Что такое углеводороды?

Алканы и циклоалканы представляют собой углеводороды без функциональных групп с двойной или тройной связью, в зависимости от того, организованы ли атомы углерода в молекуле в цепочки или кольца. Алкены и алкины представляют собой углеводороды с двойными или тройными связями соответственно. Ниже приведены правила наименования углеводородов. Изомеры – это химические молекулы с одинаковой молекулярной формулой, но разными структурами. Изомеры будут обсуждаться более подробно ниже. Кроме того, мы более подробно рассмотрим гомологический ряд.

Наименование углеводородов

The International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) established the official names or systematic names of organic compounds in 1958, and they are known as IUPAC names or IUPAC nomenclature. The following points should be kept in mind while using the IUPAC method to name hydrocarbons.

• Число атомов углерода в углеводороде представлено стеблем ниже.

• Термин «ан» пишется после основы для обозначения насыщенного углеводорода с одинарными связями.
• Термин «ен» пишется после основы для обозначения ненасыщенного углеводорода с двойными связями.
• Слово «инэ» пишется после основы для обозначения ненасыщенного углеводорода с тройными связями.

Название насыщенных углеводородов

• Название CH ₄ – это химическое вещество имеет один атом углерода, который обозначается как «мет». Он насыщен, так как полностью состоит из одинарных связей. «Ане» в конце обозначает насыщенный углеводород. Когда «мет» и «ан» объединены, номенклатура ИЮПАК для этого вещества - «метан» (метан + ан = метан). Метан – это название ИЮПАК, а также общепринятое название углеводорода CH ₄ .

• Название C ₂ H ₆ – Буква «эт» обозначает наличие двух атомов углерода в этой молекуле. Он насыщен, так как полностью состоит из одинарных связей. «Ане» в конце обозначает насыщенный углеводород. Когда «эт» и «ан» объединены, название IUPAC для этой комбинации - «этан» (этан + ан = этан). IUPAC и общепринятые названия углеводорода C ₂ H ₆ идентичны — этан.

Номенклатура ИЮПАК для насыщенных углеводородов с разветвленной цепью

При использовании методики ИЮПАК для наименования насыщенных углеводородов с разветвленными цепями необходимо помнить о следующих правилах.

1. В структуре названного соединения самая длинная цепь атомов углерода располагается первой. Затем соединение классифицируется как производное алканового углеводорода, который представляет собой цепь атомов углерода наибольшей длины. Это называется «материнским углеводородом».
2. Алкильные группы, встречающиеся в виде боковых цепей (разветвлений), называются заместителями и обозначаются как метил (CH ₃ -) и этил (C ₂ H ₅ -) соответственно.
3. Атомы углерода самой длинной углеродной цепи нумеруются таким образом, чтобы алкильные группы (заместители) получали наименьший возможный номер.
4. Номер атома углерода, к которому присоединена алкильная группа, используется для обозначения ее положения.
5. Написание «положения и названия алкильной группы» непосредственно перед названием «исходного углеводорода» дает название соединения по ИЮПАК.

Название ненасыщенных углеводородов с двойной связью

• Название C ₂ H ₄ – Буква «эт» означает наличие двух атомов углерода в этой молекуле. Этот углеводород является ненасыщенным, потому что он имеет двойную углерод-углеродную связь. «Эн» в конце используется для обозначения двойной связи. Когда буквы «эт» и «ен» объединены, название IUPAC для этой комбинации - «этен» (этен + ен = этен). Этен имеет общее название, известное как этилен.

• Название C ₃ H ₆ – Буква «проп» означает наличие в этой молекуле трех атомов углерода. Этот углеводород является ненасыщенным, потому что он имеет двойную углерод-углеродную связь. «Эн» в конце используется для обозначения двойной связи. Когда буквы «проп» и «ен» объединены, номенклатура ИЮПАК для этой комбинации - «пропен» (проп + ен = пропен). Пропан имеет общее название, известное как пропилен.

Название ненасыщенных углеводородов с тройной связью

• Название C ₂ H ₂ – Буква «эт» означает наличие двух атомов углерода в этой молекуле. Этот углеводород является ненасыщенным, потому что он имеет тройную углерод-углеродную связь. «yne» в конце используется для обозначения тройной связи. Когда буквы «eth» и «yne» объединены, название IUPAC для этой комбинации - «ethyne» (eth + yne = ethyne). Ацетилен является общим термином для этина.

