Насыщенные (предельные) ациклические соединения

СН3—СН2—СН2—СН2     СН3—СН—СН2—СН3           

  бутил      ï             ï   вторичный бутил

В молекуле изобутана углеродные атомы (а) являются первичными, а атом (г) – третичным углеродным атомом, т.к. на соединение с другими углеродными атомами затрачено три его валентные связи.

Все первичные углеродные атомы равноценны между собой, поскольку они соединены с одним и тем же третичным углеродом. Поэтому при отнятии атома водорода от каждого из первичных углеродов изобутана образуется радикал первичный изобутил (или просто изобутил), а при отнятии водорода от третичного углеродного атома – третичный изобутил:

СН3—СН—СН2—      (i)                     ½         

  ½                                СН3—С—CH3  (ii)         

  CH3                                   ½                                                        

CH3

(i)– первичный изобутил, (ii) – третичный изобутил.

Таким образом, возможны четыре бутильных остатка состава С4Н9—.

Номенклатура насыщенных углеводородов

Метан, этан, пропан, бутан – это тривиальные названия первых четырех представителей гомологического ряда углеводородов. Для них, однако, характерно общее родовое название – ан. Оно сохраняется и в названиях высших предельных углеводородов. Поэтому углеводородам ряда метана дано еще общее наименование – алканы. Начиная с С5Н12, названия предельных углеводородов уже являются систематическими, их образуют из греческого числительно, которым обозначают число углеродных атомов в данной молекуле, и из родового окончания – ан. 

Так углеводород состава С5Н12 называется пентаном, состава С6Н14 – гептаном и т.д.

Названия предельных углеводородов ряда метана с нормальной цепью и их остатков даны в таблице 1:                                                   

  Таблица 1

Углеводороды-алканы	Остатки алканов (алкилы) (устаревшее название - радикалы)
формула	название	формула	название	формула	Название*
СН4	метан	СН3—	метил	СН2=	метилен
С2Н6	этан	С2Н5—	этил	С2Н4=	этилиден
С3Н8	пропан	С3Н7—	пропил	С3Н6=	пропелиден
С4Н10	бутан	С4Н9—	бутил	С4Н8=	бутилиден
С5Н12	пентан	С5Н11—	амил**	С5Н10=	пентилиден
С6Н14	гексан	С6Н13—	гексил	С6Н12=	гексилиден
С7Н16	гептан	С7Н15—	гептил	С7Н14=	гептилиден
С8Н18	октан	С8Н17—	октил	С8Н16=	октилиден
С9Н20	Нонан***	С9Н19—	нонил	С9Н18=	нонилиден
С10Н22	декан	С10Н21—	децил	С10Н20=	децилиден
С11Н24	ундекан	С11Н23—	ундецил	С11Н22=	ундецилиден

*Для трехвалентного остатка  принято название – илидин;  

**Тривиальное название  амил для остатка пентана общеупотребительно; строго по правилам номенклатуры  этот остаток должен быть назван  – пентил. Названия изоамил (изопентил) и неопентил приняты для следующих  первичных остаток изопентана  и неопентана:                      СН3           

 СН3—СН—СН2—СН2—                  ï                

  ï                           СН3—С—СН2—                

 СН3                               ï           

  изоамил                 неопентил      СН3 

***Название нонан происходит  не от греческого, а от латинского  числительного (нона – девять).    

Названия углеводородов нормального строения не вызывают затруднений. Более сложен вопрос о номенклатуре углеводородов изостроения. Действительно, как мы уже видели, пентанов изостроения существует два, гексанов – четыре, гептанов – восемь,  и т.д., причем с возрастанием числа углеродных атомов в молекуле число изоуглеводоров резко повышается. Чтобы название углеводорода точно выражало его строение, применяют различные принципы их систематической номенклатуры. Наиболее удобна и распространена международная заместительная номенклатура, принятая правилами ИЮПАК (IUPAC). Не очень сложные углеводороды изостроения называют и по старой рациональной номенклатуре. Однако, пользуясь последней, невозможно называть сложные углеводороды.

