alkánok, alkének, alkinok, arének - jellemzők, felhasználás, reakciók
1) Alkánok- ezek telített szénhidrogének, amelyek molekuláiban minden atom egyes kötéssel kapcsolódik. Összetételüket egy általános képlet tükrözi: C n H 2n + 2.
Fizikai tulajdonságok az alkánok molekuláik összetételétől függenek, azaz. a relatív molekulatömegre. Az alkánok relatív molekulatömegének növekedésével a forráspont és a sűrűség nő, és a az összesítés állapota: az első négy alkán gáz halmazállapotú, a következő tizenegy folyadék, a hexadekántól kezdve pedig szilárd halmazállapotú.
Fő kémiai tulajdonság telített szénhidrogének, amelyek meghatározzák az alkánok tüzelőanyagként való felhasználását égési reakció.
Az alkánokra, akárcsak a telített szénhidrogénekre a legjellemzőbb helyettesítési reakciók. Így a metánmolekulában a hidrogénatomok egymás után halogénatomokkal helyettesíthetők.
Nitrálás
Az alkánok gázfázisban salétromsavval vagy N 2 O 4-gyel reagálva nitroszármazékokat képeznek. Minden rendelkezésre álló adat szabad gyökös mechanizmusra utal. A reakció eredményeként termékkeverékek keletkeznek.
Reccsenés
500 °C fölé melegítve az alkánok pirolitikus lebomláson mennek keresztül, és összetett termékkeverék képződik, amelynek összetétele és aránya a reakció hőmérsékletétől és idejétől függ.
Nyugta
Az alkánok fő forrása az olaj és a földgáz, amelyek általában együtt fordulnak elő.
Alkalmazás
A gáznemű alkánokat értékes üzemanyagként használják. A folyadékok pedig jelentős részt tesznek ki a motor- és rakéta-üzemanyagokban.
2) Alkének- ezek telítetlen szénhidrogének, amelyek a molekulában az egyszeres kötéseken kívül egy kettős szén-szén kötést is tartalmaznak. Összetételüket a következő képlet jeleníti meg: C n H 2n.
Fizikai tulajdonságok
Az alkének olvadáspontja és forráspontja a molekulatömeggel és a fő szénlánc hosszával nő. Az alkének vízben oldhatatlanok, de szerves oldószerekben jól oldódnak.
Az alkének kémiailag aktívak. Kémiai tulajdonságaikat nagymértékben meghatározza a kettős kötés jelenléte. Alkének esetében a legjellemzőbb addíciós reakciók a következők:
1) Hidrogén, 2) Víz, 3) Halogének, 4) Hidrogén-halogenidek.
Az alkének könnyen oxidációs reakciókba lépnek, az alkének oxidációja az oxidáló reagensek körülményeitől és típusától függően mind a kettős kötés felszakításával, mind a szénváz megőrzésével megtörténhet. és kation-anion mechanizmus.
Módszerek alkének előállítására
Az alkének előállításának fő ipari módszere a szénhidrogének katalitikus és magas hőmérsékletű krakkolása olajban és földgázban. A rövid szénláncú alkének előállításához a megfelelő alkoholok dehidratációs reakcióját is alkalmazzák.
A laboratóriumi gyakorlatban általában az alkoholok dehidratálásának módszerét alkalmazzák erős ásványi savak jelenlétében.A természetben aciklusos alkének gyakorlatilag nem találhatók meg. Ennek az osztálynak a legegyszerűbb képviselője szerves vegyületek- etilén (C 2 H 4) - a növények hormonja, és kis mennyiségben szintetizálódik bennük.
Alkalmazás
Az alkének a legfontosabb vegyi alapanyagok. Az alkéneket polimer anyagok (műanyagok, fóliák) és más szerves anyagok előállításához használják alapanyagként. A magasabb alkéneket magasabb alkoholok előállítására használják.
3) Alkinok- ezek telítetlen szénhidrogének, amelyek molekulái az egyszeres kötéseken kívül egy hármas szén-szén kötést is tartalmaznak. A kompozíció a következő képletet jeleníti meg: C n H 2n-2.
Fizikai tulajdonságok
Az alkinek fizikai tulajdonságaiban hasonlóak a megfelelő alkénekhez. Alacsonyabb (legfeljebb C 4) - szín és szag nélküli gázok, magasabb forráspontúak, mint az alkénekben lévő társaik. Az alkinek vízben rosszul oldódnak, szerves oldószerekben viszont jobban.A láncban lévő hármas kötés jelenléte a forráspont, a sűrűség és a vízben való oldhatóság növekedéséhez vezet.
Kémiai tulajdonságok
Mint minden telítetlen vegyület, az alkinek is aktívan lépnek be addíciós reakciókba: 1) halogének, 2) hidrogén, 3) hidrogén-halogenidek, 4) víz. Oxidációs reakciókba lépnek, hármas kötésük miatt hajlamosak olyan polimerizációs reakciókra, amelyek több irányban is lezajlhatnak:
a) Komplex rézsók hatására dimerizáció következik be és lineáris
az acetilén trimerizálása.
b) Ha az acetilént aktív szén jelenlétében hevítik (Zelinsky-reakció), ciklikus trimerizáció megy végbe benzol képződésével.
Beszerzési módszerek
Az acetilén előállításának fő ipari módszere a metán elektro- vagy termikus krakkolása, a földgáz pirolízise, valamint a karbidos módszer.A dihalogénezett paraffinokból alkinek állíthatók elő hidrogén-halogenid leválasztásával lúg alkoholos oldatának hatására.
Alkalmazás
Komoly ipari érték csak az acetilén, amely a legfontosabb vegyi alapanyag. Az acetilén oxigénben történő elégetésekor a láng hőmérséklete eléri a 3150 ° C-ot, ezért az acetilént fémek vágására és hegesztésére használják.
4) Arénák- egy vagy több benzolgyűrűt tartalmazó aromás szénhidrogének.
Fizikai tulajdonságok
Az aromás vegyületek általában szilárd vagy folyékony anyagok. Nagy törés- és abszorpciós mutatókkal rendelkeznek, vízben nem oldódnak, de sok szerves folyadékban jól oldódnak. Gyúlékony, a benzol mérgező.
Kémiai tulajdonságok
Mert aromás vegyületek jellemzőek a ciklushoz kapcsolódó hidrogénatomok helyettesítési reakciói. Az addíciós és oxidációs reakciók lehetségesek, de nehézkesek, mivel sértik az aromásságot.
Beszerzési módszerek
Fő természetes források az aromás szénhidrogének
szén Az acetilén és homológjainak trimerizálása aktív szénnel 600 °C-on Ciklohexán és származékai katalitikus dehidrogénezése.
Alkalmazás- Az aromás szénhidrogéneket, elsősorban a benzolt, széles körben használják az iparban: benzin adalékanyagaként, oldószerek, robbanóanyagok, anilinfestékek, gyógyszerek gyártásában.
