Būdingos angliavandenilių cheminės savybės: alkanai, alkenai, dienai, alkinai, aromatiniai angliavandeniliai

Alkanai

Alkanai yra angliavandeniliai, kurių molekulėse atomai yra sujungti viengubomis jungtimis ir atitinka bendrą formulę $C_(n)H_(2n+2)$.

Homologinė metano serija

Kaip jau žinote, homologai yra medžiagos, kurių struktūra ir savybės yra panašios ir skiriasi viena ar daugiau $CH_2$ grupių.

Ribiniai angliavandeniliai sudaro homologinę metano seriją.

Izomerizmas ir nomenklatūra

Alkanams būdinga vadinamoji struktūrinė izomerija. Struktūriniai izomerai skiriasi vienas nuo kito anglies skeleto struktūra. Kaip jau žinote, paprasčiausias alkanas, kuriam būdingi struktūriniai izomerai, yra butanas:

Išsamiau panagrinėkime alkanų IUPAC nomenklatūros pagrindus:

1. Pagrindinės grandinės pasirinkimas.

Angliavandenilio pavadinimo formavimas prasideda nuo pagrindinės grandinės apibrėžimo - ilgiausios anglies atomų grandinės molekulėje, kuri yra tarsi jos pagrindas.

2.

Pagrindinės grandinės atomams priskiriami numeriai. Pagrindinės grandinės atomų numeracija prasideda nuo arčiausiai pakaito esančio galo (struktūros A, B). Jei pakaitai yra vienodu atstumu nuo grandinės galo, tai numeracija pradedama nuo to galo, kuriame jų yra daugiau (struktūra B). Jei skirtingi pakaitai yra vienodu atstumu nuo grandinės galų, tai numeracija pradedama nuo to galo, kuriam arčiau yra senesnis (struktūra G). Angliavandenilių pakaitalų eiliškumas nustatomas pagal tvarką, kuria abėcėlėje prasideda raidė, kuria prasideda jų pavadinimas: metilas (-$CH_3$), tada propilas ($-CH_2-CH_2-CH_3$), etilas ($-CH_2). –CH_3$ ) ir kt.

Atkreipkite dėmesį, kad pakaitalo pavadinimas formuojamas pakeičiant galūnę -lt priesagai - dumblas atitinkamo alkano vardu.

3. Vardo formavimas.

Skaičiai nurodomi pavadinimo pradžioje – anglies atomų, prie kurių yra pakaitai, skaičiai. Jei tam tikrame atome yra keli pakaitalai, tai atitinkamas skaičius pavadinime kartojamas du kartus, atskiriant kableliais ($2,2-$). Po skaičiaus brūkšnelis nurodo pakaitų skaičių ( di- du, trys- trys, tetra- keturi, penta- penki) ir pavaduotojo pavardė ( metilas, etilas, propilas). Tada be tarpų ir brūkšnelių – pagrindinės grandinės pavadinimas. Pagrindinė grandinė vadinama angliavandeniliu – homologinės metano serijos nariu ( metanas, etanas, propanas ir kt.).

Medžiagų pavadinimai struktūrines formules kurie pateikti aukščiau, yra tokie:

- struktūra A: 2 USD -metilpropanas;

- B struktūra: 3 USD -etilheksanas;

- Struktūra B: $2,2,4$ -trimetilpentanas;

- struktūra Г: 2 USD -metilas$4$-etilheksanas.

Alkanų fizinės ir cheminės savybės

fizines savybes. Pirmieji keturi homologinės metano serijos atstovai yra dujos. Paprasčiausias iš jų yra metanas – bespalvės, beskonės ir bekvapės dujos (dujų kvapą, kurį užuodus reikia skambinti $104$, lemia merkaptanų – sieros turinčių junginių, specialiai dedamų į buityje ir buityje naudojamą metaną, kvapas. pramoniniai dujų prietaisai, kad šalia esantys žmonės galėtų užuosti nuotėkio kvapą).

Angliavandeniliai, kurių sudėtis nuo $С_5Н_(12)$ iki $С_(15)Н_(32)$, yra skysčiai; sunkesni angliavandeniliai kietosios medžiagos.

Alkanų virimo ir lydymosi temperatūra palaipsniui didėja didėjant anglies grandinės ilgiui. Visi angliavandeniliai blogai tirpsta vandenyje; skystieji angliavandeniliai yra įprasti organiniai tirpikliai.

Cheminės savybės.

1. pakeitimo reakcijos. Alkanams būdingiausios yra laisvųjų radikalų pakeitimo reakcijos, kurių metu vandenilio atomas pakeičiamas halogeno atomu arba kokia nors grupe.

Pateiksime tipiškiausių reakcijų lygtis.

Halogeninimas:

$CH_4+Cl_2→CH_3Cl+HCl$.

Esant halogeno pertekliui, chlorinimas gali vykti toliau, iki visiško vandenilio atomų pakeitimo chloru:

$CH_3Cl+Cl_2→HCl+(CH_2Cl_2)↙(\tekstas"dichlormetanas (metileno chloridas)")$,

$CH_2Cl_2+Cl_2→HCl+(CHСl_3)↙(\tekstas"trichlormetanas(chloroformas)")$,

$CHCl_3+Cl_2→HCl+(CCl_4)↙(\tekstas"tetrachlormetanas(anglies tetrachloridas)")$.

Gautos medžiagos plačiai naudojamos kaip tirpikliai ir pradinės medžiagos organinėje sintezėje.

2. Dehidrogenavimas (vandenilio pašalinimas). Kai alkanai praeina per katalizatorių ($Pt, Ni, Al_2O_3, Cr_2O_3$) aukštoje temperatūroje ($400-600°C$), vandenilio molekulė atsiskiria ir susidaro alkenas:

$CH_3—CH_3→CH_2=CH_2+H_2$

3. Reakcijos, kurias lydi anglies grandinės sunaikinimas. Visi sotieji angliavandeniliai dega su išsilavinimu anglies dvideginis ir vandens. Dujiniai angliavandeniliai, tam tikromis proporcijomis susimaišę su oru, gali sprogti. Sočiųjų angliavandenilių degimas yra laisvųjų radikalų egzoterminė reakcija, kuri turi labai didelę reikšmę naudojant alkanus kaip kurą:

$CH_4+2O_2→CO_2+2H_2O+880 kJ.$

AT bendras vaizdas Alkanų degimo reakciją galima parašyti taip:

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

Terminis angliavandenilių skilimas:

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

Procesas vyksta pagal laisvųjų radikalų mechanizmą. Temperatūros padidėjimas sukelia homolizinį anglies-anglies jungties plyšimą ir laisvųjų radikalų susidarymą:

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

Šie radikalai sąveikauja vienas su kitu, keisdami vandenilio atomą, sudarydami alkano ir alkeno molekulę:

$R—CH_2CH_2+CH_2—R→R—CH=CH_2+CH_3—R$.

Terminio skilimo reakcijos yra pramoninio proceso – angliavandenilių krekingo – pagrindas. Šis procesas yra svarbiausias naftos perdirbimo etapas.

Kai metanas pašildomas iki $1000°C$ temperatūros, prasideda metano pirolizė – skilimas į paprastas medžiagas:

$CH_4(→)↖(1000°C)C+2H_2$

Kaitinant iki $1500°C$ temperatūros, galimas acetileno susidarymas:

$2CH_4(→)↖(1500°C)CH=CH+3H_2$

4. Izomerizacija. Kai linijiniai angliavandeniliai kaitinami izomerizacijos katalizatoriumi (aliuminio chloridu), susidaro medžiagos su šakotu anglies karkasu:

5. Aromatizavimas. Alkanai, kurių grandinėje yra šeši ar daugiau anglies atomų, esant katalizatoriui, yra ciklizuojami, kad susidarytų benzenas ir jo dariniai:

Dėl ko alkanai patenka į reakcijas, vykstančias pagal laisvųjų radikalų mechanizmą? Visi alkano molekulėse esantys anglies atomai yra $sp^3$ hibridizacijos būsenoje. Šių medžiagų molekulės yra sudarytos naudojant kovalentinius nepolinius $C-C$ (anglies-anglies) ryšius ir silpnai polinius $C-H$ (anglies-vandenilio) ryšius. Juose nėra plotų su dideliu ir mažu elektronų tankiu, lengvai poliarizuojamomis jungtimis, t.y. tokie ryšiai, kurių elektronų tankis gali pasislinkti veikiant išoriniams veiksniams (jonų elektrostatiniams laukams). Todėl alkanai nereaguos su įkrautomis dalelėmis, nes ryšiai alkano molekulėse nenutrūksta dėl heterolitinio mechanizmo.

