Charakteristické chemické vlastnosti uhľovodíkov: alkány, alkény, diény, alkíny, aromatické uhľovodíky

Alkány

Alkány sú uhľovodíky, v ktorých molekulách sú atómy spojené jednoduchými väzbami a ktoré zodpovedajú všeobecnému vzorcu $C_(n)H_(2n+2)$.

Homológny rad metánu

Ako už viete, homológy sú látky, ktoré majú podobnú štruktúru a vlastnosti a líšia sa jednou alebo viacerými $CH_2$ skupinami.

Limitné uhľovodíky tvoria homológny rad metánu.

Izoméria a nomenklatúra

Alkány sa vyznačujú takzvanou štruktúrnou izomériou. Štrukturálne izoméry sa navzájom líšia štruktúrou uhlíkového skeletu. Ako už viete, najjednoduchší alkán, ktorý sa vyznačuje štruktúrnymi izomérmi, je bután:

Pozrime sa podrobnejšie na základy nomenklatúry IUPAC pre alkány:

1. Výber hlavného okruhu.

Tvorba názvu uhľovodíka začína definíciou hlavného reťazca - najdlhšieho reťazca atómov uhlíka v molekule, ktorý je, ako keby, jeho základom.

2.

Atómom hlavného reťazca sú priradené čísla. Číslovanie atómov hlavného reťazca začína od konca najbližšie k substituentu (štruktúry A, B). Ak sú substituenty v rovnakej vzdialenosti od konca reťazca, číslovanie začína od konca, na ktorom je ich viac (štruktúra B). Ak sú rôzne substituenty v rovnakej vzdialenosti od koncov reťazca, číslovanie začína od konca, ku ktorému je starší z nich bližšie (štruktúra G). Seniorita uhľovodíkových substituentov je určená poradím, v ktorom nasleduje v abecede písmeno, ktorým sa ich názov začína: metyl (—$CH_3$), potom propyl ($—CH_2—CH_2—CH_3$), etyl ($—CH_2 —CH_3$) atď.

Všimnite si, že názov náhrady sa tvorí nahradením prípony -sk na príponu - bahno v názve zodpovedajúceho alkánu.

3. Tvorba názvu.

Čísla sú uvedené na začiatku názvu - počet atómov uhlíka, na ktorých sa nachádzajú substituenty. Ak je na danom atóme niekoľko substituentov, potom sa zodpovedajúce číslo v názve opakuje dvakrát, oddelené čiarkami ($2,2-$). Za číslom spojovník označuje počet substituentov ( di- dva, tri- tri, tetra- štyri, penta- päť) a meno zástupcu ( metyl, etyl, propyl). Potom bez medzier a pomlčiek - názov hlavného reťazca. Hlavný reťazec sa nazýva uhľovodík - člen homologickej série metánu ( metán, etán, propán atď.).

Názvy látok štruktúrne vzorce ktoré sú uvedené vyššie, sú nasledovné:

- štruktúra A: $ 2 $ -metylpropán;

- Štruktúra B: 3 $ -etylhexán;

- Štruktúra B: $2,2,4$ -trimetylpentán;

- štruktúra Г: $ 2 $ -metyl$4$-etylhexán.

Fyzikálne a chemické vlastnosti alkánov

fyzikálne vlastnosti. Prvými štyrmi predstaviteľmi homologickej série metánu sú plyny. Najjednoduchším z nich je metán - bezfarebný plyn bez chuti a zápachu (zápach plynu, pri ovonení, ktorý musíte zavolať 104 $, je určený pachom merkaptánov - zlúčenín obsahujúcich síru špeciálne pridávaných do metánu používaného v domácnostiach a domácnostiach. priemyselné plynové spotrebiče, aby ľudia v ich blízkosti cítili únik).

Uhľovodíky so zložením od $С_5Н_(12)$ do $С_(15)Н_(32)$ sú kvapaliny; ťažšie uhľovodíky pevné látky.

Teploty varu a topenia alkánov sa postupne zvyšujú so zvyšujúcou sa dĺžkou uhlíkového reťazca. Všetky uhľovodíky sú slabo rozpustné vo vode, kvapalné uhľovodíky sú bežné organické rozpúšťadlá.

Chemické vlastnosti.

1. substitučné reakcie. Najcharakteristickejšie pre alkány sú substitučné reakcie voľných radikálov, počas ktorých je atóm vodíka nahradený atómom halogénu alebo nejakou skupinou.

Uveďme rovnice najtypickejších reakcií.

Halogenácia:

$CH_4+Cl_2→CH_3Cl+HCl$.

V prípade nadbytku halogénu môže chlorácia ísť ďalej, až po úplné nahradenie všetkých atómov vodíka chlórom:

$CH_3Cl+Cl_2→HCl+(CH_2Cl_2)↙(\text"dichlórmetán (metylénchlorid)")$,

$CH_2Cl_2+Cl_2→HCl+(CHСl_3)↙(\text"trichlórmetán(chloroform)")$,

$CHCl_3+Cl_2→HCl+(CCl_4)↙(\text"tetrachlórmetán(tetrachlórmetán)")$.

Výsledné látky sa široko používajú ako rozpúšťadlá a východiskové materiály v organickej syntéze.

2. Dehydrogenácia (eliminácia vodíka). Pri prechode alkánov cez katalyzátor ($Pt, Ni, Al_2O_3, Cr_2O_3$) pri vysokej teplote ($400-600°C$) sa odštiepi molekula vodíka a vytvorí sa alkén:

$CH_3—CH_3→CH_2=CH_2+H_2$

3. Reakcie sprevádzané deštrukciou uhlíkového reťazca. Všetky nasýtené uhľovodíky horia so vzdelaním oxid uhličitý a vodou. Plynné uhľovodíky zmiešané so vzduchom v určitých pomeroch môžu explodovať. Spaľovanie nasýtených uhľovodíkov je voľnoradikálová exotermická reakcia, ktorá má veľmi veľký význam pri použití alkánov ako paliva:

$CH_4+2O_2→CO_2+2H_2O+880 kJ.$

AT všeobecný pohľad Reakciu spaľovania alkánov možno napísať takto:

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

Tepelný rozklad uhľovodíkov:

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

Proces prebieha podľa mechanizmu voľných radikálov. Zvýšenie teploty vedie k homolytickému pretrhnutiu väzby uhlík-uhlík a tvorbe voľných radikálov:

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

Tieto radikály navzájom interagujú, vymieňajú si atóm vodíka a vytvárajú molekulu alkánu a molekulu alkénu:

$R—CH_2CH_2+CH_2—R—R—CH=CH_2+CH_3—R$.

Tepelné štiepiace reakcie sú základom priemyselného procesu - krakovanie uhľovodíkov. Tento proces je najdôležitejšou fázou rafinácie ropy.

Keď sa metán zahreje na teplotu 1000°C$, začína sa pyrolýza metánu - rozklad na jednoduché látky:

$CH_4(→)↖(1000°C)C+2H_2$

Pri zahriatí na teplotu 1500 °C $ je možná tvorba acetylénu:

$2CH_4(→)↖(1500°C)CH=CH+3H_2$

4. Izomerizácia. Pri zahrievaní lineárnych uhľovodíkov s izomerizačným katalyzátorom (chlorid hlinitý) vznikajú látky s rozvetveným uhlíkovým skeletom:

5. Aromatizácia. Alkány so šiestimi alebo viacerými atómami uhlíka v reťazci sa v prítomnosti katalyzátora cyklizujú za vzniku benzénu a jeho derivátov:

Aký je dôvod, že alkány vstupujú do reakcií prebiehajúcich podľa mechanizmu voľných radikálov? Všetky atómy uhlíka v molekulách alkánov sú v hybridizačnom stave $sp^3$. Molekuly týchto látok sú postavené pomocou kovalentných nepolárnych väzieb $C—C$ (uhlík—uhlík) a slabo polárnych väzieb $C—H$ (uhlík—vodík). Neobsahujú oblasti s vysokou a nízkou hustotou elektrónov, ľahko polarizovateľné väzby, t.j. také väzby, ktorých hustota elektrónov sa môže posunúť vplyvom vonkajších faktorov (elektrostatické polia iónov). Preto alkány nebudú reagovať s nabitými časticami, pretože väzby v molekulách alkánov nie sú porušené heterolytickým mechanizmom.

