2. Изомерия

1. Структурная;

Структурная форма показывает последовательность соединения атомов. Изомерия цепи появляется, если два соединения построены с помощью различных цепей углеродных атомов. При этом они имеют одинаковые функциональные группы и принадлежат к одному гомологическому ряду.

Пример.

CH₃ – CH – CH₃

С₄Н₈ |

Бутан CH₃

2 метилпропан

2. Позиционная;

Молекулы различаются положением функциональных групп.

Примеры.

CH₃ – CH₂ – CH₂ – СH₂ОН CH₃ – CH – CH₂ – CH₃

и |

ОН

Сl Сl Cl

| Cl | |

Cl

|

Cl

ОРТО – МЕТА – ПАРА –

В случае позиционной изомерии изомеры могут принадлежать к различным гомологическим рядам, т.е. могут иметь различные функциональные группы.

Примеры.

1. Соединение C₂H₆О может быть как спиртом (C₂H₅ОН – этиловый спирт), так и простым эфиром (CH₃ – О – C₂H₆ – диметиловый эфир) .

2. А соединение с формулой C₃H₆О может быть представлен как пропаналь, так и как кетон.

(CH₃ – C – CH₃).

||

О

3. Таутомерия;

Два изомерных соединения могут существовать в динамическом равновесии друг с другом. Отличаются они положением атома водорода.

Кето-енольная таутомерия

Пример.

CH₃ – C – CH₃ ↔ CH₃ – C = CH₂

|| |

О ОН

4. Стереоизомерия.

Соединения имеют одинаковые молекулы и структурные формулы. Различаются они только положением связей в пространстве.

5. 4.1. Геометрическая

НООC COOH

C = C ЦИС–бутендионовая кислота

H H (малеиновая) (Тпл. = 135°С)

НООC H

C = C ТРАНС–бутендионовая кислота

H СООH (Фумаровая кислота. Ее кристаллы имеют фруктовый вкус)

(Тпл. = 287°С)

Невозможность вращения вокруг двойной связи приводит к появлению ЦИС – ТРАНС изомерии. Свойства двух таких соединений различны: растворимость, дипольные моменты, температура плавления.

Пример.

О

Н С H O

С О Н t = 160°C C – C

|| || O + Н₂О

С О C – C (ангидрид)

Н С H O

ОН

При нагревании 160°С малеиновая кислота образует ангидрид.

ТРАНС – кислота ангидрида при нагревании не дает.

0. 4.2. Конформационная;

Циклогексан может быть в виде:

CH₂ CH₂ CH₂ CH₂

CH₂

CH₂ – CH₂ и CH₂

CH₂ CH₂ CH₂ CH₂

«Ванна» «Кресло»

0. 4.3. Оптическая.

Оптическая активность – способность вращать плоскость поляризации плоско-поляризованного света. Положительным вращением считают вращение по часовой стрелке, а отрицательным – против.

Оптически активные вещества хиральны (их молекулы не имеют плоскости, оси и центра симметрии). Такие вещества образуют два типа молекул, которые относятся друг к другу как предмет и его зеркальное отображение. Эти молекулы называются энантиомерами.

Пример.

О

CH₃ – СН – C

| ОН 2(α)-гидрокси (окси) пропионовая кислота (молочная)

ОН (имеет 3 формы)

Молочная кислота является рацемической смесью, которая содержит оптически неактивные молекулы (число положительно направленных молекул равно числу отрицательно направленных), т.к. содержит эквимолярную смесь положительных и отрицательных энантиомеров (содержится в кислом молоке). Положительные энантиомеры есть только в живых тканях. Отрицательных энантиомеров в природе не существует. Все три формы молочной кислоты имеют одинаковые химические свойства, а положительно и отрицательно направленные – одинаковые физические свойства.

Задание.

Назовите соединение:

О О

С – СН – СН – НС

HО | | ОН

ОН ОН

Ответ: 2,3 дигидроксибутадионовая кислота (винная).

3. Алканы (СnH₂n+₂)

Нефть. Фракционная перегонка сырой нефти.

Сырая нефть состоит примерно из 150 соединений. Они плохо горят. Сырую нефть подвергают фракционной перегонке.

