Alkanlar barcha formulalar. Alkanlarning tuzilish izomeriyasi. Muammoni hal qilishga misollar
Asiklik uglevodorodlar alkanlar deyiladi. Hammasi bo'lib 390 ta alkan mavjud. Nonacontatrictan (C 390 H 782) eng uzun tuzilishga ega. Galogenlar uglerod atomlariga qo‘shilib, haloalkanlarni hosil qilishi mumkin.
Tuzilishi va nomenklaturasi
Ta'rifga ko'ra, alkanlar chiziqli yoki tarmoqlangan tuzilishga ega bo'lgan to'yingan yoki to'yingan uglevodorodlardir. Parafinlar ham deyiladi. Alkanlar faqat bittadan iborat kovalent aloqalar uglerod atomlari orasida. Umumiy formula -
Moddani nomlash uchun siz qoidalarga amal qilishingiz kerak. Xalqaro nomenklaturaga ko‘ra nomlar -an qo‘shimchasi yordamida yasaladi. Dastlabki to'rtta alkanning nomlari tarixan rivojlangan. Beshinchi vakildan boshlab, nomlar uglerod atomlari sonini bildiruvchi prefiks va -an qo'shimchasidan iborat. Masalan, okta (sakkiz) oktan hosil qiladi.
Tarmoqlangan zanjirlar uchun nomlar qo'shiladi:
- radikallar atrofida joylashgan uglerod atomlari sonini ko'rsatadigan raqamlardan;
- radikallar nomidan;
- asosiy zanjir nomidan.
Misol: 4-metilpropan - propan zanjiridagi to'rtinchi uglerod atomi radikalga (metil) ega.
Guruch. 1. Alkanlarning nomlari bilan tuzilish formulalari.
Har o'ninchi alkan keyingi to'qqizta alkanni nomlaydi. Dekandan keyin undekan, dodekan va boshqalar keladi; eykosandan keyin, geneikosan, dokosan, trikosan va boshqalar.
gomologik qator
Birinchi vakil metandir, shuning uchun alkanlar metanning gomologik qatori ham deyiladi. Alkanlar jadvalida dastlabki 20 ta vakil ko'rsatilgan.
|
Ism |
Formula |
Ism |
Formula |
|
Tridekan |
|||
|
Tetradekan |
|||
|
Pentadekan |
|||
|
Heksadekan |
|||
|
Geptadekan |
|||
|
Oktadekan |
|||
|
Nanadekan |
|||
Butandan boshlab, barcha alkanlar strukturaviy izomerlarga ega. Ismga iso- prefiksi qo'shiladi: izobutan, izopentan, izoheksan.
Guruch. 2. Izomerlarga misollar.
Jismoniy xususiyatlar
Gomologlar ro'yxatida moddalarning agregat holati yuqoridan pastga qarab o'zgaradi. Qanchalik ko'p uglerod atomlari mavjud bo'lsa va shunga mos ravishda birikmalarning molekulyar og'irligi qanchalik katta bo'lsa, qaynash nuqtasi shunchalik yuqori bo'ladi va modda shunchalik qattiqroq bo'ladi.
15 dan ortiq uglerod atomini o'z ichiga olgan qolgan moddalar qattiq holatda.
Gazsimon alkanlar ko'k yoki rangsiz alanga bilan yonadi.
Kvitansiya
Alkanlar, uglevodorodlarning boshqa sinflari singari, neft, gaz va ko'mirdan olinadi. Buning uchun laboratoriya va sanoat usullari qo'llaniladi:
- qattiq yoqilg'ini gazlashtirish:
C + 2H 2 → CH 4;
- uglerod oksidi (II) gidrogenatsiyasi:
CO + 3H 2 → CH 4 + H 2 O;
- alyuminiy karbid gidrolizi:
Al 4 C 3 + 12H 2 O → 4Al (OH) 3 + 3CH 4;
- alyuminiy karbidning kuchli kislotalar bilan reaksiyasi:
Al 4 C 3 + H 2 Cl → CH 4 + AlCl 3;
- haloalkanlarning qaytarilishi (almashtirish reaktsiyasi):
2CH 3 Cl + 2Na → CH 3 -CH 3 + 2NaCl;
- haloalkanlarning gidrogenatsiyasi:
CH 3 Cl + H 2 → CH 4 + HCl;
- sirka kislota tuzlarining ishqorlar bilan birlashishi (Dyumas reaktsiyasi):
CH 3 COONa + NaOH → Na 2 CO 3 + CH 4.
Alkanlarni alken va alkinlarni katalizator - platina, nikel, palladiy ishtirokida gidrogenlash orqali olish mumkin.
Kimyoviy xossalari
Alkanlar noorganik moddalar bilan reaksiyaga kirishadi:
- yonish:
CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O;
- galogenlash:
CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl;
- nitrlash (Konovalov reaktsiyasi):
CH 4 + HNO 3 → CH 3 NO 2 + H 2 O;
- ulanish:
Kimyoviy birikmalarning birinchi turlaridan biri o'rganilgan maktab o'quv dasturi organik kimyoga ko'ra, alkanlardir. Ular to'yingan (aks holda - alifatik) uglevodorodlar guruhiga kiradi. Ularning molekulalarida faqat bitta aloqa mavjud. Uglerod atomlari sp³ gibridlanish bilan tavsiflanadi.
Gomologlar deyiladi kimyoviy moddalar kimda bor umumiy xususiyatlar va kimyoviy tuzilishi, lekin bir yoki bir nechta CH2 guruhlari bilan farqlanadi.
Metan CH4 bo'lsa, alkanlarning umumiy formulasini keltirish mumkin: CnH (2n+2), bu erda n - birikmadagi uglerod atomlari soni.
Mana alkanlar jadvali, unda n 1 dan 10 gacha.
