Номенклатура алканов

Амирова А. | Номенклатура алканов | Журнал «Химия» № 10/2006

Номенклатура алканов

При изучении органической химии следует стремиться к тому, чтобы учащиеся правильно и свободно составляли структурные формулы и названия веществ. В школьном курсе органической химии изучают международную систематическую номенклатуру, знакомство с которой начинается при изучении номенклатуры алканов.

Поскольку все другие классы органических соединений можно рассматривать как производные алканов, усвоение учащимися правил составления названий алканов по их химическим формулам и обратная задача (составление формул по названиям) представляются крайне важными и необходимыми. Урок проводится в несколько этапов.

ХОД УРОКА

Ориентировочно-мотивационный этап

Когда ученик начинает знакомиться с новым учебным предметом, темой, то всегда возникают вопросы, зачем нужно изучать этот предмет, чем именно интересна и значима данная тема. Предваряя изучение номенклатуры алканов, предлагаю ученикам написать формулы изомеров пентана.

Составив формулы трех изомеров, учащиеся сталкиваются с проблемной ситуацией: названия углеводородов, которыми они пользовались до сих пор, оказываются недостаточными. Называя вещество пентаном, мы не указываем, о каком из изомеров идет речь.

Возникает необходимость дать изомерным веществам индивидуальные названия с учетом строения их углеродного скелета.

На этом этапе урока я знакомлю учеников с понятием номенклатуры, кратко рассказывая о разных видах номенклатуры органических веществ, привожу историческую справку о систематической номенклатуре международного союза химиков. После этого сообщаю тему, задачи урока, перечисляю требования к усвоению знаний и формированию навыков при изучении этого вопроса.

Правила систематической (международной) номенклатуры

Последовательность действий Пример
1. Выбрать в структурной цепи наиболее длинную цепь атомов углерода. Если какие-то фрагменты структурной формулы свернуты, необходимо их развернуть
2. Пронумеровать атомы углерода в выбранной цепи с того конца, к которому ближе находится разветвление. Если разветвлений два и они равноудалены от концов главной цепи, то нумеровать углеродную цепь необходимо с того конца, к которому ближе стоит более простое (с меньшим числом атомов углерода) разветвление
3. Дать название радикалу – боковому разветвлению. Причем перед ним ставят номер того атома в углеродной цепи, от которого отходит разветвление, затем через дефис – название радикала (разветвления)
4. Если замещающих разветвлений несколько, то цифрой отмечают каждое из них, перечисляя радикалы в алфавитном порядке
5. Если в формуле встречаются одинаковые радикалы, то сначала через запятые перечисляют цифрами местоположения разветвлений, затем их количество и названия. Количество одинаковых радикалов обозначается греческими числительными «ди» (два), «три» (три), «пента» (пять) и т.д.
6. Если у одного и того же атома углерода находится два одинаковых радикала, то цифру повторяют дважды
7. К названию последнего радикала добавляют название того алкана, который содержит такое же количество атомов углерода, как и выбранная главная цепь
8. При выборе главной цепи в случае большого количества разветвлений направление нумерации указывают так, чтобы цифры, определяющие положения разветвлений, были наименьшими

Операционно-исполнительный этап

На этапе изучения нового материала учащиеся знакомятся с правилами международной номенклатуры, разбирая каждый пункт на конкретных примерах. Для организации и проведения данного вида работы ученики получают карточки, в которых приведены правила систематической номенклатуры с примерами (см. с. 33).

После знакомства учащихся с правилами я разбираю несколько примеров по составлению названий алканов. Для лучшего понимания материала привлекаю учеников к активному сотрудничеству, предлагая выбрать самую длинную цепь, пронумеровать ее, указать порядок перечисления радикалов, составить название и т.д.

Структурные формулы для упражнений

Далее объясняю ученикам, как выполнить обратную задачу – составить структурные формулы по названиям веществ, на примере 2,4-диметил-3-этилоктана.
Рефлексивно-оценочный этап

При работе по закреплению полученных знаний возможны разные варианты, одним из которых является организация индивидуальной работы. Учащиеся на местах самостоятельно выполняют тренировочную работу, обращаясь в случае необходимости за помощью к преподавателю, проверяя себя по контрольному листу.

