Karakteristična kemijska svojstva ugljikovodika: alkani, alkeni, dieni, alkini, aromatski ugljikovodici

alkani

Alkani su ugljikovodici u čijim su molekulama atomi povezani jednostrukim vezama i koji odgovaraju općoj formuli $C_(n)H_(2n+2)$.

Homologne serije metana

kao što već znate, homolozi su tvari koje su slične strukture i svojstava, a razlikuju se po jednoj ili više $CH_2$ skupina.

Granični ugljikovodici čine homologni niz metana.

Izomerija i nomenklatura

Alkane karakterizira tzv. strukturna izomerija. Strukturni izomeri se međusobno razlikuju po strukturi ugljikovog skeleta. Kao što već znate, najjednostavniji alkan, koji karakteriziraju strukturni izomeri, je butan:

Razmotrimo detaljnije osnove IUPAC nomenklature za alkane:

1. Izbor glavnog kruga.

Formiranje naziva ugljikovodika započinje definicijom glavnog lanca - najdužeg lanca ugljikovih atoma u molekuli, koji je, takoreći, njegova osnova.

2.

Atomima glavnog lanca dodijeljeni su brojevi. Numeriranje atoma glavnog lanca počinje od kraja koji je najbliži supstituentu (strukture A, B). Ako su supstituenti na jednakoj udaljenosti od kraja lanca, onda numeriranje počinje od kraja na kojem ih je više (struktura B). Ako su različiti supstituenti na jednakoj udaljenosti od krajeva lanca, tada numeriranje počinje od kraja kojem je bliži stariji (struktura D). Seniornost supstituenata ugljikovodika određena je redoslijedom kojim u abecedi slijedi slovo kojim počinje njihov naziv: metil (—$CH_3$), zatim propil ($—CH_2—CH_2—CH_3$), etil ($—CH_2 —CH_3$ ) itd.

Imajte na umu da se naziv zamjene tvori zamjenom sufiksa -an sufiksirati -mulj u nazivu odgovarajućeg alkana.

3. Tvorba imena.

Na početku imena navedeni su brojevi - brojevi ugljikovih atoma na kojima se nalaze supstituenti. Ako postoji nekoliko supstituenata na danom atomu, tada se odgovarajući broj u nazivu ponavlja dva puta odvojen zarezima ($2,2-$). Nakon broja, crtica označava broj supstituenata ( di- dva, tri- tri, tetra- četiri, penta- pet) i ime zamjenika ( metil, etil, propil). Zatim bez razmaka i crtica - naziv glavnog lanca. Glavni lanac naziva se ugljikovodik - član homologne serije metana ( metan, etan, propan itd.).

Nazivi tvari strukturne formule koji su navedeni gore su sljedeći:

- struktura A: $2$ -metilpropan;

- Struktura B: $3$ -etilheksan;

- Struktura B: $2,2,4$ -trimetilpentan;

- struktura G: $2$ -metil$4$-etilheksan.

Fizikalna i kemijska svojstva alkana

fizička svojstva. Prva četiri predstavnika homolognog niza metana su plinovi. Najjednostavniji od njih je metan - plin bez boje, okusa i mirisa (miris plina, nakon mirisanja kojeg trebate nazvati $104$, određen je mirisom merkaptana - spojeva koji sadrže sumpor koji se posebno dodaju metanu koji se koristi u kućanstvu i industrijski plinski uređaji kako bi ljudi u njihovoj blizini mogli osjetiti miris curenja).

Ugljikovodici sastava od $S_5N_(12)$ do $S_(15)N_(32)$ su tekućine; teži ugljikovodici čvrste tvari.

Vrelište i talište alkana postupno se povećavaju s povećanjem duljine ugljikovog lanca. Svi ugljikovodici su slabo topljivi u vodi; tekući ugljikovodici su uobičajena organska otapala.

Kemijska svojstva.

1. supstitucijske reakcije. Najkarakterističnije za alkane su reakcije supstitucije slobodnih radikala, tijekom kojih dolazi do zamjene atoma vodika atomom halogena ili nekom skupinom.

Navedimo jednadžbe najkarakterističnijih reakcija.

Halogeniranje:

$CH_4+Cl_2→CH_3Cl+HCl$.

U slučaju viška halogena, kloriranje može ići dalje, sve do potpune zamjene svih atoma vodika klorom:

$CH_3Cl+Cl_2→HCl+(CH_2Cl_2)↙(\text"diklorometan(metilen klorid)")$,

$CH_2Cl_2+Cl_2→HCl+(CHSl_3)↙(\text"triklorometan(kloroform)")$,

$CHCl_3+Cl_2→HCl+(CCl_4)↙(\text"tetraklormetan(ugljik tetraklorid)")$.

Dobivene tvari naširoko se koriste kao otapala i početni materijali u organskoj sintezi.

2. Dehidrogenacija (eliminacija vodika). Pri prolasku alkana preko katalizatora ($Pt, Ni, Al_2O_3, Cr_2O_3$) na visokoj temperaturi ($400-600°C$) dolazi do odvajanja molekule vodika i stvaranja alkena:

$CH_3—CH_3→CH_2=CH_2+H_2$

3. Reakcije popraćene razaranjem ugljikovog lanca. Svi zasićeni ugljikovodici gori s obrazovanjem ugljični dioksid i vodu. Plinoviti ugljikovodici pomiješani sa zrakom u određenim omjerima mogu eksplodirati. Izgaranje zasićenih ugljikovodika je egzotermna reakcija slobodnih radikala koja ima vrlo veliki značaj kada se koriste alkani kao gorivo:

$CH_4+2O_2→CO_2+2H_2O+880 kJ.$

NA opći pogled Reakcija gorenja alkana može se napisati na sljedeći način:

$C_(n)H_(2n+2)+((3n+1)/(2))O_2→nCO_2+(n+1)H_2O$

Toplinska razgradnja ugljikovodika:

$C_(n)H_(2n+2)(→)↖(400-500°C)C_(n-k)H_(2(n-k)+2)+C_(k)H_(2k)$

Proces se odvija prema mehanizmu slobodnih radikala. Povećanje temperature dovodi do homolitičkog pucanja veze ugljik-ugljik i stvaranja slobodnih radikala:

$R—CH_2CH_2:CH_2—R→R—CH_2CH_2+CH_2—R$.

Ovi radikali međusobno djeluju međusobno, izmjenjujući atom vodika, pri čemu nastaju molekula alkana i molekula alkena:

$R—CH_2CH_2+CH_2—R→R—CH=CH_2+CH_3—R$.

Reakcije toplinskog cijepanja temelj su industrijskog procesa – krekiranja ugljikovodika. Ovaj proces je najvažnija faza prerade nafte.

Kada se metan zagrije na temperaturu od $1000°C$, počinje piroliza metana - razgradnja na jednostavne tvari:

$CH_4(→)↖(1000°C)C+2H_2$

Pri zagrijavanju na temperaturu od $1500°C$ moguće je stvaranje acetilena:

$2CH_4(→)↖(1500°C)CH=CH+3H_2$

4. Izomerizacija. Kada se linearni ugljikovodici zagrijavaju s katalizatorom izomerizacije (aluminijev klorid), nastaju tvari s razgranatim ugljikovim skeletom:

5. Aromatizacija. Alkani sa šest ili više ugljikovih atoma u lancu u prisutnosti katalizatora cikliziraju se u benzen i njegove derivate:

Koji je razlog da alkani stupaju u reakcije koje se odvijaju prema mehanizmu slobodnih radikala? Svi atomi ugljika u molekulama alkana nalaze se u hibridizacijskom stanju $sp^3$. Molekule ovih tvari izgrađene su pomoću kovalentnih nepolarnih $C—C$ (ugljik-ugljik) veza i slabo polarnih $C—H$ (ugljik-vodik) veza. Ne sadrže područja s visokom i niskom gustoćom elektrona, lako polarizirajuće veze, tj. takve veze, gustoća elektrona u kojima se može pomaknuti pod utjecajem vanjskih čimbenika (elektrostatska polja iona). Stoga alkani neće reagirati s nabijenim česticama jer veze u molekulama alkana se ne prekidaju heterolitičkim mehanizmom.

Alkeni

Nezasićeni ugljikovodici uključuju ugljikovodike koji sadrže višestruke veze između ugljikovih atoma u molekulama. Neograničeno su alkeni, alkadieni (polieni), alkini. Nezasićen karakter imaju i ciklički ugljikovodici koji sadrže dvostruku vezu u ciklusu (cikloalkeni), kao i cikloalkani s malim brojem ugljikovih atoma u ciklusu (tri ili četiri atoma). Svojstvo nezasićenosti povezano je sa sposobnošću ovih tvari da uđu u reakcije adicije, prvenstveno vodika, uz stvaranje zasićenih ili zasićenih ugljikovodika - alkana.

