Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
КЛАССИФИКАЦИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ
|
Углеводороды CXHY |
|||
|
Алифатические (ациклические) |
|
Циклические |
|
|
Предельные (алканы) CH4; CH3–CH–CH3 | CH3 |
Ароматические (арены)
CH3 ; CH3 |
||
|
Непредельные |
Алициклические |
||
|
Алкены CH2=CH2; CH3–C=CH2
СН3 |
Алкины HCCH; CH3–CH-CCH | CH3 |
Циклоалканы CH2 / \ H2C –– CH2; H2C–CH–CH3 | | H2C–CH2
|
Циклоалкены |
|
Алкадиены CH2=C=CH2; CH2=C–CH=CH2 | CH3 |
Предельные (насыщенные) углеводороды. Алканы (парафины)
|
Определение |
Алканы — это УВ нециклического строения, в молекулах которых все атомы углерода находятся в состоянии sp3 -гибридизации и связаны друг с другом только σ-связями. |
|||
|
Общая формула |
CnH2n+2 (n 1) |
|||
|
Гомологический ряд |
Алканы |
Алкилы (алкильные радикалы) |
||
|
CH4 CH3–CH3 CH3–CH2–CH3 CH3–(CH2)2–CH3 CH3–(CH2)3–CH3 CH3–(CH2)4–CH3 CH3–(CH2)5–CH3 CH3–(CH2)6–CH3 CH3–(CH2)7–CH3 CH3–(CH2)8–CH3 CH3–(CH2)9–CH3 CH3–(CH2)10–CH3 |
метан этан пропан бутан пентан гексан гептан октан нонан декан ундекан додекан |
–CH3 –CH2–CH3 –CH2–CH2–CH3 –CH2–(CH2)2–CH3 –CH2–(CH2)3–CH3 –CH2–(CH2)4–CH3 –CH2–(CH2)5–CH3 –CH2–(CH2)6–CH3 –CH2–(CH2)7–CH3 –CH2–(CH2)8–CH3 –CH2–(CH2)9–CH3 –CH2–(CH2)10–CH3 |
метил этил пропил бутил пентил гексил гептил октил нонил децил ундецил додецил |
|
|
Пространственное строение |
Метан СН4 — тетраэдр Алканы с n ≥ 4 — зигзагообразное строение |
|||
|
Длина связи С-С |
0,154 нм (1 нанометр = 10-9 м) |
|||
|
Изомерия и номенклатура |
Алканы |
Алкилы |
||
|
Изомерия цепи (начиная с n=4) C4H10: CH3–CH2–CH2–CH3 н. бутан CH3–CH–CH3 метилпропан | CH3 (изобутан) C5H12: CH3–CH2–CH2–CH2–CH3 н. пентан CH3–CH–CH2–CH3 метилбутан | CH3 (изобутан) CH3 | CH3–C–CH3 диметил-пропан | CH3 Один из изомеров декана C10H22: 1 2 3 4 5 6 CH3–CH–CH–CH2–CH–CH3 | | | CH3 C2H5 CH3 2,5-диметил-3-этилгексан |
Изомерия цепи (начиная c n=3) C3H7: –CH2–CH2–CH3 пропил –CH–CH3 изопропил | CH3 C4H9: –CH2–CH2–CH2–CH3 бутил –CH2–CH–CH3 изобутил | CH3 CH3–CH–CH2–CH3 втор-бутил | CH3 | –C–CH3 трет-бутил | CH3 Один из изомеров амила –C5H11 –CH2–CH2–CH–CH3 | CH3 изоамил |
Физические свойства
CH4 … C4H10 C5H12 … C15H32 С16H34 …
Газы(без запаха) Жидкости(имеют запах) Твердые вещества(без запаха)
Tкип. и Tпл. увеличиваются
В воде мало растворимы
Химические свойства
Химически алканы малоактивны. Наиболее характерны для них реакции замещения:
RH + XY RX + HY
алкан реагент производное алкана
|
Тип, название реакции |
Примеры реакций |
|
I. Реакции замещения 1. Галогенирование (образуются гало-геналканы). Фотохимические свободноради-кальные цепные реакции |
CH4+Cl2 CH3Cl хлорметан - HCl CH4+2Cl2 CH2Cl2 дихлорметан - 2HCl CH4+3Cl2 CHCl3 трихлорметан (хлолроформ) - 3HCl CH4+4Cl2 CCl4 тетрахлорметан(четыреххлористый - 4HCl углерод) |
|
2. Нитрование (образуются нитроалканы). Реакция Коновалова |
CH3 CH3 | | CH3–CH–CH2–CH3 + HO–NO2 CH3–C–CH2–CH3 (разб.) | NO2 2-метил-2-нитробутан (Наиболее легко замещается атом водорода у третичного атома углерода.) |
|
3. Сульфирование (образуются алкансульфокислоты) |
CH3 T | CH3–CH2–CH2–CH3+HO–SO3H CH3–CH2–CH–SO3H (конц.) - H2O 2-сульфобутан (бутан-2-сульфокислота) |
