آلکن ها (الفین ها, هیدروکربن های اتیلن سی n اچ 2n

سریال همولوگ.

اتن (اتیلن)

ساده ترین آلکن اتیلن است (C2H4). با توجه به نامگذاری IUPAC، نام آلکن ها از نام آلکان های مربوطه با جایگزینی پسوند "-ane" با "-ene" تشکیل می شود. موقعیت پیوند دوگانه با یک عدد عربی نشان داده می شود.

رادیکال های هیدروکربنی که از آلکن ها تشکیل می شوند دارای پسوند هستند "-enil". نام های بی اهمیت: CH 2 =CH- "وینیل", CH 2 =CH-CH 2 - "آلیل".

اتم های کربن در پیوند دوگانه در حالت هیبریداسیون sp2 هستند و زاویه پیوند 120 درجه دارند.

آلکن ها با ایزومریسم اسکلت کربن، موقعیت های پیوند دوگانه، بین طبقاتی و فضایی مشخص می شوند.

مشخصات فیزیکی

نقطه ذوب و جوش آلکن ها (ساده شده) با وزن مولکولی و طول ستون فقرات کربن افزایش می یابد.

در شرایط عادی، آلکن‌های C2H4 تا C4H8 گاز هستند. از پنتن C 5 H 10 تا هگزادسن C 17 H 34 شامل - مایعات، و شروع از اکتادسن C 18 H 36 - جامدات. آلکن ها در آب نامحلول هستند، اما در حلال های آلی بسیار محلول هستند.

هیدروژن زدایی آلکان ها

این یکی از روش های صنعتی برای تولید آلکن است

هیدروژناسیون آلکین ها

هیدروژناسیون جزئی آلکین ها به شرایط خاص و وجود کاتالیزور نیاز دارد

پیوند دوگانه ترکیبی از پیوندهای سیگما و پی است. پیوند سیگما زمانی اتفاق می‌افتد که اوربیتال‌های sp2 به صورت محوری همپوشانی داشته باشند و پیوند pi زمانی اتفاق می‌افتد که همپوشانی جانبی وجود داشته باشد.

قانون زایتسف:

انتزاع یک اتم هیدروژن در واکنش های حذف عمدتاً از کمترین اتم کربن هیدروژنه اتفاق می افتد.

13. آلکن ها. ساختار. sp 2 هیبریداسیون، پارامترهای جفت چندگانه. واکنش های افزودن الکتروفیل هالوژن ها، هالیدهای هیدروژن، هیپوکلرو اسید. هیدراتاسیون آلکن ها قانون مورکونیکف مکانیسم های واکنش ها

آلکن ها (الفین ها, هیدروکربن های اتیلن) - هیدروکربن های غیر اشباع غیر حلقوی حاوی یک پیوند مضاعف بین اتم های کربن، تشکیل یک سری همولوگ با فرمول کلی سی n اچ 2n

یک اوربیتال s و 2 p با هم مخلوط شده و 2 اوربیتال هیبریدی sp2 معادل در یک صفحه با زاویه 120 را تشکیل می دهند.

اگر یک پیوند توسط بیش از یک جفت الکترون تشکیل شود، آن را می گویند چندگانه.

پیوند چندگانه زمانی تشکیل می‌شود که تعداد الکترون‌ها و اتم‌های پیوندی برای هر اوربیتال ظرفیتی تشکیل‌دهنده پیوند اتم مرکزی بسیار کم باشد تا با هر اوربیتالی از اتم اطراف همپوشانی داشته باشد.

واکنش های افزودن الکتروفیلیک

در این واکنش ها، ذره مهاجم یک الکتروفیل است.

هالوژناسیون:

هیدرو هالوژناسیون

افزودن الکتروفیل هیدروژن هالیدها به آلکن ها طبق قانون مارکوفنیکوف اتفاق می افتد

قانون مارکوفنیکف

افزودن هیپوکلرو اسید برای تشکیل کلروهیدرین:

هیدراتاسیون

افزودن آب به آلکن ها در حضور اسید سولفوریک اتفاق می افتد:

کربوکاتیون- ذره ای که در آن بار مثبت روی اتم کربن متمرکز است؛ اتم کربن دارای یک اوربیتال p خالی است.

