Industrijska metoda za proizvodnju ugljikovodika je. Alkani su zasićeni ugljovodonici, njihova hemijska svojstva. Homologni niz zasićenih ugljovodonika

Zasićeni ugljovodonici- to su ugljovodonici čiji molekuli sadrže samo jednostavne (jednostruke) veze (-veze). Zasićeni ugljovodonici su alkani i cikloalkani.

Atomi ugljika u zasićenim ugljovodonicima su u stanju sp 3 hibridizacije.

Alkani- zasićeni ugljovodonici čiji je sastav izražen opštom formulom C n H 2n+2. Alkani su zasićeni ugljovodonici.

Izomeri i homolozi

G	CH 4 metan
	CH 3 -CH 3 etan
	CH 3 -CH 2 -CH 3 propan
	CH 3 —(CH 2) 2 —CH 3 butan	2-metilpropan
	CH 3 —(CH 2) 3 —CH 3 pentan	2-metilbutan	2,2-dimetilpropan
	CH 3 —(CH 2) 4 —CH 3 heksan	2-metilpentan	2,2-dimetilbutan	2,3-dimetilbutan	3-metilpentan
	izomeri

Fizička svojstva alkana

At sobnoj temperaturi C 1 -C 4 - gasovi, C 5 -C 15 - tečnosti, C 16 i sledeće - čvrste materije; nerastvorljiv u vodi; gustina manja od 1 g/cm3; tečnost - sa mirisom benzina.

Kako se broj atoma ugljika u molekulu povećava, temperatura ključanja se povećava.

Hemijska svojstva alkana

Niska aktivnost u normalnim uslovima, ne reaguje sa rastvorima kiselina i lužina, ne menja boju rastvora KMnO 4 i brom vode.

Priprema alkana

Cikloalkani- zasićeni ugljovodonici čiji je sastav izražen formulom C n H 2 n. Molekuli cikloalkana sadrže zatvorene ugljične lance (cikluse).

Izomeri i homolozi

G	Ciklopropan C 3 H 6 ili
	Ciklobutan C4H8 ili	Metilciklopropan
	Ciklopentan C 5 H 10 ili	Metilciklobutan	1,1-dimetilciklopropan	1,2-dimetilciklopropan	Etilciklopropan
	izomeri

Pojednostavljeno, ciklus ugljikovodika se često prikazuje kao pravilan poligon s odgovarajućim brojem uglova.

Fizička svojstva se malo razlikuju od onih alkana.

Hemijska svojstva

Sa izuzetkom ciklopropana i ciklobutana, cikloalkani su, kao i alkani, neaktivni u normalnim uslovima.

Opća svojstva cikloalkana (koristeći cikloheksan kao primjer):

Posebna svojstva ciklopropana i ciklobutana (sklonost reakcijama adicije):

Metode dobijanja cikloalkana

Algoritam za sastavljanje imena zasićenih ugljovodonika

Pronađite ugljičnu kičmu: to je najduži lanac atoma ugljika.
Numerirajte atome ugljika u glavnom lancu, počevši od kraja najbližeg grani.
Navedite broj atoma ugljika u glavnom lancu koji ima supstituent i dajte naziv supstituenta. Ako postoji nekoliko supstituenata, rasporedite ih po abecednom redu. Ispred naziva identičnih supstituenata navedite brojeve svih atoma ugljika za koje su vezani i koristite prefikse za množenje (di-, tri-, tetra-).
Napišite naziv glavnog lanca sa sufiksom -an. Korijeni imena glavnog lanca: C 1 - met, C 2 - et, C 3 - prop, C 4 - ali, C 5 - pent, C 6 - hex, C 7 - hep, C 8 - okt, C 9 - ne, Od 10 - dec. Nazivi nesupstituiranih cikloalkana nastaju od naziva zasićenih ugljikovodika uz dodatak prefiksa ciklo-. Ako u cikloalkanu postoje supstituenti, tada se atomi ugljika u prstenu numeriraju od najjednostavnijeg supstituenta (najstarije, metil) do složenijeg na najkraći način, a položaji supstituenata su označeni na isti način kao u alkani.

Zadaci i testovi na temu "Tema 1. "Zasićeni ugljovodonici"."

Ugljovodonici. Polimeri - Organske materije 8-9
Lekcije: 7 Zadaci: 9 Testovi: 1
- Čovek u svetu supstanci, materijala i hemijske reakcije 8–9 razred
Lekcije: 2 Zadaci: 6 Testovi: 1
Klasifikacija supstanci - Casovi Ne organska materija 8–9 razred
Lekcije: 2 Zadaci: 9 Testovi: 1
A. S obzirom na karakteristike jedne supstance koja učestvuje u reakciji (masa, zapremina, količina supstance), morate pronaći karakteristike druge supstance.
Primjer. Odredite masu hlora potrebnog za prvu fazu hlorisanja 11,2 litara metana.
odgovor: m(Cl 2) = 35,5 g.
B. Proračuni po pravilu zapreminskih odnosa gasova.
Primjer. Odredite koliki je volumen kiseonika izmjeren normalnim uslovima(n.a.), potrebno za potpuno sagorijevanje 10 m 3 propana (n.a.).

odgovor: V(O 2) = 50 m 3.
Nakon što se uvjerite da ste savladali sve što vam je potrebno, nastavite sa ispunjavanjem zadataka za temu 1. Želimo vam uspjeh.

Preporučeno čitanje:
- O. S. Gabrielyan i dr. Hemija 10. razred. M., Drfa, 2002;
- L. S. Guzey, R. P. Surovtseva, G. G. Lysova. Hemija 11. razred. Drfa, 1999.
- G. G. Lysova. Osnovne napomene i testovi na organska hemija. M., Glik Plus doo, 1999.