Alkenai

Nesotieji angliavandeniliai apima angliavandenilius, kurių molekulėse yra daug ryšių tarp anglies atomų. Yra neribotas alkenai, alkadienai (polienai), alkinai. Cikliniai angliavandeniliai, kurių cikle yra dviguba jungtis (cikloalkenai), taip pat cikloalkanai, kurių cikle yra nedidelis anglies atomų skaičius (tris ar keturis atomus), taip pat yra nesotieji. Nesočiųjų savybė siejama su šių medžiagų, pirmiausia vandenilio, sudėjimo reakcijas, susidarant sočiųjų arba sočiųjų angliavandenilių - alkanų susidarymui.

Alkenai yra acikliniai angliavandeniliai, kurių molekulėje, be pavienių jungčių, yra viena dviguba jungtis tarp anglies atomų ir atitinkanti bendrą formulę $C_(n)H_(2n)$.

Antrasis jo pavadinimas olefinai- alkenai buvo gauti pagal analogiją su nesočiosiomis riebalų rūgštimis (oleino, linolo), kurių likučiai yra skystų riebalų dalis - aliejai (iš lat. oleumas- Alyva).

Homologinė eteno serija

Neišsišakoję alkenai sudaro homologinę eteno (etileno) seriją:

$C_2H_4$ yra etenas, $C_3H_6$ yra propenas, $C_4H_8$ yra butenas, $C_5H_(10)$ yra pentenas, $C_6H_(12)$ yra heksenas ir kt.

Izomerizmas ir nomenklatūra

Alkenams, taip pat alkanams, būdinga struktūrinė izomerija. Struktūriniai izomerai skiriasi vienas nuo kito anglies skeleto struktūra. Paprasčiausias alkenas, kuriam būdingi struktūriniai izomerai, yra butenas:

Ypatingas struktūrinės izomerijos tipas yra dvigubos jungties padėties izomerija:

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

Beveik laisvas anglies atomų sukimasis aplink vieną anglies-anglies ryšį, todėl alkano molekulės gali įgauti įvairiausių formų. Sukimasis aplink dvigubą jungtį neįmanomas, todėl alkenuose atsiranda kitokio tipo izomerija - geometrinė arba cis-trans izomerija.

cis- izomerai skiriasi nuo transas - izomerai pagal molekulės fragmentų (šiuo atveju metilo grupių) erdvinį išsidėstymą $π$ ryšio plokštumos atžvilgiu, taigi ir pagal savybes.

Alkenai yra izomeriniai cikloalkanams (tarpklasių izomerija), pavyzdžiui:

IUPAC sukurta alkenų nomenklatūra yra panaši į alkanų nomenklatūrą.

1. Pagrindinės grandinės pasirinkimas.

Angliavandenilio pavadinimo formavimas prasideda nuo pagrindinės grandinės apibrėžimo - ilgiausios anglies atomų grandinės molekulėje. Alkenų atveju pagrindinėje grandinėje turi būti dviguba jungtis.

2. Pagrindinės grandinės atomų numeracija.

Pagrindinės grandinės atomų numeracija prasideda nuo to galo, kuriam yra arčiausiai dviguba jungtis. Pavyzdžiui, teisingas ryšio pavadinimas yra:

$5$-metilheksenas-$2$, o ne $2$-metilheksenas-$4$, kaip galima tikėtis.

Jei grandinės atomų numeracijos pradžios neįmanoma nustatyti pagal dvigubos jungties padėtį, tai ji nustatoma pagal pakaitų padėtį, kaip ir sočiųjų angliavandenilių atveju.

3. Vardo formavimas.

Alkenų pavadinimai susidaro taip pat, kaip ir alkanų pavadinimai. Pavadinimo pabaigoje nurodykite anglies atomo, nuo kurio prasideda dviguba jungtis, skaičių ir priesagą, nurodantį, kad junginys priklauso alkenų klasei - -lt.

Pavyzdžiui:

Alkenų fizinės ir cheminės savybės

fizines savybes. Pirmieji trys homologinės alkenų serijos atstovai yra dujos; $C_5H_(10)$ - $C_(16)H_(32)$ sudėties medžiagos yra skysčiai; aukštesni alkenai yra kietos medžiagos.

Virimo ir lydymosi taškai natūraliai didėja didėjant molekulinė masė jungtys.

Cheminės savybės.

Papildymo reakcijos. Prisiminkite tai skiriamasis ženklas atstovai nesočiųjų angliavandenilių- alkenai yra gebėjimas įsitraukti į sudėjimo reakcijas. Dauguma šių reakcijų vyksta pagal mechanizmą

1. alkenų hidrinimas. Alkenai gali pridėti vandenilio esant hidrinimo katalizatoriams, metalai - platina, paladis, nikelis:

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

Ši reakcija vyksta atmosferos ir aukštas kraujo spaudimas ir nereikalauja aukštos temperatūros, tk. yra egzoterminis. Padidėjus tų pačių katalizatorių temperatūrai, gali įvykti atvirkštinė reakcija – dehidrinimas.

2. Halogeninimas (halogenų pridėjimas). Alkeno sąveika su bromo vandeniu arba bromo tirpalu organiniame tirpiklyje ($CCl_4$) lemia greitą šių tirpalų spalvos pasikeitimą dėl to, kad į alkeną pridedama halogeno molekulė ir susidaro dihalogeniniai alkanai:

$CH_2=CH_2+Br_2→CH_2Br—CH_2Br$.

3.

$CH_3-(CH)↙(propenas)=CH_2+HBr→CH_3-(CHBr)↙(2-brompropenas)-CH_3$

Ši reakcija priklauso nuo Markovnikovo taisyklė:

Kai į alkeną pridedamas vandenilio halogenidas, vandenilis prisijungia prie labiau hidrinto anglies atomo, t.y. atomas, kuriame yra daugiau vandenilio atomų, o halogenas - mažiau hidrintas.

Dėl alkenų hidratacijos susidaro alkoholiai. Pavyzdžiui, vandens įdėjimas į eteną yra vienas iš pramoninių gavimo būdų etilo alkoholis:

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

Atkreipkite dėmesį, kad pirminis alkoholis (su hidrokso grupe prie pirminės anglies) susidaro tik tada, kai etenas yra hidratuotas. Kai propenas ar kiti alkenai hidratuojami, susidaro antriniai alkoholiai.

Ši reakcija taip pat vyksta pagal Markovnikovo taisyklę – vandenilio katijonas yra prijungtas prie labiau hidrinto anglies atomo, o hidrokso grupė – prie mažiau hidrinto.

5. Polimerizacija. Ypatingas pridėjimo atvejis yra alkenų polimerizacijos reakcija:

$nCH_2(=)↙(etenas)CH_2(→)↖(UV šviesa,R)(...(-CH_2-CH_2-)↙(polietilenas)...)_n$

Ši prisijungimo reakcija vyksta laisvųjų radikalų mechanizmu.

6. Oksidacijos reakcija.

Kaip ir bet kurie organiniai junginiai, alkenai dega deguonyje, sudarydami $CO_2$ ir $H_2O$:

$CH_2=CH_2+3O_2→2CO_2+2H_2O$.

Apskritai:

$C_(n)H_(2n)+(3n)/(2)O_2→nCO_2+nH_2O$

Skirtingai nuo alkanų, kurie yra atsparūs oksidacijai tirpaluose, alkenai lengvai oksiduojasi veikiant kalio permanganato tirpalams. Neutraliuose arba šarminiuose tirpaluose alkenai oksiduojami į diolius (dihidroksilius alkoholius), o hidroksilo grupės yra prijungtos prie tų atomų, tarp kurių prieš oksidaciją buvo dviguba jungtis:

Alkadienai (dieno angliavandeniliai)

Alkadienai yra acikliniai angliavandeniliai, kurių molekulėje, be pavienių jungčių, yra dvi dvigubos jungtys tarp anglies atomų ir atitinkančios bendrą formulę $C_(n)H_(2n-2)$.

Priklausomai nuo abipusio dvigubų jungčių išsidėstymo, yra trys dienų tipai:

- alkadienai su sukaupta dvigubų ryšių išdėstymas:

- alkadienai su konjuguotas dvigubos jungtys;

$CH_2=CH—CH=CH_2$;

- alkadienai su izoliuotas dvigubi ryšiai

$CH_2=CH—CH_2—CH=CH_2$.