14. هیدروکربن های اتیلن. خواص شیمیایی: واکنش با عوامل اکسید کننده. اکسیداسیون کاتالیزوری، واکنش با پراسیدها، واکنش اکسیداسیون به گلیکول ها، با جدا شدن پیوند کربن-کربن، ازن زنی. فرآیند واکر واکنش های جایگزینی

آلکن ها (الفین ها, هیدروکربن های اتیلن) - هیدروکربن های غیر اشباع غیر حلقوی حاوی یک پیوند مضاعف بین اتم های کربن، تشکیل یک سری همولوگ با فرمول کلی سی n اچ 2n

اکسیداسیون

اکسیداسیون آلکن ها، بسته به شرایط و انواع معرف های اکسید کننده، هم با جدا شدن پیوند دوگانه و هم با حفظ اسکلت کربن می تواند رخ دهد.

وقتی الفین ها در هوا می سوزند، دی اکسید کربن و آب تولید می کنند.

H 2 C = CH 2 + 3O 2 => 2CO 2 + 2H 2 O

سی n اچ 2n+ 3n/O 2 => nCO 2 + nH 2 O - فرمول کلی

اکسیداسیون کاتالیزوری

در حضور نمک های پالادیوم، اتیلن به استالدئید اکسید می شود. استون نیز از پروپن به همین ترتیب تشکیل می شود.

هنگامی که آلکن ها در معرض عوامل اکسید کننده قوی (KMnO 4 یا K 2 Cr 2 O 7 در H 2 SO 4 ) قرار می گیرند ، پیوند دوگانه هنگام گرم شدن می شکند:

هنگامی که آلکن ها با محلول رقیق پرمنگنات پتاسیم اکسید می شوند، الکل های دیاتومیک تشکیل می شوند - گلیکول ها (واکنش E.E. Wagner). واکنش در سرما انجام می شود.

آلکن های غیر حلقوی و حلقوی هنگام واکنش با پراسیدهای RCOOOH در یک محیط غیر قطبی، اپوکسیدها (oxiranes) تشکیل می دهند، بنابراین خود واکنش واکنش اپوکسیداسیون نامیده می شود.

ازن زنی آلکن ها

هنگامی که آلکن ها با ازن برهمکنش می کنند، ترکیبات پراکسیدی تشکیل می شود که به آنها ازونید می گویند. واکنش آلکن ها با ازن مهمترین روش برای برش اکسیداتیو آلکن ها در پیوند دوگانه است.

آلکن ها تحت واکنش های جایگزینی قرار نمی گیرند.

فرآیند واکر- فرآیند تولید استالدئید با اکسیداسیون مستقیم اتیلن.

فرآیند واکر مبتنی بر اکسیداسیون اتیلن با دی کلرید پالادیوم است:

CH 2 = CH 2 + PdCl 2 + H 2 O = CH 3 CHO + Pd + 2HCl

15. آلکن ها: خواص شیمیایی. هیدروژناسیون حکومت لبدف ایزومریزاسیون و الیگومریزاسیون آلکن ها. پلیمریزاسیون رادیکال و یونی. مفهوم پلیمر، الیگومر، مونومر، واحد ابتدایی، درجه پلیمریزاسیون. تلومریزاسیون و کوپلیمریزاسیون.

هیدروژناسیون

هیدروژناسیون آلکن ها به طور مستقیم با هیدروژن فقط در حضور یک کاتالیزور اتفاق می افتد. کاتالیزورهای هیدروژنه شامل پلاتین، پالادیوم و نیکل هستند.