Приведу варианты заданий для самостоятельной работы и контрольный лист.

Самостоятельная работа

Если вы усвоили номенклатуру алканов, то сможете самостоятельно назвать каждый из них. Перепишите в тетрадь структурные формулы алканов, приведенные в заданиях 1 и 2, и назовите эти вещества. В случае необходимости обращайтесь к правилам систематической номенклатуры или преподавателю. После выполнения задания проведите проверку по контрольному листу. Затем выполняйте задания 3 и 4.

1. Назовите вещества:

2.

Назовите алканы с тремя заместителями в углеродной цепи:

3.

Составьте структурные формулы алканов, имеющих следующие названия:

а) 2,3-диметил-3-этилгексан;

б) 2,2,3,3-тетраметилпентан;

в) 2-метил-3,3-диэтилгептан;

г) 4-пропил-3-этилнонан.

4.

Для 2,2,3-триметилгексана составьте формулы трех изомеров и двух гомологов. Дайте название всем веществам.

Контрольный лист

1.

а) 2-метилпентан;

б) 3-метилгексан;

в) 4-метилгептан;

г) 3-метил-3-этилгексан;

д) 3-этилгексан;

е) 3-метил-4-этилгептан.

2.

а) 2,3,4-триметилпентан;

б) 3,4-диметил-6-этилоктан;

в) 2,3,5-триметилгексан;

г) 2,2,3-триметилпентан;

д) 2,7-диметил-3-этилоктан.

3.

4. Заданное вещество:

Формулы трех его изомеров (С9Н20):

Формулы двух его гомологов:

Организованная таким образом работа предполагает обучение приемам самостоятельной работы, самоконтроля и самооценки знаний и умений. В результате учащиеся приобретают уверенность в своих учебных возможностях.

Можно также организовать учебно-познавательную деятельность в парах постоянного или переменного состава.

Многие психологически совместимые ученики с удовольствием выполняют учебную работу в паре, помогая друг другу в преодолении учебных трудностей и достижении учебных целей, радуясь успеху друг друга. Обычно формируют временные пары из сильного и слабого ученика, а также из сильных учеников.

При фронтальной работе один из учеников работает у доски, а остальные на местах следят за ответом своего товарища, при необходимости внося исправления, дополняя ответ.

Такая организация урока по закреплению изученного материала и первичной проверке ее усвоения позволяет учителю и ученикам по ходу урока выявить непонятные вопросы. Учитель обращает внимание учащихся на вопросы, требующие доработки при выполнении домашнего задания.

Домашнее задание и
инструктаж по его выполнению

В качестве домашнего задания ученикам предлагается внимательно прочитать материал учебника по данной теме, поработать с конспектом, еще раз рассмотреть приведенные примеры, выполнить упражнения дифференцированного уровня на составление названий алканов по формулам и формул – по приведенным названиям.

А.Х.Амирова,
учитель химии (г. Екатеринбург)

Источник: http://him.1sep.ru/article.php?id=200601010

Международная номенклатура алканов. Алканы: строение, свойства

Номенклатура алканов

Нелишне будет начать с определения понятия алканов. Это насыщенные либо предельные углеводороды, парафины. Также можно сказать, что это углероды, в которых соединение атомов C осуществляется посредством простых связей. Общая формула имеет вид: CnH₂n+ 2.

Известно, что соотношение количества атомов H и C в их молекулах максимально, если сравнивать с другими классами. Ввиду того что все валентности заняты либо C, либо H, химические свойства алканов выражены недостаточно ярко, поэтому их вторым названием выступает словосочетание предельные либо насыщенные углеводороды.

Также существует более древнее наименование, которое лучше всего отражает их относительную химинертность – парафины, что в переводе означает «лишенные сродства».

Итак, тема нашего сегодняшнего разговора: «Алканы: гомологический ряд, номенклатура, строение, изомерия». Также будут представлены данные касательно их физических свойств.

Алканы: строение, номенклатура

В них атомы C пребывают в таком состоянии, как sp3-гибридизация. В связи с этим молекулу алканов можно продемонстрировать в качестве набора тетраэдрических структур C, которые связаны не только между собой, но и с H.