Международная заместительная номенклатура

По заместительной номенклатуре углеводороды изостроения рассматриваются как производные нормальных углеводородов, в цепи которых атомы водорода замещены простыми углеводородными радикалами, образующими боковые цепи. В формуле предельного углеводорода, который требуется назвать, выбирают основу, т.е. самую длинную (главную) цепь углеродных атомов. Затем эти атомы последовательно нумеруют, начиная с того конца главной цепи, к которому ближе боковое ответвление. В названии соединения цифрами указывают номера углеродных атомов, при которых находятся боковые радикалы, затем (через дефис) названия этих радикалов и, наконец, название нормального углеводорода, имеющего столько же углеродных атомов, сколько их содержится в самой длинной цепи, т.е. в основе данного углеводорода. Например, гексаны (1) и (2) по заместительной номенклатуре называют:          

  1       2       3        4        5             1        2       3       4        5         

 СН3—СН—СН2—СН2—СН3      СН3—СН2—СН—СН2—СН3               

  ï                                   ï                              

  СН3       (1)                       СН3      (2)               

2-метилпентан                  3-метилпентан    

Если в углеводороде несколько одинаковых боковых радикалов, в названии (через запятые) пишут номера всех углеродных атомов цепи, при которых одинаковые радикалы находятся, потом прописью, пользуясь греческими, указывают число этих радикалов, а затем уже их название. Так, гексаны (3) и (4) называют:         

  1     2    3    4                  СН3         

  СН3—СН—СН—СН3  (3)     1   2ï   3     4                   

  ï    ï               СН3—С—СН2—СН3  (4)                  

 СН3  СН3                  ï                   

2,3-диметил бутан                 СН3  2,2-диметилбутан

Самую длинную углеродную цепь выбирают и нумеруют так, чтобы вне ее остались наиболее простые остатки, а цифры в названии, указывающие положение остатки, были бы наименьшими. Если на равных расстояниях от концов цепи имеется с одной стороны один, а с другой два таких же боковых остатка, нумерацию начинают со стороны двух остатков (со стороны наибольшего разветвления цепи). А если в равных положениях от концов цепи находятся различные по сложности боковые остатки, начало нумерации ведут со стороны простейшего.

В общем названии углеводорода вначале указывают положение, число и наименование простейших остатков, потом следующие по сложности, т.е. сначала метильных, затем этильных, пропильных, бутильных и т.п. Приведем для примера  формулу и название одного из деканов (С10Н22)  изостроения:                                                                        

         СН3                              

  5    4ï    3                                            

  СН3—СН—СН—СН2—СН3                                             

  2½                                             

  CH3—C—CH3                                             

  1½ 

2,2,4-триметил-3-этилпентан                 CH3

Если после выбора главной цепи боковые остатки оказываются в свою очередь разветвленными, они могут быть названы с использованием принятых для них наименований (изопропил, втор-бутил, изобутил, трет-бутил, изоамил и т.п.). Для наименования более сложных разветвленных остатков, не имеющих установленных тривиальных названий, в них тоже выбирают и нумеруют самую длинную цепь и дают ей название соответствующего нормального остатка; при этом началом цепи и обозначенным цифрой 1 должен быть углерод, тот, который связан с главной цепью сложного углеводорода. Например, для остатков С5Н11 –  

1     2        3        4                 1      2       3                1      2       3   

—СН—СН2—СН2—СН3      —СН—СН2—СН3      —СН—СН—СН3  

  ï                          ï                    ï    ï         

  СН3                        СН2—СН3            СН3 СН3 

1-метилбутил                1-этилпропил         1,2-диметилпропил 

В общем названии сложного углеводорода название таких остатков заключается в скобки; перед скобкой ставят цифру, обозначающую положение этого остатка в главной цепи. Например:       

  СН3                      СН2—СН3                          

1     2ï    3       4       5       6       7ï       8        9      10

СН3—СН—СН2—СН2—СН—СН—СН—СН2—СН2—СН3    

ï                                                                  

 СН3—СН—СН2 СН—СН—СН3            

             ï         ï    ï     2-метил-7-этил-5-изобутил-                                   

  СН3      СН3  СН3  6-(1,2-диметилпропил)декан.       