Alkeni su aciklički ugljikovodici koji u molekuli sadrže, osim jednostrukih veza, i jednu dvostruku vezu između ugljikovih atoma i odgovaraju općoj formuli $C_(n)H_(2n)$.

Njegovo drugo ime olefini- alkeni su dobiveni analogno nezasićenim masnim kiselinama (oleinska, linolna), čiji ostaci ulaze u sastav tekućih masti - ulja (od lat. oleum- ulje).

Homologni niz etena

Nerazgranati alkeni čine homologni niz etena (etilena):

$C_2H_4$ je eten, $C_3H_6$ je propen, $C_4H_8$ je buten, $C_5H_(10)$ je penten, $C_6H_(12)$ je heksen, itd.

Izomerija i nomenklatura

Za alkene, kao i za alkane, karakteristična je strukturna izomerija. Strukturni izomeri se međusobno razlikuju po strukturi ugljikovog skeleta. Najjednostavniji alken, koji karakteriziraju strukturni izomeri, je buten:

Posebna vrsta strukturne izomerije je izomerija položaja dvostruke veze:

$CH_3—(CH_2)↙(buten-1)—CH=CH_2$ $CH_3—(CH=CH)↙(buten-2)—CH_3$

Gotovo slobodna rotacija atoma ugljika moguća je oko jedne veze ugljik-ugljik, tako da molekule alkana mogu poprimiti najrazličitije oblike. Rotacija oko dvostruke veze je nemoguća, što dovodi do pojave druge vrste izomerije u alkenima - geometrijske, ili cis-trans izomerije.

cis- izomeri se razlikuju od trans- izomeri prostornim rasporedom fragmenata molekule (u ovom slučaju metilnih skupina) u odnosu na ravninu $π$-veze, a time i svojstvima.

Alkeni su izomerni cikloalkanima (interklasna izomerija), na primjer:

Nomenklatura alkena koju je razvio IUPAC slična je nomenklaturi alkana.

1. Izbor glavnog kruga.

Formiranje imena ugljikovodika počinje definicijom glavnog lanca - najdužeg lanca ugljikovih atoma u molekuli. U slučaju alkena, glavni lanac mora sadržavati dvostruku vezu.

2. Numeracija atoma glavnog lanca.

Numeriranje atoma glavnog lanca počinje od kraja kojemu je dvostruka veza najbliža. Na primjer, ispravan naziv veze je:

$5$-metilheksen-$2$, a ne $2$-metilheksen-$4$, kako bi se moglo očekivati.

Ako je nemoguće odrediti početak numeriranja atoma u lancu položajem dvostruke veze, onda se on određuje položajem supstituenata, kao i kod zasićenih ugljikovodika.

3. Tvorba imena.

Imena alkena tvore se na isti način kao i imena alkana. Na kraju naziva navedite broj ugljikovog atoma na kojem počinje dvostruka veza i sufiks koji označava da spoj pripada klasi alkena - -en.

Na primjer:

Fizikalna i kemijska svojstva alkena

fizička svojstva. Prva tri predstavnika homolognog niza alkena su plinovi; tvari sastava $C_5H_(10)$ - $C_(16)H_(32)$ su tekućine; viši alkeni su čvrste tvari.

Točke vrenja i tališta prirodno rastu s porastom Molekularna težina veze.

Kemijska svojstva.

Reakcije adicije. Prisjetite se toga obilježje predstavnici nezasićeni ugljikovodici- alkeni je sposobnost stupanja u reakcije adicije. Većina tih reakcija odvija se prema mehanizmu

1. hidrogeniranje alkena. Alkeni mogu dodati vodik u prisutnosti katalizatora hidrogenacije, metala - platine, paladija, nikla:

$CH_3—CH_2—CH=CH_2+H_2(→)↖(Pt)CH_3—CH_2—CH_2—CH_3$.

Ova reakcija se odvija na atmosferskim i visoki krvni tlak i ne zahtijeva visoku temperaturu, tk. je egzotermna. S povećanjem temperature na istim katalizatorima može doći do obrnute reakcije, dehidrogenacije.

2. Halogenizacija (adicija halogena). Interakcija alkena s bromnom vodom ili otopinom broma u organskom otapalu ($CCl_4$) dovodi do brze promjene boje ovih otopina kao rezultat dodavanja molekule halogena alkenu i stvaranja dihalogen alkana:

$CH_2=CH_2+Br_2→CH_2Br—CH_2Br$.

3.

$CH_3-(CH)↙(propen)=CH_2+HBr→CH_3-(CHBr)↙(2-brompropen)-CH_3$

Ova reakcija je podložna Markovnikovljevo pravilo:

Kada se vodikov halid doda alkenu, vodik je vezan za više hidrogenirani atom ugljika, tj. atom na kojem ima više atoma vodika, a halogen - manje hidrogeniranom.

Hidratacija alkena dovodi do stvaranja alkohola. Na primjer, dodavanje vode etenu je temelj jedne od industrijskih metoda dobivanja etil alkohol:

$(CH_2)↙(eten)=CH_2+H_2O(→)↖(t,H_3PO_4)CH_3-(CH_2OH)↙(etanol)$

Imajte na umu da primarni alkohol (s hidrokso skupinom na primarnom ugljiku) nastaje samo kada je eten hidratiziran. Kad se propen ili drugi alkeni hidratiziraju, nastaju sekundarni alkoholi.

I ova reakcija teče u skladu s Markovnikovljevim pravilom - vodikov kation vezan je za više hidrogenirani ugljikov atom, a hidrokso skupina za manje hidrogenirani.

5. Polimerizacija. Poseban slučaj adicije je reakcija polimerizacije alkena:

$nCH_2(=)↙(eten)CH_2(→)↖(UV svjetlo,R)(...(-CH_2-CH_2-)↙(polietilen)...)_n$

Ova reakcija dodavanja odvija se mehanizmom slobodnih radikala.

6. Reakcija oksidacije.

Kao i svi organski spojevi, alkeni izgaraju u kisiku i tvore $CO_2$ i $H_2O$:

$CH_2=CH_2+3O_2→2CO_2+2H_2O$.

Općenito:

$C_(n)H_(2n)+(3n)/(2)O_2→nCO_2+nH_2O$

Za razliku od alkana, koji su otporni na oksidaciju u otopinama, alkeni se lako oksidiraju djelovanjem otopina kalijevog permanganata. U neutralnim ili alkalnim otopinama alkeni se oksidiraju u diole (dihidrične alkohole), a hidroksilne skupine se vežu na one atome između kojih je prije oksidacije postojala dvostruka veza:

Alkadijeni (dienski ugljikovodici)

Alkadieni su aciklički ugljikovodici koji u molekuli, osim jednostrukih veza, sadrže i dvije dvostruke veze između ugljikovih atoma i odgovaraju općoj formuli $C_(n)H_(2n-2)$.

Ovisno o međusobnom rasporedu dvostrukih veza, razlikuju se tri vrste diena:

- alkadijeni sa kumuliran raspored dvostrukih veza:

- alkadijeni sa konjugiran dvostruke veze;

$CH_2=CH—CH=CH_2$;

- alkadijeni sa izolirani dvostruke veze

$CH_2=CH—CH_2—CH=CH_2$.

Sve tri vrste alkadiena značajno se međusobno razlikuju po strukturi i svojstvima. Središnji atom ugljika (atom koji tvori dvije dvostruke veze) u alkadijenima s kumuliranim vezama je u $sp$-hibridizacijskom stanju. Formira dvije $σ$-veze koje leže na istoj ravnoj liniji i usmjerene su u suprotnim smjerovima, te dvije $π$-veze koje leže u okomite ravnine. $π$-veze nastaju zbog nehibridiziranih p-orbitala svakog atoma ugljika. Svojstva alkadiena s izoliranim dvostrukim vezama vrlo su specifična jer konjugirane $π$-veze značajno utječu jedna na drugu.

p-Orbitale koje tvore konjugirane $π$-veze čine praktički jedan sustav (naziva se $π$-sustav), jer p-orbitale susjednih $π$-veza se djelomično preklapaju.

Izomerija i nomenklatura

Alkadijene karakterizira i strukturna izomerija i cis- i trans-izomerija.

Strukturna izomerija.

— izomerija ugljikovog skeleta:

— izomerija položaja višestrukih veza:

$(CH_2=CH—CH=CH_2)↙(butadien-1,3)$ $(CH_2=C=CH—CH_3)↙(butadien-1,2)$

cis-, trans- izomerija (prostorna i geometrijska)

Na primjer:

Alkadieni su izomerni spojevi klase alkina i cikloalkena.

