Р. Моррисон, Р. Бойд - Органическая химия (1125875), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Тем не менее различия в температурах кипения, температурах плавления и других физических свойствах свидетельствуют о том, что это не одно и то же соединение, т. е. эти соединения являются изомсранти. В чем же их отличиер Чтобы понять, какой тип изомерии имеется в ' СНе бутенах-2, следует рассмотреть более подробно стро- ЕНИЕ аЛКЕНОВ И ПрИрсду дВОйНОй уГЛЕРОд-уГЛЕРОдНОй Сне связи.
Этилен представляет собой плоскую молекулу. Плоское строение является результатом гео- рнс. 5.5. Затрудненное метрического расположения связывающих орбита- врасненне вонрут хвой. лей и, в частности, перекрываниЯ, приводящего к ной связи. Вращение образованию и-связи. По той же причине часть препнтствует перенрммолекулы любого алкена также должна быть плос- вению р-орбитллей и кой, причем атомы углерода, соединенные двойной "Рнеоднт н Разрнву н-связи. связью, и четыре связанных с ними атома лежат в одной плоскости. Если рассмотреть структуру бугена-2 более подробно и особенно если использовать молекулярные модели, можно увидеть два возможных расположения атолтов 1 и 11 (помимо бесчисленного множества возможностей, возникающих вследствие вращения вокруг простых связей).
В одной структуре метильные группы расположены с одной стороны молекулы (1), а в другой — по разные стороны (П). Лавены. д Строение и получение ~ о« Разрыв я-связи требует около бО ккал (251,21.10' Дж); при комнатной температуре только незначительное число столкновений обладает достаточной энергией, и, следовательно, скорость взаимопревращения ничтожно мала. Следовательно, благодаря этому барьеру бО ккал (251,21 !О' Дж) существует затрудненное вращение вокруг двойной углерод-углеродной связи.
В результате этого затрудненного вращения оказывается возможным выделить два изомерных бутена-2. Это и есть бутилены с т. кнп. 1 и 4 'С. Н Н С 1 С ,г нс н аута~-1 Н Н С С Н,~' ", ииобутинон Оии гвоявмринвсноо ивомгрии 5.6. Диастереомерияг геометрическая изомерия Поскольку изомерные бутены-2 отличаются друг от друга только расположением атомов в пространстве (но имеют один и тот же порядок связи атомов), они принадлежат к общему классу, который называют стеоеоизомерами (равд.
3.1). Они, однако, не являются зеркальными изображениями друг друга и, следовательно, энантиомерами. Стереоизомера, которые ые являются зеркальными изображениями друг друга, яазываю~лся диастереомерами. Диастереомеры, возникающие в результате затрудненного вращения вокруг двойной углерод-углеродной связи, называ1отся геометрическими нзомерами.
Изомерные бутены-2, следовательно, будут диастереомерами нлн, более точно, геометрическими изомерами. Напомним, что расположение атомов, характеризующее определенный нзомер, называется его конфигурацией. Конфигурации изомерных бутенов-2 представлены структурами 1 и П. Конфигурации обозначают при помощи приставок цис (от латинского: на этой стороне) и транс (от латинского: через), которые показывают, что метильные группы расположены по одну или по разные стороны от плоскости двойной связи. Для изомера с т. кип. 4 'С методом, который здесь не обсуждается, установлена 14ис-конфигурация, а для изомера с т. кип.
1 С вЂ” транс-конфигурация. НС Н НС Н У 1 !! Геометрические ивомерм С с Н,~Ъ Н~~, Чир бутон-2, «~ран«ауте«-2, т. нии. 4 "С т, иио. 1«С Затрудненное вращение существует вокруг любой двойном углеродуглеродной связи, ио оно вызывает геометрическую изомерню только при определенном расположении групп, связанных с углеродными атомами цвойной связи. Чтобы обнаружить этот тип, следует написать возможные структуры (или, лучше, построить их молекулярные модели) и затем выяснить, являютси ли они изомерами, или они идентичны.
Из рассмотрения структурных формул следует, что пропилеи, бутен-1 и изобутилен не могут проявлять изомерии; этот вывод соответствует экспериментальным фактам. Очевицно, что многие высшие алкены могут существовать в виде геометрических нзомеров. Н Н Алланы. д Строение и получение 149 Если рассмотреть не только углеводороды, то можно обнаружить, что цпс-транс-изомерня невозможна для 1,1-дихлор- и 1,1-дибромэтиленов н возможна для 1,2-дихлор- и 1,2-днбромэтнленов. В обоих случаях эти предположения подтверждены экспериментально. Были выделены изомеры со следующими физическими свойствами: Вг Н С 11 С Й Вг С1 Н С 11 С1 Н 'х Г 11 1( С1 Вг Н С 11 С Ыг Н чис гирина 1,2-днхлорэтилеи т.
