Üzerinde çalışılan ilk kimyasal bileşik türlerinden biri Okul müfredatı organik kimyaya göre alkanlardır. Doymuş (aksi takdirde - alifatik) hidrokarbonlar grubuna aittirler. Molekülleri sadece tekli bağlar içerir. Karbon atomları sp³ hibridizasyonu ile karakterize edilir.

Homologlar denir kimyasal maddeler Kimde var Genel Özellikler ve kimyasal yapı, ancak bir veya daha fazla CH2 grubuna göre farklılık gösterir.

Metan CH4 durumunda, alkanlar için genel formül verilebilir: CnH (2n+2), burada n, bileşikteki karbon atomlarının sayısıdır.

İşte n'nin 1 ile 10 arasında olduğu bir alkan tablosu.

alkanların izomerizmi

İzomerler, moleküler formülleri aynı olan ancak yapıları veya yapıları farklı olan maddelerdir.

Alkan sınıfı, 2 tip izomerizm ile karakterize edilir: karbon iskeleti ve optik izomerizm.

Bütan C4H10 için bir yapısal izomer (yani sadece karbon iskeletinin yapısında farklılık gösteren bir madde) örneği verelim.

Optik izomerlere, molekülleri benzer bir yapıya sahip olan ancak uzayda birleştirilemeyen bu tür 2 madde denir. Optik veya ayna izomerizmi fenomeni, heptan C7H16 ile başlayan alkanlarda meydana gelir.

Alkana doğru adı vermek için, IUPAC terminolojisini kullanın. Bunu yapmak için aşağıdaki eylem sırasını kullanın:

Yukarıdaki plana göre bir sonraki alkana bir isim vermeye çalışalım.

Normal koşullar altında, CH4'ten C4H10'a kadar olan dalsız alkanlar gaz halindeki maddelerdir, C5H12'den C13H28'e kadar sıvıdırlar ve belirli bir kokuya sahiptirler, sonrakilerin tümü katıdır. Şekline dönüştü karbon zincirinin uzunluğu arttıkça kaynama ve erime noktaları artar. Alkanın yapısı ne kadar dallıysa, kaynama ve erime sıcaklığı o kadar düşük olur.

Gaz halindeki alkanlar renksizdir. Ayrıca bu sınıfın tüm temsilcileri suda çözülemez.

Bir gaz agregasyonu durumuna sahip alkanlar yanabilir, alev ya renksiz olacak ya da soluk mavi bir renk tonuna sahip olacaktır.

Kimyasal özellikler

Normal koşullar altında, alkanlar oldukça inaktiftir. Bu, arasındaki σ-bağlarının gücü ile açıklanır. atomlar C-C ve C-H. Bu nedenle, kimyasal bir reaksiyonu mümkün kılmak için özel koşulların (örneğin oldukça yüksek bir sıcaklık veya ışık) sağlanması gereklidir.

ikame reaksiyonları

Bu tip reaksiyonlar halojenasyon ve nitrasyon içerir. Halojenasyon (Cl2 veya Br2 ile reaksiyon) ısıtıldığında veya ışığın etkisi altında meydana gelir. Ardışık olarak ilerleyen reaksiyon sırasında haloalkanlar oluşur.

Örneğin etanın klorlanmasının reaksiyonunu yazabilirsiniz.

Brominasyon benzer şekilde ilerleyecektir.

Nitrasyon, zayıf (%10) bir HNO3 çözeltisi veya nitrik oksit (IV) NO2 ile bir reaksiyondur. Reaksiyonları gerçekleştirme koşulları - sıcaklık 140 °C ve basınç.

C3H8 + HNO3 = C3H7NO2 + H2O.

Sonuç olarak, iki ürün oluşur - su ve bir amino asit.

bozunma reaksiyonları

Ayrışma reaksiyonları her zaman yüksek bir sıcaklık gerektirir. Bu, karbon ve hidrojen atomları arasındaki bağları kırmak için gereklidir.

Yani çatlarken 700 ve 1000 °C arasında gerekli sıcaklık. Reaksiyon sırasında -C-C- bağları yok edilir, yeni bir alkan ve alken oluşur:

C8H18 = C4H10 + C4H8

Bir istisna, metan ve etanın çatlamasıdır. Bu reaksiyonlar sonucunda hidrojen açığa çıkar ve alkin asetilen oluşur. Ön koşul, 1500 °C'ye kadar ısıtmadır.

C2H4 = C2H2 + H2

1000 ° C'lik sıcaklığı aşarsanız, bileşikte tam bir bağ kopması ile piroliz elde edebilirsiniz:

Propilin pirolizi sırasında karbon C elde edildi ve hidrojen H2 de serbest bırakıldı.

hidrojen giderme reaksiyonları

Dehidrojenasyon (hidrojen eliminasyonu), farklı alkanlar için farklı şekilde gerçekleşir. Reaksiyon koşulları, 400 ila 600 ° C aralığında bir sıcaklık ve ayrıca nikel veya platin olabilen bir katalizörün varlığıdır.

Karbon iskeletinde 2 veya 3 C atomlu bir bileşikten bir alken oluşur:

C2H6 = C2H4 + H2.

Molekül zincirinde 4-5 karbon atomu varsa, dehidrojenasyondan sonra alkadien ve hidrojen elde edilir.

C5H12 = C4H8 + 2H2.

Hekzan ile başlayarak, reaksiyon sırasında benzen veya türevleri oluşur.

C6H14 = C6H6 + 4H2

Metan için 800 °C sıcaklıkta ve nikel varlığında gerçekleştirilen dönüşüm reaksiyonundan da bahsetmeliyiz:

CH4 + H2O = CO + 3H2

Diğer alkanlar için dönüşüm karakteristik değildir.

Oksidasyon ve yanma

200 ° C'den fazla olmayan bir sıcaklığa ısıtılan bir alkan, bir katalizör varlığında oksijen ile etkileşime girerse, elde edilen ürünler diğer reaksiyon koşullarına bağlı olarak değişecektir: bunlar aldehit, karboksilik asit, alkol sınıflarının temsilcileri olabilir. veya ketonlar.

Ne zaman tam oksidasyon alkan yanarak son ürünlere kadar - su ve CO2:

C9H20 + 14O2 = 9CO2 + 10H2O

Oksidasyon sırasında yetersiz oksijen varsa, son ürün karbon dioksit yerine kömür veya CO olacaktır.

izomerizasyon yapılması

Yaklaşık 100-200 derecelik bir sıcaklık sağlanırsa, dallanmamış alkanlar için bir yeniden düzenleme reaksiyonu mümkün olur. İzomerizasyon için ikinci zorunlu koşul, bir AlCl3 katalizörünün varlığıdır. Bu durumda maddenin moleküllerinin yapısı değişir ve izomeri oluşur.

Önemli alkanların payı, doğal hammaddelerden ayrılarak elde edilir.. Çoğu zaman, ana bileşeni metan olan doğal gaz işlenir veya yağ, çatlama ve düzeltmeye tabi tutulur.

Alkenlerin kimyasal özelliklerini de hatırlamalısınız. 10. sınıfta kimya derslerinde işlenen ilk laboratuvar yöntemlerinden biri doymamış hidrokarbonların hidrojenasyonudur.

C3H6 + H2 = C3H8

Örneğin, propilene hidrojen eklenmesi sonucunda tek bir ürün elde edilir - propan.

Wurtz reaksiyonunu kullanarak, karbon atomu sayısının iki katına çıktığı yapısal zincirdeki monohaloalkanlardan alkanlar elde edilir:

2CH4H9Br + 2Na = C8H18 + 2NaBr.

Elde etmenin başka bir yolu, ısıtıldığında bir karboksilik asit tuzunun bir alkali ile etkileşimidir:

C2H5COONa + NaOH = Na2CO3 + C2H6.

Ek olarak metan bazen bir elektrik arkında (C + 2H2 = CH4) veya alüminyum karbürün suyla reaksiyona girmesiyle üretilir:

Al4C3 + 12H2O = 3CH4 + 4Al(OH)3.

Alkanlar, endüstride düşük maliyetli bir yakıt olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca diğer organik maddelerin sentezi için hammadde olarak da kullanılırlar. Bu amaçla genellikle gaz sentezi için gerekli olan metan kullanılır. Diğer bazı doymuş hidrokarbonlar, sentetik yağlar elde etmek için ve ayrıca yağlayıcılar için bir baz olarak kullanılır.

"Alkanlar" konusunun en iyi şekilde anlaşılması için, maddenin yapısı, izomerleri ve isimlendirmesi gibi konuların ayrıntılı olarak tartışıldığı ve ayrıca mekanizmaların gösterildiği birden fazla video dersi oluşturulmuştur. kimyasal reaksiyonlar.

Video dersi 2: Sikloalkanlar: Kimyasal özellikler

Video dersi 3: Alkenler: Kimyasal özellikler

Video dersi 4: Alkadienler (dienler): Kimyasal özellikler

Video dersi 5: Alkinler: Kimyasal Özellikler

Ders: karakteristik Kimyasal özellikler hidrokarbonlar: alkanlar, sikloalkanlar, alkenler, dienler, alkinler, aromatik hidrokarbonlar

Alkanların ve sikloalkanların kimyasal özellikleri

Alkanlar siklik olmayan hidrokarbonlardır. Bu bileşiklerdeki karbon atomları sp3 hibritleşmesine sahiptir. Bu hidrokarbonların moleküllerinde, tüm karbon atomları yalnızca tek polar olmayan ve düşük polar C-C bağları ile bağlanır. Yörüngelerin örtüşmesi, atom çekirdeklerini birbirine bağlayan eksen boyunca meydana gelir. Bunlar σ-bağlarıdır. Bu organik bileşikler maksimum sayıda hidrojen atomu içerir, bu nedenle bunlara sınırlayıcı (doymuş) denir. Doygunluk nedeniyle alkanlar ilave reaksiyonlarına giremezler. Karbon ve hidrojen atomları benzer elektronegatifliğe sahip olduklarından, bu faktör moleküllerindeki C-H bağlarının düşük polariteye sahip olmasına yol açar. Bu nedenle, serbest radikalleri içeren reaksiyonlar alkanların doğasında vardır.