Alkanlarning izomeriyasi
Izomerlar molekulyar formulalari bir xil, ammo tuzilishi yoki tuzilishi boshqacha bo'lgan moddalardir.
Alkanlar sinfi 2 xil izomeriya bilan tavsiflanadi: uglerod skeleti va optik izomeriya.
Butan C4H10 uchun strukturaviy izomerga (ya'ni, faqat uglerod skeletining tuzilishida farq qiluvchi modda) misol keltiramiz.
Optik izomerlar molekulalari o'xshash tuzilishga ega, ammo kosmosda birlasha olmaydigan bunday 2 modda deb ataladi. Optik yoki oyna izomeriyasi hodisasi geptan C7H16 dan boshlab alkanlarda uchraydi.
Alkanga to'g'ri nom berish uchun, IUPAC nomenklaturasidan foydalaning. Buning uchun quyidagi harakatlar ketma-ketligidan foydalaning:
Yuqoridagi rejaga ko'ra, keling, keyingi alkanga nom berishga harakat qilaylik.
Oddiy sharoitlarda CH4 dan C4H10 gacha bo'lgan tarvaqaylab ketgan alkanlar gazsimon moddalardir, C5H12 dan C13H28 gacha ular suyuq va o'ziga xos hidga ega, keyingilari qattiqdir. Ma'lum bo'ladiki uglerod zanjirining uzunligi ortishi bilan qaynash va erish nuqtalari ortadi. Alkanning strukturasi qanchalik shoxlangan bo'lsa, uning qaynash va erish harorati shunchalik past bo'ladi.
Gazsimon alkanlar rangsizdir. Shuningdek, ushbu sinfning barcha vakillarini suvda eritib bo'lmaydi.
bor alkanlar agregatsiya holati gaz, kuyishi mumkin, olov esa rangsiz yoki och ko'k rangga ega bo'ladi.
Kimyoviy xossalari
Oddiy sharoitlarda alkanlar ancha faol emas. Bu ular orasidagi s-bog'larning mustahkamligi bilan izohlanadi atomlari C-C va C-H. Shuning uchun, o'tkazish uchun maxsus sharoitlarni (masalan, juda yuqori harorat yoki yorug'lik) ta'minlash kerak kimyoviy reaksiya mumkin bo‘ldi.
Almashtirish reaksiyalari
Ushbu turdagi reaktsiyalar galogenlash va nitratsiyani o'z ichiga oladi. Galogenlanish (Cl2 yoki Br2 bilan reaksiya) qizdirilganda yoki yorug'lik ta'sirida sodir bo'ladi. Ketma-ket davom etayotgan reaksiya jarayonida galloalkanlar hosil bo'ladi.
Masalan, etanni xlorlash reaksiyasini yozishingiz mumkin.
Bromlash xuddi shunday tarzda davom etadi.
Nitrlash HNO3 ning kuchsiz (10%) eritmasi yoki azot oksidi (IV) NO2 bilan reaksiyaga kirishadi. Reaksiyalarni o'tkazish shartlari - harorat 140 ° C va bosim.
C3H8 + HNO3 = C3H7NO2 + H2O.
Natijada ikkita mahsulot - suv va aminokislota hosil bo'ladi.
Parchalanish reaksiyalari
Parchalanish reaksiyalari har doim yuqori haroratni talab qiladi. Bu uglerod va vodorod atomlari orasidagi aloqalarni uzish uchun kerak.
Shunday qilib, yorilish paytida 700 dan 1000 ° C gacha bo'lgan harorat talab qilinadi. Reaksiya jarayonida -C-C- bog'lari buziladi, yangi alkan va alken hosil bo'ladi:
C8H18 = C4H10 + C4H8
Istisno - metan va etanning yorilishi. Bu reaksiyalar natijasida vodorod ajralib, alkin asetilen hosil bo'ladi. Majburiy shart - 1500 ° C gacha isitish.
C2H4 = C2H2 + H2
Agar harorat 1000 ° C dan oshsa, siz birikmadagi bog'lanishlarning to'liq yorilishi bilan pirolizga erishishingiz mumkin:
Propilning pirolizi jarayonida uglerod C olindi va vodorod H2 ham ajralib chiqdi.
Dehidrogenlanish reaksiyalari
Dehidrogenlanish (vodorodni yo'q qilish) turli alkanlar uchun turlicha sodir bo'ladi. Reaktsiya shartlari 400 dan 600 ° C gacha bo'lgan harorat, shuningdek, nikel yoki platina bo'lishi mumkin bo'lgan katalizatorning mavjudligi.
Uglerod skeletida 2 yoki 3 C atomli birikmadan alken hosil bo'ladi:
C2H6 = C2H4 + H2.
Agar molekula zanjirida 4-5 ta uglerod atomi bo'lsa, dehidrogenlashdan keyin alkadien va vodorod olinadi.
C5H12 = C4H8 + 2H2.
Geksandan boshlab, reaksiya jarayonida benzol yoki uning hosilalari hosil bo'ladi.
C6H14 = C6H6 + 4H2
Metan uchun 800 °C haroratda va nikel ishtirokida o'tkazilgan konversiya reaktsiyasini ham eslatib o'tishimiz kerak:
CH4 + H2O = CO + 3H2
Boshqa alkanlar uchun konversiya xarakterli emas.
Oksidlanish va yonish
Agar 200 ° C dan yuqori bo'lmagan haroratgacha qizdirilgan alkan katalizator ishtirokida kislorod bilan o'zaro ta'sir qilsa, olingan mahsulotlar boshqa reaktsiya sharoitlariga qarab farqlanadi: bu aldegidlar, karboksilik kislotalar, spirtlar sinflarining vakillari bo'lishi mumkin. yoki ketonlar.
Qachon to'liq oksidlanish alkan yonib yakuniy mahsulotlarga - suv va CO2:
C9H20 + 14O2 = 9CO2 + 10H2O
Agar oksidlanish jarayonida kislorod miqdori etarli bo'lmasa, uning o'rniga yakuniy mahsulot karbonat angidrid ko'mir yoki CO bo'ladi.