10. Struktura
halové deriváty, nitrosloučeniny, aminosloučeniny, alkoholy a fenoly, aldehydy a ketony, karboxylové sloučeniny – karakterisztika, použití, reakce
10. Szénhidrogén származékok szerkezete, tulajdonságai és jelentősége
halogén-alkánok, nitrovegyületek, aminovegyületek, alkoholok és fenolok, aldehidek és ketonok, karbonsavak - jellemzők, felhasználás, reakciók
1) Halogén-alkánok- olyan szerves vegyületek, amelyek összetételükben szén-halogén kötést tartalmaznak. Mivel a halogénatomok elektronegatívabbak, mint a szénatomok, C-X csatlakozás oly módon polarizáltak, hogy a halogénatom részleges negatív, a szénatom pedig részleges pozitív töltést kap. A legtöbb halogén-alkán tiszta formájában színtelen vegyület. több atom szén, annál magasabb az olvadáspont és a forráspont. Ha egy szénatom 2 vagy 3 halogénatomot tartalmaz, akkor egy ilyen vegyület olvadáspontja és forráspontja éppen ellenkezőleg csökken, jellemző reakciók a Wurtz-reakció, a nukleofil szubsztitúció, elimináció, kölcsönhatás alkáli- és alkáliföldfémekkel. A halogén-alkánokat alkánok fényben történő klórozásával, telítetlen szénhidrogének hidroklórozásával vagy alkoholokból nyerik A halogén-alkánokat alkalmazzák: zsírok és olajok oldószereként; teflon hűtőfolyadékként.
2) Nitrovegyületek- egy vagy több nitrocsoportot tartalmazó szerves vegyületek - NO 2 . A nitrovegyületek alatt általában olyan C-nitrovegyületeket értünk, amelyekben a nitrocsoport egy szénatomhoz kapcsolódik A nitrovegyületek színtelenek, vízben gyengén oldódnak, szerves oldószerekben, jellegzetes mandula szagú folyadékokban jól oldódnak. Valamennyi nitrovegyület elég erős méreg a központi idegrendszer számára, a nitrovegyületek nagy polaritásuk miatt képesek olyan anyagokat is feloldani, amelyek nem oldódnak közönséges oldószerekben. A polinitrovegyületek általában gyengén színűek, becsapódáskor és robbanáskor robbanásveszélyesek.
A nitrovegyületek kémiai viselkedése szerint bizonyos hasonlóságot mutatnak a salétromsavval. Ez a hasonlóság a redox reakciókban nyilvánul meg: nitrovegyületek redukciója (zininreakció), kondenzációs reakciók, nitrovegyületek tautomerizmusa (a fordított izoméria jelensége).
A nitrovegyületeket széles körben alkalmazzák a szerves szintézisben a színezékek előállításához használt különféle anyagok előállítására, ill gyógyszerek. A nitrovegyületek egy részét gombaellenes és antimikrobiális szerként használják. A polinitro-származékokat - TNT-t, pikrinsavat és sóit - robbanóanyagként használják.
4) Aminovegyületek- ezek olyan szerves vegyületek, amelyek az ammónia származékai, amelyek molekulájában egy, két vagy három hidrogénatomot szénhidrogén gyök helyettesít. Az aminokat két szerkezeti jellemző szerint osztályozzák: 1) A nitrogénatomhoz kapcsolódó gyökök száma alapján primer, szekunder és tercier aminokat különböztetünk meg. 2) A szénhidrogén gyök természete szerint az aminokat alifás, aromás és vegyes csoportokra osztják.
A metil-amin, dimetil-amin és trimetil-amin gázok, az alifás sorozat középső tagjai folyadékok, a magasabb rendűek szilárd halmazállapotúak.Az ammóniához hasonlóan a rövid szénláncú aminok is tökéletesen oldódnak vízben, lúgos oldatokat képezve. A molekulatömeg növekedésével az aminok vízoldhatósága romlik Az aminok szaga az ammónia szagára emlékeztet, a magasabb aminok gyakorlatilag szagtalanok.A primer aminok forráspontja jóval alacsonyabb, mint a megfelelő alkoholoké.
A zsíros aminok, mint az ammónia, képesek savakkal kombinálódni, még olyan gyenge savakkal is, mint szénsavés a szubsztituált ammóniumbázisok megfelelő sóit kapjuk. A salétromsav aminokra gyakorolt hatása a jellemző reakciójuk, amely lehetővé teszi a primer, szekunder és tercier aminok megkülönböztetését.
Acilezés. Karbonsavakkal hevítve ezek anhidridjei, savkloridjai vagy észterei, a primer és szekunder aminok acileződnek, N-szubsztituált amidokká alakulnak Az aminok széles körben elterjedtek a természetben, mivel az élő szervezetek bomlása során keletkeznek. gyógyszerek, színezékek és kiindulási termékek készítése szerves szintézishez.
5) Alkoholok- egy vagy több hidroxilcsoportot tartalmazó szerves vegyületek A molekulában lévő hidroxilcsoportok száma szerint az alkoholokat egyatomos kétértékű, háromértékű és többértékű alkoholokra osztják, attól függően, hogy melyik szénatomon található a hidroxilcsoport, primer, szekunder és tercier alkoholokat különböztetnek meg .Az alkoholmolekulák hasonlóak a vízmolekulához, de az alkoholok lényegesen magasabb olvadáspontú és forráspontúak. Az erre a vegyületcsoportra jellemző tulajdonságok a hidroxilcsoport jelenlétének köszönhetőek. Az alkoholok kölcsönhatásba lépnek: alkáli- és alkáliföldfémekkel, hidrogén-halogenidekkel és
szerves és szervetlen savakkal észtereket képezve. Léteznek az alkoholok intermolekuláris dehidratációs reakciói, az alkoholok dehidrogénezési és oxidációs reakciói is. Az alkoholok széles körben elterjedtek a természetben mind szabad formában, mind észterek összetételében. Az alkoholok sokféle vegyületcsoportból származhatnak, például szénhidrogénekből, halogén-alkánokból, aminokból és karbonilvegyületekből. Alapvetően minden módszer oxidációs, redukciós, addíciós és szubsztitúciós reakciókra redukálódik. Az iparban az alkoholokat felhasználásával állítják elő kémiai módszerek vagy biokémiai előállítási módszerek. Az alkoholok felhasználási területei sokrétűek és változatosak, különös tekintettel az ebbe az osztályba tartozó vegyületek legszélesebb körére. Az alkoholokat oldószerként és tisztítószerként használják, az etil-alkohol az alkoholtartalmú termékek alapja, és széles körben használják az illatszeriparban és sok más területen is.
6) Fenolok- Ezek olyan szerves vegyületek, amelyek molekuláiban a fenilcsoport egy vagy több hidroxilcsoporthoz kapcsolódik. Az OH-csoportok száma szerint megkülönböztetünk egyatomos és többértékű fenolokat. A legtöbb egyértékű fenol normál körülmények között színtelen kristályos anyagok, alacsony olvadásponttal és jellegzetes szaggal. A fenolok vízben gyengén oldódnak, szerves oldószerekben jól oldódnak, mérgezőek, levegőn tárolva az oxidáció következtében fokozatosan elsötétednek.A fenol kifejezett savas tulajdonságokkal rendelkezik. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a fenolban lévő oxigén szabad elektronpárja a maghoz húzódik. Amikor a fenol kölcsönhatásba lép lúgokkal, sók képződnek - fenolátok. A hidroxilcsoport miatt a fenol kölcsönhatásba lép az alkálifémekkel.
Szubsztitúciós és addíciós reakciók is végbemennek a benzolgyűrű részvételével.
A kőszénkátrányban jelentős mennyiségben találhatók fenolok. A fenolt a benzolszulfonsav nátriumsójának nátronlúggal való olvasztásával is nyerik.