Ugljovodonici različitih klasa (alkani, alkeni, alkini, alkadieni, areni) mogu se dobiti na različite načine.

Priprema alkana

Krekiranje alkana u početku b O duža dužina lanca

Proces koji se koristi u industriji odvija se u temperaturnom rasponu 450-500 o C u prisustvu katalizatora i na temperaturi od 500-700 o C u odsustvu katalizatora:

Važnost procesa industrijskog krekiranja je u tome što omogućava povećanje prinosa benzina iz teških frakcija nafte, koje same po sebi nemaju značajnu vrijednost.

Hidrogenacija nezasićenih ugljovodonika

alkeni:

alkini i alkadieni:

Gasifikacija uglja

u prisustvu nikalnog katalizatora na povišenim temperaturama i pritiscima može se koristiti za proizvodnju metana:

Fischer-Tropsch proces

Korišćenjem ovu metodu mogu se dobiti zasićeni ugljovodonici normalne strukture, tj. alkani. Sinteza alkana se izvodi pomoću sinteznog plina (mješavina ugljičnog monoksida CO i vodika H2), koji se propušta kroz katalizator na visokoj temperaturi i pritisku:

Wurtz reakcija

Koristeći ovu reakciju, ugljikovodici sa b O veći broj atoma ugljika u lancu nego u matičnom ugljovodoniku. Reakcija nastaje kada metalni natrijum deluje na haloalkane:

Dekarboksilacija soli karboksilne kiseline

Fuzija čvrstih soli karboksilne kiseline sa alkalijama dovodi do reakcije dekarboksilacije, koja proizvodi ugljovodonik sa manjim brojem ugljikovih atoma i metalni karbonat (Dumasova reakcija):

Hidroliza aluminijum karbida

Interakcija aluminijevog karbida s vodom, kao i neoksidirajućih kiselina, dovodi do stvaranja metana:

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

Al 4 C 3 + 12HCl = 4AlCl 3 + 3CH 4

Priprema alkena

Krekiranje alkana

Reakcija u opštem obliku je već diskutovana gore (proizvodnja alkana). Primjer reakcije pucanja:

Dehidrohalogenacija haloalkana

Dehidrohalogenacija haloalkana nastaje kada su izloženi alkoholnom alkalnom rastvoru:

Dehidracija alkohola

Ovaj proces se odvija u prisustvu koncentrovane sumporne kiseline i zagrevanja na temperaturu veću od 140 o C:

Imajte na umu da se i u slučaju dehidracije i dehidrohalogenacije, eliminacija proizvoda niske molekularne težine (vode ili halogenovodonika) događa prema Zaitsevovom pravilu: vodonik se eliminira iz manje hidrogeniranog atoma ugljika.

Dehalogenacija vicinalnih dihaloalkana

Vicinalni dihaloalkani su oni derivati ugljovodonika u kojima su atomi hlora vezani za susedne atome ugljeničnog lanca.

Dehidrohalogenacija vicinalnih haloalkana može se postići korištenjem cinka ili magnezija:

Dehidrogenacija alkana

Propuštanje alkana preko katalizatora (Ni, Pt, Pd, Al 2 O 3 ili Cr 2 O 3) na visokoj temperaturi (400-600 o C) dovodi do stvaranja odgovarajućih alkena:

Priprema alkadiena

Dehidrogenacija butana i butena-1

Trenutno, glavna metoda za proizvodnju butadiena-1,3 (divinila) je katalitička dehidrogenacija butana, kao i butena-1 sadržanog u plinovima iz sekundarne prerade nafte. Proces se izvodi u prisustvu katalizatora na bazi hrom (III) oksida na 500-650°C:

Djelovanjem visokih temperatura u prisustvu katalizatora na izopentan (2-metilbutan) nastaje industrijski važan proizvod - izopren (početni materijal za proizvodnju tzv. „prirodne“ gume):

Lebedev metod

Ranije (u Sovjetskom Savezu) butadien-1,3 se dobijao metodom Lebedev iz etanola:

Dehidrohalogenacija dihalogeniranih alkana

Izvodi se djelovanjem alkoholne alkalne otopine na derivate halogena:

Priprema alkina

Proizvodnja acetilena

Piroliza metana

Kada se zagrije na temperaturu od 1200-1500 o C, metan prolazi reakciju dehidrogenacije uz istovremeno udvostručavanje ugljičnog lanca - nastaju acetilen i vodik:

Hidroliza karbida alkalnih i zemnoalkalnih metala

Acetilen se proizvodi u laboratoriji reakcijom karbida alkalnih i zemnoalkalnih metala s vodom ili neoksidirajućim kiselinama. Najjeftiniji i kao rezultat toga najpristupačniji za upotrebu je kalcijev karbid:

Dehidrohalogenacija dihaloalkana

Priprema acetilenskih homologa

Dehidrohalogenacija dihaloalkana:

Dehidrogenacija alkana i alkena:

Priprema aromatičnih ugljovodonika (arena)

Dekarboksilacija soli aromatičnih karboksilnih kiselina

Spajanjem soli aromatičnih karboksilnih kiselina sa alkalijama moguće je dobiti aromatične ugljikovodike s manje atoma ugljika u molekuli u odnosu na originalnu sol:

Trimerizacija acetilena

Prilikom prolaska acetilena na temperaturi od 400°C preko aktivnog uglja nastaje benzen u dobrom prinosu:

Na sličan način, simetrični trialkil-supstituirani benzeni mogu se dobiti od homologa acetilena. Na primjer:

Dehidrogenacija homologa cikloheksana

Kada su cikloalkani sa 6 atoma ugljika izloženi ciklusu visoke temperature u prisustvu platine, dolazi do dehidrogenacije sa stvaranjem odgovarajućeg aromatičnog ugljikovodika:

Dehidrociklizacija

Također je moguće dobiti aromatične ugljovodonike iz necikličkih ugljovodonika u prisustvu ugljičnog lanca dužine 6 ili više atoma ugljika (dehidrociklizacija). Proces se izvodi na visokim temperaturama u prisustvu platine ili bilo kojeg drugog katalizatora hidrogenacije-dehidrogenacije (Pd, Ni):

Alkilacija

Priprema homologa benzena alkilacijom aromatičnih ugljovodonika sa hlorisanim alkanima, alkenima ili alkoholima.