|
II. Реакции окисления 1. Полное окисление (горение) |
T CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O T 2C4H10 + 13O2 8CO2 + 10H2O |
|
2. Неполное каталитическое окисление (образуются различные О-содержащие органические соединения) |
Т, кат. C2H6 + O2 CH3CHO + H2O ацетальдегид Т, кат. 2CH3–CH2–CH2–CH3 + 5O2 4CH3COOH + 2H2O уксусная кислота |
|
3.Окисление под действием KMnО4 |
Не происходит |
|
III. Реакции дегидрирования (из гомологов метана образуются ал-кены) |
Метан: 1000° С 2CH4 3H2 + HCCH ацетилен 1200° С CH4 C + 2H2 Гомологи метана: Cr2O3, 600° С CH3–CH2–CH3 H2 + CH3–CH=CH2 пропен |
|
IV. Крекинг (образуется смесь алканов и алкенов) |
800° С CH3–CH2–CH3 CH4 + CH2=CH2 Т C6H14 C2H6 + CH3–CH2–CH=CH2 н. гексан этан бутен-1 |
|
V. Реакции дегидроциклизации |
Pt, 300° С CH3–(СH2)4–CH3 C6H6 + 4H2 н. гексан бензол |
|
VI. Изомеризация |
Т, кат. CH3–(CH2)3–CH3 CH3–CH–CH2–CH3 н. пентан | CH3 изопентан |
|
Название способа |
Уравнения реакций |
|
1. Из природного газа |
Метан В природном газе СН4 составляет от 80 до 98 объемных процентов. |
|
2. Гидролиз карбида алюминия |
Al4C3 + 12H2O 3CH4 + 4Al(OH)3 |
|
1. Гидрирование алкенов и алкинов |
Гомологи метана Т, кат. CnH2n + H2 CnH2n+2 алкен алкан Т, кат. CnH2n-2 + 2H2 CnH2n+2 алкин алкан |
|
2. Конденсация галогеналканов —реакция Вюрца |
Т 2CnH2n+1Hal + 2Na CmH2m+2 (m = 2n) - 2NaHal Т Например: 2CH3Br + 2Na C2H6 + 2NaBr бромметан этан +6Na 3CH3Cl + 3C2H5Cl C2H6 + C3H8 + C4H10 -6NaCl смесь алканов |
|
1. Сплавление солей монокарбоно-вых кислот со щелочами |
Общие способы для СН4 и его гомологов Т CnH2n+1COONa + NaOH CnH2n+2 + Na2CO3 (тв.) (тв.) Например: T CH3COONa + NaOH CHaCO ацетат натрия метан |
|
2. Синтез с использованием водяного газа (смесь СО + Н2) |
Т, кат. nCO + (2n + 1)H2 CnH2n+2 + nH2O |
Предельные углеводороды. Циклоалканы
|
Определение |
Циклоалканы (циклопарафины) — насыщенные УВ, содержащие цикл из трех и более атомов углерода. Относятся к алициклическим УВ |
|
Общая формула |
CnH2n (n ≥ 3) |
|
Простейшие представители (без боковых цепей) |
Изомерия цепи |
|
Межклассовая изомерия. Циклоалканы изомерны алкенам циклопропан |
Физические свойства
Высшие циклоалканы
(C3H6) (C4H8) (C5H10) (C6H12)
б/цв. газы жидкости жидкости
Плохо растворимы в воде
Химические свойства
Малые циклы (С3, С4) неустойчивы и легко разрушаются. Обычные циклы (С5—С7) очень устойчивы и не склонны к разрыву в химических реакциях. Для малых циклов характерны реакции присоединения (сходство с ал
|
Тип, название реакции |
Примеры реакций |
|
I. Реакции присоединения 1. Гидрирование (образуются алканы) |
Ni + Н2 СН3-СН2-СН3 циклопропан пропан |
|
2. Галогенирование (образуются дигалогеналканы) |
+ Br2 Br–CH2–CH2–CH2–Br
Циклопропан 1,3-дибромпропан |
|
3. Гидрогалогенирование (образуются галогеналканы) |
+ HBr CH3–CH–CH2–CH2 | | Br H метилциклопропан 2-бромбутан |
|
II. Реакции замещения Галогенирование (образуются галогенциклоалканы) |
+ Cl2 + HCl циклогексан хлорциклогексан |
|
III. Реакции дегидрирования (образуются ароматические УВ) |
+ 3H2 циклогексан бензол |
кенами); для обычных циклов — реакции замещения (сходство с алканами).