Alkény

Nenasýtené uhľovodíky zahŕňajú uhľovodíky obsahujúce viacnásobné väzby medzi atómami uhlíka v molekulách. Neobmedzené sú alkény, alkadiény (polyény), alkíny. Cyklické uhľovodíky obsahujúce dvojitú väzbu v cykle (cykloalkény), ako aj cykloalkány s malým počtom atómov uhlíka v cykle (tri alebo štyri atómy) majú tiež nenasýtený charakter. Vlastnosť nenasýtenosti je spojená so schopnosťou týchto látok vstupovať do adičných reakcií, predovšetkým vodíka, za vzniku nasýtených alebo nasýtených uhľovodíkov - alkánov.

Alkény sú acyklické uhľovodíky obsahujúce v molekule okrem jednoduchých väzieb aj jednu dvojitú väzbu medzi atómami uhlíka a zodpovedajúce všeobecnému vzorcu $C_(n)H_(2n)$.

Jeho druhé meno olefíny- alkény sa získavali analogicky s nenasýtenými mastnými kyselinami (olejová, linolová), ktorých zvyšky sú súčasťou tekutých tukov - olejov (z lat. oleum- olej).

Homológna séria eténov

Nerozvetvené alkény tvoria homológny rad eténu (etylénu):

$C_2H_4$ je etén, $C_3H_6$ je propén, $C_4H_8$ je butén, $C_5H_(10)$ je pentén, $C_6H_(12)$ je hexén atď.

Izoméria a nomenklatúra

Pre alkény, ako aj pre alkány, je charakteristická štruktúrna izoméria. Štrukturálne izoméry sa navzájom líšia štruktúrou uhlíkového skeletu. Najjednoduchší alkén, ktorý sa vyznačuje štruktúrnymi izomérmi, je butén:

Špeciálnym typom štruktúrnej izomérie je izoméria polohy dvojitej väzby:

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

Okolo jednej väzby uhlík-uhlík je možná takmer voľná rotácia atómov uhlíka, takže molekuly alkánov môžu nadobúdať rôzne tvary. Rotácia okolo dvojitej väzby je nemožná, čo vedie k objaveniu sa iného typu izomérie v alkénoch - geometrickej alebo cis-trans izomérie.

cis- izoméry sa líšia od tranz- izoméry priestorovým usporiadaním fragmentov molekuly (v tomto prípade metylových skupín) vzhľadom na rovinu $π$-väzby a následne vlastnosťami.

Alkény sú izomérne k cykloalkánom (medzitriedna izoméria), napríklad:

Nomenklatúra alkénov vyvinutá IUPAC je podobná nomenklatúre alkánov.

1. Výber hlavného okruhu.

Tvorba názvu uhľovodíka začína definíciou hlavného reťazca - najdlhšieho reťazca atómov uhlíka v molekule. V prípade alkénov musí hlavný reťazec obsahovať dvojitú väzbu.

2. Atómové číslovanie hlavného reťazca.

Číslovanie atómov hlavného reťazca začína od konca, ku ktorému je dvojitá väzba najbližšie. Napríklad správny názov pripojenia je:

$5$-metylhexén-$2$, nie $2$-metylhexén-4$, ako by sa dalo očakávať.

Ak nie je možné určiť začiatok číslovania atómov v reťazci podľa polohy dvojitej väzby, potom je určený polohou substituentov, rovnako ako v prípade nasýtených uhľovodíkov.

3. Tvorba názvu.

Názvy alkénov sa tvoria rovnakým spôsobom ako názvy alkánov. Na konci názvu uveďte číslo atómu uhlíka, na ktorom začína dvojitá väzba, a príponu označujúcu, že zlúčenina patrí do triedy alkénov - -sk.

Napríklad:

Fyzikálne a chemické vlastnosti alkénov

fyzikálne vlastnosti. Prví traja zástupcovia homologického radu alkénov sú plyny; látky zloženia $C_5H_(10)$ - $C_(16)H_(32)$ sú kvapaliny; vyššie alkény sú pevné látky.

Teploty varu a topenia sa prirodzene zvyšujú so zvyšovaním molekulovej hmotnosti spojenia.

Chemické vlastnosti.

Adičné reakcie. Pripomeň si to punc zástupcovia nenasýtené uhľovodíky- alkény je schopnosť vstupovať do adičných reakcií. Väčšina týchto reakcií prebieha mechanizmom

1. hydrogenácia alkénov. Alkény sú schopné pridávať vodík v prítomnosti hydrogenačných katalyzátorov, kovov - platina, paládium, nikel:

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

Táto reakcia prebieha pri atmosférickom a vysoký krvný tlak a nevyžaduje vysokú teplotu, tk. je exotermická. So zvýšením teploty na rovnakých katalyzátoroch môže dôjsť k reverznej reakcii, dehydrogenácii.

2. Halogenácia (adícia halogénov). Interakcia alkénu s brómovou vodou alebo roztokom brómu v organickom rozpúšťadle ($CCl_4$) vedie k rýchlemu odfarbeniu týchto roztokov v dôsledku pridania molekuly halogénu k alkénu a vzniku dihalogénových alkánov:

$CH_2=CH_2+Br_2→CH_2Br-CH_2Br$.

3.

$CH_3-(CH)↙(propén)=CH_2+HBr→CH_3-(CHBr)↙(2-brómpropén)-CH_3$

Táto reakcia podlieha Markovnikovovo pravidlo:

Keď sa k alkénu pridá halogenovodík, vodík sa naviaže na viac hydrogenovaný atóm uhlíka, t.j. atóm, na ktorom je viac atómov vodíka, a halogén - k menej hydrogenovanému.

Hydratácia alkénov vedie k tvorbe alkoholov. Napríklad pridanie vody k eténu je základom jednej z priemyselných metód získavania etylalkohol:

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

Všimnite si, že primárny alkohol (s hydroxoskupinou na primárnom uhlíku) sa tvorí iba vtedy, keď je etén hydratovaný. Keď sa propén alebo iné alkény hydratujú, tvoria sa sekundárne alkoholy.

Aj táto reakcia prebieha v súlade s Markovnikovovým pravidlom – vodíkový katión je pripojený k viac hydrogenovanému atómu uhlíka a hydroxoskupina k menej hydrogenovanému.

5. Polymerizácia.Špeciálnym prípadom adície je polymerizačná reakcia alkénov:

$nCH_2(=)↙(etén)CH_2(→)↖(UV svetlo,R)(...(-CH_2-CH_2-)↙(polyetylén)...)_n$

Táto adičná reakcia prebieha mechanizmom voľných radikálov.

6. Oxidačná reakcia.

Ako všetky organické zlúčeniny, aj alkény horia v kyslíku za vzniku $CO_2$ a $H_2O$:

$CH_2=CH_2+3O_2→2CO_2+2H_2O$.

Všeobecne:

$C_(n)H_(2n)+(3n)/(2)O_2→nCO_2+nH_2O$

Na rozdiel od alkánov, ktoré sú odolné voči oxidácii v roztokoch, sa alkény ľahko oxidujú pôsobením roztokov manganistanu draselného. V neutrálnych alebo alkalických roztokoch sa alkény oxidujú na dioly (dvojsýtne alkoholy) a hydroxylové skupiny sú pripojené k tým atómom, medzi ktorými existovala pred oxidáciou dvojitá väzba:

Alkadiény (diénové uhľovodíky)

Alkadiény sú acyklické uhľovodíky obsahujúce v molekule okrem jednoduchých väzieb aj dve dvojité väzby medzi atómami uhlíka a zodpovedajúce všeobecnému vzorcu $C_(n)H_(2n-2)$.

V závislosti od vzájomného usporiadania dvojitých väzieb existujú tri typy diénov:

- alkadiény s kumulované usporiadanie dvojitých väzieb:

- alkadiény s konjugovaný dvojité väzby;

$CH_2=CH-CH=CH_2$;

- alkadiény s izolovaný dvojité väzby

$CH_2=CH—CH_2—CH=CH_2$.