A fenolt műanyagok, pikrinsav, színezékek, rovarölő szerek előállításához használják. Minden fenol baktériumölő hatású, ezért fertőtlenítőszerként használják az orvostudományban és az állatgyógyászatban.
Aldehidek és ketonok
Aldehidek- Ezek olyan szerves vegyületek, amelyek molekulái hidrogénatomhoz és szénhidrogén gyökhöz kapcsolódó karboxilcsoportot tartalmaznak.
Ketonok- Ezt szerves anyag, melynek molekulái két szénhidrogén gyökhöz kapcsolódó karbonilcsoportot tartalmaznak.
Mivel az aldehidek és ketonok poláris vegyületek, magasabb forráspontjuk van, mint a nem polárisaké, de alacsonyabb, mint az alkoholoké, ami a molekuláris asszociáció hiányát jelzi. Vízben jól oldódnak, de a molekulaméret növekedésével az oldhatóság meredeken csökken. A magasabb aldehidek és ketonok kellemes szagúak, számos aldehid közepes homológjai tartós jellegzetes szagúak, az alacsonyabb aldehidek éles kellemetlen szagúak.Az aldehidek és ketonok kettős kötések addíciós reakciói jellemzik. A karbonilcsoporton végbemenő addíciós reakció mellett az aldehidekre jellemzőek azok a reakciók is, amelyekben a karbonilcsoport mellett alfa-hidrogénatomok vesznek részt. Reaktivitásuk a karbonilcsoport elektronvonó hatásával függ össze, ami a kötés fokozott polaritásában nyilvánul meg. Ez ahhoz a tényhez vezet, hogy az aldehidek, ellentétben a ketonokkal, könnyen oxidálódnak. Az ezüst-oxid ammóniaoldatával való kölcsönhatásuk minőségi reakció az aldehidekre. elterjedt módon aldehidek és ketonok előállítása az alkoholok oxidációja rézkatalizátoron Az iparban az aldehideket és ketonokat alkoholok dehidrogénezésével állítják elő. Az iparban a ketonokat oldószerként, gyógyszeriparban, különféle polimerek gyártásához használják, az aldehidek közül a formaldehidet állítják elő legtöbbször. Főleg gyanták előállítására használják. Ezenkívül gyógyszereket szintetizálnak belőle, és tartósítószerként használják biológiai készítményekhez.
8) Karbonsavak- ezek olyan szerves vegyületek, amelyek molekulái szénhidrogén gyökhöz kapcsolódó -COOH karboxilcsoportot tartalmaznak A karbonsavak forráspontja és olvadáspontja jóval magasabb, nemcsak a megfelelő szénhidrogéneké, hanem az alkoholoké is. Vízben jól oldódik, de a szénhidrogén gyök növekedésével rosszabbodik A homológ sorozat alsó tagjai a normál körülmények között jellegzetes csípős szagú folyadékok. Ennek a homológ sorozatnak a középső képviselői viszkózus folyadékok; C 10 - szilárd anyagokból kiindulva A karboxilcsoport úgy van elrendezve, hogy a molekula könnyen le tudja hasítani a hidrogént - sav tulajdonságait mutatva. A karbonsavak reakcióba lépnek fémekkel és vegyületeikkel, kiszorítják sóikból a gyengébb savakat, kölcsönhatásba lépnek bázikus és amfoter oxidokkal, hidroxidokkal, és részt vesznek az észterezési reakcióban is. A karbonsavakat aldehidek és alkoholok oxidációjával, valamint észterek hidrolízisével állítják elő. A hangyasavat a gyógyászatban, az ecetsavat az élelmiszeriparban, és oldószerként is használják.
11. Makromolekulární látky vznikající polymerací, polykondenzaci a polyadicí
stavebni a strukturni jednotka
vlastnosti makromolekularnych látek
polimer, poliészter, poliamid, fenoplasztika, aminoplasztika, poliuretán – příklady, použití
2. videó lecke: Cikloalkánok: kémiai tulajdonságok
3. videó lecke: Alkének: Kémiai tulajdonságok
4. videó lecke: Alkadiének (diének): Kémiai tulajdonságok
5. videó lecke: Alkinek: Kémiai tulajdonságok
Előadás: A szénhidrogének jellemző kémiai tulajdonságai: alkánok, cikloalkánok, alkének, diének, alkinok, aromás szénhidrogének
Az alkánok és cikloalkánok kémiai tulajdonságai
Az alkánok nem ciklikus szénhidrogének. Ezekben a vegyületekben a szénatomok sp 3 hibridizációt mutatnak. Ezeknek a szénhidrogéneknek a molekuláiban az összes szénatom csak egyetlen apoláris és alacsony poláris C-C kötéssel kapcsolódik. A pályák átfedése az atommagokat összekötő tengely mentén történik. Ezek σ-kötések. Ezek a szerves vegyületek maximális számú hidrogénatomot tartalmaznak, ezért korlátozónak (telítettnek) nevezzük. A telítettség miatt az alkánok nem tudnak addíciós reakcióba lépni. Mivel a szén- és hidrogénatom elektronegativitása hasonló, ez a tényező ahhoz a tényhez vezet, hogy a molekuláikban lévő C-H kötések alacsony polaritásúak. Emiatt a szabad gyököket érintő reakciók az alkánok velejárói.
1. helyettesítési reakciók. Mint említettük, ezek a legjellemzőbb reakciók az alkánokra. Az ilyen reakciókban a szén-hidrogén kötések felbomlanak. Vegye figyelembe a helyettesítési reakciók néhány típusát:
Halogénezés. Az alkánok reagálnak halogénekkel (klór és bróm), ha ultraibolya fénynek vagy magas hőnek vannak kitéve. Például: CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl.Feleslegben halogénnel a reakció addig folytatódik, amíg a hidrogénatomok különböző szubsztitúciós fokával rendelkező halogénszármazékok keverékének kialakulása: mono-, di-tri- stb. Például a diklór-metán (metilén-klorid) képződésének reakciója: CH 3 Cl + Cl 2 → HCl + CH 2 Cl 2.
Nitrálás (Konovalov reakciója). Hő és nyomás hatására az alkánok reakcióba lépnek híg salétromsavval. Ezt követően a hidrogénatom helyébe NO 2 nitrocsoport lép, és nitroalkán képződik. A reakció általános képe: R-H + HO-NO 2 → R-NO 2 + H 2 O. ahol R-H alkán, R- NEM 2 - nitroalkán.
2. Oxidációs reakciók. Normál körülmények között az alkánok nem lépnek reakcióba erős oxidálószerekkel (tömény kénsav és salétromsav, kálium-permanganát KMnO 4 és kálium-dikromát K 2 Cr 2 O 7).
Az energia előállításához az alkánok égési reakcióit széles körben használják:
a) Túlzott oxigénnel történő teljes égéskor szén-dioxid és víz képződik: CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O
b) Oxigénhiányos részleges égés: CH 4 + O 2 → C + 2H 2 O. Ezt a reakciót az iparban korom előállítására használják.
Az alkánok oxigénnel (~200 o C) katalizátorokkal történő hevítése a C–C és C–H kötések egy részének felszakadásához vezet. Ennek eredményeként aldehidek, ketonok, alkoholok, karbonsavak keletkeznek. Például a bután nem teljes oxidációjával ecetsavat kapunk: CH3-CH2-/-CH2-CH3 + 3O2 → 2CH3COOH + 2H2O.