1. yer değiştirme reaksiyonları. Belirtildiği gibi, bunlar alkanlar için en karakteristik reaksiyonlardır. Bu tür reaksiyonlarda karbon-hidrojen bağları kopar. Bazı ikame reaksiyonlarını düşünün:

Halojenasyon. Alkanlar, ultraviyole ışığına veya yüksek ısıya maruz kaldıklarında halojenlerle (klor ve brom) reaksiyona girer. Örneğin: CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl.Fazla halojen ile reaksiyon, hidrojen atomlarının çeşitli derecelerde ikamesine sahip halojen türevlerinin bir karışımının oluşumu: mono-, di-tri-, vb. Örneğin, diklorometan (metilen klorür) oluşumunun reaksiyonu: CH 3 Cl + Cl 2 → HCl + CH2Cl2.

Nitrasyon (Konovalov'un reaksiyonu). Alkanlar, ısı ve basınç altında seyreltik nitrik asit ile reaksiyona girer. Daha sonra hidrojen atomu NO2 nitro grubu ile değiştirilir ve bir nitroalkan oluşur. Bu reaksiyonun genel görünümü: R-H + HO-NO 2 → R-NO 2 + H 2 O. R-H bir alkan olduğunda, R- NO 2 - nitroalkan.

2. Oksidasyon reaksiyonları. Normal koşullar altında, alkanlar güçlü oksitleyici maddelerle (kons. sülfürik ve nitrik asitler, potasyum permanganat KMnO 4 ve potasyum dikromat K 2 Cr 2 O 7) reaksiyona girmezler.

Enerji elde etmek için alkanların yanma reaksiyonları yaygın olarak kullanılır:

a) Aşırı oksijen ile tam yanma ile karbondioksit ve su oluşur: CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O

b) Oksijensiz kısmi yanma: CH 4 + O 2 → C + 2H 2 O. Bu reaksiyon endüstride kurum üretmek için kullanılır.

Alkanların oksijenle (~200 o C) katalizörler kullanılarak ısıtılması, C–C ve C–H bağlarının bir kısmının kırılmasına yol açar. Sonuç olarak aldehitler, ketonlar, alkoller, karboksilik asitler oluşur. Örneğin, bütanın eksik oksidasyonu ile asetik asit elde edilir: CH 3 -CH2 -/-CH2 -CH3 + 3O2 → 2CH3COOH + 2H20.

Metan ve su buharının, karbon monoksit (II) gazlarının hidrojen ile bir karışımının oluşumu ile reaksiyonu büyük önem taşır. t 800 0 C'de akar: CH4+ H2O → 3H2 + CO. Bu reaksiyon ayrıca çeşitli hidrokarbonların elde edilmesini mümkün kılar.

3. Alkanların termal dönüşümleri. Alkanları havaya erişimi olmayan yüksek t'ye ısıtmak yırtılmaya yol açar C-C bağlantıları. Bu tip reaksiyon, yağın rafine edilmesi için kullanılan kraking ve izomerizasyonu içerir. Ayrıca bu reaksiyonlar, alkenler, alkadienler ve aromatik hidrokarbonlar elde etmek için gerekli olan hidrojen gidermeyi içerir.

Çatlamanın sonucu, alkan moleküllerinin karbon iskeletinde bir kırılmadır. t 450-700 0 C'de alkanların çatlamasına genel bakış: C n H 2n+2 → C n-k H 2(n-k)+2 + C k H 2k.1000 0 C'ye ısıtıldığında metan ayrışır. basit maddeler: CH 4 → C + 2 H2. Bu reaksiyona metan pirolizi denir.Metan 1500 0 C'ye ısıtıldığında asetilen oluşur: 2 CH 4 → C2H2+3 H2.

izomerizasyon. Kraking işleminde bir alüminyum klorür katalizörü kullanılırsa, normal zincirli alkanlar dallı zincirli alkanlara dönüştürülür:

Dehidrojenasyon, yani hidrojen bölünmesi katalizörlerin varlığında ve t 400-600 0 C'de meydana gelir. Sonuç olarak, C-H bağı kırılır, bir alken oluşur: CH3 -CH3 → CH2 \u003d CH2 + H2 veya alkadien: CH 3 -CH2 -CH2 -CH3 → CH2 \u003d CH-CH \u003d CH2 + 2H 2.

Döngülerinde dörtten fazla karbon atomuna sahip sikloalkanların kimyasal özellikleri, alkanlarınkilerle pratik olarak benzerdir. Bununla birlikte, siklopropan ve siklobütan, ekleme reaksiyonları ile karakterize edilir. Bunun nedeni, döngülerin kırılma ve açılma arzusuna yol açan döngü içindeki büyük gerilimdir. Böylece siklopropan ve siklobütan kolayca brom, hidrojen veya hidrojen klorür ekler. Örneğin:

alkenlerin kimyasal özellikleri

1. Ekleme reaksiyonları. Alkenler aktif bileşiklerdir çünkü moleküllerindeki çift bağ, bir güçlü sigma bağı ve bir zayıf pi bağından oluşur. Alkenler genellikle soğukta, sulu çözeltilerde ve organik çözücülerde ekleme reaksiyonlarına girer.

Hidrojenasyon, yani katalizörlerin varlığında hidrojen ilavesi mümkündür: CH 3 -CH \u003d CH2 + H2 → CH 3 -CH2 -CH 3. Alkanların alkenlere dehidrojenasyonu için aynı katalizörler kullanılır. Ancak hidrojen giderme işlemi daha yüksek bir t ve daha düşük basınçta gerçekleşecektir.

Halojenasyon. Alkenlerin brom ile reaksiyonları, sulu çözeltilerde ve organik çözücülerde kolaylıkla meydana gelir. Sonuç olarak, sarı brom çözeltileri renklerini kaybeder, yani renksizleşir: CH 2 \u003d CH 2 + Br 2 → CH 2 Br- CH 2 Br.

Hidrohalojenasyon. Simetrik olmayan bir alken molekülüne bir hidrojen halojenür molekülünün eklenmesi, iki izomerin bir karışımı ile sonuçlanır. Belirli koşulların yokluğunda, ekleme, V.V. kuralına göre seçici olarak gerçekleşir. Markovnikov. Aşağıdaki ekleme modeli vardır: hidrojen, daha fazla hidrojen atomuna sahip karbon atomuna bağlanır ve halojen, daha az hidrojen atomuna sahip karbon atomuna bağlanır: CH2 \u003d CH-CH3 + HBr → CH3 -CHBr-CH3. 2-bromopropan oluşturuldu.

Alkenlerin hidrasyonu alkollerin oluşumuna yol açar. Alken molekülüne su eklenmesi Markovnikov kuralına göre gerçekleştiğinden, birincil alkol oluşumu ancak etilen hidratlandığında mümkündür: CH2 \u003d CH2 + H20 → CH 3 - CH2 - OH.

Polimerizasyon, serbest radikal bir mekanizma ile ilerler: nCH 2 \u003d CH 2 → ( - CH2 - CH2 -) n. polietilen oluşturur.

2. Oksidasyon reaksiyonları. alkenler ile Diğer tüm hidrokarbonlar gibi oksijenle yanarlar. Alkenlerin fazla oksijende yanması için denklem şu şekildedir: C n H 2n+2 + O 2 → nCO 2 + (n+1)H 2 O. Karbondioksit ve su üretildi.

Alkenlerin oksitlenmesi oldukça kolaydır. Alkenler üzerinde sulu bir KMnO 4 çözeltisinin etkisi altında renk değişikliği meydana gelir.

Alkenlerin nötr veya hafif alkali bir çözeltide potasyum permanganat ile oksidasyonu dioller oluşturur: C 2 H 4 + 2KMnO 4 + 2H 2 O → CH 2 OH–CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH(soğutma).

Asidik bir ortamda, çift bağ tamamen kırılır, ardından çift bağı oluşturan karbon atomlarının karboksil gruplarına dönüştürülmesi: 5CH 3 CH=CHCH 2 CH 3 + 8KMnO 4 + 12H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5C 2 H 5 COOH + 8MnSO 4 + 4K2SO 4 + 17H 2 O(ısıtma).

Alken molekülünün sonunda çift C=C bağı bulunduğunda, karbon dioksit, çift bağdaki aşırı karbon atomunun oksidasyon ürünü olarak hareket edecektir. Bu işlem, oksidasyonun ara ürününün, yani formik asidin, bir oksitleyici ajanın fazlalığında oldukça basit bir şekilde oksitlenmesi gerçeğinden kaynaklanmaktadır: 5CH 3 CH=CH 2 + 10KMnO 4 + 15H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5CO 2 + 10MnSO 4 + 5K 2 SO 4 + 20H 2 O(ısıtma).

Alkinlerin kimyasal özellikleri

Alkinler, katılma reaksiyonlarına giren doymamış hidrokarbonlardır.

Alkinlerin halojenasyonu, moleküllerinin hem bir hem de iki halojen molekülüne eklenmesine yol açar. Bunun nedeni, alkin moleküllerinin üçlü bağında bir güçlü sigma bağı ve iki zayıf pi bağının bulunmasıdır. Bir alkin molekülü tarafından iki halojen molekülünün eklenmesi, elektrofilik mekanizma ile sırayla, iki aşamada ilerler.

Hidrohalojenasyon ayrıca elektrofilik bir mekanizma ile ve iki aşamada ilerler. Her iki aşamada da hidrojen halojenür moleküllerinin eklenmesi Markovnikov kuralını takip eder.

Hidrasyon, asidik bir ortamda cıva tuzlarının katılımıyla gerçekleşir ve Kucherov reaksiyonu olarak adlandırılır:

Alkinlerin hidrojenasyonu (hidrojen ile reaksiyonu) iki fazda meydana gelir. Katalizör olarak platin, paladyum ve nikel gibi metaller kullanılır.

Asetilen gibi alkinlerin trimerizasyonu. Bu madde yüksek t'de aktif karbon üzerinden geçirilirse, ana benzen olan çeşitli ürünlerin bir karışımı oluşur:

Alkin dimerizasyonu, katalizör olarak bakır tuzlarının varlığında ilerler: HC≡CH + HC≡CH → H2C=CH - C ≡CH

Alkin oksidasyonu: С n H 2n-2 + (3n+1) / 2 O 2 → nCO 2 + (n+1)H 2 O.