Všetky tri typy alkadiénov sa navzájom výrazne líšia štruktúrou a vlastnosťami. Centrálny atóm uhlíka (atóm, ktorý tvorí dve dvojité väzby) v alkadiénoch s kumulovanými väzbami je v $sp$-hybridizačnom stave. Tvorí dve $σ$-väzby ležiace na tej istej priamke a smerujúce v opačných smeroch a dve $π$-väzby ležiace v kolmé roviny. $π$-väzby sa tvoria v dôsledku nehybridizovaných p-orbitálov každého atómu uhlíka. Vlastnosti alkadiénov s izolovanými dvojitými väzbami sú veľmi špecifické, pretože konjugované $π$-väzby sa navzájom výrazne ovplyvňujú.

p-Orbitaly tvoriace konjugované $π$-väzby tvoria prakticky jediný systém (nazýva sa to $π$-systém), pretože p-orbitály susedných $π$-väzieb sa čiastočne prekrývajú.

Izoméria a nomenklatúra

Alkadiény sa vyznačujú štruktúrnou izomériou a cis- a trans-izomériou.

Štrukturálna izoméria.

— izoméria uhlíkového skeletu:

— izoméria polohy viacnásobných väzieb:

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

cis-, trans- izoméria (priestorová a geometrická)

Napríklad:

Alkadiény sú izomérne zlúčeniny tried alkínov a cykloalkénov.

Pri tvorbe názvu alkadiénu sú uvedené počty dvojitých väzieb. Hlavný reťazec musí nevyhnutne obsahovať dve viacnásobné väzby.

Napríklad:

Fyzikálne a chemické vlastnosti alkadiénov

fyzikálne vlastnosti.

Za normálnych podmienok sú propandién-1,2, butadién-1,3 plyny, 2-metylbutadién-1,3 je prchavá kvapalina. Alkadiény s izolovanými dvojitými väzbami (najjednoduchší z nich je pentadién-1,4) sú kvapaliny. Vyššie diény sú pevné látky.

Chemické vlastnosti.

Chemické vlastnosti alkadiénov s izolovanými dvojitými väzbami sa len málo líšia od vlastností alkénov. Alkadiény s konjugovanými väzbami majú niektoré špeciálne vlastnosti.

1. Adičné reakcie. Alkadiény sú schopné pridávať vodík, halogény a halogenovodíky.

Znakom adície k alkadiénom s konjugovanými väzbami je schopnosť pripojiť molekuly v polohách 1 a 2, ako aj v polohách 1 a 4.

Pomer produktov závisí od podmienok a spôsobu uskutočnenia zodpovedajúcich reakcií.

2.polymerizačná reakcia. Najdôležitejšou vlastnosťou diénov je schopnosť polymerizovať pod vplyvom katiónov alebo voľných radikálov. Polymerizácia týchto zlúčenín je základom syntetických kaučukov:

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

Polymerizácia konjugovaných diénov prebieha ako 1,4-adícia.

V tomto prípade sa dvojitá väzba ukáže ako centrálna v spojení a elementárna väzba môže mať oboje cis-, a tranz- konfigurácia.

alkíny

Alkíny sú acyklické uhľovodíky obsahujúce v molekule okrem jednoduchých väzieb aj jednu trojitú väzbu medzi atómami uhlíka a zodpovedajúce všeobecnému vzorcu $C_(n)H_(2n-2)$.

Homológna séria ethine

Nerozvetvené alkíny tvoria homologickú sériu etínu (acetylénu):

$C_2H_2$ - etín, $C_3H_4$ - propín, $C_4H_6$ - butín, $C_5H_8$ - pentín, $C_6H_(10)$ - hexín atď.

Izoméria a nomenklatúra

Pre alkíny, ako aj pre alkény, je charakteristická štruktúrna izoméria: izoméria uhlíkového skeletu a izoméria polohy násobnej väzby. Najjednoduchší alkín, ktorý je charakterizovaný štruktúrnymi izomérmi s viacnásobnou väzbovou pozíciou triedy alkínov, je butín:

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

Izoméria uhlíkového skeletu v alkínoch je možná, počnúc pentýnom:

Keďže trojitá väzba predpokladá lineárnu štruktúru uhlíkového reťazca, geometrický ( cis-, trans-) izoméria nie je možná pre alkíny.

Prítomnosť trojitej väzby v molekulách uhľovodíkov tejto triedy je vyjadrená príponou -v, a jeho poloha v reťazci - počet atómov uhlíka.

Napríklad:

Alkíny sú izomérne zlúčeniny niektorých iných tried. Takže hexín (alkín), hexadién (alkadién) a cyklohexén (cykloalkén) majú chemický vzorec $C_6H_(10)$:

Fyzikálne a chemické vlastnosti alkínov

fyzikálne vlastnosti. Teploty varu a topenia alkínov, ako aj alkénov, sa prirodzene zvyšujú so zvyšujúcou sa molekulovou hmotnosťou zlúčenín.

Alkyny majú špecifický zápach. Sú rozpustnejšie vo vode ako alkány a alkény.

Chemické vlastnosti.

Adičné reakcie. Alkíny sú nenasýtené zlúčeniny a vstupujú do adičných reakcií. V podstate ide o reakcie. elektrofilný prídavok.

1. Halogenácia (pridanie molekuly halogénu). Alkín je schopný pripojiť dve molekuly halogénu (chlór, bróm):

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

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

2. Hydrohalogenácia (prídavok halogenovodíka). Adičná reakcia halogenovodíka prebiehajúca podľa elektrofilného mechanizmu tiež prebieha v dvoch stupňoch a v oboch stupňoch je splnené Markovnikovovo pravidlo:

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

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

3. Hydratácia (pridanie vody). Veľký význam pre priemyselnú syntézu ketónov a aldehydov má reakcia prídavku vody (hydratácia), ktorá je tzv Kucherovova reakcia:

4. hydrogenácia alkínov. Alkíny pridávajú vodík v prítomnosti kovových katalyzátorov ($Pt, Pd, Ni$):

$R-C≡C-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH=CH-R,$

$R-CH=CH-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH_2-CH_2-R$

Pretože trojitá väzba obsahuje dve reaktívne $π$ väzby, alkány pridávajú vodík v krokoch:

1) trimerizácia.

Keď etín prechádza cez aktívne uhlie, vytvorí sa zmes produktov, z ktorých jedným je benzén:

2) dimerizácia.

Okrem trimerizácie acetylénu je možná aj jeho dimerizácia. Pôsobením jednomocných solí medi vzniká vinylacetylén:

$2HC≡CH→(HC≡C-CH=CH_2)↙(\text"butén-1-yn-3(vinylacetylén)")$

Táto látka sa používa na výrobu chloroprénu:

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

ktorých polymerizáciou vzniká chloroprénový kaučuk:

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

Alkínová oxidácia.

Etín (acetylén) horí v kyslíku s uvoľňovaním veľmi veľkého množstva tepla:

$2C_2H_2+5O_2→4CO_2+2H_2O+2600kJ$ Táto reakcia je založená na pôsobení kyslíko-acetylénového horáka, ktorého plameň má veľmi vysokú teplotu (viac ako $3000°C$), čo umožňuje jeho použitie na rezanie a zváranie kovov.

Na vzduchu horí acetylén dymovým plameňom, pretože. obsah uhlíka v jeho molekule je vyšší ako v molekulách etánu a eténu.

Alkíny, podobne ako alkény, odfarbujú okyslené roztoky manganistanu draselného; v tomto prípade dochádza k deštrukcii násobnej väzby.