Nagy jelentőséggel bír a metán és a vízgőz reakciója a szén-monoxid (II) és a hidrogén keverékének képződésével. t 800 0 C-on folyik: CH4+ H 2 O → 3H 2 + CO. Ez a reakció különböző szénhidrogének előállítását is lehetővé teszi.
3. Alkánok termikus átalakulása. Az alkánok felmelegítése levegő nélkül a magas t értékre a C-C kötés megszakadásához vezet. Ez a fajta reakció magában foglalja az olajfinomításhoz használt krakkolást és izomerizációt. Ezek a reakciók magukban foglalják a dehidrogénezést is, amely alkének, alkadiének és aromás szénhidrogének előállításához szükséges.
A repedés eredménye az alkánmolekulák szénvázának törése. Az alkánok krakkolásának általános képe t 450-700 0 C-on: C n H 2n+2 → C n-k H 2(n-k)+2 + C k H 2k.1000 0 C-ra melegítve a metán egyszerű anyagokra bomlik: CH 4 → C + 2 H 2 . Ezt a reakciót metán-pirolízisnek nevezik.Ha a metánt 1500 0 C-ra melegítjük, acetilén képződik: 2 CH 4 → C 2 H 2 + 3 H 2 .
Izomerizáció. Ha a krakkolás során alumínium-klorid katalizátort használnak, a normál láncú alkánok elágazó láncú alkánokká alakulnak:
Dehidrogénezés, azaz. A hidrogén hasadása katalizátorok jelenlétében és t 400-600 0 C-on megy végbe. Ennek eredményeként a C-H kötés felszakad, alkén képződik: CH 3 -CH 3 → CH 2 \u003d CH 2 + H 2 vagy alkadién: CH3-CH2-CH2-CH3 → CH2 \u003d CH-CH = CH 2 + 2H 2.
A ciklusokban négynél több szénatomot tartalmazó cikloalkánok kémiai tulajdonságai gyakorlatilag hasonlóak az alkánokéhoz. A ciklopropánt és a ciklobutánt azonban addíciós reakciók jellemzik. Ez a cikluson belüli nagy feszültségnek köszönhető, ami a ciklusok megszakadásának és kinyílásának vágyához vezet. Így a ciklopropán és a ciklobután könnyen ad brómot, hidrogént vagy hidrogén-kloridot. Például:
Az alkének kémiai tulajdonságai
1. Addíciós reakciók. Az alkének aktív vegyületek, mert molekuláikban a kettős kötés egy erős szigma kötésből és egy gyenge pi kötésből áll. Az alkének gyakran még hidegen, vizes oldatokban és szerves oldószerekben is addíciós reakcióba lépnek.
Hidrogénezés, azaz hidrogén hozzáadása lehetséges katalizátorok jelenlétében: CH 3 -CH \u003d CH 2 + H 2 → CH 3 - CH 2 -CH 3. Ugyanezeket a katalizátorokat használják az alkánok alkénekké történő dehidrogénezésére. De a dehidrogénezési folyamat magasabb t és alacsonyabb nyomáson megy végbe.
Halogénezés. Az alkének reakciói brómmal könnyen végbemennek vizes oldatban és szerves oldószerekben. Ennek eredményeként a bróm sárga oldatai elveszítik színüket, azaz elszíneződnek: CH 2 \u003d CH 2 + Br 2 → CH 2 Br - CH 2 Br.
Hidrohalogénezés. Hidrogén-halogenid molekula hozzáadása egy aszimmetrikus alkén molekulához két izomer keverékét eredményezi. Különleges feltételek hiányában a hozzáadás szelektíven történik, a V.V. szabálya szerint. Markovnyikov. Az addíciós minta a következő: a hidrogén a több hidrogénatomot tartalmazó szénatomhoz, a halogén pedig a kevesebb hidrogénatomot tartalmazó szénatomhoz kapcsolódik: CH 2 \u003d CH-CH 3 + HBr → CH 3 -CHBr-CH 3. 2-bróm-propán képződik.
Az alkének hidratálása alkoholok képződéséhez vezet. Mivel a víz hozzáadása az alkénmolekulához a Markovnikov-szabály szerint történik, a primer alkohol képződése csak az etilén hidratálásával lehetséges: CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O → CH 3 - CH 2 - OH.
A polimerizáció szabad gyökös mechanizmussal megy végbe: nCH 2 \u003d CH 2 → ( - CH 2 - CH 2 -) n. kialakított polietilén.
2. Oxidációs reakciók. Alkének Nak nek Mint minden más szénhidrogén, oxigénben égnek. Az alkének oxigénfeleslegben való elégetésének egyenlete a következő: C n H 2n+2 + O 2 → nCO 2 + (n+1)H 2 O. Szén-dioxid és víz keletkezett.
Az alkének meglehetősen könnyen oxidálhatók. Amikor alkénekre hat vizesoldat KMnO 4, elszíneződés lép fel.
Az alkének kálium-permanganáttal semleges vagy enyhén lúgos oldatban történő oxidációja diolokat képez: C 2 H 4 + 2KMnO 4 + 2H 2 O → CH 2 OH–CH 2 OH + 2 MnO 2 + 2KOH(hűtés).
Savas környezetben a kettős kötés teljesen felbomlik, majd a kettős kötést létrehozó szénatomok átalakulnak karboxilcsoportok: 5CH 3 CH=CHCH 2 CH 3 + 8 KMnO 4 + 12H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5C 2 H 5 COOH + 8 MnSO 4 + 4K2SO 4 + 17 H 2 O(fűtés).
Ha a kettős C=C kötés az alkénmolekula végén található, a szén-dioxid a kettős kötés szélső szénatomjának oxidációs termékeként működik. Ez a folyamat annak a ténynek köszönhető, hogy az oxidáció közbenső terméke, nevezetesen a hangyasav oxidálószer feleslegében egyszerűen oxidálódik: 5CH 3 CH=CH 2 + 10 KMnO 4 + 15H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5CO 2 + 10 MnSO 4 + 5K 2 SO 4 + 20 H 2 O(fűtés).
Alkinok kémiai tulajdonságai
Az alkinek telítetlen szénhidrogének, amelyek addíciós reakcióba lépnek.
Az alkinek halogénezése molekuláik hozzáadásához vezet egy és két halogénmolekulához is. Ez annak köszönhető, hogy az alkin molekulák hármas kötésében egy erős szigma kötés és két gyenge pi kötés található. Két halogénmolekula hozzáadása egy alkinmolekulához az elektrofil mechanizmus szerint szekvenciálisan, két lépésben megy végbe.
A hidrohalogénezés szintén elektrofil mechanizmussal és két lépésben megy végbe. Mindkét szakaszban a hidrogén-halogenid molekulák hozzáadása a Markovnikov-szabályt követi.
A hidratálás a higanysók részvételével történik savas környezetben, és Kucherov-reakciónak nevezik:
Az alkinok hidrogénezése (reakció hidrogénnel) két fázisban megy végbe. Katalizátorként olyan fémeket használnak, mint a platina, palládium és nikkel.
