ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы АЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ Предельные соединения Углеводороды (алканы) из "Начала органической химии Книга первая" Органические вещества классифицируют в соответствии с их структурой, причем основой классификации служит характер углеродного скелета углеводородов, т, е. последовательность связанных друг с другом углеродных атомов. Соединения, содержащие неуглеродные атомы, рассматриваются как производные углеводородов, в которых водородные атомы замещены на эти гетероатомы . Исключение делается только для таких структур, в которых гетероатом замыкает цепь углеродных атомов в цикл. Эти циклические соединения выделяются в особый класс — гетероциклы. [c.54] Все органические вещества прежде всего делятся на две большие группы ациклические соединения — с открытой цепью и циклические — с замкнутой цепью. [c.55] Циклические соединения делятся на изоциклические, в которых имеется замкнутая в цикл группировка из нескольких углеродных атомов, и гетероциклические, в которых в замкнутый цикл кроме углеродных атомов входят один или несколько неуглеродных (гетероатомов). Как изоциклические, так и гетероциклические соединения могут быть непредельными, содержащими двойные или тройные углерод-углеродные связи. Среди них особое место занимают так называемые ароматические соединения — шестичленные циклы, содержащие чередующиеся три ординарные и три двойные углерод-углеродные связи или связи углерода с гетероатомом. [c.55] Иногда главные родствепщле связи, например, гетероциклически построенного соединения ведут к ациклическим, а не гетероциклическим веществам. Поэтому последовательность изложения материала в этой книге, в отличие от справочников, будет часто отклоняться от строгой классификационной схемы. [c.56] Родоначальным углеводородом этого ряда является метан СН4. Все остальные углеводороды, относящиеся к алканам (или парафинам), — члены гомологического ряда метана, и, поскольку гомологи отличаются друг от друга ыа гомологическую разность СНд, состав любого алкана может быть выражен формулой С Н2 +2. Остатки, или радикалы (т. е. мысленно выделяемые части молекулы), образуемые зачеркиванием одного водородного атома в алканах, называются алкилами. Их общая формула С Н2 +1 Простейший алкил — метил СНд, как и все алкилы, — одновалентный остаток. От метана можно произвести также двухвалентный остаток метилен СН2 и трехвалентный — метин СН. [c.59] И получится углеводород того же состава G4H10 — изобутан, изомерный предыдущему и отличающийся по свойствам. [c.60] При замещении на метильный остаток водорода метилоновой группы w-бутана образуется изопентан — изомер м-пентана. [c.60] Третий пентан, изомерный двум предыдущим, а именно неопентан, можно получить из изобутана, замещая в нем водород метиновой группы на метил. [c.60] Легко видеть, что в исхэдном изобутане имеется два сорта водородных атомов единственный водород метиновой группы, который мы только что подвергли замещению, и девять водородов метильных групп. Если мы заместим один из них на новую метильную группу, то мы пе получим четвертого изомера пентана — его не существует. Полученная таким способом структура будет опять структурой изопентана. [c.60] Таким образом, ветвление гомологических рядов таково, что ветви эти иногда объединяются. Путем подобного же замещения одного из одинаковых водородных атомов в каждом из изомерных пептанов после вычеркивания одинаковых структур можно прийти к пяти изомерным гек-санам. Изучающему органическую химию необходимо поупражняться в выводе всех возможных структур пептанов, гексанов и гептанов. [c.60] Число структурных изомеров быстро растет с числом углеродных атомов скелета, как это можно видеть из табл. 3. Число структурных изомеров, предсказываемое теорией строения, строго оправдывается на опыте. [c.61] Углеродный атом, связанный всего с одним углеродным атомом, как, например, углерод метильпой группы в только что рассмотренных углеводородах, называется первичным. Углеродный атом, связанный с двумя углеродами (в наших примерах углеродный атом метиленовой группы), носит название вторичного. Третичный углерод связан с тремя углеродами (например, углерод метиновой группы в изобутане). Наконец, примером четвертичного углерода, связанного с четырьмя С, может служить центральный углерод неопентана. [c.61] В табл. 4 приведены некоторые физические свойства представителей гомологического ряда нормальных углеводородов, а в табл. 5 — физические свойства всех изомеров бутана, пентана, гексана и гептана. [c.62] В случаях парафиновых углеводородов с очень длинной цепью углеродных атомов, напрнмер у полиэтилена, получаемого полимеризацией этилена и являющегося смесью высокомолекулярных гомологов метана с молекулярным весом 10 ООО, плавление хотя и возможно (пределы т. пл. 105—125° С для разных поли этиленов), но силы Ван-дер-Ваальса столь прочно удерживают молекулы друг около друга и в расплаве, что легче разорвать химическую связь в цепи углеродных атомов, чем преодолеть межмолекулярные силы. Поэтому при нагревании в любом вакууме вещество разлагается не переходя в пар. [c.65] Углеродные цепи нормальных предельных углеводородов, как и всякие углеродные цепи, отнюдь пе располагаются но прямой. Позднее в этой книге будут рассмотрены сформулированные Вант-Гоффом (1871 г.) стерео-химические доказательства так называемой тетраэдрической конфигурации углеродного атома, подтвержденные уже в первой четверти XX века путем исследования дифракции рентгеновых лучей от кристаллов органических веществ. [c.65] Углеродный атом предельных соединений удерживает связанные с ним четыре одинаковых атома, например водорода в СН или углерода в С(СНз)4 так, что направления от центрального атома углерода к связанным с ним атомам идут по осям правильного тетраэдра (рис. 31). В центре этого тетраэдра и расположен центральный атом С. Углы между осями тетраэдра равны 109°28. Если углеродный атом удерживает четыре разных атома, то углы несколько (но немного) изменяются и тетраэдр перестает быть правильным, но в принципе дело не меняется. Из рентгеноструктурных данных известно также, что центры атомов углерода, связанных между собой в предельных соединениях, расположены на расстояниях 1,54 А, а расстояния от центра атома углерода до центра атома водорода равны 1,1 А. [c.65] Наиболее часто цепь углеродных атомов принимает конформацию а, самую бедную энергетически. Наличие разветвлений или заместителей может изменить конформацию цепи. [c.66] Конформации легко переходят одна в другую все они соответствуют одному и тому же химическому индивидууму. [c.66] Парафиновые углеводороды нормального строения кристаллизуются совместно с мочевиной из спиртовых или ацетоновых растворов в виде так называемых клатпратных соединений — кристаллических соединений, в которых молекулы углеводорода заполняют шестигранные каналы, образованные молекулами мочевины в кристалле. Цепи нормальных парафинов с числом углеродов пе менее шести как раз входят в эти каналы. Молекулы углеводородов с разветвленными цепями не помещаются в них и поэтому таких кристаллизационных соединений с мочевиной не образуют. Благодаря этому при помощи мочевины можно отделять соединения с нормальными цепями углеродных атомов (не только углеводороды, но и ряд их производных) от соединений с разветвленными цепями или от циклических соединений. [c.66] Вернуться к основной статье