Установление структуры углеводородов по продуктам реакции

Расчет массовых долей и вывод эмпирической формулы

Процесс установления структуры начинается с анализа состава конечного продукта. Если в реакции участвовал хлороводород ($\text{HCl}$), а известны только массовые доли углерода и водорода, необходимо вычислить содержание галогена. Для этого суммируют известные доли (например, $42,6\%$ $\text{C}$ и $7,1\%$ $\text{H}$, что дает $49,7\%$) и вычитают результат из $100\%$. Оставшиеся $50,3\%$ приходятся на хлор.

Далее определяют молярное соотношение элементов в веществе. Для этого массовую долю каждого элемента делят на его относительную атомную массу ($\text{Ar}$):

• Углерод ($\text{Ar}=12$): $42,6 / 12 = 3,55$
• Водород ($\text{Ar}=1$): $7,1 / 1 = 7,1$
• Хлор ($\text{Ar}=35,5$): $50,3 / 35,5 = 1,42$

Чтобы получить индексы простейшей формулы, все полученные значения делят на наименьшее из них (в данном случае на $1,42$). Получается соотношение $\text{C}=2,5$, $\text{H}=5$ и $\text{Cl}=1$. Поскольку индексы должны быть целочисленными, весь ряд умножают на два. Итоговая брутто-формула продукта гидрохлорирования — $\text{C}_5\text{H}_{10}\text{Cl}_2$.

Определение структуры продукта

Выведенная формула $\text{C}_5\text{H}_{10}\text{Cl}_2$ соответствует дихлорпроизводному пентана. Наличие ровно двух атомов галогена свидетельствует о том, что к исходной молекуле присоединились две молекулы хлороводорода. Это означает, что исходный углеводород имел высокую степень ненасыщенности — он относился к классу алкинов или диенов с общей формулой $\text{C}_5\text{H}_8$.

Ключевым фактором для точного определения структуры является физическое свойство продукта — его симметричность, заявленная в условиях синтеза. Для углеродного скелета из пяти атомов единственным вариантом расположения двух атомов хлора, при котором молекула сохраняет полную пространственную симметрию, является их присоединение к центральному атому. Таким образом, продуктом реакции выступает исключительно 3,3-дихлорпентан ($\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{CCl}_2-\text{CH}_2-\text{CH}_3$).

Реконструкция исходного непредельного углеводорода

Опираясь на структуру конечного вещества, можно восстановить строение исходного реагента. Чтобы при гидрохлорировании галогены оказались у третьего атома углерода, кратная связь в исходной цепи должна располагаться соответствующим образом.

Веществом, отвечающим всем требованиям, является пент-2-ин ($\text{CH}_3-\text{C}\equiv\text{C}-\text{CH}_2-\text{CH}_3$). Процесс гидрохлорирования этого алкина подчиняется правилу Марковникова. Несмотря на то, что сама молекула пент-2-ина является почти симметричной по распределению электронной плотности, последовательное присоединение двух молекул $\text{HCl}$ приводит к образованию строго симметричного 3,3-дихлорпентана:

$\text{CH}_3-\text{C}\equiv\text{C}-\text{CH}_2-\text{CH}_3 + 2\text{HCl} \rightarrow \text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{CCl}_2-\text{CH}_2-\text{CH}_3$

Вопросы с занятий и экзамена

Что ещё разобрать по теме

• Механизм электрофильного присоединения (гидрохлорирования) к алкинам
• Применение правила Марковникова к почти симметричным внутренним алкинам
• Изомерия и номенклатура дихлорпроизводных пентана
• Сравнительная реакционная способность алкинов и диенов в реакциях с галогеноводородами

Другие темы раздела «Глава 15. Углеводороды»

Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.