'

ПРЕДЕЛЬНЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ (АЛКАНЫ) СnH2n+2

Понравилась презентация – покажи это...





Слайд 0

ПРЕДЕЛЬНЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ (АЛКАНЫ) СnH2n+2 Лекция 6 1.Гомологический ряд предельных углеводородов. 2.Изомерия предельных углеводородов. 3.Физические свойства предельных углеводородов. 4.Основные способы получения алканов. Нефть и пути ее переработки. Еще впервой половине XIX века было замечено, что многие органические вещества образуют ряды, в каждом из которых вещества обладают сходными химическими свойствами и отличаются друг от друга на одну или несколько групп СН2. Это явление было названо гомологией (Ш. Жерар,1844 г.). 1. Гомологический ряд алканов


Слайд 1

Гомологи - это соединения, имеющие одинаковый функциональный характер, но отличающиеся числом углеродных атомов, входящих в состав их углеводородных радикалов. 1. ГОМОЛОГИЧЕСКИЙ РЯД АЛКАНОВ Ниже представлены формулы и названия 10 первых представителей гомологического ряда алканов и соответствующих им одновалентных радикалов:


Слайд 2

1. ГОМОЛОГИЧЕСКИЙ РЯД АЛКАНОВ


Слайд 3

2. ИЗОМЕРИЯ АЛКАНОВ Изомерия – это явление, при котором вещества имеют одинаковый качественный и количественный состав, но различные свойства. 1. Структурная изомерия ( изомерия углеродного скелета) 2. Поворотная изомерия (конформационная изомерия) Возможные типы изомерии алканов: ИЗОМЕРИЯ УГЛЕРОДНОГО СКЕЛЕТА


Слайд 4

Число структурных изомеров резко возрастает по мере увеличения числа углеродных атомов в молекуле алкана: ИЗОМЕРИЯ УГЛЕРОДНОГО СКЕЛЕТА


Слайд 5

СТЕРЕОХИМИЯ И НАГЛЯДНОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ МОЛЕКУЛ Молекулы являются трехмерными объектами, и многое зависит от того, знаем ли мы точное пространственное расположение атомов в них. Пространственная структура молекул и вытекающие из этого следствия изучаются одной из важнейших областей химии — стереохимией. Пространственную структуру молекул лучше всего можно представить с помощью молекулярных моделей, которые бывают трех видов: сферические модели, дающие прежде всего представление об объемных отношениях в молекуле, скелетные модели и шаростержневые модели, подчеркивающие прежде всего пространственную ориентацию:


Слайд 6

Рис. 1. Модели молекулы этана. а — сферическая (по Стюарту—Бриглебу); б — скелетная; в — шаростержневая ТИПЫ МОЛЕКУЛЯРНЫХ МОДЕЛЕЙ на примере этана б а в


Слайд 7

Рис. 1. Шаростержневая модель молекулы метана. В метане атом углерода связан с четырьмя равноценными атомами водорода, которые располагаются совершенно симметрично относительно атома углерода (рис. 13). При подобном симметричном расположении угол, образо-ванный направлением валентностей атомов водород — углерод — водород, будет одинаков и равен 109° 28‘. Для характеристики строения предельных углеводородов важное значение имеет вопрос об их пространственной структуре - о расположении в пространстве атомов углерода и водорода. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ СТРОЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ. МЕТАН


Слайд 8

Мысленное соединение линией всех атомов водорода в молекуле метана приводит к геометрической фигуре, называемой тетраэдром; в центре его находится атом углерода (рис. 2). Эти идеи были развиты в 1874 г. Я. Вант-Гоффом и независимо от него А. Ле Белей, получили название тетраэдрической теории. С учетом межъядерных расстояний и радиусов атомов модель молекулы метана будет выглядеть, как показано на рисунке 3. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ СТРОЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ. МЕТАН Рис.2. Тетраэдрическая модель молекулы метана. ковалентных и ван-дер-ваальсовых радиусов (по Стюарту—Бриглебу). Рис.3. Структурная модель молекулы метана из шари-ковых сегментов с учетом


Слайд 9

ПРОСТРАНСТВЕННОЕ СТРОЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ. МЕТАН. ЭТАН Рис.4. Расположение орбиталей в метане. В этане, построенном из двух тетраэдрических атомов углерода, направление углерод-углеродной связи совпадает с направлением свободных валентностей атомов углерода в радикалах (рис. 5). Рис.5.Шаростержневая модель молекулы этана.


