Функциональные производные углеводороды

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ

УГЛЕВОДОРОДОВ

Функциональными производными углеводородов называют органические соединения, в которых один или несколько атомов водорода замещены на гетероатомы или функциональные группы, содержащие гетероатомы, т.е. содержащие функциональные группы. В результате такого замещения осуществляется переход от углеводородов к их галоген- (галогенопроизводные), кислород- (спирты, простые эфиры, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты), серу- (сульфиды, сульфоксиды, сульфоновые кислоты и т.д.), азот- ( нитро-, амино-, диазасоединения и др.), а также фосфор, металл или неметалл-содержащие производные.

Различают моно-, би- и полифункциональные производные углеводородов. Монофункциональными считаются соединения, содержащие одну или несколько функциональных групп одного типа, например:

[pic 1]

спирты – монофункциональные производные углеводородов

Стабильные би- и полифункциональные производные углеводородов могут образовываться только в том случае, если входящие в их состав фунциональные группы химически совместимы, т.е. не вступают друг с другом в химическое взаимодействие при нормальных условиях. К химически несовместимым можно отнести –М (металл) и –Х (галоген), –NH2 и –COH, –СОН и –ОН, особенно у соединений алифатического ряда.

МОНОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ УГЛЕВОДОРОДОВ

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ

Производные углеводородов, которые содержат в своем составе один или несколько атомов галогена, имеющих ковалентную связь С-Х, где Х = F, Cl, Br, J.[pic 2]

Атомы галогенов (VII группа периодической системы элементов) имеют на внешнем электронном уровне (n) 7 электронов, 6 из которых образуют три неподеленные электронные пары. За счет седьмого, неспаренного электрона эти элементы могут образовывать ковалентную связь с sp3, sp2 или sp – гибридным атомом углерода в органических соединениях:[pic 3]

Строение функциональной группы

Ковалентная связь углерод-галоген поляризована Cδ+→Хδ-, т.к. электроотрицательность атомов галогенов выше электроотрицательности атома углерода. Полярность связи уменьшается в ряду F>Cl≥Br>J. Таким образом, галогены проявляют относительно углеводородного фрагмента молекулы (R) отрицательный индукционный эффект (–I) (электроноакцепторное действие). За счет имеющейся неподеленной электронной пары на несвязывающей орбитали атома галогены могут вступать в сопряжение с π-системой углеводородного заместителя, проявляя +С-эффект: 

[pic 4]

Поскольку в случае производных бензола | -I | > | +С |, то суммарное действие атома галогена на ароматическую систему является электроноакцепторным, замедляющим реакции электрофильного замещения (SE2), но ориентирующим заместитель, тем не менее, в орто- и пара-положения бензольного кольца.

Поляризуемость связи C-X возрастает в противоположном ряду F<Cl<Br<J, вызывая снижение ее энергии (Eсв, кДж/моль: 443 > 328 > 279 > 240), поэтому алифатические йодпроизводные вступают в реакцию замещения галогена максимально легко.

Номенклатура и классификация

Галогенопроизводные классифицируют:

• по типу атомов галогенов (фтор-, хлор-, бром- и йод-производные),
• их количеству (моно-, ди-, три- и т.д.) и взаимному расположению,
• строению углеводородного заместителя (насыщенные, ненасыщенные, линейные, циклические, ароматические и т.д.),

насыщенные галогенопроизводные, в свою очередь, классифицируют как первичные, вторичные и третичные (атом галогена связан с первичным, вторичным или третичным атомом углерода).

Для построения названий галогенопроизводных по номенклатуре IUPAC выбирают главную цепь таким образом, чтобы она содержала атом углерода, связанный с галогеном. Указывают номером положение атома галогена в главной цепи, причем он определяет начало ее нумерации. Например, 4-метил-2-бром-пентан:                                                           .[pic 5]