• Название C ₃ H ₄ – Буква «проп» означает наличие в этой молекуле трех атомов углерода. Этот углеводород является ненасыщенным, потому что он имеет тройную углерод-углеродную связь. «yne» в конце используется для обозначения тройной связи. Когда буквы «проп» и «ин» объединены, номенклатура ИЮПАК для этой комбинации - «пропин» (проп + ин = пропин). Пропин имеет общее название, известное как метилацетилен.

Что такое Изомеры?

Молекулярная формула представляет только одно вещество в неорганической химии. Например, HSO означает серную кислоту, которая представляет собой отдельное соединение. Однако в органической химии одна молекулярная формула может использоваться для представления двух или более различных молекул. Это связано с тем, что одинаковые атомы углерода в органических молекулах могут располагаться различными способами, образуя разные структуры и, следовательно, разные соединения. В органической химии, например, одна и та же химическая формула C ₄ H ₁₀ может обозначать два разных соединения: нормальный бутан и изобутан. Следующий пример поможет прояснить эту тему.

• Рассмотрим химическую молекулу бутана (C ₄ H ₁₀ ). Это химическое вещество имеет четыре атома углерода, которые могут быть связаны двумя способами для создания двух разных структур. Для начала все четыре атома углерода соединены в непрерывную прямую цепь, чтобы сформировать структуру, показанную ниже. Соединение нормального бутана, сокращенно н-бутан, представлено этой структурой.
• Во втором случае три атома углерода могут быть объединены в прямую цепь, а четвертый атом углерода может быть соединен в боковую цепь, что приводит к структуре, показанной ниже. Изобутан - это химическое вещество, имеющее такую структуру.

Хотя н-бутан и изобутан имеют одинаковую химическую формулу (C ₄ H ₁₀ ), их структуры различаются. Они известны как изомеры. Изомеры – это химические молекулы с одинаковой молекулярной формулой, но разными структурами. Другими словами, изомеры — это органические молекулы, которые имеют одинаковую химическую формулу, но отличаются конфигурациями атомов углерода. Изомеры включают нормальный бутан и изобутан, которые имеют одинаковую химическую формулу, но разные структуры или расположение атомов углерода. Изобутан имеет структуру с разветвленной цепью, тогда как нормальный бутан имеет структуру с прямой цепью. Также стоит отметить, что названия IUPAC для н-бутана и изобутана - 2-метилпропан или просто метилпропан.

Isomerism refers to the existence of two or more distinct chemical molecules with the same molecular formula but different structures. Only hydrocarbons with four or more carbon atoms can have two or more distinct configurations of carbon atoms, making isomerism possible. Since only one arrangement of carbon atoms is allowed in hydrocarbons with 1, 2, or 3 carbon atoms per molecule, no isomerism is possible. 

Например, в метане, этане или пропане изомерия невозможна, поскольку они содержат только один, два или три атома углерода соответственно, а различные конфигурации атомов углерода невозможны только с 1, 2 или 3 атомами углерода. Химический бутан (C ₄ H ₁₀ ) может иметь два изомера. Два изомера бутана уже обсуждались. Есть три изомера химического пентана (C ₅ H ₁₂ ) и пять изомеров соединения гексана (C ₆ H ₁₄ ). Число потенциальных изомеров быстро увеличивается по мере увеличения числа атомов углерода в молекуле алкана.

Что такое гомологичные серии?

Точно так же, как все элементы с похожей электронной структурой имеют сходные химические свойства и сгруппированы в одну и ту же группу периодической таблицы, все органические соединения с похожей структурой имеют сходные свойства и сгруппированы в одну группу или серию. Затем органические соединения располагаются в порядке возрастания молекулярной массы.

A homologous series is a collection of organic compounds with identical structures and chemical characteristics that differ only in the CH₂ group between them. Homologous refers to the different chemical molecules that make up a homologous series. The two neighbouring molecules are clearly separated by one carbon atom and two hydrogen atoms (or CH₂ group).