Слайд 10

Расположение ?-связей в молекуле этана, СТРУКТУРНАЯ МОДЕЛЬ МОЛЕКУЛЫ ЭТАНА И РАСПОЛОЖЕНИЕ ОРБИТАЛЕЙ В ЭТАНЕ . Структурная модель молекулы этана.


Слайд 11

Для молекулы этана возможны две крайние конформации. В одной из них атомы водорода метильных групп расположены один над другим, в другой они находятся в просветах. Естественно, что вследствие вращения по углерод-углеродной связи молекула принимает энергеическм наиболее выгодную конформацию, в которой атомы водорода различных метильных групп наиболее разобщены. Свободная энергия этой конформации на 12,6 кДж/моль меньше энергии конформации со сближенными атомами водорода. КОНФОРМАЦИИ Различные геометрические формы молекул, переходящие друг в друга путем вращения вокруг простых связей, называют конформациями или поворотными изомерами (конформерами)


Слайд 12

Рис. Конформации молекулы этана а) – заслоненная; б) – заторможенная Взаимное расположение атомов водорода обеих метиль-ных групп отчетливо видно на проекциях конформации называемых проекциями Ньюмена: ПРОЕКЦИИ НЬЮМЕНА а) б)


Слайд 13


Слайд 14

3аторможенная конформация скошенная Заслоненная конформация Заслоненная конформация 3аторможенная конформация трансоидная КОНФОРМАЦИИ МОЛЕКУЛЫ БУТАНА


Слайд 15

1 — фтористый метил; 2 — хлористый метил; 3 — бромистый метил; 4 — йодистый метил; 5— хлористый винил; 6 — тетрафторэтилен. 1 2 3 4 5 6 Структурные модели простейших галогеноалканов и галогеноалкенов:


Слайд 16

3. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛКАНОВ Физические свойства предельных углеводородов, как и других органических соединений, определяются их составом и строением. В гомологическом ряду углеводородов с нормальной цепью четыре первых члена при обычной температуре — газы, далее следуют жидкости и, начиная с C16H34, — твердые вещества (табл.). 1 При температуре кипения. 2 В жидком состоянии, под давлением.


Слайд 17

3. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛКАНОВ


Слайд 18

Температуры кипения в гомологическом ряду возрастают, причем разность температур кипения ближайших гомологов все время уменьшается. 3. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛКАНОВ Изомеры с нормальной цепью углеродных атомов кипят при более высокой температуре, чем с разветвленной цепью. Это объясняется меньшим взаимодействием между молекулами с разветвленной цепью в жидком состоянии: ответвления от главной цепи создают пространственные препятствия для сближения молекул. Следует подчеркнуть, что углеводороды с разветвленной цепью имеют меньшую склонность к комплексообразованию, например с мочевиной. Поэтому нормальные изомеры можно отделять от изомеров с разветвленной структурой в виде комплексов с мочевиной (промышленный метод).


Слайд 19

В промышленности в последнее время все большее значение приобретают методы разделения смесей с помощью катратов — соединении включения. Эти методы основаны на различной способности молекул, отличающихся по форме и ветчине, размещаться между молекулами некоторых твердых веществ, имеющих слоистую или сетчатую кристаллическую структуру. Извлеченные в виде клатратов вещества достаточно легко освобождаются от «хозяина». В нефтеперерабатывающей промышленности наиболее широко используются в качестве клатрато-образователей мочевина, тиомочевина, некоторые комплексные соли металлов, цеолиты и другие материалы. 3. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛКАНОВ


Слайд 20

Температуры кипения в гомологическом ряду возрастают, причем разность температур кипения ближайших гомологов все время уменьшается. 3. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛКАНОВ Температуры плавления в гомологическом ряду предельных углеводородов медленно возрастают. При этом предельные углеводороды образуют два ряда: четных и нечетных гомологов. Температуры плавления четных гомологов обычно выше, чем аналогично построенных нечетных. н-Гептан; Т.пл. — 90,6 оС н-Октан; Т.пл. —56,8 оС н-Нонан; Т.пл. — 53,6оС Чем это объясняется?