Fizička svojstva. U normalnim uslovima, prva četiri člana homolognog niza alkana (C 1 - C 4) su gasovi. Normalni alkani od pentana do heptadekana ( C 5 - C 17 ) - tečnosti, počevši od C 18 i više - čvrste materije. Kako se broj atoma ugljika u lancu povećava, tj. Kako se relativna molekulska težina povećava, temperature ključanja i topljenja alkana se povećavaju. Sa istim brojem atoma ugljika u molekuli, razgranati alkani imaju niže tačke ključanja od normalnih alkana.

Alkanipraktički nerastvorljivi u vodi, budući da su njihovi molekuli blago polarni i ne stupaju u interakciju s molekulima vode, dobro se otapaju u nepolarnim organskim rastvaračima kao što su benzen, tetrahlorid, itd. Tečni alkani se lako miješaju jedni s drugima.

Glavni prirodni izvori alkana su nafta i prirodni gas. Različite frakcije nafte sadrže alkane iz C5H12 do C 30 H 62. Prirodni gas se sastoji od metana (95%) sa primesom etana i propana.

Od sintetičke metode za dobijanje alkani Može se razlikovati sljedeće:/>

1 . Dobija se iz nezasićenih ugljovodonika. Interakcija alkena ili alkina sa vodonikom („hidrogenacija“) se dešava u prisustvu metalnih katalizatora (/>Ni, Pd ) at
grijanje:

CH z - C ≡CH+ 2H 2 → CH 3 -CH 2 -CH 3.

2. Primanje od vođeni halogenom. Kada se monohalogenirani alkani zagriju s metalnim natrijem, dobijaju se alkani sa dvostrukim brojem ugljikovih atoma (Wurtzova reakcija):

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

Slična reakcija se ne provodi s dvije različite halogenirani alkani, jer se time proizvodi mješavina tri različita alkana

3. Priprema iz soli karboksilnih kiselina. Kada se bezvodne soli karboksilnih kiselina spoje sa alkalijama, dobijaju se alkani koji sadrže jedan atom ugljika manje u odnosu na ugljični lanac originalnih karboksilnih kiselina:

4.Proizvodnja metana. Električni luk koji gori u atmosferi vodika proizvodi značajnu količinu metana:

C + 2H 2 → CH 4 .

Ista reakcija se događa kada se ugljik zagrije u atmosferi vodika na 400-500 °C pri povišenom tlaku u prisustvu katalizatora.

U laboratorijskim uslovima, metan se često dobija iz aluminijum karbida:

A l 4 C 3 + 12H 2 O = ZSN 4 + 4A l (OH) 3 .

Hemijska svojstva. U normalnim uslovima, alkani su hemijski inertni. Otporni su na djelovanje mnogih reagenasa: ne stupaju u interakciju s koncentriranim sumpornim i dušičnim kiselinama, s koncentriranim i rastopljenim alkalijama, te ne oksidiraju jakim oksidantima - kalijevim permanganatom.KMn O 4 itd.

Hemijska stabilnost alkana objašnjava se njihovom visokom čvrstoćoms—C-C konekcije i C-H, kao i njihov nepolaritet. Nepolarne C-C i C-H veze u alkanima nisu sklone ionskom cijepanju, ali su sposobne za homolitičko cijepanje pod utjecajem aktivnih slobodnih radikala. Stoga, alkane karakteriziraju radikalne reakcije, koje rezultiraju spojevima u kojima se atomi vodika zamjenjuju drugim atomima ili grupama atoma. Posljedično, alkani ulaze u reakcije koje se odvijaju kroz mehanizam radikalne supstitucije, označene simbolom S R ( sa engleskog, zamjena radikalno). Prema ovom mehanizmu, atomi vodika se najlakše zamjenjuju na tercijarnim, zatim na sekundarnim i primarnim atomima ugljika.

1. Halogenacija. Kada alkani stupe u interakciju sa halogenima (hlor i brom) pod uticajem UV zračenja ili visoke temperature, mešavina proizvoda od mono- do polihalogen-supstituisan alkani Opća shema Ova reakcija je prikazana na primjeru metana:

b) Rast lanca. Radikal hlora uklanja atom vodika iz molekule alkana:

Cl· + CH 4 →HC/>l + CH 3 ·

U tom slučaju nastaje alkil radikal koji uklanja atom klora iz molekule klora:

CH 3 + C l 2 →CH 3 C l + C l·

Ove reakcije se ponavljaju sve dok lanac ne pukne u jednoj od reakcija:

Cl· + Cl· → S l/> 2, SN 3 · + SN 3 · → S 2 N 6, SN 3 · + Cl· → CH 3 S l ·

Ukupna jednačina reakcije:

	hv
CH 4 + Cl 2	→	CH 3 Cl + HCl.

Rezultirajući hlorometan može se dalje hlorisati, dajući mješavinu proizvoda CH 2 Cl 2, CHCl 3, CC l 4 prema šemi (*).

Razvoj teorije lanaca slobodni radikal reakcija je usko povezana sa imenom istaknutog ruskog naučnika, laureata nobelova nagrada N.I. Semenov (1896-1986).

