碳的化學(2 / 2)

烯烴常見的烯烴是乙烯(C2H4)和丙烯(C3H6)。烯烴的通式是CnH2n,它們都含有碳碳雙鍵(-C=C-),容易發生加成反應。乙烯是現代石油化學工業的龍頭產品之一,乙烯的生產能力是國家綜合國力的重要標誌。丙烯是製造丙烯腈(人造羊毛)和聚丙烯纖維的基本原料。凡含有兩個碳碳雙鍵的烯烴叫二烯烴,如丁二烯(C4H6)是製造順丁橡膠的原料。乙烯、丙烯、丁二烯的結構簡式如下:

炔烴分子中含碳碳三鍵(-C≡C-)的烴叫炔烴,最重要的炔烴是乙炔C2H2。炔烴的通式是CnH2n-2。金屬焊接或切割時用的氧炔焰就是利用乙炔在氧氣中燃燒時產生的高溫(約3000℃)。氣焊時用的乙炔氣是由電石(CaC2)水解產生的,乙炔本身無色無味,電石水解時聞到的特殊臭味,是由其中含磷含硫雜質所致:

(火焰溫度可達3000℃左右)含有三鍵的炔烴和含有雙健的烯烴都可以發生加成反應,統稱為不飽和烴。而隻含單鍵的烷烴隻能發生取代反應。

芳烴苯(C6H6)是最典型的芳烴,它具有特殊的“香味”,而得名“芳香烴”,簡稱芳烴。苯環是芳烴族化合物的母體,其中的碳原子以平麵三角形取向成鍵,形成等邊六角形,見下頁圖。其中氫原子可以被其他原子或原子團取代,如1個H被甲基(CH3-)取代時為甲苯;被乙基(C2H5-)取代時為乙苯;若有2個H同時被甲基取代,則為二甲苯;若有1個H被甲基取代,3個H被硝基(NO2-)取代,則是三硝基甲苯,這是炸藥的主要成分,可簡寫為TNT。兩個或兩個以上的苯環還可以共邊相連,即兩個苯環共用兩個相連的碳原子。化學式為C10H8的萘分子中含有兩個相連的苯環,它是重要的化工原料之一。製造染料原料之一的蒽分子(C14H10)則是由3個苯環相連。這些芳烴的結構簡式如下頁圖所示。一個苯環由6個C和6個H組成等邊六角形,為了書寫的方便,一般省略了C和H,而用一個等邊六元環表示。

學習烴的基本知識是掌握有機化學知識的第一步,僅做複習和回顧。化學鍵中還將從化學鍵理論的角度進一步深化對烴類的了解。

由以上一些實例可以看到各種烴分子裏的氫原子可以被取代而生成烴的衍生物,常用R代表失去一個氫的烴基,如甲基(CH3-)、乙基(C2H5-)、

乙烯基(C2H3—)等。這類直鏈的烴基可用R—代表;而環狀的苯基

豐富得多,隨取代基的不同,性質和用途千差萬別。決定化合物特性的原子或原子團稱為官能團。

三、烴的衍生物

烴的衍生物是按官能團進行分類的,一些常見衍生物及其典型化合物和主要用途列入表2-3。

從表2-3所列舉典型化合物的一些用途可以看到,烴的衍生

物涉及麵非常廣泛,不僅有日常生活用的料酒、洗滌劑、藥物、塑料製品、人造纖維、染料等,也有涉及高科技需要的火箭燃料、特種橡膠等。從它們的官能團看:醇和酚都含-OH,但凡與直鏈烴相連的為醇(ROH),而

也可以不同;醚的特點是氧原子和兩個烴基相連,R和R'也是可以相同或不同;羧酸和酯的不同,在於官能團碳原子是和OH相連還是和OR'相連。羧酸和醇容易起反應生成酯,這叫酯化反應,如乙酸乙酯就是由乙酸和乙醇脫水而成的,其化學反應方程是:

胺類可以看做NH3分子中的一個、二個或三個氫原子被R-或Ar-取代

的代表物。硝基(-NO2)是硝酸(HNO3)脫去1個OH基團的產物,它可以和R-或Ar-相連。R-NO2在染料業有廣泛用途,這是由於-NO2有生色功能。磺酸基(-SO3H)是硫酸分子(H2SO4)脫去1個OH基團的產物,它可與R-或Ar-相連,十二烷基苯磺酸鈉是製造洗滌劑的重要原料。