Küllastunud süsivesinike saamine. Teaduslik raamatukogu - konspektid - kokkuvõte: süsivesinike saamine

Süsivesinikud on kõige lihtsamad orgaanilised ühendid. Need koosnevad süsinikust ja vesinikust. Nende kahe elemendi ühendeid nimetatakse küllastunud süsivesinikeks või alkaanideks. Nende koostist väljendatakse alkaanidele ühise valemiga CnH2n+2, kus n on süsinikuaatomite arv.

Kokkupuutel

Klassikaaslased

Alkaanid – nende ühendite rahvusvaheline nimetus. Neid ühendeid nimetatakse ka parafiinideks ja küllastunud süsivesinikeks. Side alkaani molekulides on lihtne (või üksik). Ülejäänud valentsid on küllastunud vesinikuaatomitega. Kõik alkaanid on piirini vesinikuga küllastunud, selle aatomid on sp3 hübridisatsiooni olekus.

Küllastunud süsivesinike homoloogne seeria

Esimene küllastunud süsivesinike seeriast on metaan. Selle valem on CH4. Küllastunud süsivesinike nimes sisalduv lõpp -an on iseloomulik tunnus. Lisaks paiknevad vastavalt ülaltoodud valemile homoloogses seerias etaan - C2H6, propaan C3H8, butaan - C4H10.

Viiendast alkaanist homoloogses reas moodustatakse ühendite nimetused järgmiselt: kreeka number, mis näitab süsivesinike aatomite arvu molekulis + lõpp -an. Niisiis on kreeka keeles number 5 vastavalt pende, butaanile järgneb pentaan - C5H12. Järgmine - heksaan C6H14. heptaan - C7H16, oktaan - C8H18, nonaan - C9H20, dekaan - C10H22 jne.

Alkaanide füüsikalised omadused muutuvad homoloogses reas märgatavalt: sulamis- ja keemistemperatuur tõusevad ning tihedus suureneb. Metaan, etaan, propaan, butaan tavatingimustes, st temperatuuril ligikaudu 22 kraadi Celsiuse järgi, on gaasid, pentaanist heksadekaanini (kaasa arvatud) - vedelikud, heptadekaanist - tahked ained. Alustades butaanist, on alkaanidel isomeerid.

Seal on tabelid, mis näitavad muutused alkaanide homoloogses reas, mis peegeldavad selgelt nende füüsikalisi omadusi.

Küllastunud süsivesinike nomenklatuur, nende derivaadid

Kui vesinikuaatom eraldub süsivesiniku molekulist, tekivad monovalentsed osakesed, mida nimetatakse radikaalideks (R). Radikaali nime annab süsivesinik, millest see radikaal on tuletatud, samas kui lõpp -an muutub lõpuks -il. Näiteks metaanist, kui vesinikuaatom eemaldatakse, moodustub metüülradikaal, etaanist - etüül, propaanist - propüül jne.

Radikaalid tekivad ka anorgaanilistes ühendites. Näiteks eemaldades lämmastikhappest hüdroksüülrühma OH, võib saada monovalentse radikaali -NO2, mida nimetatakse nitrorühmaks.

Molekulist eraldudes kahest vesinikuaatomist koosnev alkaan, tekivad kahevalentsed radikaalid, mille nimed on samuti moodustatud vastavate süsivesinike nimedest, kuid lõpp muutub järgmiselt:

• juhuks, kui vesinikuaatomid on ühest süsinikuaatomist lahti rebitud,
• ileen, juhul kui kaks vesinikuaatomit rebitakse ära kahest naabersüsinikuaatomist.

Alkaanid: keemilised omadused

Vaatleme alkaanidele iseloomulikke reaktsioone. Kõigil alkaanidel on ühised keemilised omadused. Need ained on mitteaktiivsed.

Kõik teadaolevad süsivesinikega seotud reaktsioonid jagunevad kahte tüüpi:

• CH-sideme katkestamine (näiteks asendusreaktsioon);
• C-C sideme purunemine (pragunemine, eraldi osade moodustumine).

Väga aktiivne radikaalse moodustumise ajal. Iseenesest eksisteerivad nad sekundi murdosa. Radikaalid reageerivad üksteisega kergesti. Nende paarimata elektronid moodustavad uue kovalentse sideme. Näide: CH3 + CH3 → C2H6

Radikaalid reageerivad kergesti orgaaniliste molekulidega. Nad kas kinnituvad nende külge või rebivad neilt paaritu elektroniga aatomi, mille tulemusena tekivad uued radikaalid, mis võivad omakorda reageerida teiste molekulidega. Sellise ahelreaktsiooniga saadakse makromolekulid, mis lõpetavad kasvamise alles siis, kui kett katkeb (näide: kahe radikaali ühendus)

Vabade radikaalide reaktsioonid selgitavad paljusid olulisi keemilisi protsesse, näiteks:

• Plahvatused;
• oksüdatsioon;
• Õli krakkimine;
• Küllastumata ühendite polümerisatsioon.

üksikasjalikult Võib arvestada keemilisi omadusi küllastunud süsivesinikud metaani näitel. Eespool oleme juba käsitlenud alkaani molekuli struktuuri. Süsinikuaatomid on metaani molekulis sp3 hübridisatsiooni olekus ja tekib piisavalt tugev side. Metaan on lõhna- ja värvialuste gaas. See on õhust kergem. See on vees vähe lahustuv.

Alkaanid võivad põletada. Metaan põleb sinaka kahvatu leegiga. Sel juhul on reaktsiooni tulemuseks süsinikmonooksiid ja vesi. Õhuga segatuna, samuti segus hapnikuga, eriti kui mahusuhe on 1:2, moodustavad need süsivesinikud plahvatusohtlikke segusid, mistõttu on igapäevaelus ja kaevandustes kasutamisel äärmiselt ohtlik. Kui metaan ei põle täielikult, tekib tahm. Tööstuses saadakse seda sel viisil.

Formaldehüüd ja metüülalkohol saadakse metaanist selle oksüdeerimisel katalüsaatorite juuresolekul. Kui metaan on tugevalt kuumutatud, laguneb see valemiga CH4 → C + 2H2

Metaani lagunemine saab teostada vaheproduktiks spetsiaalselt varustatud ahjudes. Vaheprodukt on atsetüleen. Reaktsioonivalem 2CH4 → C2H2 + 3H2. Atsetüleeni eraldamine metaanist vähendab tootmiskulusid peaaegu poole võrra.

Vesinikku toodetakse ka metaanist, muundades metaani auruga. Metaani iseloomustavad asendusreaktsioonid. Nii tõrjuvad halogeenid (Cl, Br) tavatemperatuuril valguse käes metaani molekulist järk-järgult välja. Sel viisil moodustuvad ained, mida nimetatakse halogeeni derivaatideks. Kloori aatomid, asendades süsivesiniku molekulis vesinikuaatomeid, moodustavad segu erinevatest ühenditest.

Selline segu sisaldab klorometaani (CH3Cl või metüülkloriid), diklorometaani (CH2Cl2 või metüleenkloriid), triklorometaani (CHCl3 või kloroform), süsiniktetrakloriidi (CCl4 või süsiniktetrakloriid).

Kõiki neid ühendeid saab segust eraldada. Tootmises on kloroformil ja süsiniktetrakloriidil suur tähtsus, kuna need on orgaaniliste ühendite (rasvad, vaigud, kautšuk) lahustid. Metaani halogeenderivaadid moodustuvad vabade radikaalide ahela mehhanismi abil.

Valgus mõjutab kloori molekule, põhjustades nende lagunemise anorgaanilisteks radikaalideks, mis võtavad ühe elektroniga vesinikuaatomi metaani molekulist. See tekitab HCl ja metüül. Metüül reageerib kloori molekuliga, mille tulemuseks on halogeeni derivaat ja klooriradikaal. Lisaks jätkab klooriradikaal ahelreaktsiooni.

Tavalistel temperatuuridel on metaan piisav vastupidavus leelistele, hapetele ja paljudele oksüdeerivatele ainetele. Erandiks on lämmastikhape. Reaktsioonis sellega moodustuvad nitrometaan ja vesi.

Lisamisreaktsioonid ei ole metaani jaoks tüüpilised, kuna kõik selle molekuli valentsid on küllastunud.

Süsivesinikega seotud reaktsioonid võivad toimuda mitte ainult C-H sideme lõhenemisega, vaid ka C-C sideme katkemisega. Need muutused toimuvad kõrgel temperatuuril. ja katalüsaatorid. Need reaktsioonid hõlmavad dehüdrogeenimist ja krakkimist.

Happed saadakse küllastunud süsivesinikest oksüdatsiooni teel - äädikhape (butaanist), rasvhapped (parafiinist).

Metaani saamine

Looduses metaan laialt levinud. See on enamiku põlevate looduslike ja tehisgaaside peamine koostisosa. See vabaneb kaevandustes olevatest söekihtidest, soode põhjast. Maagaasid (mis on naftaväljade seonduvates gaasides väga märgatav) sisaldavad lisaks metaani ka teisi alkaane. Nende ainete kasutamine on mitmekesine. Neid kasutatakse kütusena erinevates tööstusharudes, meditsiinis ja tehnoloogias.

Laboritingimustes vabaneb see gaas naatriumatsetaadi + naatriumhüdroksiidi segu kuumutamisel, samuti alumiiniumkarbiidi ja vee reaktsioonil. Metaani saadakse ka lihtainetest. Selleks eeldused on küte ja katalüsaator. Tööstusliku tähtsusega on metaani tootmine aurupõhise sünteesi teel.

Metaani ja selle homolooge saab saada vastavate orgaaniliste hapete soolade kaltsineerimisel leelistega. Teine viis alkaanide saamiseks on Wurtzi reaktsioon, mille käigus monohalogeeni derivaate kuumutatakse naatriummetalliga.

Küllastunud süsivesinike allikad on nafta ja maagaas. Maagaasi põhikomponendiks on kõige lihtsam süsivesinik metaan, mida kasutatakse otse või töödeldakse. Samuti töödeldakse, puhastatakse ja purustatakse maa soolestikust ekstraheeritud õli. Enamik süsivesinikke saadakse nafta ja muude loodusvarade töötlemisel. Kuid märkimisväärne kogus väärtuslikke süsivesinikke saadakse kunstlikult, sünteetiline viise.

Süsivesinike isomerisatsioon

Isomerisatsioonikatalüsaatorite olemasolu kiirendab hargnenud ahelaga süsivesinike moodustumist lineaarsetest süsivesinikest. Katalüsaatorite lisamine võimaldab reaktsiooni kulgemise temperatuuri mõnevõrra alandada.
Isooktaani kasutatakse lisandina bensiini tootmisel, nende detonatsioonivastaste omaduste parandamiseks ja ka lahustina.

Alkeenide hüdrogeenimine (vesiniku lisamine).

Krakkimise tulemusena tekib suur hulk kaksiksidemega küllastumata süsivesinikke alkeene. Nende arvu saab vähendada, lisades süsteemi vesinikku ja hüdrogeenimise katalüsaatorid- metallid (plaatina, pallaadium, nikkel):

Krakkimist hüdrogeenimiskatalüsaatorite juuresolekul vesiniku lisamisega nimetatakse pragunemise vähendamine. Selle peamised tooted on küllastunud süsivesinikud. Seega rõhu tõus pragunemise ajal ( kõrgsurve pragunemine) võimaldab vähendada gaasiliste (CH 4 - C 4 H 10) süsivesinike hulka ja suurendada vedelate süsivesinike sisaldust ahela pikkusega 6-10 süsinikuaatomit, mis moodustavad bensiini aluse.

Need olid alkaanide saamise tööstuslikud meetodid, mis on põhilise süsivesinike tooraine - õli - tööstusliku töötlemise aluseks.

Nüüd kaaluge alkaanide saamiseks mitmeid laborimeetodeid.

Karboksüülhapete naatriumsoolade dekarboksüülimine

Äädikhappe naatriumsoola (naatriumatsetaadi) kuumutamine leelise liiaga viib karboksüülrühma elimineerimiseni ja metaani moodustumiseni:

Kui naatriumatsetaadi asemel võtame naatriumpropionaadi, moodustub etaan, naatriumbutanoaadist - propaanist jne.

Wurtzi süntees

Kui haloalkaanid reageerivad leelismetalli naatriumiga, tekivad küllastunud süsivesinikud ja leelismetalli halogeniid, näiteks:

Leelismetalli toime halogeensüsivesinike segule (näiteks bromoetaan ja bromometaan) põhjustab alkaanide (etaan, propaan ja butaan) segu moodustumist.

!!! Wurtzi sünteesireaktsioon viib küllastunud süsivesinike ahela pikenemiseni.

Wurtzi sünteesi aluseks olev reaktsioon kulgeb hästi ainult haloalkaanidega, mille molekulides on halogeeniaatom seotud primaarse süsinikuaatomiga.

Karbiidide hüdrolüüs

Mõne oksüdatsiooniastmes -4 süsinikku sisaldava karbiidi (näiteks alumiiniumkarbiidi) töötlemisel tekib veega koos metaan.

BUTADIEEN-1,3 (DIVINÜÜLI) TOOTMINE

Butadieen-1,3 CH 2 = CH-CH-CH 2 on sünteetiliste kummide tootmise peamine monomeer.

S. V. Lebedevi välja töötatud butadieen-1,3 süntees etanoolist oli esimene tööstuslik meetod monomeeri tootmiseks, mille alusel käivitati 1932. aastal esmakordselt maailmas sünteetilise kautšuki tootmise tehas. .

Üldise reaktsioonivõrrandi saab kirjutada järgmiselt

2C 2 H 5 OH ® C 4 H 6 + H 2 + 2 H 2 O, ΔH = 85 kJ

Võrrandist on näha, et üldine reaktsioon on kondensatsiooni, dehüdrogeenimise ja dehüdratsiooni kombinatsioon. Neid nõudeid täidab Lebedevi pakutud bifunktsionaalne oksiidkatalüsaator, mis sisaldab dehüdrogeenivaid ja dehüdreerivaid komponente. Nüüd on meetod aga kaotanud oma praktilise väärtuse. Meetodi peamiseks puuduseks on madal selektiivsus (isegi divinüüli teoreetiline saagis 100% etanoolist on 58,7%).

Praegu on divinüüli sünteesi peamised meetodid dehüdrogeenimine n- maagaasist eraldatud butaan ja naftasaaduste butaan-butüleeni pürolüüsifraktsioonide kompleksne töötlemine, sealhulgas butadieeni ekstraheerimine, isobutüleeni eraldamine ja dehüdrogeenimine n-butüleenid butadieeniks.

Butaani dehüdrogeenimisel mängivad olulist rolli termodünaamilised piirangud, mille tulemusena on normaalsetes tingimustes peaaegu võimatu saada butadieeni-1,3 ühes etapis tehniliselt vastuvõetava saagisega ja ainult spetsiaalsete meetodite abil ( kasutades vaakumit, oksüdatiivset dehüdrogeenimist) kas saagist saab tõsta vajaliku tasemeni .

Enamik butaanist divinüüli tootmiseks mõeldud tööstusrajatisi töötab kaheetapilise skeemi alusel. Butaani dehüdrogeenimise esimene etapp seisneb selle muutmises butüleeniks ja teine ​​on butüleenist divinüüli saamise protsess.

Butaani dehüdrogeenimine butüleeniks kroomoksiidiga soodustatud katalüsaatoril, mis on kantud alumiiniumoksiidile, toimub vastavalt reaktsioonile

C4H10® C4H8 + H2, ΔH = 131 kJ

Koostis ...... Al 2 O 3 Fe 2 O 3 Cr 2 O 3 SiO 2 KNO 3 CaO H 2 O

Massiosa, % 66,10 1,72 15,8 7,9 4,93 0,14 3,34

Butaani dehüdrogeenimise käigus katab katalüsaator süsiniku ladestustega ja muudab selle keemilist koostist. Sellisel juhul väheneb katalüsaatori aktiivsus järsult. Reaktiveerimiseks tõmmatakse katalüsaatorit pidevalt reaktorist välja ja kaltsineeritakse õhuvoolus keevkihtregeneraatoris. Sel juhul põlevad süsinikuühendid läbi ja madalamad kroomoksiidid oksüdeeritakse Cr 2 Oz-ni. Butaani dehüdrogeenimisseadme tehnoloogiline skeem on näidatud joonisel fig. üks.

Butaan vedelal kujul siseneb kuivatisse 1 täidetakse adsorbendiga (A1 2 O 3, tseoliidid) ja seejärel aurustisse 2. Saadud aurud kuumutatakse toruahjus 3 temperatuurini 780-820 K ja siseneda reaktori jaotusvõrgu alla 4 dehüdratsiooni jaoks. Reaktsiooni kulgemiseks vajalik soojushulk antakse regeneraatorist 5 tuleva kuumutatud regenereeritud katalüsaatori vooluga. Regeneraatori temperatuur on 890–920 K. Regenereeritud katalüsaator juhitakse ülemisse jaotusresti ja seega katalüsaator ja reaktsioonigaasid liiguvad vastuvoolu. Ülemises osas on spiraal reaktsioonigaaside kustutamiseks. Tänu sellele langeb gaaside temperatuur kiiresti 720-750 K-ni ja nende edasine lagunemine on takistatud.

Katalüsaator transporditakse regeneraatorisse õhuvooluga ja reaktorisse algsete süsivesinikuaurude või lämmastikuga. Reaktorist tulev kontaktgaas suunatakse heitsoojuskatlasse 6 sekundaarse auru saamiseks ja seejärel katalüsaatori tolmu püüdmiseks ja edasiseks jahutamiseks - veega niisutatud pesurisse 7. Regeneraatori suitsugaasid vabastatakse katalüsaatori tolmust elektrostaatilises filtris 8, seejärel läbivad skraberi ja lastakse atmosfääri.

Kadude korvamiseks ja aktiivsuse säilitamiseks lisatakse süsteemis ringlevale katalüsaatorile iga päev värsket katalüsaatorit. Puhastatud kontaktgaas siseneb turboülelaadurisse 9, mille tühjendusrõhk on umbes 0,5 MPa ja seejärel kondensatsioonisüsteemi 10, kus külmutusagensina kasutatakse järjest vett ja keevat propaani. Kondenseerimata toode suunatakse absorberisse 11 . Absorptsioon toimub süsivesinike C6-C12 seguga. Lahustunud butüleen destilleeritakse välja desorberis 12 ja segud veeldatud tootega kondensaatorist 10 siseneb destilleerimiskolonnide süsteemi 13 ja 14. Kolonnides destilleeritakse dehüdrogeenimisproduktist välja madala ja kõrge keemistemperatuuriga lisandid (viimased lisatakse kadude kompenseerimiseks ringlevale absorbendile.). Butaani dehüdrogeenimisproduktid suunatakse ekstraheerivasse destilleerimisseadmesse 15 butüleeni fraktsiooni eraldamiseks.

Butüleeni dehüdrogeenimine divinüüliks jätkub
kaltsiumkroomfosfaat katalüsaator reaktsiooni teel
C4H8® C4H8 + H2, ΔH=119kJ.

Butüleeni dehüdrogeenimise tehnoloogiline skeem on näidatud joonisel 2.

Algne butüleeni fraktsioon ja veeaur kuumutatakse toruahjudes üle 1 ja 2 vastavalt kuni 770 ja 990 K, segatakse vahetult enne reaktorit injektsioonisegistis 3 ja saadeti reaktoriplokki 4. Reaktori väljalaskeava gaasi-auru segu "kustutatakse" vesikondensaadiga, jahutades koheselt temperatuurini 810 K. Iga reaktor on varustatud heitsoojuskatlaga 5, mille läbimise järel kontaktgaasi täiendavalt jahutatakse ja puhastatakse. kahe pesuri süsteem 6 ja 7, millest esimest niisutatakse diislikütusega ja teist veega. Veeaur kondenseerub täielikult pesurites. Pärast skraberist 7 lahkumist surutakse gaas kompressoris kokku 8 ja kondenseerub kondensatsioonisüsteemis 9. Kondenseerimata süsivesinikud taastatakse täiendavalt absorber-desorberi seadmes 10 ja 11 . Absorbent on C6-C12 süsivesinikud, mis moodustuvad kõrvalproduktidena. Kogu veeldatud vool saadetakse kolonnidesse 12 ja 13 madala ja kõrge keemistemperatuuriga lisandite eelnevaks eraldamiseks ning edasi ekstraheeriva destilleerimisseadmesse 14. Butüleeni konversioon on keskmiselt 40–45%, divinüüli selektiivsus on umbes 85%.

PARAFIINIDE JA NENDE HALIDERERIVAADIDE KLORIERIMINE

Tööstuses toimub termiline kloorimine gaasifaasis temperatuuril, mis on vajalik kloorimolekulide aktiveerimiseks, põhjustades radikaalse ahelreaktsiooni: C1 2 ® C1× + C1×

RH + C1×® R + HCl

R + Cl 2 ® RCl + C1× jne.

Vesinikuaatomite asendamise reaktsioon klooriaatomitega viib
mono-, di- ja polükloorisaaduste segu tekkele ja vesinikkloriidi vabanemisele.

Ühe või teise produkti valdav moodustumine on määratud reaktsioonitingimustega; temperatuurirežiim ning süsivesinike ja kloori molekulaarsuhe (joon. 3).

Metaani kloorimine toimub kloorimisseadmes (joonis 4), mis on terasest silindriline korpus, mis on seestpoolt vooderdatud šamotttellistega. 2, mille ülemises osas on portselanrõngastest otsik 3, aidates kaasa ühtlasele reaktsioonile. Poole kloorimisseadme sisemuse kõrgusest hõivab avatud keraamiline vertikaalne silinder 4 põhjas olevate aukudega, millesse langetatakse kitsendatud rõngaga keraamiline toru, mis varustab toorainet. Protsess algab kloorimisseadme sisemuse eelkuumutamisega (reaktsiooni käivitamiseks). Kuumutamiseks põletatakse osa õhuga segatud metaanist, millele järgneb õhu asendamine klooriga. Seejärel kulgeb reaktsioon autotermiliselt. Kloorimisproduktid eemaldatakse aparaadi ülemisest osast, seejärel püütakse gaasisegust kinni happeabsorberites vesinikkloriid (saadakse vesinikkloriidhape), gaasisegu neutraliseeritakse leelisega, külmkuivatatakse, surutakse kokku ja vedeldatakse sügavjahutusega. Vedelast segust, mis sisaldab 28-32% metüülkloriidi, 50-53% metüleenkloriidi, 12-14% kloroformi ja 3-5% süsiniktetrakloriidi, eraldatakse rektifikatsiooniga üksikud produktid.

Kõiki klooriga asendatud metaane kasutatakse laialdaselt. Niisiis kasutatakse metüülkloriidi CH 3 C1 lahustina butüülkummi tootmisel, metüüliva ainena orgaanilises sünteesis, et saada metüülklorosilaane, mis on lähteainena räniorgaaniliste polümeeride - silikoonide tootmisel. Metüleenkloriid CH 2 C1 2 on väärtuslik tööstuslik lahusti tselluloosatsetaadi, rasvade, õlide, parafiini, kummide jaoks; see on mittesüttiv ega moodusta õhuga plahvatusohtlikke segusid.

Benseeni kloorimine

Benseeni kloorimisel saadakse olenevalt kloorimistingimustest monoklorobenseen või muud kloori derivaadid. Seega 310–330 K juures ning benseeni ja kloori molaarsuhtes 1:0,6 tekib raudkatalüsaatoril monoklorobenseen; väiksema suhte ja katalüsaatoriga A1C1 3 saadakse peamiselt o-diklorobenseen (kasutatakse värvainete ja kahjuritõrjevahendite sünteesil); samal temperatuuril ultraviolettkiirguse all saadakse heksaklorotsükloheksaan. Joonisel fig. Joonisel 5 on kujutatud klorobenseeni tootmise skeem koos eksotermilise reaktsiooni soojuse eemaldamisega liia benseeni aurustumisest.

Kloorimine toimub terasest silindrilises aparaadis,

vooderdatud happekindlate tellistega, rauast otsik ja keraamilised rõngad. Aseotroopse destilleerimisega dehüdreeritud värske ja taaskasutatud benseeni ja kuiva elektrikloori segu juhitakse pidevalt kloorimisseadmesse. 1. Raudkloriid, mis tekib pakendi raudrõngaste korrosioonil, katalüüsib kloorimisprotsessi; reaktsioonitemperatuur, mida hoitakse vahemikus 76-85 °C, põhjustab liigse benseeni aurustumist. Reaktsioonimassi eraldumine toimub aparaadi ülemises osas 2. Puhas klorobenseen saadakse puhastamata klorobenseeni järjestikusel pesemisel vee ja sooda lahusega, millele järgneb fraktsioneerimine. Klorobenseeni kasutatakse lahustina fenooli, värvainete ja insektitsiidide tootmisel.

SÜSIVESIKUTE KLORIERIMISPROTSESSIDES TOODUD VESINIKLOORI KASUTAMISE PROBLEEM

Vesinikkloriid on parafiinsete ja aromaatsete süsivesinike kloorimisel nafta rafineerimisel tekkiv jääkprodukt, mida kasutatakse laialdaselt tööstuslikus orgaanilises sünteesis. Ringlussevõtt on kiireloomuline ülesanne, mis on seotud kloorimistoodete kulude vähendamise, sanitaartingimuste parandamise ja metallide korrosiooni vastu võitlemisega.

Osa vesinikkloriidist kasutatakse vesinikkloriidhappe tootmiseks HC1 vastuvoolu neeldumise teel vette. Kohalik nõudlus vesinikkloriidhappe järele on aga tavaliselt palju väiksem kui selle vesinikkloriidist tootmise võime. Vesinikkloriidhappe transport pikkade vahemaade taha on raske selle suure söövitusvõime tõttu.

Paljutõotav viis HC1 kasutamiseks on oksüdatiivne kloorimismeetod. Seda meetodit kasutatakse kaasaegses tööstuses vinüülkloriidi sünteesimiseks etüleenist: oksüdatiivses kloorimisreaktoris muundatakse etüleen 1,2-dikloroetaaniks, mille katalüütilisel lagundamisel saadakse vinüülkloriid; Saadud HC1 saadetakse uuesti reaktorisse:

2CH 2 = CH 2 + 4HC1 + O 2 ® 2CH 2 C1-CH 2 C1 + 2H 2 O, ΔH \u003d -238 kJ / mol CH 2 C1-CH 2 C1 ® CH 2 \u003d CHCI + HC1.

Oksüdatiivse kloorimise protsess toimub 530-570 K juures katalüsaatori (vaskkloriid inertsel kandjal) juuresolekul; dikloroetaani pürolüüs viiakse läbi 770 K juures poorsel katalüsaatoril (pimsskivi).

Joonisel fig. 6 on kujutatud lihtsustatud skeemi vinüülkloriidi sünteesiks etüleenist. Mikseris 1 etüleen, ringlusgaas ja vesinikkloriid segatakse hapnikuga ja juhitakse reaktorisse 2 keevkatalüsaatoriga; moodustunud dikloroetaani ja reageerimata etüleeni, hapniku ja HC1 aurud jahutatakse otsesegamiskülmikus 3 külmkapist tuleva vee ja dikloroetaani segu 4. Seejärel läbib gaasi-auru segu läbi kuuma leeliselise skraberi 5, milles see puhastatakse HCl-st ja CO 2 -st, jahutatakse külmkapis ja läbib gaasiseparaatori. 6, eraldatud gaasidest - etüleeni ja hapniku segu, mis suunatakse tagasi reaktorisse (ringlusgaas). Separaatoris 7 olev dikloroetaan eraldatakse veest, siseneb kuivatuskolonni 8, kus see aseotroopse destilleerimise abil lõpuks veetustatakse ja juhitakse destilleerimiskolonni 9; dikloroetaan kogutakse kollektsiooni 10. Järgnev dikloroetaani pürolüüs vinüülkloriidi saamiseks toimub toruahjus 11 ; ahjust tulev reaktsioonisegu siseneb otsesegamiskülmikusse, jahutatakse tsirkuleeriva jahutatud dikloroetaaniga ja pärast külmkapi läbimist 4, siseneb destilleerimiskolonni 12, kus eraldatakse HC1, mis suunatakse tagasi oksüdatiivse kloorimise reaktorisse ning vinüülkloriid ja muundamata dikloroetaan eraldatakse destilleerimiskolonnis 13; dikloroetaan viiakse tagasi kolonni 9, ja vinüülkloriid läheb polümerisatsiooni.

Ringlussevõtu jaoks pakub märkimisväärset huvi rafineerimistehaste gaasidel põhinevate ettevõtete ühendamine, eelkõige etüleeni ja atsetüleeni ning vinüülkloriidi ühistöötlemine; Etüleenist vinüülkloriidi tootmisel tekkinud vesinikkloriidi kasutatakse atsetüleeni hüdrokloorimiseks:

CH 2 \u003d CH 2 + C1 2 ® CH 2 C1-CH 2 C1 (pürolüüs)® CH 2 \u003d CHC1 + HCI

CHºCH + HC1 ® CH 2 = CHC1

Ökonoomne viis vesinikkloriidi kasutamiseks on kombineerida metaani kloorimine oksüdatiivse kloorimisega, et saada klooriga asendatud metaan:

CH4 + 4C12® CCI4 + 4HCl

CH 4 + 4HC1 + O 2 ® SS! 4 + 2H2O

Selle protsessi käigus saadakse lisaks süsiniktetrakloriidile ka metüleenkloriid ja kloroform. Süsiniktetrakloriidi kasutatakse lahustina, põllumajanduses (fumigandina), tulekahjude kustutamiseks jne.Kloroform on väärtuslik vaheühend fenoolide, fluoroplastide jne sünteesil.

Oksüdatiivne kloorimine annab klorobenseeni ka benseeni, vesinikkloriidi ja õhu (hapniku) gaasi-auru segust temperatuuril 500 K segakatalüsaatoril (A1 2 O 3 -CuC1 2 - FeCl 3):

C6H6 + HC1 + 1/2O2® C6H5C1 + H2O

Vesinikkloriidi saab kasutada selle elektrokeemilisel oksüdeerimisel klooriks.

Pakutakse välja kroomtseesiumkatalüsaator ja meetod selle kasutamiseks vesinikkloriidi oksüdeerimiseks klooriks, st kloori regenereerimiseks orgaaniliste ühendite kloorimise heitgaasidest.

ATSETÜLEENI TOOTMINE JA SELLE TÖÖTLEMINE

Atsetüleeni tootmine kaltsiumkarbiidi lagundamisel toimub atsetüleeni generaatorites märg- ja kuivmeetodil vastavalt reaktsioonivõrrandile:

CaC 2 + 2H 2 O ® C 2 H 2 + Ca (OH) 2 ΔH = -127 kJ.

Märgmeetodil juhitakse “karbiidist vette” põhimõttel töötavates generaatorites purustatud kaltsiumkarbiid ühtlaselt suures koguses vett sisaldavasse generaatorisse, mille kuumutamisel eemaldatakse protsessi käigus eralduv soojus. Selle skeemi järgi kasutatavad seadmed ja eriti kommunikatsioonid tekkiva muda eemaldamiseks ja veeringlus on väga tülikad. Lisaks tekitab suuri raskusi kuni 70% vett sisaldava vedela lubjapiima transport ja kasutamine.