2. Nitracija (Konovalova reakcija). Kada je izložen razblaženom azotne kiseline na alkanima na 140°C i niskom pritisku dolazi do radikalne reakcije:

U radikalnim reakcijama (halogenacija, nitracija) prvo se miješaju atomi vodika kod tercijalnih atoma ugljika, zatim kod sekundarnih i primarnih atoma ugljika.To se objašnjava činjenicom da se veza između tercijalnog atoma ugljika i vodika najlakše razbija homolitički (energija veze 376 kJ/mol), zatim sekundarna (390 kJ/mol), pa tek onda primarna (415 kJ /mol).

3. Izomerizacija. Normalni alkani mogu, pod određenim uslovima, da se transformišu u alkane razgranatog lanca:

4. Pucanje je hemolitičko kidanje C-C veza, koje nastaje pri zagrevanju i pod uticajem katalizatora.
Kada se krekiraju viši alkani, nastaju alkeni i niži alkani; kada se metan i etan krekiraju, nastaje acetilen:

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 + 2H 2.

Ove reakcije su od velikog industrijskog značaja. Na taj način se frakcije ulja visokog ključanja (lož ulje) pretvaraju u benzin, kerozin i druge vrijedne proizvode.

5. Oksidacija. Blagom oksidacijom metana atmosferskim kiseonikom u prisustvu raznih katalizatora mogu se dobiti metil alkohol, formaldehid i mravlja kiselina:

Blaga katalitička oksidacija butana atmosferskim kisikom jedna je od industrijskih metoda za proizvodnju octene kiseline:

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

Alkani u vazduhu sagoreti do CO 2 i H 2 O:/>

S n N 2 n +2 + (Z n+1)/2O 2 = n CO 2 + (n +1) H 2 O.

Ugljovodonici su veoma velika klasa organskih jedinjenja. Oni uključuju nekoliko glavnih grupa tvari, od kojih se gotovo svaka široko koristi u industriji, svakodnevnom životu i prirodi. Od posebne važnosti su halogenirani ugljovodonici, o kojima će biti riječi u članku. Oni nisu samo od velikog industrijskog značaja, već su i važne sirovine za mnoge hemijske sinteze, proizvodnju lekova i dr. važne veze. Obratite posebnu pažnju na strukturu njihovih molekula, svojstva i druge karakteristike.

Halogenirani ugljovodonici: opće karakteristike

Sa tačke gledišta hemijska nauka, ova klasa spojeva uključuje sve one ugljikovodike u kojima je jedan ili više atoma vodika zamijenjeno jednim ili drugim halogenom. Ovo je vrlo široka kategorija supstanci, jer su od velikog industrijskog značaja. Za prilično kratko vrijeme ljudi su naučili sintetizirati gotovo sve halogenirane ugljikovodike, čija je upotreba neophodna u medicini, hemijskoj industriji, Prehrambena industrija i svakodnevni život.

Glavna metoda za dobivanje ovih spojeva je sintetički put u laboratoriji i industriji, budući da se gotovo nijedan od njih ne pojavljuje u prirodi. Zbog prisustva atoma halogena, imaju visoku reaktivnost. To u velikoj mjeri određuje područja njihove primjene u kemijskim sintezama kao međuproizvoda.

Budući da postoji mnogo predstavnika halogeniranih ugljikovodika, uobičajeno je klasificirati ih prema različitim kriterijima. Osnova je i struktura lanca i višestrukost veze, kao i razlika u atomima halogena i njihovoj lokaciji.

Halogenirani ugljovodonici: klasifikacija

Prva opcija razdvajanja je zasnovana na opšteprihvaćenim principima koji važe za sve.Klasifikacija se zasniva na razlici u tipu ugljeničnog lanca i njegovoj cikličnosti. Na osnovu ove karakteristike razlikuju se sljedeće:

zasićeni halogenirani ugljikovodici;
nezasićeni;
aromatično;
alifatski;
aciklički.

Sljedeća podjela temelji se na vrsti atoma halogena i njegovom kvantitativnom sadržaju u molekuli. Dakle, razlikuju:

monoderivati;
derivati;
tri-;
tetra-;
penta derivati i tako dalje.

Ako govorimo o vrsti halogena, onda se naziv podgrupe sastoji od dvije riječi. Na primjer, monohloro derivat, trijodo derivat, tetrabromohaloalken i tako dalje.

Postoji i druga opcija klasifikacije, prema kojoj se odvajaju uglavnom halogeni derivati zasićenih ugljovodonika. Ovo je broj atoma ugljika na koji je halogen vezan. Dakle, razlikuju:

primarni derivati;
sekundarni;
tercijarni i tako dalje.

Svaki konkretan predstavnik se može rangirati prema svim karakteristikama i odrediti njegovo puno mjesto u sistemu organskih jedinjenja. Na primjer, spoj sa sastavom CH 3 - CH 2 -CH=CH-CCL 3 može se klasificirati na sljedeći način. To je nezasićeni alifatski trihloro derivat pentena.

Struktura molekula

Prisustvo atoma halogena ne može a da ne utiče i na fizička i na hemijska svojstva i zajedničke karakteristike Ah struktura molekula. Opšta formula za ovu klasu spojeva je R-Hal, gdje je R slobodni ugljikovodični radikal bilo koje strukture, a Hal je jedan ili više atoma halogena. Veza između ugljika i halogena je visoko polarizirana, što uzrokuje da molekula kao cjelina pokazuje dva efekta:

negativna induktivna;
mezomerni pozitivni.

Štaviše, prvi od njih je mnogo izraženiji, pa Hal atom uvijek pokazuje svojstva supstituenta koji povlači elektrone.

Inače, sve strukturne karakteristike molekula se ne razlikuju od onih običnih ugljikovodika. Svojstva se objašnjavaju strukturom lanca i njegovim grananjem, brojem atoma ugljika i jačinom aromatičnih karakteristika.