Способы получения
|
Название способа |
Уравнения реакций |
|
1. Циклизация дигалогеналканов |
H2C – CH2 – Cl H2C – CH2 | + 2Na + 2NaCl H2C – CH2 – Cl H2C – CH2 1,4-дихлорбутан циклобутан |
|
2. Гидрирование циклоалкенов или ароматических УВ |
+ H2 циклопентен циклопентан 3H2 Бензол циклогексан |
Непредельные (ненасыщенные) углеводороды.
Алкены (этиленовые углеводороды)
|
Определение
|
Алкены (олефины) — это УВ нециклического строения, в молекулах которых два атома углерода находятся в состоянии sp2-гибридизации и связаны друг с другом двойной связью (длина связи 0,133 нм) |
|
Общая формула |
CnH2n (n ≥ 2) |
|
Гомологический ряд, изомерия, номенклатура |
1. CH2 = CH2 этен(этилен); радикал CH2 = CH– винил 2. CH2 = CH – CH3 пропен (пропилен); радикал CH2 = CH – CH2 – аллил 3.C4H8 : CH2 = CH – CH2 – CH3 бутен-1 (бутилен) цис-бутен-2 транс- бутен-2 CH2 = C – CH3 | 2-метилпропен-1 (изобутилен) CH3 Типы изомерии: а) изомерия цепи; б) изомерия положения двойной связи; в) цис, транс-изомерия; г) межклассовая изомерия (см. «Циклоалканы»). |
Физические свойства
С2Н4, С3Н6, С4Н8 С5Н10 … С16Н32 C17H34 …
газы жидкости твердые вещества
Плохо растворимы в воде.
Химические свойства
Химические свойства алкенов определяются наличием в их молекулах двойной связи. Входящая в ее состав π-связь легко разрушается, и по месту разрыва могут присоединяться различные реагенты. Таким образом, для алкенов наиболее характерны реакции присоединения:
| |
+XY – С – C –
| |
X Y
|
Тип, название реакции |
Примеры реакций |
|
I. Реакции присоединения 1. Гидрирование (образуются алканы) |
СН2=СН—СН3 + Н2 СН3—СН2—СН3 пропен пропан |
|
2. Галогенирование (образуются дигалогеналканы) |
СН2=СН2 + Cl2 Cl–CH2–CH2–Cl этен 1,2-дихлорэтан СН3–СН=СН–СН3+ Вг2 СН3–СН–СН–СН3 бутен-2 (H2O) | | Br Br 2,3-дибромбутан |
|
Реакция с бромной водой (р-р Вг2 в Н2О) является качественной реакцией на алкены и другие непредельные УВ (бромная вода обесцвечивается). |
|
|
3. Гидрогалогенирование (образуются галогеналканы) |
СН2=СН2 + HCl СН3–CH2–Cl этен хлорэтан Br | СН2=СН–СН3 + НВг СН3–СН–СН3 пропен 2-бромпропан Последняя реакция протекает в соответствии с правилом Марковникова: при присоединении молекул типа НХ к несимметричным алкенам атом водорода присоединяется к более гидрогенизированному атому углерода двойной связи. |
|
4. Гидратация (образуются предельные одноатомные спирты алканолы) |
СН2=СН2 + НОН CH3–CH2–OH этен этанол СН2=СН–СН2–СН3 + НОН CH3–CH–CH–CH3 бутен-1 | OH бутанол-2 |
|
II. Реакции окисления 1. Горение |
С2Н4 + 3О2 2СО2 + 2Н2О |
|
2. Неполное каталитическое окисление |
2СН2=СН2 + O2 2 этиленоксид |
|
3. Окисление перманганатом калия в нейтральной или щелочной среде (образуются двухатомные спирты-гликоли) — реакция Вагнера |
3CH2=CH2+2KMnO4+ 4H2O3CH2–CH2+2KOH+2MnO2 этилен | | OH OH Этиленгликоль или упрощенно: CH2–CH2 + (O) + H2O CH2–CH2 | | OH OH Используется как качественная реакция на алкены и другие непредельные УВ (р-р КМnО4 обесцвечивается). |
|
4. Окисление перманганатом калия в кислой среде (образуются карбоновые кислоты) — окислительное расщепление двойной связи |
CH3–CH=CH–CH3 + 4(O) 2 бутен-2 (из KMnO4) уксусная кислота CH2=CH–CH3 + 4(O) + пропен (из KMnO4) муравьиная уксусная кислота |
|