Reakcie charakterizujúce hlavné metódy získavania zlúčenín obsahujúcich kyslík

1. Hydrolýza halogénalkánov. Už viete, že tvorba halokenalkánov počas interakcie alkoholov s halogenovodíkmi - reverzibilná reakcia. Preto je zrejmé, že alkoholy možno získať o hydrolýza halogénalkánov- reakcie týchto zlúčenín s vodou:

$R-Cl+NaOH(→)↖(H_2O)R-OH+NaCl+H_2O$

Viacsýtne alkoholy možno získať hydrolýzou halogénalkánov obsahujúcich viac ako jeden atóm halogénu v molekule. Napríklad:

2. Hydratácia alkénov- pridanie vody k $π$-väzbe molekuly alkénu - je vám už známe, napr.

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

Hydratácia propénu vedie v súlade s Markovnikovovým pravidlom k tvorbe sekundárneho alkoholu - propanolu-2:

3. Hydrogenácia aldehydov a ketónov. Už viete, že oxidácia alkoholov za miernych podmienok vedie k tvorbe aldehydov alebo ketónov. Je zrejmé, že alkoholy možno získať hydrogenáciou (redukcia vodíka, pridanie vodíka) aldehydov a ketónov:

4. Oxidácia alkénu. Glykoly, ako už bolo uvedené, možno získať oxidáciou alkénov vodným roztokom manganistanu draselného. Napríklad etylénglykol (etándiol-1,2) vzniká počas oxidácie etylénu (eténu):

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

5. Špecifické metódy získavania alkoholov. Niektoré alkoholy sa získavajú spôsobmi, ktoré sú pre ne charakteristické. Metanol sa teda v priemysle vyrába interakciou vodíka s oxidom uhoľnatým (II) (oxid uhoľnatý) pri zvýšenom tlaku a vysokej teplote na povrchu katalyzátora (oxid zinočnatý):

$CO+2H_2(→)↖(t,p,ZnO)CH_3-OH$

Zmes potrebná pre túto reakciu oxid uhoľnatý a vodík, tiež nazývaný syntézny plyn ($CO + nH_2O$), sa získava prechodom vodnej pary cez horúce uhlie:

$C+H_2O(→)↖(t)CO+H_2-Q$

6. Fermentácia glukózy. Tento spôsob získavania etylalkoholu (vínneho) je človeku známy už od staroveku:

$(C_6H_(12)O_6)↙(glukóza)(→)↖(droždie)2C_2H_5OH+2CO_2$

Spôsoby získavania aldehydov a ketónov

Môžu sa získať aldehydy a ketóny oxidácia alebo dehydrogenácia alkoholu. Ešte raz poznamenávame, že aldehydy možno získať počas oxidácie alebo dehydrogenácie primárnych alkoholov a ketóny možno získať zo sekundárnych alkoholov:

Kucherovova reakcia. Z acetylénu sa v dôsledku hydratačnej reakcie získa acetaldehyd, z homológov acetylénu - ketónov:

Pri zahriatí vápnik alebo báryové soli karboxylové kyseliny vznikajú ketón a uhličitan kovu:

Spôsoby získavania karboxylových kyselín

Karboxylové kyseliny možno získať oxidáciou primárnych alkoholov aldehydov:

Aromatické karboxylové kyseliny vznikajú počas oxidácie benzénových homológov:

Výsledkom hydrolýzy rôznych derivátov karboxylových kyselín sú tiež kyseliny. Takže počas hydrolýzy esteru sa tvorí alkohol a karboxylová kyselina. Ako je uvedené vyššie, esterifikačné a hydrolytické reakcie katalyzované kyselinou sú reverzibilné:

Hydrolýza esteru pôsobením vodného roztoku alkálie prebieha nevratne, v tomto prípade nejde o kyselinu, ale z esteru vzniká jej soľ.

Dielo bolo pridané na stránku: 2015-07-10

Objednajte si napísanie jedinečného diela

A17. Hlavné metódy získavania uhľovodíkov (v laboratóriu). Hlavné metódy získavania zlúčenín obsahujúcich kyslík (v laboratóriu).

"> Získanie alkánov

Priemyselné spôsoby:

1. Alokovať z prírodných zdrojov (prírodné a súvisiace plyny, ropa, uhlie).
2. "> Hydrogenácia alkénov a nenasýtených uhľovodíkov.

;text-decoration:underline">Laboratórne metódy výroby metánu:

1. ">Termokatalytická redukcia oxidov uhlíka (t," xml:lang="en-US" lang="en-US">Ni">):

CO + 3H2 -> CH4 + H20

C02 + 4H2 -> CH4 + 2H20

1. "> Syntéza z jednoduché látky Elementárna analýza: C + 2H;vertical-align:sub">2 ">→ CH ;vertical-align:sub">4
2. ">Hydrolýza karbidu hliníka:" 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">Laboratórne metódy na získanie homológov metánu:

1. "> Dekarboxylácia sodných solí karboxylových kyselín (Dumasova reakcia).Výsledný alkán obsahuje o jeden atóm uhlíka menej ako pôvodná soľ.

" 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"> + Nie;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. "> Wurtzova syntéza (zdvojenie reťazca); vykonávaná s cieľom získať alkány s dlhším uhlíkovým reťazcom.

">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. Elektrolýza octanu sodného:

elektrolýza

2 CH 3 COONa + 2H 2 O → C2H6 + 2CO2 + H2 + 2 NaOH

Získanie alkénov

V laboratóriu:

1. Dehydrohalogenácia halogénalkánov sa vykonáva alkoholovým roztokom zásady:

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

Pravidlo A.M. Zaitsev: "Vodík sa oddeľuje od menej hydrogenovaného atómu uhlíka."

2. Dehydratácia alkoholov prebieha v prítomnosti koncentrovanej kyseliny sírovej alebo bezvodého oxidu hlinitého pri zahrievaní (t> 150o C) za vzniku alkénov.

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

3. Dehalogenácia dihalogénderivátov sa vykonáva pomocou jemne mletého zinku alebo horčíka:

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

Cl Cl

V priemysle:

1, Hlavnou metódou získavania alkénov je krakovanie alkánov, čo vedie k vytvoreniu zmesi nízkomolekulárnych alkénov a alkánov, ktoré je možné oddeliť destiláciou.

C5H12 → C2H4 + C3H8 (alebo C3H6 + C2H6) atď.

2 Dehydrogenácia alkánov. (katalyzátory: Pt; Ni; AI203; Cr203)

Ni, 450 5000 C

CH3CH3 → CH2 = CH2 + H2

550 6500 C

2CH4 -> CH2 = CH2 + 2H2

3. Katalytická hydrogenácia alkínov (katalyzátory: Pt ; Ni ; Pd )

CH = CH + H2 -> CH2 = CH2

Získanie cykloalkánov

1. akcie aktívny kov pre dihalogénalkán:

t, p, Ni

Br CH2-CH2-CH2-Br + Mg -> + Mg Br2

1,3-dibrómpropán

1. Hydrogenácia arénov (t, p, Pt)

C6H6 + 3 H2 ->

Získanie alkínov

Acetylén:

a) metánová metóda:

2CH4C2H2 + 3H2

b) hydrolýza karbidu vápnika (laboratórna metóda):

CaC2 + 2H20 C2H2 + Ca (OH)2

CaO + 3C CaC2 + CO

Vzhľadom na vysokú spotrebu energie je tento spôsob ekonomicky menej výnosný.

Syntéza homológov acetylénu:

a) katalytická dehydrogenácia alkánov a alkénov:

СnH2n+2CnH2n-2 + 2H 2

СnH2nCnH2n-2 + H2

b) dehydrohalogenácia dihalogénalkánov alkoholovým roztokom zásady (alkálie a alkohol sa berú v nadbytku):

CnH2nG2 + 2KOH (sp) CnH2n-2 + 2K G + 2H20

Získanie alkadiénov

1. Dehydrogenácia alkánov obsiahnutých v zemnom plyne a rafinérskych plynoch ich prechodom cez zahriaty katalyzátor
   t, Cr203, Al203

CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 → CH 2 =CHCH=CH2 + 2H2
t, Cr203, Al203

CH3CHCH2CH3 -> CH2 = CCH=CH2 + 2H2

CH 3 CH 3

1. Dehydrogenácia a dehydratácia etylalkoholu prechodom alkoholových pár cez zahrievané katalyzátory (metóda akademika S.V. Lebedeva):
   t, ZnO, Al203

2CH 3 CH 2 OH → CH 2 \u003d CHCH \u003d CH2 + 2H20 + H2

Získavanie arén

benzén

1. Trimerizácia alkínov na aktívnom uhlí (Zelinsky):

zák. C, 600 °C

3HCCH C6H6 (benzén)

1. V laboratóriu tavením solí kyseliny benzoovej s alkáliami:

C6H5COOHa + Na OH → C6H6 + Na2C03

Benzén a homológy

1. Pri koksovaní uhlia vzniká uhoľný decht, z ktorého sa izoluje benzén, toluén, xylény, naftalén a mnohé ďalšie organické zlúčeniny.
2. Dehydrocyklizácia (dehydrogenácia a cyklizácia) alkánov v prítomnosti katalyzátora:

Cr2O3

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

Hexán produkuje benzén a heptán produkuje toluén.

