Материал: 2129

тура кипения, плавления и плотность, например: метан CH4 Tпл =-182,50 С;

Ткип =-161,50 С; относит. плот.= 0,424. Гептан C7 H16 Тпл =-90,60 С; Ткип .= +98,40 С; относит. плот.= 0,684.

Рис. 3. Примеры алкилов

Алканы с разветвленной цепью кипят при более низкой температуре, чем изомеры с нормальной цепью. Температура плавления, наоборот, повышается с ростом разветвленности углеродной цепи. Плотности всех алканов меньше «1», они все нерастворимы в воде, однако растворимы в эфирах и др. органических растворителях. Углеводороды C3…C15 имеют запах бензина или керосина, первые два члена почти не пахнут, высшие не пахнут из-за плохой летучести.

Химические свойства. В химическом отношении алканы мало активны, из-за этого и названы парафинами. При обычных температурах на них не действуют концентрированные кислоты (азотная, серная и т.д.), расплавленные и концентрированные щёлочи, обычные окислители (перманганат калия, хромовая смесь). Металлы не вытесняют водород из их соединений.

Всё это определяет круг реакций насыщенных углеводородов:

-радикальные реакции замещения, идущие в жёстких условиях

(свет, высокая температура и т.д.);

-к реакции присоединения алканы неспособны, чем и отличаются от непредельных углеводородов:

-при крекинге (t = 400...6000 C) происходит расщепление высококипящих углеводородов на молекулы простых низкокипящих. Предельные углеводороды образуют простые насыщенные и ненасыщенные (рис. 4).

-при пиролизе (t = 650...7000 С) идёт более глубокий распад и образуется много водорода, кокса и простейших предельных и непредельных углеводородов;

11

Химические свойства. По химическому характеру малые циклоалканы склонны к реакциям присоединения, в результате которых происходит разрыв цикла и образуются парафины и их производные, чем они напоминают ненасыщенные соединения. Циклы с большим числом звеньев более склонны к реакциям замещения, напоминая этим парафины.

Например, циклопентан используется как добавка к моторному топливу для повешения его качества.

Алкены

Алкенами называют ненасыщенные углеводороды, содержащие в молекуле оду двойную связь (рис.6). Часто их называют олефины. Простейший представитель этилен C2H4. Гомологический ряд этиленовых углеводородов имеет общую формулу CnH2n, т.е. такую же, как и циклопарафины. Таким образом, олефины и циклопарафины - изомеры, относящиеся к различным гомологическим рядам.

Строение алкенов. Характерной особенностью строения является наличие в молекуле одной двойной углерод-углеродной связи.

CH2 = CH2

Рис. 6. Этилен

Для олефинов характерна изомерия углеродного скелета и изомерия положения двойной связи. Названия олефинов характеризуются окончанием илен: этилен, пропилен, бутилен и т.д.

Физические свойства. Олефины по физическим свойствам близки к соответствующим парафинам. Однако температура кипения их несколько ниже, чем у соответствующих парафинов, а плотность несколько выше. Первые три члена ряда С2…С4 - газы, от С5 до С17 - жидкости, С18 и выше – твёрдые вещества. Изомерия углеродной цепи, изомерия положения двойной связи отражаются на физических константах изомеров (т.е. температурах кипения, плавления, плотности). Все олефины имеют плотность меньше единицы, обладают характерным запахом, в воде растворимы плохо, но все же много лучше, чем соответствующие парафины.

Химические свойства. Для олефинов характерны реакции присоеди-

нения с разрывом двойной связи. Кроме того, олефины могут вступать в реакцию между собой (реакция полимеризации), легко подвергаются действию различных окислителей, вступают в реакцию с озоном и в некоторых случаях могут вступать в реакцию замещения.

13

Алкины

Алкины - ненасыщенные углеводороды, содержащие в молекуле одну тройную связь (рис. 7). Простейшим представителем алкинов является ацетилен C2H2, поэтому их часто называют ацетиленовыми углеводородами. Общая формула алкинов Cn H2n-2.

Строение, изомерия, номенклатура. Главный фактор, характеризую-

щий сущность алкинов это тройная углерод-углеродная связь.

CH CH

Рис. 7. Ацетилен

Изомерия алкинов обусловлена строением углеродной цепи и положением тройной связи. Принцип построения названий тот же, что и алкенов. Названия алкинов имеют окончание ин: например, бутин.

Наиболее часто встречающиеся радикалы алкинов: CH=C - этинил, CH C CH - пропагил.

Физические свойства. По физическим свойствам алкины напоминают олефины и парафины. С2…С4 - газы, С5...С16 - жидкости, высшие - твёрдые вещества. Температура кипения и плотность алкинов несколько выше, чем у соответствующих алкенов. Растворимость низших алкинов в воде несколько выше, чем алкенов и алканов, однако всё же очень мала.

Химические свойства. Типичными реакциями как для ненасыщенных углеводородов являются реакции присоединения. Алкины легко окисляются с разрывом по тройной связи и в присутствии катализатора могут реагировать друг с другом (реакция полимеризации).

Диеновые углеводороды

Соединения, содержащие в углеродной цепи две двойные связи, называют диеновыми. Углероды такого типа с открытой цепью называют ал-

кадиенами, а циклические - циклоалкадиенами.

Изомерия, номенклатура, классификация. Общая формула алкадие-

нов

CnH2n-2 (как и ацетиленов). Следовательно, соединения с двумя двойными связями изомерны соединениям с одной тройной связью.

Изомерия диеновых соединений обусловлена строением углеродного скелета и относительным расположением двойных связей. Перед окончанием ен, символизирующим двойную связь, ставят греческое числительное ди - так образуется окончание диен, например, бутадиен.

По взаимному расположению двойных связей диены различают:

14

C=C=C с кумулированными двойными связями; CH2=C=CH2 - ал-

лен;

C=C C=C с сопряжёнными двойными связями; CH2=CH CH=CH2 - дивинил;

C=C (Cn) C=C с изолированными двойными связями;

CH2=CH CH2 CH=CH2 - пентадиен 1,4.

Химические свойства. Реакции присоединения типичны как для всех ненасыщенных углеводородов, но особенностью их является возможное получение двух продуктов, так как разрывается только одна двойная связь, вторая остается незатронутой.

Ароматические углеводороды

К ароматическим относят вещества, в молекулах которых имеется устойчивая циклическая группировка (рис. 8) с особым характером связи. Химия ароматических соединений – это, прежде всего химия бензола и его производных, а также нафталина, антрацена и др.

Строение бензола. C6H6 - бензол простейший представитель ароматических соединений. Это шестичленный циклический углеводород с тремя сопряженными двойными связями (циклогексатриен-1,3,5).

CH CH

CH CH

CH CH

Рис. 8. Бензол

Изомерия производных бензола. Однозамещенные бензолы произ-

водных не имеют, т.к. все атомы углерода в бензоле равноценны. Двузамещённые бензолы существуют в виде трёх изомеров (рис. 9), отличающихся расположением заместителей относительно друг друга. Положение заместителей указывают при помощи приставок или обозначают цифрами.

Три изомера имеют трёх- и четырёхзамещённые бензолы с одинаковыми заместителями (рис. 10).

Пяти- и шестизамещённые соединения изомеров не имеют, по той же причине, что однозамещённые.

Атомы водорода бензола могут быть замещены алкильными радикалами. Общая формула таких углеводородов СnН2n-6. Заместителями могут

15