Izomerlanishni amalga oshirish
Taxminan 100-200 daraja harorat ta'minlansa, tarmoqlanmagan alkanlar uchun qayta tartibga solish reaktsiyasi mumkin bo'ladi. Izomerlanishning ikkinchi majburiy sharti AlCl3 katalizatorining mavjudligi. Bunda moddaning molekulalarining tuzilishi o'zgaradi va uning izomeri hosil bo'ladi.
Muhim alkanlarning ulushi ularni tabiiy xomashyodan ajratib olinadi. Ko'pincha tabiiy gaz qayta ishlanadi, uning asosiy komponenti metan yoki neft yorilish va rektifikatsiyaga uchraydi.
Alkenlarning kimyoviy xossalari haqida ham eslash kerak. 10-sinfda kimyo darslarida o‘rganilgan birinchi laboratoriya usullaridan biri to‘yinmagan uglevodorodlarni gidrogenlashdir.
C3H6 + H2 = C3H8
Masalan, propilenga vodorod qo'shilishi natijasida bitta mahsulot - propan olinadi.
Vurts reaktsiyasidan foydalanib, alkanlar monogaloalkanlardan olinadi, ularning strukturaviy zanjirida uglerod atomlari soni ikki baravar ko'payadi:
2CH4H9Br + 2Na = C8H18 + 2NaBr.
Olishning yana bir usuli - qizdirilganda karboksilik kislota tuzining ishqor bilan o'zaro ta'siri:
C2H5COONa + NaOH = Na2CO3 + C2H6.
Bundan tashqari, metan ba'zan elektr yoyida (C + 2H2 = CH4) yoki alyuminiy karbidning suv bilan reaksiyaga kirishishi natijasida hosil bo'ladi:
Al4C3 + 12H2O = 3CH4 + 4Al(OH)3.
Alkanlar sanoatda arzon yoqilg'i sifatida keng qo'llaniladi. Va ular boshqalarni sintez qilish uchun xom ashyo sifatida ham ishlatiladi organik moddalar. Buning uchun odatda gazni sintez qilish uchun zarur bo'lgan metan ishlatiladi. Ba'zi boshqa to'yingan uglevodorodlar sintetik yog'larni olish uchun, shuningdek, moylash materiallari uchun asos sifatida ishlatiladi.
"Alkanlar" mavzusini yaxshiroq tushunish uchun moddaning tuzilishi, izomerlari va nomenklaturasi kabi mavzularni batafsil muhokama qiladigan, shuningdek, kimyoviy reaktsiyalar mexanizmlarini ko'rsatadigan bir nechta video darslar yaratilgan.
Alkanlar to'yingan uglevodorodlar bo'lib, ularning molekulalarida barcha uglerod atomlari oddiy bog'lar orqali vodorod atomlari tomonidan egallanadi. Shuning uchun alkanlarning strukturaviy izomeriyasi metan qatori gomologlariga xosdir.
Uglerod skeletining izomeriyasi
To'rt yoki undan ortiq uglerod atomiga ega gomologlar uglerod skeletining o'zgarishi nuqtai nazaridan strukturaviy izomeriya bilan tavsiflanadi. Metil guruhlari -CH 2 zanjirning istalgan uglerodiga qo'shilib, yangi moddalar hosil qilishi mumkin. Zanjirdagi uglerod atomlari qancha ko'p bo'lsa, shuncha ko'p izomer gomologlari hosil bo'lishi mumkin. Gomologlarning nazariy soni matematik tarzda hisoblanadi.
Guruch. 1. Metan gomologlari izomerlarining taxminiy soni.
Metil guruhlari bilan bir qatorda, uglerod atomlariga uzun uglerod zanjirlari biriktirilishi mumkin, ular murakkab tarvaqaylab ketgan moddalarni hosil qiladi.
Alkanlarning izomeriyasiga misollar:
- oddiy butan yoki n-butan (CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3) va 2-metilpropan (CH 3 -CH (CH 3) -CH 3);
- n-pentan (CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3), 2-metilbutan (CH 3 -CH 2 -CH (CH 3) -CH 3), 2,2-dimetilpropan (CH 3 -C) (CH 3) 2 -CH 3);
- n-geksan (CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3), 2-metilpentan (CH 3 -CH (CH 3) -CH 2 -CH 2 -CH 3), 3-metilpentan ( CH 3 -CH 2 -CH (CH 3) -CH 2 -CH 3), 2,3-dimetilbutan (CH 3 -CH (CH 3) -CH (CH 3) -CH 3), 2,2-dimetilbutan ( CH 3 -C(CH 3) 2 -CH 2 -CH 3).
Guruch. 2. Strukturaviy izomerlarga misollar.
Tarmoqlangan izomerlar fizik xossalari bilan chiziqli molekulalardan farq qiladi. Tarmoqlangan alkanlar chiziqli hamkasblariga qaraganda pastroq haroratlarda eriydi va qaynaydi.
Nomenklatura
Xalqaro IUPAC nomenklaturasida tarmoqlangan zanjirlarni nomlash qoidalari belgilangan. Strukturaviy izomerni nomlash uchun quyidagilar kerak:
- eng uzun zanjirni toping va uni nomlang;
- eng ko'p o'rinbosar mavjud bo'lgan oxiridan boshlab uglerod atomlarini raqamlang;
- sonli prefikslar bilan bir xil o'rinbosarlar sonini ko'rsating;
- ism o'rnini bosuvchilar.
Ism birin-ketin davom etadigan to'rt qismdan iborat:
- o'rinbosarlari bo'lgan zanjir atomlarini bildiruvchi raqamlar;
- raqamli prefikslar;
- o'rinbosarning nomi;
- asosiy sxemaning nomi.