Между атомами C и H присутствуют прочные, весьма малополярные s-связи. Атомы же вокруг простых связей всегда вращаются, ввиду чего молекулы алканов принимают разнообразные формы, причем длина связи, угол между ними – постоянные величины. Формы, которые трансформируются друг в друга из-за вращения молекулы, происходящего вокруг σ-связей, принято называть ее конформациями.

В процессе отрыва атома H от рассматриваемой молекулы сформировываются 1-валентные частицы, называемые углеводородными радикалами. Они появляются в результате соединений не только органических веществ, но и неорганических. Если отнять 2 атома водорода от молекулы предельного углеводорода, то получатся 2-валентные радикалы.

Таким образом, номенклатура алканов может быть:

  • радиальной (старый вариант);
  • заместительной (международная, систематическая). Она предложена ИЮПАК.

Особенности радиальной номенклатуры

В первом случае номенклатура алканов характеризуется следующим:

  1. Рассмотрение углеводородов в качестве производных метана, у которого замещен 1 либо несколько атомов H радикалами.
  2. Высокая степень удобства в случае с не очень сложными соединениями.

Особенности заместительной номенклатуры

Заместительная номенклатура алканов имеет следующие особенности:

  1. Основа для названия – 1 углеродная цепь, остальные же молекулярные фрагменты рассматриваются в качестве заместителей.
  2. При наличии нескольких идентичных радикалов перед их наименованием указывается число (строго прописью), а радикальные номера разделяются запятыми.

Для удобства информация представлена в виде таблицы.

Название веществаОснова названия (корень)Молекулярная формулаНазвание углеродного заместителяФормула углеродного заместителя
МетанМет-CH₄МетилCH₃
ЭтанЭт-C₂H₆ЭтилC₂H₅
ПропанПроп-C₃H₈ПропилC₃H₇
БутанБут-C₄H₁₀БутилC₄H₉
ПентанПент-C₅H₁₂ПентилC₅H₁₁
ГексанГекс-C₆H₁₄ГексилC₆H₁₃
ГептанГепт-C₇H₁₆ГептилC₇H₁₅
ОктанОкт-C₈H₁₈ОктилC₈H₁₇
НонанНон-C₉H₂₀НонилC₉H₁₉
ДеканДек-C₁₀H₂₂ДецилC₁₀H₂₁

Вышеуказанная номенклатура алканов включает названия, которые сложились исторически (первые 4 члена ряда предельных углеводородов).

Наименования неразвернутых алканов с 5 и более атомами C образованы от греческих числительных, которые отражают данное число атомов C. Так, суффикс -ан говорит о том, что вещество из ряда насыщенных соединений.

При составлении названий развернутых алканов в роли основной цепи выбирается та, которая содержит максимальное количество атомов C. Она нумеруется так, чтобы заместители были с наименьшим номером. В случае двух и более цепей одинаковой длины главной становится та, которая содержит наибольшее количество заместителей.

Изомерия алканов

В качестве углеводорода-родоначальника их ряда выступает метан CH₄. С каждым последующим представителем метанового ряда наблюдается отличие от предыдущего на метиленовую группу – CH₂. Данная закономерность прослеживается во всем ряду алканов.

Немецкий ученый Шиль выдвинул предложение назвать этот ряд гомологическим. В переводе с греческого означает «сходный, подобный».

Таким образом, гомологический ряд – набор родственных органических соединений, имеющих однотипную структуру с близкими химсвойствами. Гомологи – члены данного ряда. Гомологическая разность – метиленовая группа, на которую отличаются 2 соседних гомолога.

Как уже упоминалось ранее, состав любого насыщенного углеводорода может быть выражен посредством общей формулы CnH₂n + 2. Так, следующим за метаном членом гомологического ряда является этан – C₂H₆. Чтобы вывести его структуру из метановой, необходимо заменить 1 атом H на CH₃ (рисунок ниже).

Структура каждого последующего гомолога может быть выведена из предыдущего таким же образом. В итоге из этана образуется пропан – C₃H₈.

Что такое изомеры?

Это вещества, которые имеют идентичный качественный и количественный молекулярный состав (идентичную молекулярную формулу), однако различное химическое строение, а также обладающие разными химсвойствами.

Вышерассмотренные углеводороды отличаются по такому параметру, как температура кипения: -0,5° – бутан, -10° – изобутан. Данный вид изомерии именуется как изомерия углеродистого скелета, она относится к структурному типу.