1. Dehydrogenácia cykloalkánov

→ C6H6 + 3 H2

1. Získanie homológov - alkylácia benzénu halogénalkánmi alebo alkénmi v prítomnosti bezvodého chloridu hlinitého:

AlCl3

C6H6 + C2H5Cl C6H5C2H5 + HCl

chlóretánetylbenzén

Získanie limitu jednosýtne alkoholy

Všeobecné spôsoby

1. Hydratácia alkénov (podľa Markovnikovovho pravidla):

t, H2S04

CH3-CH \u003d CH2 + H-OH → CH3-CH-CH3

OH (propanol-2)

1. Hydrolýza halogénalkánov pôsobením vodného roztoku zásady:

C2H5I + NaOH (aq.) → C2H5-OH + NaI

1. Regenerácia (hydrogenácia) aldehydov a ketónov.

Hydrogenáciou aldehydov vznikajú primárne alkoholy:

t, Ni

CH3-CH2-CHO + H2 -> CH3-CH2-CH2-OH

propanol-1

Pri hydrogenácii ketónov vznikajú sekundárne alkoholy:

t, Ni

CH3-C-CH3 + H2 -> CH3-CH-CH3

O OH (propanol-2)

Špecifické metódy získavania

1. Metanol zo syntézneho plynu:

t, p, kat

CO + 2H2 -> CH30H

1. Etanolalkoholová fermentácia glukózy (enzymatická):

C6H1206 -> 2C2H5OH + 2C02

etylénglykol

1. V laboratóriu - Wagnerova reakcia.

Oxidácia etylénu manganistanom draselným v neutrálne prostredie vedie k tvorbe dvojsýtneho alkoholu etylénglykolu.

zjednodušené:

KMn04, H20

CH2 \u003d CH2 + HOH + → CH2CH2

OH OH

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

OH OH

1. V priemyselnej hydrolýze 1,2-dichlóretánu:

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

Glycerol

1. Hydrolýza tukov:

1. Z propenu:

a) CH2 = CH-CH3 + Cl2 -> CH2 = CH-CH2CI

3-chlórpropén-1

b) CH2 \u003d CH-CH2Cl + NaOH (aq.) → CH2 \u003d CH-CH2-OH + NaCl

alylalkohol

c) CH2 = CH-CH2-OH + H202 -> CH2-CH-CH2

Získavanie fenolov

1. Ťažba z uhoľného dechtu.
2. Hydrolýza chlórbenzénu:

C6H5-Cl + H20 (para) -> C6H5-OH + HCl

1. Oxidácia izopropylbenzénu (kuménu) vzdušným kyslíkom:

Získavanie éterov

1. Intermolekulárna dehydratácia etanolu:

t, H2S04

2C2H5OH -> C2H5-0-C2H5 + H20

1. Interakcia alkoholátu kovu s halogénovými derivátmi alkánov:

C2H5I + C2H5ONa → C2H5-O-C2H5 + NaI

Získanie aldehydov

Všeobecný spôsob

1. Oxidácia alkoholu. Primárne alkoholy sa oxidujú na aldehydy a sekundárne na ketóny:

t, Cu

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

T, Cu

CH3-CH-CH3 + 02 -> CH3-C-CH3

OH (propanol-2) O

Konkrétne spôsoby

1. Formaldehyd sa vyrába katalytickou oxidáciou metánu:

CH4+02 → HC HO + H20

1. Acetaldehyd (acetaldehyd):

a) Kucherovova reakcia

H+, Hg2+

HCCH + H20 CH3 -CHO

b) katalytická oxidácia etylénu

2CH2 \u003d CH2 + O2 → 2CH3 -CHO

Získanie karboxylových kyselín

Všeobecné spôsoby

1. Oxidácia aldehydov pôsobením rôznych oxidačných činidiel:

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 + Cu20↓ + 2H20

1. "> Katalytická oxidácia - homológy metánu sa oxidujú s medzerou C-C reťazce a tvorba karboxylových kyselín:

"> 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">

Konkrétne spôsoby

1. Kyselina mravčia sa získava zahrievaním práškového hydroxidu sodného a oxidu uhoľnatého pod tlakom a následným spracovaním výsledného mravčanu sodného so silnou kyselinou:

NaOH + CO → HCOONa

H2SO4 + 2HCOONa → HCOO H + Na2S04

1. Octová kyselina:

a) Na potravinárske účely sa získavajú enzymatickou fermentáciou (oxidáciou) tekutín obsahujúcich alkohol (víno, pivo):

enzýmy

C2H5OH + O2 -> CH3C OOH + H20

b) V laboratóriu z acetátov:

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

Získanie esterov

1. Esterifikačná reakcia, keď sa kyselina a alkohol zahrievajú v prítomnosti kyseliny sírovej alebo iných minerálnych kyselín. Izotopové štúdie ukázali, že pri esterifikačnej reakcii sa od molekuly alkoholu oddelí atóm vodíka a od molekuly kyseliny sa oddelí hydroxylová skupina.

Táto reakcia je reverzibilná a riadi sa Le Chatelierovým pravidlom. Na zvýšenie výkonu

esterov, je potrebné odstrániť výslednú vodu z reakčného prostredia.

CH3-COOH + HOCH2CH3 -> CH3-CO-O-CH2CH3 + H20

Získanie mydla

1. "> Alkalická hydrolýza (zmydelnenie tukov prebieha nevratne pôsobením zásad):

1. "> Neutralizácia karboxylových kyselín získaných katalytickou oxidáciou vyšších olejových parafínov:

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

"> kyselina palmitová

"> 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 ;vertical-align:sub">2 " xml:lang="en-US" lang="en-US">O">

"> palmitát sodný (tuhé mydlo)

"> 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">

"> palmitát draselný (tekuté mydlo)

Získavanie sacharidov

1. Glukóza – hydrolýzou škrobu alebo celulózy:

(C6H1005)n + nH20 nC6H1206

1. Sacharóza – z cukrovej repy a cukrovej trstiny.

Uhľovodíky sú veľmi veľkou triedou organických zlúčenín. Zahŕňajú niekoľko hlavných skupín látok, z ktorých takmer každá je široko používaná v priemysle, každodennom živote a prírode. Zvlášť dôležité sú halogénované uhľovodíky, o ktorých sa bude diskutovať v článku. Majú nielen veľký priemyselný význam, ale sú tiež dôležitými surovinami pre mnohé chemické syntézy, získavanie liekov a iných dôležitých zlúčenín. Osobitnú pozornosť budeme venovať štruktúre ich molekúl, vlastnostiam a ďalším znakom.

Halogénované uhľovodíky: všeobecná charakteristika

Z hľadiska chemickej vedy táto trieda zlúčenín zahŕňa všetky tie uhľovodíky, v ktorých je jeden alebo viac atómov vodíka nahradených jedným alebo druhým halogénom. Ide o veľmi širokú kategóriu látok, keďže majú veľký priemyselný význam. Ľudia sa za pomerne krátky čas naučili syntetizovať takmer všetky halogénové deriváty uhľovodíkov, ktorých využitie je nevyhnutné v medicíne, chemickom priemysle, potravinárstve a každodennom živote.

Hlavnou metódou na získanie týchto zlúčenín je syntetická cesta v laboratóriu a priemysle, pretože prakticky žiadna z nich sa v prírode nevyskytuje. Vďaka prítomnosti atómu halogénu majú vysoký reaktivita. To do značnej miery určuje oblasti ich použitia v chemických syntézach ako medziproduktov.

Pretože existuje veľa zástupcov halogénovaných uhľovodíkov, je obvyklé klasifikovať ich podľa rôznych kritérií. Vychádza zo štruktúry reťazca a množstva väzieb a rozdielu v atómoch halogénu a ich polohe.

Halogénderiváty uhľovodíkov: klasifikácia

Prvá možnosť separácie je založená na všeobecne uznávaných princípoch, ktoré platia pre každého.Klasifikácia je založená na rozdiele v type uhlíkového reťazca, jeho cyklickosti. Na tomto základe rozlišujte:

• nasýtené halogénované uhľovodíky;
• nenasýtené;
• aromatické;
• alifatické;
• acyklický.

Nasledujúce delenie je založené na type atómu halogénu a jeho kvantitatívnom obsahu v zložení molekuly. Takže prideľte:

• monoderiváty;
• deriváty;
• tri-;
• tetra-;
• penta deriváty a pod.