Alkinek, például acetilén trimerizálása. Ha ezt az anyagot nagy t-nál aktív szénen vezetjük át, különféle termékek keveréke képződik, amelyek közül a fő a benzol:
Az alkin dimerizáció katalizátorként rézsók jelenlétében megy végbe: HC≡CH + HC≡CH → H 2 C= CH - C ≡CH
Alkin oxidáció: С n H 2n-2 + (3n+1) / 2 O 2 → nCO 2 + (n+1) H 2 O.
- A molekula végén hármas C≡C-t tartalmazó alkinek kölcsönhatásba lépnek a bázisokkal. Például az acetilén és a nátrium-amid reakciója folyékony ammóniában: HC≡CH + NaNH 2 → NaC≡CNa + 2NH 3. Az ezüst-oxid ammóniás oldatával acetilenidok (oldhatatlan sószerű anyagok) képződnek. Ezt a reakciót akkor hajtjuk végre, ha terminális hármas kötéssel rendelkező alkinokat kell felismerni, vagy egy ilyen alkint el kell különíteni más alkinek keverékéből. Minden ezüst- és réz-acetilid robbanásveszélyes. Az acetilidok képesek reagálni halogénszármazékokkal. Ezt a lehetőséget bonyolultabb, hármas kötéssel rendelkező szerves vegyületek szintézisére használják: CH3-C≡CH + NaNH2 → CH3-C≡CNa + NH3; CH3-C≡CNa + CH3Br → CH3-C≡C-CH3 + NaBr.
A diének kémiai tulajdonságai
Az alkadiének kémiailag hasonlóak az alkénekhez. De van néhány funkció:
- Halogénezés. Az alkadiének hidrogénnel, halogénekkel és hidrogén-halogenidekkel 1,2-addíciós helyzetben képesek hozzáadni: CH 2 \u003d CH -CH \u003d CH 2 + Br 2 → CH 2 \u003d CH -CH Br- CH2Br
valamint 1,4-es mellékletek: CH 2 \u003d CH -CH \u003d CH 2 + Br 2 → Br CH 2 - CH =CH - CH2Br
- Polimerizáció: nCH 2 \u003d CH-CH = CH 2 t, Na→ (-CH2-CH=CH-CH2-) n . Így nyerik a szintetikus gumit.
Az aromás szénhidrogének (arének) kémiai tulajdonságai
Vissza előre
Figyelem! A dia előnézete csak tájékoztató jellegű, és nem feltétlenül képviseli a bemutató teljes terjedelmét. Ha érdekel ez a munka kérjük töltse le a teljes verziót.
Cél: bevezetni a telített szénhidrogének kémiai tulajdonságait, megtanítani egyenletírást kémiai reakciók, jelölje meg előfordulásuk körülményeit. Folytassa a világnézeti fogalmak kialakítását: a természet megismerhetőségéről, a telített szénhidrogének összetétele, szerkezete, tulajdonságai és felhasználása közötti ok-okozati összefüggésről.
Az óra típusa: új tananyag elsajátítása.
Az óra típusa: beszélgetés, előadás.
Az óra módszerei:
Tanítás - párbeszédes, demonstratív.
Oktatás - tájékoztató, tájékoztató, magyarázó.
Az óra felszerelése: számítógép, projektor, gyertya, gyufa.
1. Frissítés.
1. Milyen szerves anyagok tartoznak a szénhidrogének közé? (A szénhidrogének olyan szerves vegyületek, amelyek két elemből állnak: szénből és hidrogénből.)
2. Mi a neve a telített szénhidrogéneknek a nemzetközi nómenklatúra szerint? (Alkánok.)
3. Mi az alkánok általános képlete? (C n H 2n+2 .)
4. Írja fel a szénatomot tartalmazó alkánok képleteit: a) 16; b) 21; c) 23. (C16H34, C21H44, C23H48.)
5. Adja meg a telített szénhidrogénekre jellemző hibridizáció típusát. ( sp 3-G beltenyésztés.)
6. Nevezze meg az alkánokra jellemző kötési szöget és hosszt! (A szög 109°28" és a szén-szén kötés hossza 0,154 nm.)
2. Új anyag elsajátítása.
Normál körülmények között az alkánok kémiailag semlegesek. Ellenállnak számos reagens hatásának: nem lépnek kölcsönhatásba tömény kén- és salétromsavval, koncentrált és olvadt lúgokkal, nem oxidálják erős oxidálószerekkel - kálium-permanganát KMnO 4 stb.
Az alkánok kémiai stabilitása a nagy szilárdságnak köszönhető s-C-C és C-H kötések, valamint ezek nem polaritása. Nem poláris kötések Az alkánokban lévő C-C és C-H nem hajlamos iontörésre, de képesek homolitikusan hasadni az aktív szabad gyökök hatására. Ezért az alkánokat gyökös reakciók jellemzik, amelyek eredményeként olyan vegyületek képződnek, ahol a hidrogénatomokat más atomok vagy atomcsoportok helyettesítik.
Ezért az alkánok a gyökös szubsztitúció mechanizmusa szerint mennek végbe, amelyet az S R (angolul szubsztitúciós radikális) szimbólum jelöl. E mechanizmus szerint a hidrogénatomok legkönnyebben a tercier, majd a szekunder és primer szénatomokon cserélhetők ki.
2.1. Halogénezés.
Amikor az alkánok halogénekkel (klórral és brómmal) reagálnak UV-sugárzás vagy magas hőmérséklet hatására, egy- és többhalogén-szubsztituált alkánok keveréke képződik.
CH 4 + CL 2 ->CH 3 CL- klór-metán
CH 3 CL + CL 2 ->CH 2 CL 2 - diklór-metán
CH 2 CL 2 + CL 2 -> CHCL 3 - triklór-metán
CHCL 3 + CL 2 -> CCL 4 -tetroklór-metán
2.2. Nitrálás.
Annak ellenére, hogy normál körülmények között az alkánok nem lépnek kölcsönhatásba tömény salétromsavval, ha nyomás alatt 140 ° C-ra melegítik őket híg (10%) salétromsavval, nitrálási reakció megy végbe - a hidrogénatom nitroval helyettesítődik. csoport (M.I. Konovalov reakciója). A nitrálási reakcióba minden alkán belép, de a nitrovegyületek reakciósebessége és hozama alacsony. A legjobb eredményeket a tercier szénatomot tartalmazó alkánok esetében figyeljük meg.
CH 3 -CH 3 + HNO 3 -> CH 3 -CH 2 -NO 2 + H 2 O.
2.3. Izomerizáció.
A katalizátorok hatására hevítéskor a normál szerkezetű szénhidrogének izomerizálódnak - a szénváz átrendeződése elágazó láncú alkánok képződésével.
2.4. Termikus bomlás.
CH4->C+2H2
C2H2 ->2C +H2
Reccsenés- magas hőmérsékleten katalizátor jelenlétében a telített szénhidrogének felhasadnak, amit krakkolásnak neveznek. A krakkolás során a szén-szén kötések homolitikus felszakadása következik be, rövidebb láncú telített és telítetlen szénhidrogének képződésével.
C 8 H 18 -> C 4 H 10 + C 4 H 8
Ezek a reakciók nagy ipari jelentőséggel bírnak. Ily módon a magas forráspontú olajfrakciók (fűtőolaj) benzinné, kerozinná és más értékes termékekké alakulnak.