Posebnu pažnju zaslužuje nomenklatura halogeniranih ugljovodonika. Koji je tačan naziv za ove veze? Da biste to učinili, morate slijediti nekoliko pravila.

Numeracija lanca počinje od ruba kojem je atom halogena najbliži. Ako postoji bilo koja višestruka veza, tada broj počinje od nje, a ne od supstituenta koji povlači elektrone.
U prefiksu je dat naziv Hal, a treba navesti i broj atoma ugljika od kojeg potiče.
Posljednji korak je imenovanje glavnog lanca atoma (ili prstena).

Primjer takvog imena: CH 2 = CH-CHCL 2 - 3-dikloropropen-1.

Naziv se može dati i prema U ovom slučaju se izgovara naziv radikala, a zatim halogen sa sufiksom -id. Primjer: CH 3 -CH 2 -CH 2 Br - propil bromid.

Kao i druge klase organskih spojeva, halogenirani ugljovodonici imaju posebnu strukturu. Ovo omogućava da mnogi predstavnici budu označeni istorijski utvrđenim imenima. Na primjer, fluorotan CF 3 CBrClH. Prisustvo tri halogena u molekulu daje ovoj tvari posebna svojstva. Koristi se u medicini, pa se često koristi i istorijski naziv.

Metode sinteze

Metode za proizvodnju halogeniranih ugljikovodika su prilično raznolike. Postoji pet glavnih metoda za sintezu ovih jedinjenja u laboratoriji i industriji.

Halogenacija običnih ugljikovodika normalne strukture. Opća shema reakcije: R-H + Hal 2 → R-Hal + HHal. Osobitosti procesa su sljedeće: kod hlora i broma potrebno je ultraljubičasto zračenje; kod joda reakcija je gotovo nemoguća ili vrlo spora. Interakcija sa fluorom je previše aktivna, tako da se ovaj halogen ne može koristiti u svom čistom obliku. Osim toga, prilikom halogeniranja aromatskih derivata potrebno je koristiti posebne katalizatore procesa - Lewisove kiseline. Na primjer, željezni ili aluminij klorid.
Proizvodnja halogeniranih ugljovodonika također se vrši hidrohalogenacijom. Međutim, da bi se to dogodilo, polazno jedinjenje mora biti nezasićeni ugljovodonik. Primjer: R=R-R + HHal → R-R-RHal. Najčešće se koristi za proizvodnju hloretilena ili vinil klorida, jer je ovo jedinjenje važna sirovina za industrijske sinteze.
Utjecaj hidrohalogena na alkohole. Opšti tip reakcije: R-OH + HHal → R-Hal + H 2 O. Posebnost je obavezno prisustvo katalizatora. Primjeri akceleratora procesa koji se mogu koristiti: fosfor, sumpor, cink ili željezni kloridi, sumporna kiselina, rješenje u hlorovodonične kiseline- Lucasov reagens.
Dekarboksilacija kiselih soli oksidirajućim sredstvom. Drugi naziv za metodu je Borodin-Hunsdickerova reakcija. Suština je odvajanje molekule ugljičnog dioksida od derivata srebra kada je izložena oksidirajućem agensu - halogenu. Kao rezultat, nastaju halogeni derivati ugljikovodika. Opšte reakcije izgledaju ovako: R-COOAg + Hal → R-Hal + CO 2 + AgHal.
Sinteza haloforma. Drugim riječima, radi se o proizvodnji trihalogenih derivata metana. Najlakši način za njihovu proizvodnju je izlaganje acetona alkalnoj otopini halogena. Kao rezultat, dolazi do stvaranja haloformnih molekula. Na isti način se u industriji sintetiziraju halogeni derivati aromatičnih ugljovodonika.

Posebnu pažnju treba obratiti na sintezu nezasićenih predstavnika klase koja se razmatra. Glavna metoda je tretiranje alkina solima žive i bakra u prisustvu halogena, što dovodi do stvaranja proizvoda s dvostrukom vezom u lancu.

Halogeni derivati aromatičnih ugljovodonika dobijaju se reakcijama halogenacije arena ili alkilarena u bočni lanac. Ovo su važni industrijski proizvodi jer se koriste kao insekticidi u poljoprivredi.

Fizička svojstva

Halogeni derivati ugljovodonika direktno zavise od strukture molekula. Na temperaturama ključanja i topljenja, stanje agregacije utiču na broj atoma ugljika u lancu i moguće grane na stranu. Što ih je više, indikatori postaju veći. Generalno, fizički parametri se mogu okarakterisati u nekoliko tačaka.

Agregatno stanje: prvi niži predstavnici su gasovi, sledeći do C 12 su tečnosti, a viši su čvrste materije.
Gotovo svi predstavnici imaju oštar, neugodan, specifičan miris.
Vrlo su slabo rastvorljivi u vodi, ali su sami po sebi odlični rastvarači. Vrlo dobro se rastvaraju u organskim jedinjenjima.
Tačke ključanja i topljenja povećavaju se s brojem atoma ugljika u glavnom lancu.
Sva jedinjenja, osim fluoriranih derivata, teža su od vode.
Što je više grana u glavnom lancu, to je niža tačka ključanja supstance.

Teško je identificirati mnoge slične zajedničke karakteristike, jer se predstavnici uvelike razlikuju po sastavu i strukturi. Stoga je bolje dati vrijednosti za svako specifično jedinjenje iz ovu seriju ugljovodonici.

Hemijska svojstva

Jedan od najvažnijih parametara koji se mora uzeti u obzir u hemijskoj industriji i reakcijama sinteze je Hemijska svojstva halogenirani ugljovodonici. Nisu isti za sve predstavnike, jer postoji niz razloga koji uzrokuju razliku.