Ak hovoríme o type halogénu, potom názov podskupiny pozostáva z dvoch slov. Napríklad monochlórový derivát, trijódový derivát, tetrabrómhalogénalkén atď.

Existuje aj ďalšia možnosť klasifikácie, podľa ktorej sa oddeľujú najmä halogénové deriváty nasýtených uhľovodíkov. Toto je číslo atómu uhlíka, ku ktorému je halogén pripojený. Takže prideľte:

• primárne deriváty;
• sekundárne;
• terciárne a tak ďalej.

Každý jednotlivý zástupca môže byť zoradený podľa všetkých charakteristík a určený plné miesto v systéme Organické zlúčeniny. Takže napríklad zlúčenina so zložením CH3-CH2-CH=CH-CCL3 môže byť klasifikovaná nasledovne. Je to nenasýtený alifatický trichlórderivát penténu.

Štruktúra molekuly

Prítomnosť halogénových atómov nemôže ovplyvniť fyzikálne a chemické vlastnosti a všeobecné vlastnosti štruktúry molekuly. Všeobecný vzorec pre túto triedu zlúčenín je R-Hal, kde R je voľný uhľovodíkový radikál akejkoľvek štruktúry a Hal je atóm halogénu, jeden alebo viacero. Väzba medzi uhlíkom a halogénom je silne polarizovaná, v dôsledku čoho je molekula ako celok náchylná na dva efekty:

• negatívne induktívne;
• mezomérne pozitívne.

V tomto prípade je prvý z nich vyjadrený oveľa silnejšie, a preto atóm Hal vždy vykazuje vlastnosti substituenta priťahujúceho elektróny.

Inak sa všetky štruktúrne vlastnosti molekuly nelíšia od vlastností bežných uhľovodíkov. Vlastnosti sú vysvetlené štruktúrou reťazca a jeho rozvetvením, počtom atómov uhlíka a silou aromatických prvkov.

Zvláštnu pozornosť si zasluhuje nomenklatúra halogénových derivátov uhľovodíkov. Aký je správny názov týchto spojení? Ak to chcete urobiť, musíte dodržiavať niekoľko pravidiel.

1. Číslovanie reťazcov začína od okraja najbližšieho k atómu halogénu. Ak existuje viacnásobná väzba, počítanie začína od nej a nie od substituentu priťahujúceho elektróny.
2. Názov Hal je uvedený v predpone a malo by sa uviesť aj číslo atómu uhlíka, od ktorého sa odchyľuje.
3. Posledným krokom je názov hlavného reťazca atómov (alebo kruhu).

Príklad podobného názvu: CH 2 \u003d CH-CHCL 2 - 3-dichlórpropén-1.

Názov možno uviesť aj podľa V tomto prípade sa vyslovuje názov radikálu a následne názov halogénu s príponou -id. Príklad: CH3-CH2-CH2Br - propylbromid.

Podobne ako iné triedy organických zlúčenín majú halogénované uhľovodíky špeciálnu štruktúru. To umožňuje, aby mnohí predstavitelia boli označení historickými menami. Napríklad halotán CF3CBrClH. Prítomnosť troch halogénov naraz v zložení molekuly poskytuje tejto látke špeciálne vlastnosti. Používa sa v medicíne, preto sa najčastejšie používa historický názov.

Metódy syntézy

Spôsoby získavania halogénových derivátov uhľovodíkov sú dosť rôznorodé. Existuje päť hlavných metód na syntézu týchto zlúčenín v laboratóriu a priemysle.

1. Halogenácia bežných normálnych uhľovodíkov. Všeobecná schéma reakcie: R-H + Hal 2 → R-Hal + HHal. Charakteristiky procesu sú nasledovné: pri chlóre a bróme je nevyhnutné ultrafialové ožarovanie, pri jóde je reakcia takmer nemožná alebo veľmi pomalá. Interakcia s fluórom je príliš aktívna, takže tento halogén nemožno použiť v čistej forme. Okrem toho pri halogenácii aromatických derivátov je potrebné použiť špeciálne procesné katalyzátory - Lewisove kyseliny. Napríklad chlorid železa alebo hliníka.
2. Získavanie halogénových derivátov uhľovodíkov sa tiež uskutočňuje hydrohalogenáciou. Na to však musí byť východiskovou zlúčeninou nevyhnutne nenasýtený uhľovodík. Príklad: R=R-R + HHal → R-R-RHal. Najčastejšie sa to používa na získanie chlóretylénu alebo vinylchloridu, pretože táto zlúčenina je dôležitou surovinou pre priemyselné syntézy.
3. Vplyv hydrohalogénov na alkoholy. Všeobecná forma reakcie: R-OH + HHal → R-Hal + H20. Charakteristickým znakom je povinná prítomnosť katalyzátora. Príklady urýchľovačov procesov, ktoré možno použiť, sú fosfor, síra, zinok alebo chloridy železa, kyselina sírová, riešenie v kyselina chlorovodíková- Lucasovo činidlo.
4. Dekarboxylácia kyslých solí oxidačným činidlom. Ďalším názvom metódy je Borodin-Hunsdickerova reakcia. Podstatou je odstránenie molekuly oxidu uhličitého z derivátov striebra pri vystavení oxidačnému činidlu – halogénu. V dôsledku toho vznikajú halogénové deriváty uhľovodíkov. Reakcie vo všeobecnosti vyzerajú takto: R-COOAg + Hal → R-Hal + CO 2 + AgHal.
5. Syntéza haloforiem. Inými slovami, ide o výrobu trihalogénových derivátov metánu. Najjednoduchším spôsobom ich výroby je ošetrenie acetónu alkalickým roztokom halogénov. V dôsledku toho dochádza k tvorbe molekúl haloformy. Rovnakým spôsobom sa v priemysle syntetizujú halogénderiváty aromatických uhľovodíkov.

Osobitná pozornosť by sa mala venovať syntéze neobmedzených predstaviteľov uvažovanej triedy. Hlavnou metódou je spracovanie alkínov soľami ortuti a medi v prítomnosti halogénov, čo vedie k vytvoreniu produktu s dvojitou väzbou v reťazci.

Halogénderiváty aromatických uhľovodíkov sa získavajú halogenačnými reakciami arénov alebo alkylarénov na bočný reťazec. Ide o dôležité priemyselné produkty, pretože sa používajú ako insekticídy v poľnohospodárstve.

Fyzikálne vlastnosti

Halogénderiváty uhľovodíkov priamo závisia od štruktúry molekuly. Pri bodoch varu a topenia, stav agregácie ovplyvňujú počet atómov uhlíka v reťazci a prípadné bočné vetvy. Čím viac z nich, tým vyššie skóre. Vo všeobecnosti možno fyzikálne parametre charakterizovať v niekoľkých bodoch.

1. Agregátne skupenstvo: prvými nižšími zástupcami sú plyny, ďalšími až C 12 sú kvapaliny, vyššie pevné látky.
2. Takmer všetci zástupcovia majú ostrý nepríjemný špecifický zápach.
3. Sú veľmi zle rozpustné vo vode, ale samotné sú výbornými rozpúšťadlami. Veľmi dobre sa rozpúšťajú v organických zlúčeninách.
4. Teploty varu a topenia sa zvyšujú so zvyšujúcim sa počtom atómov uhlíka v hlavnom reťazci.
5. Všetky zlúčeniny, okrem derivátov fluóru, sú ťažšie ako voda.
6. Čím viac vetiev v hlavnom reťazci, tým nižšia je teplota varu látky.

Je ťažké identifikovať veľa spoločných podobností, pretože zástupcovia sa veľmi líšia v zložení a štruktúre. Preto je lepšie uviesť hodnoty pre každú konkrétnu zlúčeninu z tento riadok uhľovodíky.

Chemické vlastnosti

Jedným z najdôležitejších parametrov, ktorý treba brať do úvahy v chemickom priemysle a pri syntéznych reakciách, sú chemické vlastnosti halogénovaných uhľovodíkov. Nie sú rovnaké pre všetkých zástupcov, pretože existuje niekoľko dôvodov na rozdiel.

