II УГЛЕВОДОРОДЫ алканы циклоалканы алкены алкины 2 1

II. УГЛЕВОДОРОДЫ (алканы, циклоалканы, алкены, алкины) 2. 1. Алканы Общая формула Сn. H 2 n+2 Число С-атомов Название 1 метан 2 этан 3 пропан 4 бутан 5 пентан 6 гексан 7 гептан 8 октан Строение ГОМОЛОГИЧЕСКИЙ РЯД – это ряд соединений с одинаковыми ФГ и однотипным строением.

СТРОЕНИЕ МЕТАНА Валентность С равна 4 sp 3 - гибридизация

СТРОЕНИЕ ЭТАНА

КОНФОРМАЦИИ Конформационным изомерами называются стереоизомеры, различия между которыми вызвано поворотом отдельных участков молекулы вокруг -связей. этан H взгляд ПРОЕКЦИИ НЬЮМЕНА H H H заторможенная конформация = 60 o вращение H HH H H H заслоненная конформация = 0 o Конформационные изомеры нельзя выделить в индивидуальном состоянии.

КОНФОРМАЦИИ БУТАНА = 0 o = 60 o заслоненная скошенная (гош) конформация CH CH 3 3 H H CH 3 CH H 3 H H H = 120 o частично заслоненная конформация CH H 3 CH 3 H H H = 180 o заторможенная конформация CH 3 H H CH 3

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛКАНОВ 1. Гетеролитический разрыв связи G = 314 ккал/моль 2. Гомолитический разрыв связи G = 100 ккал/моль

РАДИКАЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ ГАЛОГЕНИРОВАНИЯ АЛКАНОВ свет или tо SR

Свободнорадикальный механизм реакции моногалогенирования метана: 1. 2. свет или tо - инициирование - рост цепи 3. - обрыв цепи

Характеристики связей С-С и С-Н для гомологов метана связь Длина связи l, нм Энергия связи E, к. Дж/моль С–С 0, 154 344 С–Н 0, 112 414

H, ккал/моль со взрывом в темноте СH 4 + F 2 CH 3 F + HF - 101 СH 4 + Cl 2 CH 3 Cl + HCl - 24 со взрывом при освещении СH 4 + Br 2 CH 3 Br + HBr - 6 при нагревании СH 4 + I 2 CH 3 I + HI 13 не реагирует Реакционная способность Относительная активность галогенов в реакциях с алканами: F 2 Cl 2 Br 2 I 2

СЕЛЕКТИВНОСТЬ (ИЗБИРАТЕЛЬНОСТЬ) РЕАКЦИЙ ГАЛОГЕНИРОВАНИЯ вторичный атом С первичный атом С менее стабильный радикал 29% более стабильный радикал 71%

СТАБИЛЬНОСТЬ РАДИКАЛОВ > > >

2% 98%

Относительные скорости образования радикалов в результате хлорирования при комнатной температуре: Третичный 5. 0 Вторичный 3. 8 Первичный 1. 0 Относительные скорости образования радикалов в результате бромирования при 125 о. С: Третичный 1600 Вторичный 82 Первичный 1. 0

Образующиеся моногалогеналканы в условиях реакции могут подвергаться дальнейшему галогенированию. Пример: промышленно-важная реакция хлорирования метана: хлорметан свет или 200 о. С (хлороформ) трихлорметан дихлорметан тетрахлорметан

НАХОЖДЕНИЕ В ПРИРОДЕ 1. Метан содержится в атмосфере: Юпитера (0. 1%), Сатурна (0. 2%), Урана (1. 99%) Нептуна (1. 5%), Земли (0, 0001 %). Юпитер 2. Прироный газ – метан (75%), этан, пропан, бутан (25%). 3. Феромоны насекомых. 4. Нефть (алканы и циклоалканы).

Компоненты нефти разделяют фракционной перегонкой (ректификацией): С 1 – С 4 Природный газ С 5 – С 11 Газолин С 9 – С 16 Керосин (ракетные двигатели, сверхзвуковая авиация, фаер-шоу) С 15 – С 25 Дизельное топливо (солярка) ( ж/д, военный, с/х, грузовой, водный транспорт) Лубриканты, смазки Нагревательный элемент Нелетучий остаток – асфальт (дорожное покрытие, краски)

ЦИКЛОАЛКАНЫ Сn. H 2 n Используется для наркоза НОМЕНКЛАТУРА этилциклопентан 1 -циклопентилгексан 1 -метил-3 -этилциклогексан

Хризантемовая кислота Пире трум — род многолетних травянистых растений. Аминоциклопропан карбоновая кислота (не входит в состав белков, источник этилена в живых организмах) Хризантемовая кислота Природные пиретрины R 1 R 2 Пиретрин I Me CH=CH 2 Пиретрин II CO 2 Me CH=CH 2

СТРОЕНИЕ ЦИКЛОАЛКАНОВ Виды напряжений в циклоалканах, дестабилизирующие их структуру: 1. Угловое напряжение – угол между связями отличается от тетраэдрического 109. 5 о. 2. Торсионное напряжение – отталкивание электронов, образующих связи между ближайшими заместителями. 3. Пространственные напряжения – атомы или группы атомов находятся слишком близко друг к другу. циклопропан Плоский. Есть угловое и торсионное напряжения. С С Банановые связи

циклобутан циклопентан небольшое угловое напряжение циклогексан Нет углового напряжения, но есть торсионное кресло Увеличенное угловое напряжение компенсируется уменьшением торсионного Угол 111 о, нет напряжений.

Конформации циклогексана Торсионное напряжение, отталкивание между полукресло бушпритными атомами полукресло энергия H H ванна Твист (нет бушпритных взаимодействий) Кресло Твист Кресло

ЗАМЕЩЕННЫЕ ЦИКЛОГЕКСАНЫ: ИНВЕРСИЯ ЦИКЛА: H H CH 95% (e) 3 H H C H (a) 3 1, 3 -диаксиальные 5% взаимодействия энергетический барьер инверсии 7, 5 к. Дж/моль.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЦИКЛОАЛКАНОВ Реакции радикального замещения SR:

ИСКЛЮЧЕНИЕ: для циклопропана характерны реакции электрофильного присоединения. ПРИЧИНА: неполное перекрывание орбиталей, образующих С-С связи, слабые «банановые» связи.

Реакции гидрирования

Пространственная изомерия мезо Транс-