Węglowodory to najprostsza klasa organicznasubstancji, ich cząsteczki mają atomy tylko dwóch pierwiastków chemicznych - węgla i wodoru. Większość klas związków organicznych otrzymuje się z różnych węglowodorów metodami syntezy chemicznej.
Węglowodory dzielą się na dwie podklasy -acykliczne i cykliczne. Węglowodory alifatyczne lub węglowodory tłuszczowe lub węglowodory alifatyczne obejmują następujące grupy: węglowodory nasycone (alkany), nienasycone (alkeny, alkiny, dieny), acykliczne terpeny. Węglowodory cykliczne reprezentowane są przez grupy cykloparafinowe, areny i cykliczne terpeny. Czasami terpeny są klasyfikowane jako obiekty badań chemii bioorganicznej.
Węglowodory nasycone (alkany) - związkiwęgiel i wodór, w cząsteczkach których wszystkie wartościowości pozostałe po połączeniu atomów węgla ze sobą prostym wiązaniem są nasycone atomami wodoru. Wszystkie alkany można uznać za pochodne lub homologi metanu. Jeśli jeden atom wodoru zostanie usunięty z metanu, który ma wzór cząsteczkowy CH4, powstaje cząstka - rodnik CH3. Ze względu na to, że olerod jest zwykle czterowartościowy w cząsteczce substancji organicznej, połączenie dwóch takich rodników powoduje pojawienie się drugiego przedstawiciela szeregu homologicznego - etanu (C2H6). Po odjęciu jednego atomu wodoru od etanu powstaje rodnik etylowy, który po połączeniu z CH3 tworzy trzeci homolog, propan.
Analizując wzór strukturalny propanu, jest to łatweaby ustalić, że jego cząsteczka zawiera dwa typy atomów węgla - pierwotny i wtórny. Każdy pierwotny atom węgla jest powiązany z jednym atomem węgla jedną ze swoich wartościowości, a drugorzędny - dwoma wartościowościami z dwoma atomami węgla. Jeśli odejmiemy atom wodoru od pierwotnego atomu węgla propanu, powstanie pierwszorzędowy propyl, a drugorzędny - drugorzędowy propyl. Przyłączenie do pierwotnego lub wtórnego cięcia metylu powoduje powstanie strukturalnych odmian czwartego homologu. Powstają dwa związki, normalny butan o prostym łańcuchu i izobutan o rozgałęzionym łańcuchu.
Węglowodory nasycone: struktura
Metan jest typowym przedstawicielem alkanów.Wzór cząsteczkowy CH4. Cząsteczki alkanów charakteryzują się wiązaniem sigma. W cząsteczce metanu atom węgla tworzy cztery wiązania kowalencyjne z jednego s- i trzech p-orbitali, a każdy atom wodoru - z powodu s-orbitalu.
Węglowodory nasycone: nazewnictwo i izomeria
Przy wyprowadzaniu wzorów strukturalnych homologicznychpewnej ilości metanu, zaczynając od butanu C4H10, napotykamy zjawisko izomerii. Na przykład wzór cząsteczkowy C4H10 odpowiada dwóm poszczególnym związkom, C5H12 - trzem. Następnie liczba izomerów rośnie wraz z liczbą atomów węgla w cząsteczce alkanu. Na przykład wzór cząsteczkowy C6H14 odpowiada pięciu wzorom strukturalnym i odpowiednio poszczególnym substancjom, C7H16 - 9, C8H18 - 18, C10H22 - 76, C12H26 - 355. Pierwsi czterej przedstawiciele alkanów to gazy, od piątej do dwunastej - płyny, począwszy od XVI - ciała stałe ...
Właściwości chemiczne węglowodorów nasyconych
Wszystkie węglowodory nasycone są substancjami obojętnymi.Wynika to z faktu, że w cząsteczkach alkanów atomy węgla i wodoru są połączone wiązaniami sigma, więc związki te nie mogą przyłączać atomów wodoru. Alkany wchodzą w reakcje rodnikowego halogenowania, nitrowania i rozszczepienia. W procesie halogenowania atomy halogenu łatwo zastępują atomy wodoru w cząsteczce alkanu. Podczas nitrowania grupa nitrowa z łatwością zastępuje wodór w trzeciorzędowych, trudniejszych - w drugorzędowych i pierwotnych atomach węgla.
Węglowodory nasycone i nienasycone sąsurowiec do otrzymywania różnorodnych substancji organicznych. Odszczepiając atomy wodoru od węglowodorów nasyconych, można otrzymać te nienasycone (alkeny, alkiny).