Visi trys alkadienų tipai labai skiriasi vienas nuo kito struktūra ir savybėmis. Centrinis anglies atomas (atomas, sudarantis dvi dvigubas jungtis) alkadienuose su kumuliuotais ryšiais yra $sp$-hibridizacijos būsenoje. Jis sudaro dvi $σ$ obligacijas, esančias toje pačioje tiesėje ir nukreiptas priešingomis kryptimis, ir dvi $π$ obligacijas, esančias vienoje statmenos plokštumos. $π$-ryšiai susidaro dėl nehibridizuotų kiekvieno anglies atomo p-orbitalių. Alkadienų su izoliuotomis dvigubomis jungtimis savybės yra labai specifinės, nes konjuguotos $π$-obligacijos reikšmingai veikia viena kitą.

p-orbitalės, sudarančios konjuguotas $π$-jungtis, sudaro praktiškai vieną sistemą (ji vadinama $π$-sistema), nes gretimų $π$ obligacijų p-orbitalės iš dalies sutampa.

Izomerizmas ir nomenklatūra

Alkadienams būdinga ir struktūrinė izomerija, ir cis- bei trans-izomerija.

Struktūrinė izomerija.

— anglies skeleto izomerija:

— kelių jungčių padėties izomerija:

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

cis-, trans- izomerija (erdvinė ir geometrinė)

Pavyzdžiui:

Alkadienai yra alkinų ir cikloalkenų klasių izomeriniai junginiai.

Formuojant alkadieno pavadinimą, nurodomi dvigubų jungčių skaičiai. Pagrindinėje grandinėje būtinai turi būti dvi daugybinės jungtys.

Pavyzdžiui:

Alkadienų fizinės ir cheminės savybės

fizines savybes.

Normaliomis sąlygomis propandien-1,2, butadien-1,3 yra dujos, 2-metilbutadienas-1,3 yra lakus skystis. Alkadienai su izoliuotomis dvigubomis jungtimis (paprasčiausias iš jų yra pentadienas-1,4) yra skysčiai. Didesni dienai yra kietosios medžiagos.

Cheminės savybės.

Alkadienų su izoliuotomis dvigubomis jungtimis cheminės savybės mažai skiriasi nuo alkenų. Alkadienai su konjuguotomis jungtimis turi keletą ypatingų savybių.

1. Papildymo reakcijos. Alkadienai gali pridėti vandenilio, halogenų ir vandenilio halogenidų.

Pridėjimo prie alkadienų su konjuguotomis jungtimis ypatybė yra galimybė prijungti molekules tiek 1 ir 2, tiek 1 ir 4 padėtyse.

Produktų santykis priklauso nuo atitinkamų reakcijų sąlygų ir būdo.

2.polimerizacijos reakcija. Svarbiausia dienų savybė yra gebėjimas polimerizuotis veikiant katijonams arba laisviesiems radikalams. Šių junginių polimerizacija yra sintetinių kaučiukų pagrindas:

$nCH_2=(CH—CH=CH_2)↙(butadienas-1,3)→((... —CH_2—CH=CH—CH_2— ...)_n)↙(\tekstas"sintetinis butadieno kaučiukas")$ .

Konjuguotų dienų polimerizacija vyksta kaip 1,4-addicija.

Šiuo atveju dviguba jungtis pasirodo esanti jungties centre, o elementarioji jungtis, savo ruožtu, gali užimti abu cis-, ir transas - konfigūracija.

Alkinai

Alkinai yra acikliniai angliavandeniliai, kurių molekulėje, be pavienių jungčių, yra viena triguba jungtis tarp anglies atomų ir atitinkanti bendrą formulę $C_(n)H_(2n-2)$.

Homologinė etino serija

Nešakotieji alkinai sudaro homologinę etino (acetileno) seriją:

$C_2H_2$ - etinas, $C_3H_4$ - propinas, $C_4H_6$ - butinas, $C_5H_8$ - pentinas, $C_6H_(10)$ - heksinas ir kt.

Izomerizmas ir nomenklatūra

Alkinams, kaip ir alkenams, būdinga struktūrinė izomerija: anglies skeleto izomerija ir daugybinio ryšio padėties izomerija. Paprasčiausias alkinas, kuriam būdingi alkinų klasės daugialypės jungties padėties struktūriniai izomerai, yra butinas:

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

Anglies skeleto izomerija alkinuose galima, pradedant nuo pentino:

Kadangi trigubas ryšys turi tiesinę anglies grandinės struktūrą, geometrinė ( cis-, trans-) alkinams izomerija negalima.

Trigubos jungties buvimą šios klasės angliavandenilių molekulėse atspindi priesaga -į, o jo padėtis grandinėje – anglies atomo skaičius.

Pavyzdžiui:

Alkinai yra kai kurių kitų klasių izomeriniai junginiai. Taigi, heksinas (alkinas), heksadienas (alkadienas) ir cikloheksenas (cikloalkenas) turi cheminę formulę $С_6Н_(10)$:

Alkinų fizinės ir cheminės savybės

fizines savybes. Alkinų, taip pat alkenų, virimo ir lydymosi temperatūra natūraliai didėja didėjant junginių molekulinei masei.

Alkinai turi specifinį kvapą. Jie geriau tirpsta vandenyje nei alkanai ir alkenai.

Cheminės savybės.

Papildymo reakcijos. Alkinai yra nesotieji junginiai ir dalyvauja adityvinėse reakcijose. Iš esmės tai yra reakcijos. elektrofilinis papildymas.

1. Halogeninimas (halogeno molekulės pridėjimas). Alkinas gali prijungti dvi halogeno molekules (chlorą, bromą):

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

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

2. Hidrohalogeninimas (vandenilio halogenido pridėjimas). Vandenilio halogenido pridėjimo reakcija, vykstanti pagal elektrofilinį mechanizmą, taip pat vyksta dviem etapais ir abiejuose etapuose įvykdoma Markovnikovo taisyklė:

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

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

3. Hidratacija (vandens papildymas). Didelę reikšmę pramoninei ketonų ir aldehidų sintezei turi vandens pridėjimo reakcija (hidratacija), kuri vadinama Kučerovo reakcija:

4. alkinų hidrinimas. Alkinai prideda vandenilio esant metaliniams katalizatoriams ($Pt, Pd, Ni$):

$R-C≡C-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH=CH-R,$

$R-CH=CH-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH_2-CH_2-R$

Kadangi triguboje jungtyje yra dvi reaktyvios $π$ jungtys, alkanai prideda vandenilio etapais:

1) trimerizacija.

Kai etinas praleidžiamas per aktyvuotą anglį, susidaro produktų mišinys, iš kurių vienas yra benzenas:

2) dimerizacija.

Be acetileno trimerizacijos, galima ir jo dimerizacija. Veikiant vienavalentėms vario druskoms, susidaro vinilacetilenas:

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

Ši medžiaga naudojama chloropreno gamybai:

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

polimerizacijos metu gaunamas chloropreno kaučiukas:

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

Alkino oksidacija.

Etinas (acetilenas) dega deguonyje, išskirdamas labai didelį šilumos kiekį:

$2C_2H_2+5O_2→4CO_2+2H_2O+2600kJ$ Deguonies-acetileno degiklio veikimas pagrįstas šia reakcija, kurio liepsnos temperatūra yra labai aukšta (daugiau nei $3000°C$), todėl galima jį naudoti. metalams pjauti ir suvirinti.

Ore acetilenas dega dūmine liepsna, nes. anglies kiekis jo molekulėje yra didesnis nei etano ir eteno molekulėse.

Alkinai, kaip ir alkenai, nuvalo parūgštintus kalio permanganato tirpalus; šiuo atveju įvyksta daugybinio ryšio sunaikinimas.