A folyamat hőmérsékletének emelkedése a szénhidrogének mélyebb bomlásához, és különösen dehidrogénezéshez, azaz dehidrogénezéshez vezet. a hidrogén eltávolítására. Így a metán 1500 °C-on acetilénhez vezet.
2CH4 -> C2H2 + 3H2
2.5. Oxidáció.
Normál körülmények között az alkánok ellenállnak az oxigén és az oxidálószerek hatásának. Levegőben meggyújtva az alkánok égnek, szén-dioxiddá és vízzé alakulnak, és nagy mennyiségű hőt bocsátanak ki.
CH 4 + 2O 2 -> CO 2 + 2H 2 O
C 5 H 12 + 8O 2 -> 5CO 2 + 6H 2 O
C n H 2n +2+ (Zn + 1) / 2O 2 \u003d nCO 2 + (n + 1) H 2 O.
(Gyertyaégetés bemutatója)
3. Jelentkezés ( önálló munkavégzés tankönyvi szöveggel ).
Az első az alkánok sorozatában - metán- a természetes és kapcsolódó gázok fő alkotóeleme, és széles körben használják ipari és háztartási gázként. Az iparban acetilén, korom, fluor és klór származékokká dolgozzák fel.
A homológ sorozat alsó tagjait a megfelelő telítetlen vegyületek előállítására használják dehidrogénezési reakcióval. Háztartási tüzelőanyagként propán és bután keverékét használják.
A homológ sorozat középső tagjai oldószerként és motor-üzemanyagként használatosak. A magasabb alkánokat magasabb mennyiség előállítására használják zsírsavak, szintetikus zsírok, kenőolajok stb.
4. Házi feladat: 11. bekezdés, pl. 4, 5.
Alkánok
szénhidrogének korlátozása - alkánok- szubsztitúciós reakciókba és addíciós reakciókba nem lép. Míg szinte minden telítetlen vegyületre, pl. kettős és hármas kötést tartalmazó anyagok esetében ez a reakciótípus a legjellemzőbb.
1. Szubsztitúciós reakciók
A) Halogénezés:
Ahol hv a könnyű klór-metán kvantumának képlete
Megfelelő mennyiségű klórral a reakció tovább folytatódik, és két, három és négy hidrogénatomos szubsztitúciós termékek keverékének kialakulásához vezet:
Az alkánok halogénezési reakciója a gyöklánc-mechanizmus szerint megy végbe, pl. mint a szabad gyökrészecskéket tartalmazó, egymást követő átalakulások láncolata.
Tekintsük a gyökös szubsztitúció mechanizmusát a metán-monoklórozás példáján:
1. szakasz - a lánc eredete- szabad gyökök megjelenése a reakciózónában. A fényenergia hatására a Cl:Cl molekulában lévő kötés homolitikusan két klóratomra bomlik, párosítatlan elektronokkal (szabad gyökök):
2. szakasz - lánc növekedés (fejlődés). A szabad gyökök a molekulákkal kölcsönhatásba lépve új gyököket hoznak létre, és átalakulások láncát alakítják ki:
3. szakasz - nyitott áramkör. Az egymással összekapcsolódó gyökök molekulákat alkotnak, és megszakítják az átalakulások láncát:
Amikor egy alkánt szekunder vagy tercier szénatomokkal klórozunk vagy brómozunk, a legegyszerűbb módja a hidrogén helyettesítése a tercier atomnál, nehezebb a szekunder, és még nehezebb a primer atomnál. Ez azzal magyarázható, hogy a harmadlagos és szekunder szénhidrogéngyökök nagyobb stabilitást mutatnak az elsődlegesekhez képest a párosítatlan elektron delokalizációja miatt. Ezért például a propán klórozása során a fő reakciótermék a 2-klór-propán:
b) Alkánok nitrálása (Konovalov-reakció)
Az alkánokat a híg salétromsav befolyásolja melegítés (140-150 °C) és nyomás hatására. Ennek eredményeként a hidrogénatom helyébe egy maradék kerül salétromsav- NO 2 nitrocsoport. Ezt a reakciót nitrálási reakciónak, a reakciótermékeket pedig nitrovegyületeknek nevezzük.
Reakciós séma:
2. Oxidációs reakciók
a) minden alkán leég, és keletkezik szén-dioxidés víz:
b) az alkánok részleges oxidációja viszonylag alacsony hőmérsékleten és katalizátorok alkalmazásával a C-C és C-H kötések csak egy részének felszakadásával jár:
Az oxidációs reakciók eredményeként az alkán szerkezetétől függően más anyagok is nyerhetők: ketonok, aldehidek, alkoholok.
3. Izomerizációs reakciók(AlCl 3 katalizátorral):
4. Bomlási reakciók:
Cikloalkánok
A cikloalkánok kémiai tulajdonságai nagymértékben függenek a körforgásban lévő szénatomok számától. Három- és négytagú ciklusok ( kis ciklusok), mivel telítettek, mégis élesen különböznek az összes többi telített szénhidrogéntől. A ciklopropánban és a ciklobutánban a kötési szögek sokkal kisebbek, mint az sp 3 -hibridizált szénatomra jellemző 109°28"-os normál tetraéderszög. Ez az ilyen ciklusok nagy feszültségéhez és a reagensek hatására kinyílási hajlamához vezet. Ezért a ciklopropán, ciklobután és származékaik belépnek addíciós reakciók, amely a telítetlen vegyületek jellegét mutatja. Az addíciós reakciók egyszerűsége csökken a sorozat ciklusintenzitásának csökkenésével:
ciklopropán > ciklobután >> ciklopentán.
A legstabilabbak a 6 tagú ciklusok, amelyekben nincs szög- és egyéb feszültség.
Kis ciklusok(С 3 -С 4) meglehetősen könnyen belépnek a hidrogénezési reakciókba:
A ciklopropán és származékai halogéneket és hidrogén-halogenideket adnak hozzá:
A cikloalkánokra (C 5 és magasabb) nagyobb stabilitásuk miatt olyan reakciók jellemzőek, amelyekben a ciklikus szerkezet megmarad, pl. helyettesítési reakciók.
Klórozás a ciklohexán láncmechanizmust követ (hasonlóan az alkánok szubsztitúciójához):
Ezek a vegyületek, az alkánokhoz hasonlóan, dehidrogénezési reakciókba is belépnek katalizátor jelenlétében stb.
Dehidrogénezés ciklohexán és alkilszármazékai:
Alkének
Az alkének telítetlen szénhidrogének. Molekuláik egy kettős kötést (σ-kötés és π-kötés) tartalmaznak. Az addíciós reakciók a gyengébb π-kötés felszakadásával mennek végbe.
Az alkének különféle addíciós reakciókon mennek keresztül. A hidrogénmolekulák reagensként működhetnek ( hidrogénezési reakció), halogének ( halogénezési reakció), hidrogén-halogenidek ( hidrohalogénezési reakció), víz ( hidratációs reakció). A π-kötés felszakadása miatt a polimerizációs reakció is lezajlik. BAN BEN Általános nézet ezeknek a folyamatoknak a sémája a következőképpen írható fel.
Tekintsük az ásványi savak jelenlétében fellépő hidratációs reakció mechanizmusát az elektrofil addíció 1. mechanizmusa szerint:
Aszimmetrikus alkének és hidrogén-halogenidek vagy víz molekuláival való kölcsönhatásban a V.V. Markovnikov: hidrogénatom hozzáadása egy aszimmetrikus alkénmolekulához túlnyomórészt egy hidrogénezettebb szénatomhoz történik (már kapcsolódik egy nagy szám hidrogénatomok).
