Химические свойства. Химические реакции циклоалканов подобны алканам с открытой цепью, но в зависимости от устойчивости циклов идут в различных направлениях.
Например, галогенирование:
+ Cl2 Cl-CН2–СН2–СН2–Сl
1,3–дихлорпропан
+ Cl2, hn
- HCl
1-хлорциклогексан
Алкены
Алкенами называются углеводороды, содержащие двойную С=С связь, общая формула СnH2n.
Название | Структурная формула | Брутто-формула |
Этен (этилен) Пропен (пропилен) Бутен-1 (бутилен) Бутен-2 (псевдобутилен) | СН2 = СН2 СН2=СН-СН3 СН2=СН-СН2-СН3 СН3-СН=СН-СН3 | С2Н4 С3Н6 С4Н8 С4Н8 |
Представители этого класса оказывают наркотическое действие; например, 2- метилбутен-2 по свойствам напоминает хлороформ.
Для алкенов характерна структурная (бутен-1 и бутен-2) и пространственная (геометрическая цис/транс) изомерия.
цис-бутен-2 транс-бутен-2
Реакционная способность алкенов определяется наличием двойной связи. Атомы углерода при двойной связи находятся в sp2 ¾ гибридизации.
|
|
Три sp2 – гибридизованные орбитали лежат в одной плоскости под углом 120° и образуют три прочные s- связи. Негибридизованная r-орбиталь, перпендикулярная плоскости s- связей, участвует в образовании менее прочной и легкополяризуемой p-связи.
Строение этилена:
p- связь s- связи
Химические свойства. Для алкенов наиболее типичны реакции присоединения по месту разрыва p-связи. p - Cвязь в алкенах богата электронами, поэтому к ней будут притягиваться положительно заряженные йоны или частицы с дефицитом электронов –электрофилы (Е+).
Таким образом, для алкенов характерны реакции электрофильного присоединения АЕ.
Гидрирование
Н Н
кат. ½ ½
СН3 – СН = СН2 + Н2 ® СН3 – СН – СН2
Пропен пропан
Галогенирование
Br Br
½ ½
СН3 – СН = СН2 + Br2 ® СН3 – СН – СН2
1,2–дибромпропан
Реакция галогенирования служит для качественного и количественного определения непредельных соединений. Реакция обесцвечивания брома является классической качественной и количественной реакцией на двойную связь.
Например, по количеству поглощенного брома или йода можно установить содержание непредельных высших жирных кислот в составе липидов.
3. Гидрогалогенирование:
СН3 –СН=СН2 + НСl ® СН3 – СН – СН3
½
Cl
2–хлорпропан
Присоединение галогенводородов к несимметричным алкенам происходит в соответствии с правилом Марковникова: водород направляется преимущественно к наиболее гидрогенизированному атому углерода. Обосновать правило Марковникова можно, учитывая два фактора:
1. Статический фактор – распределение электронной плотности в молекуле алкена в исходном состоянии:
|
|
d+ d -
СН3 ®СН=СН2
Положительный индуктивный эффект СН3 – группы приводит к поляризации p- связи и атаке электрофила Н+ первого атома углерода.
2. Динамический фактор – оценка относительной устойчивости возникающих промежуточных частиц:
+
атака С1 СН3 ® СН СН3
(I)
3 2 1
СН3 – СН = СН2 + Н+
атака С2 +
СН3®СН2®СН2
(II)
Карбкатион (I) более стабилен, так как положительный заряд стабилизируется +I –эффектами двух алкильных (метильных) групп. Карбкатион (II) менее стабилен за счет +I–эффекта только одной алкильной (этильной) группы.
Реакция протекает с предпочтительным образованием наиболее устойчивого карбкатиона (I):
Сl
+ +Cl- ½
СН3-СН =СН2 + Н+ ® СН3-СН-СН3 ® СН3 – СН-СН3
4. Гидратация:
ОН
d+ d- Н+ ½
CH3 ® С = СН2 + Н2О СН3 – С- СН3
½
СН3 СН3
2 – метилпропен 2–метилпропанол–2
Реакция протекает также в соответствии с правилом Марковникова.
5. Окисление (по Вагнеру). При окислении алкенов разбавленными растворами перманганата калия в нейтральной или слабощелочной среде получаются двухатомные спирты (гликоли):
3 СН2 = СН2 + 2 КMnO4 + 4H2O 3 CH2 –CH2 + 2KOH + 2MnO2
этилен
OH OH
этиленгликоль
Реакция используется как качественная для обнаружения двойной связи (по обесцвечиванию раствора KMnO4).
6. Полимеризация:
½ ½
(¾ С ¾ С ¾) n
½ ½
пропилен полипропилен
Алкадиены
Это углеводороды, содержащие две двойные связи. Общая формула Сn H2n-2.
Наибольший интерес представляют сопряженные алкадиены – соединения с чередующимися двойными и одинарными связями.
Название | Структурная формула | Брутто– формула |
Бутадиен (дивинил) 2–Метилбутадиен–1,3 (изопрен) | СН2 = СН – СН = СН2 СН2 = С– СН=СН2 ½ СН3 | С4Н6 С5Н8 |
Химические свойства
Для алкадиенов наиболее характерны реакции АЕ, так же как и для алкенов, но проявляются особенности, связанные с сопряжением Присоединение 1 молекулы реагента возможно в разные положения: 1,2; 3,4 и 1,4.
1. Гидрирование:
1,2 – присоединение
СН3–СН2–СН=СН2
кат.
СН2 = СН – СН = СН2 + Н2
1,4 – присоединение
СН3–СН=СН-СН3
2. Гидрогалогенирование:
Сl
½
1,2 – присоединение СН3-С-СН=СН2
½
1 2 3 4 СН3
СН2=С-СН = СН2 + HСl Сl
½ 3,4 – присоединение ½
СН3 СН2=С-СН-СН3
½
СН3
1,4- присоединение
Н3С-С=СН-СН2-Сl
½
CH3
3. Полимеризация идет аналогично присоединению:
CH3
1,2- ½
[¾ СН2 – С ¾ ]n
½
CH=CH2
1 2 3 4 3,4-
nСН2=С-СН=СН2
½ [ ¾ CH-CH2¾ ]n
СН3 ½
CH3-C =CH2
1,4-
[ ] n
Кроме природного каучука, который, как известно, является 1,4-полимером изопрена, существует большая группа веществ (углеводородов и их производных), которые можно разделить на n скелетных фрагментов изопрена. Они называются терпенами.