Reakcijos, apibūdinančios pagrindinius deguonies turinčių junginių gavimo būdus

1. Halogenalkanų hidrolizė. Jūs jau žinote, kad halokenalkanų susidarymas alkoholiams sąveikaujant su vandenilio halogenidais - grįžtama reakcija. Todėl aišku, kad alkoholius galima gauti halogenalkanų hidrolizė- šių junginių reakcijos su vandeniu:

$R-Cl+NaOH(→)↖(H_2O)R-OH+NaCl+H_2O$

Polihidroksilius alkoholius galima gauti hidrolizuojant halogenalkanus, kurių molekulėje yra daugiau nei vienas halogeno atomas. Pavyzdžiui:

2. Alkenų hidratacija- vandens pridėjimas prie alkeno molekulės $π$ jungties - jums jau žinomas, pavyzdžiui:

$(CH_2=CH_2)↙(etenas)+H_2O(→)↖(H^(+))(C_2H_5OH)↙(etanolis)$

Dėl propeno hidratacijos, vadovaujantis Markovnikovo taisykle, susidaro antrinis alkoholis - propanolis-2:

3. Aldehidų ir ketonų hidrinimas. Jau žinote, kad alkoholių oksidacija švelniomis sąlygomis sukelia aldehidų arba ketonų susidarymą. Akivaizdu, kad alkoholius galima gauti hidrinant (redukuojant vandenilį, pridedant vandenilio) aldehidus ir ketonus:

4. Alkenų oksidacija. Glikolius, kaip jau minėta, galima gauti oksiduojant alkenus vandeniniu kalio permanganato tirpalu. Pavyzdžiui, etileno (eteno) oksidacijos metu susidaro etilenglikolis (etandiolis-1,2):

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

5. Specifiniai alkoholio gavimo būdai. Kai kurie alkoholiai gaunami tik jiems būdingais būdais. Taigi, metanolis gaminamas pramonėje, kai vandenilis sąveikauja su anglies monoksidu (II) (anglies monoksidu), esant padidintam slėgiui ir aukštai temperatūrai ant katalizatoriaus (cinko oksido) paviršiaus:

$CO+2H_2(→)↖(t,p,ZnO)CH_3-OH$

Šiai reakcijai reikalingas mišinys smalkės ir vandenilis, dar vadinamas sintezės dujomis ($CO + nH_2O$), gaunamas leidžiant vandens garus per karštą anglį:

$C+H_2O(→)↖(t)CO+H_2-Q$

6. Gliukozės fermentacija.Šis etilo (vyno) alkoholio gavimo būdas žmogui buvo žinomas nuo senų senovės:

$(C_6H_(12)O_6)↙(gliukozė)(→)↖(mielės)2C_2H_5OH+2CO_2$

Aldehidų ir ketonų gavimo būdai

Galima gauti aldehidų ir ketonų oksidacija arba alkoholio dehidrogenacija. Dar kartą pažymime, kad aldehidus galima gauti oksiduojant arba dehidrogenuojant pirminius alkoholius, o ketonus galima gauti iš antrinių alkoholių:

Kučerovo reakcija. Iš acetileno hidratacijos reakcijos metu gaunamas acetaldehidas, iš acetileno homologų - ketonai:

Kai šildomas kalcio arba bario druskos karboksirūgštys susidaro ketonas ir metalo karbonatas:

Karboksilo rūgščių gavimo būdai

Karboksirūgštys gali būti gaunamos oksiduojant pirminius aldehidų alkoholius:

Aromatinės karboksirūgštys susidaro oksiduojantis benzeno homologams:

Hidrolizuojant įvairius karboksirūgšties darinius taip pat susidaro rūgštys. Taigi, esterio hidrolizės metu susidaro alkoholis ir karboksirūgštis. Kaip minėta aukščiau, rūgštimi katalizuojamos esterinimo ir hidrolizės reakcijos yra grįžtamos:

Esterio hidrolizė, veikiant vandeniniam šarmo tirpalui, vyksta negrįžtamai, šiuo atveju iš esterio susidaro ne rūgštis, o jos druska.

Darbas buvo įtrauktas į svetainę: 2015-07-10

Užsisakykite rašydami unikalų darbą

A17. Pagrindiniai angliavandenilių gavimo būdai (laboratorijoje). Pagrindiniai deguonies turinčių junginių gavimo būdai (laboratorijoje).

"> Alkanų gavimas

Pramoniniai būdai:

1. Paskirstyti iš natūralių šaltinių (gamtinių ir susijusių dujų, naftos, anglies).
2. "> Alkenų ir nesočiųjų angliavandenilių hidrinimas.

;text-decoration:underline">Laboratoriniai metano gamybos metodai:

1. ">termokatalitinis anglies oksidų redukavimas (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. "> Sintezė iš paprastos medžiagos: C + 2H;vertical-align:sub">2 ">→ CH ;vertical-align:sub">4
2. Aliuminio karbido hidrolizė:" 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">Laboratoriniai metodai metano homologams gauti:

1. "> Karboksilo rūgščių natrio druskų dekarboksilinimas (Dumas reakcija) Gautame alkane yra vienu anglies atomu mažiau nei pradinėje druskoje.

" 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 sintezė (grandinės padvigubinimas); atliekama siekiant gauti alkanus su ilgesne anglies grandine.

">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">Na"> → " 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. Natrio acetato elektrolizė:

elektrolizė

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

Alkenų gavimas

Laboratorijoje:

1. Halogenalkanų dehidrohalogeninimas atliekamas šarmo alkoholio tirpalu:

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

CH 3 - CH - CH 2 - CH 3 + KOH (alkoholis) → CH 3 - CH \u003d CH - CH 3 + KI + H 2 O

Taisyklė A.M. Zaicevas: "Vandenilis yra atskirtas nuo mažiau hidrinto anglies atomo."

2. Alkoholių dehidratacija vyksta esant koncentruotai sieros rūgščiai arba bevandeniam aliuminio oksidui, kai kaitinama (t> 150o C), susidaro alkenai.

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

3. Dihalogeno darinių dehalogeninimas atliekamas naudojant smulkiai susmulkintą cinką arba magnį:

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

Cl Cl

Pramonėje:

1, Pagrindinis alkenų gavimo būdas yra alkanų krekingas, dėl kurio susidaro mažos molekulinės masės alkenų ir alkanų mišinys, kurį galima atskirti distiliuojant.

C5 H12 → C2 H4 + C3 H8 (arba C3 H6 + C2 H6) ir kt.

2 Alkanų dehidrogenavimas. (katalizatoriai: Pt ; Ni ; AI 2 O 3 ; Cr 2 O 3 )

Ni, 450–5000 C

CH3 - CH3 → CH2 = CH2 + H2

550–6500 C

2CH4 → CH2 = CH2 + 2H2

3. Alkinų katalizinis hidrinimas (katalizatoriai: Pt ; Ni ; Pd )

CH ≡ CH + H2 → CH2 = CH2

Cikloalkanų gavimas

1. veiksmas aktyvus metalas dihalogeniniam alkanui:

t, p, Ni

Br - CH2 -CH2 -CH2 -Br + Mg → + Mg Br 2

1,3-dibrompropanas

1. Arenų hidrinimas (t, p, Pt)

C6 H6 + 3 H2 →

Alkinų gavimas

Acetilenas:

a) metano metodas:

2CH4 C2 H2 + 3H2

b) kalcio karbido hidrolizė (laboratorinis metodas):

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

CaO + 3C CaC 2 + CO

Dėl didelio energijos suvartojimo šis būdas ekonomiškai mažiau pelningas.

Acetileno homologų sintezė:

a) katalizinis alkanų ir alkenų dehidrinimas:

Сn H 2 n +2 C n H 2 n -2 + 2H 2

Сn H 2 n C n H 2 n -2 + H 2

b) dihalogeninių alkanų dehidrohalogeninimas šarmo alkoholio tirpalu (šarmų ir alkoholio imamas perteklius):

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

Alkadienų gavimas

1. Alkanų, esančių gamtinėse dujose ir rafinavimo dujose, dehidrogenavimas, perduodant juos per įkaitintą katalizatorių
   t, Cr 2 O 3 , Al 2 O 3

CH3-CH2-CH2-CH3 → CH2 \u003d CH-CH \u003d CH2 + 2H2
t, Cr 2 O 3 , Al 2 O 3

CH3-CH-CH2-CH3 → CH2 \u003d C-CH = CH2 + 2H2

CH 3 CH 3

1. Etilo alkoholio dehidravimas ir dehidratacija, leidžiant alkoholio garus per įkaitintus katalizatorius (akademiko S. V. Lebedevo metodas):
   t, ZnO, Al 2 O 3

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

Gauti arenas

Benzenas

1. Alkinų trimerizacija virš aktyvuotos anglies (Zelinsky):

aktas. C, 600 C

3HCCH C6 H6 (benzenas)

1. Laboratorijoje sulydant benzenkarboksirūgšties druskas su šarmais:

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

Benzenas ir homologai

1. Koksuojant akmens anglį susidaro akmens anglių derva, iš kurios išskiriamas benzenas, toluenas, ksilenai, naftalenas ir daugelis kitų organinių junginių.
2. Alkanų dehidrociklizavimas (dehidrogeninimas ir ciklizacija) esant katalizatoriui:

Cr2O3

CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 C6H6 + 4H2

Heksanas gamina benzeną, o heptanas – tolueną.

