3.2: Алкани з прямим ланцюгом

Last updated
Save as PDF

Page ID: 22899

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Результати навчання

Розрізняють органічні і неорганічні сполуки.
Охарактеризуйте особливості будови алканів.
З'єднайте кожен префікс з його числовим визначенням.
Розрізняють алкан і циклоалкан.

Органічні сполуки

Все живе на землі утворено здебільшого з вуглецевих сполук. Поширеність вуглецевих сполук в живих істотах призвела до епітета «на основі вуглецю» життя. Правда в тому, що ми не знаємо жодного іншого виду життя. Ранні хіміки розглядали речовини, виділені з організмів (рослин і тварин), як інший тип речовини, який не міг синтезуватися штучно, і ці речовини, таким чином, були відомі як органічні сполуки. Поширена думка під назвою віталізм стверджувала, що органічні сполуки утворюються життєвою силою, присутньою тільки в живих організмах. Німецький хімік Фрідріх Волер був одним з ранніх хіміків, які спростували цей аспект життєздатності, коли в 1828 році він повідомив про синтез сечовини, складової багатьох рідин організму, з неживих матеріалів. З тих пір було визнано, що органічні молекули підкоряються тим же природним законам, що і неорганічні речовини, і категорія органічних сполук еволюціонувала, включивши як природні, так і синтетичні сполуки, що містять вуглець. Деякі вуглецевмісні сполуки не класифікуються як органічні, наприклад, карбонати і ціаніди, а прості оксиди, такі як СО і СО ₂. Хоча єдине точне визначення ще не визначено хімічним співтовариством, більшість погоджуються з тим, що визначальною рисою органічних молекул є наявність вуглецю як головного елемента, пов'язаного з воднем та іншими атомами вуглецю. Органічні сполуки часто містять інші елементи, такі як азот, кисень, сірка або фосфор. Кількість атомів вуглецю і водню в органічній сполуці зазвичай набагато більше, ніж кількість інших атомів.

Сьогодні органічні сполуки є ключовими компонентами пластмас, мила, парфумерії, підсолоджувачів, тканин, фармацевтичних препаратів та багатьох інших речовин, які ми використовуємо щодня. Значення для нас органічних сполук гарантує, що органічна хімія є важливою дисципліною в загальній галузі хімії. Елемент вуглецю породжує величезну кількість і різноманітність сполук, які знаходяться в біологічних і промислових умовах. Ці сполуки зазвичай містять функціональні групи, які включають атоми, крім вуглецю та водню. Особливе розташування атомів всередині з'єднання відоме як функціональна група. Види функціональних груп будуть розглянуті в наступному розділі. Поки ми виділимо органічні та неорганічні (що означає не органічні) сполуки і розглянемо структури для найпростіших з органічних сполук, вуглеводнів.

Вуглеводні

Вуглеводень - це органічна сполука, яка складається тільки з вуглецю і водню. Вуглеводневий є найпростішим видом органічної молекули і є основою для всіх інших більш складних органічних сполук. Вуглеводні можуть мати одинарні, подвійні або потрійні зв'язки між атомами вуглецю. Тут будуть обговорюватися алкани, а інші вуглеводні будуть розглянуті пізніше.

Алкани

Алкан - це вуглеводень, в якому є тільки поодинокі ковалентні зв'язки. Найпростіший алкан - метан, з молекулярною формулою\(\ce{CH_4}\). Вуглець є центральним атомом і утворює чотири одиночні ковалентні зв'язку з атомами водню.

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Метан є найпростішим вуглеводнем і показаний структурною формулою, моделлю кулі та палицею та моделлю заповнення простору.

Наступний найпростіший алкан називається етаном\(\left( \ce{C_2H_6} \right)\) і складається з двох атомів вуглецю з єдиною ковалентною зв'язком між ними. Кожен вуглець потім здатний зв'язуватися з трьома атомами водню. Алкановий ряд прогресує звідти, збільшуючи довжину вуглецевого ланцюга на один вуглець за раз. Структурні формули етану,\(\left( \ce{C_3H_8} \right)\) пропану та бутану\(\left( \ce{C_4H_{10}} \right)\) наведені нижче.

Ці алкани називаються прямоланцюговими алканами, оскільки атоми вуглецю з'єднані в один безперервний ланцюг без гілок. Іменування та написання структурних та молекулярних формул для алканів з прямим ланцюгом є простим. Назва кожного алкана складається з префікса, який вказує кількість атомів вуглецю і закінчення -ane. Молекулярна формула\(\ce{n}\) слідує за схемою,\(\ce{C_{n}H_{2n + 2}}\) де - кількість вуглеців в ланцюжку. У таблиці нижче перераховані перші десять членів алканового ряду.

Таблиця\(\PageIndex{1}\): Перші десять членів серії Alkane
Ім'я	Молекулярна формула	Конденсована структурна формула
Метан	\(\ce{CH_4}\)	\(\ce{CH_4}\)
Етан	\(\ce{C_2H_6}\)	\(\ce{CH_3CH_3}\)
пропан	\(\ce{C_3H_8}\)	\(\ce{CH_3CH_2CH_3}\)
Бутан	\(\ce{C_4H_{10}}\)	\(\ce{CH_3CH_2CH_2CH_3}\)
Пентан	\(\ce{C_5H_{12}}\)	\(\ce{CH_3CH_2CH_2CH_2CH_3}\)
Гексан	\(\ce{C_6H_{14}}\)	\(\ce{CH_3CH_2CH_2CH_2CH_2CH_3}\)
Гептан	\(\ce{C_7H_{16}}\)	\(\ce{CH_3CH_2CH_2CH_2CH_2CH_2CH_3}\)
Октан	\(\ce{C_8H_{18}}\)	\(\ce{CH_3CH_2CH_2CH_2CH_2CH_2CH_2CH_3}\)
Нонан	\(\ce{C_9H_{20}}\)	\(\ce{CH_3CH_2CH_2CH_2CH_2CH_2CH_2CH_2CH_3}\)
Декан	\(\ce{C_{10}H_{22}}\)	\(\ce{CH_3CH_2CH_2CH_2CH_2CH_2CH_2CH_2CH_2CH_3}\)

Зауважимо, що в таблиці показана варіація структурної формули, яка називається конденсованою структурною формулою, про яку ми поговоримо пізніше. У цій формулі розуміють, що ковалентні зв'язки існують між кожним вуглецем і пов'язаними з ним воднями, а також між атомами вуглецю.

Циклоалкани

Алкани також можуть існувати в кільцевій структурі, яка відома як циклоалкан. Наприклад, пентан - це ланцюг з п'яти атомів вуглецю, тоді як циклопентан - кільце з п'яти вуглеців, як показано на малюнку нижче.

Малюнок\(\PageIndex{3}\): Структури пентану (зліва) і циклопентану (праворуч).