1. Štruktúra uhlíkového reťazca. Najjednoduchšie substitučné reakcie (nukleofilného typu) sa vyskytujú v sekundárnych a terciárnych halogénalkyloch.
2. Dôležitý je aj typ atómu halogénu. Väzba medzi uhlíkom a Hal je silne polarizovaná, čo uľahčuje jej rozbitie s uvoľnením voľných radikálov. Najľahšie sa však pretrhne väzba medzi jódom a uhlíkom, čo sa vysvetľuje pravidelnou zmenou (poklesom) väzbovej energie v rade: F-Cl-Br-I.
3. Prítomnosť aromatického radikálu alebo viacnásobných väzieb.
4. Štruktúra a rozvetvenie samotného radikálu.

Vo všeobecnosti halogénované alkyly najlepšie reagujú nukleofilnými substitučnými reakciami. Čiastočne kladný náboj sa totiž koncentruje na atóme uhlíka po prerušení väzby s halogénom. To umožňuje radikálu ako celku stať sa akceptorom elektronegatívnych častíc. Napríklad:

• ON - ;
• S042-;
• N02-;
• CN - a ďalšie.

To vysvetľuje skutočnosť, že od halogénových derivátov uhľovodíkov možno prejsť na takmer akúkoľvek triedu organických zlúčenín, je len potrebné zvoliť vhodné činidlo, ktoré poskytne požadovanú funkčnú skupinu.

Vo všeobecnosti môžeme povedať, že chemickými vlastnosťami halogénových derivátov uhľovodíkov je schopnosť vstupovať do nasledujúcich interakcií.

1. S nukleofilnými časticami rôzneho druhu - substitučné reakcie. Výsledkom môžu byť: alkoholy, jednoduché a nitrozlúčeniny, amíny, nitrily, karboxylové kyseliny.
2. Eliminačné alebo dehydrohalogenačné reakcie. V dôsledku vystavenia alkoholovému roztoku zásady sa molekula halogenovodíka štiepi. Takto vzniká alkén, vedľajšie produkty s nízkou molekulovou hmotnosťou – soľ a voda. Príklad reakcie: CH3-CH2-CH2-CH2Br + NaOH (alkohol) →CH3-CH2-CH \u003d CH2 + NaBr + H20. Tieto procesy sú jednou z hlavných metód syntézy dôležitých alkénov. Proces je vždy sprevádzaný vysokými teplotami.
3. normálna štruktúra podľa metódy Wurtzovej syntézy. Podstatou reakcie je pôsobenie na halogénom substituovaný uhľovodík (dve molekuly) s kovovým sodíkom. Sodík ako silne elektropozitívny ión prijíma atómy halogénu zo zlúčeniny. V dôsledku toho sú uvoľnené uhľovodíkové radikály uzavreté väzbou, čím sa vytvorí alkán novej štruktúry. Príklad: CH3-CH2CI + CH3-CH2CI + 2Na → CH3-CH2-CH2-CH3 + 2NaCl.
4. Syntéza homológov aromatických uhľovodíkov metódou Friedel-Crafts. Podstatou procesu je pôsobenie halogénalkylu na benzén v prítomnosti chloridu hlinitého. V dôsledku substitučnej reakcie dochádza k tvorbe toluénu a chlorovodíka. V tomto prípade je nevyhnutná prítomnosť katalyzátora. Okrem samotného benzénu sa takto dajú oxidovať aj jeho homológy.
5. Príprava Greignardovej tekutiny. Toto činidlo je halogénom substituovaný uhľovodík s iónom horčíka v kompozícii. Spočiatku kovový horčík v éteri pôsobí na halogénalkylový derivát. Výsledkom je vytvorenie komplexnej zlúčeniny so všeobecným vzorcom RMgHal, nazývanej Greignardovo činidlo.
6. Redukčné reakcie na alkán (alkén, arén). Vykonáva sa pri vystavení vodíku. V dôsledku toho sa tvorí uhľovodík a vedľajší produkt, halogenovodík. Všeobecný príklad: R-Hal + H2 → R-H + HHal.

Toto sú hlavné interakcie, do ktorých môžu ľahko vstúpiť halogénové deriváty uhľovodíkov rôznych štruktúr. Samozrejme, existujú špecifické reakcie, ktoré treba zvážiť u každého jednotlivého zástupcu.

Izoméria molekúl

Izoméria halogénových derivátov uhľovodíkov je úplne prirodzený jav. Koniec koncov, je známe, že čím viac atómov uhlíka v reťazci, tým vyšší počet izomérnych foriem. Okrem toho majú nenasýtení zástupcovia viacnásobné väzby, čo tiež spôsobuje výskyt izomérov.

Pre túto triedu zlúčenín možno rozlíšiť dve hlavné varianty tohto javu.

1. Izoméria uhlíkového skeletu radikálu a hlavného reťazca. To zahŕňa aj polohu násobnej väzby, ak v molekule existuje. Rovnako ako v prípade jednoduchých uhľovodíkov, počínajúc tretím zástupcom, možno napísať vzorce zlúčenín, ktoré majú identické molekulové, ale rôzne štruktúrne vzorce. Navyše, pre halogénom substituované uhľovodíky je počet izomérnych foriem rádovo vyšší ako pre ich zodpovedajúce alkány (alkény, alkíny, arény atď.).
2. Poloha halogénu v molekule. Jeho miesto v názve je označené číslom a aj keď sa zmení iba o jeden, vlastnosti takýchto izomérov už budú úplne odlišné.

Nehovoríme tu o priestorovej izomérii, pretože atómy halogénov to znemožňujú. Ako všetky ostatné organické zlúčeniny, halogénalkylové izoméry sa líšia nielen štruktúrou, ale aj fyzikálnymi a chemickými vlastnosťami.

Deriváty nenasýtených uhľovodíkov

Takýchto spojení je samozrejme veľa. Nás však zaujímajú halogénderiváty nenasýtených uhľovodíkov. Možno ich tiež rozdeliť do troch hlavných skupín.

1. Vinyl - keď sa atóm Hal nachádza priamo na atóme uhlíka násobnej väzby. Príklad molekuly: CH2=CCL2.
2. S izolovanou polohou. Atóm halogénu a násobná väzba sú umiestnené v opačných častiach molekuly. Príklad: CH2=CH-CH2-CH2-CI.
3. Alylové deriváty - atóm halogénu je umiestnený k dvojitej väzbe cez jeden atóm uhlíka, to znamená, že je v polohe alfa. Príklad: CH2=CH-CH2-CL.

Zvlášť dôležitá je zlúčenina, ako je vinylchlorid CH2=CHCL. Je schopný vytvárať dôležité produkty, ako sú izolačné materiály, nepremokavé tkaniny atď.

Ďalším zástupcom nenasýtených halogénových derivátov je chloroprén. Jeho vzorec je CH2=CCL-CH=CH2. Táto zmes je surovinou pre syntézu cenných druhov kaučuku, ktoré sa vyznačujú požiarnou odolnosťou, dlhou životnosťou a slabou priepustnosťou pre plyny.

Tetrafluóretylén (alebo teflón) je polymér, ktorý má kvalitné technické parametre. Používa sa na výrobu cenných náterov technických dielov, riadu, rôznych zariadení. Vzorec - CF 2 \u003d CF 2.

Aromatické uhľovodíky a ich deriváty

Aromatické zlúčeniny sú tie zlúčeniny, ktoré obsahujú benzénový kruh. Medzi nimi je aj celá skupina halogénderivátov. Podľa štruktúry možno rozlíšiť dva hlavné typy.

1. Ak je atóm Hal pripojený priamo k jadru, to znamená k aromatickému kruhu, potom sa zlúčeniny zvyčajne nazývajú halogénarény.
2. Atóm halogénu nie je spojený s kruhom, ale s bočným reťazcom atómov, to znamená s radikálom, ktorý ide do bočnej vetvy. Takéto zlúčeniny sa nazývajú arylalkylhalogenidy.

Medzi uvažovanými látkami možno vymenovať niekoľko zástupcov najväčšieho praktického významu.

1. Hexachlórbenzén - C6C16. Od začiatku 20. storočia sa používa ako silný fungicíd, aj ako insekticíd. Má dobrý dezinfekčný účinok, preto sa používal na morenie semien pred sejbou. Má nepríjemný zápach, kvapalina je dosť žieravá, priehľadná a môže spôsobiť slzenie.
2. Benzylbromid C6H5CH2Br. Používa sa ako dôležité činidlo pri syntéze organokovových zlúčenín.
3. Chlórbenzén C 6 H 5 CL. Kvapalná bezfarebná látka so špecifickým zápachom. Používa sa pri výrobe farbív, pesticídov. Je to jedno z najlepších organických rozpúšťadiel.