• Molekülün ucunda üçlü C≡C bulunan alkinler bazlarla etkileşir. Örneğin, sıvı amonyak içinde asetilenin sodyum amid ile reaksiyonu: HC≡CH + NaNH 2 → NaC≡CNa + 2NH 3. Bir amonyak gümüş oksit çözeltisi ile reaksiyon, asetilenidleri (çözünmeyen tuz benzeri maddeler) oluşturur. Bu reaksiyon, bir terminal üçlü bağa sahip alkinleri tanımak veya böyle bir alkini diğer alkinlerle bir karışımdan izole etmek gerekirse gerçekleştirilir. Tüm gümüş ve bakır asetilitler patlayıcıdır. Asetilitler, halojen türevleri ile reaksiyona girebilir. Bu özellik daha karmaşık sentezler için kullanılır. organik bileşiklerüçlü bağ ile: CH3 -C≡CH + NaNH2 → CH3 -C≡CNa + NH3; CH3 -C≡CNa + CH3Br → CH3 -C≡C-CH3 + NaBr.

Dienlerin kimyasal özellikleri

Alkadienler kimyasal olarak alkenlere benzer. Ama bazı özellikler var:

• Halojenasyon. Alkadienler hidrojen, halojenler ve hidrojen halojenürler ile 1,2-ilave pozisyonlarında ekleme yapabilirler: CH2 \u003d CH -CH \u003d CH2 + Br2 → CH2 \u003d CH -CH Br- CH2Br

1,4-eklerin yanı sıra: CH2 \u003d CH -CH \u003d CH2 + Br2 → br 2. Kanal - CH =CH - CH2Br

• polimerizasyon: nCH 2 \u003d CH-CH \u003d CH 2 t, Na→ (-CH2 -CH=CH-CH2 -) n . Sentetik kauçuk bu şekilde elde edilir.

Aromatik hidrokarbonların (arenler) kimyasal özellikleri

Her kimyasal bileşik sınıfı, elektronik yapıları nedeniyle özellikler gösterme yeteneğine sahiptir. Alkanlar, moleküllerin ikamesi, eliminasyonu veya oksidasyon reaksiyonları ile karakterize edilir. Hepsinin, daha sonra tartışılacak olan kendi akışı özellikleri vardır.

alkanlar nelerdir

Bunlar parafin adı verilen doymuş hidrokarbon bileşikleridir. Molekülleri yalnızca karbon ve hidrojen atomlarından oluşur, içinde yalnızca tek bileşiklerin bulunduğu doğrusal veya dallı bir asiklik zincire sahiptir. Sınıfın özellikleri göz önüne alındığında, hangi reaksiyonların alkanların özelliği olduğunu hesaplamak mümkündür. Tüm sınıf için formüle uyarlar: H 2n+2 Cn .

Yapı kimyasalı

Parafin molekülü, sp3 hibridizasyonu sergileyen karbon atomlarını içerir. Dört değerlik orbitalinin hepsine sahiptirler, uzayda aynı şekle, enerjiye ve yöne sahiptirler. Enerji seviyeleri arasındaki açının boyutu 109° ve 28" dir.

Moleküllerde tekli bağların varlığı, hangi reaksiyonların alkanların özelliği olduğunu belirler. σ-bileşikleri içerirler. Karbonlar arasındaki bağ polar değildir ve zayıf polarize olabilir ve C-H'dekinden biraz daha uzundur. Elektron yoğunluğunda, en elektronegatif olan karbon atomuna doğru bir kayma da vardır. Sonuç olarak, C-H bileşiği düşük polarite ile karakterize edilir.

ikame reaksiyonları

Parafin sınıfının maddeleri zayıf bir kimyasal aktiviteye sahiptir. Bu, polaritesizlik nedeniyle kırılması zor olan C–C ve C–H arasındaki bağların gücü ile açıklanabilir. Bunların yok edilmesi, serbest tip radikallerin katıldığı homolitik bir mekanizmaya dayanmaktadır. Bu nedenle alkanlar, ikame reaksiyonları ile karakterize edilir. Bu tür maddeler, su molekülleri veya yük taşıyan iyonlarla etkileşime giremez.

Hidrojen atomlarının halojen elementleri veya diğer aktif gruplar ile değiştirildiği serbest radikal ikamesini içerirler. Bu reaksiyonlar, halojenasyon, sülfoklorinasyon ve nitrasyon ile ilgili işlemleri içerir. Sonuçları, alkan türevlerinin hazırlanmasıdır.

Serbest radikal tipine göre ikame reaksiyonlarının mekanizması, ana üç aşamaya dayanmaktadır:

1. Süreç, zincirin başlaması veya orijini ile başlar ve bunun sonucunda serbest radikaller oluşur. Katalizörler ultraviyole ışık kaynakları ve ısıtmadır.
2. Ardından, aktif parçacıkların aktif olmayan moleküllerle ardışık etkileşimlerinin gerçekleştiği bir zincir gelişir. Sırasıyla moleküllere ve radikallere dönüştürülürler.
3. Son adım zinciri kırmak. Aktif partiküllerin rekombinasyonu veya kaybolması gözlemlenir. Bu zincirleme reaksiyonu durdurur.

halojenasyon süreci

Radikal tip bir mekanizmaya dayanır. Alkanların halojenasyon reaksiyonu, bir halojen ve hidrokarbon karışımının ultraviyole ışıması ve ısıtılmasıyla gerçekleşir.

Sürecin tüm aşamaları Markovnikov'un belirttiği kurala uyar. Her şeyden önce en hidrojene karbona ait olan bir halojen ile ikame edilebileceğini belirtir. Halojenasyon aşağıdaki sırayla ilerler: üçüncül atomdan birincil karbona.

İşlem, uzun bir ana karbon zincirine sahip alkan molekülleri için daha iyidir. Bunun nedeni, belirli bir yönde iyonlaştırıcı enerjideki azalmadır, bir elektron bir maddeden daha kolay ayrılır.

Bir örnek, bir metan molekülünün klorlanmasıdır. Ultraviyole etkisi, klorun alkana saldıran radikal parçacıklara bölünmesine yol açar. Atomik hidrojenin ayrılması ve H3C· veya metil radikalinin oluşumu vardır. Böyle bir parçacık, sırayla, moleküler klora saldırır ve yapısının tahrip olmasına ve yeni bir kimyasal reaktif oluşumuna yol açar.

Sürecin her aşamasında yalnızca bir hidrojen atomu değiştirilir. Alkanların halojenasyon reaksiyonu, kademeli olarak klorometan, diklorometan, triklorometan ve karbon tetraklorür moleküllerinin oluşumuna yol açar.

Şematik olarak, süreç şöyle görünür:

H 4C + Cl:Cl → H3CCl + HCl,

H3 CCl + Cl:Cl → H2CCl2 + HCl,

H2CCl2 +Cl:Cl → HCCl3 + HCl,

HCCI 3 + Cl:Cl → CCl 4 + HCl.

Bir metan molekülünün klorlanmasının aksine, diğer alkanlarla böyle bir işlemin gerçekleştirilmesi, hidrojenin değiştirilmesinin bir karbon atomunda değil, birkaçında meydana geldiği maddelerin üretimi ile karakterize edilir. Kantitatif oranları, sıcaklık göstergeleri ile ilişkilidir. Soğuk koşullar altında, üçüncül, ikincil ve birincil yapılara sahip türevlerin oluşum hızında bir azalma gözlenir.

Sıcaklık endeksindeki bir artışla, bu tür bileşiklerin oluşum hızı azalır. Halojenasyon süreci, bir radikalin bir karbon atomuyla çarpışmasının farklı bir olasılığını gösteren statik faktörden etkilenir.

İyot ile halojenasyon işlemi normal şartlar altında ilerlemez. Özel koşullar yaratmak gereklidir. Metan bu halojene maruz kaldığında hidrojen iyodür oluşur. Metil iyodürden etkilenir, sonuç olarak ilk reaktifler salınır: metan ve iyot. Bu reaksiyon geri dönüşümlü olarak kabul edilir.

alkanlar için Wurtz reaksiyonu

Simetrik yapıya sahip bir üretim yöntemidir. Reaktan olarak sodyum metali, alkil bromürler veya alkil klorürler kullanılır. Etkileştiklerinde, sodyum halojenür ve iki hidrokarbon radikalinin toplamı olan uzatılmış bir hidrokarbon zinciri elde edilir. Şematik olarak sentez şu şekildedir: R–Cl + Cl–R + 2Na → R–R + 2NaCl.

Alkanlar için Wurtz reaksiyonu, ancak moleküllerindeki halojenler birincil karbon atomunda yer alıyorsa mümkündür. Örneğin, CH3-CH2-CH2Br.

İşleme iki bileşiğin halokarbon karışımı katılırsa, zincirlerinin yoğunlaşması sırasında üç farklı ürün oluşur. Alkanların böyle bir reaksiyonunun bir örneği, sodyumun klorometan ve kloroetan ile etkileşimidir. Çıktı, bütan, propan ve etan içeren bir karışımdır.

Sodyuma ek olarak, lityum veya potasyum içeren diğer alkali metaller kullanılabilir.

sülfoklorlama işlemi

Reed reaksiyonu olarak da adlandırılır. Serbest radikal ikamesi ilkesine göre ilerler. mevcudiyetinde bir kükürt dioksit ve moleküler klor karışımının etkisine alkanların reaksiyonu türü morötesi radyasyon.

İşlem, klordan iki radikalin elde edildiği bir zincir mekanizmasının başlatılmasıyla başlar. Bunlardan biri alkana saldırır ve bir alkil türü ve bir hidrojen klorür molekülü ile sonuçlanır. Kükürt dioksit, karmaşık bir parçacık oluşturmak için hidrokarbon radikaline bağlanır. Stabilizasyon için, bir klor atomu başka bir molekülden yakalanır. Son madde alkan sülfonil klorürdür, yüzey aktif bileşiklerin sentezinde kullanılır.

Şematik olarak, süreç şöyle görünür:

ClCl → hv ∙Cl + ∙Cl,

HR + ∙Cl → R∙ + HCl,

R∙ + OSO → ∙RSO 2 ,

∙RSO 2 + ClCl → RSO 2Cl + ∙Cl.

Nitrasyon ile ilgili işlemler

Alkanlar, nitrik asit ile %10'luk bir çözelti şeklinde ve ayrıca gaz halinde dört değerlikli nitrojen oksit ile reaksiyona girer. Akış koşulları, yüksek sıcaklık değerleri (yaklaşık 140 ° C) ve düşük basınç göstergeleridir. Çıkışta nitroalkanlar üretilir.