1. Cikloalkanų dehidrogenavimas

→ C6 H6 + 3 H2

1. Homologų gavimas – benzeno alkilinimas halogenalkanais arba alkenais, esant bevandeniam aliuminio chloridui:

AlCl 3

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

chloretanas etilbenzenas

Gaunamas limitas monohidroksiliai alkoholiai

Bendrieji metodai

1. Alkenų hidratacija (pagal Markovnikovo taisyklę):

t, H2SO4

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

OH (propanolis-2)

1. Halogenalkanų hidrolizė, veikiant vandeniniam šarmo tirpalui:

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

1. Aldehidų ir ketonų regeneravimas (hidrinimas).

Hidrinant aldehidus susidaro pirminiai alkoholiai:

t, Ni

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

propanolis-1

Hidrinant ketonus susidaro antriniai alkoholiai:

t, Ni

CH3 -C-CH3 + H2 → CH3 -CH-CH3

O OH (propanolis-2)

Specifiniai gavimo būdai

1. Metanolis – iš sintezės dujų:

t, p, kat

CO + 2H2 → CH3 OH

1. Etanolis – alkoholinė gliukozės fermentacija (fermentinė):

C6 H12 O6 → 2C2 H5 OH + 2CO2

etilenglikolis

1. Laboratorijoje – Vagnerio reakcija.

Etileno oksidacija kalio permanganatu neutrali aplinka veda prie dihidroalkoholio – etilenglikolio susidarymo.

Supaprastinta:

KMnO4, H2O

CH 2 \u003d CH 2 + HOH + → CH 2 - CH 2

oi oi

3 CH2 \u003d CH2 + 2KMnO4 + 4H2O → 3 CH2 - CH2 + 2MnO2 + 2KOH

oi oi

1. Pramonėje - 1,2-dichloretano hidrolizė:

CH2Cl - CH2Cl + 2NaOH → CH2 (OH)-CH2OH + 2NaCl

Glicerolis

1. Riebalų hidrolizė:

1. Iš propeno:

a) CH2 = CH-CH3 + Cl2 → CH2 = CH-CH2Cl

3-chlorpropenas-1

b) CH2 \u003d CH-CH2 Cl + NaOH (vandens) → CH2 \u003d CH-CH2 -OH + N aCl

alilo alkoholis

c) CH2 = CH-CH2 -OH + H2O2 → CH2 -CH-CH2

Fenolių gavimas

1. Išgavimas iš akmens anglių deguto.
2. Chlorobenzeno hidrolizė:

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

1. Izopropilbenzeno (kumeno) oksidavimas atmosferos deguonimi:

Eterių gavimas

1. Tarpmolekulinė etanolio dehidratacija:

t, H2SO4

2C2 H5 OH → C2 H5 -O-C2 H5 + H2 O

1. Metalo alkoholiato sąveika su alkanų halogeno dariniais:

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

Aldehidų gavimas

Bendras būdas

1. Alkoholio oksidacija. Pirminiai alkoholiai oksiduojami iki aldehidų, o antriniai – į ketonus:

t, Cu

2C 2H 5OH + O 2 → 2CH 3 CHO + 2H 2 O

T, Cu

CH3 -CH-CH3 + O2 → CH3 -C-CH3

OH (propanolis-2) O

Konkretūs būdai

1. Formaldehidas susidaro kataliziškai oksiduojant metaną:

CH 4 + O 2 → HC HO + H 2 O

1. Acto aldehidas (acetaldehidas):

a) Kučerovo reakcija

H+, Hg 2+

HCCH + H2 O CH3 -CHO

b) katalizinė etileno oksidacija

2CH2 \u003d CH2 + O2 → 2CH3 -CHO

Karboksilo rūgščių gavimas

Bendrieji metodai

1. Aldehidų oksidacija veikiant įvairiems oksiduojantiems agentams:

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. "> Katalizinė oksidacija – metano homologai oksiduojami su tarpu C-C grandinės ir karboksirūgščių susidarymas:

"> 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">

Konkretūs būdai

1. Skruzdžių rūgštis gaunama kaitinant slėgiu natrio hidroksido ir anglies monoksido miltelius, po to gautą natrio formiatą apdorojant stipria rūgštimi:

NaOH + CO → HCOONa

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

1. Acto rūgštis:

a) Maisto reikmėms jie gaunami fermentuojant (oksiduojant) skysčius, kurių sudėtyje yra alkoholio (vyną, alų):

fermentai

C 2 H 5 OH + O2 → CH 3 C OOH + H 2 O

b) Laboratorijoje iš acetatų:

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

Esterių gavimas

1. Esterifikacijos reakcija, kai rūgštis ir alkoholis kaitinami esant sieros rūgščiai ar kitoms mineralinėms rūgštims. Izotopiniai tyrimai parodė, kad esterinimo reakcijoje vandenilio atomas atsiskiria nuo alkoholio molekulės, o hidroksilo grupė – nuo ​​rūgšties molekulės.

Ši reakcija yra grįžtama ir paklūsta Le Chatelier taisyklei. Norėdami padidinti produkciją

esteriai, būtina pašalinti susidariusį vandenį iš reakcijos terpės.

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

Gauti muilą

1. "> Šarminė hidrolizė (riebalų muilinimas vyksta negrįžtamai veikiant šarmams):

1. "> Karboksirūgščių, gautų kataliziškai oksiduojant aukštesniuosius naftos parafinus, neutralizavimas:

">2 C ;vertical-align:sub">32 ">H ;vertical-align:sub">66 "> + 5O ;vertic-align:sub">2 ">→ 4C ;vertikalinis sulygiavimas:sub" > 15 ">H ;vertikaliai sulygiuoti:sub">31">COOH + 2H ;vertikaliai sulygiuoti:sub">2">O

"> palmitino rūgštis

"> 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">Na">">+ N ;vertikaliai suderinti:sub">2 " xml:lang="en-US" lang="en-US">O">

"> natrio palmitatas (kietas muilas)

"> 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">

"> kalio palmitatas (skystas muilas)

Gauti angliavandenių

1. Gliukozė – krakmolo arba celiuliozės hidrolizės būdu:

(C6 H10 O5 )n + nH2 O nC6 H12 O6

1. Sacharozė – iš cukrinių runkelių ir cukranendrių.

Angliavandeniliai yra labai didelė organinių junginių klasė. Jie apima keletą pagrindinių medžiagų grupių, iš kurių beveik kiekviena plačiai naudojama pramonėje, kasdieniame gyvenime ir gamtoje. Ypač svarbūs yra halogeninti angliavandeniliai, kurie bus aptariami straipsnyje. Jie turi ne tik didelę pramoninę reikšmę, bet ir yra svarbios žaliavos daugeliui cheminių sintezių, vaistų ir kitų svarbių junginių gavimo. Ypatingą dėmesį skirsime jų molekulių sandarai, savybėms ir kitoms savybėms.

Halogeninti angliavandeniliai: bendrosios charakteristikos

Chemijos mokslo požiūriu šiai junginių klasei priskiriami visi tie angliavandeniliai, kuriuose vienas ar keli vandenilio atomai pakeisti vienu ar kitu halogenu. Tai labai plati medžiagų kategorija, nes jos turi didelę pramoninę reikšmę. Per gana trumpą laiką žmonės išmoko susintetinti beveik visus angliavandenilių halogenų darinius, kuriuos būtina naudoti medicinoje, chemijos pramonėje, maisto pramonėje ir kasdieniame gyvenime.

Pagrindinis šių junginių gavimo būdas yra sintetinis būdas laboratorijoje ir pramonėje, nes gamtoje jų praktiškai nėra. Dėl to, kad yra halogeno atomo, jie turi aukštą reaktyvumas. Tai iš esmės lemia jų, kaip tarpinių produktų, taikymo sritis cheminėje sintezėje.

Kadangi yra daug halogenintų angliavandenilių atstovų, įprasta juos klasifikuoti pagal skirtingus kriterijus. Jis pagrįstas ir grandinės sandara, ir ryšių daugybe, ir halogeno atomų skirtumu bei jų padėtimi.