хип. 60'С, т. хин. 43 С, т. ол. — 80 "С т. пл. — 50'С Чис Ирине 1, 2-дибромэтилен т. иип. 110'С, т. хин. 108'С„ т. ол. — 53'С т. пл. — 6'С Из рассмотрения этих структур следует, что геометрическая изомерия невозможна, если заместители при любом атоме углерода одинаковы. Ниже приведен ряд примеров. а а ,л' С ии 11 С а Ь а Ь 'ч Г 'ч,Г 11 11 С С Г' 'ч а Ь а Ь С С 11 С С .Г 'ч адно и жо эсе соединение Явление геометрической нзомерии носит общий характер и присуще любому классу соединений, содержащих двойную углерод-углеродную связь (илн двойную связь друго~о типа).
Из приведенных выше примеров видно, что геометрические изомеры имеют различные физические свойства. Это справедливо для всех диастереомеров. Пара диастереомеров отличается друг от друга по своим физическим свойствам, причем различны температуры плавления и кипения, показатели преломления, растворимость, плотность и т.
п. В результате этих различий в температурах кипения и растворимости их можно, в принципе по крайней мере, разделить фракпнонной перегонкой или фракционной кристаллизацией; молекулы различны по форме и полярности, поэтому они по-разному адсорбнруются и их можно разделить хроматографически. Пара диастереомеров имеет аналогичные химические свойства, поскольку они принадлежат к одному и тому же классу. Однако их химические свойства не идентичны, поскольку строение диастереомеров не идентично; они реагируют с данным реагентом с различной скоростью.
При рассмотрении физических свойств алкенов (равд. 5.10) обсуждается один из методов, позволяющих определить, является ли вещество цис- или транс.изомером, т. е. один из методов установления конфигурации. Пара геометрических иэомеров, следовательно, является днастереамерами. В канув группу они попадают по другой хлассификации, в которой критерием служитлегкость взаимного превращения стереоизомеров (равд. 4.6)й Зтот вопрос подробно обсуждается в равд. 7.1.
С точки зрения воэможности выделения гсометрячесние изомеры сходны с конфигурационными изомерами, поскольку е обоих случаях взаимное превращение требует разрыва связей — и-связи в случае геометрических изомеров. Ллкены. Д Строение и получение ~ 5 Б.7. Высшие алкены Задача 5.1. Не учктывая анантномеров, нвпншнте структуры: а) шести нзомерных ленте левов (СзН,„); б) четырех язомерных хлорпропнленов (СзнеС1); в) однннаднатн нзомер ных хлорбутнленов (С„Н,С1).
Б.8. Общие названия Как и в случае алканов, существует несколько различных систем номенклатуры алкенов. Лля простейших алкенов часто используют их тривиальные названия: этилгн, пропилен и бутилгн. Вутилены различают с помощью приставок: а, р и изо. Геометрические изомеры обозначают как 1(ис- н транс-изомеры. Необходимость большого числа приставок для названия высших алкенов делает эту систему непригодной. Различные алкены с одинаковым числом атомов углерода иногда называются общим названием, например пентилены (амилгны), гексилгноь ггптилены и т.
д. (Иногда алкеиы обозначают как производные этилена, например тгтрангтилгтилгн для углеводорода (СН,),С=С(СН,),.! Как и в случае алкенов, для названии более сложных алкенов используется номенклатура )ЬРАС. Б.У. Номенклатура ШРАС Правила этой системы номенклатуры следующие: 1. В качестве основы выбирается самая длинная цепь, содержащая двойную углерод-углгродную связь; соединение рассматривается как полученное из этой исходной структуры заменой атомов водорода на различные алкнльные группы.
Исходные структуры — это гтгн, пропгн, битси, пгнтвн и т. д. в зависимости от числа атомов углерода; название алкенов получается изменением окончания -ан в соответствующем алкане на -гн. НаС=СНа СНеСН=СНе СН„СНзСН СНа СНзСН=СНСНа втек пропен бутса-1 бутен-2 (Чпс нлн транс) СН, СН Сне С СН СН СН ! Н 2-метнл пропев 4-метнлпензпн-2 (Чпс нлн транс) 2. Положение двойной связи в исходной цепи обозначают цифрой. Хотя двойная связь включает два атома углерода, нумеруется углеродный атом двойной связи, встречающийся первым при нумерации от конца цепи, СН, сн — с — сн=сн„ СН, З,з-днметнлбутше1 Бутилены содержат на один атом углерода и два атома водорода больше, чем пропилеи, который в свою очередь имеет на один атом углерода и два атома водорода больше, чем этнлен. Следовательно, алкены образуют другой гомологический ряд, причем гомологическая разность такая же.
как н для алканов: СНв. Общая формула соединений этого класса С„Н „. В ряду алкенов число изомеров для каждого члена ряда при переходе к высшим алкенам возрастает еще быстрее, чем в ряду алканов; кроме изменения углеродного скелета, здесь возможно также изменение положения двойной связи в цепи, а также геометрическая изомерия. О ) Алкенес Б Строение и лолрчение который расположен ближе к двойной связи; таким образом, бусина-1 и буснен-2. 3. Обозначают цифрой положения алкильных групп, присоединенных к исходной цепи.
0,10. Физические свойства физические свойства алкенов по существу такие же, как свойства алканов. Они нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в неполярных растворителях, таких, как бензол, зфир, хлороформ или лигроин. Их плотность меньше плотности воды. Как видно из данных табл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