Priemyselné využitie

Halogénové deriváty uhľovodíkov sú široko používané v priemysle a chemických syntézach. O nenasýtených a aromatických zástupcoch sme už hovorili. Teraz označme všeobecne oblasti použitia všetkých zlúčenín tejto série.

1. V stavebníctve.
2. ako rozpúšťadlá.
3. Výrobou tkanín, gumy, kaučukov, farbív, polymérnych materiálov.
4. Na syntézu mnohých organických zlúčenín.
5. Deriváty fluóru (freóny) sú chladivá v chladiacich jednotkách.
6. Používa sa ako pesticídy, insekticídy, fungicídy, oleje, sušiace oleje, živice, mazivá.
7. Idú na výrobu izolačných materiálov atď.

Fyzikálne vlastnosti. Za normálnych podmienok sú prvé štyri členy homologickej série alkánov (C 1 - C 4) plyny. Normálne alkány od pentánu po heptadekán ( C5 - C17 ) - kvapaliny, počnúc od C 18 a vyššie - tuhé látky. So zvyšujúcim sa počtom atómov uhlíka v reťazci, t.j. so zvýšením relatívnej molekulovej hmotnosti sa teploty varu a topenia alkánov zvyšujú. Pre rovnaký počet atómov uhlíka v molekule majú rozvetvené alkány nižšie teploty varu ako normálne alkány.

Alkányprakticky nerozpustné vo vode, keďže ich molekuly sú nízkopolárne a neinteragujú s molekulami vody, dobre sa rozpúšťajú v nepolárnych organických rozpúšťadlách ako je benzén, tetrachlórmetán atď. Kvapalné alkány sa navzájom ľahko miešajú.

Hlavnými prírodnými zdrojmi alkánov sú ropa a zemný plyn. Rôzne ropné frakcie obsahujú alkány z C5H12 až C30H62. Zemný plyn tvorí metán (95 %) s prímesou etánu a propánu.

Od syntetické metódy na získanie alkány možno rozlíšiť nasledovné:

jeden . Získavanie z nenasýtených uhľovodíkov. K interakcii alkénov alebo alkínov s vodíkom ("hydrogenácia") dochádza v prítomnosti kovových katalyzátorov (/>Ni, Pd ) pri
kúrenie:

CH s - C = CH+ 2H2 -> CH3-CH2-CH3.

2. Dostať sa z halogén-vodivé. Keď sa monohalogénované alkány zahrievajú s kovovým sodíkom, získajú sa alkány s dvojnásobným počtom atómov uhlíka (Wurtzova reakcia): />

C2H5Br + 2 Na + Br - C2H5 → C2H5 - C2H5 + 2 NaBr.

Podobná reakcia sa neuskutočňuje s dvoma rôznymi halogénované alkánov, pretože tým vzniká zmes troch rôznych alkánov

3. Získavanie zo solí karboxylových kyselín. Keď sa bezvodé soli karboxylových kyselín kondenzujú s alkáliami, získajú sa alkány obsahujúce o jeden atóm uhlíka menej v porovnaní s uhlíkovým reťazcom pôvodných karboxylových kyselín: />

4. Získavanie metánu. V elektrickom oblúku horiacom vo vodíkovej atmosfére vzniká značné množstvo metánu: />

C + 2H2 -> CH 4 .

K rovnakej reakcii dochádza, keď sa uhlík zahrieva vo vodíkovej atmosfére na 400–500 °C pri zvýšenom tlaku v prítomnosti katalyzátora.

V laboratórnych podmienkach sa metán často získava z karbidu hliníka:

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

Chemické vlastnosti. Za normálnych podmienok sú alkány chemicky inertné. Sú odolné voči pôsobeniu mnohých činidiel: neinteragujú s koncentrovanými kyselinami sírovou a dusičnou, s koncentrovanými a roztavenými zásadami, nie sú oxidované silnými oxidačnými činidlami - manganistan draselnýKMn Asi 4 atď.

Chemická stabilita alkánov je spôsobená vysokou pevnosťous-C-C spojenia a C-H, ako aj ich nepolarita. Nepolárne väzby C-C a C-H v alkánoch nie sú náchylné na iónové štiepenie, ale sú schopné homolytického štiepenia pôsobením aktívnych voľných radikálov. Preto sú alkány charakterizované radikálovými reakciami, v dôsledku ktorých sa získajú zlúčeniny, kde sú atómy vodíka nahradené inými atómami alebo skupinami atómov. Preto alkány vstupujú do reakcií prebiehajúcich podľa mechanizmu radikálovej substitúcie, označeného symbolom S R ( z angličtiny, substitúcia radikálne). Podľa tohto mechanizmu sa atómy vodíka najľahšie nahradia na terciárnych, potom na sekundárnych a primárnych atómoch uhlíka.

1. Halogenácia. Pri reakcii alkánov s halogénmi (chlór a bróm) pôsobením UV žiarenia alebo vysokej teploty vzniká zmes produktov z mono- až polyhalogénované alkány. Všeobecná schéma tejto reakcie je znázornená s použitím metánu ako príkladu: />

b) Reťazový rast. Radikál chlóru odoberá z molekuly alkánu atóm vodíka:

Cl+ CH4->HC/>l + CH3

V tomto prípade sa vytvorí alkylový radikál, ktorý odoberie atóm chlóru z molekuly chlóru:

CH3+C12->CH3C1+C l·

Tieto reakcie sa opakujú, kým nedôjde k ukončeniu reťazca v jednej z nasledujúcich reakcií:

Cl· + Cl→ Cl/> 2, CH3 + CH3 → C2H6, CH3+ Cl→ CH 3 C l

Celková reakčná rovnica:

	hv
CH4 + Cl2	→	CH3CI + Hcl.

Výsledný chlórmetán sa môže podrobiť ďalšej chlorácii, čím sa získa zmes produktov CH 2 Cl 2, CHCI 3, SS 1 4 podľa schémy (*).

Vývoj teórie reťaze voľný radikál reakcie úzko súvisí s menom vynikajúceho ruského vedca, laureáta nobelová cena N.I. Semenov (1896-1986).

2. Nitrácia (Konovalovova reakcia). Pod pôsobením zried kyselina dusičná na alkánoch pri 140 °C a nízkom tlaku prebieha radikálová reakcia: />

Pri radikálových reakciách (halogenácia, nitrácia) sa najskôr zmiešajú atómy vodíka na terciárnom, potom na sekundárnom a primárnom atóme uhlíka.Vysvetľuje sa to tým, že najľahšie sa preruší homolytická väzba terciárneho atómu uhlíka s vodíkom (energia väzby 376 kJ/mol), potom sekundárna (390 kJ/mol) a až potom primárna (415 kJ/mol). mol).

3. Izomerizácia. Za určitých podmienok môžu byť normálne alkány premenené na alkány s rozvetveným reťazcom: />

4. Krakovanie je hemolytické pretrhnutie C-C väzieb, ku ktorému dochádza pri zahrievaní a pôsobením katalyzátorov.
Pri krakovaní vyšších alkánov vznikajú alkény a nižšie alkány, pri krakovaní metánu a etánu vzniká acetylén: />

C/> 8H18 -> C4H10 + C4H8,/>

2CH4 → C2H2 + ZH2,

C2H6 -> C2H2 + 2H2.

Tieto reakcie majú veľký priemyselný význam. Týmto spôsobom sa vysokovriace ropné frakcie (vykurovací olej) premieňajú na benzín, petrolej a iné cenné produkty.

5. Oxidácia. Miernou oxidáciou metánu vzdušným kyslíkom v prítomnosti rôznych katalyzátorov možno získať metylalkohol, formaldehyd a kyselinu mravčiu:

Mäkká katalytická oxidácia butánu vzdušným kyslíkom je jednou z priemyselných metód výroby kyseliny octovej:

t°
2 C4/> H/> 10 + 5 O/> 2 → 4 CH/> 3 COOH/> + 2H20 .
kat

Vo vzduchu, alkány horieť na CO 2 a H 2 O: />

CnH2n+2+ (Z n+ 1) / 202 \u003d nC02 + (n + 1) H20.