Az addíciós reakció egy változata polimerizációs reakció, melynek során egy kis molekulatömegű anyag (monomer) molekuláinak egymás utáni hozzáadásával nagy molekulatömegű vegyület (polimer) keletkezik a séma szerint:
Az (M n) polimer képletben szereplő n számot nevezzük polimerizációs fok. Az alkének polimerizációs reakciói több kötés hozzáadásának köszönhetőek:
Az alkének oxidációs reakciókba lépnek, például a kálium-permanganáttal.
Semleges és savas környezetben a reakciók eltérően mennek végbe.
Alkadiének (diének)
Az alkadiének (diének) tulajdonságai hasonlóak az alkének tulajdonságaihoz. Tulajdonságaikban a fő különbség abból adódik, hogy a molekulákban két kettős kötés található, ill fontos szerep pontosan lejátssza a helyét. A legérdekesebbek a konjugált alkadiének (azaz amelyek rendelkeznek konjugált kettős kötések (egy σ-kötés választja el). Különböznek jellemző tulajdonságok következtében elektronikus szerkezet molekulák, nevezetesen négy sp 2 szénatom folytonos szekvenciája, például butadién-1,3: CH 2 \u003d CH - CH \u003d CH 2
Tekintsük a diének kémiai tulajdonságait.
1. hidrogénezés
A butadién-1,3 hidrogénezése butén-2-t eredményez, azaz. 1,4 hozzáadása történik. Ebben az esetben a kettős kötések felszakadnak, a hidrogénatomok a szélső C 1 és C 4 szénatomokhoz kapcsolódnak, és a szabad vegyértékek kettős kötést képeznek a C 2 és C 3 atomok között:
Ni katalizátor jelenlétében teljes hidrogénezési terméket kapunk:
2. Halogénezés- a hidrogénezési reakcióhoz hasonlóan megy végbe. Előnyösen a halogénatomok az első és a negyedik szénatomhoz kapcsolódnak (1,4 addíció):
Mellékfolyamatként 1,2-addíció történik:
Feleslegben lévő klórral a megmaradt kettős kötés helyére még egy molekulát adunk, így 1,2,3,4-tetraklór-bután keletkezik.
Halogének, hidrogén-halogenidek, víz és más poláris reagensek hozzáadása elektrofil mechanizmussal történik (mint az alkéneknél).
Az addíciós reakciók magukban foglalják a reakciókat polimerizáció a diénekre jellemző. Ez az eljárás elengedhetetlen a szintetikus gumik gyártásában.
Az 1,3-diének polimerizációja történhet 1,4-addíciós típussal vagy vegyes 1,2- és 1,4-addíciós típussal. Az adagolás iránya a reakciókörülményektől függ.
Az első szintetikus gumi, amelyet S.V. Lebedev a divinil fémes nátrium hatására történő polimerizációja során szabálytalan polimer volt, kevert típusú 1,2- és 1,4-addíciós egységekkel:
Alkinok
Az alkinek, valamint az alkének és diének reakcióinak fő típusa az addíciós reakció.
1. hidrogénezés
Fémkatalizátorok (Pt, Ni) jelenlétében az alkinok hidrogént adnak hozzá (az első π-kötés felszakad), így alkének jönnek létre, majd a második π-kötés megszakad, és alkánok keletkeznek:
Más (kevésbé aktív katalizátorok) alkalmazása esetén a hidrogénezés leáll az alkénképződés szakaszában.
2. Halogénezés
A halogének elektrofil addíciója az alkinekhez lassabban megy végbe, mint az alkének (az első π-kötést nehezebb feltörni, mint a másodikat):
Az alkinek színtelenítik a brómos vizet (kvalitatív reakció).
3. Hidrohalogénezés
A hidrogén-halogenidek aminokhoz való hozzáadása szintén elektrofil mechanizmussal megy végbe. Az aszimmetrikus alkinek addíciós termékeit a V.V. szabálya határozza meg. Markovnikov:
Az acetilén hidroklórozását a vinil-klorid előállításának egyik ipari módszerében alkalmazzák:
A vinil-klorid a kiindulási anyag (monomer) a polivinil-klorid (PVC) előállításánál.
4. Hidratálás (Kucserov-reakció)
A víz alkinokhoz való hozzáadása higany(II)-só katalizátor jelenlétében történik, és instabil telítetlen alkohol képződik, amely acetaldehiddé izomerizálódik (acetilén esetében):
vagy egy ketonhoz (más alkinek esetében):
5. Polimerizáció
a) Dimerizáció CuCl vizes ammónia oldatának hatására:
b) Az acetilén aktív szén feletti trimerizálása benzol képződéséhez vezet (Zelinsky-reakció):
6. Az acetilén savas tulajdonságai
Az acetilén és háromvégű homológjai R-C csatlakozás A ≡ С-Н (alkinok-1) a C(sp)-Н kötés polaritása miatt gyenge savas tulajdonságokat mutatnak: a hidrogénatomok fématomokkal helyettesíthetők. Ennek eredményeként sók képződnek acetilenidok:
A lúgos acetilidek és alkáliföldfémek acetilén homológjainak előállítására használják.
Amikor az acetilén (vagy R-C ≡ C-H) kölcsönhatásba lép a ammónia oldatok ezüst-oxid vagy réz(I)-klorid oldhatatlan acetilideket csap ki:
7. Alkinok oxidációja
Az acetilén és homológjai könnyen oxidálhatók különféle oxidálószerek hatására (kálium-permanganát savban, ill. lúgos környezet, kálium-dikromát savas közegben stb.). Az oxidációs termékek szerkezete az oxidálószer jellegétől és a reakciókörülményektől függ.
Például, amikor az acetilént lúgos közegben oxidálják, oxalát képződik:
Nál nél kemény Az oxidáció (hevítés, koncentrált oldatok, savas környezet) a hármas kötés mentén felhasítja az alkin molekula szénvázát, és karbonsavak keletkeznek:
Az alkinek elszínezik a híg kálium-permanganát oldatot, amelyet a telítetlenségük bizonyítására használnak. Ilyen feltételek mellett ott puha oxidáció a σ-kötés С-С megszakítása nélkül (csak a π-kötések tönkremennek). Például, ha az acetilén szobahőmérsékleten kölcsönhatásba lép KMnO 4 híg oldatával, a következő átalakulások lehetségesek HOOC-COOH oxálsav képződésével:
Amikor az alkinek elégetik, azok teljes oxidáció CO 2 és H 2 O. Az acetilén égése nagy mennyiségű hő felszabadulásával jár:
A telítetlen szénhidrogénekre adott minőségi reakció a brómos víz és a kálium-permanganát oldat színtelenítése (lásd a 4. szakaszt).
A telített szénhidrogének molekuláiban csak alacsony polaritású és gyengén polarizáló kötések találhatók, amelyeket nagy szilárdság jellemez, ezért normál körülmények között olyan anyagok, amelyek kémiailag enyhén aktívak a poláris reagensekkel szemben: nem lépnek kölcsönhatásba tömény savak, egész számok, alkálifémek, oxidálószerek. Ez volt az oka a nevüknek - paraffinok. A parumaffinus latinul rokontalan. Kémiai átalakulásaik főleg magas hőmérsékleten és UV-sugárzás hatására mennek végbe.