Angliavandenilių halogeniniai dariniai: klasifikacija

Pirmasis atskyrimo variantas pagrįstas visuotinai priimtais principais, kurie galioja visiems.Klasifikavimas grindžiamas anglies grandinės tipo skirtumu, jos cikliškumu. Remdamiesi tuo, išskirkite:

• sotieji halogeninti angliavandeniliai;
• nesočiųjų;
• aromatingas;
• alifatinis;
• aciklinis.

Šis skirstymas pagrįstas halogeno atomo tipu ir kiekybiniu jo kiekiu molekulės sudėtyje. Taigi, paskirstykite:

• monodariniai;
• dariniai;
• trys-;
• tetra-;
• penta dariniai ir pan.

Jei mes kalbame apie halogeno tipą, pogrupio pavadinimą sudaro du žodžiai. Pavyzdžiui, monochloro darinys, trijodo darinys, tetrabromhalogenalkenas ir pan.

Taip pat yra dar vienas klasifikavimo variantas, pagal kurį daugiausia atskiriami sočiųjų angliavandenilių halogeniniai dariniai. Tai yra anglies atomo, prie kurio prijungtas halogenas, skaičius. Taigi, paskirstykite:

• pirminiai dariniai;
• antrinis;
• tretinis ir pan.

Kiekvienas atskiras atstovas gali būti reitinguojamas pagal visas charakteristikas ir nustatomas pilna vieta sistemoje organiniai junginiai. Taigi, pavyzdžiui, junginys, kurio sudėtis yra CH3-CH2-CH=CH-CCL3, gali būti klasifikuojamas taip. Tai nesotusis alifatinis penteno trichloro darinys.

Molekulės sandara

Halogeno atomų buvimas turi įtakos ne tik fizinėms, tiek cheminėms savybėms, bet ir bendroms molekulės struktūros savybėms. Bendra šios klasės junginių formulė yra R-Hal, kur R yra bet kokios struktūros laisvas angliavandenilio radikalas, o Hal yra halogeno atomas, vienas ar daugiau. Ryšys tarp anglies ir halogeno yra stipriai poliarizuotas, todėl visa molekulė yra linkusi į du efektus:

• neigiamas indukcinis;
• mezomerinis teigiamas.

Šiuo atveju pirmasis iš jų yra išreikštas daug stipriau, todėl Hal atomas visada turi elektronus ištraukiančio pakaito savybes.

Priešingu atveju visos molekulės struktūrinės savybės niekuo nesiskiria nuo įprastų angliavandenilių. Savybės paaiškinamos grandinės sandara ir jos išsišakojimu, anglies atomų skaičiumi, aromatinių savybių stiprumu.

Ypatingo dėmesio nusipelno angliavandenilių halogeno darinių nomenklatūra. Koks yra teisingas šių jungčių pavadinimas? Norėdami tai padaryti, turite laikytis kelių taisyklių.

1. Grandinės numeracija prasideda nuo krašto, esančio arčiausiai halogeno atomo. Jei yra daugybinė jungtis, tada skaičiavimas prasideda nuo jo, o ne nuo elektronus ištraukiančio pakaitalo.
2. Pavadinimas Hal nurodytas priešdėlyje, taip pat turėtų būti nurodytas anglies atomo, nuo kurio jis nukrypsta, skaičius.
3. Paskutinis žingsnis yra pagrindinės atomų grandinės (arba žiedo) pavadinimas.

Panašaus pavadinimo pavyzdys: CH 2 \u003d CH-CHCL 2 - 3-dichlorpropenas-1.

Pavadinimą galima duoti ir pagal Šiuo atveju tariamas radikalo pavadinimas, o po to halogeno pavadinimas su galūne -id. Pavyzdys: CH 3 -CH 2 -CH 2 Br - propilo bromidas.

Kaip ir kitos organinių junginių klasės, halogeninti angliavandeniliai turi ypatingą struktūrą. Tai leidžia daugelį atstovų pavadinti istoriniais vardais. Pavyzdžiui, halotanas CF 3 CBrClH. Trijų halogenų buvimas vienu metu molekulės sudėtyje suteikia šiai medžiagai ypatingų savybių. Jis naudojamas medicinoje, todėl dažniausiai naudojamas istorinis pavadinimas.

Sintezės metodai

Angliavandenilių halogeninių darinių gavimo būdai yra gana įvairūs. Laboratorijoje ir pramonėje yra penki pagrindiniai šių junginių sintezės metodai.

1. Įprastų įprastų angliavandenilių halogeninimas. Bendra schema reakcijos: R-H + Hal 2 → R-Hal + HHal. Proceso ypatumai yra tokie: su chloru ir bromu būtinas ultravioletinis švitinimas, su jodu reakcija beveik neįmanoma arba labai lėta. Sąveika su fluoru yra per aktyvi, todėl šis halogenas negali būti naudojamas gryna forma. Be to, halogeninant aromatinius darinius, būtina naudoti specialius proceso katalizatorius – Lewis rūgštis. Pavyzdžiui, geležies arba aliuminio chloridas.
2. Angliavandenilių halogenų dariniai taip pat gaunami hidrohalogeninant. Tačiau tam pradinis junginys būtinai turi būti nesotusis angliavandenilis. Pavyzdys: R=R-R + HHal → R-R-RHal. Dažniausiai tai naudojamas chloretilenui arba vinilchloridui gauti, nes šis junginys yra svarbi pramoninės sintezės žaliava.
3. Hidrohalogenų poveikis alkoholiams. Bendra reakcijos forma: R-OH + HHal → R-Hal + H 2 O. Ypatumas – privalomas katalizatoriaus buvimas. Proceso greitintuvai, kuriuos galima naudoti, yra fosforo, sieros, cinko arba geležies chloridai, sieros rūgštis, tirpalas in vandenilio chlorido rūgštis- Luko reagentas.
4. Rūgščių druskų dekarboksilinimas oksiduojančiu agentu. Kitas metodo pavadinimas yra Borodino-Hunsdikerio reakcija. Esmė – anglies dioksido molekulės pašalinimas iš sidabro darinių, kai jie veikiami oksiduojančiu agentu – halogenu. Dėl to susidaro angliavandenilių halogeniniai dariniai. Reakcijos apskritai atrodo taip: R-COOAg + Hal → R-Hal + CO 2 + AgHal.
5. Haloformų sintezė. Kitaip tariant, tai yra metano trihalogeninių darinių gamyba. Lengviausias būdas juos pagaminti – acetoną apdoroti šarminiu halogenų tirpalu. Dėl to susidaro haloformų molekulės. Taip pat pramonėje sintetinami aromatinių angliavandenilių halogeniniai dariniai.

Ypatingas dėmesys turėtų būti skiriamas neribotų nagrinėjamos klasės atstovų sintezei. Pagrindinis metodas yra alkinų apdorojimas gyvsidabrio ir vario druskomis, esant halogenams, todėl susidaro produktas su dviguba jungtimi grandinėje.

Aromatinių angliavandenilių halogeniniai dariniai gaunami halogeninant arenus arba alkilarenus į šoninę grandinę. Tai svarbūs pramonės produktai, nes jie naudojami kaip insekticidai žemės ūkyje.

Fizinės savybės

Angliavandenilių halogeniniai dariniai tiesiogiai priklauso nuo molekulės struktūros. Virimo ir lydymosi taškuose, agregacijos būsenaįtakoja anglies atomų skaičių grandinėje ir galimas šakas į šoną. Kuo jų daugiau, tuo aukštesni balai. Apskritai fizinius parametrus galima apibūdinti keliais punktais.

1. Agregatinė būsena: pirmieji apatiniai atstovai yra dujos, kiti iki C 12 yra skysčiai, aukščiau yra kietos medžiagos.
2. Beveik visi atstovai turi aštrų nemalonų specifinį kvapą.
3. Jie labai blogai tirpsta vandenyje, tačiau patys yra puikūs tirpikliai. Jie labai gerai tirpsta organiniuose junginiuose.
4. Didėjant anglies atomų skaičiui pagrindinėje grandinėje, didėja virimo ir lydymosi temperatūra.
5. Visi junginiai, išskyrus fluoro darinius, yra sunkesni už vandenį.
6. Kuo daugiau šakų pagrindinėje grandinėje, tuo žemesnė medžiagos virimo temperatūra.

Sunku nustatyti daug bendrų panašumų, nes atstovai labai skiriasi sudėtimi ir struktūra. Todėl geriau nurodyti kiekvieno konkretaus junginio reikšmes šią eilutę angliavandeniliai.