Название фракции	Температура кипения (°С)	Число атомов водорода	Использование
Газ	20	1-4	Топливо.
Пертолейный эфир	20-100	5-7	Растворители.
Бензин	35-205	5-12	Горючее для двигателей внутреннего сгорания.
Керосин	175-300	12-18	Горючее для реактивных двигателей.
Солярное масло (газойль)	200-400	14-25	Испаряется с трудом. Дизельные двигатели. Промышленные печи.
Смазочное масло	труднолетучее	20-34	Смазка.
Парафин	твердая часть, выделяющаяся из масел	25-40	Изоляция материалов в электротехнике. Применяют в медицине. Применят пищевой промышленности.
Битум	остаток	от 30	Покрытие дорог.

Из фракций перегонки нефти получают пластмассы, краски, растворители, резины, моющие и лекарственные средства и многое другое.

Физические свойства алканов:

1. Электроотрицательность;

Э.О. (С) = 2,5

Э.О. (Н) = 2,1

Следовательно, С^{δ –} ← Н^δ+

Имеют небольшой дипольный момент. Смещение электронной плотности к атому углерода. Из-за небольшого дипольного момента силы Ван-дер-Ваальса малы, и поэтому:

низшие алканы – газы;

с С₅ по С₁₇ – жидкости;

с С₁₈ и выше – твердые тела.

Линейные молекулы высших гомологов могут располагаться относительно друг друга так, что дипольные силы Ван-дер-Ваальса действуют по всей длине. А, следовательно, происходит сцепление молекул.

2. Алканы легче воды и с ней не взаимодействуют, т.к. не могут образовать водородные связи.

∆G > 0 – энергетически не выгодно.

Реакции

1. Горение;

СН₄↑ + 2О₂↑ → СО₂↑ + 2Н₂О + 890кДж

∆Н = – 890кДж/Моль

Жидкие алканы горят только в виде паров.

С₈Н₁₈ + 12,5О₂ → 8СО₂ + 9Н₂О

∆Н = – 5510кДж/Моль (эта реакция протекает в двигателе внутреннего сгорания)

При недостатки кислорода вместо углекислого газа (СО₂) выделяется угарный газ (СО). Атомы угарного газа, соединяясь с гемоглобином крови (красные кровяные тельца), образуют стабильный комплекс карбоксигемоглобина. В результате чего, гемоглобин перестает переносить кислород.

В двигателях внутреннего сгорания сжатие воздушной смеси может привести к детонации. По этой причине используют топливо с антидетонационными свойствами, т.е. изооктан (2,2,4 триметилпентан).

СН₃ СН₃

| | (октановое число = 100)

СН₃ – С – СН₂ – СН – СН₃

|

СН₃

У гептана октановое число = 0, так как он легко воспламеняется.

Октановое число бензина получают, сравнивая его антидетонационные свойства со свойствами смеси изооктан + гептан.

Если значение октанового числа 95, то это означает, что антидетонационные свойства такие же как у смеси из 95% изооктана и 5% гептана.

2) Крекинг;

Крекинг – расщепление высших алканов в низшие, при высокой температуре.

450°С

Al₂O₃ или SiO₂

2СН₃ – СН₂ – СН₃ СН₄ + СН₃ – СН = СН₂ + С₂Н₄ + Н₂↑

3) Алкилирование;

Алкилирование применяют для получения разветвленных алканов.

СН₃ – СН = СН – СН₂ – СН₃ + СН₃ – СН – СН₃ → СН₃ – СН₂ – СН – СН₂ – СН₃

| |

СН₃ СН₃ – С – СН₃

|

СН₃

2,2-диметил 3-этил пентан

4) Риформинг;

Риформинг – превращение алканов в ароматические соединения.

500°С, 40атм.

С₆Н₁₄ Al₄O₃ С₆Н₆ + 4Н₂

Если в качестве катализатора используют платину, тогда этот процесс называют платформингом.

Pt

СН₃ – (СН₂)₅ – СН₃ С₆Н₅ – СН₃ + 4Н₂

5) Галогенирование;

Данная реакция является цепной и фотохимической.

hν

С₆Н₁₄ + Br₂ С₆Н₁₃Br + HBr

Любая химическая реакция состоит из трех стадий:

1. Инициирование;

Под действием света молекула галогена распадается на два радикала.

hν

Br₂ 2Br •

2. Рост цепи;

hν

hν

С₆Н₁₄ + Br• С₆Н₁₃Br + H•

С₆Н₁₄ + Br• С₆Н₁₃ • + HBr

3. Обрыв цепи.

Взаимодействие двух радикалов.

hν

С₆Н₁₃ • + Н• С₆Н₁₄

6) Нитрование;

kat, 400°C

С₂Н₆ + HNO₃ С₂Н₅NO₂ + H₂O