Число структурных изомеров растет быстрыми темпами с увеличением количества углеродных атомов. Таким образом, C₁₀H₂₂ будет соответствовать 75 изомерам (не включая пространственные), а для C₁₅H₃₂ уже известны 4347 изомеров, для C₂₀H₄₂ – 366 319.

Итак, уже стало понятно, что такое алканы, гомологический ряд, изомерия, номенклатура. Теперь стоит перейти к правилам составления названий по ИЮПАК.

Номенклатура ИЮПАК: правила образования названий

Во-первых, необходимо отыскать в углеводородной структуре углеродную цепь, которая наиболее длинна и содержит максимальное количество заместителей. Затем требуется пронумеровать атомы C цепи, начиная с конца, к которому ближе всего расположен заместитель.

Во-вторых, основа – название неразветвленного насыщенного углеводорода, которому по количеству атомов C соответствует самая главная цепь.

В-третьих, перед основой необходимо указать номера локантов, возле которых расположены заместители. За ними записываются через дефис названия заместителей.

В-четвертых, в случае наличия идентичных заместителей при разных атомах C локанты объединяются, при этом перед названием появляется умножающая приставка: ди – для двух идентичных заместителей, три – для трех, тетра – четырех, пента – для пяти и т. д. Цифры должны быть отделены друг от друга запятой, а от слов – дефисом.

Если один и тот же атом C содержится сразу два заместителя, локант тоже записывается дважды.

Согласно этим правилам и формируется международная номенклатура алканов.

Проекции Ньюмена

Этот американский ученый предложил для графической демонстрации конформаций специальные проекционные формулы – проекции Ньюмена. Они соответствуют формам А и Б и представлены на рисунке ниже.

В первом случае это А-заслоненная конформация, а во втором – Б-заторможенная. В позиции А атомы H располагаются на минимальном расстоянии друг от друга. Данной форме соответствует самое большое значение энергии, ввиду того что отталкивание между ними наибольшее.

Это энергетически невыгодное состояние, вследствие чего молекула стремится покинуть его и перейти к более устойчивому положению Б. Здесь атомы H максимально удалены друг от друга.

Так, энергетическая разница этих положений – 12 кДж/моль, благодаря чему свободное вращение вокруг оси в молекуле этана, которая соединяет метильные группы, получается неравномерным. После попадания в энергетически выгодное положение молекула там задерживается, другими словами, «тормозится».

Именно поэтому оно и называется заторможенным. Результат – 10 тыс. молекул этана пребывают в заторможенной форме конформации при условии комнатной температуры. Только одна имеет другую форму – заслоненную.

Получение предельных углеводородов

Из статьи уже стало известно, что это алканы (строение, номенклатура их подробно описаны ранее). Будет нелишне рассмотреть способы их получения. Они выделяются из таких природных источников, как нефть, природный, попутный газ, каменный уголь. Применяются также и синтетические методы. Например, H₂ 2H₂:

  1. Процесс гидрирования непредельных углеводородов: CnH₂n (алкены)→ CnH₂n+2 (алканы)← CnH₂n-2 (алкины).
  2. Из смеси монооксида C и H – синтез-газа: nCO+(2n+1)H₂→ CnH₂n+2+nH₂O.
  3. Из карбоновых кислот (их солей): электролиз на аноде, на катоде:
  • электролиз Кольбе: 2RCOONa+2H₂O→R-R+2CO₂+H₂+2NaOH;
  • реакция Дюма (сплав со щелочью): CH₃COONa+NaOH (t)→CH₄+Na₂CO₃.
  1. Крекинг нефти: CnH₂n+2 (450-700°)→ CmH₂m+2+ Cn-mH₂(n-m).
  2. Газификация топлива (твердого): C+2H₂→CH₄.
  3. Синтез сложных алканов (галогенопроизводных), которые имеют меньшее количество атомов C: 2CH₃Cl (хлорметан) +2Na →CH₃- CH₃ (этан) +2NaCl.
  4. Разложение водой метанидов (карбидов металлов): Al₄C₃+12H₂O→4Al(OH₃)↓+3CH₄↑.

Физические свойства предельных углеводородов

Для удобства данные сгруппированы в таблицу.

