Курс органической химии - Каррер П.
Скачать (прямая ссылка):
1 См. также В. Т. Brooks, The Chemistry of the Non-Benzoid Hydrocarbons and their simple derivatives. N. Y. (Reinhold), 1950; E g I о f f, The Reactions of pure Hydrocarbons, N. Y. (Reinhold), 1947; J. E. Faraday, Enzyclopedia of Hydrocarbon Compounds, Brooklyn (Chem. Pub!. Сотр.), 1946. F. A s i ri g e r, Chemie und Technologie der Paraffinkohlenwasserstoife. Akademie erlag, 1956.
26
Гл. 2. Углеводороды
Насыщенные углеводороды, или парафины
Нас ы щ е н и ы е углеводороды вследствие их низкой химической реакционной способности называются также парафинами *, или предельными углеводородами, так как в них достигнут предел насыщения водородом.
Вывод формул предельных углеводородов основан на высказанном впервые Кскуле и в настоящее время общепринятом положении о четырехвалентное™ углерода. От этого нормального состояния углерод отклоняется лишь в немногих соединениях, обладающих особым характером. Если принять еще во внимание, что при соединении двух атомов углерода каждый из них должен участвовать одной валентностью во взаимной связи, то углеродная цепь соединения жирного ряда может быть схематично изображена следующим образом:
III I 1 I I I
_с-с-с— _с-с-с-с-с—
III I I I I I
Единицы валентности атомов углерода в предельных соединениях жирного ряда, не принимающие участия в образовании цепи, насыщаются другими атомами, а в предельных углеводородах — водородом. Для взаимной связи п углеродных атомов требуется, как легко видеть, 2п — 2 валентностей. Так как атомы углерода в общем обладают in единицами валентности, то для связи с атомами водорода в насыщенном углеводороде остаются еще 4п—(2п — 2) или 2п -4- 2 валентностей. Поэтому предельные углеводороды отвечают формуле СНгп+г-Первые члены ряда называются:
СН4 метан СН3 (СН5)4 СН3 гексан
СН3—СН3 этан СН3 (СН2)6 СН3 гептан
СН:5—СНа—СН3 пропан СН3 (СНа)6 СН3 октан
СН3—СНа—СН2—СН3 бутан СН3 (СН2)7 СН3 нонан
СН3—СН2—СН2—СН2—СН3 пентан СН3(СН,)8СН3 декан
Первые четыре парафина носят тривиальные названия: метан, этан, пропан, бутан; для наименования остальных парафинов, начиная с пятого, применяют греческие числительные, к которым прибавляют окончание «ан», служащее вообще для обозначения насыщенных углеводородов. Два следующих друг за другом члена ряда предельных углеводородов различаются всегда на группу СН2. Соединения, построенные таким образом, что атом водорода при углеродном атоме замещен на метильную группу СН3, и, следовательно, различающиеся между собой по составу на одну или несколько групп СН2, называются гомологичными соединениями**.
Предельные углеводороды образуют гомологический ряд Физические и химические свойства в гомологическом ряду обычно изменяются от одного члена к другому постепенно и равномерно так что знание свойств отдельных членов ряда позволяет судить и о свойствах низших и высших его гомологов.
Если представить себе, что из предельных углеводородов удалено по °Д"0МУ атомУ в°Дорода, то останутся атомные группы, так
чика{[°Т ЛЗТ' раГит-Мало' affinls — находящийся в сродстве. - Прим. перевод-
** [Подробнее о гомологии см Ю А Ж -г я и п » *г„. химии», М., 1950. -Прим. редактора.] Жданов, «Гомология в органической
Насыщенные углеводороды, или парафины
27
называемые радикалы, которые либо совершенно не способны существовать, либо могут существовать только чрезвычайно короткое время (см. стр. 187 и 495); соединение их с другими атомами или атомными группами приводит к образованию производных углеводородов (одноатомные функции).
Эти радикалы имеют большое значение и поэтому получили особые названия. Их характеризуют с помощью окончания «ил»: СН3 — метил, С2Н5 — этил, С3Н7 — пропил, С4Н9 — бутил, С5Н11—а мил, СвН1з — гексил, С7Н15 — гептпл и т. д. В общем их называют «а л к и л а м и», или а л к и л ь н ы м и радикала м и; состав их можно выразить формулой С„Н2,г + 1- Из названия «алкил» и окончания «ан», которое служит для обозначения насыщенных углеводородов, образовано название последних — а л к а н ы.
Первые три члена гомологического ряда существуют каждый лишь в одной форме. Для бутанов известны уже две формы, соответствующие формулам о и б, строение которых было доказано путем синтеза:
н н н
—г— 'I I
:н-с-с-с-н
I I, I
Н Н—С—н н
н
а б
Пентаны существуют в трех различных формах:
СН3
I
СН3—СН,—СН3—СН2—СН3 СНз—сн,—сн—сн3 сн3—с—сн3
I I
СН3 СН3
У высших предельных углеводородов число форм очень быстро возрастает.
Вещества, обладающие одинаковым химическим составом, но различными свойствами, называются изомерами, а само явление — изомерией. Изомерия может быть обусловлена различной величиной молекул или различным взаимным расположением атомов в молекуле. В первом случае говорят о полимерии (полимерные вещества), во втором — об изомерии положения (структурной изомерии).
Упомянутая выше изомерия бутанов, пентанов и высших углеводородов представляет собой особый случай изомерии положения. Она связана с различным взаимным расположением углеродных атомов и называется изомерией углеродной цепи, или углеродного скелета.