Samuti on välja töötatud tõhusad tööstuslikud meetodid atsetüleeni tootmiseks süsivesinikest. Atsetüleen moodustub parafiinidest järgmiste pöörduvate endotermiliste reaktsioonide käigus:

2CH4D C2H2 + H2 ΔH = 376 kJ

C 2 H 6 D C 2 H 2 + 2 H 2 ΔH = 311 kJ

C 3 H 8 D C 2 H 2 + CH 4 + H 2 ΔH = 255 kJ

CH4D C + 2H2 ΔH = 88 kJ

Reaktsioon (d) on kõrvalreaktsioon.

Temperatuuri tõusuga toimuvate reaktsioonide tasakaal nihkub atsetüleeni moodustumise suunas. Kõrge tasakaalukonversioon metaani puhul saavutatakse temperatuuril T>1670 K, etaani puhul - 1170 K. Kuid temperatuuril >1680 K muutuvad atsetüleen ja süsivesinikud ebastabiilseks ning lagunevad tahmaks ja süsinikuks.

Tootmises aktsepteeritud temperatuuril 1670-1770 K toimub metaani muundamise reaktsioon atsetüleeniks kiiremini kui atsetüleeni lagunemise reaktsioon elementideks, seetõttu jahutatakse reaktsioonisaadused kiiresti, mis võimaldab vältida atsetüleeni lagunemist. samal eesmärgil kasutatakse suuri gaasi mahukiirusi, mille juures peab tooraine reaktsioonitsoonis olema vaid sekundituhandikeid.

Vastavalt soojusvarustusmeetodile atsetüleeni moodustumise eksotermilise reaktsiooni läbiviimiseks eristatakse järgmisi protsessi läbiviimise meetodeid: 1) gaasiliste süsivesinike või vedelate toodete elektrokrakkimine; 2) homogeenne pürolüüs; 3) termooksüdatiivne pürolüüs.

elektrokrakkimine See viiakse läbi pingekaare abil alalisvoolu elektrikaarahjudes.

Homogeenne pürolüüs seisneb toorainete lagunemises kuumade suitsugaaside voos temperatuuril umbes 2200 K.

Termilise oksüdatiivse pürolüüsi korral vajalik soojus saadakse osa metaani põletamisel.

Atsetüleeni tootmisel kasutatava karbiidimeetodi peamisteks puudusteks on kaltsiumkarbiidi tootmisel suur energiatarve ja märkimisväärne kogus tarbitud toorainet (lubjakivi ja koks), mida töödeldakse mitmes etapis. Samal ajal saadakse karbiidmeetodiga kontsentreeritud atsetüleen, mille puhastamine väikestest lisanditest ei tekita raskusi.

Süsivesinike termilise lagundamise meetodites kasutatakse väiksemat kogust lähteainet, mis ühes etapis muudetakse atsetüleeniks, kuid atsetüleen lahjendatakse ja selle puhastamiseks ja kontsentreerimiseks on vaja keerukat süsteemi. Tuleb märkida, et karbiidi meetod annab umbes 70% maailma atsetüleeni toodangust.

Atsetüleeni esmaseks töötlemiseks on järgmised peamised meetodid.

Niisutus:

a) atseetaldehüüdi ja äädikhappe tootmisel (katalüsaator (HgSO 4):

b) atsetooni tootmisega (ZnO katalüsaator aktiivsöel)

2CH \u003d CH + 3H 2 O ® CH 3 COCH 3 + CO 2 + 2H 2

Polümerisatsioon sünteetiliste kautšuki monomeeride ja kiudude saamiseks lineaarseteks ja tsüklilisteks aineteks.

Kloorimine lahustite ja monomeeride saamiseks.

Vinüülimine atsetüleeniga mitmesugused ained monomeeride saamiseks:

ROH® ROCH=CH2

RCOOH® RCOOCH=CH 2

Süsivesinikud on väga suur orgaaniliste ühendite klass. Need hõlmavad mitut peamist ainerühma, millest peaaegu kõiki kasutatakse laialdaselt tööstuses, igapäevaelus ja looduses. Eriti olulised on halogeenitud süsivesinikud, mida käsitletakse artiklis. Need ei ole mitte ainult suure tööstusliku tähtsusega, vaid on ka oluliseks tooraineks paljude keemiliste sünteeside, ravimite ja muude oluliste ühendite saamiseks. Pöörame erilist tähelepanu nende molekulide struktuurile, omadustele ja muudele omadustele.

Halogeenitud süsivesinikud: üldised omadused

Keemiateaduse seisukohalt kuuluvad sellesse ühendite klassi kõik need süsivesinikud, milles üks või mitu vesinikuaatomit on asendatud ühe või teise halogeeniga. See on väga lai ainete kategooria, kuna neil on suur tööstuslik tähtsus. Üsna lühikese aja jooksul on inimesed õppinud sünteesima peaaegu kõiki süsivesinike halogeenderivaate, mille kasutamine on vajalik meditsiinis, keemiatööstuses, toiduainetööstuses ja igapäevaelus.

Peamine meetod nende ühendite saamiseks on sünteesitee laboris ja tööstuses, kuna looduses neid praktiliselt ei esine. Halogeeni aatomi olemasolu tõttu on need väga reaktsioonivõimelised. See määrab suuresti ära nende kasutusvaldkonnad keemilistes sünteesides vaheproduktidena.

Kuna halogeenitud süsivesinike esindajaid on palju, on tavaks neid klassifitseerida erinevate kriteeriumide järgi. See põhineb nii ahela struktuuril ja sidemete paljususel kui ka halogeeniaatomite ja nende asukoha erinevusel.

Süsivesinike halogeenderivaadid: klassifikatsioon

Esimene eraldamisvõimalus põhineb üldtunnustatud põhimõtetel, mis kehtivad kõigile.Klassifikatsiooni aluseks on süsinikuahela tüübi erinevus, selle tsüklilisus. Selle põhjal eristage:

• küllastunud halogeenitud süsivesinikud;
• küllastumata;
• aromaatne;
• alifaatne;
• atsükliline.

Järgmine jaotus põhineb halogeeni aatomi tüübil ja selle kvantitatiivsel sisaldusel molekuli koostises. Niisiis, eraldage:

• monoderivaadid;
• derivaadid;
• kolm-;
• tetra-;
• penta derivaadid ja nii edasi.

Kui me räägime halogeeni tüübist, siis alarühma nimi koosneb kahest sõnast. Näiteks monokloroderivaat, trijododerivaat, tetrabromohaloalkeen jne.

On ka teine ​​klassifitseerimisvõimalus, mille järgi eraldatakse peamiselt küllastunud süsivesinike halogeenderivaadid. See on süsinikuaatomi arv, millega halogeen on seotud. Niisiis, eraldage:

• esmased derivaadid;
• sekundaarne;
• kolmanda taseme ja nii edasi.

Iga konkreetse esindaja saab järjestada kõigi märkide järgi ja määrata täieliku koha orgaaniliste ühendite süsteemis. Näiteks võib ühendit koostisega CH3-CH2-CH=CH-CCL3 klassifitseerida järgmiselt. See on penteeni küllastumata alifaatne trikloroderivaat.

Molekuli struktuur

Halogeeni aatomite olemasolu ei saa muud kui mõjutada nii molekuli füüsikalisi ja keemilisi omadusi kui ka üldisi omadusi. Selle ühendite klassi üldvalem on R-Hal, kus R on mis tahes struktuuriga vaba süsivesiniku radikaal ja Hal on halogeeniaatom, üks või mitu. Side süsiniku ja halogeeni vahel on tugevalt polariseeritud, mille tulemusena on molekulil tervikuna kaks mõju:

• negatiivne induktiivne;
• mesomeerne positiivne.

Sel juhul väljendub esimene neist palju tugevamalt, seetõttu on Hal-aatomil alati elektrone eemaldava asendaja omadused.

Vastasel juhul ei erine molekuli kõik struktuuriomadused tavaliste süsivesinike omadest. Omadused on seletatavad ahela struktuuri ja selle hargnemisega, süsinikuaatomite arvuga ja aromaatsete tunnuste tugevusega.

Erilist tähelepanu väärib süsivesinike halogeenderivaatide nomenklatuur. Mis on nende ühenduste õige nimi? Selleks peate järgima mõnda reeglit.

1. Ahela nummerdamine algab halogeeniaatomile lähimast servast. Kui on olemas mõni mitmikside, siis loendamine algab sellest, mitte elektrone eemaldavast asendajast.
2. Nimi Hal on märgitud eesliites ja märkida ka süsinikuaatomi number, millest see lahkub.
3. Viimane samm on aatomite põhiahela (või tsükli) nimi.

Sarnase nimetuse näide: CH 2 \u003d CH-CHCL 2 - 3-dikloropropeen-1.

Nime võib anda ka vastavalt Sel juhul hääldatakse radikaali nimi ja seejärel halogeeni nimi sufiksiga -id. Näide: CH3-CH2-CH2Br-propüülbromiid.

Nagu teistel orgaaniliste ühendite klassidel, on halogeenitud süsivesinikel eriline struktuur. See võimaldab paljusid esindajaid tähistada ajalooliste nimedega. Näiteks halotaan CF 3 CBrClH. Kolme halogeeni olemasolu korraga molekuli koostises annab sellele ainele erilised omadused. Seda kasutatakse meditsiinis, seetõttu kasutatakse seda kõige sagedamini ajaloolist nime.

Sünteesimeetodid

Süsivesinike halogeenderivaatide saamise meetodid on üsna mitmekesised. Nende ühendite sünteesimiseks laboris ja tööstuses on viis peamist meetodit.

1. Tavaliste normaalsete süsivesinike halogeenimine. Üldine reaktsiooniskeem: R-H + Hal 2 → R-Hal + HHal. Protsessi omadused on järgmised: kloori ja broomi puhul on vajalik ultraviolettkiirgus, joodiga on reaktsioon peaaegu võimatu või väga aeglane. Koostoime fluoriga on liiga aktiivne, seetõttu ei saa seda halogeeni puhtal kujul kasutada. Lisaks on aromaatsete derivaatide halogeenimisel vaja kasutada spetsiaalseid protsessikatalüsaatoreid - Lewise happeid. Näiteks raud- või alumiiniumkloriid.
2. Süsivesinike halogeenderivaatide saamine toimub ka hüdrohalogeenimise teel. Kuid selleks peab lähteühend olema tingimata küllastumata süsivesinik. Näide: R=R-R + HHal → R-R-RHal. Kõige sagedamini kasutatakse seda klooretüleeni või vinüülkloriidi saamiseks, kuna see ühend on tööstusliku sünteesi jaoks oluline tooraine.
3. Vesinikhalogeenide mõju alkoholidele. Reaktsiooni üldvorm: R-OH + HHal → R-Hal + H 2 O. Tunnus on katalüsaatori kohustuslik olemasolu. Kasutatavate protsessikiirendite näited: fosfori, väävli, tsingi või raua kloriidid, väävelhape, lahus vesinikkloriidhappes – Lucase reaktiiv.
4. Happesoolade dekarboksüülimine oksüdeeriva ainega. Meetodi teine ​​nimetus on Borodin-Hunsdiceri reaktsioon. Põhimõte on süsinikdioksiidi molekuli eemaldamine hõbeda derivaatidest, kui need puutuvad kokku oksüdeeriva ainega - halogeeniga. Selle tulemusena moodustuvad süsivesinike halogeenderivaadid. Reaktsioonid näevad üldiselt välja järgmised: R-COOAg + Hal → R-Hal + CO 2 + AgHal.
5. Halovormide süntees. Teisisõnu, see on metaani trihalogeenderivaatide tootmine. Lihtsaim viis nende valmistamiseks on atsetooni töötlemine halogeenide leeliselise lahusega. Selle tulemusena moodustuvad haloformmolekulid. Samamoodi sünteesitakse tööstuses aromaatsete süsivesinike halogeenderivaate.

Erilist tähelepanu tuleks pöörata vaadeldava klassi piiramatute esindajate sünteesile. Peamine meetod on alküünide töötlemine elavhõbeda ja vase sooladega halogeenide juuresolekul, mille tulemusena moodustub ahelas kaksiksidemega toode.

Aromaatsete süsivesinike halogeenderivaadid saadakse areenide või alküülareenide halogeenimisreaktsioonidel kõrvalahelaks. Need on olulised tööstustooted, kuna neid kasutatakse põllumajanduses insektitsiididena.

Füüsikalised omadused

Süsivesinike halogeenderivaadid sõltuvad otseselt molekuli struktuurist. Keemis- ja sulamistemperatuuri, agregatsiooni olekut mõjutavad süsinikuaatomite arv ahelas ja võimalikud harud küljele. Mida rohkem neid, seda kõrgemad on hinded. Üldiselt saab füüsikalisi parameetreid iseloomustada mitme punktiga.

1. Agregaatolek: esimesed madalamad esindajad on gaasid, järgmised kuni C 12 on vedelikud, üleval on tahked ained.
2. Peaaegu kõigil esindajatel on terav ebameeldiv spetsiifiline lõhn.
3. Need lahustuvad vees väga halvasti, kuid ise on suurepärased lahustid. Nad lahustuvad väga hästi orgaanilistes ühendites.
4. Keemis- ja sulamistemperatuurid suurenevad, kui süsinikuaatomite arv peaahelas suureneb.
5. Kõik ühendid, välja arvatud fluori derivaadid, on veest raskemad.
6. Mida rohkem harusid peaahelas, seda madalam on aine keemistemperatuur.

Paljusid ühiseid sarnasusi on raske tuvastada, kuna esindajad erinevad suuresti koostise ja struktuuri poolest. Seetõttu on parem anda iga konkreetse ühendi väärtused antud süsivesinike seeriast.

Keemilised omadused

Üks olulisemaid parameetreid, millega keemiatööstuses ja sünteesireaktsioonides tuleb arvestada, on halogeenitud süsivesinike keemilised omadused. Need ei ole kõigi esindajate jaoks ühesugused, kuna erinevusel on mitu põhjust.

1. Süsinikuahela struktuur. Kõige lihtsamad asendusreaktsioonid (nukleofiilset tüüpi) toimuvad sekundaarsetes ja tertsiaarsetes haloalküülides.
2. Samuti on oluline halogeeni aatomi tüüp. Side süsiniku ja Hal vahel on tugevalt polariseeritud, mistõttu on see vabade radikaalide vabanemisel lihtne puruneda. Kõige kergemini katkeb aga side joodi ja süsiniku vahel, mis on seletatav sideme energia korrapärase muutumisega (vähenemisega) reas: F-Cl-Br-I.
3. Aromaatse radikaali või mitme sideme olemasolu.
4. Radikaali enda struktuur ja hargnemine.

Üldiselt saavad halogeenitud alküülid kõige paremini reageerida nukleofiilsete asendusreaktsioonidega. Süsinikuaatomile koondub ju osaliselt positiivne laeng pärast sideme katkemist halogeeniga. See võimaldab radikaalil tervikuna saada elektronegatiivsete osakeste vastuvõtjaks. Näiteks:

• HE - ;
• SO42-;
• NO2-;
• CN - ja teised.

See seletab tõsiasja, et süsivesinike halogeenderivaatidelt võib minna peaaegu iga orgaaniliste ühendite klassini, on vaja ainult valida sobiv reagent, mis annab soovitud funktsionaalrühma.

Üldiselt võime öelda, et süsivesinike halogeenderivaatide keemilised omadused on võime siseneda järgmistesse interaktsioonidesse.

1. Erinevat tüüpi nukleofiilsete osakestega - asendusreaktsioonid. Tulemuseks võivad olla: alkoholid, liht- ja nitroühendid, amiinid, nitriilid, karboksüülhapped.
2. Eliminatsiooni- või dehüdrohalogeenimisreaktsioonid. Leelise alkoholilahusega kokkupuutel lõhustatakse vesinikhalogeniidi molekul. Nii tekib alkeen, madala molekulmassiga kõrvalsaadused – sool ja vesi. Reaktsiooninäide: CH3-CH2-CH2-CH2Br + NaOH (alkohol) →CH3-CH2-CH \u003d CH2 + NaBr + H2O. Need protsessid on üks peamisi meetodeid oluliste alkeenide sünteesiks. Protsessiga kaasneb alati kõrge temperatuur.
3. normaalne struktuur vastavalt Wurtzi sünteesimeetodile. Reaktsiooni olemus on mõju halogeeniga asendatud süsivesinikule (kaks molekuli) metallilise naatriumiga. Tugevalt elektropositiivse ioonina võtab naatrium vastu ühendist halogeeniaatomeid. Selle tulemusena on vabanenud süsivesinikradikaalid omavahel seotud sidemega, moodustades uue struktuuriga alkaani. Näide: CH3-CH2Cl + CH3-CH2Cl + 2Na → CH3-CH2-CH2-CH3 + 2NaCl.
4. Aromaatsete süsivesinike homoloogide süntees Friedel-Craftsi meetodil. Protsessi põhiolemus on haloalküüli toime benseenile alumiiniumkloriidi juuresolekul. Asendusreaktsiooni tulemusena moodustub tolueen ja vesinikkloriid. Sel juhul on vajalik katalüsaatori olemasolu. Lisaks benseenile endale saab sel viisil oksüdeerida ka selle homolooge.
5. Greignardi vedeliku valmistamine. See reaktiiv on halogeeniga asendatud süsivesinik, mille koostises on magneesiumiioon. Algselt toimib eetris sisalduv metalliline magneesium haloalküülderivaadile. Selle tulemusena moodustub kompleksühend üldvalemiga RMgHal, mida nimetatakse Greignardi reagendiks.
6. Redutseerimisreaktsioonid alkaaniks (alkeen, areen). Teostatakse vesinikuga kokkupuutel. Selle tulemusena moodustub süsivesinik ja kõrvalsaadus vesinikhalogeniid. Üldine näide: R-Hal + H2 → R-H + HHal.

Need on peamised vastastikmõjud, mida erineva struktuuriga süsivesinike halogeenderivaadid võivad kergesti sõlmida. Muidugi on konkreetseid reaktsioone, mida tuleks iga üksiku esindaja puhul arvestada.

Molekulide isomeeria

Süsivesinike halogeenderivaatide isomeeria on täiesti loomulik nähtus. On ju teada, et mida rohkem on ahelas süsinikuaatomeid, seda suurem on isomeersete vormide arv. Lisaks on küllastumata esindajatel mitu sidet, mis põhjustab ka isomeeride välimust.

Selle ühendite klassi puhul võib eristada selle nähtuse kahte peamist varianti.

1. Radikaali ja peaahela süsinikskeleti isomeeria. See hõlmab ka mitmiksideme asukohta, kui see molekulis on olemas. Nagu lihtsate süsivesinike puhul, saab alates kolmandast esindajast kirjutada ühendite valemid, millel on identsed molekulaarsed, kuid erinevad struktuurivalemite avaldised. Pealegi on halogeenasendatud süsivesinike isomeersete vormide arv suurusjärgu võrra suurem kui nende vastavate alkaanide (alkeenide, alküünide, areenide jne) puhul.
2. Halogeeni asukoht molekulis. Selle kohta nimes tähistab number ja isegi kui see muutub ainult ühe võrra, on selliste isomeeride omadused juba täiesti erinevad.

Me ei räägi siin ruumilisest isomeeriast, kuna halogeeniaatomid muudavad selle võimatuks. Nagu kõik teised orgaanilised ühendid, erinevad haloalküülisomeerid mitte ainult struktuuri, vaid ka füüsikaliste ja keemiliste omaduste poolest.

Küllastumata süsivesinike derivaadid

Selliseid seoseid on muidugi palju. Siiski oleme huvitatud küllastumata süsivesinike halogeenderivaatidest. Neid võib jagada ka kolme põhirühma.

1. Vinüül – kui Hal-aatom asub otse mitmiksideme süsinikuaatomi juures. Molekuli näide: CH2 =CCL 2.
2. Eraldatud asendiga. Halogeeniaatom ja mitmikside asuvad molekuli vastassuunas. Näide: CH2=CH-CH2-CH2-CI.
3. Allüülderivaadid - halogeeniaatom paikneb kaksiksidemega ühe süsinikuaatomi kaudu, see tähendab, et see on alfa-asendis. Näide: CH2=CH-CH2-CL.

Eriti oluline on selline ühend nagu vinüülkloriid CH2=CHCL. See on võimeline moodustama olulisi tooteid, nagu isoleermaterjalid, veekindlad kangad jne.

Teine küllastumata halogeenderivaatide esindaja on kloropreen. Selle valem on CH2=CCL-CH=CH2. See ühend on lähteaine väärtuslike kummitüüpide sünteesimiseks, mida eristab tulekindlus, pikk kasutusiga ja halb gaasi läbilaskvus.

Tetrafluoroetüleen (või teflon) on polümeer, millel on kvaliteetsed tehnilised parameetrid. Seda kasutatakse tehniliste osade, riistade, erinevate seadmete väärtusliku katte valmistamiseks. Valem - CF 2 \u003d CF 2.

Aromaatsed süsivesinikud ja nende derivaadid

Aromaatsed ühendid on need ühendid, mis sisaldavad benseenitsüklit. Nende hulgas on ka terve rühm halogeeni derivaate. Nende struktuuri järgi saab eristada kahte peamist tüüpi.

1. Kui Hal-aatom on ühendatud otse tuumaga, st aromaatse ringiga, siis nimetatakse ühendeid tavaliselt haloareenideks.
2. Halogeeniaatom ei ole seotud tsükliga, vaid aatomite külgahelaga ehk radikaaliga, mis läheb külgharule. Selliseid ühendeid nimetatakse arüülalküülhalogeniidideks.

Vaadeldavate ainete hulgast võib nimetada mitmeid praktilise tähtsusega esindajaid.

1. Heksaklorobenseen – C6Cl6. Alates 20. sajandi algusest on seda kasutatud tugeva fungitsiidina, samuti putukamürgina. Sellel on hea desinfitseeriv toime, seetõttu kasutati seda enne külvi seemnete puhtimiseks. Sellel on ebameeldiv lõhn, vedelik on üsna söövitav, läbipaistev ja võib põhjustada pisaravoolu.
2. Bensüülbromiid C6H5CH2Br. Seda kasutatakse olulise reagendina metallorgaaniliste ühendite sünteesil.
3. Klorobenseen C 6 H 5 CL. Vedel värvitu spetsiifilise lõhnaga aine. Seda kasutatakse värvainete, pestitsiidide tootmisel. See on üks parimaid orgaanilisi lahusteid.

Tööstuslik kasutamine

Süsivesinike halogeenderivaate kasutatakse laialdaselt tööstuses ja keemilises sünteesis. Oleme juba rääkinud küllastumata ja aromaatsetest esindajatest. Nüüd määrame üldiselt kõigi selle seeria ühendite kasutusalad.

1. Ehituses.
2. lahustitena.
3. Kangaste, kummi, kummide, värvainete, polümeersete materjalide tootmisel.
4. Paljude orgaaniliste ühendite sünteesiks.
5. Fluori derivaadid (freoonid) on külmutusseadmetes olevad külmutusagensid.
6. Kasutatakse pestitsiididena, insektitsiididena, fungitsiididena, õlidena, kuivatusõlidena, vaikudena, määrdeainetena.
7. Nad lähevad isoleermaterjalide valmistamisele jne.

Süsivesinike iseloomulikud keemilised omadused: alkaanid, alkeenid, dieenid, alküünid, aromaatsed süsivesinikud

Alkaanid

Alkaanid on süsivesinikud, mille molekulides on aatomid seotud üksiksidemetega ja mis vastavad üldvalemile $C_(n)H_(2n+2)$.

Metaani homoloogne seeria

Nagu te juba teate, homoloogid on ained, mis on struktuurilt ja omadustelt sarnased ning erinevad ühe või mitme $CH_2$ rühma poolest.

Piiratud süsivesinikud moodustavad metaani homoloogse seeria.

Isomerism ja nomenklatuur

Alkaanidele on iseloomulik nn struktuurne isomeeria. Struktuuriisomeerid erinevad üksteisest süsiniku skeleti struktuuri poolest. Nagu te juba teate, on lihtsaim alkaan, mida iseloomustavad struktuursed isomeerid, butaan:

Vaatleme alkaanide puhul üksikasjalikumalt IUPAC-i nomenklatuuri põhitõdesid:

1. Põhiahela valik.

Süsivesiniku nime kujunemine algab põhiahela määratlusega - pikima süsinikuaatomite ahelaga molekulis, mis on justkui selle aluseks.

2.

Peaahela aatomitele on määratud numbrid. Peaahela aatomite nummerdamine algab asendajale lähimast otsast (struktuurid A, B). Kui asendajad on ahela lõpust võrdsel kaugusel, siis nummerdamine algab otsast, kus neid on rohkem (struktuur B). Kui erinevad asendajad on ahela otstest võrdsel kaugusel, siis numeratsioon algab otsast, millele vanem on lähemal (struktuur D). Süsivesinike asendajate vanemus määratakse selle järgi, millises järjekorras nende nimi algab tähestikus: metüül (—$CH_3$), seejärel propüül ($—CH_2—CH_2—CH_3$), etüül ($—CH_2). —CH_3$ ) jne.

Pange tähele, et asendaja nimi moodustatakse sufiksi asendamisega -en järelliide - muda vastava alkaani nimel.

3. Nime kujunemine.

Numbrid on märgitud nime alguses - süsinikuaatomite arv, mille juures asendajad asuvad. Kui antud aatomi juures on mitu asendajat, korratakse nimes olevat vastavat numbrit kaks korda, eraldades need komadega ($2,2-$). Numbri järel märgib sidekriips asendajate arvu ( di- kaks, kolm- kolm, tetra- neli, penta- viis) ja asetäitja nimi ( metüül, etüül, propüül). Siis ilma tühikute ja sidekriipsudeta - peaahela nimi. Peaahelat nimetatakse süsivesinikuks - metaani homoloogse seeria liikmeks ( metaan, etaan, propaan jne.).

Ainete nimetused, mille struktuurivalemid on ülaltoodud, on järgmised:

- struktuur A: 2 dollarit -metüülpropaan;

- Struktuur B: 3 dollarit -etüülheksaan;

- Struktuur B: $2,2,4$ -trimetüülpentaan;

- struktuur Г: $ 2 $ -metüül$4$-etüülheksaan.

Alkaanide füüsikalised ja keemilised omadused

füüsikalised omadused. Metaani homoloogse seeria neli esimest esindajat on gaasid. Lihtsaim neist on metaan – värvitu, maitsetu ja lõhnatu gaas (gaasi lõhna, mille nuusutamisel tuleb helistada $104$, määrab merkaptaanide lõhn – väävlit sisaldavad ühendid, mis on spetsiaalselt lisatud metaanile, mida kasutatakse majapidamises ja tööstuslikud gaasiseadmed, et nende läheduses olevad inimesed tunneksid lekke lõhna).

Süsivesinikud koostisega $С_5Н_(12)$ kuni $С_(15)Н_(32)$ on vedelikud; raskemad süsivesinikud on tahked ained.

Alkaanide keemis- ja sulamistemperatuur tõuseb järk-järgult süsinikuahela pikkuse suurenemisega. Kõik süsivesinikud lahustuvad vees halvasti; vedelad süsivesinikud on tavalised orgaanilised lahustid.

Keemilised omadused.

1. asendusreaktsioonid. Alkaanidele on iseloomulikumad vabade radikaalide asendusreaktsioonid, mille käigus vesinikuaatom asendub halogeeniaatomi või mõne rühmaga.

Toome välja kõige tüüpilisemate reaktsioonide võrrandid.

Halogeenimine:

$CH_4+Cl_2→CH_3Cl+HCl$.

Halogeeni liia korral võib kloorimine minna kaugemale kuni kõigi vesinikuaatomite täieliku asendamiseni klooriga:

$CH_3Cl+Cl_2→HCl+(CH_2Cl_2)↙(\tekst"diklorometaan(metüleenkloriid)")$,

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

$CHCl_3+Cl_2→HCl+(CCl_4)↙(\tekst"tetraklorometaan(süsiniktetrakloriid)")$.

Saadud aineid kasutatakse laialdaselt lahustitena ja lähteainetena orgaanilises sünteesis.

2. Dehüdrogeenimine (vesiniku eemaldamine). Alkaanide läbimisel katalüsaatorist ($Pt, Ni, Al_2O_3, Cr_2O_3$) kõrgel temperatuuril ($400-600°C$) vesiniku molekul jaguneb ja moodustub alkeen:

$CH_3—CH_3→CH_2=CH_2+H_2$

3. Reaktsioonid, millega kaasneb süsinikuahela hävimine. Kõik küllastunud süsivesinikud põlevad süsihappegaasi ja vee moodustumisega. Teatud vahekorras õhuga segatud gaasilised süsivesinikud võivad plahvatada. Küllastunud süsivesinike põlemine on vabade radikaalide eksotermiline reaktsioon, millel on suur tähtsus alkaanide kütusena kasutamisel:

$CH_4+2O_2→CO_2+2H_2O+880 kJ.$

Üldiselt võib alkaanide põlemisreaktsiooni kirjutada järgmiselt:

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

Süsivesinike termiline lagunemine:

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

Protsess toimub vastavalt vabade radikaalide mehhanismile. Temperatuuri tõus põhjustab süsinik-süsinik sideme homolüütilise rebenemise ja vabade radikaalide moodustumise:

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

Need radikaalid interakteeruvad üksteisega, vahetades vesinikuaatomit, moodustades alkaani molekuli ja alkeeni molekuli:

$R—CH_2CH_2+CH_2—R—R—CH=CH_2+CH_3—R$.

Tööstusliku protsessi – süsivesinike krakkimise – aluseks on termilised lõhustamisreaktsioonid. See protsess on nafta rafineerimise kõige olulisem etapp.

Kui metaani kuumutatakse temperatuurini 1000 °C $, algab metaani pürolüüs - lagunemine lihtsateks aineteks:

$CH_4(→)↖(1000°C)C+2H_2$

Kuumutamisel temperatuurini 1500 °C $ on atsetüleeni moodustumine võimalik:

$2CH_4(→)↖(1500°C)CH=CH+3H_2$

4. Isomerisatsioon. Lineaarsete süsivesinike kuumutamisel isomerisatsioonikatalüsaatoriga (alumiiniumkloriid) tekivad hargnenud süsiniku karkassiga ained:

5. Aromatiseerimine. Alkaanid, mille ahelas on kuus või enam süsinikuaatomit, tsükliseeritakse katalüsaatori juuresolekul, moodustades benseeni ja selle derivaate:

Mis on põhjus, miks alkaanid astuvad vabade radikaalide mehhanismi järgi toimuvatesse reaktsioonidesse? Kõik alkaanimolekulides olevad süsinikuaatomid on hübridisatsiooni olekus $sp^3$. Nende ainete molekulid on ehitatud kovalentsete mittepolaarsete $C-C$ (süsinik-süsinik) sidemete ja nõrgalt polaarsete $C-H$ (süsinik-vesinik) sidemete abil. Need ei sisalda suure ja madala elektrontihedusega piirkondi, kergesti polariseeruvaid sidemeid, s.t. sellised sidemed, mille elektrontihedust saab välistegurite (ioonide elektrostaatilise välja) mõjul nihutada. Seetõttu ei reageeri alkaanid laetud osakestega, sest sidemeid alkaani molekulides ei katke heterolüütiline mehhanism.

Alkeenid

Küllastumata süsivesinikud hõlmavad süsivesinikke, mis sisaldavad molekulides mitut sidet süsinikuaatomite vahel. Neid on piiramatud alkeenid, alkadieenid (polüeenid), alküünid. Küllastumata on ka tsüklilised süsivesinikud, mis sisaldavad tsüklis kaksiksidet (tsükloalkeenid), samuti tsükloalkaanid, mille tsüklis on väike arv süsinikuaatomeid (kolm või neli aatomit). Küllastumatuse omadus on seotud nende ainete võimega astuda liitumisreaktsioonidesse, peamiselt vesiniku, küllastunud või küllastunud süsivesinike - alkaanide moodustumisega.

Alkeenid on atsüklilised süsivesinikud, mis sisaldavad molekulis lisaks üksiksidemetele üht kaksiksidet süsinikuaatomite vahel ja vastavad üldvalemile $C_(n)H_(2n)$.

Selle teine ​​nimi olefiinid- alkeenid saadi analoogselt küllastumata rasvhapetega (oleiin-, linoolhape), mille jäänused on osa vedelast rasvast - õlidest (alates lat. oleum- õli).

Eteeni homoloogne seeria

Hargnemata alkeenid moodustavad eteeni (etüleeni) homoloogse seeria:

$C_2H_4$ on eteen, $C_3H_6$ on propeen, $C_4H_8$ on buteen, $C_5H_(10)$ on penteen, $C_6H_(12)$ on hekseen jne.

Isomerism ja nomenklatuur

Alkeenidele, nagu ka alkaanidele, on iseloomulik struktuurne isomeeria. Struktuuriisomeerid erinevad üksteisest süsiniku skeleti struktuuri poolest. Lihtsaim alkeen, mida iseloomustavad struktuursed isomeerid, on buteen:

Struktuurse isomeeria eritüüp on kaksiksideme positsiooni isomeeria:

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

Süsinikuaatomite peaaegu vaba pöörlemine on võimalik ühe süsinik-süsinik sideme ümber, nii et alkaani molekulid võivad võtta väga erinevaid kujundeid. Pöörlemine kaksiksideme ümber on võimatu, mis põhjustab alkeenides teist tüüpi isomeeria - geomeetrilise või cis-trans isomeeria - ilmnemist.

cis- isomeerid erinevad transs- isomeerid molekuli fragmentide (antud juhul metüülrühmade) ruumilise paigutuse järgi $π$-sidetasandi suhtes ja sellest tulenevalt ka omaduste järgi.

Alkeenid on tsükloalkaanide suhtes isomeersed (klassidevaheline isomeeria), näiteks:

IUPACi välja töötatud alkeenide nomenklatuur on sarnane alkaanide nomenklatuuriga.

1. Põhiahela valik.

Süsivesiniku nime kujunemine algab peaahela – molekuli pikima süsinikuaatomite ahela – määratlemisest. Alkeenide puhul peab põhiahel sisaldama kaksiksidet.

2. Peaahela aatomite nummerdamine.

Peaahela aatomite nummerdamine algab otsast, millele kaksikside on kõige lähemal. Näiteks on õige ühenduse nimi:

$5$-metüülhekseen-$2$, mitte $2$-metüülhekseen-$4$, nagu võiks arvata.

Kui ahelas olevate aatomite numeratsiooni algust ei ole võimalik määrata kaksiksideme positsiooni järgi, siis määrab selle asendajate positsioon, nagu ka küllastunud süsivesinike puhul.

3. Nime kujunemine.

Alkeenide nimed moodustatakse samamoodi nagu alkaanide nimed. Nime lõpus märkige süsinikuaatomi number, millest kaksikside algab, ja järelliide, mis näitab, et ühend kuulub alkeenide klassi - -en.

Näiteks:

Alkeenide füüsikalised ja keemilised omadused

füüsikalised omadused. Alkeenide homoloogse seeria kolm esimest esindajat on gaasid; ained koostisega $C_5H_(10)$ - $C_(16)H_(32)$ on vedelikud; kõrgemad alkeenid on tahked ained.

Keemis- ja sulamistemperatuurid tõusevad loomulikult koos ühendite molekulmassi suurenemisega.

Keemilised omadused.

Lisamisreaktsioonid. Tuletage meelde, et küllastumata süsivesinike - alkeenide - esindajate eripäraks on võime osaleda liitumisreaktsioonides. Enamik neist reaktsioonidest kulgeb mehhanismi kaudu

1. alkeenide hüdrogeenimine. Alkeenid on võimelised lisama vesinikku hüdrogeenimiskatalüsaatorite, metallide - plaatina, pallaadiumi, nikli juuresolekul:

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

See reaktsioon kulgeb atmosfäärirõhul ja kõrgendatud rõhul ega vaja kõrget temperatuuri, sest on eksotermiline. Samade katalüsaatorite temperatuuri tõusuga võib toimuda pöördreaktsioon, dehüdrogeenimine.

2. Halogeenimine (halogeenide lisamine). Alkeeni interaktsioon broomveega või broomi lahusega orgaanilises lahustis ($CCl_4$) põhjustab nende lahuste kiiret värvimuutust, mis on tingitud halogeenmolekuli lisamisest alkeenile ja dihalogeenalkaanide moodustumisest:

$CH_2=CH_2+Br_2→CH_2Br—CH_2Br$.

3.

$CH_3-(CH)↙(propeen)=CH_2+HBr→CH_3-(CHBr)↙(2-bromopropeen)-CH_3$

See reaktsioon allub Markovnikovi reegel:

Kui alkeenile lisatakse vesinikhalogeniid, seotakse vesinik rohkem hüdrogeenitud süsinikuaatomiga, st. aatom, mille juures on rohkem vesinikuaatomeid, ja halogeen - vähem hüdrogeenitud aatom.

Alkeenide hüdratsioon põhjustab alkoholide moodustumist. Näiteks vee lisamine eteenile on ühe etüülalkoholi tootmise tööstusliku meetodi aluseks:

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

Pange tähele, et primaarne alkohol (mille primaarse süsiniku juures on hüdroksorühm) moodustub ainult siis, kui eteen on hüdraatunud. Propeeni või teiste alkeenide hüdraatumisel tekivad sekundaarsed alkoholid.

See reaktsioon kulgeb samuti vastavalt Markovnikovi reeglile – vesinikkatioon on seotud rohkem hüdrogeenitud süsinikuaatomiga ja hüdroksorühm vähem hüdrogeenitud süsinikuaatomiga.

5. Polümerisatsioon. Lisamise erijuhtum on alkeenide polümerisatsioonireaktsioon:

$nCH_2(=)↙(eteen)CH_2(→)↖(UV valgus,R)(...(-CH_2-CH_2-)↙(polüetüleen)...)_n$

See liitumisreaktsioon toimub vabade radikaalide mehhanismi kaudu.

6. Oksüdatsioonireaktsioon.

Nagu kõik orgaanilised ühendid, põlevad alkeenid hapnikus, moodustades $CO_2$ ja $H_2O$:

$CH_2=CH_2+3O_2→2CO_2+2H_2O$.

Üldiselt:

$C_(n)H_(2n)+(3n)/(2)O_2→nCO_2+nH_2O$

Erinevalt alkaanidest, mis on lahustes oksüdatsioonile vastupidavad, oksüdeeruvad alkeenid kergesti kaaliumpermanganaadi lahuste toimel. Neutraalsetes või leeliselistes lahustes oksüdeeritakse alkeenid dioolideks (kahehüdroksüülsed alkoholid) ja hüdroksüülrühmad on seotud nende aatomitega, mille vahel oli enne oksüdatsiooni kaksikside:

Alkadieenid (dieeni süsivesinikud)

Alkadieenid on atsüklilised süsivesinikud, mis sisaldavad molekulis lisaks üksiksidemetele kahte süsinikuaatomite vahelist kaksiksidet ja vastavad üldvalemile $C_(n)H_(2n-2)$.

Sõltuvalt kaksiksidemete vastastikusest paigutusest on dieene kolme tüüpi:

- alkadieenid koos kumuleeritud kaksiksidemete paigutus:

- alkadieenid koos konjugeeritud kaksiksidemed;

$CH_2=CH—CH=CH_2$;

- alkadieenid koos isoleeritud topeltsidemed

$CH_2=CH—CH_2—CH=CH_2$.

Kõik kolm alkadieeni tüüpi erinevad üksteisest oluliselt struktuuri ja omaduste poolest. Keskne süsinikuaatom (aatom, mis moodustab kaks kaksiksidet) kumuleerunud sidemetega alkadieenides on $sp$-hübridisatsiooni olekus. See moodustab kaks $σ$-sidet, mis asetsevad samal sirgel ja on suunatud vastassuundadesse, ja kaks $π$-sidet, mis asuvad risti tasapinnal. $π$-sidemed tekivad iga süsinikuaatomi hübridiseerimata p-orbitaalide tõttu. Eraldatud kaksiksidemega alkadieenide omadused on väga spetsiifilised, sest konjugeeritud $π$-sidemed mõjutavad üksteist oluliselt.

Konjugeeritud $π$-sidemeid moodustavad p-orbitaalid moodustavad praktiliselt ühe süsteemi (seda nimetatakse $π$-süsteemiks), kuna naaber-$π$-võlakirjade p-orbitaalid kattuvad osaliselt.

Isomerism ja nomenklatuur

Alkadieene iseloomustab nii struktuurne isomeeria kui ka cis- ja trans-isomeeria.

Struktuurne isomeeria.

— süsiniku skeleti isomeeria:

— mitmiksidemete asukoha isomeeria:

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

cis-, trans- isomeeria (ruumiline ja geomeetriline)

Näiteks:

Alkadieenid on alküünide ja tsükloalkeenide klassidesse kuuluvad isomeersed ühendid.

Alkadieeni nimetuse moodustamisel näidatakse kaksiksidemete arvu. Peaahel peab tingimata sisaldama kahte mitmekordset sidet.

Näiteks:

Alkadieenide füüsikalised ja keemilised omadused

füüsikalised omadused.

Normaaltingimustes on propandieen-1,2, butadieen-1,3 gaasid, 2-metüülbutadieen-1,3 on lenduv vedelik. Eraldatud kaksiksidemetega alkadieenid (lihtsaim neist on pentadieen-1,4) on vedelikud. Kõrgemad dieenid on tahked ained.

Keemilised omadused.

Eraldatud kaksiksidemega alkadieenide keemilised omadused erinevad vähe alkeenide omadest. Konjugeeritud sidemetega alkadieenidel on mõned eripärad.

1. Lisamisreaktsioonid. Alkadieenid on võimelised lisama vesinikku, halogeene ja vesinikhalogeniide.

Konjugeeritud sidemetega alkadieenide lisamise tunnuseks on võime kinnitada molekule nii positsioonides 1 ja 2 kui ka positsioonides 1 ja 4.

Toodete suhe sõltub vastavate reaktsioonide läbiviimise tingimustest ja meetodist.

2.polümerisatsiooni reaktsioon. Dieenide kõige olulisem omadus on polümeriseerumisvõime katioonide või vabade radikaalide mõjul. Nende ühendite polümerisatsioon on sünteetiliste kummide alus:

$nCH_2=(CH—CH=CH_2)↙(butadieen-1,3)→((... —CH_2—CH=CH—CH_2— ...)_n)↙(\text"sünteetiline butadieenkummi")$ .

Konjugeeritud dieenide polümerisatsioon toimub 1,4-liitumisena.

Sel juhul osutub kaksikside lingis keskseks ja elementaarlüli omakorda võib võtta mõlemad cis- ja transs- konfiguratsiooni.

Alküünid

Alküünid on atsüklilised süsivesinikud, mis sisaldavad molekulis lisaks üksiksidemetele üht kolmiksidet süsinikuaatomite vahel ja vastavad üldvalemile $C_(n)H_(2n-2)$.

Etiini homoloogne seeria

Hargnemata alküünid moodustavad etüüni (atsetüleeni) homoloogse seeria:

$C_2H_2$ - etüün, $C_3H_4$ - propüün, $C_4H_6$ - butüün, $C_5H_8$ - pentiin, $C_6H_(10)$ - heksiin jne.

Isomerism ja nomenklatuur

Alküünidele, nagu ka alkeenidele, on iseloomulik struktuurne isomeeria: süsiniku skeleti isomeeria ja mitmiksideme asukoha isomeeria. Lihtsaim alküün, mida iseloomustavad alküüniklassi mitmikside positsiooni struktuursed isomeerid, on butüün:

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

Alküünide süsiniku skeleti isomeeria on võimalik, alustades pentiinist:

Kuna kolmikside eeldab süsinikuahela lineaarset struktuuri, on geomeetriline ( cis-, trans-) isomeeria ei ole alküünide puhul võimalik.

Kolmiksideme olemasolu selle klassi süsivesiniku molekulides kajastab järelliide -sisse, ja selle asukoht ahelas - süsinikuaatomi arv.

Näiteks:

Alküünid on mõne teise klassi isomeersed ühendid. Niisiis on heksiini (alküün), heksadieeni (alkadieeni) ja tsüklohekseeni (tsükloalkeen) keemiline valem $С_6Н_(10)$:

Alküünide füüsikalised ja keemilised omadused

füüsikalised omadused. Alküünide, aga ka alkeenide keemis- ja sulamistemperatuurid tõusevad loomulikult koos ühendite molekulmassi suurenemisega.

Alküünidel on spetsiifiline lõhn. Need lahustuvad vees paremini kui alkaanid ja alkeenid.

Keemilised omadused.

Lisamisreaktsioonid. Alküünid on küllastumata ühendid ja osalevad liitumisreaktsioonides. Põhimõtteliselt on need reaktsioonid. elektrofiilne lisamine.

1. Halogeenimine (halogeeni molekuli lisamine). Alküün on võimeline siduma kahte halogeeni molekuli (kloor, broom):

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

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

2. Hüdrohalogeenimine (vesinikhalogeniidi lisamine). Vesinikhalogeniidi liitumisreaktsioon, mis toimub vastavalt elektrofiilsele mehhanismile, toimub samuti kahes etapis ja mõlemas etapis on täidetud Markovnikovi reegel:

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

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

3. Niisutamine (vee lisamine). Ketoonide ja aldehüüdide tööstusliku sünteesi jaoks on suur tähtsus vee liitumisreaktsioonil (hüdratatsioonil), mida nimetatakse nn. Kucherovi reaktsioon:

4. alküünide hüdrogeenimine. Alküünid lisavad vesinikku metallkatalüsaatorite ($Pt, Pd, Ni$) juuresolekul:

$R-C≡C-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH=CH-R,$

$R-CH=CH-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH_2-CH_2-R$

Kuna kolmikside sisaldab kahte reaktiivset $π$ sidet, lisavad alkaanid vesinikku järk-järgult:

1) trimerisatsioon.

Kui etüün juhitakse üle aktiivsöe, moodustub toodete segu, millest üks on benseen:

2) dimerisatsioon.

Lisaks atsetüleeni trimerisatsioonile on võimalik ka selle dimeriseerimine. Monovalentsete vasesoolade toimel moodustub vinüülatsetüleen:

$2HC≡CH→(HC≡C-CH=CH_2)↙(\tekst"buteen-1-üün-3(vinüülatsetüleen)")$

Seda ainet kasutatakse kloropreeni tootmiseks:

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

mille polümerisatsioonil saadakse kloropreenkummi:

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

Alküünide oksüdatsioon.

Etiin (atsetüleen) põleb hapnikus, eraldudes väga suurel hulgal soojust:

$2C_2H_2+5O_2→4CO_2+2H_2O+2600kJ$ See reaktsioon põhineb oksüatsetüleenpõleti toimel, mille leegil on väga kõrge temperatuur (rohkem kui $3000°C$), mistõttu on võimalik seda kasutada metallide lõikamiseks ja keevitamiseks.

Õhus põleb atsetüleen suitsuleegiga, sest. selle molekulis on süsinikusisaldus suurem kui etaani ja eteeni molekulides.

Alküünid, nagu alkeenid, muudavad värvituks kaaliumpermanganaadi hapendatud lahused; sel juhul toimub mitmiksideme hävimine.

Hapnikku sisaldavate ühendite saamise peamisi meetodeid iseloomustavad reaktsioonid

1. Haloalkaanide hüdrolüüs. Te juba teate, et halokenalkaanide moodustumine alkoholide ja vesinikhalogeniidide koostoimes on pöörduv reaktsioon. Seetõttu on selge, et alkohole on võimalik saada haloalkaanide hüdrolüüs- nende ühendite reaktsioonid veega:

$R-Cl+NaOH(→)↖(H_2O)R-OH+NaCl+H_2O$

Mitmehüdroksüülseid alkohole saab saada haloalkaanide hüdrolüüsil, mis sisaldavad molekulis rohkem kui ühte halogeeniaatomit. Näiteks:

2. Alkeenide hüdratsioon- vee lisamine alkeeni molekuli $π$-sidemesse - on teile juba tuttav, näiteks:

$(CH_2=CH_2)↙(eteen)+H_2O(→)↖(H^(+))(C_2H_5OH)↙(etanool)$

Propeeni hüdratsioon viib Markovnikovi reegli kohaselt sekundaarse alkoholi - propanool-2 moodustumiseni:

3. Aldehüüdide ja ketoonide hüdrogeenimine. Te juba teate, et alkoholide oksüdeerimine kergetes tingimustes põhjustab aldehüüdide või ketoonide moodustumist. Ilmselgelt saab alkohole saada aldehüüdide ja ketoonide hüdrogeenimisel (vesiniku redutseerimisel, vesiniku lisamisel):

4. Alkeenide oksüdatsioon. Nagu juba märgitud, saab glükoole saada alkeenide oksüdeerimisel kaaliumpermanganaadi vesilahusega. Näiteks etüleenglükool (etaandiool-1,2) tekib etüleeni (eteeni) oksüdatsiooni käigus:

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

5. Spetsiifilised meetodid alkoholide saamiseks. Mõned alkoholid saadakse ainult neile omasel viisil. Niisiis toodetakse metanooli tööstuses vesiniku interaktsioonil süsinikmonooksiidiga (II) (süsinikmonooksiid) kõrgendatud rõhul ja kõrgel temperatuuril katalüsaatori (tsinkoksiid) pinnal:

$CO+2H_2(→)↖(t,p,ZnO)CH_3-OH$

Selle reaktsiooni jaoks vajalik süsinikmonooksiidi ja vesiniku segu, mida nimetatakse ka sünteesgaasiks ($CO + nH_2O$), saadakse veeauru juhtimisel üle kuuma kivisöe:

$C+H_2O(→)↖(t)CO+H_2-Q$

6. Glükoosi kääritamine. See etüül(vein)alkoholi saamise meetod on inimestele teada olnud iidsetest aegadest:

$(C_6H_(12)O_6)↙(glükoos)(→)↖(pärm)2C_2H_5OH+2CO_2$

Aldehüüdide ja ketoonide saamise meetodid

Aldehüüde ja ketoone on võimalik saada oksüdatsioon või alkoholi dehüdrogeenimine. Veel kord märgime, et aldehüüde saab saada primaarsete alkoholide oksüdeerimisel või dehüdrogeenimisel ja ketoone saab sekundaarsetest alkoholidest:

Kucherovi reaktsioon. Atsetüleenist saadakse hüdratatsioonireaktsiooni tulemusena atseetaldehüüd, atsetüleeni homoloogidest - ketoonidest:

Kuumutamisel kaltsium või baariumi soolad karboksüülhapped moodustavad ketooni ja metallkarbonaadi:

Karboksüülhapete saamise meetodid

Karboksüülhappeid võib saada aldehüüdide primaarsete alkoholide oksüdeerimisel:

Aromaatsed karboksüülhapped tekivad benseeni homoloogide oksüdeerimisel:

Erinevate karboksüülhappe derivaatide hüdrolüüsil tekivad ka happed. Seega moodustuvad estri hüdrolüüsi käigus alkohol ja karboksüülhape. Nagu eespool mainitud, on happega katalüüsitud esterdamis- ja hüdrolüüsireaktsioonid pöörduvad:

Estri hüdrolüüs leelise vesilahuse toimel kulgeb pöördumatult, sel juhul ei moodustu estrist mitte hape, vaid selle sool.