Pri formiranju naziva alkadiena naznačen je broj dvostrukih veza. Glavni lanac mora nužno sadržavati dvije višestruke veze.

Na primjer:

Fizikalna i kemijska svojstva alkadiena

fizička svojstva.

U normalnim uvjetima, propandien-1,2, butadien-1,3 su plinovi, 2-metilbutadien-1,3 je hlapljiva tekućina. Alkadijeni s izoliranim dvostrukim vezama (najjednostavniji od njih je pentadien-1,4) su tekućine. Viši dieni su čvrste tvari.

Kemijska svojstva.

Kemijska svojstva alkadiena s izoliranim dvostrukim vezama malo se razlikuju od svojstava alkena. Alkadijeni s konjugiranim vezama imaju neke posebne značajke.

1. Reakcije adicije. Alkadijeni su sposobni za dodavanje vodika, halogena i halogenovodika.

Značajka adicije alkadijenima s konjugiranim vezama je sposobnost vezanja molekula i na položajima 1 i 2, te na položajima 1 i 4.

Omjer produkata ovisi o uvjetima i načinu izvođenja odgovarajućih reakcija.

2.reakcija polimerizacije. Najvažnije svojstvo diena je sposobnost polimerizacije pod utjecajem kationa ili slobodnih radikala. Polimerizacija ovih spojeva je osnova sintetičkih guma:

$nCH_2=(CH—CH=CH_2)↙(butadien-1,3)→((... —CH_2—CH=CH—CH_2— ...)_n)↙(\text"sintetski butadien kaučuk")$ .

Polimerizacija konjugiranih diena odvija se kao 1,4-adicija.

U ovom slučaju, dvostruka veza je središnja u vezi, a elementarna veza, zauzvrat, može uzeti oba cis-, i trans- konfiguracija.

alkini

Alkini su aciklički ugljikovodici koji u molekuli sadrže, osim jednostrukih veza, i jednu trostruku vezu između ugljikovih atoma i odgovaraju općoj formuli $C_(n)H_(2n-2)$.

Homologni niz etina

Nerazgranati alkini čine homologni niz etina (acetilena):

$C_2H_2$ - etin, $C_3H_4$ - propin, $C_4H_6$ - butin, $C_5H_8$ - pentin, $C_6H_(10)$ - heksin itd.

Izomerija i nomenklatura

Za alkine, kao i za alkene, karakteristična je strukturna izomerija: izomerija ugljikovog skeleta i izomerija položaja višestruke veze. Najjednostavniji alkin, kojeg karakteriziraju strukturni izomeri položaja višestruke veze klase alkina, je butin:

$CH_3—(CH_2)↙(butin-1)—C≡CH$ $CH_3—(C≡C)↙(butin-2)—CH_3$

Moguća je izomerija ugljikovog skeleta u alkinima, počevši od pentina:

Budući da trostruka veza pretpostavlja linearnu strukturu ugljikovog lanca, geometrijski ( cis-, trans-) izomerija nije moguća za alkine.

Prisutnost trostruke veze u molekulama ugljikovodika ove klase odražava se sufiksom -u, a njegov položaj u lancu - broj ugljikovog atoma.

Na primjer:

Alkini su izomerni spojevi nekih drugih klasa. Dakle, heksin (alkin), heksadien (alkadien) i cikloheksen (cikloalken) imaju kemijsku formulu $S_6N_(10)$:

Fizikalna i kemijska svojstva alkina

fizička svojstva. Vrelište i talište alkina, kao i alkena, prirodno se povećavaju s povećanjem molekularne težine spojeva.

Alkini imaju specifičan miris. U vodi su topljiviji od alkana i alkena.

Kemijska svojstva.

Reakcije adicije. Alkini su nezasićeni spojevi i stupaju u reakcije adicije. Uglavnom, to su reakcije. elektrofilna adicija.

1. Halogenizacija (adicija molekule halogena). Alkin može vezati dvije molekule halogena (klor, brom):

$CH≡CH+Br_2→(CHBr=CHBr)↙(1,2-dibromoetan),$

$CHBr=CHBr+Br_2→(CHBr_2-CHBr_2)↙(1,1,2,2-tetrabromoethane)$

2. Hidrohalogenacija (adicija halogenovodika). Reakcija adicije halogenovodika, koja se odvija prema elektrofilnom mehanizmu, također se odvija u dva stupnja, au oba stupnja ispunjeno je Markovnikovljevo pravilo:

$CH_3-C≡CH+Br→(CH_3-CBr=CH_2)↙(2-brompropen),$

$CH_3-CBr=CH_2+HBr→(CH_3-CHBr_2-CH_3)↙(2,2-dibrompropan)$

3. Hidratacija (dodavanje vode). Za industrijsku sintezu ketona i aldehida od velike je važnosti reakcija dodavanja vode (hidratacija) tzv. Reakcija Kucherova:

4. hidrogenacija alkina. Alkini dodaju vodik u prisutnosti metalnih katalizatora ($Pt, Pd, Ni$):

$R-C≡C-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH=CH-R,$

$R-CH=CH-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH_2-CH_2-R$

Budući da trostruka veza sadrži dvije reaktivne $π$ veze, alkani dodaju vodik u koracima:

1) trimerizacija.

Kada se etin prijeđe preko aktivnog ugljena, nastaje smjesa produkata od kojih je jedan benzen:

2) dimerizacija.

Osim trimerizacije acetilena moguća je i njegova dimerizacija. Pod djelovanjem jednovalentnih bakrenih soli nastaje vinilacetilen:

$2HC≡CH→(HC≡C-CH=CH_2)↙(\text"buten-1-in-3(vinilacetilen)")$

Ova tvar se koristi za proizvodnju kloroprena:

$HC≡C-CH=CH_2+HCl(→)↖(CaCl)H_2C=(CCl-CH)↙(kloropren)=CH_2$

čijom polimerizacijom nastaje kloropren kaučuk:

$nH_2C=CCl-CH=CH_2→(...-H_2C-CCl=CH-CH_2-...)_n$

Oksidacija alkina.

Etin (acetilen) gori u kisiku uz oslobađanje vrlo velike količine topline:

$2C_2H_2+5O_2→4CO_2+2H_2O+2600kJ$ Na ovoj se reakciji temelji djelovanje oksi-acetilenske baklje, čiji plamen ima vrlo visoku temperaturu (više od $3000°C$), što omogućuje njegovu upotrebu za rezanje i zavarivanje metala.

U zraku acetilen gori zadimljenim plamenom, jer. sadržaj ugljika u njegovoj molekuli veći je nego u molekulama etana i etena.

Alkini, poput alkena, obezbojavaju zakiseljene otopine kalijevog permanganata; u tom slučaju dolazi do razaranja višestruke veze.

Reakcije koje karakteriziraju glavne metode dobivanja spojeva koji sadrže kisik

1. Hidroliza haloalkana. Već znate da nastajanje halokenalkana tijekom interakcije alkohola s halogenovodikom - reverzibilna reakcija. Stoga je jasno da se alkoholi mogu dobiti hidroliza haloalkana- reakcije ovih spojeva s vodom:

$R-Cl+NaOH(→)↖(H_2O)R-OH+NaCl+H_2O$

Polihidrični alkoholi mogu se dobiti hidrolizom haloalkana koji sadrže više od jednog atoma halogena u molekuli. Na primjer:

2. Hidratacija alkena- adicija vode na $π$-vezu molekule alkena - već vam je poznata, npr.

$(CH_2=CH_2)↙(eten)+H_2O(→)↖(H^(+))(C_2H_5OH)↙(etanol)$

Hidratacija propena dovodi, u skladu s Markovnikovljevim pravilom, do stvaranja sekundarnog alkohola - propanola-2:

3. Hidrogenacija aldehida i ketona. Već znate da oksidacija alkohola u blagim uvjetima dovodi do stvaranja aldehida ili ketona. Očito, alkoholi se mogu dobiti hidrogenacijom (redukcija vodika, adicija vodika) aldehida i ketona:

4. Oksidacija alkena. Glikoli se, kao što je već navedeno, mogu dobiti oksidacijom alkena s vodenom otopinom kalijevog permanganata. Na primjer, etilen glikol (etandiol-1,2) nastaje tijekom oksidacije etilena (etena):

$CH_2=CH_2+[O]+H_2O(→)↖(KMnO_4)HO-CH_2-CH_2-OH$

5. Specifične metode dobivanja alkohola. Neki se alkoholi dobivaju na samo njima svojstvene načine. Dakle, metanol se u industriji proizvodi interakcijom vodika s ugljičnim monoksidom (II) (ugljični monoksid) pri povišenom tlaku i visokoj temperaturi na površini katalizatora (cinkov oksid):