III. Реакции полимеризации |
n CH2=CH2 (–CH2–CH2–)n этилен(мономер) полиэтилен(полимер) n CH2=CH–CH3 ( –CH2–CH– )n пропилен | CH3 |
Способы получения
|
Название способа |
Уравнения реакций |
|
1. Дегидрирование алканов |
CnH2n+2 CnH2n + Н2 |
|
2. Гидрирование алкинов |
CnH2n-2 + Н2 CnH2n |
|
3. Крекинг алканов |
См. «Алканы» |
|
4. Дегидратация спиртов (алканолов) |
CH3–CH2–OH CH2=CH2 + H2O этанол этен CH3–CH–CH2–CH3 CH3–CH=CH–CH3 + H2O | OH бутанол-2 бутен-2 Последняя реакция протекает в соответствии с правилом Зайцева: при отщеплении молекул типа НХ атом водорода отрывается от менее гидрогенизированного соседнего атома углерода. |
|
5. Дегидрогало-генирование гало-геналканов под действием спиртового р-ра щелочи |
CH3–CH2–Cl + KOH CH2=CH2 + KCl + H2O хлорэтан (спирт. р-р) этен CH3–CH2–CH–CH3+NaOH CH3–CH=CH–CH3+NaBr+H2O | Br 2-бромбутан (спирт. р-р) бутен-2 |
|
6. Дегалогенирование дигалогеналканов под действием магния или цинка |
CH3–CH2–CH–CH2+Mg CH3–CH2–CH=CH2 + MgBr2 | | Br Br 1,2-дибромбутан бутен-1 (2 атома галогена должны находиться у соседних атомов углерода.) |
Непредельные углеводороды. Алкадиены
|
Определение |
Диеновые УВ (алкадиены) — это УВ, в молекулах которых между атомами углерода имеются две двоные связи. |
|
Общая формула |
CnH2n-2 (n ≥ 3) |
|
Классификация: 1. Диены с кумулированными связями |
Две двойные связи находятся у одного атома углерода. Например: СН2=С=СН2 пропадиен (аллен) СН2=С=СН–СН2–СН3 пентадиен-1,2 |
|
2. Диены с сопряженными связями |
Две двойные связи разделены одной одинарной связью. Например: СН2=СН–СН=СН2 бутадиен-1,3 (дивинил) CH2=C—CH=СН2 2-метилбутадиен-1,3 (изопрен)
СН3 CH3 |
|
3. Диены с изолированными связями |
Двойные связи разделены более, чем одной одинарной связью. Например: СН2=СН–СН2–СН=СН2 пентадиен-1,4 СН2=СН—СН2—СН2—СН=СН2 гексадиен-1,5 |
Химические свойства
Наибольшее значение имеют диены с сопряженными связями, так как они являются сырьем для получения каучуков. В химическом поведении этих диенов есть особенности, обусловленные наличием в их молекулах сопряжения. Для них характерны реакции присоединения по концам системы сопряженных связей и образование двойной связи между срединными атомами углерода (т. н. 1,4-присоединение):
| |
+ XY –C–CH=CH–C–
| |
X Y
|
Тип, название реакции |
Примеры реакций |
|
I. Реакции присоединения 1. Гидрирование |
CH2=CH–CH=CH2 + H2 CH3–CH=CH–CH3 бутадиен-1,3 бутен-2 Далее возможна 2-я стадия: CH3–CH=CH–CH3 + H2 CH3–CH2–CH2–CH3 н. бутан |
|
2. Галогенирование |
CH2=CH–CH=CH2 + Br2 CH2–CH=CH–CH2 (H2O) | | Br Br 1,4-дибромбутен-2 |
|
3. Гидрогалогенирование |
CH2=CH–CH=CH2 + HBr CH3–CH=CH–CH2–Br 1-бромбутен-2 |
Способы получения
|
Название способа |
Уравнение реакций |
|
1. Дегидрирование и дегидратация этанола — реакция Лебедева |
Бутадиен-1,3 2CH3–CH2–OH CH2=CH–CH=CH2 + H2 + H2O Этанол бутадиен-1,3 |
|
2. Дегидрирование н. бутана |
CH3CH2CH2CH3CH3CH2CH=CH2CH2=CH–CH=CH2 н. бутан бутен-1 бутадиен-1,3 |
|
3. Дегидрирование 2-метилбутана |
CH3 CH3 | | CH3–CH2–CH–CH3 CH2=CH–C=CH2 + 2H2 2-метилбутан(изопентан) 2-метилбутадиен-1,3 (изопрен) |
|
4. Димеризация ацетилена и гидрохлорирование образующегося винилацетилена |