Bu serbest radikal tipi proses, nitrasyon sentezini keşfeden bilim adamı Konovalov'un adını almıştır: CH 4 + HNO 3 → CH 3 NO 2 + H 2 O.

Bölünme mekanizması

Alkanlar, hidrojen giderme ve çatlama reaksiyonları ile karakterize edilir. Metan molekülü tam termal ayrışmaya uğrar.

Yukarıdaki reaksiyonların ana mekanizması, atomların alkanlardan elimine edilmesidir.

hidrojen giderme işlemi

Metan hariç, parafinlerin karbon iskeletinden hidrojen atomları ayrıldığında doymamış bileşikler elde edilir. Alkanların bu tür kimyasal reaksiyonları, yüksek sıcaklık koşulları altında (400 ila 600 ° C) ve hızlandırıcıların etkisi altında platin, nikel ve alüminyum formunda gerçekleşir.

Reaksiyonda propan veya etan molekülleri varsa, ürünleri bir çift bağ ile propen veya eten olacaktır.

Dört veya beş karbonlu bir iskeletin hidrojeninin giderilmesi, dien bileşikleri üretir. Bütandan bütadien-1,3 ve bütadien-1,2 oluşur.

Reaksiyonda 6 veya daha fazla karbon atomlu maddeler varsa, benzen oluşur. Üç çift bağ içeren aromatik bir çekirdeğe sahiptir.

ayrışma süreci

Yüksek sıcaklık koşulları altında, alkanların reaksiyonları, karbon bağlarının kırılması ve radikal tipte aktif parçacıkların oluşumu ile devam edebilir. Bu tür işlemlere çatlama veya piroliz denir.

Reaktanların 500 °C'yi aşan sıcaklıklara ısıtılması, moleküllerinin ayrışmasına yol açar, bu sırada alkil tipi radikallerin karmaşık karışımları oluşur.

Güçlü ısıtma altında uzun karbon zincirli alkanların pirolizi, doymuş ve doymamış bileşiklerin üretimi ile ilişkilidir. Termal çatlama denir. Bu süreç 20. yüzyılın ortalarına kadar kullanıldı.

Dezavantajı, düşük oktanlı (65'ten fazla olmayan) hidrokarbonların üretimiydi, bu yüzden değiştirildi. Bir örnek metan pirolizidir: 2CH 4 → t ° C 2 H 2 + 3H 2. Bu reaksiyon sırasında asetilen ve moleküler hidrojen oluşur.

Metan molekülü dönüşüme uğrayabilir. Bu reaksiyon, su ve bir nikel katalizörü gerektirir. Çıktı, bir karbon monoksit ve hidrojen karışımıdır.

Oksidatif süreçler

Alkanların karakteristik kimyasal reaksiyonları, elektronların dönüşü ile ilişkilidir.

Parafinlerin otooksidasyonu vardır. Doymuş hidrokarbonların oksidasyonu için serbest radikal bir mekanizma içerir. Reaksiyon sırasında alkanların sıvı fazından hidroperoksitler elde edilir. Üzerinde İlk aşama parafin molekülü oksijen ile etkileşir, bunun sonucunda aktif radikaller açığa çıkar. Ayrıca, başka bir O2 molekülü alkil partikülü ile etkileşime girerek ∙ROO ile sonuçlanır. Bir alkan molekülü, yağ asidi peroksit radikaliyle temasa geçer ve ardından hidroperoksit salınır. Bir örnek etanın otooksidasyonudur:

C 2 H 6 + O 2 → ∙C 2 H 5 + HOO∙,

∙C 2 H 5 + O 2 → ∙OOC 2 H 5 ,

∙OOC 2 H 5 + C 2 H 6 → HOOC 2 H 5 + ∙C 2 H 5 .

Alkanlar, yakıt bileşiminde belirlendiğinde ana kimyasal özellikler arasında yer alan yanma reaksiyonları ile karakterize edilir. Isı salınımı ile oksidatif bir karaktere sahiptirler: 2C 2 H 6 + 7O 2 → 4CO 2 + 6H 2 O.

İşlemde az miktarda oksijen gözlemlenirse, nihai ürün, O2 konsantrasyonu ile belirlenen kömür veya karbon divalent oksit olabilir.

Alkanlar, katalitik maddelerin etkisi altında oksitlendiğinde ve 200 ° C'ye ısıtıldığında, alkol, aldehit veya karboksilik asit molekülleri elde edilir.

Etan örneği:

C2H6+O2 → C2H5OH (etanol),

C 2 H 6 + O 2 → CH 3 CHO + H 2 O (etanal ve su),

2C 2 H 6 + 3O 2 → 2CH 3 COOH + 2H 2 O (etanoik asit ve su).

Alkanlar, üç üyeli siklik peroksitlere maruz kaldıklarında oksitlenebilir. Bunlara dimetildioksiran dahildir. Parafinlerin oksidasyonunun sonucu bir alkol molekülüdür.

Parafin temsilcileri, KMnO 4 veya potasyum permanganata ve ayrıca

izomerizasyon

Alkanlarda, reaksiyon tipi, elektrofilik bir mekanizma ile ikame ile karakterize edilir. Bu, karbon zincirinin izomerizasyonunu içerir. Bu işlem, doymuş parafin ile etkileşime giren alüminyum klorür tarafından katalize edilir. Bir örnek, 2-metilpropan olan bütan molekülünün izomerizasyonudur: C4H10 → C3H7CH3.

aromatizasyon süreci

Ana karbon zincirinde altı veya daha fazla karbon atomu bulunan doymuş maddeler dehidrosiklizasyon yapabilir. Böyle bir reaksiyon, kısa moleküller için tipik değildir. Sonuç her zaman sikloheksan ve türevleri şeklinde altı üyeli bir halkadır.

Reaksiyon hızlandırıcıların varlığında, daha fazla hidrojen giderme ve daha kararlı bir benzen halkasına dönüşüm gerçekleşir. Asiklik hidrokarbonlar, aromatik bileşiklere veya erenlere dönüştürülür. Bir örnek, heksanın dehidrosiklizasyonudur:

H3C-CH2 - CH2 - CH2 - CH2 -CH3 → C6H12 (sikloheksan),

C6H12 → C6H6 + 3H2 (benzen).

Alkanlar doymuş hidrokarbonlardır ve mümkün olan maksimum sayıda hidrojen atomu içerirler. Sınıfın en basit temsilcisi metandır (CH 4).

IUPAC terminolojisine göre, alkanoların adları, hidrokarbon adından karşılık gelen köke eklenerek -an son eki kullanılarak oluşturulur. En uzun dalsız hidrokarbon zinciri şu şekilde seçilir: en büyük sayı ikameler, zincirdeki minimum sayıydı. Bileşik adında, ikame grubu veya heteroatomun bulunduğu karbon atomunun numarası bir sayı, ardından grubun veya heteroatomun adı ve ana zincirin adı ile belirtilir.

Alkanlar, hibridizasyon tipi ile karakterize edilir - sp 3.

Mekansal yapı - metan tetrahedral bir molekül şekline sahiptir, alkanlar n> 4 zikzak bir şekle sahiptir.

Doymuş hidrokarbonların izomerizmi, en basit yapısal izomerizm tipinden kaynaklanır - karbon iskeletinin izomerizmi. Homolog fark - -CH 2 -.

Fiziksel özellikler

Ana karbon zincirinin moleküler ağırlığı ve uzunluğu ile erime ve kaynama noktaları artar. Normal koşullar altında, CH4 ila C4H10 arasındaki dallanmamış alkanlar gazlardır; C5H12 ila C13H28 - sıvılar; C14H 30'dan sonra - katı cisimler. Erime ve kaynama noktaları az dallıdan çok dallıya doğru azalır. Gaz halindeki alkanlar, büyük miktarda ısı yayarak renksiz veya soluk mavi bir alevle yanarlar.

Alkanların kimyasal özellikleri

1. Yer değiştirme reaksiyonları.

Halojenasyon, ikame reaksiyonlarından biridir. En az hidrojenlenmiş karbon atomu önce halojenlenir (son olarak üçüncül atom, sonra ikincil, birincil atomlar halojenlenir). Alkanların halojenasyonu aşamalar halinde gerçekleşir - bir aşamada birden fazla hidrojen atomu değiştirilmez:

CH 4 + Cl2 → CH3Cl + HCl (klorometan)
CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HCl (diklorometan)
CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HCl (triklorometan)
CHCl3 + Cl2 → CCl4 + HCl (tetraklorometan).

Alkanların nitrasyonu (Konovalov reaksiyonu)

Alkanlar, ısıtma ve basınç sırasında seyreltik nitrik asitten etkilenir. Sonuç olarak, hidrojen atomu kalıntı ile değiştirilir. Nitrik asit– nitrogrup NO 2 .

R- H + HO -NO 2 → R-NO 2 + H 2 O

Bu reaksiyona nitrasyon reaksiyonu ve reaksiyon ürünlerine nitro bileşikleri denir.

2. Yanma.

Yakıt olarak kullanımlarını belirleyen doymuş hidrokarbonların ana kimyasal özelliği yanma reaksiyonudur. Misal:

CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O + Q

Q değeri 46.000 - 50.000 kJ/kg'a ulaşır.

Oksijen eksikliği durumunda karbondioksit yerine karbon monoksit veya kömür elde edilir (oksijen konsantrasyonuna bağlı olarak).
Genel olarak, alkanların yanma reaksiyonu aşağıdaki gibi yazılabilir:

C n H 2n+2 + (1.5n+0.5)O 2 → nCO 2 + (n+1)H 2 O

3. Alkanların çatlaması.

Bozunma reaksiyonları sadece yüksek sıcaklıkların etkisi altında gerçekleşir. Sıcaklıktaki bir artış, karbon bağının kırılmasına ve serbest radikallerin oluşumuna yol açar.

CH 4 → C + 2H 2 (t> 1000 ° C)

C 2 H 6 → 2C + 3H 2

Çatlama, daha kısa zincirli bileşiklerin oluşumu ile büyük moleküllerin karbon zincirini ayırma reaksiyonlarına dayanan hidrokarbonların termal ayrışma işlemidir.