Рациональная номенклатура

По рациональной номенклатуре соединения рассматривают как производные простейшего члена данного гомологического ряда; в частности, насыщенные углеводороды рассматриваются как производные метана, водородные атомы которого заменены углеводородными остатками (число последних, естественно, не может быть  больше четырех). В формуле соединения, которое требуется назвать, за основу берут какой-нибудь углеродный атом (обычно тот, вокруг которого сгруппировано наибольшее число наиболее простых остатков), принимая его за углерод молекулы метана. Название составляют из наименований соединенных с этим углеродным атомом остатков (радикалов), а в конце ставят слово метан. При этом количество одинаковых радикалов обозначают с помощью греческих числительных. Так, вышеуказанные гексаны по рациональной номенклатуре называются следующим образом :                  СН3                                         

  ï                                                

СН3—СН—СН2—СН2—СН3           СН3—С—СН2—СН3            

 ï                                  ï                                                    

 СН3  диметилпропилметан            СН3   триметилэтилметан 

В таблице 2 сопоставлены заместительные и рациональные названия всх изомерных гексанов (С6Н14).                                                        

  Таблица 2.

формула	название
заместительное	рациональное
СН3—СН2—СН2—СН2—СН2—СН3	Гексан	н-гексан
СН3—СН—СН2—СН2—СН3        ï              СН3	2-метилпентан	диметилпропилметан
СН3—СН2—СН—СН2—СН3             ï            СН3	3-метилпентан	метилдиэтилметан
СН3—СН—СН—СН3       ï    ï       СН3  СН3	2,3-диметилбутан	диметил-втор-пропилметан (диметилизопропилметан)
СН3       ï СН3—С—СН2—СН3       ï      СН3	2,2-диметилбутан	триметилэтилметан

Физические свойства насыщеных углеводородов

Насыщенные углеводороды – бесцветные вещества, практически не растворимые в воде, с плотностью меньше 1. В зависимости от состава они представляют собой газообразные, жидкие или твердые вещества. При этом температура кипения, температура плавления и плотность отдельных членов в гомологических рядах повышается по мере возрастания числа углеродных атомов в молекулах.

Метан, этан, пропан и бутан при обычных условиях представляют собой газы; они почти не имеют запаха. Пентан и следующие за ним углеводороды (вплоть до С16Н14) – жидкости с характерным "бензиновым" запахом и различной, постепенно снижающейся летучестью. Высшие насыщенные углеводороды – твердые нелетучие вещества, не имеющие запаха. Эта зависимость в изменении свойств по мере усложнения количественного состава в гомологических рядах углеводородов была открыта К. Шорлеммером.

Температуры кипения и плавления углеводородов зависят и от их строения. Нормальные углеводороды кипят выше, чем углеводороды изостроения. С другой стороны, самую высокую температуру плавления имеет тот изомер, цепь которого наиболее разветвлена.

Зависимость физических свойств изомерных углеводородов (пентанов) от строения.                                                                                                                

  Таблица 3.

Название	состав	Строение	Ткип., оС	Тпл., оС
Пентан	С5Н12	СН3—СН2—СН2—СН2—СН3	36,07	-129,8
2-метилбутан (изопентан)	С5Н12	СН3—СН—СН2—СН3       ï                          СН3	27,9	-159,9
2,2-диметил- пропан (неопентан)	С5Н12	СН3                  ï               СН3—С—СН3                   ï                       СН3	9,5	-16,6

Указанные различия в свойствах углеводородов разного состава и строения используют при разделении их смесей, например, при перегонке нефти.

Список литературы

Писаренко А.П., Хавин З.Я. Курс органической химии. М., Высшая школа,  1975. 510 с.

Нечаев А.П. Органическая химия. М., Высшая школа, 1976. 288 с.

Артеменко А.И. Органическая химия. М., Высшая школа, 2000. 536 с.

Березин Б.Д., Березин Д.Б.  Курс современной органической химии.  М., Высшая школа, 1999. 768 с.

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://referat.ru/