Masalan, CH 3 -CH (CH 3) -CH 2 -C (CH 3) 2 -CH 3 molekulasida asosiy zanjir beshta uglerod atomiga ega. Demak, bu pentan. O'ng uchida ko'proq shoxchalar bor, shuning uchun atomlarning raqamlanishi shu erdan boshlanadi. Bunday holda, ikkinchi atom ikkita bir xil o'rnini bosuvchiga ega bo'lib, bu nomda ham aks etadi. Ma'lum bo'lishicha, bu modda 2,2,4-trimetilpentan nomiga ega.
Har xil o'rnini bosuvchi moddalar (metil, etil, propil) nomida alifbo tartibida keltirilgan: 4,4-dimetil-3-etilheptan, 3-metil-3-etiloktan.
Odatda ikkitadan to'rtgacha bo'lgan sonli prefikslar qo'llaniladi: di- (ikkita), tri- (uch), tetra- (to'rt).
Biz nimani o'rgandik?
Alkanlar strukturaviy izomeriya bilan tavsiflanadi. Strukturaviy izomerlar butandan boshlab barcha gomologlar uchun umumiydir. Strukturaviy izomeriyada oʻrinbosarlar uglerod zanjiridagi uglerod atomlariga biriktirilib, murakkab tarmoqlangan zanjirlar hosil qiladi. Izomerning nomi asosiy zanjir, o'rinbosarlarning nomlaridan, o'rinbosarlar sonining og'zaki belgilanishidan, o'rinbosarlar biriktirilgan uglerod atomlarining raqamli belgisidan iborat.
Eng oddiy organik birikmalar uglevodorodlar uglerod va vodoroddan tashkil topgan. Uglevodorodlardagi kimyoviy bog'lanishlarning tabiatiga va uglerod va vodorod o'rtasidagi nisbatga qarab, ular to'yingan va to'yinmagan (alkenlar, alkinlar va boshqalar) ga bo'linadi.
cheklovchi Uglevodorodlar (alkanlar, metan qatoridagi uglevodorodlar) uglerodning vodorod bilan birikmalari bo'lib, ularning molekulalarida har bir uglerod atomi boshqa qo'shni atomlar bilan bog'lanish uchun bir valentlikdan ko'p bo'lmagan va uglerod bilan bog'lanish uchun sarflanmagan barcha valentliklarni sarflaydi. vodorod bilan to'yingan. Alkanlardagi barcha uglerod atomlari sp 3 holatidadir. Limitli uglevodorodlar umumiy formula bilan xarakterlanadigan gomologik qator hosil qiladi FROM n H 2n+2. Ushbu seriyaning ajdodi metandir.
Izomerizm. Nomenklatura.
n=1,2,3 bo'lgan alkanlar faqat bitta izomer sifatida mavjud bo'lishi mumkin
n=4 dan boshlab strukturaviy izomeriya hodisasi yuzaga keladi.
Alkanlarning strukturaviy izomerlari soni uglerod atomlari sonining ko'payishi bilan tez ortadi, masalan, pentanda 3 izomer, geptanda 9 va hokazo.
Mumkin bo'lgan stereoizomerlar tufayli alkan izomerlari soni ham ortadi. C 7 H 16 dan boshlab, ikkita enantiomerni tashkil etuvchi xiral molekulalarning mavjudligi mumkin.
Alkanlarning nomenklaturasi.
Dominant nomenklatura IUPAC nomenklaturasidir. Shu bilan birga, unda ahamiyatsiz nomlarning elementlari mavjud. Shunday qilib, alkanlarning gomologik qatorining dastlabki to'rt a'zosi ahamiyatsiz nomlarga ega.
CH 4 - metan
C 2 H 6 - etan
C 3 H 8 - propan
C 4 H 10 - butan.
Qolgan gomologlarning nomlari yunon lotin raqamlaridan olingan. Shunday qilib, bir qator oddiy (tarmoqlanmagan) tuzilishning quyidagi a'zolari uchun nomlar qo'llaniladi:
C 5 H 12 - pentan, C 6 H 14 - geksan, C 7 H 18 - geptan,
C 14 H 30 - tetradekan, C 15 H 32 - pentadekan va boshqalar.
Tarmoqlangan alkanlar uchun asosiy IUPAC qoidalari
a) nomi asos (ildiz) bo'lgan eng uzun tarmoqlanmagan zanjirni tanlang. Bu o‘zakga “an” qo‘shimchasi qo‘shiladi.
b) ushbu zanjirni eng kam joylashtiruvchilar printsipiga ko'ra raqamlang;
v) o'rnini ko'rsatuvchi alifbo tartibida prefikslar shaklida ko'rsatiladi. Agar ota-ona tuzilmasida bir nechta bir xil o'rinbosar bo'lsa, ularning soni yunon raqamlari bilan ko'rsatiladi.
Ko'rib chiqilayotgan uglerod atomi to'g'ridan-to'g'ri bog'liq bo'lgan boshqa uglerod atomlari soniga qarab, quyidagilarga bo'linadi: birlamchi, ikkilamchi, uchinchi va to'rtlamchi uglerod atomlari.
Tarmoqlangan alkanlarda o'rinbosar sifatida alkan molekulasidan bitta vodorod atomini yo'q qilish natijasi sifatida qaraladigan alkil guruhlari yoki alkil radikallari paydo bo'ladi.
Alkil guruhlarning nomi mos keladigan alkanlar nomidan oxirgi "an" qo'shimchasini "il" qo'shimchasi bilan almashtirish orqali hosil bo'ladi.
CH 3 - metil
CH 3 CH 2 - etil
CH 3 CH 2 CH 2 - propil
Tarmoqlangan alkil guruhlari nomi uchun zanjir raqamlash ham qo'llaniladi:
Etandan boshlab, alkanlar to'sqinlik qilingan konformatsiyaga mos keladigan konformerlar hosil qila oladi. Bir to'siq bo'lgan konformatsiyadan ikkinchisiga tutilgan konformatsiya orqali o'tish imkoniyati aylanish to'sig'i bilan belgilanadi. Konformatorlarning strukturasini, tarkibini va aylanish to'siqlarini aniqlash konformatsion tahlilning vazifalari hisoblanadi. Alkanlarni olish usullari.