$CO+2H_2(→)↖(t,p,ZnO)CH_3-OH$

Smjesa potrebna za ovu reakciju ugljični monoksid a vodik, također nazvan sintezni plin ($CO + nH_2O$), dobiva se propuštanjem vodene pare preko vrućeg ugljena:

$C+H_2O(→)↖(t)CO+H_2-Q$

6. Fermentacija glukoze. Ova metoda dobivanja etilnog (vinskog) alkohola poznata je čovjeku od davnina:

$(C_6H_(12)O_6)↙(glukoza)(→)↖(kvasac)2C_2H_5OH+2CO_2$

Metode dobivanja aldehida i ketona

Mogu se dobiti aldehidi i ketoni oksidacija ili dehidrogenacija alkohola. Još jednom napominjemo da se aldehidi mogu dobiti tijekom oksidacije ili dehidrogenacije primarnih alkohola, a ketoni se mogu dobiti iz sekundarnih alkohola:

Reakcija Kucherova. Od acetilena, kao rezultat reakcije hidratacije, dobiva se acetaldehid, od homologa acetilena - ketona:

Kad se zagrije kalcij ili soli barija karboksilne kiseline nastaju keton i metalni karbonat:

Metode dobivanja karboksilnih kiselina

Karboksilne kiseline se mogu dobiti oksidacijom primarnih alkohola aldehida:

Aromatske karboksilne kiseline nastaju tijekom oksidacije homologa benzena:

Hidrolizom raznih derivata karboksilnih kiselina također nastaju kiseline. Dakle, tijekom hidrolize estera nastaju alkohol i karboksilna kiselina. Kao što je gore spomenuto, reakcije esterifikacije i hidrolize katalizirane kiselinom su reverzibilne:

Hidroliza estera pod djelovanjem vodene otopine lužine nastavlja se nepovratno, u ovom slučaju iz estera ne nastaje kiselina, već njezina sol.

Rad je dodan na stranicu stranice: 2015-07-10

Naručite pisanje unikatnog djela

A17. Glavne metode dobivanja ugljikovodika (u laboratoriju). Glavne metode dobivanja spojeva koji sadrže kisik (u laboratoriju).

"> Dobivanje alkana

Industrijski načini:

1. Dodijeliti iz prirodnih izvora (prirodni i prateći plinovi, nafta, ugljen).
2. Hidrogenacija alkena i nezasićenih ugljikovodika.

;text-decoration:underline">Laboratorijske metode za proizvodnju metana:

1. ">Termokatalitička redukcija ugljikovih oksida (t," xml:lang="en-US" lang="en-US">Ni">):

CO + 3H 2 → CH 4 + H 2 O

CO 2 + 4H 2 → CH 4 + 2H 2 O

1. "> Sinteza iz jednostavne tvari: C + 2H;vertical-align:sub">2 ">→ CH ;vertical-align:sub">4
2. Hidroliza aluminijeva karbida:" xml:lang="en-US" lang="en-US">Al;vertical-align:sub">4 " xml:lang="en-US" lang="en-US">C;vertical-align:sub">3"> + 12 " xml:lang="en-US" lang="en-US">H;vertical-align:sub">2 " xml:lang="en-US" lang="en-US">O"> → 4 " xml:lang="en-US" lang="en-US">Al">(" xml:lang="en-US" lang="en-US">OH">) ;vertical-align:sub">3 "> + 3 " xml:lang="en-US" lang="en-US">CH;vertical-align:sub">4

;text-decoration:underline">Laboratorijske metode za dobivanje homologa metana:

1. "> Dekarboksilacija natrijevih soli karboksilnih kiselina (Dumasova reakcija). Rezultirajući alkan sadrži jedan ugljikov atom manje od izvorne soli.

" xml:lang="en-US" lang="en-US">CH;vertical-align:sub" xml:lang="en-US" lang="en-US">3" xml:lang="en-US" lang="en-US">COONa + NaOH → CH;vertical-align:sub" xml:lang="en-US" lang="en-US">4" xml:lang="en-US" lang="en-US"> + Na;vertical-align:sub" xml:lang="en-US" lang="en-US">2" xml:lang="en-US" lang="en-US">CO;vertical-align:sub" xml:lang="en-US" lang="en-US">3" xml:lang="en-US" lang="en-US">

1. Wurtz-ova sinteza (udvostručenje lanca); provodi se kako bi se dobili alkani s dužim ugljikovim lancem.

">2 " xml:lang="en-US" lang="en-US">CH;vertical-align:sub">3 " xml:lang="en-US" lang="en-US">Cl"> + 2 " xml:lang="en-US" lang="en-US">Ne"> → " xml:lang="en-US" lang="en-US">C;vertical-align:sub">2 " xml:lang="en-US" lang="en-US">H;vertical-align:sub">6"> + 2 " xml:lang="en-US" lang="en-US">NaCl">

1. Elektroliza natrijeva acetata:

elektroliza

2 CH 3 COONa + 2H 2 O → C2 H6 + 2CO2 + H2 + 2 NaOH

Dobivanje alkena

U laboratoriju:

1. Dehidrohalogeniranje haloalkana provodi se alkoholnom otopinom lužine:

CH 3 CH 2 Cl + KOH (alkohol) → CH 2 = CH 2 + KCl + H 2 O

CH 3 CH CH 2 CH 3 + KOH (alkohol) → CH 3 CH = CH CH 3 + KI + H 2 O

Pravilo A.M. Zaitsev: "Vodik se odvaja od manje hidrogeniranog atoma ugljika."

2. Dehidracija alkohola odvija se u prisutnosti koncentrirane sumporne kiseline ili bezvodnog aluminijevog oksida pri zagrijavanju (t> 150o C) uz stvaranje alkena.

CH 3 CH 2 CH 2 OH → CH 3 CH \u003d CH 2 + H 2 O

3. Dehalogenacija dihalogenih derivata provodi se pomoću fino usitnjenog cinka ili magnezija:

CH 3 CH CH 2 + Zn → CH 3 CH \u003d CH 2 + ZnCl 2

Cl Cl

U industriji:

1, Glavni način dobivanja alkena je krekiranje alkana, što dovodi do stvaranja smjese alkena i alkana male molekularne težine, koji se mogu odvojiti destilacijom.

C5 H12 → C2 H4 + C3 H8 (ili C3 H6 + C2 H6), itd.

2 Dehidrogenacija alkana. (katalizatori: Pt ; Ni ; AI 2 O 3 ; Cr 2 O 3 )

Ni, 450 5000 C

CH3 CH3 → CH2 = CH2 + H2

550 6500 C

2CH 4 → CH 2 = CH2 + 2H2

3. Katalitičko hidrogeniranje alkina (katalizatori: Pt ; Ni ; Pd )

CH ≡ CH + H2 → CH2 = CH2

Dobivanje cikloalkana

1. akcijski aktivni metal za dihaloalkan:

t, p, Ni

Br C H2 -C H2 -C H2 -Br + Mg → + Mg Br 2

1,3-dibrompropan

1. Hidrogenacija arena (t, p, Pt)

C6 H6 + 3 H2 →

Dobivanje alkina

Acetilen:

a) metanska metoda:

2CH4 C2 H2 + 3H2

b) hidroliza kalcijevog karbida (laboratorijska metoda):

CaC 2 + 2H 2 O C 2 H 2 + Ca (OH) 2

CaO + 3C CaC 2 + CO

Zbog velike potrošnje energije ova metoda je ekonomski manje isplativa.

Sinteza homologa acetilena:

a) katalitička dehidrogenacija alkana i alkena:

Sn H 2 n +2 C n H 2 n -2 + 2H 2

Sn H 2 n C n H 2 n -2 + H 2

b) dehidrohalogeniranje dihaloalkana alkoholnom otopinom lužine (lužina i alkohol se uzimaju u suvišku):

Cn H 2 n G2 + 2KOH (sp) C n H 2 n -2 + 2K G + 2H 2 O

Dobivanje alkadiena

1. Dehidrogenacija alkana sadržanih u prirodnom plinu i rafinerijskim plinovima prolaskom preko zagrijanog katalizatora
   t, Cr2O3, Al2O3

CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 → CH 2 =CHCH=CH 2 + 2H 2
t, Cr2O3, Al2O3

CH 3 CHCH 2 CH 3 → CH 2 = CCH=CH 2 + 2H 2

CH 3 CH 3

1. Dehidrogenacija i dehidracija etilnog alkohola propuštanjem alkoholnih para preko zagrijanih katalizatora (metoda akademika S.V. Lebedeva):
   t, ZnO, Al 2 O 3

2CH 3 CH 2 OH → CH 2 \u003d CHCH \u003d CH 2 + 2H 2 O + H 2

Dobivanje arena

Benzen

1. Trimerizacija alkina preko aktivnog ugljena (Zelinsky):

djelovati. C, 600 C

3HCCH C6 H6 (benzen)

1. U laboratoriju spajanjem soli benzojeve kiseline s alkalijama:

C6 H5 COOHa + Na OH → C6 H6 + Na 2 CO3

Benzen i homolozi

1. Tijekom koksiranja ugljena nastaje katran iz kojeg se izdvajaju benzen, toluen, ksileni, naftalen i mnogi drugi organski spojevi.
2. Dehidrociklizacija (dehidrogenacija i ciklizacija) alkana u prisutnosti katalizatora:

Cr2O3

CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3C6H6 + 4H2

Heksan proizvodi benzen, a heptan proizvodi toluen.