ФормулаАлканТемпература плавления в °СТемпература кипения в °СПлотность, г/мл
CH₄Метан-183-1620,415 при t = -165°С
C₂H₆Этан-183-880,561 при t= -100°C
C₃H₈Пропан-188-420,583 при t = -45°C
н-C₄H₁₀н-Бутан-139-0,50,579 при t =0°C
2-Метилпропан– 160– 120,557 при t = -25°C
2,2-Диметил-пропан– 169,50,613
н-C₅H₁₂н-Пентан-130360,626
2-Метилбутан– 160280,620
н-C₆H₁₄н-Гексан– 95690,660
2-Метилпентан– 153620,683
н-C₇H₁₆н-Гептан– 91980,683
н-C₈H₁₈н-Октан– 571260,702
2,2,3,3-Тетра-метилбутан– 1001060,656
2,2,4-Триметил-пентан– 107990,692
н-C₉H₂₀н-Нонан– 531510,718
н-C₁₀H₂₂н-Декан– 301740,730
н-C₁₁H₂₄н-Ундекан– 261960,740
н-C₁₂H₂₆н-Додекан– 102160,748
н-C₁₃H₂₈н-Тридекан– 52350,756
н-C₁₄H₃₀н-Тетрадекан62540,762
н-C₁₅H₃₂н-Пентадекан102710,768
н-C₁₆H₃₄н-Гексадекан182870,776
н-C₂₀H₄₂н-Эйкозан373430,788
н-C₃₀H₆₂н-Триаконтан66235 при1 мм рт. ст0,779
н-C₄₀H₈₂н-Тетраконтан81260 при3 мм рт. ст.
н-C₅₀H₁₀₂н-Пентаконтан92420 при15 мм рт. ст.
н-C₆₀H₁₂₂н-Гексаконтан99
н-C₇₀H₁₄₂н-Гептаконтан105
н-C₁₀₀H₂₀₂н-Гектан115

Заключение

В статье было рассмотрено такое понятие, как алканы (строение, номенклатура, изомерия, гомологический ряд и пр.). Немного рассказано об особенностиях радиальной и заместительной номенклатур. Описаны способы получения алканов.

Кроме того, в статье подробно перечислена вся номенклатура алканов (тест может помочь усвоить полученную информацию).

Источник: http://fb.ru/article/191055/mejdunarodnaya-nomenklatura-alkanov-alkanyi-stroenie-svoystva

Алканы, номенклатура алканов

Номенклатура алканов

Определение 1

Алканами называют такие углеводороды, атомы углерода, в молекулах которых соединены между собой простыми (одинарными) $\sigma $- связями. Все остальные единицы валентности атомов углерода в этих соединениях заняты (насыщенны) атомами водорода.

Атомы углерода в молекулах насыщенных углеводородов находятся в первом валентном состоянии, то есть в состоянии $sp3$-гибридизации. Такие насыщенные углеводороды еще называют парафинами.

  • Парафинами эти органические соединения называют потому, что долгое время их считали малореакцийноспособными (от лат. parum – мало и affinis – имеет сродство).

  • Старое название насыщенных углеводородов – алифатические или жирные, углеводороды (от лат. alifatic – жирный). Это название происходит от названия первых изученных соединений, которые когда-то относили к этим веществам, – жиров.

Насыщенные углеводороды образуют ряд соединений с общей формулой $C_nH_{(2_n+2)}$ $(n – 1, 2, 3, 4, …)$. Простой соединением этого ряда является метан $CH_4$. Поэтому ряд этих соединений называют еще рядом метановых углеводородов.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Гомологические ряды

Соединения ряда метана имеют подобные строение и свойства.

Такой ряд соединений, представители которого имеют близкие химические свойства и характеризуются закономерной сменой физических свойств, имеют однотипную структуру и отличаются друг от друга на одну или несколько $-CH_2$-групп, называют гомологичным рядом (от греч.

«гомос» – сходство). Каждый последующий углеводород данного ряда отличается от предыдущего на группу $-CH_2$. Эта группа называется гомологичной разницей, а отдельные члены этого ряда – гомологами.

Происхождение названий алканов

Названия первых четырех насыщенных углеводородов (метан, этан, пропан, бутан) возникли случайно. Например, корень слова «этан» произошел от латинского слова ether – эфиы, так как остаток этана $-C_2H_5$ входит в состав медицинского эфира.