هیدروژناسیون را می توان در فاز مایع با کاتالیزورهای همگن نیز انجام داد

واکنش های ایزومریزاسیون

هنگام گرم شدن، ایزومریزاسیون مولکول های آلکن امکان پذیر است که

می تواند منجر به حرکت پیوند دوگانه و تغییرات اسکلتی شود

هیدروکربن

CH2=CH-CH2-CH3 CH3-CH=CH-CH3

واکنش های پلیمریزاسیون

این یک نوع واکنش اضافه است. پلیمریزاسیون واکنش ترکیب متوالی مولکول های یکسان به مولکول های بزرگتر است، بدون اینکه هیچ محصولی با وزن مولکولی پایین جدا شود. در طی پلیمریزاسیون، یک اتم هیدروژن به هیدروژنه ترین اتم کربن که در پیوند دوگانه قرار دارد اضافه می شود و بقیه مولکول به اتم کربن دیگر اضافه می شود.

CH2=CH2 + CH2=CH2 + ... -CH2-CH2-CH2-CH2- ...

یا n CH2=CH2 (-CH2-CH2-)n (پلی اتیلن)

ماده ای که مولکول های آن تحت واکنش پلیمریزاسیون قرار می گیرند، نامیده می شود مونومر. یک مولکول مونومر باید حداقل یک پیوند دوگانه داشته باشد. پلیمرهای حاصل از تعداد زیادی زنجیره تکرار شونده با ساختار یکسان تشکیل شده اند. واحدهای ابتدایی).عددی که نشان می دهد چند بار یک واحد ساختاری (بنیادی) در یک پلیمر تکرار می شود نامیده می شود درجه پلیمریزاسیون(ن).

بسته به نوع ذرات میانی تشکیل شده در طی پلیمریزاسیون، 3 مکانیسم پلیمریزاسیون وجود دارد: الف) رادیکال. ب) کاتیونی؛ ج) آنیونی

روش اول پلی اتیلن با چگالی بالا تولید می کند:

کاتالیزور واکنش پراکسیدها است.

روش دوم و سوم شامل استفاده از اسیدها (پلیمریزاسیون کاتیونی) و ترکیبات آلی فلزی به عنوان کاتالیزور است.

در شیمی الیگومر) - یک مولکول به شکل زنجیره ای از کم اهمیتتعداد پیوندهای تشکیل دهنده یکسان

تلومریزاسیون

تلومریزاسیون الیگومریزاسیون آلکن ها در حضور عوامل انتقال زنجیر (تلوژن) است. در نتیجه واکنش، مخلوطی از الیگومرها (تلومرها) تشکیل می شود که گروه های انتهایی آن بخشی از تلوژن هستند. به عنوان مثال، در واکنش CCl 4 با اتیلن، تلوژن CCl 4 است.

CCl 4 + nCH 2 = CH 2 => Cl(CH 2 CH 2) n CCl 3

شروع این واکنش ها می تواند توسط آغازگرهای رادیکال یا تابش g انجام شود.

16. آلکن ها. واکنش های افزودن رادیکال هالوژن ها و هالیدهای هیدروژن (مکانیسم). افزودن کاربن ها به الفین ها اتیلن، پروپیلن، بوتیلن. منابع صنعتی و مصارف اصلی

آلکن ها به راحتی هالوژن ها، به ویژه کلر و برم را اضافه می کنند (هالوژناسیون).

یک واکنش معمولی از این نوع تغییر رنگ آب برم است

CH2=CH2 + Br2 → CH2Br-CH2Br (1،2-دیبروموتان)

افزودن الکتروفیل هیدروژن هالیدها به آلکن ها طبق قانون مارکوفنیکوف اتفاق می افتد:

قانون مارکوفنیکف: هنگام افزودن اسیدهای پروتیک یا آب به آلکن ها یا آلکین های نامتقارن، هیدروژن به هیدروژنه ترین اتم کربن اضافه می شود.