Termal kırma. 450-700 o C sıcaklıkta, C–C bağlarının kırılması nedeniyle alkanlar ayrışır (bu sıcaklıkta daha güçlü C–H bağları korunur) ve daha az sayıda karbon atomlu alkanlar ve alkenler oluşur.

Örneğin:

C 6 H 14 → C 2 H 6 + C 4 H 8

Katalitik parçalama, katalizörlerin (genellikle alüminyum ve silikon oksitleri) varlığında 450°C sıcaklıkta ve atmosfer basıncında gerçekleştirilir. Bu durumda, moleküllerin yırtılmasıyla birlikte izomerizasyon ve dehidrojenasyon reaksiyonları meydana gelir:

2CH4 1500°C→ H–C≡C–H (asetilen) + 3H 2

4. İzomerizasyon.

Katalizörlerin etkisi altında, ısıtıldığında, normal bir yapıya sahip hidrokarbonlar izomerizasyona uğrar - karbon iskeletinin dallı alkanların oluşumu ile yeniden düzenlenmesi.

CH3 -CH2 -CH2 -CH2 -CH3 (pentan) –t°, AlCl3→ CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH3 I

CH3 (2-metilbütan)

5. Alkanların dehidrojenasyonu

Alkanlar katalizör varlığında ısıtıldıklarında, katalitik dehidrojenasyon kırılma nedeniyle C-H bağlantıları ve hidrojen atomlarının bitişik karbon atomlarından ayrılması. Bu durumda alkan, molekülde aynı sayıda karbon atomuna sahip bir alkene dönüşür:

C n H 2n+2 → C n H 2n + H 2

CH 3 -CH3 → CH2 \u003d CH2 + H2 (etan → eten)

CH 3 -CH2 -CH2 -CH3 → CH2 = CH-CH2 -CH3 + H2 (bütan → büten-1)

Bu reaksiyonda büten-1 ile birlikte büten-2 de oluşur.

6. Alkanların oksidasyon reaksiyonları

Alkanlar, düşük karbon oksidasyon derecesine sahip bileşiklerdir ve reaksiyon koşullarına bağlı olarak çeşitli bileşikler oluşturmak üzere oksitlenebilirler.

alkan elde etmek

Alkanlar, doğal kaynaklardan (doğal ve ilgili gazlar, petrol, kömür) izole edilir. Sentetik yöntemler de kullanılır.

1. Yağ çatlaması (endüstriyel yöntem)

Çatlama sırasında doymamış bileşikler (alkenler) ile birlikte alkanlar elde edilir. Bu yöntem önemlidir, çünkü daha yüksek alkanların molekülleri kırıldığında, organik sentez için çok değerli bir hammadde elde edilir: propan, bütan, izobütan, izopentan, vb.

2. Doymamış hidrokarbonların hidrojenasyonu:

C n H 2n + H2→C n H 2n+2 ← -H2 C n H 2n-2

alkenler → alkanlar ← alkinler

3. Katı yakıt gazlaştırma (yüksek sıcaklık ve basınçta, Ni katalizörü):

C + 2H 2 → CH 4

4. Sentez gazından (CO + H 2) bir alkan karışımı elde edilir:

nСО + (2n+1)Н 2 → C n H 2n+ 2 + nH 2 O

5. Daha az karbon atomlu halojen türevlerinden daha karmaşık alkanların sentezi:

2CH 3Cl + 2Na → CH3 -CH3 + 2NaCl (Wurtz reaksiyonu)

6. Karboksilik asitlerin tuzlarından:

a) alkali ile füzyon (Dumas reaksiyonu

CH 3 COONa + NaOH → CH 4 + Na 2 CO 3

sodyum asetat

b) Kolbe'ye göre elektroliz

2RCOONa + 2H 2 O → R-R + 2CO 2 + H 2 + 2NaOH

anotta → katotta

7. Metal karbürlerin (metanitler) suyla ayrışması:

Al 4 C 3 + 12HOH → 4Al(OH) 3 + 3CH 4

Alkanların kullanımı.

Limit hidrokarbonlar bulunur geniş uygulama insan yaşamının ve faaliyetinin çeşitli alanlarında.

Gaz halindeki alkanlar (metan ve propan-bütan karışımı) değerli bir yakıt olarak kullanılır.

Sıvı hidrokarbonlar, motor ve roket yakıtlarının önemli bir bölümünü oluşturur ve çözücü olarak kullanılır.

Vazelin yağı (15 karbon atomuna kadar sıvı hidrokarbon karışımı) tıpta, parfümeride ve kozmetikte kullanılan berrak, kokusuz ve tatsız bir sıvıdır.

Vazelin (25 karbon atomuna kadar sıvı ve katı doymuş hidrokarbon karışımı) tıpta kullanılan merhemleri hazırlamak için kullanılır.

Parafin (katı alkanların bir karışımı C 19 - C 35) - beyaz bir katı kütle, kokusuz ve tatsız (t pl \u003d 50-70 ° C) - tıpta termal prosedürler için mum yapmak, kibrit ve ambalaj kağıdı yapmak için kullanılır , vb.

Orta moleküler ağırlıklı normal doymuş hidrokarbonlar, yağdan proteinin mikrobiyolojik sentezinde bir besin substratı olarak kullanılır.

Daha sonraki sentezler için çözücüler, soğutucular ve hammaddeler olarak kullanılan alkanların halojen türevleri büyük önem taşımaktadır.

Modern petrokimya endüstrisinde, doymuş hidrokarbonlar, plastik, kauçuk, sentetik elyaf, deterjan ve diğer birçok maddenin üretimi için ara ürünler elde etme süreçlerinde önemli bir hammadde olan çeşitli organik bileşiklerin elde edilmesinin temelidir.

Hidrokarbonların karakteristik kimyasal özellikleri: alkanlar, alkenler, dienler, alkinler, aromatik hidrokarbonlar

alkanlar

Alkanlar, moleküllerinde atomları tekli bağlarla birbirine bağlanan ve $C_(n)H_(2n+2)$ genel formülüne karşılık gelen hidrokarbonlardır.

Homolog metan serisi

Bildiğin üzere, homologlar yapı ve özellikler bakımından benzer olan ve bir veya daha fazla $CH_2$ grubuyla farklılık gösteren maddelerdir.

Limit hidrokarbonlar homolog seri metan.

İzomerizm ve isimlendirme

Alkanlar, sözde yapısal izomerizm ile karakterize edilir. Yapısal izomerler, karbon iskeletinin yapısında birbirinden farklıdır. Bildiğiniz gibi, yapısal izomerlerle karakterize edilen en basit alkan bütandır:

Alkanlar için IUPAC isimlendirmesinin temellerini daha ayrıntılı olarak ele alalım:

1. Ana devre seçimi.

Bir hidrokarbon adının oluşumu, ana zincirin tanımıyla başlar - moleküldeki en uzun karbon atomu zinciri, olduğu gibi temelidir.

2.

Ana zincirin atomlarına numaralar atanır. Ana zincirin atomlarının numaralandırılması, ikame ediciye en yakın uçtan başlar (A, B yapıları). İkameler zincirin sonundan eşit uzaklıktaysa, numaralandırma daha fazla olduğu uçtan başlar (B yapısı). Farklı ikameler zincirin uçlarından eşit uzaklıktaysa, numaralandırma eskinin daha yakın olduğu uçtan başlar (D yapısı). Hidrokarbon sübstitüentlerinin kıdemleri, isimlerinin başladığı harfin alfabede geldiği sıraya göre belirlenir: metil (—$CH_3$), ardından propil ($—CH_2—CH_2—CH_3$), etil ($—CH_2 —CH_3$ ) vb.

Yedek adının son ekin değiştirilmesiyle oluşturulduğuna dikkat edin. -tr son eklemek -silt karşılık gelen alkan adına.

3. İsim oluşumu.

Sayılar adın başında belirtilir - ikamelerin bulunduğu karbon atomlarının sayıları. Belirli bir atomda birkaç ikame varsa, addaki karşılık gelen sayı, virgülle ($2.2-$) ayırarak iki kez tekrarlanır. Sayıdan sonra kısa çizgi, ikame edicilerin sayısını gösterir ( di- iki, üç- üç, tetra- dört, penta- beş) ve vekilin adı ( metil, etil, propil). Sonra boşluk ve kısa çizgi olmadan - ana zincirin adı. Ana zincire hidrokarbon denir - homolog metan serisinin bir üyesi ( metan, etan, propan vb.).

Yukarıda yapısal formülleri verilen maddelerin isimleri aşağıdaki gibidir:

- A yapısı: 2$ -metilpropan;

- B Yapısı: 3$ -etilheksan;

- Yapı B: $2,2,4$ -trimetilpentan;

- yapı Г: 2$ -metil$4$-etilheksan.

Alkanların fiziksel ve kimyasal özellikleri

fiziksel özellikler. Homolog metan serisinin ilk dört temsilcisi gazlardır. Bunların en basiti metandır - renksiz, tatsız ve kokusuz bir gazdır (koklandığında 104$ demeniz gereken gazın kokusu, metanların kokusuyla belirlenir - metanlara özel olarak eklenen kükürt içeren bileşikler evlerde ve endüstriyel gaz cihazları, böylece yakınlardaki insanlar sızıntının kokusunu alabilir).

$С_5Н_(12)$ ila $С_(15)Н_(32)$ arasındaki bileşimdeki hidrokarbonlar sıvıdır; daha ağır hidrokarbonlar katıdır.

Alkanların kaynama ve erime noktaları, artan karbon zinciri uzunluğu ile kademeli olarak artar. Tüm hidrokarbonlar suda az çözünür; sıvı hidrokarbonlar yaygın organik çözücülerdir.

Kimyasal özellikler.

1. yer değiştirme reaksiyonları. Alkanların en karakteristik özelliği, bir hidrojen atomunun bir halojen atomu veya bir grup ile değiştirildiği serbest radikal ikame reaksiyonlarıdır.

En karakteristik reaksiyonların denklemlerini sunalım.

halojenasyon:

$CH_4+Cl_2→CH_3Cl+HCl$.

Aşırı halojen durumunda, klorlama, tüm hidrojen atomlarının klor ile tamamen değiştirilmesine kadar daha da ileri gidebilir:

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

$CH_2Cl_2+Cl_2→HCl+(CHСl_3)↙(\text"triklorometan(kloroform)")$,

$CHCl_3+Cl_2→HCl+(CCl_4)↙(\text"tetraklorometan(karbon tetraklorür)")$.