Cheminės savybės

Vienas iš svarbiausių parametrų, į kurį būtina atsižvelgti chemijos pramonėje ir sintezės reakcijose, yra halogenintų angliavandenilių cheminės savybės. Jie nėra vienodi visiems atstovams, nes yra keletas skirtumų priežasčių.

1. Anglies grandinės struktūra. Paprasčiausios pakeitimo reakcijos (nukleofilinio tipo) vyksta antriniuose ir tretiniuose halogenalkiluose.
2. Taip pat svarbus halogeno atomo tipas. Ryšys tarp anglies ir Hal yra stipriai poliarizuotas, todėl jį lengva nutraukti išsiskiriant laisviesiems radikalams. Tačiau lengviausiai nutrūksta ryšys tarp jodo ir anglies, o tai paaiškinama reguliariu ryšio energijos pasikeitimu (sumažėjimu) serijoje: F-Cl-Br-I.
3. Aromatinio radikalo arba kelių jungčių buvimas.
4. Pačio radikalo struktūra ir išsišakojimas.

Paprastai halogeninti alkilai geriausiai reaguoja nukleofilinėmis pakeitimo reakcijomis. Juk iš dalies teigiamas krūvis susikoncentruoja ant anglies atomo, nutraukus ryšį su halogenu. Tai leidžia radikalui kaip visumai tapti elektronneigiamų dalelių akceptatoriumi. Pavyzdžiui:

• JIS - ;
• SO 4 2-;
• NO 2 -;
• CN – ir kiti.

Tai paaiškina faktą, kad nuo angliavandenilių halogeninių darinių galima pereiti prie beveik bet kokios klasės organinių junginių, tereikia pasirinkti tinkamą reagentą, kuris suteiks norimą funkcinę grupę.

Apskritai galime teigti, kad angliavandenilių halogeno darinių cheminės savybės yra gebėjimas įvesti šias sąveikas.

1. Su įvairių rūšių nukleofilinėmis dalelėmis - pakeitimo reakcijos. Rezultatas gali būti: alkoholiai, paprasti ir nitro junginiai, aminai, nitrilai, karboksirūgštys.
2. Eliminavimo arba dehidrohalogeninimo reakcijos. Veikiant alkoholio šarmo tirpalui, suskaidoma vandenilio halogenido molekulė. Taip susidaro alkenas, mažos molekulinės masės šalutiniai produktai – druska ir vanduo. Reakcijos pavyzdys: CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 Br + NaOH (alkoholis) → CH 3 -CH 2 -CH \u003d CH 2 + NaBr + H 2 O. Šie procesai yra vienas iš pagrindinių svarbių alkenų sintezės metodų. Procesą visada lydi aukšta temperatūra.
3. normali struktūra pagal Wurtz sintezės metodą. Reakcijos esmė yra poveikis halogenu pakeistam angliavandeniliui (dvi molekulės) su metaliniu natriu. Natris, kaip stipriai elektroteigiamas jonas, iš junginio priima halogeno atomus. Dėl to išsiskyrę angliavandenilių radikalai yra tarpusavyje sujungti ryšiu, sudarydami naujos struktūros alkaną. Pavyzdys: CH 3 -CH 2 Cl + CH 3 -CH 2 Cl + 2Na → CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 + 2NaCl.
4. Aromatinių angliavandenilių homologų sintezė Friedel-Crafts metodu. Proceso esmė yra halogenalkilo poveikis benzenui, esant aliuminio chloridui. Dėl pakeitimo reakcijos susidaro toluenas ir vandenilio chloridas. Šiuo atveju būtinas katalizatoriaus buvimas. Be paties benzeno, tokiu būdu gali būti oksiduojami ir jo homologai.
5. Greignardo skysčio paruošimas. Šis reagentas yra halogenu pakeistas angliavandenilis, kurio sudėtyje yra magnio jonų. Iš pradžių eteryje esantis metalinis magnis veikia halogenalkilo darinį. Dėl to susidaro sudėtingas junginys, kurio bendra formulė RMgHal, vadinamas Greignardo reagentu.
6. Redukcijos reakcijos į alkaną (alkeną, areną). Atliekama veikiant vandeniliui. Dėl to susidaro angliavandenilis ir šalutinis produktas – vandenilio halogenidas. Bendras pavyzdys: R-Hal + H 2 → R-H + HHal.

Tai yra pagrindinės sąveikos, į kurias lengvai gali patekti įvairių struktūrų angliavandenilių halogeniniai dariniai. Žinoma, yra specifinių reakcijų, į kurias reikėtų atsižvelgti kiekvienam atskiram atstovui.

Molekulių izomerizmas

Angliavandenilių halogeno darinių izomerija yra visiškai natūralus reiškinys. Juk žinoma, kad kuo daugiau anglies atomų grandinėje, tuo didesnis izomerinių formų skaičius. Be to, nesotieji atstovai turi daugybinių ryšių, o tai taip pat sukelia izomerų atsiradimą.

Šiai junginių klasei galima išskirti dvi pagrindines šio reiškinio atmainas.

1. Radikalų ir pagrindinės grandinės anglies skeleto izomerija. Tai taip pat apima daugialypės jungties padėtį, jei ji egzistuoja molekulėje. Kaip ir paprastų angliavandenilių atveju, pradedant nuo trečiojo atstovo, galima rašyti junginių, turinčių identiškas molekulines, bet skirtingas struktūrines formulių išraiškas, formules. Be to, halogenais pakeistų angliavandenilių izomerinių formų skaičius yra eilės tvarka didesnis nei atitinkamų alkanų (alkenų, alkinų, arenų ir kt.).
2. Halogeno padėtis molekulėje. Jo vieta pavadinime nurodoma skaičiumi, o jei ir pasikeis tik vienu, tai tokių izomerų savybės jau bus visiškai kitokios.

Čia nekalbame apie erdvinę izomerizmą, nes dėl halogeno atomų tai neįmanoma. Kaip ir visi kiti organiniai junginiai, halogenalkilo izomerai skiriasi ne tik struktūra, bet ir fizinėmis bei cheminėmis savybėmis.

Nesočiųjų angliavandenilių dariniai

Žinoma, yra daug tokių ryšių. Tačiau mus domina nesočiųjų angliavandenilių halogeniniai dariniai. Juos taip pat galima suskirstyti į tris pagrindines grupes.

1. Vinilas – kai Hal atomas yra tiesiai prie daugialypės jungties anglies atomo. Molekulės pavyzdys: CH 2 = CCL 2.
2. Su izoliuota padėtimi. Halogeno atomas ir daugybinė jungtis yra priešingose ​​molekulės dalyse. Pavyzdys: CH2 =CH-CH2-CH2-Cl.
3. Alilo dariniai - halogeno atomas yra prie dvigubos jungties per vieną anglies atomą, tai yra, jis yra alfa padėtyje. Pavyzdys: CH2 =CH-CH2-CL.

Ypač svarbus yra toks junginys, kaip vinilo chloridas CH 2 = CHCL. Jis gali sudaryti svarbius gaminius, tokius kaip izoliacinės medžiagos, vandeniui atsparūs audiniai ir pan.

Kitas nesočiųjų halogeno darinių atstovas yra chloroprenas. Jo formulė yra CH₂=CCL-CH=CH₂. Šis junginys yra vertingų kaučiuko rūšių sintezės žaliava, pasižyminti atsparumu ugniai, ilgu tarnavimo laiku ir prastu dujų pralaidumu.

Tetrafluoretilenas (arba teflonas) yra polimeras, turintis aukštos kokybės techninius parametrus. Jis naudojamas vertingai techninių dalių, indų, įvairių prietaisų dangai gaminti. Formulė - CF 2 \u003d CF 2.

Aromatiniai angliavandeniliai ir jų dariniai

Aromatiniai junginiai yra tie junginiai, kuriuose yra benzeno žiedas. Tarp jų taip pat yra visa halogeno darinių grupė. Pagal jų struktūrą galima išskirti du pagrindinius tipus.

1. Jei Hal atomas yra tiesiogiai prijungtas prie branduolio, tai yra, aromatinio žiedo, tada junginiai paprastai vadinami haloarenais.
2. Halogeno atomas yra prijungtas ne prie žiedo, o su šonine atomų grandine, tai yra radikalu, kuris eina į šoninę šaką. Tokie junginiai vadinami arilalkilo halogenidais.

Tarp nagrinėjamų medžiagų galima įvardyti kelis didžiausią praktinę reikšmę turinčius atstovus.

