Классификация и строение молекул алкадиенов.

Определение, гомологический ряд, номенклатура алкадиенов.

Алкадиены – органические соединения, углеводороды алифатического (ациклического) непредельного характера, в молекуле которых между атомами углерода – две двойные связи, и которые соответствуют общей формуле C_nH_2n-2, где n =3 или n >3. Их также называют диеновыми углеводородами.

Простейшим представителем алкадиенов является пропадиен.

Гомологический ряд.

Общая формула диеновых углеводородов C_nH_2n-2. В названии алкадиенов содержится корень, обозначающий число атомов углерода в углеродной цепи, и суффикс –диен («две» «двойные связи»), обозначающий принадлежность соединения к данному классу.

C₃H₄ – пропадиен

C₄H₆ – бутадиен

C₅H₈ – пентадиен

C₆H₁₀ – гексадиен

C₇H₁₂ – гептадиен

C₈H₁₄ – октадиен

C₉H₁₆ – нонадиен

C₁₀H₁₈ – декадиен

Номенклатура алкадиенов.

1. Выбор главной цепи. Образование названия углеводорода по номенклатуре ИЮПАК начинается с определения главной цепи - самой длинной цепочки атомов углерода в молекуле. В случае алкадиенов главную цепь необходимо выбирать так, чтобы в нее входили обе двойные связи.

2. Нумерация атомов главной цепи. Нумерация атомов главной цепи начинается с того конца, с которого ближе расположены по старшинству (по преимуществу):

кратная связь → заместитель → углеводородный радикал.

Т.е. при нумерации в определении названия алкадиена положение кратной связи имеет преимущество перед остальными.

Нумеровать атомы в цепи нужно таким образом, чтобы атомы углерода, связанные двойными связями, получили минимальные номера.

Если по положению двойных связей нельзя определить начало нумерации атомов в цепи, то его определяет положение заместителей так же, как для алкенов.

3. Формирование названия., После корня, обозначающего числа атомов углерода в цепи, и суффикса –диен, обозначающий принадлежность соединения к классу алкенов, через в конце названия указывают местоположение двойных связей в углеродной цепи, т.е. номер атомов углерода, у которых начинаются двойные связи.

Если есть заместители, то в начале названия указывают цифры − номера атомов углерода, при которых находятся заместители. Если при данном атоме находятся несколько заместителей, то соответствующий номер в названии повторяется дважды через запятую (2,2-). После номера через дефис указывают количество заместителей (ди – два, три – три, тетра − четыре, пента − пять) и название заместителя (метил. этил, пропил). Затем без пробелов и дефисов − название главной цепи. Главная цепь называется как углеводород − член гомологического ряда влкадиенов (пропадиен, бутадиен, пентадиен и т.д.).

Пример:

CH₃ Cl CH₃

1 2| 3| 4| 5 6 7

CH₃ – C = C – C – CH = CH – CH₃

|

C₂H₅

2,4-диметил-4-этил-3-хлоргептадиен-2,5

Некоторые простые алкадиены имеют тривиальные названия (на рисунке выше они приведены в скобках), однако их употребление (в отличие от названий простейших алканов) не рекомендуется в номенклатуре ИЮПАК. Тем не менее они используются, и их нужно знать.

Для алкадиенов характерна sp²-гибридизация.

Классификация и строение молекул алкадиенов.

Возможны три разных способа взаиморасположения двойных связей в диеновом углеводороде относительно друг друга:

1) Двойные связи расположены вплотную одна к другой:

СН₂=С=СН−СН₂−СН₃

Такие углеводороды называются кумуленовыми. Рассмотрение химических свойств кумуленовых углеводородов выходит за рамки данного курса. Единственно, что отметим, что атом углерода при двух двойных связях находится в sp-гибридизации.

CH₂ = C = CH₂ − пропадиен (аллен).

2) Двойные связи разделены более чем одной одинарной связью:

СН₂=СН−СН₂−СН=СН₂

Такие алкадиены носят название изолированных. Их химические свойства ничем не отличаются от свойств обычных алкенов (разумеется, с учетом того, что в реакцию могут вступать две никак не зависящие друг от друга двойные связи).