Гомологический ряд алканов. Поскольку все алканы имеют одинаковую структуру с одинарными ковалентными связями и химическими характеристиками, их можно объединить в гомологический ряд. Ниже перечислены первые пять алканов гомологического ряда.

Гомологический ряд алканов имеет общую формулу C _n H _2n+2 , где n — число атомов углерода в одной молекуле алкана. Один атом углерода составляет первый член ряда алканов. Второй член ряда алканов имеет два атома углерода. Третий член ряда алканов имеет три атома углерода. Член четвертого ряда алканов имеет четыре атома углерода, тогда как член пятого ряда алканов имеет пять атомов углерода.

Гомологический ряд алкенов . Гомологический ряд алкенов имеет общую формулу C _n H _2n , где n — число атомов углерода в одной молекуле алкена. Ниже перечислены первые пять алкенов гомологического ряда.

Ряд алкенов начинается с первого члена, который имеет два атома углерода. Второй член ряда алкенов имеет три атома углерода. Третий член ряда алкенов имеет четыре атома углерода. Четвертый член ряда алкенов имеет 5 атомов углерода, тогда как пятый член имеет 6 атомов углерода.

Гомологический ряд алкинов – Гомологический ряд алкинов имеет общую формулу C _n H _2n-2 , где n – число атомов углерода в одной молекуле алкина. Ниже перечислены первые пять алкинов в гомологичной последовательности.

Ряд алкинов начинается с первого члена, который имеет два атома углерода. Второй член ряда алкинов имеет три атома углерода. Третий член ряда алкинов имеет четыре атома углерода. Каждый четвертый член алкинового ряда имеет по 5 атомов углерода, тогда как пятый член имеет 6 атомов углерода.

Характеристика гомологичного ряда

Ниже приведены свойства гомологического ряда.

• Химические характеристики всех веществ гомологического ряда сходны. Все молекулы ряда алканов, такие как метан, этан, пропан и др., вступают в реакции замещения с хлором.
• Все члены гомологического ряда могут быть представлены одной и той же общей формулой.
• По своим молекулярным формулам любые два соседних гомолога отличаются на один атом углерода и два атома водорода.
• С увеличением молекулярной массы члены гомологического ряда демонстрируют устойчивое изменение своих физических свойств.
• Любые две соседние гомологичные молекулы имеют разность молекулярных масс 14u.

Примеры вопросов

Вопрос 1: Возможны ли изомеры C ₃ H ₈ ?

Отвечать:

For the given compound C₃H₈, there are 3 carbon atoms. Since only one arrangement of carbon atoms is allowed in hydrocarbon with three carbon atoms, so no isomerism is possible. Hence the isomers of C₃H₈ are not possible.

Вопрос 2: Данные соединения C ₃ H ₈ , C ₄ H ₁₀ являются соседними соединениями одного и того же гомологического ряда или нет?

Отвечать:

The two neighboring compounds of the same homologous series are separated by one carbon atom and two hydrogen atoms. Since the given compounds differ by one carbon atom and two hydrogen atoms, i.e. CH₂ group. So these compounds are the neighbouring compounds of the same homologous series.

Вопрос 3: Название углеводорода СН ₂ =СН ₂ это этан или нет?

Отвечать:

In the given compound, there are two carbon atoms, so ‘eth’ denotes the existence of two carbon atoms. There is a double bond between carbon carbon atoms, which is indicated by ‘ene’ at the end. So, the name of the given compound should be ethene. But at the end of given name ‘ethane’ there is ‘ane’ which indicated a single bond. Hence ethane is not the name of CH₂=CH₂.

Вопрос 4: Назовите углеводород, кроме пентана, который имеет более трех изомеров.

Отвечать:

A hydrocarbon, which has more than three isomers is hexane, C₆H₁₄.

Вопрос 5: В молекуле алкена 34 атома углерода. Сколько атомов водорода в этой молекуле?

Отвечать:

The general formula C_nH_2n, where n is the number of carbon atoms in one molecule of alkene. Since it is given that there are 34  carbon atoms, so n=34. Putting the value of n in the above formula,we get C₃₄H₂₍₃₄₎, or C₃₄H₆₈. So there are 68 hydrogen atoms in this molecule.