Насыщенные (предельные) ациклические соединения. (стр. 2 из 3)

Таким образом, очевидно, что при отнятии атома водорода от молекулы пропана могут образоваться два остатка состава С3Н7 ¾: один при отнятии водорода от каждого из первичных углеродных атомов; его называют первичным пропилом, или просто пропилом; второй – при отнятии водорода от вторичного углеродного атома; его называют вторичным пропилом, или изопропилом:

СН3—СН2—СН2 ¾ СН3—СН—СН3

пропил вторичный пропил (изопропил)

При замещении одного атома водорода в молекуле пропана на остаток метил или, что то же самое, при соединении пропильного остатка С3Н7 ¾ с метильным остатком СН3 ¾ образуется следующий в ряду гомолог С4Н10 углеводород, получивший название бутан. Однако на основании выше изложенного следует сделать вывод, что бутанов может быть два. Один образуется при соединении метила с первичным пропильным остатком, его структурная формула и упрощенная формула имеет следующий вид:

Н Н Н Н

ïïïï

Н—С—С—С—С—Н бутан (а) СН3—СН2—СН2—СН3

ïïïï

Н Н Н Н

Второй углерод состава С4Н10 образуется при соединении метила с вторичным пропильным остатком, и его строение может быть выражено формулами:

Н Н Н СН3—СН—СН3

ïïïï

Н—С—С—С—Н СН3 изобутил (б)

½½½

Н С Н

Н Н Н

Перед нами два вещества, имеющие одинаковый состав, но в одном (а) четыре атома углерода образуют неразветвленную цепь, во втором (б) имеется цепь из трех углеродных атомов, а один углерод (метильная группа) образует боковое ответвление (боковую цепь). Оба соединения являются предельными углеводородами, атомы углерода в них четырехвалентны, и все их валентные связи насыщены. Однако эти вещества отличаются по физическим свойствам: оба они газы, но углерод с неразветвленной цепью кипит при -0,5 оС,

углеводород с разветвленной цепью – при -11,7 оС. Выведенные углеводороды (а и б) – вещества, одинаковые по качественному и количественному составу, но различные по свойствам, так как они имеют различное химическое строение, т.е. отличаются последовательным порядком взаимной связи атомов и, следовательно, являются изомерами.

Изомеры с неразветвленной цепью углеродных атомов называются нормальными соединениями; в частности, предельные углеводороды, у которых углеродные атомы образуют единую цепь, называются нормальными углеводородами или сокращенно н-углеводородами. Изомеры с разветвленной цепью углеродных атомов называются соединениями изостроения или изосоединениями (в частности, изоуглеводородами). Поэтому один из углеводородов С4Н10 (а) представляет собой н-бутан (или просто бутан), а второй (б) – изобутан.

Как видно из изложенного, изомерные насыщенные углеводороды различаются лишь строением своих углеродных цепей. Поэтому изомерию насыщенных углеводородов обычно называют изомерией углеродного скелета или изомерией цепи. В других классах соединений встречаются иные, более сложны виды изомерии.

Разберем теперь, какие радикалы могут образоваться из двух изомерных бутанов. Для этого еще раз напишем их формулы и обозначим углеродные атомы:

а б б а а г а

СН3—СН2—СН2—СН3 СН3—СН—СН3

бутан изобутан ïа

СН3

В молекуле бутана атомы (а) являются первичными углеродными атомами и равноценны по своему положению в молекуле. Атомы (б) представляют собой вторичные углеродные атомы и также равноценны между собой. Таким образом, из бутана путем отнятия одного атома водорода от каждого из первичных углеродных атомов может быть получен радикал – первичный бутил (или просто бутил); при отнятии водорода от каждого из вторичных углеродных атомов образуется радикал – вторичный бутил:

СН3—СН2—СН2—СН2 СН3—СН—СН2—СН3

бутил ïï 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

ïï

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

ïï 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: