Гомологические ряды

Гомологи́ческие ряды́, последовательности химических соединений с однотипным строением и одинаковыми функциональными группами. Каждый член таких последовательностей – гомолог – отличается от соседнего на постоянную структурную единицу, или гомологическую разность, обычно на метиленовую группу CH₂ , как, например, в гомологическом ряду алканов (общая формула C_n H_2n+2 , n = 1, 2,...), алкенов (C_n H_2n , n = 2, 3,…), насыщенных одноосновных карбоновых кислот (C_n H_2n+1 COOH, n = 0, 1, 2,…). Понятие о гомологических рядах, сформулированное Ш. Ф. Жераром в 1840-х гг., имеет большое значение в органической химии, т. к. служит основой классификации органических соединений.

Существование гомологических рядов обусловлено способностью атомов углерода соединяться между собой и одновременно с атомами других элементов ковалентными связями в прочные цепи и циклы. В значительно меньшей степени такой способностью обладают атомы некоторых других химических элементов, например кремния, который образует гомологический ряд силанов Si_n H_{2n +2} (n = 1–8) и галогенидов кремния.

Гомологи имеют одинаковые химические и закономерно изменяющиеся физические свойства. Так, температуры кипения соседних гомологов для гомологического ряда соединений с неразветвлённой цепью в середине ряда (С₅ –С₁₄ ) отличаются на 20–30 °C, а каждой добавленной группе СН₂ соответствует увеличение теплоты сгорания на 630–660 кДж/моль. У высших членов ряда различия в свойствах соседних гомологов сглаживаются. Иногда химические и физические свойства первых членов гомологического ряда существенно отличаются от свойств прочих членов гомологического ряда, например взаимодействие формальдегида со щелочами протекает иначе, чем в случае других альдегидов, муравьиная кислота значительно сильнее, метанол существенно более токсичен, чем их гомологи.

Некоторые молекулы могут входить в несколько различных гомологических рядов, например циклопропан входит в гомологический ряд, образуемый циклическими, или ядерными, гомологами (циклопропан, циклобутан, циклопентан, циклогексан и т. д.), и в ряд цепных гомологов (циклопропан, метилциклопропан, этилциклопропан и др.). Высокомолекулярные соединения образуют полимергомологические ряды, каждый член которых – полимергомолог – отличается от других числом структурных звеньев (степенью полимеризации).

Наряду с гомологическими рядами, в органической химии выделяют винилогические, генетические и изологические ряды. Винилогические ряды образуют соединения с одинаковыми функциональными группами и сопряжёнными двойными связями; каждый член винилогического ряда отличается от соседних на виниленовую группу СH=СH: например, первыми членами винилогического ряда альдегидов являются ацетальдегид CH₃ COH, кротоновый CH₃ СH=СHCOH и сорбиновый CH₃ СH=СHСH=СHCOH альдегиды. Генетические ряды образуют органические соединения с одинаковым числом атомов углерода в молекуле, но с разными функциональными группами: например, в генетический ряд этана C₂ H₆ входят этилхлорид C₂ H₅ Cl, этанол C₂ H₅ OH, этиламин C₂ H₅ NH₂ , ацетальдегид CH₃ CHO, уксусная кислота CH₃ COOH и др. Изологические ряды образуют органические соединения, отличающиеся друг от друга только степенью ненасыщенности: например, этан C₂ H₆ , этилен C₂ H₄ , ацетилен C₂ H₂ .