1. Dehidrogenacija cikloalkana

→ C6 H6 + 3 H2

1. Dobivanje homologa - alkilacija benzena haloalkanima ili alkenima u prisutnosti bezvodnog aluminijevog klorida:

AlCl 3

C 6 H 6 + C 2 H 5 Cl C 6 H 5 C 2 H 5 + HCl

kloroetan etilbenzen

Dobivanje limita monohidrični alkoholi

Opće metode

1. Hidratacija alkena (prema Markovnikovljevom pravilu):

t, H2SO4

CH3 -CH \u003d CH2 + H-OH → CH3 -CH-CH3

OH (propanol-2)

1. Hidroliza haloalkana pod djelovanjem vodene otopine lužine:

C 2 H 5 I + Na OH (vod.) → C 2 H 5 -O H + NaI

1. Oporaba (hidrogenacija) aldehida i ketona.

Hidrogeniranjem aldehida nastaju primarni alkoholi:

t, Ni

CH3 -CH2 -CHO + H2 → CH3 -CH2 - CH2 -OH

propanol-1

Kada se ketoni hidrogeniraju, nastaju sekundarni alkoholi:

t, Ni

CH3 -C-CH3 + H2 → CH3 -CH-CH3

O OH (propanol-2)

Specifične metode dobivanja

1. Metanol iz sinteznog plina:

t, p, kat

CO + 2H2 → CH3 OH

1. Etanol alkoholna fermentacija glukoze (enzimska):

C6 H12 O6 → 2C2 H5 OH + 2CO2

Etilen glikol

1. U laboratoriju - Wagnerova reakcija.

Oksidacija etilena kalijevim permanganatom neutralno okruženje dovodi do stvaranja dihidričnog alkohola etilen glikola.

Pojednostavljeno:

KMnO4, H2O

CH 2 \u003d CH 2 + HOH + → CH 2 CH 2

OH OH

3 CH 2 \u003d CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O → 3 CH 2 CH 2 + 2MnO 2 + 2KOH

OH OH

1. U industrijskoj hidrolizi 1,2 dikloroetana:

CH2 Cl - CH2 Cl + 2NaOH → CH2 (OH)-CH2 OH + 2NaCl

Glicerol

1. Hidroliza masti:

1. Od propena:

a) CH2 = CH-CH3 + Cl 2 → CH2 = CH-CH2 Cl

3-kloropropen-1

b) CH2 \u003d CH-CH2 Cl + NaOH (vod.) → CH2 = CH-CH2 -OH + N aCl

alilni alkohol

c) CH2 = CH-CH2 -OH + H2 O2 → CH2 -CH-CH2

Dobivanje fenola

1. Ekstrakcija iz katrana ugljena.
2. Hidroliza klorobenzena:

C6 H5 -Cl + H2 O (para) → C6 H5 -OH + HCl

1. Oksidacija izopropilbenzena (kumena) atmosferskim kisikom:

Dobivanje etera

1. Intermolekulska dehidracija etanola:

t, H2SO4

2C2 H5 OH → C2 H5 -O-C2 H5 + H2 O

1. Interakcija alkoholata metala s halogenim derivatima alkana:

C 2 H 5 I + C 2 H 5 ONa → C 2 H 5 -O-C 2 H 5 + NaI

Dobivanje aldehida

Opći način

1. Oksidacija alkohola. Primarni alkoholi se oksidiraju u aldehide, a sekundarni u ketone:

t, Cu

2C 2 H 5 OH + O 2 → 2CH 3 CHO + 2H 2 O

T, Cu

CH3 -CH-CH3 + O 2 → CH3 -C-CH3

OH (propanol-2) O

Specifični načini

1. Formaldehid se proizvodi katalitičkom oksidacijom metana:

CH 4 + O 2 → HC HO + H 2 O

1. Octeni aldehid (acetaldehid):

a) Kučerovljeva reakcija

H+, Hg 2+

HCCH + H20 CH3-CHO

b) katalitička oksidacija etilena

2CH2 \u003d CH2 + O2 → 2CH3 -CHO

Dobivanje karboksilnih kiselina

Opće metode

1. Oksidacija aldehida pod djelovanjem različitih oksidirajućih sredstava:

R-CHO + Ag 2 O (amm.) → R-C OOH + 2Ag ↓

" xml:lang="en-US" lang="en-US"> t

R-CHO + 2Cu(OH) 2 →R-COOH + Cu 2 O↓ + 2H 2 O

1. "> Katalitička oksidacija - homolozi metana oksidiraju se s razmakom C-C lanci i stvaranje karboksilnih kiselina:

"> 2 " xml:lang="en-US" lang="en-US">C;vertical-align:sub">4 " xml:lang="en-US" lang="en-US">H;vertical-align:sub">10">+ 5 " xml:lang="en-US" lang="en-US">O;vertical-align:sub">2"> → 4CH ;vertical-align:sub">3 " xml:lang="en-US" lang="en-US">COO">H+ 2 " xml:lang="en-US" lang="en-US">H;vertical-align:sub">2 " xml:lang="en-US" lang="en-US">O">

Specifični načini

1. Mravlja kiselina se dobiva zagrijavanjem pod tlakom praškastog natrijevog hidroksida i ugljikovog monoksida, nakon čega slijedi obrada dobivenog natrijevog formata jakom kiselinom:

NaOH + CO → HCOONa

H 2 SO 4 + 2HCOONa → HCOO H + Na 2 SO 4

1. Octena kiselina:

a) Za prehrambene potrebe dobivaju se enzimskom fermentacijom (oksidacijom) tekućina koje sadrže alkohol (vino, pivo):

enzima

C 2 H 5 OH + O2 → CH 3 C OOH + H 2 O

b) U laboratoriju iz acetata:

2CH3 COONa + H 2 SO 4 → 2CH3 COO H + Na 2 SO 4

Dobivanje estera

1. Reakcija esterifikacije kada se kiselina i alkohol zagrijavaju u prisutnosti sumporne kiseline ili drugih mineralnih kiselina. Izotopska istraživanja su pokazala da se u reakciji esterifikacije atom vodika odvaja od molekule alkohola, a hidroksilna skupina od molekule kiseline.

Ova reakcija je reverzibilna i pridržava se Le Chatelierovog pravila. Za povećanje proizvodnje

estera, potrebno je ukloniti nastalu vodu iz reakcijskog medija.

CH3 -COOH + HOCH2 CH3 → CH3-CO-O-CH2 CH3 + H2 O

Dobivanje sapuna

1. "> Alkalna hidroliza (saponifikacija masti događa se nepovratno pod djelovanjem lužina):

1. "> Neutralizacija karboksilnih kiselina dobivenih katalitičkom oksidacijom viših uljnih parafina:

">2 C ;vertical-align:sub">32 ">H ;vertical-align:sub">66 "> + 5O ;vertical-align:sub">2 ">→ 4C ;vertical-align:sub" > 15 ">H ; okomito poravnanje: sub">31">COOH + 2H ; okomito poravnanje: sub">2">O

"> palmitinska kiselina

"> C ;vertical-align:sub">15 ">H ;vertical-align:sub">31 ">COOH + " xml:lang="en-US" lang="en-US">NaOH"> → C ;vertical-align:sub">15 ">H ;vertical-align:sub">31 ">COO " xml:lang="en-US" lang="en-US">Ne">">+ N ;vertical-align:sub">2 " xml:lang="en-US" lang="en-US">O">

"> natrijev palmitat (kruti sapun)

"> C ;vertical-align:sub">15 ">H ;vertical-align:sub">31 ">COOH + K " xml:lang="en-US" lang="en-US">OH"> → C ;vertical-align:sub">15 ">H ;vertical-align:sub">31 ">COO ">K ">+ H ;vertical-align:sub">2 " xml:lang="en-US" lang="en-US">O">

"> kalijev palmitat (tekući sapun)

Dobivanje ugljikohidrata

1. Glukoza - hidrolizom škroba ili celuloze:

(C6H10O5)n + nH2O nC6H12O6

1. Saharoza - iz šećerne repe i šećerne trske.

Ugljikovodici su vrlo velika klasa organskih spojeva. Oni uključuju nekoliko glavnih skupina tvari, među kojima se gotovo svaka široko koristi u industriji, svakodnevnom životu i prirodi. Od posebne važnosti su halogenirani ugljikovodici, o kojima će biti riječi u članku. Oni nisu samo od velike industrijske važnosti, već su i važne sirovine za mnoge kemijske sinteze, dobivanje lijekova i drugih važnih spojeva. Posebnu pozornost posvetit ćemo strukturi njihovih molekula, svojstvima i drugim značajkama.

