

циклічний йон

бромонію

р_z-орбіталь

π-комплекс

Гідратація (реакція Кучерова)

Хімічні властивості алкінів

Реакции замещения алкинів

Утворення ацетиленидів

Хімічні властиості алкінів

Реакції окиснення та відновлення

Окиснння алкінів

Відновлення алкінів

Хімічні властивості алкінів

Димеризація, тримеризація та тетрамеризація

Дякую за увагу!