1. Fraksiyonel distillash tabiiy gaz yoki neftning benzinli qismi. Shu tarzda, 11 uglerod atomiga qadar individual alkanlarni ajratib olish mumkin.
2. Ko'mirni gidrogenlash. Jarayon katalizatorlar (molibden, volfram, nikel oksidlari va sulfidlari) ishtirokida 450-470 ga yaqin haroratda va 30 MPa gacha bo'lgan bosimlarda amalga oshiriladi. Ko'mir va katalizator kukunga aylanadi va suspenziya orqali vodorodni pufaklash orqali suspenziyada vodorodlanadi. Olingan alkanlar va sikloalkanlarning aralashmalari motor yoqilg'isi sifatida ishlatiladi.
3. CO va CO ning gidrogenatsiyasi 2 .
CO + H 2 alkanlar
CO 2 + H 2 alkanlar
Bu reaksiyalar uchun katalizator sifatida Co, Fe va boshqalar ishlatiladi d - elementlar.
4.Alkenlar va alkinlarning gidrogenlanishi.
5.organometalik sintez.
a). Vurts sintezi.
2RHal + 2Na R R + 2NaHal
Agar organik reagent sifatida ikki xil haloalkan ishlatilsa, bu sintez kam foyda keltiradi.
b). Grignard reagentlarining protolizi.
R Hal + Mg RMgHal
RMgHal + HOH RH + Mg(OH)Hal
ichida). Litiy dialkilkupratlar (LiR 2 Cu) ning alkilgalogenidlar bilan o'zaro ta'siri
LiR 2 Cu + R X R R + RCu + LiX
Lityum dialkilkupratlar o'zlari ikki bosqichli usulda olinadi
2R Li + CuI LiR 2 Cu + LiI
6. Karboksilik kislotalar tuzlarining elektrolizi (Kolbe sintezi).
2RCOONa + 2H 2 O R R + 2CO 2 + 2NaOH + H 2
7. Karbon kislotalar tuzlarining ishqorlar bilan sintezi.
Reaksiya quyi alkanlarni sintez qilish uchun ishlatiladi.
8.Karbonil birikmalari va haloalkanlarning gidrogenolizi.
a). karbonil birikmalari. Klemmens sintezi.
b). Galogenalkanlar. katalitik gidrogenoliz.
Katalizator sifatida Ni, Pt, Pd ishlatiladi.
c) galogenalkanlar. Reaktiv tiklanish.
RHal + 2HI RH + HHal + I 2
Alkanlarning kimyoviy xossalari.
Alkanlardagi barcha bog'lanishlar past qutbga ega, shuning uchun ular radikal reaktsiyalar bilan tavsiflanadi. Pi bog'larining yo'qligi qo'shilish reaktsiyalarini imkonsiz qiladi. Alkanlar o'rin almashish, yo'q qilish va yonish reaktsiyalari bilan tavsiflanadi.
|
Reaksiya turi va nomi | |
|
1. Almashtirish reaksiyalari | |
|
A) galogenlar bilan(bilan xlorCl 2 - yorug'likda, Br 2 - qizdirilganda) reaksiya bo'ysunadi Markovnik qoidasi (Markovnikov qoidalari) - birinchi navbatda, halogen vodorodni eng kam vodorodlangan uglerod atomi bilan almashtiradi. Reaktsiya bosqichlarda sodir bo'ladi - bir bosqichda bittadan ortiq vodorod atomi almashtirilmaydi. Yod eng qiyin reaksiyaga kirishadi va bundan tashqari, reaktsiya oxirigacha davom etmaydi, chunki, masalan, metan yod bilan reaksiyaga kirishganda, vodorod yodid hosil bo'ladi, u metil yodid bilan metan va yod hosil qilish uchun reaksiyaga kirishadi (qaytariladigan reaktsiya): |
CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl (xlorometan) CH 3 Cl + Cl 2 → CH 2 Cl 2 + HCl (diklorometan) CH 2 Cl 2 + Cl 2 → CHCl 3 + HCl (triklorometan) CHCl 3 + Cl 2 → CCl 4 + HCl (tetraklorometan). |
|
B) Nitrlash (Konovalov reaksiyasi) Alkanlar 10% li azot kislotasi yoki azot oksidi N 2 O 4 eritmasi bilan gaz fazasida 140 ° haroratda va past bosimda nitro hosilalarini hosil qilish uchun reaksiyaga kirishadi. Reaksiya ham Markovnikov qoidasiga bo‘ysunadi. Vodorod atomlaridan biri NO 2 qoldig'i (nitroguruh) bilan almashtiriladi va suv ajralib chiqadi. |
|
|
2. Eliminatsiya reaksiyalari | |
|
A) suvsizlanish- vodorodni olib tashlash. Reaktsiya shartlari katalizator-platina va harorat. |
CH 3 - CH 3 → CH 2 \u003d CH 2 + H 2 |
|
B) yorilish uglevodorodlarning termal parchalanish jarayoni, bu esa yirik molekulalarning uglerod zanjirini qisqaroq zanjirli birikmalar hosil qilish bilan boʻlinish reaksiyalariga asoslangan. 450–700 o S haroratda alkanlar C–C bogʻlarining uzilishi tufayli parchalanadi (bu haroratda kuchliroq C–H bogʻlari saqlanib qoladi) va uglerod atomlari soni kamroq boʻlgan alkanlar va alkenlar hosil boʻladi. |
C 6 H 14 C 2 H 6 + C 4 H 8 |
|
C) to'liq termal parchalanish |
CH 4 C + 2H 2 |
|
3. Oksidlanish reaksiyalari | |
|