Halogenirani ugljikovodici: opće karakteristike

S gledišta kemijske znanosti, ova klasa spojeva uključuje sve one ugljikovodike u kojima je jedan ili više atoma vodika zamijenjeno jednim ili drugim halogenom. Ovo je vrlo široka kategorija tvari, jer su od velike industrijske važnosti. U relativno kratkom vremenu ljudi su naučili sintetizirati gotovo sve halogene derivate ugljikovodika, čija je uporaba neophodna u medicini, kemijskoj industriji, prehrambenoj industriji i svakodnevnom životu.

Glavni način dobivanja ovih spojeva je sintetski put u laboratoriju i industriji, budući da se praktički nijedan od njih ne pojavljuje u prirodi. Zbog prisutnosti atoma halogena imaju visoku reaktivnost. To uvelike određuje područja njihove primjene u kemijskim sintezama kao međuproizvoda.

Budući da postoji mnogo predstavnika halogeniranih ugljikovodika, uobičajeno ih je klasificirati prema različitim kriterijima. Temelji se i na strukturi lanca i na mnogostrukosti veza, te na razlici u atomima halogena i njihovom položaju.

Halogeni derivati ​​ugljikovodika: klasifikacija

Prva opcija razdvajanja temelji se na općeprihvaćenim načelima koja vrijede za sve.Klasifikacija se temelji na razlici u vrsti ugljikovog lanca, njegovoj cikličnosti. Na temelju toga razlikuju se:

• zasićeni halogenirani ugljikovodici;
• nezasićen;
• aromatičan;
• alifatski;
• aciklički.

Sljedeća podjela temelji se na vrsti atoma halogena i njegovom kvantitativnom udjelu u sastavu molekule. Dakle, dodijelite:

• monoderivati;
• derivati;
• tri-;
• tetra-;
• penta derivati ​​i tako dalje.

Ako govorimo o vrsti halogena, tada se naziv podskupine sastoji od dvije riječi. Na primjer, monokloro derivat, trijodo derivat, tetrabromohaloalken i tako dalje.

Postoji i druga opcija klasifikacije, prema kojoj se uglavnom odvajaju halogeni derivati ​​zasićenih ugljikovodika. Ovo je broj ugljikovog atoma na koji je halogen vezan. Dakle, dodijelite:

• primarni derivati;
• sekundarni;
• tercijarno i tako dalje.

Svaki pojedini predstavnik može se rangirati prema svim karakteristikama i odrediti puno mjesto u sustavu organski spojevi. Tako se, na primjer, spoj sastava CH3 - CH2 -CH=CH-CCL3 može klasificirati kako slijedi. To je nezasićeni alifatski trikloro derivat pentena.

Struktura molekule

Prisutnost atoma halogena ne može utjecati na fizikalna i kemijska svojstva i opće značajke strukture molekule. Opća formula za ovu klasu spojeva je R-Hal, gdje je R slobodni ugljikovodični radikal bilo koje strukture, a Hal je atom halogena, jedan ili više. Veza između ugljika i halogena je jako polarizirana, zbog čega je molekula kao cjelina sklona dvama učincima:

• negativna induktivna;
• mezomerno pozitivan.

U ovom slučaju, prvi od njih izražen je mnogo jače; stoga Hal atom uvijek pokazuje svojstva supstituenta koji privlači elektrone.

Inače, sve strukturne značajke molekule ne razlikuju se od onih običnih ugljikovodika. Svojstva se objašnjavaju strukturom lanca i njegovim grananjem, brojem ugljikovih atoma i snagom aromatskih svojstava.

Posebnu pažnju zaslužuje nomenklatura halogenih derivata ugljikovodika. Koji je ispravan naziv za ove veze? Da biste to učinili, morate slijediti nekoliko pravila.

1. Numeriranje lanca počinje od ruba koji je najbliži atomu halogena. Ako postoji bilo koja višestruka veza, tada se računanje počinje od nje, a ne od supstituenta koji privlači elektron.
2. U prefiksu je naznačen naziv Hal, a treba navesti i broj ugljikovog atoma od kojeg polazi.
3. Posljednji korak je naziv glavnog lanca atoma (ili prstena).

Primjer sličnog naziva: CH 2 \u003d CH-CHCL 2 - 3-diklorpropen-1.

Naziv se može dati i prema U ovom slučaju izgovara se naziv radikala, a zatim naziv halogena s nastavkom -id. Primjer: CH 3 -CH 2 -CH 2 Br - propil bromid.

Kao i druge klase organskih spojeva, halogenirani ugljikovodici imaju posebnu strukturu. To omogućuje da mnogi predstavnici budu označeni povijesnim imenima. Na primjer, halotan CF 3 CBrClH. Prisutnost tri halogena odjednom u sastavu molekule daje ovoj tvari posebna svojstva. Koristi se u medicini, stoga je to povijesni naziv koji se najčešće koristi.

Metode sinteze

Metode dobivanja halogenih derivata ugljikovodika vrlo su raznolike. Postoji pet glavnih metoda za sintezu ovih spojeva u laboratoriju i industriji.

1. Halogeniranje konvencionalnih normalnih ugljikovodika. Opća shema reakcije: R-H + Hal 2 → R-Hal + HHal. Značajke procesa su sljedeće: s klorom i bromom potrebno je ultraljubičasto zračenje, s jodom reakcija je gotovo nemoguća ili vrlo spora. Interakcija s fluorom je previše aktivna, pa se ovaj halogen ne može koristiti u čistom obliku. Osim toga, kod halogeniranja aromatskih derivata potrebno je koristiti posebne procesne katalizatore - Lewisove kiseline. Na primjer, željezni ili aluminijev klorid.
2. Dobivanje halogenih derivata ugljikovodika također se provodi hidrohalogeniranjem. Međutim, za to početni spoj nužno mora biti nezasićeni ugljikovodik. Primjer: R=R-R + HHal → R-R-RHal. Najčešće se to koristi za dobivanje kloroetilena ili vinil klorida, budući da je ovaj spoj važna sirovina za industrijske sinteze.
3. Učinak hidrohalogena na alkohole. Opći oblik reakcije: R-OH + HHal → R-Hal + H 2 O. Značajka je obvezna prisutnost katalizatora. Primjeri ubrzivača procesa koji se mogu koristiti su fosforni, sumporni, cinkovi ili željezni kloridi, sumporna kiselina, rješenje u klorovodična kiselina- Lucasov reagens.
4. Dekarboksilacija kiselih soli s oksidacijskim sredstvom. Drugi naziv za metodu je Borodin-Hunsdickerova reakcija. Suština je uklanjanje molekule ugljičnog dioksida iz derivata srebra kada su izložene oksidirajućem sredstvu - halogenu. Kao rezultat toga nastaju halogeni derivati ​​ugljikovodika. Reakcije općenito izgledaju ovako: R-COOAg + Hal → R-Hal + CO 2 + AgHal.
5. Sinteza haloformi. Drugim riječima, radi se o proizvodnji trihalogenih derivata metana. Najlakši način za njihovu proizvodnju je tretiranje acetona s alkalnom otopinom halogena. Kao rezultat toga dolazi do stvaranja haloformnih molekula. Na isti se način u industriji sintetiziraju halogeni derivati ​​aromatskih ugljikovodika.

Posebnu pozornost treba obratiti na sintezu neograničenog broja predstavnika klase koja se razmatra. Glavna metoda je obrada alkina solima žive i bakra u prisutnosti halogena, što dovodi do stvaranja produkta s dvostrukom vezom u lancu.

Halogeni derivati ​​aromatskih ugljikovodika dobivaju se reakcijama halogeniranja arena ili alkilarena u bočni lanac. To su važni industrijski proizvodi jer se koriste kao insekticidi u poljoprivredi.