A telített szénhidrogének reakcióinak három fő típusa van: szubsztitúció, oxidáció és elimináció. Ezek a reakciók vagy a C-C kötés (energia 83,6 kcal) vagy a C-H kötés felszakításával (energia 98,8 kcal/mol) mehet végbe. A reakciók gyakran a C-H kötés megszakadásával járnak, tk. jobban hozzáférhető a reagens hatására, bár a C-C kötésnek kevesebb energiára van szüksége a hasításhoz. Az ilyen reakciók eredményeként nagyon aktív vegyületek képződnek közbensően - alifás szénhidrogén gyökök.
Alifás gyökök előállítása és tulajdonságai
1. A szabad gyökök képződése a C-C vagy C-H kötések homolitikus hasítása során 300-700 °C hőmérsékleten vagy szabad gyökös reagensek hatására megy végbe.
2. A szabad gyökök élettartama (rezisztencia) az elsődlegestől a másodlagos és harmadlagos gyökökig növekszik:
b) Kölcsönhatás telítetlen vegyületekkel: az addíció új gyök képződésével is fellép:
CH3. + CH 2 = CH 2 CH 3 - CH 2 - CH 2.
c) -bomlás - a hosszú szénláncú gyökök lebomlanak rés C-C-helyzetben kötődik a szénhez egy páratlan elektronnal.
CH3-CH2: CH2-CH2. CH3-CH2. + CH 2 \u003d CH 2
d) Aránytalanítás - a -bomlással összefüggő hidrogén újraeloszlása szerint S-N csatlakozás:
| + CH3-CH2. | + CH3-CH3 |
e) Rekombináció - a szabad gyökök kombinációja egymással
CH 3. + CH 3 . CH3-CH3
A szabad gyökök viselkedésének sajátosságait ismerve könnyebben megérthetjük a telített szénhidrogének specifikus reakcióinak alaptörvényeit.
Gépelek. helyettesítési reakció
1. Halogénezési reakciók. A legerősebb reagens a fluor. A közvetlen fluorozás robbanást eredményez. A reakciók klórozás. Klórmolekulák hatására a fényben már szobahőmérsékleten is továbbhaladhatnak. A reakció a szabad gyökös láncmechanizmus szerint megy végbe, és a következő fő szakaszokból áll:
a) az első lassú szakasz - lánckezdés:
Cl:ClCl. +Cl.
R: H+. Cl HCl + R.
b) láncfejlesztés - reakciótermékek képződése a láncfolyamatot folytató szabad gyökök egyidejű képződésével:
R. + Cl: Cl RCl + Cl.
R:H+Cl. HCl+R.
c) nyitott áramkör:
Mivel a CI. a reagens aktív, megtámadhatja a már kapott klórszármazék molekuláját, ennek eredményeként mono- és polihalogénezett vegyületek keveréke képződik. Például:
CH 4 + Cl 2 HCl + CH 3 Cl CH 2 Cl 2 CHCl 3 CCl 4
metil-klorid –HCl -HCl -HCl
metilén-klorid kloroform négy-
szén-klorid
Brómozási reakció sokkal nehezebben megy, mert a bróm kevésbé aktív, mint a klór, és főleg stabilabb tercier vagy szekunder gyökök képződésével reagál. Ebben az esetben a második brómatom általában az elsővel szomszédos helyzetbe kerül, főleg a szekunder szénatomnál.
jódozási reakciók gyakorlatilag nem szivárog, mert A HI redukálja a keletkező alkil-jodidokat.
2. Nitrálás- a H atom NO 2 csoporttal történő helyettesítése salétromsav hatására. Híg salétromsav (12%) hatására magas, 150 ° C-os nyomáson (Konovalov-reakció) történik. Az izostruktúrájú paraffinok könnyebben reagálnak, tk. a helyettesítés könnyebben megy végbe a tercier szénatomon:
A nitrálási reakció mechanizmusa a szabad gyökök közbenső képződésével függ össze. Az iniciációt egy részben lezajló oxidációs folyamat segíti elő:
RH + HONO 2 ROH + HONO
salétromsav
HONO + HONO 2 HOH + 2 . NEM 2
| + . NEM 2 |
CH3-C-CH3+. NO 2 CH 3 -C-CH 3 + HNO 2
CH3-C-CH3+. NO2CH3-C-CH3
azok. radikális reakció a szénhidrogének nitrálása nem rendelkezik láncjelleggel.
II típusú. Oxidációs reakciók
Normál körülmények között a paraffinok nem oxidálódnak sem oxigén, sem erős oxidálószerek (KMnO 4, HNO 3, K 2 Cr 2 O 7 stb.) hatására.
Ha nyílt lángot vezetünk be szénhidrogén és levegő keverékébe, a szénhidrogén teljes oxidációja (égése) CO 2 -vé és H 2 O-vá történik Telített szénhidrogének hevítése levegővel vagy oxigénnel keverékben katalizátorok jelenlétében az oxidációhoz. A MnO 2 és mások 300 ° C hőmérsékletre oxidációjához vezetnek peroxidvegyületek képződésével. A reakció lánc-szabadgyök-mechanizmussal megy végbe.
És: R: H R . +H. áramkör indítása
R:R. + O: :O: R-O-O .
R-O-O. + R: H R-O-O-H + R.
alkán-hidroperoxid
O:R-O-O. +R. R-O-O-R szakadt áramkör
alkán-peroxid
A harmadlagos egységek a legkönnyebben oxidálódnak, a másodlagosak nehezebbek, az elsődlegesek pedig még nehezebbek. A keletkező hidroperoxidok lebomlanak.
Elsődleges hidroperoxidok lebomlásuk során aldehideket vagy primer alkoholt képeznek, például:
CH3-C-C-O: O-H CH3-C-O. + . OH CH 3 -C \u003d O + H 2 O
etán-hidroperoxid acetaldehid
CH3-CH3
oldal
CH3-CH2OH + CH3-CH2.
Másodlagos hidroperoxidok bomláskor ketonokat vagy szekunder alkoholokat képeznek, például:
CH3-C-O:OH CH3-C-O. + . OH H 2 O + CH 3 -C \u003d O
CH 3 CH 3 CH 3
propán-hidroperoxid
CH3-CH2-CH3
oldal
CH3-CH-OH + CH3-. CH-CH 3
izopropil-alkohol
Tercier hidroperoxidok ketonokat, valamint primer és tercier alkoholokat képeznek, például:
CH 3 CH 3 CH 3
CH3-C-CH3CH3-C: CH3+. OH CH 3 OH + CH 3 -C \u003d O
izobután-hidroperoxid
CH3-CH-CH3
oldal
izobután
CH3-C-CH3 + CH3-C-CH3
terc-butil-alkohol
Bármely hidroperoxid is lebomolhat atomi oxigén felszabadulásával: CH 3 -CH 2 -O-O-H CH 3 CH 2 -OH + [O],
ami további oxidációhoz megy:
CH3-C + [O]CH3-C-OH
Ezért az alkoholokon, aldehideken és ketonokon kívül karbonsavak is keletkeznek.
A reakciókörülmények megválasztásával bármely termék előállítható. Például: 2 CH 4 + O 2 2 CH 3 OH.
