OrgChem Lecture 3 … · Алканы Общая информация 2 Алканы (CnH2n+2) -...

transcript

ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Лекция 4 Алканы. Циклоалканы. Синтез. Химические свойства

лектор Бунев Александр Сиясатович

Институт Химии и Инженерной Экологии кафедра

«Химия, Химические Процессы и Технологии»

Алканы Общая информация

Алканы (CnH2n+2) - это простейший класс органических соединений, не содержащих какой либо функциональной группы. Синонимы - предельные углеводороды, парафины.

d(C-H) - 1.087 Å ∠(H-C-H) - 109.28º

Формула НазваниеCH4 метанC2H6 этанC3H8 пропанC4H10 бутанC5H12 пентанC6H14 гексанC7H16 гептанC8H18 октанC9H20 нонанC10H22 деканC11H24 ундеканC20H42 эйкозан

Алканы Физические свойства

Формула Название Температура кипения, ºС

Температура плавления, ºС

Плотность, г/мл

CH4 метан -162 -183 0.415C2H6 этан -88 -183 0,561C3H8 пропан -42 -188 0,583C4H10 бутан -0.5 -139 0,579C5H12 пентан 36 -130 0,626C6H14 гексан 69 -95 0,660C7H16 гептан 98 -91 0,683C8H18 октан 126 -57 0,702C9H20 нонан 151 -53 0,718C10H22 декан 174 -30 0,730C11H24 ундекан 196 -26 0,740C12H26 додекан 216 -10 0,748C13H28 тридекан 235 -5 0,756C14H30 тетрадекан 254 6 0,762C15H32 пентадекан 271 10 0,768C20H42 эйкозан 343 37 0,788

C100H202 гектан - 115 0.837

Алканы Физические свойства

Алканы Номенклатура ИЮПАК

Название предельных (насыщенных) углеводородов характеризуется окончанием «АН»; Все разветвленные алканы рассматриваются как производные углеводорода с наиболее длинной цепью атомов углерода, содержащих одну или несколько алкильных групп в качестве заместителей; Нумерацию наиболее длинной цепи начинают с конца, ближнего к первому разветвлению; Каждый заместитель в цепи обозначается номером и группы называются в алфавитном порядке; Если при одном и том же атоме углерода находятся два заместителя, цифра указывающая положение этого атома углерода в цепи, повторяется дважды; Для одинаковых заместителей употребляются префиксы ди-, три-, тетра-, пента- и т.д.; Если имеются две цепи одинаковой длины, выбирается та из них, которая содержит наибольшее число заместителей.

1 2 3 4 5 67

1 2 34 5 6 7

1234567

812345678

3-метил-6-этилнонан (правильно!) 3-метил-6-пропилоктан (не правильно!)

7-метил-4-этилнонан (не правильно!) 6-метил-3-пропилоктан (не правильно!)

12 3 4 5 6 7

2,2,3,3,5,6,6-гептаметилгептан

5-(трет-бутил)-4-изопропил-2,2,6,7-тетраметилоктан

3-(втор-бутил)-1-изопропил-4,5-диметил-1-этилциклогексан

12 3 4

Конформация алканов Конформация этана и пропана

Конформации - различные пространственные формы молекул, возникающие в результате вращения вокруг простых одинарных углерод-углеродных (углерод-гетероатом) связей.

заслоненная заторможенная

заслоненная

заторможенная

Конформация алканов Конформация бутана

H HCH3

H3C HCH3

H HCH3

Конформация циклоалканов

RSEkcal/mol 27.6 26.2 6.3 0

RSEkcal/mol 6.4 9.9 12.8

Конформация циклоалканов Циклопропан

116 °

118 °

Конформация циклоалканов Циклобутан

114 °88°

Конформация циклоалканов Циклопентан

Конформация циклоалканов Циклогексан

X Keq(e/a) X Keq(e/a)-F 1.7 Me 27-Cl 2.5 Et 30-Br 2.3 i-Pr 65-I 2.3 t-Bu >4300-OH 6.1 -CH2C(CH3)3 50-NH2 12.2 Ph 348-NMe2 60 CO2H

Алканы Химические свойства

X Y X Y:

X Y X: Y

X Y X Y

CH4 H3C H+ ΔH° = +104 kcal/mol

ΔH° = +314 kcal/molCH4 H3C H+

гомолитический разрыв связи

гетеролитический разрыв связи

Алканы Хлорирование алканов

Для алканов наиболее характерны радикальные реакции. Классической радикальной реакцией в химии алканов является реакция галогенирования.

CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl ΔΗ° = -25 kcal/mol200 °C

Cl2 2Cl200 °C

hvΔΗ° = +58 kcal/mol

Cl + CH4 = H3C + HCl ΔΗ° = +1 kcal/mol

H3C + Cl2 = H3CCl + Cl ΔΗ° = -26 kcal/mol

Cl + H3C = H3CCl

H3C + CH3 = CH3CH3

Cl + Cl = Cl2

Инициирование реакции

Развитие цепи

Обрыв (рекомбинация) цепи

Алканы Хлорирование алканов

Энер

гия

координата реакции

ΔG1≠

ΔG2≠

Cl H CH3≠

H3C Cl Cl≠

Cl• + CH4

HCl + •CH3

CH3Cl + Cl•

Свободная энергия активации первой стадии превосходит энергию активации второй стадии. Это указывает на то, что при галогенировании метана первая стадия развития цепи является самой медленной (лимитирующей) и определяет скорость всего процесса . Из энергетической диаграммы следует, что хлорирование метана и других алканов - процесс экзотермический.

Алканы Бромирование, йодирование и фторирование алканов

Стадия РеакцияF2 Cl2 Br2 I2

Инициирование цепи 37 58 46 36

Развитие цепи-33

Обрыв цепи -37 -58 -46 -36Общая энтальпия

реакции -104 -25 -8 +13

ΔH°, kcal/mol

X2 = 2X

X• + CH4 = H3C• + HX

H3C• + X2 = CH3X + X•

X• + X• = X2

CH4 + X2 = CH3X + HX

F2 >> Cl2 > Br2 >> I2

Алканы Бромирование алканов

Энер

гия

координата реакции

ΔG1≠

ΔG2≠

Br• + CH4

H3C• + HBr

Br• + CH3Br

≠Br H CH3 ≠

H3C Br Br

Алканы Региоселективность галогенирования алканов

Региоселективность - явление, при котором один из путей разрыва и образования химических связей преобладает над остальными возможными путями.

HH Cl2hv

CCl4, 25 °CCl

43 % 57 %

C2/C1 =(57:2)/(43:6) = 4:1

CCl4, 25 °CCl

36 % 64 %

C3/C1 =(36:1)/(64:9) = 5:1

Алканы Региоселективность галогенирования алканов

Бромирование более селективный процесс, чем хлорирование. А бром более региоселективный галогенирующий агент, чем хлор.

Br2150 °C

97 % 3 %

CCl497 %

Самостоятельная работа

1. Обязательно прочитать Реутова: том 1, стр. 317-361. 2. Для нижеприведенных соединений приведите названия

в соответствии с номенклатурой ИЮПАК.

3. Распишите механизм для нижеприведенной реакции

Cl2, hvCl

ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

СПАСИБО ЗА ВАШЕ ВНИМАНИЕ!

лектор Бунев Александр Сиясатович

Институт Химии и Инженерной Экологии кафедра

«Химия, Химические Процессы и Технологии»

OrgChem Lecture 3 … · Алканы Общая информация 2 Алканы (CnH2n+2) -...

Documents