Elde edilen maddeler, organik sentezde çözücüler ve başlangıç ​​malzemeleri olarak yaygın olarak kullanılmaktadır.

2. Dehidrojenasyon (hidrojenin ortadan kaldırılması). Alkanların yüksek sıcaklıkta ($400-600°C$) katalizör ($Pt, Ni, Al_2O_3, Cr_2O_3$) üzerinden geçişi sırasında bir hidrojen molekülü parçalanır ve bir alken oluşur:

$CH_3—CH_3→CH_2=CH_2+H_2$

3. Karbon zincirinin yıkımının eşlik ettiği reaksiyonlar. Tüm doymuş hidrokarbonlar yanıyor karbondioksit ve su oluşumu ile. Hava ile belirli oranlarda karışan gaz halindeki hidrokarbonlar patlayabilir. Doymuş hidrokarbonların yanması, çok güçlü bir serbest radikal ekzotermik reaksiyondur. büyük önem Alkanları yakıt olarak kullanırken:

$CH_4+2O_2→CO_2+2H_2O+880 kJ.$

Genel olarak, alkanların yanma reaksiyonu aşağıdaki gibi yazılabilir:

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

Hidrokarbonların termal dökümü:

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

İşlem serbest radikal mekanizmasına göre ilerler. Sıcaklıktaki bir artış, karbon-karbon bağının homolitik bir kopmasına ve serbest radikallerin oluşumuna yol açar:

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

Bu radikaller, bir alkan molekülü ve bir alken molekülü oluşumu ile bir hidrojen atomunu değiştirerek birbirleriyle etkileşime girer:

$R—CH_2CH_2+CH_2—R→R—CH=CH_2+CH_3—R$.

Endüstriyel işlemin altında termal ayrılma reaksiyonları yatar - hidrokarbon çatlaması. Bu süreç, petrol rafinasyonunun en önemli aşamasıdır.

Metan 1000°C$ sıcaklığa ısıtıldığında, metan pirolizi başlar - basit maddelere ayrışma:

$CH_4(→)↖(1000°C)C+2H_2$

1500°C$ sıcaklığa ısıtıldığında asetilen oluşumu mümkündür:

$2CH_4(→)↖(1500°C)CH=CH+3H_2$

4. izomerizasyon. Lineer hidrokarbonlar bir izomerizasyon katalizörü (alüminyum klorür) ile ısıtıldığında, dallanmış karbon iskeletine sahip maddeler oluşur:

5. Aromatizasyon. Zincirinde altı veya daha fazla karbon atomlu alkanlar, bir katalizör varlığında siklize edilerek benzen ve türevlerini oluşturur:

Alkanların serbest radikal mekanizmasına göre ilerleyen reaksiyonlara girmelerinin nedeni nedir? Alkan moleküllerindeki tüm karbon atomları $sp^3$ hibridizasyon durumundadır. Bu maddelerin molekülleri, kovalent polar olmayan $C-C$ (karbon-karbon) bağları ve zayıf polar $C-H$ (karbon-hidrojen) bağları kullanılarak oluşturulur. Yüksek ve düşük elektron yoğunluğuna sahip, kolayca polarize olabilen bağlar, yani. dış faktörlerin (elektrostatik iyon alanları) etkisi altında değişebilen elektron yoğunluğu bu tür bağlar. Bu nedenle, alkanlar yüklü parçacıklarla reaksiyona girmez, çünkü Alkan moleküllerindeki bağlar heterolitik bir mekanizma ile kırılmaz.

alkenler

Doymamış hidrokarbonlar, moleküllerdeki karbon atomları arasında çoklu bağlar içeren hidrokarbonları içerir. sınırsız alkenler, alkadienler (polienler), alkinler. Döngüde bir çift bağ içeren siklik hidrokarbonlar (sikloalkenler) ve ayrıca döngüde az sayıda karbon atomu (üç veya dört atom) olan sikloalkanlar da doymamış bir karaktere sahiptir. Doymamışlık özelliği, bu maddelerin doymuş veya doymuş hidrokarbonlar - alkanların oluşumu ile başta hidrojen olmak üzere ekleme reaksiyonlarına girme kabiliyeti ile ilişkilidir.

Alkenler, molekülde tekli bağlara ek olarak, karbon atomları arasında bir çift bağ içeren ve $C_(n)H_(2n)$ genel formülüne karşılık gelen asiklik hidrokarbonlardır.

ikinci adı olefinler- alkenler, kalıntıları sıvı yağların bir parçası olan doymamış yağ asitleri (oleik, linoleik) ile benzer şekilde elde edildi - yağlar (lat. oleum- Tereyağı).

Homolog eten serisi

Dallanmamış alkenler, homolog eten (etilen) serisini oluşturur:

$C_2H_4$ etendir, $C_3H_6$ propendir, $C_4H_8$ bütendir, $C_5H_(10)$ pentendir, $C_6H_(12)$ heksendir, vb.

İzomerizm ve isimlendirme

Alkenler ve alkanlar için yapısal izomerizm karakteristiktir. Yapısal izomerler, karbon iskeletinin yapısında birbirinden farklıdır. Yapısal izomerlerle karakterize edilen en basit alken, bütendir:

Özel bir yapısal izomerizm türü, çift bağ pozisyonu izomerizmidir:

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

Tek bir karbon-karbon bağı etrafında, pratik olarak serbest dönüş karbon atomları, bu nedenle alkan molekülleri çok çeşitli şekiller alabilir. Çift bağın etrafında dönme imkansızdır, bu da alkenlerde başka bir tür izomerizmin ortaya çıkmasına neden olur - geometrik veya cis-trans izomerizm.

cis- izomerler farklıdır trans izomerler, $π$-bağ düzlemine göre molekülün fragmanlarının (bu durumda, metil grupları) uzamsal düzenlemesi ve sonuç olarak özelliklere göre.

Alkenler, sikloalkanlara karşı izomerdir (sınıflar arası izomerizm), örneğin:

IUPAC tarafından geliştirilen alkenlerin isimlendirilmesi, alkanların isimlendirilmesine benzer.

1. Ana devre seçimi.

Bir hidrokarbon adının oluşumu, bir moleküldeki en uzun karbon atomu zinciri olan ana zincirin tanımıyla başlar. Alkenler söz konusu olduğunda, ana zincir bir çift bağ içermelidir.

2. Ana zincirin atom numaralandırması.

Ana zincirin atomlarının numaralandırılması, çift bağın en yakın olduğu uçtan başlar. Örneğin, doğru bağlantı adı:

5$-metilheksen-2$, beklendiği gibi 2$-metilheksen-4$ değil.

Çift bağın konumu, zincirdeki atomların numaralandırılmasının başlangıcını belirleyemiyorsa, bu, tıpkı doymuş hidrokarbonlarda olduğu gibi, ikame edicilerin konumu tarafından belirlenir.

3. İsim oluşumu.

Alkenlerin adları, alkanların adlarıyla aynı şekilde oluşturulur. Adın sonunda, çift bağın başladığı karbon atomunun numarasını ve bileşiğin alken sınıfına ait olduğunu belirten son eki belirtin - -tr.

Örneğin:

Alkenlerin fiziksel ve kimyasal özellikleri

fiziksel özellikler. Homolog alken serisinin ilk üç temsilcisi gazlardır; $C_5H_(10)$ - $C_(16)H_(32)$ bileşimindeki maddeler sıvıdır; yüksek alkenler katıdır.

Kaynama ve erime noktaları, bileşiklerin moleküler ağırlığının artmasıyla doğal olarak artar.

Kimyasal özellikler.

Ekleme reaksiyonları. Hatırlamak damga doymamış hidrokarbonların temsilcileri - alkenler, ekleme reaksiyonlarına girme yeteneğidir. Bu reaksiyonların çoğu mekanizma ile ilerler.

1. alkenlerin hidrojenasyonu. Alkenler, hidrojenasyon katalizörleri, metaller - platin, paladyum, nikel varlığında hidrojen ekleyebilir:

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

Bu reaksiyon, atmosferik ve yüksek basınçta ilerler ve yüksek sıcaklık gerektirmez, çünkü ekzotermiktir. Aynı katalizörlerde sıcaklık artışı ile ters reaksiyon, hidrojen giderme meydana gelebilir.

2. Halojenasyon (halojenlerin eklenmesi). Bir alkenin bromlu su veya organik bir solvent ($CCl_4$) içindeki bir brom solüsyonu ile etkileşimi, alkene bir halojen molekülünün eklenmesi ve dihalojen alkanların oluşumunun bir sonucu olarak bu solüsyonların hızlı bir şekilde renk değiştirmesine yol açar:

$CH_2=CH_2+Br_2→CH_2Br—CH_2Br$.

3.

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

Bu reaksiyona tabi Markovnikov'un kuralı:

Bir alkene bir hidrojen halojenür eklendiğinde, hidrojen daha hidrojenlenmiş bir karbon atomuna, yani. daha fazla hidrojen atomunun bulunduğu atom ve halojen - daha az hidrojenlenmiş olana.

Alkenlerin hidrasyonu alkollerin oluşumuna yol açar. Örneğin, etene su ilavesi, etil alkol üretmek için endüstriyel yöntemlerden birinin temelini oluşturur:

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

Birincil alkolün (birincil karbonda bir hidrokso grubu ile) yalnızca eten hidratlandığında oluştuğuna dikkat edin. Propen veya diğer alkenler hidratlandığında ikincil alkoller oluşur.

Bu reaksiyon aynı zamanda Markovnikov kuralına göre de ilerler - hidrojen katyonu daha fazla hidrojenlenmiş karbon atomuna ve hidrokso grubu daha az hidrojenlenmiş olana bağlanır.

5. polimerizasyon. Eklemenin özel bir durumu, alkenlerin polimerizasyon reaksiyonudur:

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

Bu ekleme reaksiyonu, bir serbest radikal mekanizması ile ilerler.

6. Oksidasyon reaksiyonu.

Herhangi bir organik bileşik gibi, alkenler de oksijende yanar ve $CO_2$ ve $H_2O$ oluşturur:

$CH_2=CH_2+3O_2→2CO_2+2H_2O$.