Struktura ugljičnog lanca. Najjednostavnije reakcije supstitucije (nukleofilni tip) odvijaju se kod sekundarnih i tercijarnih haloalkil spojeva.
Vrsta atoma halogena je takođe važna. Veza između ugljika i Hala je visoko polarizirana, što olakšava razbijanje i oslobađanje slobodnih radikala. Međutim, najlakši način za prekid veze je između joda i ugljika, što se objašnjava prirodnom promjenom (smanjenjem) energije veze u nizu: F-Cl-Br-I.
Prisustvo aromatičnog radikala ili višestrukih veza.
Struktura i grananje samog radikala.

Općenito, haloalkili najbolje reagiraju u reakcijama nukleofilne supstitucije. Na kraju krajeva, djelomično pozitivan naboj je koncentrisan na atomu ugljika nakon prekida veze s halogenom. Ovo omogućava radikalu u cjelini da postane akceptor elektron-negativnih vrsta. Na primjer:

ON - ;
SO 4 2-;
NO 2 - ;
CN - i drugi.

Ovo objašnjava činjenicu da možete prijeći s halogeniranih ugljikovodika na gotovo bilo koju klasu organskih spojeva; samo trebate odabrati odgovarajući reagens koji će osigurati željenu funkcionalnu grupu.

Općenito, možemo reći da hemijska svojstva halogeniranih ugljovodonika leže u sposobnosti ulaska u sljedeće interakcije.

Sa nukleofilnim česticama raznih vrsta - reakcije supstitucije. Rezultat mogu biti: alkoholi, jednostavna i nitro jedinjenja, amini, nitrili, karboksilne kiseline.
Reakcije eliminacije ili dehidrohalogenacije. Kao rezultat izlaganja alkoholnom alkalnom rastvoru, molekul halogen vodika se eliminira. Tako nastaje alken, nusproizvodi male molekularne težine - so i voda. Primjer reakcije: CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 Br + NaOH (alkohol) →CH 3 -CH 2 -CH=CH 2 + NaBr + H 2 O. Ovi procesi su jedna od glavnih metoda za sintezu važnih alkena. Proces je uvijek praćen visokim temperaturama.
normalne strukture koristeći Wurtzov metod sinteze. Suština reakcije je djelovanje metalnog natrijuma na halogenom supstituirani ugljovodonik (dva molekula). Kao visoko elektropozitivan ion, natrijum prihvata atome halogena iz jedinjenja. Kao rezultat toga, oslobođeni ugljikovodični radikali stvaraju vezu jedni s drugima, formirajući alkan nove strukture. Primjer: CH 3 -CH 2 Cl + CH 3 -CH 2 Cl + 2Na →CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 + 2NaCl.
Sinteza homologa aromatičnih ugljikovodika primjenom Friedel-Crafts metode. Suština procesa je dejstvo haloalkila na benzen u prisustvu aluminijum hlorida. Kao rezultat reakcije supstitucije nastaju toluen i klorovodik. U ovom slučaju neophodno je prisustvo katalizatora. Osim samog benzena, na ovaj način se mogu oksidirati i njegovi homolozi.
Priprema tečnosti Gregnard. Ovaj reagens je halogen-supstituirani ugljovodonik koji sadrži ion magnezija. U početku se vrši djelovanje metalnog magnezija u eteru na haloalkil derivat. Kao rezultat, formira se kompleksno jedinjenje sa općom formulom RMgHal, nazvanom Gregnardov reagens.
Reakcije redukcije na alkan (alken, aren). Izvode se kada su izloženi vodiku. Kao rezultat, formiraju se ugljovodonik i nusproizvod, halogen vodonik. Primjer u opštem obliku: R-Hal + H 2 →R-H + HHal.

To su glavne interakcije u koje lako mogu ući halogeni derivati ugljovodonika različite strukture. Naravno, postoje specifične reakcije koje treba uzeti u obzir za svakog pojedinačnog predstavnika.

Izomerizam molekula

Izomerizam halogeniranih ugljovodonika je potpuno prirodan fenomen. Uostalom, poznato je da što je više atoma ugljika u lancu, to je veći broj izomernih oblika. Osim toga, nezasićeni predstavnici imaju višestruke veze, što također uzrokuje pojavu izomera.

Za ovu klasu spojeva mogu se razlikovati dvije glavne vrste ovog fenomena.

Izomerizam ugljeničnog skeleta radikala i glavnog lanca. Ovo također uključuje položaj višestruke veze, ako je prisutna u molekulu. Kao i kod jednostavnih ugljikovodika, počevši od trećeg predstavnika, možete napisati formule spojeva koji imaju identične molekularne, ali različite strukturne formule izraza. Štaviše, za ugljovodonike supstituisane halogenom broj izomernih oblika je za red veličine veći nego za njihove odgovarajuće alkane (alkeni, alkini, areni itd.).
Položaj halogena u molekulu. Njegovo mjesto u nazivu označeno je brojem, a čak i ako se promijeni samo za jedan, svojstva takvih izomera bit će potpuno drugačija.

Ovdje ne govorimo o prostornoj izomeriji, jer atomi halogena to onemogućuju. Kao i sva druga organska jedinjenja, haloalkil izomeri se razlikuju ne samo po strukturi, već i po fizičkim i hemijskim karakteristikama.

Derivati nezasićenih ugljovodonika

Naravno, postoji mnogo sličnih veza. Međutim, nas zanimaju upravo halogeni derivati nezasićenih ugljovodonika. Mogu se podijeliti u tri glavne grupe.

Vinil - kada se Hal atom nalazi direktno na atomu ugljika višestruke veze. Primjer molekula: CH 2 =CCL 2.
Sa izolovanim položajem. Atom halogena i višestruka veza nalaze se u suprotnim dijelovima molekule. Primjer: CH 2 =CH-CH 2 -CH 2 -Cl.
Alilni derivati - atom halogena se nalazi na dvostrukoj vezi preko jednog atoma ugljika, odnosno nalazi se u alfa položaju. Primjer: CH 2 =CH-CH 2 -CL.