Начиная с $C_5H_{12}$, названия алканов образованы от греческих или латинских числительных, которые указывают количество углеродных атомов в молекуле данного насыщенного углеводорода с добавлением к этим названиям суффикса -ан. Так, углеводород $C_5H_{12}$ называется пентан (от греч.

«пента» – пять), $C_6H_{14}$ – гексан (от греч. «гекса» – шесть), $C_7H_{10}$ – гептан (от греч. «гепта» – семь) и т. д.

Правила систематической номенклатуры

Для названия органических веществ комиссией Международного союза теоретической и прикладной химии (IUPAC) были разработаны правила систематической (научной) номенклатуры. Согласно этим правилам, названия углеводородам дают таким образом:

  1. В молекуле углеводорода выбирают основную – длинную и сложную (которая имеет наибольшее число ответвлений) – углеродную цепь.

  2. Нумеруют атомы углерода основной цепи. Нумерацию осуществляют последовательно с того конца цепи, который дает радикалу наименьший номер.

    Если существует несколько алкильных радикалов, то сравнивают величину цифр двух возможных последовательных нумерации.

    И нумерация, в которой первой встречается меньше цифра, чем во второй последовательной нумерации, считается «меньше» и используется для составления названия углеводорода.

    Нумерация справа налево будет «меньше», чем нумерация слева направо.

  3. Называют углеводородные радикалы, которые образуют боковые цепи. Перед названием каждого радикала ставят цифру, которая указывает номер углеродного атома главной цепи, у которого с находится данный радикал. Цифру от названия отделяют дефисом. Названия алкильных радикалов перечисляют в алфавитном порядке.

    Если углеводород имеет в своем составе несколько одинаковых радикалов, то записывают в порядке возрастания номера углеродных атомов, у которых стоят эти радикалы. Цифры отделяют друг от друга запятыми.

    После цифр записывают префиксы: ди- (если одинаковых радикалов два), три- (когда одинаковых радикалов три), тетра-, пента- и т. д. (если одинаковых радикалов соответственно четыре, пять и т. д.). Префиксы указывают, сколько одинаковых радикалов имеет данный углеводород. После префикса ставят название радикала.

    В том случае, если два одинаковых радикалы находятся у одного углеродного атома, номер этого атома углерода ставится в названии дважды.

  4. Называют углеводород основной пронумерованной углеродной цепи, помня при этом, что названия всех насыщенных углеводородов имеют суффикс -ан.

Приведенный ниже пример поможет уяснить эти правила:

Рисунок 1.

Алкильные радикалы боковых цепей

Иногда алкильные радикалы боковых цепей разветвленные. В этом случае их называют так, как соответствующие насыщенные углеводороды, только вместо суффикса -ан принимают суффикс -ил.

Углеродную цепь разветвленного радикала нумеруют. Атом углерода этого радикала, соединенный с основным цепью, получает номер $1$. Для удобства углеродную цепь разветвленного радикала нумеруют цифрами со штрихами и полное название такого радикала берут в скобки:

Рисунок 2.

Рациональная номенклатура

Кроме систематической для названия насыщенных углеводородов используют еще рациональную номенклатуру. По этой номенклатуре насыщенные углеводороды рассматривают как производные метана, в молекуле которого один или несколько атомов водорода замещены на радикалы.

Название насыщенного углеводорода по рациональной номенклатуре образуют таким образом: называют по степени сложности все радикалы, которые находятся у атома углерода с наибольшим количеством заместителей (отмечая их количество, если они одинаковые), а затем добавляют основу названия углеводорода по этой номенклатуре – слово «метан». К примеру:

Рисунок 3.

Рациональную номенклатуру пользуются для названия сравнительно простых углеводородов.

Эта номенклатура не так усовершенствована и гораздо менее удобна в пользовании по сравнению с систематической номенклатурой.

По рациональной номенклатуре одно и то же вещество может иметь разные названия, что очень неудобно. Кроме того, по данной номенклатуре можно назвать далеко не все насыщенные углеводороды.

Источник: https://spravochnick.ru/himiya/alkany_nomenklatura_alkanov/

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.

    ×
    Рекомендуем посмотреть