A) yonish reaksiyasi Yondirilganda (t = 600 o C) alkanlar kislorod bilan reaksiyaga kirishadi, shu bilan birga ular karbonat angidrid va suvga oksidlanadi. |
S n N 2n+2 + O 2 ––> CO 2 + H 2 O + Q CH 4 + 2O 2 ––> CO 2 + 2H 2 O + Q |
|
B) Katalitik oksidlanish- nisbatan past haroratda va katalizatorlardan foydalangan holda, u molekula va C-H o'rtasida taxminan C-C bog'larining faqat bir qismining uzilishi bilan birga keladi va qimmatli mahsulotlarni olish uchun ishlatiladi: karboksilik kislotalar, ketonlar, aldegidlar, spirtlar. |
Masalan, butanning to'liq bo'lmagan oksidlanishi bilan (C 2 -C 3 aloqasini buzish) sirka kislotasi olinadi. |
|
4. Izomerlanish reaksiyalari barcha alkanlar uchun xos emas. Ayrim izomerlarni boshqalarga aylantirish imkoniyatiga, katalizatorlarning mavjudligiga e'tibor qaratiladi. |
C 4 H 10 C 4 H 10 |
|
5.. 6 yoki undan ortiq uglerodli magistralga ega alkanlar ham reaksiyaga kirishadi degidrotsikllanish, lekin har doim 6 a'zoli sikl hosil qiladi (siklogeksan va uning hosilalari). Reaksiya sharoitida bu sikl keyingi degidrogenatsiyaga uchraydi va aromatik uglevodorodning (aren) energetik jihatdan barqarorroq benzol aylanishiga aylanadi. |
|
Galogenlanish reaktsiyasi mexanizmi:
Galogenlash
Alkanlarning galogenlanishi radikal mexanizm bilan boradi. Reaksiyani boshlash uchun alkan va galogen aralashmasini UV nurlari bilan nurlantirish yoki qizdirish kerak. Metanning xlorlanishi metilxloridni olish bosqichida to'xtamaydi (agar xlor va metanning ekvimolyar miqdori olinsa), lekin metilxloriddan to uglerod to'rt xloridgacha bo'lgan barcha mumkin bo'lgan o'rnini bosuvchi mahsulotlar hosil bo'lishiga olib keladi. Boshqa alkanlarni xlorlash at vodorod o'rnini bosuvchi mahsulotlar aralashmasiga olib keladi turli atomlar uglerod. Xlorlash mahsulotlarining nisbati haroratga bog'liq. Birlamchi, ikkilamchi va uchinchi darajali atomlarning xlorlanish tezligi haroratga bog'liq, past haroratlarda tezlik ketma-ket pasayadi: uchinchi, ikkilamchi, birlamchi. Harorat ko'tarilgach, tezliklar orasidagi farq bir xil bo'lguncha kamayadi. Kinetik omilga qo'shimcha ravishda, xlorlash mahsulotlarining taqsimlanishiga statistik omil ta'sir qiladi: xlorning uchinchi darajali uglerod atomiga hujum qilish ehtimoli birlamchidan 3 baravar va ikkilamchidan ikki baravar kam. Shunday qilib, alkanlarning xlorlanishi stereoselektiv bo'lmagan reaktsiyadir, faqat bitta monoxlorlash mahsuloti mumkin bo'lgan holatlar bundan mustasno.
Galogenlanish - almashtirish reaktsiyalaridan biridir. Alkanlarning galogenlanishi Markovnik qoidasiga bo'ysunadi (Markovnikov qoidalari) - eng kam vodorodlangan uglerod atomi birinchi navbatda galogenlanadi. Alkanlarning galogenlanishi bosqichma-bosqich amalga oshiriladi - bir bosqichda bittadan ortiq vodorod atomi halogenlashmaydi.
CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl (xlorometan)
CH 3 Cl + Cl 2 → CH 2 Cl 2 + HCl (diklorometan)
CH 2 Cl 2 + Cl 2 → CHCl 3 + HCl (triklorometan)
CHCl 3 + Cl 2 → CCl 4 + HCl (tetraklorometan).
Yorug'lik ta'sirida xlor molekulasi atomlarga parchalanadi, keyin ular metan molekulalariga hujum qiladi, ularning vodorod atomini yirtib tashlaydi, buning natijasida xlor molekulalari bilan to'qnashib, ularni yo'q qiladi va yangi radikallarni hosil qiluvchi CH 3 metil radikallari hosil bo'ladi. .
Nitrlash (Konovalov reaktsiyasi)
Alkanlar 10% li azot kislotasi yoki azot oksidi N 2 O 4 eritmasi bilan gaz fazasida 140 ° haroratda va past bosimda nitro hosilalarini hosil qilish uchun reaksiyaga kirishadi. Reaksiya ham Markovnikov qoidasiga bo‘ysunadi.
RH + HNO 3 \u003d RNO 2 + H 2 O
ya'ni vodorod atomlaridan biri NO 2 qoldig'i (nitroguruh) bilan almashtiriladi va suv chiqariladi.
Izomerlarning strukturaviy xususiyatlari bu reaktsiyaning borishiga kuchli ta'sir qiladi, chunki u SI qoldig'idagi vodorod atomi uchun nitroguruhni almashtirishga olib keladi (faqat ba'zi izomerlarda mavjud), vodorod CH-da kamroq oson almashtiriladi. 2 guruh va undan ham qiyinroq - CH 3 qoldig'ida.