3) Если двойные связи разделены в цепи только одной s-связью, то их называют сопряженными. В этом случае в молекуле двойные и одинарные связи чередуются, как, например, в бутадиене-1,3 СН₂=СН−СН=СН₂, который является простейшим сопряженным алкадиеном.

Соединения с чередующимся расположением двойных связей отличаются по свойствам как от алкенов, так и от других типов алкадиенов. Особенности химического поведения этих соединений объясняются наличием сопряжения.

Сопряжение − образование единого электронного облака в результате взаимодействия негибридизованных р-орбиталей в молекуле с чередующимися двойными и одинарными связями.

Большой интерес представляют диены с сопряженными двойными связями, так как они имеют некоторые свойства, обусловливающие их широкое применение в химической промышленности. Особые свойства таких диеновых углеводородов объясняются их электронным строением. Рассмотрим строение бутадиена. Экспериментально установлено расположение всех атомов углерода в одной плоскости, определены межатомные расстояния. Оказалось, что длина связи между углеродными атомами (в нм) такова:

Крайние связи (C1−С2 и С3−С4) имеют несколько большую длину, чем двойная связь в этилене (0,132 нм), центральная связь С2−С3 короче простой связи О−С (0,154 нм). Чтобы объяснить это, обратимся к электронному строению бутадиена.

У каждого атома углерода имеются три гибридные sp²-орбитали, которые при перекрывании образуют s-связи. Негибридиованные р-электронные орбитали (их четыре), образующие p-связи, перекрываются не только между первым и вторым, третьим и четвертым атомами углерода, но также между вторым и третьим. Хотя 2,3-перекрывание меньше 1,2- и 3,4-перекрывания, все же оно вызывает уменьшение длины центральной связи С2−С3.

При перекрывании р-орбиталей в бутадиене получаются не отдельные, обособленные p-связи, а единое, общее p-электронное облако. В этом случае говорят о сопряжении двойных связей, приводящем к некоторому выравниванию связей. Сопряжение связей часто изображают пунктиром:

1 2 3 4

CH₂ = = = CH = = = CH = = = CH₂

0,136нм 0,146 нм 0,136 нм

 

 

Основная особенность сопряженной системы заключается в том, что она реагирует как единое целое и определяет реакционную способность алкадиенов.

Изомерия алкадиенов.

Для алкадиенов характерны следующие виды изомерии:

1. Структурная изомерия:

а) изомерия углеродного скелета

1 2 3 4 5 1 2 3 4

CH₂=CH – CH = CH – CH₃ CH₂= C – CH = CH₂

|

CH₃

пентадиен-1,3 2-метилбутадиен-1,3 (изопрен)

б) изомерия положения кратной связи

1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

CH₂=CH – CH = CH – CH₃ CH₃–CH = C = CH – CH₃

пентадиен-1,3 пентадиен-2,3

в) изомерия положения заместителей (Hal, - NO₂, SO₂-OH и др.)

1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

CH₂=CH – C = CH – CH₃ CH₂=CH – CH = C – CH₃

| |

Cl Cl

3-хлорпентадиен-1,3 4-хлорпентадиен-1,3

2. Пространственная изомерия:

а) геометрическая изомерия

5 4 3 2 1

CH₃ – CH = C – CH = CH₂

|

CH₃

3-метилпентадиен-1,3

 

CH₃ CH₃ H CH₃

\ / \ /

C = C H C = C H

/ \ / / \ /

H C = C CH₃ C = C

/ \ / \

H H H H

цис-изомер транс-изомер

3. Межклассовая изомерия (с циклоалкенами и алкинами)

1 2 3 4 5

CH₂=CH – CH = CH – CH₃ CH = CH

пентадиен-1,3 | |

CH₂ CH₂

CH ≡ C – CH₂ – CH₂ – CH₃ \ /

CH₂

пентин-1 циклопентен

Свойства алкадиенов.