Fizička svojstva

Halogeni derivati ​​ugljikovodika izravno ovise o strukturi molekule. Na točkama ključanja i tališta, agregatno stanje utjecati na broj ugljikovih atoma u lancu i moguće bočne grane. Što ih je više, to su rezultati veći. Općenito, fizički parametri mogu se karakterizirati u nekoliko točaka.

1. Agregatno stanje: prvi niži predstavnici su plinovi, sljedeći do C 12 su tekućine, iznad su krutine.
2. Gotovo svi predstavnici imaju oštar neugodan specifičan miris.
3. Vrlo su slabo topljivi u vodi, ali su sami izvrsna otapala. Vrlo dobro se otapaju u organskim spojevima.
4. Vrelište i talište rastu kako se povećava broj ugljikovih atoma u glavnom lancu.
5. Svi spojevi, osim derivata fluora, teži su od vode.
6. Što je više grana u glavnom lancu, to je vrelište tvari niže.

Teško je identificirati mnoge zajedničke sličnosti, jer se predstavnici jako razlikuju po sastavu i građi. Stoga je bolje dati vrijednosti za svaki određeni spoj iz ovaj red ugljikovodici.

Kemijska svojstva

Jedan od najvažnijih parametara koji se moraju uzeti u obzir u kemijskoj industriji i reakcijama sinteze su kemijska svojstva halogeniranih ugljikovodika. Oni nisu isti za sve predstavnike, jer postoji niz razloga za razliku.

1. Struktura ugljikovog lanca. Najjednostavnije reakcije supstitucije (nukleofilnog tipa) odvijaju se u sekundarnim i tercijarnim haloalkilima.
2. Važna je i vrsta atoma halogena. Veza između ugljika i Hala je jako polarizirana, što olakšava njeno kidanje oslobađanjem slobodnih radikala. Ipak, najlakše se prekida veza između joda i ugljika, što se objašnjava pravilnom promjenom (padom) energije veze u nizu: F-Cl-Br-I.
3. Prisutnost aromatskog radikala ili višestrukih veza.
4. Struktura i grananje samog radikala.

Općenito, halogenirani alkili najbolje reagiraju reakcijama nukleofilne supstitucije. Uostalom, djelomično pozitivan naboj koncentriran je na ugljikovom atomu nakon prekida veze s halogenom. To omogućuje radikalu kao cjelini da postane akceptor elektronegativnih čestica. Na primjer:

• ON - ;
• SO 4 2-;
• NE 2 - ;
• CN - i drugi.

To objašnjava činjenicu da se od halogenih derivata ugljikovodika može ići do gotovo bilo koje klase organskih spojeva, samo je potrebno odabrati odgovarajući reagens koji će dati željenu funkcionalnu skupinu.

Općenito, možemo reći da su kemijska svojstva halogenih derivata ugljikovodika sposobnost stupanja u sljedeće interakcije.

1. S nukleofilnim česticama raznih vrsta – supstitucijske reakcije. Rezultat mogu biti: alkoholi, jednostavni i nitro spojevi, amini, nitrili, karboksilne kiseline.
2. Reakcije eliminacije ili dehidrohalogenacije. Kao rezultat izlaganja alkoholnoj otopini lužine, molekula halogenovodika se cijepa. Tako nastaje alken, nusproizvodi niske molekulske mase - sol i voda. Primjer reakcije: CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 Br + NaOH (alkohol) →CH 3 -CH 2 -CH \u003d CH 2 + NaBr + H 2 O. Ovi procesi su jedna od glavnih metoda za sintezu važnih alkena. Proces je uvijek popraćen visokim temperaturama.
3. normalna struktura prema Wurtz metodi sinteze. Bit reakcije je učinak na halogenom supstituirani ugljikovodik (dvije molekule) s metalnim natrijem. Kao jako elektropozitivan ion, natrij prihvaća atome halogena iz spoja. Kao rezultat toga, oslobođeni ugljikovodični radikali su međusobno povezani vezom, tvoreći alkan nove strukture. Primjer: CH 3 -CH 2 Cl + CH 3 -CH 2 Cl + 2Na → CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 + 2NaCl.
4. Sinteza homologa aromatskih ugljikovodika metodom Friedel-Craftsa. Bit procesa je djelovanje haloalkila na benzen u prisutnosti aluminijevog klorida. Kao rezultat reakcije supstitucije dolazi do stvaranja toluena i klorovodika. U ovom slučaju je neophodna prisutnost katalizatora. Osim samog benzena, na ovaj se način mogu oksidirati i njegovi homolozi.
5. Priprema Greignardove tekućine. Ovaj reagens je halogenom supstituirani ugljikovodik s magnezijevim ionom u sastavu. U početku metalni magnezij u eteru djeluje na haloalkilni derivat. Kao rezultat toga nastaje složeni spoj opće formule RMgHal, nazvan Greignardov reagens.
6. Reakcije redukcije do alkana (alkena, arena). Provodi se pri izlaganju vodiku. Kao rezultat, nastaje ugljikovodik i nusprodukt, halogenovodik. Opći primjer: R-Hal + H 2 → R-H + HHal.

Ovo su glavne interakcije u koje halogeni derivati ​​ugljikovodika različitih struktura mogu lako stupiti. Naravno, postoje specifične reakcije koje treba uzeti u obzir za svakog pojedinog predstavnika.

Izomerija molekula

Izomerija halogenih derivata ugljikovodika potpuno je prirodna pojava. Uostalom, poznato je da što je više atoma ugljika u lancu, to je veći broj izomernih oblika. Osim toga, nezasićeni predstavnici imaju višestruke veze, što također uzrokuje pojavu izomera.

Za ovu klasu spojeva mogu se razlikovati dvije glavne varijante ovog fenomena.

1. Izomerija ugljikovog skeleta radikala i glavnog lanca. Ovo također uključuje položaj višestruke veze, ako ona postoji u molekuli. Kao i kod jednostavnih ugljikovodika, počevši od trećeg predstavnika, mogu se napisati formule spojeva koji imaju identične molekulske, ali različite strukturne formule. Štoviše, za halogenom supstituirane ugljikovodike, broj izomernih oblika je red veličine veći nego za njihove odgovarajuće alkane (alkeni, alkini, areni i tako dalje).
2. Položaj halogena u molekuli. Njegovo mjesto u nazivu označeno je brojem, a čak i ako se promijeni samo za jedan, tada će svojstva takvih izomera već biti potpuno drugačija.

Ovdje ne govorimo o prostornoj izomeriji, jer atomi halogena to onemogućuju. Kao i svi drugi organski spojevi, haloalkilni izomeri razlikuju se ne samo po strukturi, već i po fizičkim i kemijskim svojstvima.

Derivati ​​nezasićenih ugljikovodika

Takvih veza, naravno, ima mnogo. Međutim, mi smo zainteresirani za halogene derivate nezasićenih ugljikovodika. Također se mogu podijeliti u tri glavne skupine.

1. Vinil - kada se Hal atom nalazi izravno na ugljikovom atomu višestruke veze. Primjer molekule: CH 2 =CCL 2.
2. S izoliranim položajem. Atom halogena i višestruka veza nalaze se u suprotnim dijelovima molekule. Primjer: CH2=CH-CH2-CH2-Cl.
3. Derivati ​​alila - atom halogena se nalazi na dvostrukoj vezi preko jednog atoma ugljika, odnosno nalazi se u alfa položaju. Primjer: CH 2 =CH-CH 2 -CL.

Od posebne važnosti je spoj kao što je vinil klorid CH2=CHCL. Sposoban je za izradu važnih proizvoda kao što su izolacijski materijali, vodootporne tkanine i tako dalje.

Drugi predstavnik nezasićenih halogenih derivata je kloropren. Njegova formula je CH₂=CCL-CH=CH2. Ovaj spoj je sirovina za sintezu vrijednih vrsta gume, koje se razlikuju po otpornosti na vatru, dugom vijeku trajanja i slaboj propusnosti plina.

Tetrafluoroetilen (ili teflon) je polimer koji ima visoke tehničke parametre. Koristi se za izradu dragocjenog premaza tehničkih dijelova, posuđa, raznih aparata. Formula - CF 2 \u003d CF 2.

Aromatski ugljikovodici i njihovi derivati

Aromatski spojevi su oni spojevi koji sadrže benzenski prsten. Među njima postoji i cijela skupina halogenih derivata. Dvije glavne vrste mogu se razlikovati prema njihovoj strukturi.

1. Ako je Hal atom povezan izravno s jezgrom, odnosno aromatskim prstenom, tada se spojevi obično nazivaju haloareni.
2. Atom halogena nije vezan za prsten, već za bočni lanac atoma, odnosno radikal koji ide u bočnu granu. Takvi spojevi nazivaju se arilalkil halidi.

Među tvarima koje se razmatraju može se navesti nekoliko predstavnika od najveće praktične važnosti.