Parafinlar gaz fazasida 150-475 ° C da azot dioksidi yoki nitrat kislota bug'i bilan juda oson nitratlanadi; bir vaqtning o'zida qisman sodir bo'ladi va. oksidlanish. Metanni nitrlash deyarli faqat nitrometan hosil qiladi:
Barcha mavjud ma'lumotlar erkin radikal mexanizmga ishora qiladi. Reaksiya natijasida mahsulotlarning aralashmalari hosil bo'ladi. Oddiy haroratda nitrat kislota parafinli uglevodorodlarga deyarli ta'sir qilmaydi. Qizdirilganda, u asosan oksidlovchi vosita sifatida ishlaydi. Biroq, M. I. Konovalov (1889) aniqlaganidek, qizdirilganda, nitrat kislota qisman "nitratlanish" ta'sir ko'rsatadi; kuchsiz nitrat kislota bilan nitrlanish reaksiyasi qizdirilganda va yuqori bosimda ayniqsa yaxshi boradi. Nitrlanish reaksiyasi tenglama bilan ifodalanadi.
Metandan keyingi gomologlar hamroh bo'lgan bo'linish tufayli turli xil nitropparafinlar aralashmasini beradi. Etan nitratlanganda nitroetan CH 3 -CH 2 -NO 2 va nitrometan CH 3 -NO 2 olinadi. Propandan nitroparafinlar aralashmasi hosil bo'ladi:
Gaz fazasida kerosinlarni nitrlash endi sanoat miqyosida amalga oshirilmoqda.
Sulfaxlorlash:
Amaliy muhim reaksiya alkanlarning sulfoxlorlanishidir. Nurlanish paytida alkan xlor va oltingugurt dioksidi bilan o'zaro ta'sirlashganda, vodorod xlorsulfonil guruhi bilan almashtiriladi:
Ushbu reaktsiyaning bosqichlari:
Cl+R:H→R+HCl
R + SO 2 → RSO 2
RSO 2 + Cl:Cl→RSO 2 Cl+Cl
Alkansulfonik xloridlar alkansulfoksilatlarga (RSO 2 OH) oson gidrolizlanadi, ularning natriy tuzlari (RSO 3 ¯ Na + - natriy alkan sulfonat) sovunlarga o'xshash xususiyatlarga ega va yuvish vositalari sifatida ishlatiladi.
TA’RIF
Alkanlar to'yingan uglevodorodlar deyiladi, ularning molekulalari uglerod va vodorod atomlaridan iborat bo'lib, bir-biri bilan faqat s-bog'lar bilan bog'langan.
Oddiy sharoitlarda (25 o C va atmosfera bosimida) alkanlarning gomologik qatorining dastlabki to'rt a'zosi (C 1 - C 4) gazlardir. Pentandan heptadekangacha bo'lgan normal alkanlar (C 5 - C 17) - C 18 va undan yuqori suyuqliklar - qattiq moddalar. Nisbiy molekulyar massa ortishi bilan alkanlarning qaynash va erish nuqtalari ortadi. Molekulada bir xil miqdordagi uglerod atomlari bo'lsa, tarvaqaylab ketgan alkanlar oddiy alkanlarga qaraganda kamroq qaynash nuqtalariga ega. Misol sifatida metandan foydalangan holda alkanlar molekulasining tuzilishi rasmda ko'rsatilgan. bitta.
Guruch. 1. Metan molekulasining tuzilishi.
Alkanlar suvda deyarli erimaydi, chunki ularning molekulalari past qutbli va suv molekulalari bilan o'zaro ta'sir qilmaydi. Suyuq alkanlar bir-biri bilan oson aralashadi. Ular benzol, uglerod tetraxlorid, dietil efir va boshqalar kabi qutbsiz organik erituvchilarda yaxshi eriydi.
Alkanlarni olish
Tarkibida 40 tagacha uglerod atomlari boʻlgan turli xil toʻyingan uglevodorodlarning asosiy manbalari neft va tabiiy gazdir. Kam miqdordagi uglerod atomlari (1 - 10) bo'lgan alkanlarni tabiiy gaz yoki neftning benzinli fraktsiyasini fraksiyonel distillash orqali ajratish mumkin.
Alkanlarni olishning sanoat (I) va laboratoriya (II) usullari mavjud.
C + H 2 → CH 4 (kat = Ni, t 0);
CO + 3H 2 → CH 4 + H 2 O (kat \u003d Ni, t 0 \u003d 200 - 300);
CO 2 + 4H 2 → CH 4 + 2H 2 O (kat, t 0).
— toʻyinmagan uglevodorodlarni gidrogenlash
CH 3 -CH \u003d CH 2 + H 2 →CH 3 -CH 2 -CH 3 (kat \u003d Ni, t 0);
- haloalkanlarning tiklanishi
C 2 H 5 I + HI → C 2 H 6 + I 2 (t 0);
- bir asosli organik kislotalar tuzlarining ishqoriy erish reaksiyalari
C 2 H 5 -COONa + NaOH → C 2 H 6 + Na 2 CO 3 (t 0);
- haloalkanlarning metall natriy bilan o'zaro ta'siri (Vurtz reaktsiyasi)
2C 2 H 5 Br + 2Na → CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 + 2NaBr;
– bir asosli organik kislotalar tuzlarini elektroliz qilish
2C 2 H 5 COONa + 2H 2 O → H 2 + 2NaOH + C 4 H 10 + 2CO 2;
K (-): 2H 2 O + 2e → H 2 + 2OH -;
A (+): 2C 2 H 5 COO - -2e → 2C 2 H 5 COO + → 2C 2 H 5 + + 2CO 2.
Alkanlarning kimyoviy xossalari
Alkanlar eng kam reaktiv organik birikmalar qatoriga kiradi, bu ularning tuzilishi bilan izohlanadi.
Oddiy sharoitda alkanlar kislotali muhitda konsentrlangan kislotalar, erigan va konsentrlangan ishqorlar, ishqoriy metallar, galogenlar (ftordan tashqari), kaliy permanganat va kaliy dixromat bilan reaksiyaga kirishmaydi.