1. Heksachlorbenzenas – C 6 Cl 6. Nuo XX amžiaus pradžios jis buvo naudojamas kaip stiprus fungicidas, taip pat kaip insekticidas. Pasižymi geru dezinfekuojančiu poveikiu, todėl buvo naudojamas beicuojant sėklas prieš sėją. Jis turi nemalonų kvapą, skystis yra gana šarminis, skaidrus ir gali sukelti ašarojimą.
2. Benzilo bromidas C 6 H 5 CH 2 Br. Jis naudojamas kaip svarbus reagentas organinių metalų junginių sintezei.
3. Chlorbenzenas C 6 H 5 CL. Skysta bespalvė specifinio kvapo medžiaga. Jis naudojamas dažų, pesticidų gamyboje. Tai vienas geriausių organinių tirpiklių.

Pramoninis naudojimas

Angliavandenilių halogeniniai dariniai plačiai naudojami pramonėje ir cheminėje sintezėje. Apie nesočiuosius ir aromatingus atstovus jau kalbėjome. Dabar bendrai nurodykime visų šios serijos junginių naudojimo sritis.

1. Statybose.
2. kaip tirpikliai.
3. Gaminant audinius, gumą, kaučiukus, dažus, polimerines medžiagas.
4. Daugelio organinių junginių sintezei.
5. Fluoro dariniai (freonai) yra šaltnešiai šaldymo įrenginiuose.
6. Naudojami kaip pesticidai, insekticidai, fungicidai, aliejai, džiovinimo aliejai, dervos, tepalai.
7. Jie eina į izoliacinių medžiagų gamybą ir kt.

Fizinės savybės. Normaliomis sąlygomis pirmieji keturi homologinės alkanų serijos nariai (C 1 - C 4) yra dujos. Įprasti alkanai nuo pentano iki heptadekano ( C5 - C17 ) - skysčiai, pradedant nuo C 18 ir daugiau - kietos medžiagos. Didėjant anglies atomų skaičiui grandinėje, t.y. didėjant santykinei molekulinei masei, didėja alkanų virimo ir lydymosi taškai. Tam pačiam anglies atomų skaičiui molekulėje šakotieji alkanai turi žemesnę virimo temperatūrą nei įprasti alkanai.

Alkanaipraktiškai netirpsta vandenyje, kadangi jų molekulės yra mažo poliškumo ir nesąveikauja su vandens molekulėmis, gerai tirpsta nepoliniuose organiniuose tirpikliuose, tokiuose kaip benzenas, anglies tetrachloridas ir kt. Skystieji alkanai lengvai maišosi vienas su kitu.

Pagrindiniai natūralūs alkanų šaltiniai yra nafta ir gamtinės dujos. Įvairiose aliejaus frakcijose yra alkanų iš C5H12 iki C 30 H 62. Gamtinės dujos susideda iš metano (95%) su etano ir propano mišiniu.

Nuo sintetiniai gavimo būdai alkanai galima išskirti šiuos dalykus:

vienas . Gaunama iš nesočiųjų angliavandenilių. Alkenų arba alkinų sąveika su vandeniliu („hidrinimas“) vyksta esant metaliniams katalizatoriams (/>Ni, Pd ) adresu
šildymas:

CH s - C ≡ CH+ 2H2 → CH3-CH2-CH3.

2. Gaunasi iš halogenams laidūs. Kaitinant monohalogenintus alkanus su natrio metalu, gaunami dvigubai daugiau anglies atomų turintys alkanai (Wurtz reakcija): />

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

Panaši reakcija neatliekama su dviem skirtingais halogeninti alkanai, nes taip susidaro trijų skirtingų alkanų mišinys

3 . Gaunama iš karboksirūgščių druskų. Kai bevandenės karboksirūgščių druskos sulydomos su šarmais, gaunami alkanai, turintys vienu anglies atomu mažiau, palyginti su pradinių karboksirūgščių anglies grandine: />

4. Metano gavimas. Vandenilio atmosferoje degant elektros lankui susidaro nemažas metano kiekis: />

C + 2H 2 → CH 4 .

Ta pati reakcija vyksta, kai anglis kaitinama vandenilio atmosferoje iki 400–500 °C, esant padidintam slėgiui, esant katalizatoriui.

Laboratorinėmis sąlygomis metanas dažnai gaunamas iš aliuminio karbido:

A l 4 C 3 + 12H 2 O \u003d ZSN 4 + 4A l (OH) 3 .

Cheminės savybės. Normaliomis sąlygomis alkanai yra chemiškai inertiški. Jie yra atsparūs daugelio reagentų veikimui: nesąveikauja su koncentruotomis sieros ir azoto rūgštimis, su koncentruotais ir išlydytais šarmais, jų neoksiduoja stiprūs oksidatoriai – kalio permanganatas.KMn Apie 4 ir pan.

Cheminis alkanų stabilumas yra dėl didelio stiprumos-C-C jungtys ir C-H, taip pat jų nepoliškumas. Nepolinės C-C ir C-H jungtys alkanuose nėra linkusios į joninį skilimą, tačiau gali skilti homolitiškai, veikiant aktyviems laisviesiems radikalams. Todėl alkanams būdingos radikalinės reakcijos, kurių metu gaunami junginiai, kuriuose vandenilio atomai pakeičiami kitais atomais ar atomų grupėmis. Todėl alkanai vyksta į reakcijas, vykstančias pagal radikalų pakeitimo mechanizmą, pažymėtą simboliu S R ( iš anglų kalbos, pakeitimas radikalus). Pagal šį mechanizmą vandenilio atomai lengviausiai pakeičiami tretiniais, vėliau antriniais ir pirminiais anglies atomais.

1. Halogeninimas. Kai alkanai reaguoja su halogenais (chloru ir bromu) veikiant UV spinduliuotei arba aukštai temperatūrai, susidaro produktų mišinys nuo mono- iki polihalogeninti alkanai. Bendra šios reakcijos schema parodyta naudojant metaną kaip pavyzdį: />

b) Grandinės augimas. Chloro radikalas atima vandenilio atomą iš alkano molekulės:

Cl+ CH 4 → HC/> l + CH 3

Tokiu atveju susidaro alkilo radikalas, kuris atima chloro atomą iš chloro molekulės:

CH 3 + C l 2 → CH 3 C l + C l·

Šios reakcijos kartojamos tol, kol grandinė nutrūksta vienoje iš šių reakcijų:

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

Bendra reakcijos lygtis:

	hv
CH 4 + Cl 2	→	CH 3 Cl + Hcl.

Gautas chlormetanas gali būti toliau chloruojamas ir gaunamas produktų mišinys CH 2 Cl 2, CHCl 3, SS l 4 pagal schemą (*).

Grandinės teorijos raida laisvųjų radikalų reakcija yra glaudžiai susijusi su iškilaus rusų mokslininko, laureato vardu Nobelio premija N.I. Semenovas (1896-1986).

2. Nitravimas (Konovalov reakcija). Veikiant praskiestas azoto rūgštis ant alkanų 140 ° C temperatūroje ir žemame slėgyje vyksta radikali reakcija: />

Radikaliosiose reakcijose (halogeninimas, nitrinimas) pirmiausia vandenilio atomai susimaišo ties tretiniu, paskui antriniu ir pirminiu anglies atomais.Tai paaiškinama tuo, kad lengviausiai homolitiškai nutrūksta tretinio anglies atomo ryšys su vandeniliu (ryšio energija 376 kJ / mol), tada antrinis (390 kJ / mol) ir tik tada pirminis (415 kJ / mol). mol).

3. Izomerizacija. Tam tikromis sąlygomis normalūs alkanai gali virsti šakotosios grandinės alkanais: />

4. Krekingas – tai hemolizinis C-C ryšių plyšimas, atsirandantis kaitinant ir veikiant katalizatoriams.
Krekingo aukštesni alkanai susidaro alkenai ir žemesnieji alkanai; krekingo metanas ir etanas susidaro acetilenas: />

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.

Šios reakcijos turi didelę pramoninę reikšmę. Tokiu būdu aukštai verdančios alyvos frakcijos (mazutas) paverčiamos benzinu, žibalu ir kitais vertingais produktais.

5. Oksidacija. Lengvai oksiduojant metaną atmosferos deguonimi, esant įvairiems katalizatoriams, galima gauti metilo alkoholį, formaldehidą ir skruzdžių rūgštį:

Minkšta katalizinė butano oksidacija atmosferos deguonimi yra vienas iš pramoninių acto rūgšties gamybos būdų:

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

Ore alkanai sudeginti iki CO 2 ir H 2 O: />

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