Genel olarak:

$C_(n)H_(2n)+(3n)/(2)O_2→nCO_2+nH_2O$

Çözeltilerde oksidasyona dirençli olan alkanlardan farklı olarak, alkenler potasyum permanganat çözeltilerinin etkisiyle kolayca oksitlenir. Nötr veya alkali çözeltilerde, alkenler diollere (dihidrik alkoller) oksitlenir ve oksidasyondan önce aralarında bir çift bağ bulunan atomlara hidroksil grupları eklenir:

Alkadienler (dien hidrokarbonlar)

Alkadienler, molekülde tekli bağlara ek olarak, karbon atomları arasında iki çift bağ içeren ve $C_(n)H_(2n-2)$ genel formülüne karşılık gelen asiklik hidrokarbonlardır.

Bağlı olarak göreceli konumçift ​​bağlar, üç tip dien vardır:

- ile alkadienler kümülatifçift ​​bağların düzenlenmesi:

- ile alkadienler konjugeçift ​​bağlar;

$CH_2=CH—CH=CH_2$;

- ile alkadienler yalıtılmışçift ​​bağlar

$CH_2=CH—CH_2—CH=CH_2$.

Her üç alkadien türü de yapı ve özellikler bakımından birbirinden önemli ölçüde farklıdır. Birikmiş bağlara sahip alkadienlerdeki merkezi karbon atomu (iki çift bağ oluşturan bir atom) $sp$-hibridizasyon durumundadır. Aynı düz çizgi üzerinde uzanan ve zıt yönlere yönlendirilmiş iki $π$-bağ ve dik düzlemlerde uzanan iki $π$-bağ oluşturur. $π$-bağları, her bir karbon atomunun hibritleşmemiş p-orbitalleri nedeniyle oluşur. İzole çift bağları olan alkadienlerin özellikleri çok spesifiktir, çünkü konjuge $π$-bağları birbirini önemli ölçüde etkiler.

Konjuge $π$-bağları oluşturan p-Orbitaller pratik olarak tek bir sistem oluşturur (buna $π$-sistemi denir), çünkü Komşu $π$-bağlarının p-orbitalleri kısmen örtüşür.

İzomerizm ve isimlendirme

Alkadienler hem yapısal izomerizm hem de cis- ve trans-izomerizm ile karakterize edilir.

Yapısal izomerizm.

— karbon iskeletinin izomerizmi:

— çoklu bağların pozisyonunun izomerizmi:

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

cis-, trans- izomerizm (uzaysal ve geometrik)

Örneğin:

Alkadienler, alkinler ve sikloalkenler sınıflarının izomerik bileşikleridir.

Alkadien adını oluştururken çift bağların sayısı belirtilir. Ana zincir mutlaka iki çoklu bağ içermelidir.

Örneğin:

Alkadienlerin fiziksel ve kimyasal özellikleri

fiziksel özellikler.

Normal koşullar altında propandien-1,2, bütadien-1,3 gazdır, 2-metilbütadien-1,3 uçucu bir sıvıdır. İzole çift bağlı alkadienler (en basiti pentadien-1,4'tür) sıvılardır. Daha yüksek dienler katılardır.

Kimyasal özellikler.

İzole çift bağlı alkadienlerin kimyasal özellikleri, alkenlerinkinden çok az farklıdır. Konjuge bağları olan alkadienler bazı özel özelliklere sahiptir.

1. Ekleme reaksiyonları. Alkadienler hidrojen, halojenler ve hidrojen halojenürler ekleme yeteneğine sahiptir.

Konjuge bağlara sahip alkadienlere eklemenin bir özelliği, molekülleri hem 1 ve 2 pozisyonlarında hem de 1 ve 4 pozisyonlarında bağlama yeteneğidir.

Ürünlerin oranı, ilgili reaksiyonları gerçekleştirmenin koşullarına ve yöntemine bağlıdır.

2.polimerizasyon reaksiyonu. Dienlerin en önemli özelliği, katyonların veya serbest radikallerin etkisi altında polimerleşme yeteneğidir. Bu bileşiklerin polimerizasyonu, sentetik kauçukların temelidir:

$nCH_2=(CH—CH=CH_2)↙(bütadien-1,3)→((... —CH_2—CH=CH—CH_2— ...)_n)↙(\text"sentetik bütadien kauçuk")$ .

Konjuge dienlerin polimerizasyonu 1,4-ilave olarak ilerler.

Bu durumda, çift bağ, bağlantıda merkezi olarak ortaya çıkıyor ve temel bağlantı, sırayla, her ikisini de alabilir. cis-, ve trans yapılandırma.

alkinler

Alkinler, molekülde tekli bağlara ek olarak, karbon atomları arasında bir üçlü bağ içeren ve $C_(n)H_(2n-2)$ genel formülüne karşılık gelen asiklik hidrokarbonlardır.

Homolog etin serisi

Dallanmamış alkinler, homolog etin (asetilen) serisini oluşturur:

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

İzomerizm ve isimlendirme

Alkinler için olduğu kadar alkenler için de yapısal izomerizm karakteristiktir: karbon iskeletinin izomerizmi ve çoklu bağın pozisyonunun izomerizmi. Alkin sınıfının çoklu bağ pozisyonunun yapısal izomerleri ile karakterize edilen en basit alkin, butindir:

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

Alkinlerdeki karbon iskeletinin izomerizmi, pentinden başlayarak mümkündür:

Üçlü bağ, karbon zincirinin doğrusal bir yapısını varsaydığından, geometrik ( cis-, trans-) alkinler için izomerizm mümkün değildir.

Bu sınıfın hidrokarbon moleküllerinde üçlü bir bağın varlığı, son ek ile yansıtılır. -içinde, ve zincirdeki konumu - karbon atomunun sayısı.

Örneğin:

Alkinler, diğer bazı sınıfların izomerik bileşikleridir. Yani, heksin (alkin), heksadien (alkadien) ve sikloheksen (sikloalken) $С_6Н_(10)$ kimyasal formülüne sahiptir:

Alkinlerin fiziksel ve kimyasal özellikleri

fiziksel özellikler. Alkinlerin yanı sıra alkenlerin kaynama ve erime noktaları, bileşiklerin moleküler ağırlığının artmasıyla doğal olarak artar.

Alkinlerin kendine has bir kokusu vardır. Suda alkan ve alkenlerden daha fazla çözünürler.

Kimyasal özellikler.

Ekleme reaksiyonları. Alkinler doymamış bileşiklerdir ve katılma reaksiyonlarına girerler. Temel olarak, bunlar reaksiyonlardır. elektrofilik ekleme.

1. Halojenasyon (bir halojen molekülünün eklenmesi). Alkin iki halojen molekülü (klor, brom) bağlayabilir:

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

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

2. Hidrohalojenasyon (hidrojen halojenür ilavesi). Elektrofilik mekanizmaya göre ilerleyen hidrojen halojenür ilave reaksiyonu da iki aşamada ilerler ve her iki aşamada da Markovnikov kuralı yerine getirilir:

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

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

3. Hidrasyon (su ilavesi). Ketonların ve aldehitlerin endüstriyel sentezi için büyük önem taşıyan, su ekleme reaksiyonudur (hidrasyon). Kucherov'un tepkisi:

4. alkinlerin hidrojenasyonu. Alkinler, metal katalizörlerin ($Pt, Pd, Ni$) varlığında hidrojen ekler:

$R-C≡C-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH=CH-R,$

$R-CH=CH-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH_2-CH_2-R$

Üçlü bağ iki reaktif $π$ bağı içerdiğinden, alkanlar adım adım hidrojen ekler:

1) trimerizasyon.

Etin aktif karbon üzerinden geçirildiğinde, biri benzen olan bir ürün karışımı oluşur:

2) dimerizasyon.

Asetilenin trimerizasyonuna ek olarak, dimerizasyonu da mümkündür. Tek değerli bakır tuzlarının etkisi altında vinilasetilen oluşur:

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

Bu madde kloropren üretmek için kullanılır:

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

polimerizasyonu kloropren kauçuğu üreten:

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

Alkin oksidasyonu.

Etin (asetilen), çok büyük miktarda ısı açığa çıkararak oksijende yanar:

$2C_2H_2+5O_2→4CO_2+2H_2O+2600kJ$ Bir oksi-asetilen torcu eylemi, alevi çok yüksek bir sıcaklığa sahip olan (3000$C$'dan fazla) bu reaksiyona dayanır, bu da onu kullanmayı mümkün kılar metalleri kesmek ve kaynaklamak için.

Havada asetilen dumanlı bir alevle yanar, çünkü. molekülündeki karbon içeriği etan ve eten moleküllerinden daha yüksektir.

Alkinler, alkenler gibi, potasyum permanganatın asitli çözeltilerinin rengini giderir; bu durumda çoklu bağın yıkımı meydana gelir.

Organik kimyada iyonik (V.V. Markovnikov kuralı) ve radikal reaksiyon mekanizmaları

Organik kimyada kimyasal reaksiyon türleri

Organik maddelerin reaksiyonları resmi olarak dört ana tipe ayrılabilir: ikame, ekleme, eliminasyon (eliminasyon) ve yeniden düzenleme (izomerizasyon). Açıkçası, organik bileşiklerin tüm reaksiyonları önerilen sınıflandırmaya indirgenemez (örneğin, yanma reaksiyonları). Bununla birlikte, böyle bir sınıflandırma, inorganik kimya dersinden zaten aşina olduğunuz inorganik maddeler arasında meydana gelen reaksiyonlarla analojiler kurmaya yardımcı olacaktır.

Kural olarak, reaksiyona katılan ana organik bileşiğe substrat denir ve reaksiyonun diğer bileşeni şartlı olarak bir reaktif olarak kabul edilir.

ikame reaksiyonları

Orijinal moleküldeki (substrat) bir atom veya atom grubunun başka atomlar veya atom gruplarıyla yer değiştirmesiyle sonuçlanan reaksiyonlara ikame reaksiyonları denir.

Yer değiştirme reaksiyonları, alkanlar, sikloalkanlar veya arenler gibi doymuş ve aromatik bileşikleri içerir.

Bu tür reaksiyonlara örnekler verelim.