Od posebnog značaja je jedinjenje kao što je vinil hlorid CH 2 =CHCL. Sposoban je za formiranje važnih proizvoda kao što su izolacijski materijali, vodootporne tkanine itd.

Drugi predstavnik nezasićenih derivata halogena je hloropren. Njegova formula je CH₂=CCL-CH=CH₂. Ovo jedinjenje je polazni materijal za sintezu vrijedne vrste gume, koje se odlikuju vatrootpornošću, dugim vijekom trajanja i slabom propusnošću za plinove.

Tetrafluoroetilen (ili teflon) je polimer koji ima visokokvalitetne tehničke parametre. Koristi se za izradu vrijednih premaza za tehničke dijelove, posuđe i razne instrumente. Formula - CF 2 = CF 2.

Aromatični ugljovodonici i njihovi derivati

Aromatični spojevi su oni koji sadrže benzenski prsten. Među njima je i čitava grupa halogenih derivata. Postoje dvije glavne vrste njih na osnovu njihove strukture.

Ako je atom Hal vezan direktno za jezgro, odnosno za aromatični prsten, tada se spojevi obično nazivaju halogenareni.
Atom halogena nije vezan za prsten, već za bočni lanac atoma, odnosno radikal koji se proteže u bočnu granu. Takva jedinjenja nazivaju se arilalkil halogenidi.

Među supstancama koje se razmatraju može se navesti nekoliko predstavnika koji imaju najveći praktični značaj.

Heksaklorobenzen - C 6 Cl 6 . Od početka 20. vijeka koristi se kao jak fungicid i kao insekticid. Ima dobro dezinfekciono dejstvo, pa se koristio za tretiranje semena pre setve. Neprijatnog je mirisa, tečnost je prilično jetka, prozirna i može izazvati suzenje.
Benzil bromid C 6 H 5 CH 2 Br. Koristi se kao važan reagens u sintezi organometalnih jedinjenja.
Klorobenzen C 6 H 5 CL. Bezbojna tečna supstanca specifičnog mirisa. Koristi se u proizvodnji boja i pesticida. Jedan je od najboljih organskih rastvarača.

Industrijska upotreba

Halogeni derivati ugljovodonika nalaze veoma široku primenu u industriji i hemijskim sintezama. Već smo govorili o nezasićenim i aromatičnim predstavnicima. Sada ćemo općenito skicirati područja upotrebe svih spojeva ove serije.

U građevinarstvu.
Kao rastvarači.
U proizvodnji tkanina, gume, gume, boja, polimernih materijala.
Za sintezu mnogih organskih jedinjenja.
Fluorirani derivati (freoni) su rashladna sredstva u rashladnim jedinicama.
Koriste se kao pesticidi, insekticidi, fungicidi, ulja, ulja za sušenje, smole, maziva.
Koriste se za proizvodnju izolacionih materijala itd.

Proizvodnja organskih jedinjenja različitih klasa glavni je zadatak organske sinteze, kako osnovne tako i fine. Mnoge proizvodne metode temelje se na imenovanim reakcijama, za koje se moraju zapamtiti uvjeti, jer u organskoj hemiji uvjeti određuju nastali produkt reakcije. Općenito, sve reakcije u osnovi proizvodnje organskih tvari mogu se podijeliti u sljedeće vrste:

1. Reakcije usmjerene na produženje lanca (konstruktivne reakcije), na primjer, alkilacija, polimerizacija, (poli)kondenzacija

2. Reakcije koje imaju za cilj skraćivanje ugljičnog lanca (reakcije cijepanja)

3. Reakcije uvođenja, uklanjanja ili interkonverzije funkcionalnih grupa

4. Reakcije stvaranja višestrukih veza

5. Reakcije ciklizacije i aromatizacije

U nastavku, kao referentni materijal, predstavljamo osnovne metode dobijanje ugljovodonika i njihovih glavnih derivata - alkohola, aldehida, ketona, karboksilnih kiselina, amina, nitro- i halogenih derivata. Metode pripreme će biti detaljno razmotrene po klasama jedinjenja u posebnim temama.

Metode za dobijanje alkana

1. Sinteza simetričnih zasićenih ugljikovodika (produženje lanca ugljikovodika) djelovanjem metalnog natrijuma na alkil halogenide ( Wurtz reakcija)

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

2. Redukcija nezasićenih ugljovodonika (hidrogenacija dvostruke veze):

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

3. Proizvodnja metana fuzijom soli karboksilnih kiselina sa čvrstom alkalijom:

t 0

CH 3 COONa + NaOH → Na 2 CO 3 + CH 4

4. Proizvodnja metana - hidroliza aluminijum karbida (interakcija aluminijum karbida sa vodom):

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

5. Rektifikacija (direktna destilacija) nafte detaljno je obrađena u temi “Principi prerade i upotrebe fosilnih goriva”

Metode pripreme alkena

1. Dehidrohalogenacija (uticaj alkoholnih rastvora alkalija na monohalogene derivate ugljovodonika)

Alcohol NaOH

H 3 C − CH 2 − CH 2 Br→ H 3 C − CH = CH 2 + NaBr + H 2 O

2. Dehidracija alkohola (djelovanje sredstava za uklanjanje vode na alkohole):

3. Dehalogenacija (učinak metalnog Zn ili Mg na derivate dihalogena sa dva atoma halogena na susjednim atomima):

4. Hidrogenacija acetilenskih ugljovodonika preko katalizatora smanjene aktivnosti (Fe)

3-metilbutin-1 3-metilbuten-1

5. Piroliza (dehidrogenacija) alkana (etana) (vidi paragraf 2 "Metode za dobijanje alkina")

Metode za proizvodnju alkina

Proizvodnja acetilena:

1. Piroliza metana - intermolekularna dehidrogenacija (industrijska metoda):

1500 ∘ C

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

2. Piroliza (dehidrogenacija) etana ili etilena (industrijska metoda)

T0 C t 0 C

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

3. Hidroliza kalcijum karbida (reakcija kalcijum karbida sa vodom):

CaC 2 + 2 H 2 O → HC ≡ CH + Ca (OH) 2

Priprema acetilenskih homologa

1. Dehidrohalogenacija (uticaj alkoholnog rastvora alkalija na dihaloalkane (alkalije i alkohol se uzimaju u višku):

2. Produženje lanca (alkilacija acetilenida) kada se acetilenidi tretiraju alkil halogenidima:

Metode za dobijanje alkadiena

Opće metode za pripremu diena su slične metodama za proizvodnju alkena.