Слайд 21

Это явление объясняют различным пространственным расположением концевых метильных групп относи-тельно друг друга. В углеводородах четного ряда они расположены по разные стороны от оси молекулы, а нечетного — по одну сторону. 3. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛКАНОВ Благодаря более симметричному строению молекулы кислот с четным числом углеродных атомов сильнее взаимодействуют между собой в кристаллической решетке и ее труднее разрушить при нагревании. Подобная закономерность проявляется и в рядах производных предельных углеводородов, например, температура плавления карбоновых кислот нормального строения с четным числом углеродных атомов выше, чем температура плавления соседних кислот с нечетным числом углеродных атомов:


Слайд 22

энантовая Т,пл. — 10,5оС каприловая Т,пл. 16,2оС пеларгоновая Т,пл. 12,5оС 3. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛКАНОВ Т.пл. четных и нечетных гомологов Алканы — вещества неполярные и трудно поляризуемые. Растворимость их в воде ничтожна. Алканы поглощают ультрафиолетовое излучение в области длин волн менее 200 нм. В спектрах инфра-красного поглощении для них характерны поосы в области 2800 – 3000 см –1.


Слайд 23

4. ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ АЛКАНОВ. НЕФТЬ И ПУТИ ЕЕ ПЕРЕРАБОТКИ Алканы можно получить из соединений с тем же, меньшим или большим числом углеродных атомов. Нефть разгонкой при обычном давлении разделяется на три фракции: бензин, керосин и мазут; из этих основных фракций выделяют более узкие фракции: 1.1 Из сырой нефти:


Слайд 24

Фракционирование нефти


Слайд 25

4. ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ АЛКАНОВ. НЕФТЬ И ПУТИ ЕЕ ПЕРЕРАБОТКИ Для увеличения выхода бензина и др. ценных для хим. промышленности продуктов нефтяные фракции подвер-гают крекингу. Крекинг - термическое разложение улеводородов и других составных частей нефти. Твердый остаток после отгонки всех фракций- гудрон, содержащий высшие алканы (до С50), окисляют кислородом воздуха; образующийся битум используют для строительства дорог. 1.2 Каталитическое гидрирование алкенов и алкинов, начиная с пентана: R–CH=CH–R R–CH2 – CH2–R H2, Pt R–CH2– CH2–R R–C ? С–R H2, Pd R–C ? С–R R–CH2– CH2–R H2, Ni


Слайд 26

4. ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ АЛКАНОВ. 1.3 Восстановление галогенопроизводных R-X а) R-X R-H + HX H2/Pt б) R-X R-H + HX Na, C2H5OH в) R- I + HI* R-H + I2 * Иодисгый водород восстанавливает и кислородные соединения (кислоты, спирты, эфиры и др.).


Слайд 27

4. ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ АЛКАНОВ. 1.4 Гидролиз магнийорганических соединений R-MgX R?MgX R-H + MgOHX H2O, Н+ R?MgX R-H + ROMgX ROН R?MgX R-H + R-C?CMgX RC?CH Магнийорганические соединения можно получить из галогенопроизводных.


Слайд 28

1.5 Реакция Вюрца: 4. ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ АЛКАНОВ. 2C2H5I + 2Na С2Н5– С2Н5 + 2NaI возможный механизм: R–СН2 + R–СН–Сl R–СН2–СН2–R + Сl R–CH2–Cl + 2Na [R—CН2] Na + NaCl - - ·· ·· + ·· - Вместо натрия в этой реакции могут быть использованы и другие металлы, например литий, магний, цинк.


Слайд 29

Особенностью синтеза Вюрца является то, что он дает хорошие выходы в случае использования в качестве исходных веществ первичных галогеналкилов. Кроме того при использовании разных алкилгалогенидов в результате реакции получается смесь трех углеводородов: 1.5 Реакция Вюрца: RX + R?– X (R–R + R–R? + R?– R? ) Na 1.6. Реакция Кори — Хауса. Вместо натрия в этой реакции могут быть использованы и другие металлы, например литий, магний, цинк. R–X + 2Li R–Li + LiX 2R–Li + Cul R2Cu–Li + LiI R2CuLi + 2R'–I 2R–R' + LiM + CuI 4. ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ АЛКАНОВ.


Слайд 30

В случае первичных галогеналкилов выходы предельных углеводородов типа R—R' близки к 100 %, в случае третичных — 30—50 %. 1.6. Реакция Кори — Хауса (примечание) 1.7 Электролиз солей карбоновых кислот RCOONa RCOO– + Na+ RCOO– RCO–O• RCO–O• R• + CO2 2R• R–R - e


×

HTML:





Ссылка: