присоединяется к наименее гидрогенизованному атому углерода (т. е, такому, который связан с наименьшим числом атомов водорода). Значит, из пропилена образуется в основном хлористый изо-пропил СН3СНClСН3. Но почему реакция идет именно так? Современная теория дает объяснение правила Марковникова. Мы изложим эту теорию в несколько упрощенном виде.
Дело в том, что механизмы даже простых на первый взгляд химических реакций довольно сложны, включают несколько стадий. Так и с реакцией присоединения галогеноводорода. Молекула хлористого водорода присоединяется к молекуле алкена не сразу, а по частям. Первым присоединяется водород в виде протона Н+. Положительно заряженный протон подходит к молекуле пропилена. Какой из атомов углерода, соединенных двойной связью, он будет атаковать? Оказывается крайний, потому что на нем находится небольшой отрицательный заряд, обозначаемый δ- (дельта минус). Но как возник этот заряд, небольшой избыток электронной плотности?
В этом "повинна" метальная группа. Она как бы отталкивает от себя электроны, которые поэтому накапливаются у противоположного атома углерода, подальше от метильной группы. Только еще раз подчеркнем, что это смещение электронной плотности очень мало. Оно гораздо меньше, чем если бы целый электрон переселился от среднего атома углерода к крайнему. Тогда бы мы должны были поставить над средним атомом плюс, а над крайним минус (мы же ставим знак δ-, что означает малую часть от полного отрицательного заряда электрона).
Итак, теперь ясно, что положительно заряженный протон гораздо охотнее подойдет к крайнему атому углерода, несущему некоторый избыток электронной плотности.
Положительно заряженный протон присоединился к незаряженной молекуле и передал ей свой заряд. Где этот заряд расположится? Если бы протон присоединился к среднему атому углерода, то заряд возник бы на крайнем углероде. На самом деле протон подходит к крайнему атому углерода, и заряд возникает на среднем углероде.. А есть ли разница, где сосредоточен заряд? Да, и разница большая. Оба карбокатиона (т. е. органические частицы, несущие положительный заряд на атоме углерода) неустойчивы, живут очень недолго. Но все же второй катион устойчивее: дело в том, что он с двух сторон окружен метальными группами; а мы уже знаем, что метальные группы способны подавать электроны, отталкивать их от себя. Получается, что метальные группы частично компенсируют возникающий положительный заряд, А чем меньше этот заряд, тем карбокатион устойчивее. В первом случае положительный заряд . погашается лишь одной этильной группой, этот карбокатион будет менее устойчив, чем второй.
Как правило, чем устойчивее какая-нибудь частица, тем она легче образуется. А это значит, что второй карбокатион будет получаться гораздо чаще первого. Вторая стадия реакции присоединение отрицательно заряженного иона хлора к карбокатиону. Поскольку в продуктах первой стадии преобладает карбокатион второго типа, то в результате всей реакции на одну молекулу 1-хлорпропана приходятся тысячи молекул изомера, в котором хлор присоединен к среднему углероду. Поэтому мы и говорим, что присоединение идет в основном по правилу Марковникова. Два фактора место атаки протона на первой стадии и устойчивость образующегося после этого карбокатиона обусловливают выполнение этого правила.
Некоторые примеры использования этилена
Непредельные соединения легко присоединяют не только хлористый водород, но и многие другие молекулы. Характерные примеры химических превращений этилена приведены на схеме.
У читателя может возникнуть вопрос: существуют ли органические молекулы, построенные только из этиленовых блоков? Да, существуют. И простейший представитель бутадиен СН2=СН-СН=СН2. Это соединение широко используется в производстве синтетического каучука. В помидорах, фруктах обнаружен углеводород ликопин кристаллы красного цвета. В углеродной цепочке этого вещества 13 двойных связей.
Тройная связь
При образовании этой связи смешиваются, гибридизуются только одна s-орбиталь и одна р-орбиталь углеродного атома. Образовавшиеся две гибридизованные sp-орбитали связывают два атома углерода между собой (одна из черточек, σ-связь) и атом углерода с атомом водорода. При этом у каждого углеродного атома остается два p-электронных облака в виде объемных восьмерок, направленных перпендикулярно sp-орбиталям и друг другу. Перекрываясь "боками", эти восьмерки дают две π-связи (две другие черточки). Длина связи СС в молекуле ацетилена меньше длины простой и двойной связей, она равна 0,12 нм.
В молекуле ацетилена два атома углерода связаны тройной связью
Основные направления использования ацетилена
В промышленности ацетилен получают нагреванием метана до 1500 °С. При этом две молекулы метана как бы сдваиваются за счет отщепления водорода. Удобный способ получения ацетилена действие воды на карбид кальция:
Ацетилен и вообще углеводороды, содержащие тройные связи (алкины) весьма реакционно способные соединения. Они присоединяют галогены, галогеноводороды, воду. В отличие от метана и этилена водород в ацетилене довольно подвижен, его можно заместить на металлы: натрий, медь, серебро.: Гомологи ацетилена углеводороды состава СnН2n-2, содержащие в цепи тройную связь,- гораздо менее доступны, чем производные этилена. Но сам ацетилен-незаменимое сырье для химической промышленности, что видно из приведенной здесь схемы.