Alkanlar uchun radikal mexanizm bo'yicha ketadigan reaktsiyalar eng xarakterlidir. Energetik jihatdan qulayroq gomolitik bo'shliq C-H aloqalari va C-C ularning geterolitik bo'shlig'iga qaraganda.
Radikal almashinish reaksiyalari uchinchi darajali uglerod atomida, ikkinchi darajali uglerod atomida va nihoyat, birlamchi uglerod atomida oson kechadi.
Alkanlarning barcha kimyoviy o'zgarishlari bo'linish bilan davom etadi:
1) C-H aloqalari
- galogenlash (S R)
CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl ( hv);
CH 3 -CH 2 -CH 3 + Br 2 → CH 3 -CHBr-CH 3 + HBr ( hv).
- nitrlash (S R)
CH 3 -C (CH 3) H-CH 3 + HONO 2 (suyultirilgan) → CH 3 -C (NO 2) H-CH 3 + H 2 O (t 0).
- sulfoxlorlash (S R)
R-H + SO 2 + Cl 2 → RSO 2 Cl + HCl ( hv).
- dehidrogenatsiya
CH 3 -CH 3 → CH 2 \u003d CH 2 + H 2 (kat \u003d Ni, t 0).
- degidrotsikllanish
CH 3 (CH 2) 4 CH 3 → C 6 H 6 + 4H 2 (kat = Cr 2 O 3, t 0).
2) C-H va C-C aloqalari
- izomerizatsiya (molekulyar qayta tashkil etish)
CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 →CH 3 -C (CH 3) H-CH 3 (kat \u003d AlCl 3, t 0).
- oksidlanish
2CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 + 5O 2 → 4CH 3 COOH + 2H 2 O (t 0, p);
C n H 2n + 2 + (1,5n + 0,5) O 2 → nCO 2 + (n + 1) H 2 O (t 0).
Alkanlarni qo'llash
Alkanlar turli sohalarda qo'llanilishini topdi. Keling, gomologik qatorning ba'zi vakillari, shuningdek alkanlarning aralashmalari misolida batafsilroq ko'rib chiqaylik.
Metan uglerod va vodorod, atsetilen, kislorodli organik birikmalar - spirtlar, aldegidlar, kislotalar olish uchun eng muhim kimyoviy sanoat jarayonlarining xom ashyo asosidir. Propan avtomobil yoqilg'isi sifatida ishlatiladi. Butan sintetik kauchuk ishlab chiqarish uchun xom ashyo bo'lgan butadien ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.
S 25 gacha bo'lgan suyuq va qattiq alkanlarning aralashmasi vazelin deb ataladi, tibbiyotda malhamlar uchun asos sifatida ishlatiladi. Qattiq alkanlar C 18 - C 25 (parafin) aralashmasi turli materiallarni (qog'oz, mato, yog'och) singdirish uchun ularga hidrofobik xususiyatlarni berish uchun ishlatiladi, ya'ni. suv o'tkazuvchanligi. Tibbiyotda u fizioterapevtik muolajalar (parafin bilan davolash) uchun ishlatiladi.
Muammoni hal qilishga misollar
MISOL 1
| Mashq qilish | Metanni xlorlashda havodagi bug 'zichligi 5,31 ga teng bo'lgan 1,54 g birikma olindi. Reaksiyaga kiritilgan metan va xlor hajmlarining nisbati 1:2 bo‘lsa, xlor hosil qilish uchun zarur bo‘ladigan MnO 2 marganets dioksidining massasini hisoblang. |
| Yechim | Berilgan gaz massasining bir xil hajmda, bir xil harorat va bir xil bosimda olingan boshqa gaz massasiga nisbati birinchi gazning ikkinchisiga nisbatan nisbiy zichligi deyiladi. Bu qiymat birinchi gaz ikkinchi gazdan necha marta og'irroq yoki engilroq ekanligini ko'rsatadi. Havoning nisbiy molekulyar og'irligi 29 ga teng (havodagi azot, kislorod va boshqa gazlar miqdorini hisobga olgan holda) olinadi. Shuni ta'kidlash kerakki, "havoning nisbiy molekulyar og'irligi" tushunchasi shartli ravishda qo'llaniladi, chunki havo gazlar aralashmasidir. Metanni xlorlashda hosil bo'lgan gazning molyar massasini topamiz: M gaz \u003d 29 × D havo (gaz) \u003d 29 × 5,31 \u003d 154 g / mol. Bu uglerod tetraklorid - CCl 4 . Biz reaksiya tenglamasini yozamiz va stexiometrik koeffitsientlarni tartibga solamiz: CH 4 + 4Cl 2 \u003d CCl 4 + 4HCl. Tetraklorid uglerod moddasi miqdorini hisoblang: n(CCl 4) = m(CCl 4) / M(CCl 4); n (CCl 4) \u003d 1,54 / 154 \u003d 0,01 mol. Reaksiya tenglamasiga ko'ra n (CCl 4) : n (CH 4) = 1: 1, keyin n (CH 4) \u003d n (CCl 4) \u003d 0,01 mol. Keyin, xlor moddasining miqdori n (Cl 2) = 2 × 4 n (CH 4) ga teng bo'lishi kerak, ya'ni. n(Cl 2) \u003d 8 × 0,01 \u003d 0,08 mol. Xlor ishlab chiqarish uchun reaktsiya tenglamasini yozamiz: MnO 2 + 4HCl \u003d MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O. Marganets dioksidining mol soni 0,08 mol, chunki n (Cl 2) : n (MnO 2) = 1: 1. Marganets dioksidining massasini toping: m (MnO 2) \u003d n (MnO 2) × M (MnO 2); M (MnO 2) \u003d Ar (Mn) + 2 × Ar (O) \u003d 55 + 2 × 16 \u003d 87 g / mol; m (MnO 2) \u003d 0,08 × 87 \u003d 10,4 g. |
| Javob | Marganets dioksidining massasi 10,4 g. |
2-MISA