1. Heksaklorbenzen - C6Cl6. Od početka 20. stoljeća koristi se kao jak fungicid, ali i kao insekticid. Ima dobar dezinfekcijski učinak, pa se koristio za tretiranje sjemena prije sjetve. Ima neugodan miris, tekućina je prilično jetka, prozirna i može izazvati suzenje.
2. Benzil bromid C6H5CH2Br. Koristi se kao važan reagens u sintezi organometalnih spojeva.
3. Klorbenzen C6H5CL. Tekuća bezbojna tvar specifičnog mirisa. Koristi se u proizvodnji boja, pesticida. Jedno je od najboljih organskih otapala.

Industrijska uporaba

Halogeni derivati ​​ugljikovodika naširoko se koriste u industriji i kemijskim sintezama. O nezasićenim i aromatičnim predstavnicima već smo govorili. Sada općenito odredimo područja uporabe svih spojeva ove serije.

1. U izgradnji.
2. kao otapala.
3. Proizvodnja tkanina, gume, guma, boja, polimernih materijala.
4. Za sintezu mnogih organskih spojeva.
5. Derivati ​​fluora (freoni) su rashladna sredstva u rashladnim uređajima.
6. Koristi se kao pesticidi, insekticidi, fungicidi, ulja, sušiva ulja, smole, maziva.
7. Oni idu u proizvodnju izolacijskih materijala itd.

Fizička svojstva. U normalnim uvjetima, prva četiri člana homolognog niza alkana (C 1 - C 4) su plinovi. Normalni alkani od pentana do heptadekana ( C5 - C17 ) - tekućine, počevši od C 18 i više - čvrste tvari. Kako se broj ugljikovih atoma u lancu povećava, tj. s povećanjem relativne molekulske mase povećavaju se vrelišta i tališta alkana. Za isti broj ugljikovih atoma u molekuli, razgranati alkani imaju niža vrelišta od normalnih alkana.

alkanipraktički netopljivi u vodi, budući da su njihove molekule niskopolarne i ne stupaju u interakciju s molekulama vode, dobro se otapaju u nepolarnim organskim otapalima kao što su benzen, ugljikov tetraklorid itd. Tekući alkani se međusobno lako miješaju.

Glavni prirodni izvori alkana su nafta i prirodni plin. Razne frakcije ulja sadrže alkane iz C 5 H 12 do C 30 H 62. Prirodni plin sastoji se od metana (95%) s primjesama etana i propana.

Iz sintetičke metode za dobivanje alkani mogu se razlikovati sljedeće:

jedan . Dobivanje iz nezasićenih ugljikovodika. Interakcija alkena ili alkina s vodikom ("hidrogenacija") događa se u prisutnosti metalnih katalizatora (/>Ni, Pd ) na
grijanje:

CH s - C ≡CH+ 2H 2 → CH 3 -CH 2 -CH 3.

2. Dobivanje od halogenoprovodni. Kad se monohalogenirani alkani zagrijavaju s metalnim natrijem, dobivaju se alkani s dvostruko većim brojem ugljikovih atoma (Wurtzova reakcija): />

C 2 H 5 Br + 2 Na + Br - C 2 H 5 → C 2 H 5 - C 2 H 5 + 2 NaBr.

Slična reakcija se ne provodi s dvije različite halogeniran alkana, budući da se time proizvodi mješavina tri različita alkana

3. Dobivanje iz soli karboksilnih kiselina. Kad se bezvodne soli karboksilnih kiselina spajaju s alkalijama, dobivaju se alkani koji sadrže jedan ugljikov atom manje u usporedbi s ugljikovim lancem izvornih karboksilnih kiselina: />

4. Dobivanje metana. U električnom luku koji gori u atmosferi vodika nastaje značajna količina metana: />

C + 2H 2 → CH 4 .

Ista se reakcija događa kada se ugljik zagrijava u atmosferi vodika na 400-500°C pri povišenom tlaku u prisutnosti katalizatora.

U laboratorijskim uvjetima metan se često dobiva iz aluminijeva karbida:

A l 4 C3 + 12H20 \u003d ZSN 4 + 4A 1 (OH)3.

Kemijska svojstva. U normalnim uvjetima alkani su kemijski inertni. Otporni su na djelovanje mnogih reagensa: ne stupaju u interakciju s koncentriranom sumpornom i dušičnom kiselinom, s koncentriranim i rastaljenim alkalijama, ne oksidiraju se jakim oksidirajućim sredstvima - kalijevim permanganatom.KMn Oko 4 itd.

Kemijska stabilnost alkana je zbog velike čvrstoćes-C-C veze i C-H, kao i njihovu nepolarnost. Nepolarne C-C i C-H veze u alkanima nisu sklone ionskom cijepanju, ali su sposobne homolitički se cijepati pod djelovanjem aktivnih slobodnih radikala. Prema tome, alkane karakteriziraju radikalne reakcije, kao rezultat kojih se dobivaju spojevi u kojima su atomi vodika zamijenjeni drugim atomima ili skupinama atoma. Stoga alkani stupaju u reakcije koje se odvijaju prema mehanizmu radikalne supstitucije, označene simbolom S R ( s engleskog, zamjena radikalan). Prema tom mehanizmu atomi vodika najlakše se zamjenjuju na tercijarnim, zatim na sekundarnim i primarnim atomima ugljika.

1. Halogeniranje. Kada alkani reagiraju s halogenima (klor i brom) pod djelovanjem UV zračenja ili visoke temperature, nastaje smjesa produkata od mono- do polihalogenirani alkani. Opća shema ove reakcije prikazana je na primjeru metana: />

b) Lančani rast. Radikal klora oduzima atom vodika iz molekule alkana:

Cl+ CH 4 → HC/>l + CH 3

U tom slučaju nastaje alkilni radikal koji oduzima atom klora iz molekule klora:

CH 3 + C l 2 → CH 3 C l + C l·

Ove se reakcije ponavljaju dok ne dođe do prekida lanca u jednoj od sljedećih reakcija:

Cl· + Cl→ C l /> 2, CH 3 + CH 3 → C 2 H 6, CH 3 + Cl· → CH 3 S l ·

Ukupna jednadžba reakcije:

	hv
CH4 + Cl2	→	CH3Cl + Hcl.

Dobiveni klorometan može se podvrgnuti daljnjem kloriranju, dajući smjesu produkata CH 2 Cl 2, CHCl 3, SS 1 4 prema shemi (*).

Razvoj teorije lanca slobodni radikali reakcije usko je povezan s imenom istaknutog ruskog znanstvenika, laureata Nobelova nagrada N.I. Semenov (1896-1986).

2. Nitriranje (Konovalovljeva reakcija). Pod djelovanjem razrijeđenog dušična kiselina na alkanima pri 140 ° C i niskom tlaku odvija se radikalna reakcija: />

U radikalskim reakcijama (halogeniranje, nitriranje) atomi vodika se prije svega miješaju na tercijarnim, zatim na sekundarnim i primarnim atomima ugljika.To se objašnjava činjenicom da se veza tercijarnog atoma ugljika s vodikom najlakše kida homolitički (energija veze 376 kJ/mol), zatim sekundarna (390 kJ/mol), a tek onda primarna (415 kJ/mol). mol).

3. Izomerizacija. Pod određenim uvjetima normalni alkani mogu se pretvoriti u alkane razgranatog lanca: />

4. Krekiranje je hemolitičko pucanje C-C veza, koje nastaje pri zagrijavanju i pod djelovanjem katalizatora.
Kada se krekiraju viši alkani, nastaju alkeni i niži alkani; kada se krekiraju metan i etan, nastaje acetilen: />

C/> 8 H 18 → C 4 H 10 + C 4 H 8, / >

2CH 4 → C 2 H 2 + ZH 2,

C 2 H 6 → C 2 H 2 + 2H 2.

Ove reakcije su od velike industrijske važnosti. Na taj se način naftne frakcije visokog vrelišta (loživo ulje) pretvaraju u benzin, kerozin i druge vrijedne proizvode.

5. Oksidacija. Blagom oksidacijom metana s atmosferskim kisikom u prisutnosti različitih katalizatora mogu se dobiti metilni alkohol, formaldehid i mravlja kiselina:

Meka katalitička oksidacija butana s atmosferskim kisikom jedna je od industrijskih metoda za proizvodnju octene kiseline:

t°
2 C 4/> H/> 10 + 5 O/> 2 → 4 CH/> 3 COOH/> + 2H 2 O .
mačka

U zraku, alkani spali do CO 2 i H 2 O: />

CnH2n+2+ (Z n+ 1) / 2O 2 \u003d n CO 2 + (n + 1) H 2 O.