2.3. Физические свойства предельных углеводородов

2.4. Химические свойства предельных углеводородов

2.5. Получение предельных углеводородов

1. Из природного газа и нефти

2. Путем химических превращений:

2.1. Без изменения числа атомов углерода:

1. СН₂=СН₂ + Н₂ = СН₃-СН₃

2. CH₃I + 2Н = СН₄ + HI

3. CH₃I + HI = СН₄ + l₂

2.2. С увеличением числа атомов углерода:

4. Реакция Вюрца: C₂H₅J + Na = C₂H₅Na + NaJ

C₂H₅J + 2NA + C₂H₅J = C₂H₅-C₂H₅

2.3. С уменьшением числа атомов С:

6. Синтез из СО и Н₂. В результате получают смесь углеводородов.

7. Электролиз растворов солей карбоновых кислот (по Кольбэ):

8. СН₃СООNa = СН₃СОО^- = Na⁺

анион кислоты

СН₃СОО^- -е^- = СН₃COO^. (радикал кислоты)

СН₃COO^. = СН₃^. + СО₂

углеводородный радикал

2 СН₃^. = СН₃ - СН₃

Тема 3. Этиленовые углеводороды

ПЛАН

3.1. Состояние углерода в этиленовых углеводородах, природа двойной связи

3.2. Изомерия, номенклатура углеводородов ряда этилена

3.3. Физические и химические свойства

3.4. Способы получения

3.1. Состояние углерода в этиленовых углеводородах, природа двойной связи

Помимо тетраэдрической sp³–гибридизации, характерной для углерода в насыщенных углеводородах, возможны также гибридные орбитали и других типов.

Так, при образовании двойных связей в молекулах ненасыщенных соединений мы встречаемся с гибридизацией одной s- и двух р-атомных орбиталей углерода с образованием трех эквивалентных гибридных орбиталей, называемых sp²-орбиталями (плоскостно-тригональные орбитали).

Каждая из них имеет цилиндрическую симметрию относительно одной из трех осей, расположенных в плоскости под углом 120° (реально в молекуле 116,7°).

Ось четвертой атомной р-орбитали, не затронутой гибридизацией, расположена под прямым углом к плоскости, в которой лежат три оси sр²-гибридных орбиталей:

Схематическое изображение строения молекулы этилена

В молекуле этилена два углеродных атома образуют три σ-связи с участием трех тригональных орбиталей. Кроме того, перекрываются р-орбитали обоих атомов углерода (с параллельными осями). Такое взаимодействие между атомами называется π -связью.

Молекулярная связывающая π -орбиталь в этом случае имеет две области высокой электронной плотности (по одной с каждой стороны плоскости, образованной другими связями):

Схема образования π- связи

π-Связь менее прочна, чем σ-связь, так как р-электронные орбитали с параллельными осями перекрываются значительно меньше, чем при образовании теми же р-электронами или s-электронами σ-связи (перекрывание по оси орбиталей). Общая прочность (σ- + связь π)-связей в этилене составляет 145 ккал/моль, в то время как для σ-связи между двумя углеродными атомами в этане она составляет 83,6 ккал/моль.

Разница 61,4 ккал/моль является приблизительной мерой прочности π-связи.

Таким образом, двойная связь представляет собой сочетание σ- и π-связей.

Последняя обладает максимальной прочностью, когда молекула имеет планарную (плоскостную) конфигурацию. Для поворота в молекуле этилена одной группы СН₂ относительно другой группы СН₂ около оси С–С необходимо приложить энергию, достаточную, чтобы разорвать π-связь и вернуть два электрона на отдельные р-орбитали.

Энергия молекулярных столкновений при обычной температуре для этого недостаточна и потому вокруг двойной связи нет свободного вращения.

Модели молекулы этилена

Длина олефиновой связи между двумя ненасыщенными углеродами в алкенах меньше, чем длина простой σ-связи в насыщенных углеводородах (1,54 А), и составляет 1,35 А. Так как, чем больше концентрируется электронное облако между ядрами, тем более сильно они стягиваются.

Этиленовыми углеводородами (алкенами, олефинами) называют такие углеводороды, в молекулах которых содержатся углеродные атомы, затрачивающие на соединение с соседними углеродным атомом две валентности, т.е. образующие двойную связь.

Этиленовые углеводороды образуют гомологический ряд с общей формулой С_nH_2n , родоначальником которого является этилен СН₂= СН₂.

Строение молекулы этилена: