Hiilivetyjen räjähdysominaisuudet. Hiilivetyjen ominaisuudet. Hiilivetyjen saaminen Kolme tapaa saada hiilivetyjä laboratoriossa

Hiilivetyjen tunnusomaiset kemialliset ominaisuudet: alkaanit, alkeenit, dieenit, alkyynit, aromaattiset hiilivedyt

Alkaanit

Alkaanit ovat hiilivetyjä, joiden molekyyleissä atomit ovat liittyneet yksinkertaisilla sidoksilla ja jotka vastaavat yleiskaavaa $C_(n)H_(2n+2)$.

Metaanin homologinen sarja

Kuten jo tiedät, homologeja- Nämä ovat aineita, jotka ovat rakenteeltaan ja ominaisuuksiltaan samankaltaisia ​​ja eroavat yhden tai useamman $CH_2$-ryhmän osalta.

Tyydyttyneet hiilivedyt muodostavat metaanin homologisen sarjan.

Isomerismi ja nimikkeistö

Alkaaneille on ominaista niin kutsuttu rakenteellinen isomerismi. Rakenteelliset isomeerit eroavat toisistaan ​​hiilirungon rakenteessa. Kuten jo tiedät, yksinkertaisin alkaani, jolle on tunnusomaista rakenteelliset isomeerit, on butaani:

Katsotaanpa tarkemmin alkaanien IUPAC-nimikkeistön perusteita:

1. Pääpiirin valinta.

Hiilivedyn nimen muodostuminen alkaa pääketjun määrittelyllä - molekyylin pisin hiiliatomiketju, joka on ikään kuin sen perusta.

2.

Pääketjun atomeille on annettu numerot. Pääketjun atomien numerointi alkaa siitä päästä, jota substituentti on lähinnä (rakenteet A, B). Jos substituentit sijaitsevat yhtä kaukana ketjun päästä, niin numerointi alkaa siitä päästä, jossa niitä on enemmän (rakenne B). Jos eri substituentit sijaitsevat yhtä etäisyydellä ketjun päistä, niin numerointi alkaa siitä päästä, jota vanhempi on lähimpänä (rakenne D). Hiilivetysubstituenttien vanhemmuus määräytyy järjestyksen mukaan, jossa niiden nimen alkukirjain esiintyy aakkosissa: metyyli (—$CH_3$), sitten propyyli ($—CH_2—CH_2—CH_3$), etyyli ($—CH_2). -CH_3$ ) jne.

Huomaa, että substituentin nimi muodostetaan korvaamalla pääte -an jälkiliitteenä -il vastaavan alkaanin nimessä.

3. Nimen muodostus.

Nimen alussa on merkitty numerot - niiden hiiliatomien numerot, joissa substituentit sijaitsevat. Jos tietyssä atomissa on useita substituentteja, niin nimessä oleva vastaava numero toistetaan kahdesti pilkulla erotettuna ($2,2-$). Numeron jälkeen substituenttien lukumäärä on merkitty yhdysviivalla ( di-kaksi, kolme-kolme, tetra- neljä, penta- viisi) ja sijaisen nimi ( metyyli, etyyli, propyyli). Sitten ilman välilyöntejä tai yhdysmerkkejä pääketjun nimi. Pääketjua kutsutaan hiilivedyksi, joka on metaanin homologisen sarjan jäsen ( metaani, etaani, propaani jne.).

Niiden aineiden nimet, joiden rakennekaavat on annettu edellä, ovat seuraavat:

— rakenne A: $2$ -metyylipropaani;

- rakenne B: 3 dollaria -etyyliheksaani;

— rakenne B: $2,2,4$ -trimetyylipentaani;

— rakenne G: $2$ -metyyli$4$-etyyliheksaani.

Alkaanien fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet

Fyysiset ominaisuudet. Metaanin homologisen sarjan neljä ensimmäistä edustajaa ovat kaasuja. Yksinkertaisin niistä on metaani, väritön, mauton ja hajuton kaasu (kaasun haju, sen aistiessa pitää soittaa 104$, määräytyy merkaptaanien hajun perusteella – rikkipitoiset yhdisteet, jotka on erityisesti lisätty metaaniin, jota käytetään kotitalous- ja teollisuuskaasulaitteet, jotta niiden vieressä olevat ihmiset voisivat havaita vuodon hajulla).

Hiilivedyt, joiden koostumus on välillä $С_5Н_(12)$ - $С_(15)Н_(32)$, ovat nesteitä; raskaammat hiilivedyt ovat kiinteitä aineita.

Alkaanien kiehumis- ja sulamispisteet kasvavat vähitellen hiiliketjun pituuden kasvaessa. Kaikki hiilivedyt liukenevat huonosti veteen; nestemäiset hiilivedyt ovat yleisiä orgaanisia liuottimia.

Kemialliset ominaisuudet.

1. Korvausreaktiot. Alkaaneille tyypillisimpiä reaktioita ovatot, joissa vetyatomi korvataan halogeeniatomilla tai jollain ryhmällä.

Esitetään tyypillisimpien reaktioiden yhtälöt.

Halogenointi:

$CH_4+Cl_2→CH_3Cl+HCl$.

Jos halogeenia on liikaa, klooraus voi edetä pidemmälle, jopa kaikkien vetyatomien täydelliseen korvaamiseen kloorilla:

$CH_3Cl+Cl_2→HCl+(CH_2Cl_2)↙(\teksti"dikloorimetaani (metyleenikloridi)")$,

$CH_2Cl_2+Cl_2→HCl+(CHСl_3)↙(\teksti"trikloorimetaani(kloroformi)")$,

$CHCl_3+Cl_2→HCl+(CCl_4)↙(\teksti"hiilitetrakloridi(hiilitetrakloridi)")$.

Syntyviä aineita käytetään laajalti liuottimina ja lähtöaineina orgaanisissa synteesissä.

2. Dehydraus (vedyn poistaminen). Kun alkaanit johdetaan katalyytin ($Pt, Ni, Al_2O_3, Cr_2O_3$) yli korkeissa lämpötiloissa ($400-600°C$), vetymolekyyli eliminoituu ja alkeeni muodostuu:

$CH_3—CH_3→CH_2=CH_2+H_2$

3. Reaktiot, joihin liittyy hiiliketjun tuhoutuminen. Kaikki tyydyttyneet hiilivedyt palavat hiilidioksidin ja veden muodostumisen myötä. Ilman kanssa tietyissä suhteissa sekoittuneet kaasumaiset hiilivedyt voivat räjähtää. Tyydyttyneiden hiilivetyjen palaminen on vapaiden radikaalien eksoterminen reaktio, joka on erittäin tärkeä alkaaneja käytettäessä polttoaineena:

$СН_4+2О_2→СО_2+2Н_2O+880 kJ.$

Yleensä alkaanien palamisreaktio voidaan kirjoittaa seuraavasti:

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

Hiilivetyjen lämpöhalkaisu:

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

Prosessi tapahtuu vapaiden radikaalien mekanismin kautta. Lämpötilan nousu johtaa hiili-hiilisidoksen homolyyttiseen katkeamiseen ja vapaiden radikaalien muodostumiseen:

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

Nämä radikaalit ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa vaihtaen vetyatomia muodostaen alkaanimolekyylin ja alkeenimolekyylin:

$R—CH_2CH_2·+·CH_2—R—R—CH=CH_2+CH_3—R$.

Lämpöhajoamisreaktiot ovat hiilivetyjen krakkausprosessin taustalla. Tämä prosessi on öljynjalostuksen tärkein vaihe.

Kun metaani kuumennetaan $1000°C$ lämpötilaan, alkaa metaanin pyrolyysi – hajoaminen yksinkertaisiksi aineiksi:

$CH_4(→)↖(1000°C)C+2H_2$

Asetyleenin muodostuminen on mahdollista, kun se kuumennetaan 1 500 C$:n lämpötilaan:

$2CH_4(→)↖(1500°C)CH=CH+3H_2$

4. Isomerointi. Kun lineaarisia hiilivetyjä kuumennetaan isomerointikatalyytillä (alumiinikloridilla), muodostuu aineita, joissa on haarautunut hiilirunko:

5. Aromatisointi. Alkaanit, joiden ketjussa on vähintään kuusi hiiliatomia, syklisoituvat katalyytin läsnä ollessa muodostaen bentseeniä ja sen johdannaisia:

Mikä on syy siihen, että alkaanit käyvät läpi vapaiden radikaalien reaktioita? Kaikki alkaanimolekyylien hiiliatomit ovat $sp^3$-hybridisaatiotilassa. Näiden aineiden molekyylit rakennetaan käyttämällä kovalenttisia ei-polaarisia $C-C$ (hiili-hiili) sidoksia ja heikosti polaarisia $C-H$ (hiili-vety) sidoksia. Ne eivät sisällä alueita, joissa elektronitiheys on kasvanut tai pienentynyt, tai helposti polarisoituvia sidoksia, ts. sellaiset sidokset, joiden elektronitiheys voi muuttua ulkoisten tekijöiden vaikutuksesta (ionien sähköstaattiset kentät). Näin ollen alkaanit eivät reagoi varautuneiden hiukkasten kanssa, koska alkaanimolekyylien sidokset eivät katkea heterolyyttisellä mekanismilla.

Alkeenit

Tyydyttymättömiin kuuluvat hiilivedyt, jotka sisältävät useita sidoksia hiiliatomien välillä molekyyleissään. Rajattomasti niitä alkeenit, alkadieenit (polyeenit), alkyynit. Tyydyttymätön luonne on myös syklisillä hiilivedyillä, jotka sisältävät kaksoissidoksen renkaassa (sykloalkeenit), samoin kuin sykloalkaaneilla, joissa on pieni määrä hiiliatomeja renkaassa (kolme tai neljä atomia). Tyydyttymättömyyden ominaisuus liittyy näiden aineiden kykyyn osallistua additioreaktioihin, pääasiassa vedyn, tyydyttyneiden tai tyydyttyneiden hiilivetyjen - alkaanien muodostumiseen.

Alkeenit ovat asyklisiä hiilivetyjä, jotka sisältävät molekyylissä yksittäisten sidosten lisäksi yhden kaksoissidoksen hiiliatomien välillä ja jotka vastaavat yleistä kaavaa $C_(n)H_(2n)$.

Sen toinen nimi on olefiinit- alkeeneja saatiin analogisesti tyydyttymättömien rasvahappojen (oleiini-, linolihappo) kanssa, joiden jäännökset ovat osa nestemäisiä rasvoja - öljyt (lat. oleum-öljy).

Eteenin homologinen sarja

Haaroittamattomat alkeenit muodostavat eteenin (eteenin) homologisen sarjan:

$С_2Н_4$ - eteeni, $С_3Н_6$ - propeeni, $С_4Н_8$ - buteeni, $С_5Н_(10)$ - penteeni, $С_6Н_(12)$ - hekseeni jne.

Isomerismi ja nimikkeistö

Alkeeneille, kuten alkaaneille, on ominaista rakenteellinen isomeria. Rakenteelliset isomeerit eroavat toisistaan ​​hiilirungon rakenteessa. Yksinkertaisin alkeeni, jolle on tunnusomaista rakenteelliset isomeerit, on buteeni:

Erityinen rakenteellisen isomerian tyyppi on kaksoissidoksen sijainnin isomeria:

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

Hiiliatomien lähes vapaa pyöriminen on mahdollista yhden hiili-hiili-sidoksen ympärillä, joten alkaanimolekyylit voivat saada monenlaisia ​​muotoja. Pyöriminen kaksoissidoksen ympärillä on mahdotonta, mikä johtaa toisen tyyppisen isomerian - geometrisen tai cis-trans-isomerian - esiintymiseen alkeeneissa.

IVY- isomeerit eroavat transi- isomeerit molekyylifragmenttien (tässä tapauksessa metyyliryhmien) avaruudellisen järjestyksen perusteella suhteessa $π$-sidoksen tasoon ja siten niiden ominaisuuksien perusteella.

Alkeenit ovat isomeerisiä sykloalkaaneille (luokkien välinen isomeria), esimerkiksi:

Alkeenien IUPAC-nimikkeistö on samanlainen kuin alkaanien nimikkeistö.

1. Pääpiirin valinta.

Hiilivedyn nimeäminen alkaa pääketjun tunnistamisesta - molekyylin pisin hiiliatomiketju. Alkeenien tapauksessa pääketjun tulee sisältää kaksoissidos.

2. Pääketjun atomien numerointi.

Pääketjun atomien numerointi alkaa siitä päästä, jota kaksoissidos on lähimpänä. Esimerkiksi oikea yhteyden nimi on:

$5$-metyylihekseeni-$2$, ei $2$-metyylihekseeni-$4$, kuten voisi odottaa.

Jos kaksoissidoksen sijainti ei voi määrittää ketjun atomien lukumäärän alkua, niin se määräytyy substituenttien sijainnin mukaan, aivan kuten tyydyttyneiden hiilivetyjen kohdalla.

3. Nimen muodostus.

Alkeenien nimet muodostuvat samalla tavalla kuin alkaanien nimet. Ilmoita nimen lopussa sen hiiliatomin numero, josta kaksoissidos alkaa, ja pääte, joka osoittaa, että yhdiste kuuluu alkeenien luokkaan - -en.

Esimerkiksi:

Alkeenien fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet

Fyysiset ominaisuudet. Alkeenien homologisen sarjan kolme ensimmäistä edustajaa ovat kaasuja; aineet, joiden koostumus on $С_5Н_(10)$ - $С_(16)Н_(32)$ - nesteet; Korkeammat alkeenit ovat kiinteitä aineita.

Kiehumis- ja sulamispisteet nousevat luonnollisesti yhdisteiden molekyylipainon kasvaessa.

Kemialliset ominaisuudet.

Lisäysreaktiot. Muistakaamme, että tyydyttymättömien hiilivetyjen - alkeenien - edustajien erottuva piirre on kyky osallistua additioreaktioihin. Useimmat näistä reaktioista etenevät mekanismin mukaisesti

1. Alkeenien hydraus. Alkeenit pystyvät lisäämään vetyä hydrauskatalyyttien, metallien - platina, palladium, nikkeli - läsnä ollessa:

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

Tämä reaktio tapahtuu ilmakehän paineessa ja korotetussa paineessa eikä vaadi korkeaa lämpötilaa, koska on eksoterminen. Kun lämpötila nousee, samat katalyytit voivat aiheuttaa käänteisen reaktion - dehydrauksen.

2. Halogenointi (halogeenien lisääminen). Alkeenin vuorovaikutus bromiveden tai bromiliuoksen kanssa orgaanisessa liuottimessa ($CCl_4$) johtaa näiden liuosten nopeaan värjäytymiseen, mikä johtuu halogeenimolekyylin lisäämisestä alkeeniin ja dihalogeenialkaanien muodostumisesta:

$CH_2=CH_2+Br_2→CH_2Br—CH_2Br$.

3.

$CH_3-(CH)↙(propeeni)=CH_2+HBr→CH_3-(CHBr)↙(2-bromipropeeni)-CH_3$

Tämä reaktio tottelee Markovnikovin sääntö:

Kun vetyhalogenidia lisätään alkeeniin, vety lisätään hydratumpaan hiiliatomiin, ts. atomi, jossa on enemmän vetyatomeja, ja halogeeni vähemmän hydratulle.

Alkeenien hydratoituminen johtaa alkoholien muodostumiseen. Esimerkiksi veden lisääminen eteeniin on yksi teollisista menetelmistä etyylialkoholin valmistamiseksi:

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

Huomaa, että primaarinen alkoholi (jossa on hydroksoryhmä primaarisessa hiilessä) muodostuu vain, kun eteeni hydratoituu. Kun propeeni tai muut alkeenit hydratoidaan, muodostuu sekundäärisiä alkoholeja.

Tämä reaktio etenee myös Markovnikovin säännön mukaisesti - vetykationi kiinnittyy hydratumpaan hiiliatomiin ja hydroksoryhmä vähemmän hydrattuun.

5. Polymerointi. Erityinen lisäystapaus on alkeenien polymerointireaktio:

$nCH_2(=)↙(eteeni)CH_2(→)↖(UV-valo, R)(...(-CH_2-CH_2-)↙(polyeteeni)...)_n$

Tämä additioreaktio tapahtuu vapaaradikaalimekanismin kautta.

6. Hapetusreaktio.

Kuten kaikki orgaaniset yhdisteet, alkeenit palavat hapessa muodostaen $СО_2$ ja $Н_2О$:

$СН_2=СН_2+3О_2→2СО_2+2Н_2О$.

Yleisesti:

$C_(n)H_(2n)+(3n)/(2)O_2→nCO_2+nH_2O$

Toisin kuin alkaanit, jotka kestävät hapettumista liuoksissa, alkeenit hapettavat helposti kaliumpermanganaattiliuokset. Neutraaleissa tai alkalisissa liuoksissa alkeenit hapetetaan dioleiksi (dihydrisiksi alkoholeiksi) ja niihin atomeihin, joiden välillä oli kaksoissidos ennen hapetusta, lisätään hydroksyyliryhmiä:

Alkadieenit (dieenihiilivedyt)

Alkadieenit ovat asyklisiä hiilivetyjä, jotka sisältävät molekyylissä yksittäisten sidosten lisäksi kaksi kaksoissidosta hiiliatomien välillä ja jotka vastaavat yleistä kaavaa $C_(n)H_(2n-2)$.

Kaksoissidosten suhteellisesta järjestelystä riippuen erotetaan kolme dieenityyppiä:

- alkadieenien kanssa kumuloitu kaksoissidosten järjestely:

- alkadieenien kanssa konjugoitu kaksoissidokset;

$CH_2=CH—CH=CH_2$;

- alkadieenien kanssa eristetty kaksoissidoksia

$CH_2=CH—CH_2—CH=CH_2$.

Nämä kolme alkadieenityyppiä eroavat toisistaan ​​merkittävästi rakenteeltaan ja ominaisuuksiltaan. Keskeinen hiiliatomi (atomi, joka muodostaa kaksi kaksoissidosta) alkadieeneissa, joissa on kumuloituneita sidoksia, on $sp$-hybridisaatiotilassa. Se muodostaa kaksi $σ$-sidosta, jotka sijaitsevat samalla linjalla ja on suunnattu vastakkaisiin suuntiin, ja kaksi $π$-sidosta, jotka sijaitsevat kohtisuorassa tasossa. $π$-Sidokset muodostuvat kunkin hiiliatomin hybridisoitumattomista p-orbitaaleista. Alkadienien, joissa on eristetty kaksoissidos, ominaisuudet ovat hyvin spesifisiä, koska konjugoidut $π$-sidokset vaikuttavat merkittävästi toisiinsa.

p-orbitaalit, jotka muodostavat konjugoituja $π$-sidoksia, muodostavat käytännössä yhden järjestelmän (tätä kutsutaan $π$-järjestelmäksi), koska viereisten $π$-obligaatioiden p-orbitaalit menevät osittain päällekkäin.

Isomerismi ja nimikkeistö

Alkadieeneille on tunnusomaista sekä rakenteellinen isomeria että cis-, trans-isomeria.

Rakenteellinen isomerismi.

— hiilirungon isomeria:

— useiden sidosten sijainnin isomeria:

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

cis-, trans- isomeria (tilallinen ja geometrinen)

Esimerkiksi:

Alkadieenit ovat alkyynien ja sykloalkeenien luokkiin kuuluvia isomeerisiä yhdisteitä.

Alkadieenin nimeä muodostettaessa ilmoitetaan kaksoissidosten lukumäärät. Pääketjussa on välttämättä oltava kaksi monisidosta.

Esimerkiksi:

Alkadienien fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet

Fyysiset ominaisuudet.

Normaaleissa olosuhteissa propandieeni-1,2, butadieeni-1,3 ovat kaasuja, 2-metyylibutadieeni-1,3 on haihtuvaa nestettä. Alkadieenit, joissa on eristetty kaksoissidos (yksinkertaisin niistä on pentadieeni-1,4) ovat nesteitä. Korkeammat dieenit ovat kiinteitä aineita.

Kemialliset ominaisuudet.

Alkadienien, joissa on eristetty kaksoissidos, kemialliset ominaisuudet eroavat vähän alkeenien ominaisuuksista. Alkadieeneilla, joissa on konjugoituja sidoksia, on joitain erityispiirteitä.

1. Lisäysreaktiot. Alkadieenit pystyvät lisäämään vetyä, halogeeneja ja vetyhalogenideja.

Konjugoituneita sidoksia sisältävien alkadieenien lisäyksen erityispiirre on kyky lisätä molekyylejä sekä asemissa 1 ja 2 että asemissa 1 ja 4.

Tuotteiden suhde riippuu vastaavien reaktioiden suorittamisolosuhteista ja -menetelmästä.

2.Polymerointireaktio. Dieenien tärkein ominaisuus on kyky polymeroitua kationien tai vapaiden radikaalien vaikutuksesta. Näiden yhdisteiden polymerointi on synteettisten kumien perusta:

$nCH_2=(CH—CH=CH_2)↙(butadieeni-1,3)→((... —CH_2—CH=CH—CH_2— ...)_n)↙(\teksti"synteettinen butadieenikumi")$ .

Konjugoitujen dieenien polymerointi etenee 1,4-additiona.

Tässä tapauksessa kaksoissidos osoittautuu yksikössä keskeiseksi, ja perusyksikkö puolestaan ​​voi ottaa molemmat IVY-, niin transi- kokoonpano

Alkynes

Alkyynit ovat asyklisiä hiilivetyjä, jotka sisältävät molekyylissä yksittäisten sidosten lisäksi yhden kolmoissidoksen hiiliatomien välillä ja jotka vastaavat yleistä kaavaa $C_(n)H_(2n-2)$.

Homologinen sarja etyne

Suoraketjuiset alkyynit muodostavat etyynin (asetyleenin) homologisen sarjan:

$С_2Н_2$ - etiini, $С_3Н_4$ - propiini, $С_4Н_6$ - butiini, $С_5Н_8$ - pentiini, $С_6Н_(10)$ - heksiini jne.

Isomerismi ja nimikkeistö

Alkyeneille, kuten alkeeneille, on tunnusomaista rakenteellinen isomeria: hiilirungon isomeria ja moninkertaisen sidoksen sijainnin isomerismi. Yksinkertaisin alkyyni, jolle on tunnusomaista alkyyniluokan monisidosaseman rakenteelliset isomeerit, on butiini:

$СН_3—(СН_2)↙(butiini-1)—С≡СН$ $СН_3—(С≡С)↙(butiini-2)—СН_3$

Hiilirungon isomeria alkyyneissä on mahdollista, alkaen pentiinistä:

Koska kolmoissidos olettaa hiiliketjun lineaarisen rakenteen, geometrinen ( cis-, trans-) isomeria on mahdotonta alkyyneille.

Kolmoissidoksen läsnäolo tämän luokan hiilivetymolekyyleissä näkyy jälkiliitteessä -sisään, ja sen sijainti ketjussa on hiiliatomin numero.

Esimerkiksi:

Joidenkin muiden luokkien yhdisteet ovat isomeerisiä alkyyneille. Siten kemiallisessa kaavassa $C_6H_(10)$ on heksiini (alkyyni), heksadieeni (alkadieeni) ja syklohekseeni (sykloalkeeni):

Alkyenien fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet

Fyysiset ominaisuudet. Alkyynien sekä alkeenien kiehumis- ja sulamispisteet nousevat luonnollisesti yhdisteiden molekyylipainon kasvaessa.

Alkyeneillä on erityinen haju. Ne liukenevat paremmin veteen kuin alkaanit ja alkeenit.

Kemialliset ominaisuudet.

Lisäysreaktiot. Alkyynit ovat tyydyttymättömiä yhdisteitä ja ne käyvät läpi additioreaktioita. Lähinnä reaktioita elektrofiilinen lisäys.

1. Halogenointi (halogeenimolekyylin lisääminen). Alkyyni pystyy kiinnittämään kaksi halogeenimolekyyliä (kloori, bromi):

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

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

2. Hydrohalogenointi (halogenidin lisäys). Vetyhalogenidin additioreaktio, joka tapahtuu elektrofiilisen mekanismin kautta, tapahtuu myös kahdessa vaiheessa ja molemmissa vaiheissa Markovnikovin sääntö täyttyy:

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

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

3. Nesteytys (veden lisääminen). Ketonien ja aldehydien teollisessa synteesissä erittäin tärkeä on veden lisäysreaktio (hydrataatio), jota ns. Kucherovin reaktio:

4. Alkyenien hydraus. Alkyynit lisäävät vetyä metallikatalyyttien ($Pt, Pd, Ni$) läsnä ollessa:

$R-C≡C-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH=CH-R,$

$R-CH=CH-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH_2-CH_2-R$

Koska kolmoissidos sisältää kaksi reaktiivista $π$-sidosta, alkaanit lisäävät vetyä vaiheittain:

1) trimerointi.

Kun eteeni johdetaan aktiivihiilen yli, muodostuu tuotteiden seos, joista yksi on bentseeni:

2) dimerisaatio.

Asetyleenin trimerisoinnin lisäksi sen dimerisaatio on mahdollista. Yksiarvoisten kuparisuolojen vaikutuksesta muodostuu vinyyliasetyleeniä:

$2HC≡CH→(HC≡C-CH=CH_2)↙(\teksti"buteeni-1-in-3(vinyyliasetyleeni)")$

Tätä ainetta käytetään kloropreenin valmistukseen:

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

jonka polymeroinnilla saadaan kloropreenikumi:

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

Alkyynien hapettuminen.

Etiini (asetyleeni) palaa hapessa vapauttaen erittäin suuren määrän lämpöä:

$2C_2H_2+5O_2→4CO_2+2H_2O+2600kJ$ Happi-asetyleenipolttimen toiminta perustuu tähän reaktioon, jonka liekin lämpötila on erittäin korkea (yli $3000°C$), joten sitä voidaan käyttää leikkaamiseen. ja metallien hitsaus.

Ilmassa asetyleeni palaa savuisella liekillä, koska sen molekyylin hiilipitoisuus on korkeampi kuin etaanin ja eteenin molekyyleissä.

Alkyynit, kuten alkeenit, värjäävät happamaksi tehtyjä kaliumpermanganaattiliuoksia; Tässä tapauksessa moninkertainen sidos tuhoutuu.

Reaktiot, jotka kuvaavat päämenetelmiä happea sisältävien yhdisteiden valmistamiseksi

1. Halogeenialkaanien hydrolyysi. Tiedät jo, että halokeenialkaanien muodostuminen, kun alkoholit reagoivat vetyhalogenidien kanssa, on palautuva reaktio. Siksi on selvää, että alkoholeja voidaan saada halogeenialkaanien hydrolyysi- näiden yhdisteiden reaktiot veden kanssa:

$R-Cl+NaOH(→)↖(H_2O)R-OH+NaCl+H_2O$

Moniarvoisia alkoholeja voidaan saada hydrolysoimalla halogeenialkaaneja, jotka sisältävät enemmän kuin yhden halogeeniatomin molekyyliä kohti. Esimerkiksi:

2. Alkeenien hydraatio- veden lisääminen alkeenimolekyylin $π$-sidoksen kautta - on sinulle jo tuttua, esim.

$(CH_2=CH_2)↙(eteeni)+H_2O(→)↖(H^(+))(C_2H_5OH)↙(etanoli)$

Propeenin hydratoituminen johtaa Markovnikovin säännön mukaisesti sekundaarisen alkoholin - propanoli-2:n muodostumiseen:

3. Aldehydien ja ketonien hydraus. Tiedät jo, että alkoholien hapettuminen miedoissa olosuhteissa johtaa aldehydien tai ketonien muodostumiseen. On selvää, että alkoholeja voidaan saada hydraamalla (pelkistämällä vedyllä, lisäämällä vetyä) aldehydejä ja ketoneja:

4. Alkeenien hapettuminen. Kuten jo mainittiin, glykoleja voidaan saada hapettamalla alkeeneja kaliumpermanganaatin vesiliuoksella. Esimerkiksi etyleeniglykolia (etaanidioli-1,2) muodostuu eteenin (eteenin) hapettumisesta:

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

5. Erityiset menetelmät alkoholien valmistamiseksi. Jotkut alkoholit saadaan käyttämällä vain niille ominaisia ​​menetelmiä. Siten metanolia tuotetaan teollisesti vedyn vuorovaikutuksella hiilimonoksidin (II) (hiilimonoksidin) kanssa korotetussa paineessa ja korkeassa lämpötilassa katalyytin (sinkkioksidin) pinnalla:

$CO+2H_2(→)↖(t,p,ZnO)CH_3-OH$

Tähän reaktioon tarvittava hiilimonoksidin ja vedyn seos, jota kutsutaan myös synteesikaasuksi ($CO + nH_2O$), saadaan johtamalla vesihöyryä kuuman hiilen yli:

$C+H_2O(→)↖(t)CO+H_2-Q$

6. Glukoosin fermentaatio. Tämä etyyli(viini)alkoholin valmistusmenetelmä on ollut ihmiselle tiedossa muinaisista ajoista lähtien:

$(C_6H_(12)O_6)↙(glukoosi)(→)↖(hiiva)2C_2H_5OH+2CO_2$

Aldehydien ja ketonien valmistusmenetelmät

Aldehydejä ja ketoneja voidaan tuottaa hapettumista tai alkoholien dehydraus. Todettakoon vielä kerran, että primaaristen alkoholien hapetus tai dehydraus voi tuottaa aldehydejä ja sekundaaristen alkoholien - ketoneja:

Kucherovin reaktio. Hydraatioreaktion seurauksena asetyleeni tuottaa asetaldehydiä ja asetyleenihomologeista saadaan ketoneja:

Lämmitettynä kalsiumia tai bariumsuolat karboksyylihapot muodostavat ketonin ja metallikarbonaatin:

Menetelmät karboksyylihappojen valmistamiseksi

Karboksyylihappoja voidaan valmistaa hapettamalla primaarisia aldehydialkoholeja:

Aromaattisia karboksyylihappoja muodostuu bentseenihomologien hapettuessa:

Myös erilaisten karboksyylihappojohdannaisten hydrolyysi tuottaa happoja. Siten esterin hydrolyysi tuottaa alkoholin ja karboksyylihapon. Kuten edellä mainittiin, happokatalysoidut esteröinti- ja hydrolyysireaktiot ovat palautuvia:

Esterin hydrolyysi alkalivesiliuoksen vaikutuksesta etenee palautumattomasti; tässä tapauksessa esteristä ei muodostu happoa, vaan sen suolaa.

Eri luokkiin kuuluvien orgaanisten yhdisteiden valmistus on orgaanisen synteesin päätehtävä, sekä emäksisen että hienon. Monet tuotantomenetelmät perustuvat nimettyihin reaktioihin, joiden olosuhteet on muistettava, koska orgaanisessa kemiassa olosuhteet määräävät syntyvän reaktiotuotteen. Yleensä kaikki orgaanisten aineiden tuotannon taustalla olevat reaktiot voidaan jakaa seuraaviin tyyppeihin:

1. Ketjun pidentämiseen tähtäävät reaktiot (rakennusreaktiot), esimerkiksi alkylointi, polymerointi, (poly)kondensaatio

2. Hiiliketjun lyhentämiseen tähtäävät reaktiot (katkaisureaktiot)

3. Funktionaalisten ryhmien lisäämis-, poisto- tai muunnosreaktiot

4. Useiden sidosten muodostumisreaktiot

5. Syklisointi- ja aromatisointireaktiot

Alla esittelemme vertailumateriaalina perusmenetelmiä hiilivetyjen ja niiden pääjohdannaisten - alkoholien, aldehydien, ketonien, karboksyylihappojen, amiinien, nitro- ja halogeenijohdannaisten - saaminen. Valmistusmenetelmiä käsitellään yksityiskohtaisesti yhdisteluokittain erillisissä aiheissa.

Menetelmät alkaanien saamiseksi

1. Symmetristen tyydyttyneiden hiilivetyjen synteesi (hiilivetyketjun pidentäminen) metallisen natriumin vaikutuksesta alkyylihalogenideihin ( Wurtzin reaktio)

C 2 H 5 Br + CH 3 Br + 2 Na → C 3 H 8 + 2 NaBr

2. Tyydyttymättömien hiilivetyjen pelkistys (kaksoissidoksen hydraus):

H 3 C − CH = CH 2 + H 2 → H 3 C − CH 2 − CH 3

3. Metaanin tuotanto fuusioimalla karboksyylihappojen suoloja kiinteän alkalin kanssa:

t 0

CH 3 COONa + NaOH → Na 2 CO 3 + CH 4

4. Metaanin tuotanto - alumiinikarbidin hydrolyysi (alumiinikarbidin vuorovaikutuksella veden kanssa):

Al 4 C 3 + 12 H 2O→ 4 Al (OH) 3 + 3 CH 4

5. Öljyn rektifiointia (suoratislausta) käsitellään yksityiskohtaisesti aiheessa "Fossiilisten polttoaineiden käsittelyn ja käytön periaatteet"

Menetelmät alkeenien valmistamiseksi

1. Dehydrohalogenointi (alkaleiden alkoholiliuosten vaikutus hiilivetyjen monohalogeenijohdannaisiin)

Alkoholi NaOH

H3C − CH2 − CH2Br→ H 3 C − CH = CH 2 + NaBr + H 2 O

2. Alkoholien dehydratointi (vettä poistavien aineiden vaikutus alkoholeihin):

3. Dehalogenointi (metallisen Zn:n tai Mg:n vaikutus dihalogeenijohdannaisiin, joissa on kaksi halogeeniatomia vierekkäisissä atomeissa):

4. Asetyleenihiilivetyjen hydraus katalyyteillä, joilla on alennettu aktiivisuus (Fe)

3-metyylibutyyni-1 3-metyylibuteeni-1

5. Alkaanien (etaanin) pyrolyysi (dehydraus) (katso kohta 2 "Menetelmät alkyynien saamiseksi")

Menetelmät alkyynien valmistamiseksi

Asetyleenin tuotanto:

1. Metaanipyrolyysi - molekyylien välinen dehydraus (teollinen menetelmä):

1500 ∘ C

H − CH 3 + H 3 C − H→ H − C ≡ C − H + 2 H 2

2. Etaanin tai eteenin pyrolyysi (dehydraus) (teollinen menetelmä)

T0 C t 0 C

H 3 C − CH 3 → H 2 C = CH 2 + H 2 → H − C ≡ C − H + H 2

3. Kalsiumkarbidin hydrolyysi (kalsiumkarbidin reaktio veden kanssa):

CaC 2 + 2 H 2 O → HC ≡ CH + Ca (OH) 2

Asetyleenihomologien valmistus

1. Dehydrohalogenointi (alkalin alkoholiliuoksen vaikutus dihalogeenialkaaneihin (alkalia ja alkoholia otetaan ylimäärin):

2. Ketjun pidentäminen (asetylenidien alkylointi), kun asetylenideja käsitellään alkyylihalogenideilla:

Menetelmät alkadieenien saamiseksi

Yleiset menetelmät dieenien valmistamiseksi ovat samanlaisia ​​kuin menetelmät alkeenien valmistamiseksi.

1. Alkaanien katalyyttinen kaksivaiheinen dehydraus (alkeenien muodostumisvaiheen läpi). Tällä tavalla divinyyliä tuotetaan teollisesti öljynjalostuskaasujen ja niihin liittyvien kaasujen sisältämästä butaanista:

Teollisuudessa isopreenia saadaan katalyyttisellä dehydrauksella isopentaania (2-metyylibutaania):

2. Butadieenin (divinyyli) synteesi etyylialkoholista (Lebedevin reaktio):

3. Glykolien (dihydristen alkoholien tai alkaanidiolien) dehydratointi:

4. Viereisten dihalogeenijohdannaisten dehydrohalogenointi alkoholipitoisen alkaliliuoksen läsnä ollessa:

Menetelmät bentseenin ja sen homologien (aromaattiset hiilivedyt) saamiseksi

Pääasialliset menetelmät aromaattisten hiilivetyjen tuottamiseksi perustuvat joko syklisointiprosesseihin, joita seuraa dehydraus; jos hiilivetyketjussa on enemmän kuin kuusi hiiliatomia, muodostuu besol-homologeja, joissa on sivuketju. Asetyleenin trimerisointiprosessia käytetään bentseenin synteesissä ja vahvistaa siten sen rakennetta.

1. Sykloheksaanin dehydraus (bentseenin valmistus)

2. Asetyleenin trimmerointi (bentseenin tuotanto) Zelinskyn reaktio

3. Uudistus (öljyn aromatisointi)

4. Hiilen koksaus - lämmitys ilman ilman pääsyä 1000°C:een. Muodostuu seos haihtuvista aineista, kivihiilitervasta ja kiinteästä jäännöksestä - koksista. Hartsi on orgaanisten aineiden nestemäinen seos, josta eristetään monia orgaanisia yhdisteitä, mukaan lukien areenit.

Alkoholien valmistusmenetelmät:

tyydyttyneet yksiarvoiset, glykolit, fenolit

1. Alkaanien monohalogeenijohdannaisten alkalinen hydrolyysi (nukleofiilinen substituutio)

bromietaani-etanoli

2. Eteenin ja epäsymmetristen alkeenien hydraatio (elektrofiilinen additio) Markovnikovin sääntö

3. Aldehydien (primaariset alkoholit) ja ketonien (sekundaariset alkoholit) pelkistys (hydraus)

etanoli

isopropyylidimetyyliketoni

(asetoni) alkoholi

4. Hiilihydraatteja sisältävien kasvimateriaalien alkoholikäyminen:

C 6 H 12 O 6 → 2 C 2 H 5OH + 2 CO 2 + 23,5 ⋅ 10 4 J

Glykolien (kaksiarvoisten tyydyttyneiden alkoholien) valmistus

1. Kaksoissidoksen hapetus (vain lievä hapetus!) Wagnerin reaktio:

Huomaa, että joutuessaan alttiiksi voimakkaille hapettimille (happamaksi tehty kaliumperamangaatin tai otsonin liuos) muodostuu karbonyyliyhdisteitä (karboksyylihappoja ja aldehydejä), koska reaktio etenee epäjatkuvin jaσ - π -sidokset.

Fenolin (aromaattisen alkoholin) valmistus

1. Kumeenimenetelmä (pääteollinen menetelmä)

2. Klooribentseenin alkalinen hydrolyysi

3. Eristäminen kivihiilestä - koksihiilen tuote.

Menetelmät aldehydien ja ketonien saamiseksi

Happipitoisten hiilivetyjen luokassa aldehydeillä on väliasema geneettisessä ketjussa: alkoholit - aldehydit - hapot. Siksi pääasialliset tuotantomenetelmät perustuvat happojen pelkistykseen tai alkoholien hapetukseen.

1. Alkoholien pelkistys (dehydraus): primaarinen - aldehydeiksi, sekundaarinen - ketoneiksi

etanoli etanoli

propanoli-2 propanoni-2 (asetoni)

2. Alkoholien hapetus (ehdollinen hapetin - CuO, KMn04 , ilman happi katalyytin läsnä ollessa - Pt, Cu): primaarinen - aldehydeiksi, sekundaarinen - ketoneiksi

etanoli asetaldehydi

primaarinen alkoholi

isopropanolidimetyyliketoni

sekundaarinen alkoholi

3. Karboksyylihappojen selektiivinen pelkistys

4. Happokloridien pelkistys (hydraus). Rosenmundin mukaan(katalysaattori - platinamusta, palladium)

5. Yksiemäksisten happojen kalsium- ja bariumsuolojen kuivatislaus: kaikille hapoille - ketonit; muurahaishapolle - aldehydi.

SISÄÄN ala aldehydejä saadaan seuraavilla tavoilla:

a) alkaanien (metaanin) katalyyttinen hapetus:

b) eteenin katalyyttinen hapetus ilmakehän hapella ( Wacker-prosessi):

c) asetyleenin hydratointi elohopeasuolojen läsnä ollessa Kucherovin reaktio):

Menetelmät karboksyylihappojen saamiseksi

Karboksyylihapot ovat viimeinen lenkki oksidatiivisessa ketjussa "alkoholit - aldehydit - hapot", joten niiden valmistusmenetelmät perustuvat hapetusreaktioihin.

SISÄÄN ala karboksyylihappoja saadaan alkaanien, alkoholien ja aldehydien heikosti katalyyttisellä hapetuksella ilmakehän hapella. Katalyytteinä käytetään platinaa, palladiumia, tinasuoloja jne., reaktiot suoritetaan normaalipaineessa ja 200 0 C . Aldehydien hapettuminen tapahtuu helpoimmin ilman lisäkuumennusta.

1. Alkaanien hapetus:

2. Alkoholien hapetus:

3. Aldehydien hapetus:

Tietyillä menetelmillä Yksinkertaisimpien karboksyylihappojen (muurahais- ja etikkahappojen) synteesi ovat:

1. Etikkahapon synteesi metanolin katalyyttisellä formyloinnilla (volframioksidikatalyytti, lämpötila 400 ∘ C paine

2. Muurahaishapon synteesi hiilimonoksidista ja natriumhydroksidista kuumentamalla, mitä seuraa vaihtoreaktio rikkihapon kanssa:

3. Muurahaishapon synteesi hiilimonoksidista ja vesihöyrystä (kuparisuolakatalyytti, rikki- tai fosforihappo):

P, t 0 C , kat

CO + H 2O → HCOOH

1.1 ALKAANIT (tyydyttyneet hiilivedyt).

1.2 ALKAANIEN VALMISTUSMENETELMÄT.

1.3 ALKAANIEN EDUSTAJAT.

2.1 ALKEENIT (eteenihiilivedyt).

2.2 MENETELMÄT ALKEENIEN SAAMISEKSI.

2.3 ALKEENIEN EDUSTAJAT.

3.1 ALKYNIT (asetyleenihiilivedyt).

3.2 ALKYYNIEN TUOTANTOMENETELMÄT.

3.3 ALKIININ EDUSTAJAT.

4. ALKAANIEN, ALKEENIEN, ALKYNIEN KÄYTTÖ.

1.1 SATURALISET HIILIVEDYT (alkaanit).

Tyydyttyneet hiilivedyt (alkaanit) ovat yhdisteitä, jotka koostuvat hiili- ja vetyatomeista, jotka liittyvät toisiinsa vain Q-sidoksilla ja jotka eivät sisällä renkaita. Alkaaneissa hiiliatomit ovat hybridisaatioasteella sp3.
1.2 Menetelmät alkaanien saamiseksi.
Tyydyttyneiden hiilivetyjen tärkein luonnollinen lähde on öljy ja homologisen sarjan ensimmäisille jäsenille maakaasu. Yksittäisten yhdisteiden eristäminen öljystä tai sen krakkaustuotteista on kuitenkin erittäin työläs ja usein mahdoton tehtävä, joten joudutaan turvautumaan synteettisiin valmistusmenetelmiin.
1. Alkaaneja muodostuu metallisen natriumin vaikutuksesta monohalogeenijohdannaisiin - Wurtzin reaktio:
H3C-CH2-Br + Br-CH2-CH3 CH3-CH2-CH2-CH3 + 2NaBr
Jos otetaan erilaisia ​​halogeenijohdannaisia, muodostuu kolmen eri alkaanin seos, koska todennäköisyys kohdata identtisiä tai erilaisia ​​molekyylejä reaktiokompleksissa on sama ja niiden reaktiivisuus on lähellä:
3C2H5I + 3CH3CH2CH2IC4H10 + C5H12 + C6H14 + 6NaI
2. Alkaaneja voidaan saada pelkistämällä alkeenit tai alkyynit vedyllä katalyyttien läsnä ollessa:
NZC-CH=CH-CH3 NZC-CH2-CH2-CH3

3. Laaja valikoima alkaanijohdannaisia ​​voidaan pelkistää korkeassa lämpötilassa jodihapolla:

H3C H3C
CHBr +2HI CH2 + HBr + 12
H3C H3C

Näissä tapauksissa havaitaan kuitenkin joskus hiilirungon osittaista isomeroitumista - muodostuu enemmän haarautuneita alkaaneja.

4. Alkaaneja voidaan saada fuusioimalla karboksyylihappojen suoloja emästen kanssa. Tuloksena oleva alkaani sisältää yhden hiiliatomin vähemmän kuin alkuperäinen karboksyylihappo:

O
CH3-C + NaOH CH4 + Na2C03
ONa
1.3 Alkaanien edustajat
A.M. Butlerovin rakenneteorian mukaan aineiden fysikaaliset ominaisuudet riippuvat niiden koostumuksesta ja rakenteesta. Tarkastellaan tyydyttyneiden hiilivetyjen esimerkkiä fysikaalisten ominaisuuksien muutosta homologisessa sarjassa.
Homologisen sarjan neljä ensimmäistä jäsentä, alkaen metaanista, ovat kaasumaisia ​​aineita. Pentaanista eteenpäin normaalit hiilivedyt ovat nesteitä. Metaani tiivistyy nesteeseen vain -162 °C:ssa. Sarjan seuraavien jäsenten kiehumispiste kasvaa, ja seuraavaan homologiin siirryttäessä se nousee noin 25°.
Hiilivetyjen tiheys kiehumispisteessä sarjan alemmilla jäsenillä kasvaa ensin nopeasti ja sitten yhä hitaammin: metaanin 0,416:sta hieman yli 0,78:aan.Homologisen sarjan normaalien hiilivetyjen sulamispiste nousee hitaasti . Alkaen hiilivedystä C16H34, korkeammat homologit tavallisissa lämpötiloissa ovat kiinteitä aineita.
Kaikkien haarautuneiden alkaanien kiehumispiste on alhaisempi kuin normaalien alkaanien, ja lisäksi mitä alempi on, sitä haaroittuneempi molekyylin hiiliketju on. Tämä voidaan nähdä esimerkiksi kolmen isomeerisen pentaanin kiehumispisteiden vertailusta. Päinvastoin, sulamispiste on korkein isomeereillä, joilla on haaroittuin hiiliketju. Siten kaikista isomeerisista oktaaneista vain heksametyylifaasi (CH3)3C (CH3)3 on kiinteä aine jopa tavallisessa lämpötilassa (sp. 104 °C). Nämä mallit selittyvät seuraavista syistä.
Van der Waalsin vuorovaikutusvoimat yksittäisten molekyylien atomien välillä estävät nesteen muuttumisen kaasuksi. Siksi mitä enemmän atomeja molekyylissä on, sitä korkeampi on aineen kiehumispiste; siksi homologisessa sarjassa kiehumispisteen tulisi nousta tasaisesti. Jos verrataan n-pentaanin ja neopentaanimolekyylien välisiä vuorovaikutusvoimia, on selvää, että nämä voimat ovat suuremmat molekyylille, jossa on normaali hiiliatomiketju, kuin haarautuneilla, koska neopetaanimolekyylissä keskusatomi on yleensä jätetty pois molekyylistä. vuorovaikutusta.
Pääasiallinen aineen sulamispisteeseen vaikuttava tekijä on molekyylin pakkaustiheys kidehilassa. Mitä symmetrisempi molekyyli, sitä tiheämpi sen tiivistyminen kiteeseen ja sitä korkeampi sulamispiste (n-pentaanilla -132°C, neopetaanilla -20°C)

2.1 ALKEENIT (eteenihiilivedyt, olefiinit)
Hiilivedyt, joiden molekyylissä yksinkertaisten Q-sidosten lisäksi hiili - hiili ja hiili - vety on hiili-hiili
-sidoksia kutsutaan tyydyttymättömiksi. Koska -sidoksen muodostuminen vastaa muodollisesti kahden vetyatomin menetystä molekyylin toimesta, tyydyttymättömät hiilivedyt sisältävät 2n vähemmän vetyatomia kuin tyydyttyneet hiilivedyt, missä n on -sidosten lukumäärä

C6H14 C6H12C6H10C6H8C6H6

Sarjaa, jonka jäsenet eroavat toisistaan ​​(2H)n, kutsutaan isologiseksi sarjaksi. Siten yllä olevassa kaaviossa isologeja ovat heksaani, hekseenit, heksadieenit, heksanit, heksatrieenit ja bentseeni.
Hiilivetyjä, jotka sisältävät yhden sidoksen (eli kaksoissidoksen), kutsutaan alkeeneiksi (olefiineiksi) tai sarjan ensimmäisestä jäsenestä - eteenistä, eteenihiilivedyiksi. Niiden homologisen sarjan yleinen kaava on CnH2n

2.2 Alkeenien valmistusmenetelmät
Kun emäksisten alkalien alkoholiliuokset vaikuttavat halogeenijohdannaisiin: halogenidi halkeaa ja muodostuu kaksoissidos:

H3C-CH2-CH2BrH3C-CH=CH2+NaBr+H20
Propyylibromidi Propyleeni

Jos halogeeniin sitoutuneen hiiliatomin α-asemassa on tertiäärisiä, sekundaarisia ja primäärisiä vetyatomeja, niin tertiäärinen vetyatomi on pääosin irronnut, vähemmässä määrin sekundaarinen ja erityisesti primaarinen (Zaitsevin sääntö):

H3C-C-CI H3C-C + KCL + H2O

H3C CH3 H3C CH3
2,3-dimetyyli-3-klooripentaani 2,3-dimetyylipenteeni-2

Tämä johtuu saatujen alkeenien termodynaamisesta stabiilisuudesta. Mitä enemmän alkeenilla on substituentteja vinyylihiiliatomeissa, sitä korkeampi on sen stabiilisuus.
2. Vettä poistavien aineiden vaikutus alkoholeihin: a) kun alkoholit johdetaan alumiinioksidin yli 300-400°C:ssa.

НзС-СН-СН2.-СНзНзС-СН=СН-СНз
OH Buteeni-2
Toinen-butyylialkoholi

B) kun alkoholit altistetaan rikkihapolle miedoissa olosuhteissa, reaktio tapahtuu rikkihappoestereiden välimuodostuksen kautta:

H3C-CH-CH3 H3C-CH=CH2
OH O-S03H
isopropyylialkoholi
Alkoholien dehydraation aikana ankarissa olosuhteissa happamissa ympäristöissä havaitaan erityyppisten vetyatomien eliminaatiossa sama kuvio kuin vetyhalogenidien eliminaatiossa.
Tämän prosessin ensimmäinen vaihe on alkoholin protonointi, jonka jälkeen vesimolekyyli hajoaa ja muodostuu karbokationi:

CH3-CH2-CH-CH3 + H CH3-CH2-CH-CH3 CH3-CH-CH-
VOI VOI
HH
CH3CH3-CH-CH-CH3CH3-CH=CH-CH3

Tuloksena oleva karbokationi stabiloidaan vapauttamalla protoni viereisestä paikasta kaksoissidoksen muodostamiseksi (y-eliminaatio). Tässä tapauksessa muodostuu myös haaroittuin alkeeni (termodynaamisesti stabiilimpi). Tämän prosessin aikana havaitaan usein hiilirungon isomeroitumiseen liittyviä karbokationien uudelleenjärjestelyjä:

CH3CH3
CH3 C-CH – CH3 CH3 C-CH-CH3
CH3OH CH3

CH3CH3CH3CH3
C-CH C=C
CH3CH3CH3CH3

3. Kun Zn tai Mg vaikuttaa dihalogeenijohdannaisiin kahdella
halogeeniatomit viereisissä hiiliatomeissa:

H3C – C CH2CIH3C – C – CH2+MgCI2

CH3CH3
1,2-dikloori-2-metalli-isobutyleeni
propaani

4. Asetyleenihiilivetyjen hydraus katalyyteillä, joilla on alentunut aktiivisuus (Fe tai "myrkytys", ts. käsitelty rikkiä sisältävillä yhdisteillä katalyyttisen aktiivisuuden vähentämiseksi, Pt ja Pd):
HCC-CH(CH3)2H2C=CH-CH(CH3)2

2.3 Alkeenien edustajat.
Kuten alkalit, useiden yksinkertaisimpien alkeenien alemmat homologit ovat kaasuja normaaleissa olosuhteissa, ja C5:stä alkaen ne ovat matalalla kiehuvia nesteitä (katso taulukko).

T.pl., T. d4
Kaava Nimi °C Kiehumispiste, °C
Ch2=CH2 Etyleeni -169-104 0,5660 (-102 °C:ssa)
CH3CH=CH3propeeni -185 -47 0,6090 (-47" C:ssa)
CH3CH3CH=CH2CH3-CH=CH-CH3 (cis)buteeni-1 -130-5 0,6696 (-5 °C:ssa) 0,6352 (0 °C:ssa)
-139 +4
(IVY)
CH3-CH=CH-CH3 (trans)-Butep-2 -105 +1 0,6361 (0 °C:ssa)
(trance)
(CH3)3C=CH2 Ieobutyleeni -140-7 0,6407 (0 °C:ssa)

Kaikki alkeenit, kuten alkaanit, ovat käytännössä liukenemattomia veteen ja hyvin liukenevia muihin orgaanisiin liuottimiin, metyylialkoholia lukuun ottamatta; niillä kaikilla on pienempi tiheys kuin vedellä.

3.1 ALKYNIT (asetyleenihiilivedyt)

Alkyynit ovat hiilivetyjä, jotka sisältävät Q-sidosten lisäksi kaksi
-sidokset (kolmoissidokset) yhdessä hiiliatomiparissa. Asetyleenihiilivetyjen homologisen sarjan yleinen kaava on CnH2n-2; yhden sidoksen muodostuminen vastaa muodollisesti kahden vetyatomin häviämistä.
Eri fysikaalisilla menetelmillä on todistettu, että asetyleeni C2H2 - alkyynien homologisen sarjan yksinkertaisin edustaja - sisältää lineaarisen molekyylin, jossa hiili-hiili-kolmoissidoksen pituus on 1,20 A ja hiili-vety-sidosten pituus on 1,06 A.
C-H-sidokset asetyleenissa ovat Q-sidoksia, jotka muodostuvat vedyn s-orbitaalin limittymisestä hiilen hybridisoituneen sp-orbitaalin kanssa; molekyylissä on yksi hiili-hiili-a-sidos (joka muodostuu kahden hybridisoidun hiilen sp-orbitaalin päällekkäisyydestä) ja kaksi hiili-hiili -sidosta - tulos kahden keskenään kohtisuoran "puhtaan" p-orbitaalin parin päällekkäisyydestä ( P ja P) viereisten hiiliatomien. Tämän mallin perusteella asetyleenin sidoskulmat ovat 180° ja molekyylin konformaatio on lineaarinen, mikä tekee cis-trans-isomeriasta mahdotonta kolmoissidoksessa.

3.2 Menetelmät alkyynien saamiseksi.
Yleisin tapa saada asetyleenihiilivetyjä on emästen alkoholiliuoksen vaikutus tyydyttyneiden hiilivetyjen dihalogeenijohdannaisiin, joissa on halogeeniatomien viereinen (a) tai geminaalinen (b) järjestely.
a) CH2Br -CH2Br -> CHCH + 2HBr
b) СНз-СН2-СНСl2 ->СНз-СН+2ИСl
CH3-CH2-CC12-CH3 -> CH3-C C-CH3 + 2HC1
Koska viereisiä dihalogeenijohdannaisia ​​saadaan tavallisesti lisäämällä halogeeneja eteenihiilivetyihin, reaktiota (a) voidaan pitää eteenihiilivetyjen muuntamisen reaktiona asetyleenihiilivedyiksi.
Geminaaliset dihalogeenijohdannaiset (molemmat halogeeniatomit yhdessä hiiliatomissa) ovat ketonien tai aldehydien johdannaisia ​​ja siksi reaktioiden (b) avulla on mahdollista suorittaa siirtyminen karbonyyliyhdisteistä alkyyneiksi. Vetyhalogenideja eliminoitaessa pätee jo tunnettu Zaitsevin sääntö: vety eliminoidaan hiiliatomista, jossa on pienempi määrä vetyatomeja.
Asetyleeniä voidaan saada suoraan metaanin tai monimutkaisempien hiilivetyjen korkean lämpötilan krakkauksesta (termisestä tai sähkötermisestä):
2СН4Н-СС-Н + ЗН2

3.3 Alkyenien edustajat.

Kuten alkaanit ja alkeenit, alkyynien homologisen sarjan alemmat jäsenet ovat kaasumaisia ​​aineita normaaleissa olosuhteissa. Taulukon tiedot 22 osoittavat, että tarkasteltujen luokkien hiilivetyjen pääasialliset fysikaalis-kemialliset ominaisuudet eroavat vähän toisistaan ​​(katso taulukko).

Kaava Nimi Sulamispiste, °C Kiehumispiste, °C D4
HCCHCH3CCHHCC- CH2CH3 CH3CCCH3 asetyleenipropyyniButin-1-Butin-2 -82-105-137-33 -84 (ylevä, -23) 927 0,6200 (-84 °C:ssa) 0,6785 (-27 °C:ssa -10 °C:ssa) °C) 0,6880 (25 °C:ssa)

4. ALKAANIEN, ALKIINIEN, ALKEENIEN KÄYTTÖ

Alkeenit yhdessä alkaanien, asetyleenin ja aromaattisten hiilivetyjen kanssa ovat yksi raskaan (suuren mittakaavan) orgaanisen synteesiteollisuuden pääraaka-aineista.
Eteeniä käytetään valtavia määriä jalostukseen polyeteeniksi ja etyylialkoholiksi; se jalostetaan etyleeniglykoliksi ja sitä käytetään kasvihuoneissa nopeuttamaan hedelmien kypsymistä.
Propeenista valmistetaan polypropeenia, asetonia ja isopropyylialkoholia.
Asetyleenillä on erittäin tärkeä rooli teollisuudessa. Sen maailmanlaajuinen tuotanto on useita miljoonia tonneja. Valtavia määriä asetyleeniä käytetään metallien hitsaukseen sen palaessa
hapessa lämpötila saavuttaa 2800°C. Tämä on huomattavasti korkeampi lämpötila kuin vedyn palaminen hapessa, metaanin palamisesta puhumattakaan. Syynä tähän on CO2:n huomattavasti pienempi lämpökapasiteetti verrattuna H2O:een, jota muodostuu enemmän alkaanien kuin alkyynien palaessa:
2СзН6 + 7O2 -> 4СО2 + 6Н2О
2С2 Н2 + 5O2 -> 4СО2 + ЗН2О
Karbidista saadun asetyleenin epämiellyttävä haju johtuu PH3:n ja AsH3:n epäpuhtauksista; puhdas asetyleeni haisee kuin kaikki alemmat hiilivedyt (bensiini). Asetyleeni ja sen seokset ilman kanssa ovat erittäin räjähtäviä; asetyleenia varastoidaan ja kuljetetaan sylintereissä asetoniliuosten muodossa, jotka kyllästävät huokoisia materiaaleja.
ÖLJY JA SEN KÄSITTELY
Öljyn koostumus. Tyydyttyneiden hiilivetyjen tärkein luonnollinen lähde on öljy. Öljyjen koostumus vaihtelee kentän mukaan, mutta tavallisesti kaikki öljyt erotetaan yksinkertaisessa tislauksessa seuraaviin jakeisiin: kaasujae, bensiini, lentopetroli, kerosiini, dieselpolttoaine, parafiini, öljyterva.
Kaasufraktio (kiehumispiste 40°C asti) sisältää normaaleja ja haarautuneita alkaaneja C asti, pääasiassa propaania ja butaaneja. Kaasukentiltä peräisin oleva maakaasu koostuu pääasiassa metaanista ja etaanista.
Lentobensiini (kiehumispiste 40-180 °C) sisältää C6 - C10 hiilivetyjä Bensiinistä löydettiin yli 100 yksittäistä yhdistettä, mukaan lukien normaalit ja haaroittuneet alkaanit, sykloalkaanit ja alkyylibentseenit (areenit).
Lentopolttoaine (kp. 150-280 °C).
Traktorikerosiini (t, kiehumispiste 110-300 °C) sisältää C7-C14-hiilivetyjä.
Dieselpolttoaine (kiehumispiste 200-330 °C), joka sisältää C13-C18-hiilivetyjä, on alttiina laajamittaiselle krakkaukselle, joka muuttuu alkaaneiksi (ja alkeeneiksi), joilla on pienempi molekyylipaino (katso alla).
Voiteluöljyt (kp. 340-400°C) sisältävät hiilivetyjä C18-C25.
Maaöljyparafiini (kp 320-500 °C), sen koostumus sisältää C26-C38-hiilivetyjä, joista uutetaan vaseliini. Tislauksen jälkeistä jäännöstä kutsutaan yleensä asfaltiksi tai tervaksi.
Eri luokkien hiilivetyjen lisäksi öljy sisältää happea, rikkiä ja typpeä sisältäviä aineita; joskus niiden kokonaispitoisuus saavuttaa useita prosentteja.
Tällä hetkellä tunnetuin teoria on öljyn orgaaninen alkuperä kasvi- ja eläintähteiden muuntumistuotteena. Tämän vahvistaa se tosiasia, että öljynäytteistä löydettiin porfyriinejä, kasvi- ja eläinperäisiä steroideja ja niin sanottuja "kemofossiileja" - monenlaisia ​​planktonin sisältämiä fragmentteja.
Vaikka on yleisesti hyväksyttyä, että öljy on arvokkain luonnollinen kemiallisten raaka-aineiden lähde, suurin osa öljystä ja öljytuotteista poltetaan edelleen polttomoottoreissa (bensiini), dieselmoottoreissa ja suihkumoottoreissa (kerosiini).
Moottorin polttoaine. Oktaaniluku. Eri alkuperää olevat bensiinit käyttäytyvät eri tavalla polttomoottoreissa.
Pyrkiessään maksimoimaan moottorin tehon pienillä mitoilla ja painolla he yrittävät lisätä sylinterin palavan seoksen puristusastetta. Kuitenkin suurnopeuksisissa nelitahtimoottoreissa, jotka toimivat pakkosytytyksellä, seoksen ennenaikainen syttyminen tapahtuu joskus - räjähdys. Tämä vähentää moottorin tehoa ja nopeuttaa kulumista. Tämä ilmiö liittyy nestemäisen polttoaineen koostumukseen, koska eri rakenteelliset hiilivedyt käyttäytyvät eri tavalla käytettäessä moottoripolttoaineena. Pahimmat indikaattorit ovat normaalirakenteisilla parafiineilla.
Normaalia heptaania pidetään korkean räjähdyskyvyn omaavan palavan aineen standardina. Mitä haaroittuneempi parafiinihiilivedyn hiiliketju on, sitä paremmin sen palaminen sylinterissä etenee ja sitä suurempi on palavan seoksen puristusaste. Vakiomoottoripolttoaine on 2, 2, 4-trimetyylipentaani (yleensä isooktaani), jolla on hyvät nakutuksenestoominaisuudet. Muodostamalla tämän oktaanin seoksia n-heptapin kanssa eri suhteissa, niiden käyttäytymistä moottorissa verrataan testatun bensiinin käyttäytymiseen. Jos 70 % isooktaania sisältävä seos käyttäytyy samalla tavalla kuin tutkittava bensiini, niin jälkimmäisen sanotaan olevan oktaaniluku 70 (isooktaanin oktaaniluvuksi otetaan 100; n-heptaanin oktaaniluku on otettu nollaksi).
Yksi tapa lisätä kipinäsytytysmoottoreiden polttoaineiden nakutuskestävyyttä on nakutuksenestoaineiden käyttö.
Nakutuksenestoaineet ovat aineita, joita lisätään bensiiniin (enintään 0,5 %) nakutuksenestoominaisuuksien parantamiseksi. Melko tehokas nakutuksenestoaine on tetraetyylilyijy (TEP) Pb (C2H5)4
Lämpövoimalaitosten bensiini ja sen palamistuotteet ovat kuitenkin erittäin myrkyllisiä. Tällä hetkellä on löydetty uusia nakutuksenestoaineita, jotka perustuvat orgaanisiin mangaaniyhdisteisiin, kuten syklopeC5H5Mn (CO)5: ne ovat vähemmän myrkyllisiä ja niillä on paremmat nakutuksenestoominaisuudet. Lisäämällä näitä nakutuksenestoaineita hyviin bensiinilaatuihin voit saada polttoainetta, jonka oktaaniluku on jopa 135.
Päinvastoin raketti- ja dieselmoottoreissa arvokkaimmat polttoaineet ovat ne, joissa on normaali hiiliatomiketju ja joiden syttymislämpötila on alhaisin. Tämä ominaisuus hyväksytään
arvioida setaaniluvuilla. Setaaniluku 100 on hiilivedylle n-Sc,Nd4 ja setaaniluku on 0 1-metyylinaftaleenille.
Hiilivetyjen synteesi CO+H2:sta. Ohjaamalla hiilimonoksidin (II) ja vedyn seosta hienoksi murskatun nikkelin yli 250 °C:ssa, metaania voidaan saada:
CO+3N2CH4+H2O
Jos tämä reaktio suoritetaan paineessa 100-200 atm ja lämpötilassa jopa 400 °C, saadaan seos, joka koostuu pääasiassa happea sisältävistä tuotteista, joista alkoholit ovat vallitsevia; Tätä seosta kutsuttiin schshpoliksi.
Käytettäessä rauta-kobolttikatalyyttejä ja lämpötilaa 200 ° C muodostuu alkaanien seos - syntiini.
nСО + (2n + 1) Н2 СnН2n + 2 + H2О
Syntiini ja syntoli ovat laajamittaisen orgaanisen synteesin tuotteita, ja niitä käytetään laajasti raaka-aineina monille kemianteollisuudille.
Klatraatit. Öljyn syntiini- ja bensiinijakeet koostuvat normaalirakenteisten ja haaraketjuisten hiilivetyjen seoksista. Äskettäin on löydetty tehokas menetelmä normaaliketjuisten ja haarautuneiden orgaanisten yhdisteiden erottamiseksi, jota kutsutaan yleisesti klatraattierotusmenetelmäksi. Ureaa käytettiin hiilivetyjen erottamiseen. Ureakiteet on rakennettu siten, että kiteiden sisällä on kapeita kuusikulmainen kanavia. Näiden kanavien halkaisija on sellainen, että vain normaalirakenteiset hiilivedyt voivat kulkea niiden läpi ja jäädä kiinni adsorptiovoimien vuoksi. Siksi, kun orgaanisten yhdisteiden seosta käsitellään urealla (tai joillakin muilla yhdisteillä), aineet, joissa on normaali hiiliatomiketju, kiteytyvät sen mukana komplekseina. Tällä menetelmällä on tietysti erittäin suuri tulevaisuus - kun löydetään suurempi määrä tehokkaita klatraattimuodostajia.

Tyydyttyneiden hiilivetyjen lähteitä ovat öljy ja maakaasu. Maakaasun pääkomponentti on yksinkertaisin hiilivety, metaani, jota käytetään suoraan tai jalostetaan. Maan syvyyksistä louhittu öljy myös prosessoidaan, puhdistetaan ja murskataan. Suurin osa hiilivedyistä saadaan öljyn ja muiden luonnonvarojen käsittelystä. Mutta merkittävä määrä arvokkaita hiilivetyjä saadaan keinotekoisesti, synteettinen tavoilla.

Hiilivetyjen isomerointi

Isomerointikatalyyttien läsnäolo nopeuttaa haarautuneen rungon omaavien hiilivetyjen muodostumista lineaarisista hiilivedyistä. Katalyyttien lisääminen sallii hieman alentaa lämpötilaa, jossa reaktio tapahtuu.
Isooktaania käytetään lisäaineena bensiinin valmistuksessa, lisäämään niiden nakutusta estäviä ominaisuuksia ja myös liuottimena.

Alkeenien hydraus (vedyn lisäys).

Krakkauksen seurauksena muodostuu suuri määrä kaksoissidoksella varustettuja tyydyttymättömiä hiilivetyjä - alkeeneja. Niiden määrää voidaan vähentää lisäämällä vetyä järjestelmään ja hydrauskatalyytit- metallit (platina, palladium, nikkeli):

Krakkausta hydrauskatalyyttien läsnä ollessa vetyä lisäämällä kutsutaan halkeilun vähentäminen. Sen päätuotteet ovat tyydyttyneet hiilivedyt. Siten paineen nousu halkeilun aikana ( korkeapainehalkeilu) avulla voit vähentää kaasumaisten (CH 4 – C 4 H 10) hiilivetyjen määrää ja lisätä nestemäisten hiilivetyjen pitoisuutta, joiden ketjun pituus on 6-10 hiiliatomia ja jotka muodostavat bensiinin perustan.

Nämä olivat teollisia alkaanien valmistusmenetelmiä, jotka ovat perustana pääasiallisen hiilivetyraaka-aineen - öljyn - teolliselle käsittelylle.

Katsotaanpa nyt useita laboratoriomenetelmiä alkaanien valmistamiseksi.

Karboksyylihappojen natriumsuolojen dekarboksylointi

Etikkahapon natriumsuolan (natriumasetaatin) kuumentaminen ylimäärällä alkalia johtaa karboksyyliryhmän eliminoitumiseen ja metaanin muodostumiseen:

Jos otat natriumpropionaattia natriumasetaatin sijasta, muodostuu etaania natriumbutanoaatista - propaanista jne.

Wurtzin synteesi

Kun haloalkaanit ovat vuorovaikutuksessa alkalimetallinatriumin kanssa, muodostuu tyydyttyneitä hiilivetyjä ja alkalimetallihalogenidia, esimerkiksi:

Alkalimetallin vaikutus halogenoitujen hiilivetyjen seokseen (esim. bromietaani ja bromimetaani) johtaa alkaanien (etaanin, propaanin ja butaani) seoksen muodostumiseen.

!!! Wurtzin synteesireaktio johtaa tyydyttyneiden hiilivetyjen ketjun pidentymiseen.

Wurtzin synteesin perustana oleva reaktio etenee hyvin vain halogeenialkaaneilla, joiden molekyyleissä halogeeniatomi on kiinnittynyt primääriseen hiiliatomiin.

Karbidien hydrolyysi

Kun joitain karbideja, jotka sisältävät hiiltä hapetustilassa -4 (esimerkiksi alumiinikarbidi) käsitellään vedellä, muodostuu metaania.

Fyysiset ominaisuudet. Normaaliolosuhteissa alkaanien (C1-C4) homologisen sarjan neljä ensimmäistä jäsentä ovat kaasuja. Normaalit alkaanit pentaanista heptadekaaniin ( C5-C17 ) - nesteet, alkaen C 18:sta ja enemmän - kiinteät aineet. Kun hiiliatomien lukumäärä ketjussa kasvaa, ts. Kun suhteellinen molekyylipaino kasvaa, alkaanien kiehumis- ja sulamispisteet kasvavat. Kun molekyylissä on sama määrä hiiliatomeja, haarautuneilla alkaaneilla on alhaisemmat kiehumispisteet kuin normaaleissa alkaaneissa.

Alkaanitkäytännöllisesti katsoen veteen liukenemattomia, koska niiden molekyylit ovat lievästi polaarisia eivätkä ole vuorovaikutuksessa vesimolekyylien kanssa, ne liukenevat hyvin ei-polaarisiin orgaanisiin liuottimiin, kuten bentseeniin, hiilitetrakloridiin jne. Nestemäiset alkaanit sekoittuvat helposti keskenään.

Tärkeimmät alkaanien luonnolliset lähteet ovat öljy ja maakaasu. Erilaiset maaöljyjakeet sisältävät alkaaneja C5H12 arvoon C 30 H 62. Maakaasu koostuu metaanista (95 %) etaanin ja propaanin seoksesta.

From synteettiset menetelmät alkaanit Seuraavat voidaan erottaa:/>

1 . Saatu tyydyttymättömistä hiilivedyistä. Alkeenien tai alkyynien vuorovaikutus vedyn kanssa ("hydraus") tapahtuu metallikatalyyttien (/>Ni, Pd) läsnä ollessa ) klo
lämmitys:

CH z - C ≡CH+ 2H2 → CH3-CH2-CH3.

2. Vastaanottaminen halogeenijohtavia. Kun monohalogenoituja alkaaneja kuumennetaan natriummetallilla, saadaan alkaaneja, joissa on kaksinkertainen määrä hiiliatomeja (Wurtz-reaktio):

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

Samanlaista reaktiota ei suoriteta kahdella erilaisella halogenoitu alkaanit, koska tämä tuottaa kolmen eri alkaanin seoksen

3. Valmistus karboksyylihappojen suoloista. Kun karboksyylihappojen vedettömiä suoloja fuusioidaan alkalien kanssa, saadaan alkaaneja, jotka sisältävät yhden hiiliatomin vähemmän kuin alkuperäisten karboksyylihappojen hiiliketju:

4.Metaanin tuotanto. Vetyilmakehässä palava valokaari tuottaa merkittävän määrän metaania:

C+2H2 → CH 4 .

Sama reaktio tapahtuu, kun hiili kuumennetaan vetyatmosfäärissä 400-500 °C:seen korotetussa paineessa katalyytin läsnä ollessa.

Laboratorio-olosuhteissa metaania saadaan usein alumiinikarbidista:

A l 4 C3 + 12H20 = ZSN4 + 4A 1 (OH)3.

Kemialliset ominaisuudet. Normaaliolosuhteissa alkaanit ovat kemiallisesti inerttejä. Ne kestävät monien reagenssien vaikutuksen: ne eivät ole vuorovaikutuksessa väkevien rikki- ja typpihappojen, väkevien ja sulaneiden alkalien kanssa, eivätkä ne hapeta voimakkailla hapettimilla - kaliumpermanganaatillaKMn O 4 jne.

Alkaanien kemiallinen stabiilisuus selittyy niiden suurella lujuudellas-C-C- ja C-H-sidokset sekä niiden ei-polariteetti. Alkaanien ei-polaariset C-C- ja C-H-sidokset eivät ole alttiita ioniselle pilkkoutumiselle, mutta ne pystyvät pilkkoutumaan homolyyttisesti aktiivisten vapaiden radikaalien vaikutuksesta. Siksi alkaaneille on tunnusomaista radikaalireaktiot, jotka johtavat yhdisteisiin, joissa vetyatomit korvataan muilla atomeilla tai atomiryhmillä. Tämän seurauksena alkaanit osallistuvat reaktioihin, jotka etenevät radikaalisubstituutiomekanismin kautta, joka on merkitty symbolilla S R ( englannista, korvaaminen radikaali). Tämän mekanismin mukaan vetyatomit korvataan helpoimmin tertiaarisissa, sitten sekundaarisissa ja primäärisissä hiiliatomeissa.

1. Halogenointi. Kun alkaanit ovat vuorovaikutuksessa halogeenien (kloori ja bromi) kanssa UV-säteilyn tai korkean lämpötilan vaikutuksen alaisena, sekoitus tuotteita mono- ja polyhalogeenisubstituoitu alkaanit Tämän reaktion yleinen kaavio on esitetty käyttämällä metaania esimerkkinä:

b) Ketjun kasvu. Klooriradikaali poistaa vetyatomin alkaanimolekyylistä:

Cl· + CH 4 → HC/> l + CH 3 ·

Tässä tapauksessa muodostuu alkyyliradikaali, joka poistaa klooriatomin kloorimolekyylistä:

CH 3 + Cl 2 → CH 3 C 1 + C l·

Näitä reaktioita toistetaan, kunnes ketju katkeaa yhdessä reaktioista:

Cl· + Cl· → С l/> 2, СН 3 · + СН 3 · → С 2 Н 6, СН 3 · + Cl· → CH 3 С l ·

Kokonaisreaktioyhtälö:

	hv
CH4 + Cl2	→	CH3Cl + HCl.

Tuloksena oleva kloorimetaani voidaan edelleen kloorata, jolloin saadaan tuoteseos CH 2 Cl 2, CHC13, CC14 kaavion mukaisesti (*).

Ketjuteorian kehitys vapaa radikaali reaktiot liittyy läheisesti erinomaisen venäläisen tiedemiehen, Nobel-palkinnon saaneen N.I. Semenov (1896-1986).

2. Nitraus (Konovalov-reaktio). Kun laimea typpihappo vaikuttaa alkaaneihin 140 °C:ssa ja matalassa paineessa, tapahtuu radikaalireaktio:

Radikaalireaktioissa (halogenointi, nitraus) tertiääristen hiiliatomien vetyatomit sekoittuvat ensin, sitten sekundaarisissa ja primäärisissä hiiliatomeissa.Tämä selittyy sillä, että tertiäärisen hiiliatomin ja vedyn välinen sidos katkeaa helpoimmin homolyyttisesti (sidosenergia 376 kJ/mol), sitten sekundäärinen (390 kJ/mol) ja vasta sitten primäärinen (415 kJ). /mol).

3. Isomerointi. Normaalit alkaanit voivat tietyissä olosuhteissa muuttua haaraketjuisiksi alkaaneiksi:

4. Cracking on C-C-sidosten hemolyyttinen pilkkoutuminen, joka tapahtuu kuumennettaessa ja katalyyttien vaikutuksesta.
Kun korkeampia alkaanit krakata, muodostuu alkeeneja ja alempia alkaaneita; kun metaani ja etaani krakata, muodostuu asetyleeniä:

C/> 8 H 18 → C 4 H 10 + C 4 H 8 ,/>

2CH 4 → C 2 H 2 + ZN 2,

C 2 H 6 → C 2 H 2 + 2 H 2.

Näillä reaktioilla on suuri teollinen merkitys. Tällä tavalla korkeassa lämpötilassa kiehuvat öljyjakeet (polttoöljy) muunnetaan bensiiniksi, kerosiiniksi ja muiksi arvokkaiksi tuotteiksi.

5. Hapetus. Metaanin lievällä hapetuksella ilmakehän hapella eri katalyyttien läsnä ollessa voidaan saada metyylialkoholia, formaldehydiä ja muurahaishappoa:

Butaanin lievä katalyyttinen hapetus ilmakehän hapella on yksi teollisista menetelmistä etikkahapon valmistamiseksi:

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

Alkaaneja ilmassa polttaa CO 2:ksi ja H 2 O:ksi:/>

С n Н 2 n +2 + (З n+1)/2O 2 = n CO 2 + (n +1) H 2 O.