Işığın etkisi altında, bir metan molekülündeki hidrojen atomları, örneğin klor atomları gibi halojen atomları ile değiştirilebilir:

$CH_4+Cl_2→CH_3Cl+HCl$

Hidrojenin halojenle değiştirilmesinin bir başka örneği, benzenin bromobenzene dönüştürülmesidir:

Bu reaksiyonun denklemi farklı şekilde yazılabilir:

Bu yazım şekliyle, reaktifler, katalizör, reaksiyon koşulları okun üstüne yazılır ve inorganik reaksiyon ürünleri onun altına yazılır.

ekleme reaksiyonları

İki veya daha fazla reaktan molekülünün bir araya gelmesi sonucu oluşan reaksiyonlara katılma reaksiyonları denir.

Alkenler veya alkinler gibi doymamış bileşikler, ekleme reaksiyonlarına girer.

Hangi molekülün reaktif olarak hareket ettiğine bağlı olarak, hidrojenasyon (veya indirgeme), halojenasyon, hidrohalojenasyon, hidrasyon ve diğer ekleme reaksiyonları ayırt edilir. Her biri belirli koşullar gerektirir.

1. hidrojenasyon- bir hidrojen molekülünün çoklu bir bağa eklenmesinin reaksiyonu:

$CH_3(-CH=)↙(\text"propen")CH_2+H_2(→)↖(Pt)CH_3(-CH_2-)↙(\text"propan")-CH_3$

2.hidrohalojenasyon— hidrojen halojenür ilave reaksiyonu (hidroklorinasyon):

$(CH_2=)↙(\text"eten")CH_2+HCl→CH_3(-CH_2-)↙(\text"kloroetan")-Cl$

3.halojenasyon- halojen ilave reaksiyonu:

$(CH_2=)↙(\text"eten")CH_2+Cl_2→(CH_2Cl-CH_2Cl)↙(\text"1.2-dikloroetan")$

4. polimerizasyon- Molekül ağırlığı küçük olan bir maddenin moleküllerinin, çok yüksek molekül ağırlıklı bir maddenin moleküllerini oluşturmak üzere birbirleriyle birleştiği özel bir tür ekleme reaksiyonları - makro moleküller.

Polimerizasyon reaksiyonları, düşük moleküler ağırlıklı bir maddenin (monomer) birçok molekülünü bir polimerin büyük molekülleri (makromoleküller) halinde birleştirme işlemleridir.

Polimerizasyon reaksiyonunun bir örneği, ultraviyole radyasyon ve bir radikal polimerizasyon başlatıcısının etkisi altında etilenden (eten) polietilenin üretilmesidir. $R:$

$(nCH_2=)↙(\text"eten")CH_2(→)↖(\text"UV ışığı,R")((...-CH_2-CH_2-...)_n)↙(\text" polietilen ")$

Organik bileşiklerin en karakteristik özelliği olan kovalent bağ, atomik orbitaller üst üste geldiğinde ve ortak elektron çiftlerinin oluşumu ile oluşur. Bunun bir sonucu olarak, üzerinde ortak bir elektron çiftinin bulunduğu iki atom için ortak bir yörünge oluşur. Bağ kırıldığında, bu ortak elektronların kaderi farklı olabilir.

Organik kimyada reaktif parçacık türleri

Bir atoma ait eşleşmemiş elektrona sahip bir yörünge, aynı zamanda eşleşmemiş bir elektron içeren başka bir atomun yörüngesi ile örtüşebilir. Bu, bir kovalent bağ oluşumu ile sonuçlanır. değişim mekanizması:

$H + H→H:H,$ veya $H-H$

değişim mekanizması Farklı atomlara ait eşlenmemiş elektronlardan ortak bir elektron çifti oluşturulduğunda kovalent bağ oluşumu gerçekleşir.

Değişim mekanizmasıyla bir kovalent bağ oluşumunun tersi süreç, her atoma bir elektronun gittiği bağ kırılmasıdır. Sonuç olarak, eşleşmemiş elektronlara sahip iki yüksüz parçacık oluşur:

Bu tür parçacıklara denir serbest radikaller.

serbest radikaller- eşleşmemiş elektronlara sahip atomlar veya atom grupları.

Etki altında ve serbest radikallerin katılımıyla gerçekleşen reaksiyonlara serbest radikal reaksiyonları denir.

İnorganik kimya sırasında bunlar, hidrojenin oksijenle etkileşimi, halojenler, yanma reaksiyonlarıdır. Lütfen bu tip reaksiyonların yüksek hız, büyük miktarda ısı salınımı ile karakterize edildiğini unutmayın.

Verici-alıcı mekanizma ile bir kovalent bağ da oluşturulabilir. Paylaşılmamış bir elektron çifti içeren bir atomun (veya anyonun) yörüngelerinden biri, doldurulmamış bir yörüngeye sahip başka bir atomun (veya katyonun) doldurulmamış bir yörüngesi ile örtüşür ve bir kovalent bağ oluşur, örneğin:

$H^(+)+(:O-H^(-))↙(\text"alıcı")→(H-O-H)↙(\text"bağışçı")$

Bir kovalent bağın kopması, pozitif ve negatif yüklü parçacıkların oluşumuna yol açar; Bu durumda ortak bir elektron çiftinin her iki elektronu da atomlardan birinde kaldığından, ikinci atomun doldurulmamış bir yörüngesi vardır:

$R:|R=R:^(-)+R^(+)$

Düşünmek elektrolitik ayrışma asitler:

$H:|Cl=H^(+)+Cl^(-)$

Yalnız bir $R:^(-)$ elektron çiftine, yani negatif yüklü bir iyona sahip bir parçacığın, pozitif yüklü atomlara veya üzerinde en azından kısmi veya etkin bir pozitif yük bulunan atomlara çekileceği kolayca tahmin edilebilir. . Ortak elektron çifti olmayan parçacıklara denir. nükleofilik ajanlar (çekirdek- çekirdek, atomun pozitif yüklü kısmı), yani çekirdeğin "arkadaşları", pozitif yük.

Nükleofiller ($Nu$)- Etkili bir pozitif yükün yoğunlaştığı moleküler bölgelerle etkileşime giren yalnız bir çift elektrona sahip anyonlar veya moleküller.

Nükleofil örnekleri: $Cl^(-)$ (klorür iyonu), $OH^(-)$ (hidroksit anyonu), $CH_3O^(-)$ (metoksit anyonu), $CH_3COO^(-)$ ( asetat anyonu ).

Doldurulmamış bir yörüngeye sahip parçacıklar, tam tersine, onu doldurma eğiliminde olacak ve bu nedenle, artan elektron yoğunluğuna, negatif yüke ve paylaşılmamış bir elektron çiftine sahip molekül bölgelerine çekilecektir. Elektrofiller, bir elektronun "arkadaşları", negatif yük veya artan elektron yoğunluğuna sahip parçacıklardır.

elektrofiller- atomun daha uygun bir elektronik konfigürasyonuna yol açtığı için, elektronlarla doldurma eğiliminde olan, doldurulmamış bir elektron yörüngesine sahip katyonlar veya moleküller.

Elektrofil örnekleri: $NO_2$ (nitro grubu), -$COOH$ (karboksil), -$CN$ (nitril grubu), -$COH$ (aldehit grubu).

Boş bir yörüngeye sahip her parçacık bir elektrofil değildir. Örneğin, katyonlar alkali metaller atıl gaz konfigürasyonuna sahiptirler ve düşük elektron afinitesine sahip oldukları için elektron alma eğilimi göstermezler. Bundan, doldurulmamış bir yörüngenin varlığına rağmen, bu tür parçacıkların elektrofil olmayacağı sonucuna varabiliriz.

Ana reaksiyon mekanizmaları

Üç ana tip reaksiyona giren partikül tanımladık - serbest radikaller, elektrofiller, nükleofiller - ve bunlara karşılık gelen üç tip reaksiyon mekanizması:

- serbest radikal;

- elektrofilik;

- nükleofilik.

Reaksiyonları, reaksiyona giren parçacıkların türüne göre sınıflandırmaya ek olarak, organik kimya, moleküllerin bileşimini değiştirme ilkesine göre dört tür reaksiyonu ayırt eder: ekleme, ikame, eliminasyon veya eliminasyon (lat. eliminasyon- silme, bölme) ve yeniden düzenleme. Toplama ve ikame, üç tür reaktif türün de etkisi altında gerçekleşebildiğinden, birkaç ana reaksiyon mekanizması ayırt edilebilir.

1.Serbest radikal ikamesi:

$(CH_4)↙(\text"metan")+Br_2(→)↖(\text"UV ışığı")(CH_3Br)↙(\text"bromometan")+HBr$

2. Serbest radikal ilavesi:

$nCH_2=CH_2(→)↖(\text"UV ışığı,R")(...-CH_2-CH_2-...)_n$

3. Elektrofilik ikame:

4. Elektrofilik bağlantı:

$CH_3-(CH=)↙(\text"propen")CH_2+HBr(→)↖(\text"solution")(CH_3-CHBr-CH_3)↙(\text"2-bromopropan")$

$CH_3(-C≡)↙(\text"propin")CH+Cl_2(→)↖(\text"solution")(CH_3-CCl=CHCl)↙(\text"1,2-dikloropropen")$

5. Nükleofilik ekleme:

Ek olarak, nükleofilik parçacıkların - bazların etkisi altında meydana gelen bölünme veya eliminasyon reaksiyonlarını ele alacağız.

6. Eliminasyon:

$CH_3-CHBr-CH_3+NaOH(→)↖(\text"alkol çözeltisi")CH_3-CH=CH_2+NaBr+H_2O$

V. V. Markovnikov'un Kuralı

Alkenlerin (doymamış hidrokarbonlar) ayırt edici bir özelliği, ekleme reaksiyonlarına girme yeteneğidir. Bu reaksiyonların çoğu mekanizma ile ilerler. elektrofilik ekleme.

Hidrohalojenasyon (hidrojen halojenür ilavesi):

$CH_3(-CH-)↙(\text"propen")CH_2+HBr→CH_3(-CHBr-CH_3)↙(\text"2-bromopropan")$

Bu reaksiyona tabi V. V. Markovnikov'un kuralı: bir alkene bir hidrojen halojenür eklendiğinde, daha hidrojenlenmiş bir karbon atomuna hidrojen eklenir, yani. daha fazla hidrojen atomunun bulunduğu atom ve halojen - daha az hidrojenlenmiş olana.