Изомерия органических соединений, ее виды.
Изомерия — это довольно важная характеристика химических веществ, так как от строения и ориентации молекулы зависят ее свойства. Виды изомерии, а также особенность структуры веществ активно изучаются и по сегодняшний день.
Виды изомерии принято делить на две большие группы.
Структурная изомерия и ее разновидности:
Структурная изомерия — это явление, при котором изомеры различаются между собой химическим строением. Здесь выделяют несколько отдельных видов
1. Изомерия углеродного скелета. Такая форма характерна для углеродов и связана с различным порядком связей между атомами углерода.
2. Изомерия по положению функциональной группы. Это явление связано с различным положением функциональной группы или групп в молекуле. В качестве примера можно привести 4-хлорбутановую и 2-хлорбутановую кислоту.
3. Изомерия кратных связей. Кстати, сюда можно отнести самые распространенные виды изомерии алкенов. Изомеры различаются между собой положением ненасыщенной связи.
4. Изомерия функциональной группы. В этом случае общий состав вещества сохраняется, но свойства и характер самой функциональной группы изменяются.
В качестве примера можно привести диметиловый эфир и этанол.
Пространственные виды изомерии:
Стереоизомерия (пространственная) связана с различной ориентацией молекул одного и того же строения.
1. Оптическая изомерия (энантиомерия). Такая форма связана с вращением функциональных групп вокруг асимметрической связи. В большинстве случаев вещества имеет асимметрический атом углерода, который связан с четырьмя заместителями. Таким образом, происходит вращение плоскости поляризации света. В результате образуются так называемые зеркальные антиподы и изомеры. Интересно, что последние характеризируются практически одинаковыми свойствами.
|
|
|
2. Диастереомерия. Этим термином обозначают такую пространственную изомерию, в результате которой не образуются вещества-антиподы.
Стоит отметить, что наличие возможных изомеров в первую очередь связано с количеством углеродных связей. Чем длиннее углеродный скелет, тем большее число изомеров может образоваться.
Предельные углеводороды. Гомологический ряд, химические свойства алканов.
Алканы (также насыщенные углеводороды, парафины, алифатические соединения) — ациклические углеводороды линейного или разветвлённого строения, содержащие только простые связи и образующие гомологический ряд с общей формулой CnH2n+2.
Алканы являются насыщенными углеводородами и содержат максимально возможное число атомов водорода. Каждый атом углерода в молекулах алканов находится в состоянии sp3-гибридизации — все 4 гибридные орбитали атома С, идентичны по форме и энергии.
|
|
|
Гомологический ряд алканов (первые 10 членов)
Метан CH4, ЭтанC2H6,Пропан C3H8, БутанC4H10, ПентанC5H12, ГексанC6H14, ГептанC7H16, ОктанC8H18, Нонан C9H20, ДеканC10H22.
Хим. Свойства:
1. Галогенирование — это одна из реакций замещения. В первую очередь галогенируется наименее гидрированый атом углерода (третичный атом, затем вторичный, первичные атомы галогенируются в последнюю очередь). Галогенирование алканов проходит поэтапно — за один этап замещается не более одного атома водорода:
CH4 + Cl2 → CH3Cl (хлорметан) + HCl
CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 (дихлорметан) + HCl
CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 (трихлорметан) + HCl
CHCl3 + Cl2 → CCl4 (тетрахлорметан) + HCl.
2. Нитрование. Алканы реагируют с 10 % раствором азотной кислоты или оксидом азота NO2 в газовой фазе при температуре 140 °C и небольшом давлении с образованием нитропроизводных.
RH + HNO3 → RNO2 + H2O.
Все имеющиеся данные указывают на свободнорадикальный механизм. В результате реакции образуются смеси продуктов.
3. Реакции окисления.
· Горение
Основным химическим свойством предельных углеводородов, определяющих их использование в качестве топлива, является реакция горения. Пример:
|
|
|
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + Q.
В общем виде реакцию горения алканов можно записать следующим образом:
СnН2n+2 +(1,5n+0,5)O2 → nCO2 + (n+1)H2O.
· Каталитическое окисление
Могут образовываться спирты, альдегиды, карбоновые кислоты.
При мягком окислении СН4 в присутствии катализатора кислородом при 200 °C могут образоваться:
метанол: 2СН4 + О2 → 2СН3ОН;
формальдегид: СН4 + О2 → СН2О + Н2O;
муравьиная кислота: 2СН4 + 3О2 → 2НСООН + 2Н2O.
4. Крекинг. При высокой температуре в присутствии катализаторов предельные углеводороды подвергаются расщеплению, которое называется крекингом. При крекинге происходит гомолитический разрыв углерод-углеродных связей с образованием насыщенных и ненасыщенных углеводородов с более короткими цепями.
CH3–CH2–CH2–CH3(бутан) ––400°C> CH3–CH3(этан) + CH2=CH2(этилен)
Повышение температуры процесса ведет к более глубоким распадам углеводородов и, в частности, к дегидрированию, т.е. к отщеплению водорода. Так, метан при 1500ºС приводит к ацетилену.
2CH4 ––1500°C> H–C=C–H(ацетилен) + 3H2
5. Дегидрирование
Образование:
1) В углеродном скелете 2 (этан) или 3 (пропан) атома углерода — получение (терминальных) алкенов, так как других в данном случае не может получиться; выделение водорода:
|
|
|
Условия протекания: 400—600 °C, катализаторы — Pt, Ni, Al2O3, Cr2O3.
CH3-CH3 → CH2=CH2 + H2 (этан → этен);
2) В углеродном скелете 4 (бутан, изобутан) или 5 (пентан, 2-метилбутан, неопентан) атомов углерода — получение алкадиенов; выделение водорода:
CH3-CH2-CH2-CH3 → CH2=CH-CH=CH2 + 2H2 (бутан → бутадиен-1,3 — дегидрирование удалённых связей С—С).
3) В углеродном скелете 6 (гексан) и более атомов углерода — получение бензола и его производных:
CH3-CH2-CH2-CH2CH2-CH2-CH2-CH3 (октан) → П.-ксилол, параллельно М.-ксилол, параллельно этилбензол + 4H2.
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 759; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!