1. Katalitička dvostepena dehidrogenacija alkana (kroz fazu formiranja alkena). Na ovaj način, divinil se industrijski proizvodi od butana sadržanog u plinovima prerade nafte i povezanim plinovima:

U industriji, izopren se dobija katalitičkom dehidrogenacijom izopentana (2-metilbutan):

2. Sinteza butadiena (divinila) iz etil alkohol(reakcija Lebedeva):

3. Dehidracija glikola (dihidričnih alkohola ili alkandiola):

4. Dehidrohalogenizacija vicinalnih dihalogenih derivata u prisustvu alkoholnog alkalnog rastvora:

Metode za dobijanje benzena i njegovih homologa (aromatski ugljovodonici)

Glavne metode za proizvodnju aromatičnih ugljikovodika zasnivaju se ili na procesima ciklizacije nakon kojih slijedi dehidrogenacija; ako u lancu ugljikovodika ima više od šest atoma ugljika, formiraju se homolozi besola sa bočnim lancem. Proces trimerizacije acetilena koristi se u sintezi benzena i time potvrđuje njegovu strukturu.

1. Dehidrogenacija cikloheksana (proizvodnja benzena)

2. Trimerizacija acetilena (proizvodnja benzena) Reakcija Zelinskog

3.Reformiranje (aromatizacija ulja)

4. Koksovanje uglja - grijanje bez pristupa zraka do 1000°C. Nastaje mješavina isparljivih tvari, katrana ugljena i čvrstog ostatka - koksa. Smola je tečna mješavina organskih tvari, od kojih su mnoge organska jedinjenja, uključujući arene.

Metode za proizvodnju alkohola:

zasićeni monohidrat, glikoli, fenoli

1. Alkalna hidroliza monohalogenih derivata alkana (nukleofilna supstitucija)

bromoetan etanol

2. Hidratacija etilena i nesimetričnih alkena (elektrofilna adicija) po Markovnikovo pravilo

3. Redukcija (hidrogenacija) aldehida (primarni alkoholi) i ketoni (sekundarni alkoholi)

ethanal

izopropil dimetil keton

(aceton) alkohol

4. Alkoholna fermentacija biljnog materijala koji sadrži ugljikohidrate:

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

Priprema glikola (dihidričnih zasićenih alkohola)

1. Oksidacija dvostruke veze (samo blaga oksidacija!) Wagnerova reakcija:

Imajte na umu da kada su izloženi jakim oksidantima (zakiseljena otopina kalijevog peramangata ili ozona), nastaju karbonilna jedinjenja (karboksilne kiseline i aldehidi), budući da se reakcija odvija s prekidom iσ - π -veze.

Priprema fenola (aromatičnog alkohola)

1. Metoda kumena (glavna industrijska metoda)

2. Alkalna hidroliza hlorobenzena

3. Izolacija od katrana uglja - produkta koksnog uglja.

Metode za dobijanje aldehida i ketona

U klasi ugljikovodika koji sadrže kisik, aldehidi zauzimaju srednje mjesto u genetskom lancu: alkoholi - aldehidi - kiseline. Stoga se glavne metode proizvodnje zasnivaju na redukciji kiselina ili oksidaciji alkohola.

1. Redukcija (dehidrogenacija) alkohola: primarni - u aldehide, sekundarni - u ketone

ethanol ethanal

propanol-2 propanon-2 (aceton)

2. Oksidacija alkohola (uslovno oksidaciono sredstvo - CuO, KMnO4 , kiseonik iz vazduha u prisustvu katalizatora - Pt, Cu): primarni - do aldehida, sekundarni - do ketona

etanol acetaldehid

primarni alkohol

izopropanol dimetil keton

sekundarnog alkohola

3. Selektivna redukcija karboksilnih kiselina

4. Redukcija (hidrogenacija) kiselih hlorida prema Rosenmundu(katalizator - crna platina, paladij)

5. Suva destilacija kalcijumovih i barijevih soli jednobaznih kiselina: za sve kiseline - ketoni; Za mravlja kiselina- aldehid.

IN industrija aldehidi se dobijaju na sledeće načine:

a) katalitička oksidacija alkana (metana):

b) katalitička oksidacija etilena sa atmosferskim kiseonikom ( Wacker proces):

c) hidratacija acetilena u prisustvu živinih soli ( Reakcija Kučerova):

Metode dobijanja karboksilnih kiselina

Karboksilne kiseline su posljednja karika u oksidativnom lancu “alkoholi – aldehidi – kiseline”, stoga se metode njihove pripreme temelje na reakcijama oksidacije.

IN industrija karboksilne kiseline se dobijaju blagom katalitičkom oksidacijom alkana, alkohola i aldehida sa atmosferskim kiseonikom. Kao katalizatori se koriste soli platine, paladija, kositra, itd., reakcije se odvijaju pri normalnom pritisku i 200 0 C . Oksidacija aldehida se najlakše odvija bez dodatnog zagrijavanja.

1. Oksidacija alkana: