- •Часть II
- •1. Введение
- •1.1. Многообразие углеводородов
- •1.2. Классификация углеводородов
- •2.1. Гомологический ряд алканов
- •2.2. Строение алканов
- •2.3. Изомерия алканов
- •2.3.1. Структурная изомерия алканов
- •2.3.2. Поворотная изомерия алканов
- •2.3.3. Зеркальная (оптическая) изомерия
- •2.4. Номенклатура
- •2.4.1. Радикалы в ряду алканов
- •2.4.2. Правила построения названий алканов по систематической международной номенклатуре июпак
- •2.4.3. Назовем соединение по номенклатуре июпак
- •2.5. Химические свойства алканов
- •2.5.1. Крекинг алканов
- •2.5.2. Изомеризация алканов
- •2.5.3. Дегидрирование алканов
- •2.5.4. Реакции окисления алканов
- •2.5.5. Реакции замещения
- •2.6. Галогеналканы
- •2.7. Получение алканов
- •2.8. Применение алканов
- •3.1. Изомерия циклоалканов
- •3.2. Свойства циклоалканов
- •3.3. Получение циклоалканов
- •I. Br2, h; II. Br2 (вода); III. HCl; IV. KMnO4 (водн. Р-р).
- •6. Какие соединения образуются при действии металлического натрия на следующие вещества:
- •4. Алкены
- •Vrml-модель (2 камеры, 109300 байт).
- •Vrml-модель (37448 байт)
- •4.2. Номенклатура алкенов
- •2 Атома с этан этен; 3 атома с пропан пропен и т.Д.
- •4.3. Изомерия алкенов
- •4.3.1. Структурная изомерия алкенов
- •4.3.2. Пространственная изомерия алкенов
- •Vrml-модель
- •4.4. Свойства алкенов
- •4.4.1 Реакции присоединения к алкенам
- •4.4.1.1. Гидрирование (присоединение водорода)
- •4.4.1.2. Галогенирование (присоединение галогенов)
- •4.4.1.3. Гидрогалогенирование (присоединение галогеноводородов)
- •4.4.1.5. Полимеризация алкенов
- •4.4.2. Реакции окисления алкенов
- •4.4.3. Изомеризация алкенов
- •4.5. Получение алкенов
- •4.6. Применение алкенов
- •4.7. Контрольные вопросы
- •1. Какие модели соответствуют молекулам алкенов?
- •Тройная связь в ацетилене
- •6.2. Номенклатура алкинов
- •6.3. Изомерия алкинов
- •6.4. Свойства алкинов
- •6.4.2. Образование солей
- •6.4.3. Окисление алкинов
- •6.5. Получение алкинов
- •7.1. Строение бензола
- •Cтроение бензола
- •7.2. Гомологи бензола. Номенклатура и изомерия
- •7.3. Свойства аренов
- •7.3.1. Реакции замещения в бензольном кольце
- •1. Галогенирование
- •2. Нитрование
- •7.3.2. Замещение в алкилбензолах
- •7.3.3. Реакции присоединения к аренам
- •7.3.4. Реакции окисления аренов
- •7.4. Получение ароматических углеводородов
- •7.5. Применение ароматических углеводородов
- •9. Заключение. Генетическая связь между углеводородами
- •4.5. Получение алкенов
2.3. Изомерия алканов
Изомерия – явление существования соединений, которые имеют одинаковый состав (одинаковую молекулярную формулу), но разное строение. Такие соединения называются изомерами.
Различия в порядке соединения атомов в молекулах (т.е. в химическом строении) приводят к структурной изомерии. Строение структурных изомеров отражается структурными формулами. В ряду алканов структурная изомерия проявляется при содержании в цепи 4-х и более атомов углерода, т.е. начиная с бутана С4Н10. Если в молекулах одинакового состава и одинакового химического строения возможно различное взаимное расположение атомов в пространстве, то наблюдается пространственная изомерия (стереоизомерия). В этом случае использование структурных формул недостаточно и следует применять модели молекул или пространственные (стереохимические) формулы.
Алканы, начиная с этана С2Н6, существуют в различных пространственных формах, обусловленных внутримолекулярным вращением по -связям С–С, и проявляют так называемую поворотную изомерию.
Кроме того, при наличии в молекуле 7-ми и более углеродных атомов, возможен еще один вид пространственной изомерии, когда два изомера относятся друг к другу как предмет и его зеркальное изображение (подобно тому, как левая рука относится к правой). Такие различия в строении молекул называют зеркальной, или оптической, изомерией.
2.3.1. Структурная изомерия алканов
Причиной проявления структурной изомерии в ряду алканов является способность атомов углерода образовывать цепи различного строения. Этот вид структурной изомерии называется изомерией углеродного скелета.
Например, алкан состава C4H10 может существовать в виде двух структурных изомеров:
а алкан С5Н12 – в виде трех структурных изомеров, отличающихся строением углеродной цепи:
С увеличением числа атомов углерода в составе молекул увеличиваются возможности для разветвления цепи, т.е. количество изомеров растет с ростом числа углеродных атомов.
Структурные изомеры отличаются физическими свойствами. Алканы с разветвленным строением из-за менее плотной упаковки молекул и, соответственно, меньших межмолекулярных взаимодействий, кипят при более низкой температуре, чем их неразветвленные изомеры.
При выводе структурных формул изомеров используют следующие приемы.
Приемы построения структурных формул изомеров
Рассмотрим на примере алкана С6Н14.
1. Сначала изображаем молекулу линейного изомера (ее углеродный скелет)
(1)
2. Затем цепь сокращаем на 1 атом углерода и этот атом присоединяем к какому-либо атому углерода цепи как ответвление от нее, исключая крайние положения:
(2) или (3)
Если присоединить углеродный атом к одному из крайних положений, то химическое строение цепи не изменится:
Кроме того, нужно следить, чтобы не было повторов. Так, структура идентична структуре (2).
3. Когда все положения основной цепи исчерпаны, сокращаем цепь еще на 1 атом углерода:
Теперь в боковых ответвлениях разместятся 2 атома углерода. Здесь возможны следующие сочетания атомов:
(4) и (5)
Боковой заместитель может состоять из 2-х или более последовательно соединенных атомов углерода, но для гексана изомеров с такими боковыми ответвлениями не существует, и структура идентична структуре (3).
Боковой заместитель СС можно размещать только в цепи, содержащей не меньше 5-ти углеродных атомов и присоединять его можно только к 3-му и далее атому от конца цепи.
4. После построения углеродного скелета изомера необходимо дополнить все углеродные атомы в молекуле связями с водородом, учитывая, что углерод четырехвалентен.
Итак, составу С6Н14 соответствует 5 изомеров: 1)
2) 3)
4)
5)