1-я стадия: HCCH + HCCH CH2=CH–CCH ацетилен винилацетилен 2-я стадия: CH2=CH–CCH + HCl CH2=CH–C=CH2 | Cl хлоропрен (2-хлорбутадиен-1,3) |
Непредельные углеводороды.
Алкины (ацетиленовые углеводороды)
|
Определение |
Алкины — это УВ, в молекулах которых два атома углерода находятся в состоянии sp-гибридизации и связаны друг с другом тройной связью (длина связи –CC– 0,120 нм). |
|
Общая формула |
CnH2n-2 (n ≥ 2) |
|
Гомологический ряд, изомерия, номенклатура |
1. НССН этин (ацетилен); радикал НСС– этинил 2. НСС–СН3 пропин (метилацетилен) 3. НСС–СН2–CH3 бутин-1(этилацетилен) CH3–CC–CH3 бутин-2 (диметилацетилен) 4. HCC–CH2–CH2–CH3 пентин-1 CH3–CC–CH2–CH3 пентин-2 HCC–CH–CH3 3-метилбутин-1 | СН3 Типы изомерии: а) изомерия цепи; б) изомерия положения тройной связи; в) межклассовая изомерия между алкинами и алкадиенами: CH3–CCH CH2=C=CH2 пропин пропадиен |
Физические свойства
С2Н2, С3Н4, С4Н6 С5Н8 … С15Н28 C16Н30 …
газы жидкости твердые вещества
Плохо растворимы в воде.
Химические свойства
Для алкинов, как и для алкенов, характерны реакции присоединения. Так как тройная связь содержит две π-связи, реакции присоединения к алкинам могут происходить в две стадии:
X X
| |
(–CC–) + X2 –C–C–
| |
X X
Присоединение реагентов типа НХ к несимметричным алкинам происходит по правилу Марковникова.
|
Тип: название реакции |
Примеры реакций |
|
I. Реакции присоединения 1. Гидрирование (конечный продукт — алканы) |
HCCH + H2 CH3–CH3 этин этан (Или постадийно: HCCH CH2=CH2 CH3–CH3) |
|
2. Галогенирование (конечный продукт — тетрагалогеналканы) |
Br Br | | HCC–CH3 + 2Br2 HC–C–CH3 | | Br Br 1,1,2,2-тетрабромпропан (Качественная реакция; бромная вода обесцвечивается) |
|
3. Гидрогалоге-нирование (конечный продукт — дигалогеналканы) |
HCCH + HCl CH2=C–Cl ацетилен хлорвинил (Полимеризацией хлорвинила получают широкоприменяемый полимер — полихлорвинил: n CH2=CH–Cl [–CH2–CH–]n ) | Cl Cl | CH3–CC–CH3CH3–CH=C–CH3CH3–CH2–C–CH3 | | Cl Cl бутин-2 2-хлорбутен-2 2,2-дихлорбутан |
|
Br | CH3–CCH + 2HBr CH3–C–CH3 | Br пропин 2,2-дибромпропан |
|
|
4. Гидратация (образуется ацетальдегид в случае С2Н2 и кетоны — в случае гомологов ацетилена) — реакции Кучерова |
HCCH + HOH [CH2=CH] | OH этин виниловый спирт ацетальдегид (неустойчивое соединение) HCC–CH3 + HOH CH3–C–CH3 || O пропин диметилкетон(пропанон, ацетон) |
|
II. Реакции окис- Ления 1. Горение |
2C2H2 + 5O2 4CO2 + 2H2O (горит коптящим пламенем) |
|
2. Неполное окисление под действием КМnО4 (образуются карбоновые кисло- ты) |
HCCH + 4(O) Этин (из КМnО4) этандиовая (щавелевая) кислота HCC–CH3 + 3(O) + H2O + пропин метановая этановая (муравьиная) (уксусная) CH3–CC–CH3 + 3(O) + H2O 2 бутин-2 (Качественные реакции; р-р КМnО4 обесцвечивается.) |
|
III. Реакции ди-, три- и полимеризации |
HCCH + HCCH CH2=CH–CCH ацетилен винилацетилен (димер) Из винилацетилена присоединением HCI получают хлоропрен, при полимеризации которого образуется хлоропреновый каучук: Cl | CH2=CH–CCH + HCl CH2=CH–C=CH2 Cl Cl | | nCH2=CH–C=CH2 (–CH2–CH=C–CH2–)n |
|
Циклотримеризация |
3HCCH ацетилен бензол 3CH3–CaCH 1,3,5-триметилбензол Полимеризация для алкинов малохарактерна |
|
IV. Реакции замещеия (образуются нерастворимые соли —ацетилениды). Возможны только для акинов, содержащих этинильную группу –CCH (т. н. терминальные алкины) |
