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 и номенклатура	циклопропан циклобутан циклопентан циклогексан     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 алкенами); для обычных циклов — реакции замещения (сходство с алканами).

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.Гидрогалогени-рование (образуются галогеналканы)	+ HBr ® CH3–CH–CH2–CH2 | | Br H метилциклопропан 2-бромбутан
II. Реакции замещения Галогенирование (образуются галогенциклоалканы)	hv + Cl2 ® + HCl циклогексан хлорциклогексан
III. Реакции дегидрирования (образуются ароматические УВ)	Pd,300C ® С6Н6 + 3H2   циклогексан бензол

 

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 T,kat + 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)	T,Ni 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 связью
4. Гидратация (образуются пре­дельные одно­атомные спирты алканолы)	T,H+ СН2=СН2 + НОН ® CH3–CH2–OH этен этанол T,H+ СН2=СН–СН2–СН3 + НОН ® CH3–CH–CH–CH3 бутен-1 | OH бутанол-2
II. Реакции окисления 1. Горение	T С2Н4 + 3О2 ® 2СО2 + 2Н2О
2. Неполное ката­литическое окис­ление	Ag,2000C 2СН2=СН2 + O2 ® 2 этиленоксид
3. Окисление перманганатом калия в нейтральной или щелочной среде (образуются двух­атомные спирты-гликоли) — реак­ция Вагнера	3CH2=CH2+2KMnO4+ 4H2O®3CH2–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	H+ CH3–CH=CH–CH3 + 4(O) ® 2 бутен-2 (из KMnO4) уксусная кислота H+ CH2=CH–CH3 + 4(O) ® + пропен (из KMnO4) муравьиная уксусная ки слоты
III. Реакции полимеризации	T,P,kat n CH2=CH2 ® (–CH2–CH2–)n этилен(мономер) полиэтилен(полимер) T,P,kat n CH2=CH–CH3 ® (–CH2–CH–)n пропилен | CH3 полипропилен

 

Способы получения

 

Название способа	Уравнения реакций
1. Дегидрирование алканов	T,P,kat CnH2n+2 ® CnH2n + Н2
2. Гидрирование алкинов	Ni CnH2n-2 + Н2 ® CnH2n
3. Крекинг алканов	См. «Алканы»
4. Дегидратация спиртов (алканолов)	H2SO4(конц.),~1700C CH3–CH2–OH ® CH2=CH2 + H2O этанол этен H2SO4(конц.),~1700C 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	Т CH3–CH2–Cl + KOH ® CH2=CH2 + KCl + H2O хлорэтан (спирт. р-р) этен Т CH3–CH2–CH–CH3+NaOH ® CH3–CH=CH–CH3+NaBr+H2O | (спирт. р-р) Br 2-бромбутан бутен-2
6. Дегалогенирование дигалогеналканов под дей­ствием магния или цинка	Т 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.)