HCCH + 2CuCl Cu–CC–Cu + 2HCl этин ацетиленид меди (I) двузамещенный CH3–CCH + CuCl CH3–CC–Cu+ HCl пропин метилацетиленид меди (I) (Образование темно-красных осадков ацетиленидов меди — качественная реакция на этинильную группу, позволяющая отличить терминальные алкины от других непредельных УВ). 2HCCH + 2Na 2HCC–Na + H2 ацетиленид натрия однозамещенный HCCH + A2O Ag–CC–Ag + H2O ацетиленид серебра двузамещенный
|
Способы получения
|
Название способа |
Уравнения реакций |
|
1. Карбидный способ |
Ацетилен CaC2 + 2H2O HCCH + Ca(OH)2 карбид кальция |
|
2. Термическое разложение природного газа (метана) |
2CH4 HCCH + 3H2 метан |
|
3. Дегидрогалогенирование дигалогеналканов при действии избытка спиртового раствора щелочи |
Общие для С2Н2 и его гомологов Из дигалогеналканов, содержащих атомы галогена у двух соседних атомов углерода, например: CH3–CH–CH–CH3+2KOHCH3–CC–CH3+2KCl+ 2H2O | | Cl Cl 2,3-дихлорбутан бутин-2 Из дигалогеналканов, содержащих два атома галогена у одного атома углерода, например: CH3–CH2–CHBr2+2NaOHCH3–CCH +2NaBr+2H2O 1,1-дибромпропан пропин |
Ароматические углеводороды. Бензол и его гомологи
|
Определение |
Ароматические УВ (арены) — это соединения, в молекулах которых содержится особая циклическая группировка из шести атомов углерода, т. н. бензольное ядро. |
|
Общая формула |
CnH2n-6 (n ≥ 6) для гомологического ряда бензола |
|
Гомологический ряд, изомерия, номенклатура |
1.C6H6 ; радикал –C6H5 бензол фенил 2. C7H8 ; радикал C6H5CH2– толуол бензил (метилбензол, фенилметан) 3. C8H10 : этилбензол о-ксилол м-ксилол n-ксилол (1,2-диметил- (1,3-диметил- (1,4-диметил- бензол) бензол) бензол) |
|
Электронное и пространственное строение молекулы бензола. Ароматичность |
Молекула бензола представляет собой правильный плоский шестиугольник. Все атомы углерода в бензоле находятся в состоянии sp2-гибридизации. Каждый атом углерода имеет один р-электрон, который не участвует в гибридизации. Облака этих р-электронов находятся в плоскостях, перпендикулярных плоскости σ-связей. Каждое р-облако перекрывается с двумя соседними р-облаками, и в результате образуется единая сопряженная π-система. Цикл из шести атомов углерода, связанных шестью σ-связями и единой шестиэлектронной π -системой, называется бензольным ядром. Длина связи между атомами углерода 0,140 нм. Бензольное ядро обладает определенной совокупностью свойств, которую принято называть ароматичностью. |
|
Физические свойства |
Первые члены гомологического ряда бензола — бесцветные жидкости со специфическим запахом. Плотность их меньше 1 (легче воды). В воде нерастворимы. Бензол и его гомологи сами являются хорошими растворителями для многих органических веществ. Арены горят коптящим пламенем ввиду высокого содержания углерода в их молекулах. |
Химические свойства
Ароматичность определяет химические свойства бензола и его гомологов. Шестиэлектронная π-система является более устойчивой, чем обычные двухэлектронные π-связи. Поэтому реакции присоединения менее характерны для ароматических УВ, чем для непредельных УВ. Наиболее характерными для аренов являются реакции замещения. Таким образом, ароматические УВ по своим химическим свойствам занимают промежуточное положение между предельными и непредельными УВ.
Свойства бензола
|
Тип, название реакции |
Уравнения реакций |
|
I. Реакции замещения 1. Галогенирование (с Cl2, Вr2) |
+ Cl2 +HCl хлорбензол |
|
2. Нитрование |
+ HO–NO2 + H2O нитробензол |
|
3. Сульфирование |
+ HO–SO3H H2O бензолсульфокислота (сульфобензол) |
|
4. Алкилирование (образуются гомологи бензола) — реакции Фриделя-Крафтса |
+ CH3Cl HCl толуол Алкилирование бензола происходит также при его взаимодействии с алкенами: + CH2=CH2 Дегидрированием этилбензола получают стирол (винилбензол): H2 |
|
II. Реакции присоединения 1.Гидрирование |
+ 3H2 циклогексан |
|
2.Хлорирование |
+ 3Cl2 гексахлорциклогексан (гексахлоран) |
|
III. Реакции окисления 1. Горение |
2C6H6 + 15O2 12CO2 + 6H2O |
|
2. Окисление под действием КМnО4, К2Сr2О7, HNO3 и др. |
Не происходит (сходство с алканами) |
Свойства гомологов бензола
В гомологах бензола различают ядро и боковую цепь (алкильные радикалы). По химическим свойствам алкильные радикалы подобны алканам; влияние бензольного ядра на них проявляется в том, что в реакциях замещения всегда участвуют атомы водорода у атома углерода, непосредственно связанного с бензольным ядром, а также в более легкой окисляемости С–Н связей. Влияние электронодонорного алкильного радикала (например,-СН3) на бензольное ядро проявляется в повышении эффективных отрицательных зарядов на атомах углерода в орто-и пара-положениях; в результате облегчается замещение связанных с ними атомов водорода. Поэтому гомологи бензола могут образовывать тризамещенные продукты (а бензол обычно образует монозамещенные производные).
|
Тип, название реакции |
Уравнения реакций |
|
I. Реакции с участием боковой цепи 1. Галогенирование |
толуол фенилхлорметан фенилдихлорметан фенил- трихлорметан
этилбензол 1-фенил-1 хлорэтан |
|
2. Окисление под действием KMnO4, HNO3 и др. |
толуол бензойная кислота этилбензол бензойная кислота о-ксилол о-фталевая кислота |
|
II. Реакции с участием бензольного ядра 1. Галогенирование |
+ толуол о-бромолуол n-бромолуол При избытке галогена:
толуол 2,4,6-трибромтолуол |
|
2. Нитрование |
+ 3HO–NO2 +3HBr толуол 2,4,6-тринитротолуол(тротил) |
|
3. Гидрирование |
толуол метилциклогексан |
|
Название способа |
Уравнения реакций |
|
1. Сплавление солей бензойной кислоты с щелочами |
бензоат натрия |
|
2. Дегидрирование циклогексана |
См. «Циклоалканы» |
|
3.Дегидроцикли-зация гексана |
См. «Алканы» |
|
4. Тримеризация ацетилена |
См. «Алкины» |
|
1. Алкилирование бензола по Фриделю-Крафтсу |
бензол изопропилбензол(кумол) |
|
2. Конденсация арилгалогенидов с алкилгалогени-дами — реакция Вюрца-Фиттига |
2Na + CH3Br + 2NaBr бромбензол бромметан толуол |
|
3. Ароматизация алканов |
2,5-диметилгексан n-ксилол |
|
4. Каталитическая дегидрогенизация гомологов циклогексана |
метилциклогексан толуол |
Кроме одноядерных ароматических УВ, к которым относятся бензол и его гомологи, существуют также многоядерные арены; например:
;
нафталин
антрацен