اتم کربن هیدروژنه اتم هیدروژنی است که به آن متصل است. بیشترین هیدروژنه - جایی که بیشتر H وجود دارد

واکنش های افزودن کاربن

کاربن‌های CR 2: - گونه‌های بسیار واکنش‌پذیر با عمر کوتاه که به راحتی می‌توانند به پیوند دوگانه آلکن‌ها اضافه کنند. در نتیجه واکنش افزودن کاربن، مشتقات سیکلوپروپان تشکیل می شود

اتیلن یک ماده شیمیایی آلی است که با فرمول C 2 H 4 توصیف می شود. ساده ترین آلکن است ( الفین)ترکیب. در شرایط عادی یک گاز قابل اشتعال بی رنگ با بوی ضعیف است. تا حدی در آب حل می شود. حاوی یک پیوند دوگانه است و بنابراین متعلق به هیدروکربن های غیر اشباع یا غیر اشباع است. نقش بسیار مهمی در صنعت دارد. اتیلن تولید شده ترین ترکیب آلی در جهان است: اتیلن اکسید; پلی اتیلن، اسید استیک، اتیل الکل.

خواص شیمیایی پایه(به من یاد ندهید، فقط اجازه دهید در هر صورت آنجا باشند، در صورتی که بتوانند آن را حذف کنند)

اتیلن یک ماده شیمیایی فعال است. از آنجایی که یک پیوند دوگانه بین اتم های کربن در مولکول وجود دارد، یکی از آنها که از استحکام کمتری برخوردار است، به راحتی شکسته می شود و در محل شکسته شدن پیوند، اتصال، اکسیداسیون و پلیمریزاسیون مولکول ها اتفاق می افتد.

هالوژناسیون:

CH 2 = CH 2 + Br 2 → CH 2 Br-CH 2 Br

آب برم تغییر رنگ می دهد. این یک واکنش کیفی به ترکیبات غیر اشباع است.

هیدروژناسیون:

CH 2 = CH 2 + H - H → CH 3 - CH 3 (تحت تأثیر Ni)

هیدرو هالوژناسیون:

CH 2 = CH 2 + HBr → CH 3 - CH 2 Br

آبرسانی:

CH 2 = CH 2 + HOH → CH 3 CH 2 OH (تحت تأثیر یک کاتالیزور)

این واکنش توسط A.M. کشف شد. Butlerov، و برای تولید صنعتی الکل اتیلیک استفاده می شود.

اکسیداسیون:

اتیلن به راحتی اکسید می شود. اگر اتیلن از محلول پرمنگنات پتاسیم عبور داده شود، رنگ آن تغییر می کند. این واکنش برای تمایز بین ترکیبات اشباع و غیر اشباع استفاده می شود. اتیلن اکسید یک ماده شکننده است، پل اکسیژن می شکند و آب به هم می پیوندد و در نتیجه اتیلن گلیکول تشکیل می شود. معادله واکنش:

3CH 2 = CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O → 3HOH 2 C - CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH

C 2 H 4 + 3O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O

پلیمریزاسیون (تولید پلی اتیلن):

nCH 2 =CH 2 → (-CH 2 -CH 2 -) n

پروپیلن(پروپن) CH 2 = CH-CH 3 - هیدروکربن غیر اشباع (غیراشباع) از سری اتیلن، گاز قابل اشتعال. پروپیلن یک ماده گازی با نقطه جوش پایین t جوش = -47.6 درجه سانتیگراد است.

به طور معمول، پروپیلن از گازهای پالایش نفت (در هنگام ترک نفت خام، تجزیه در اثر حرارت قطعات بنزین) یا گازهای مرتبط و همچنین از گازهای کک کننده زغال سنگ جدا می شود.

خواص شیمیایی آلکان ها

آلکان ها (پارافین ها) هیدروکربن های غیر حلقویی هستند که در مولکول های آنها تمام اتم های کربن تنها با پیوندهای منفرد به هم متصل هستند. به عبارت دیگر، هیچ پیوند چندگانه - دو یا سه گانه - در مولکول های آلکان وجود ندارد. در واقع آلکان ها هیدروکربن هایی هستند که دارای حداکثر تعداد ممکن اتم های هیدروژن هستند و به همین دلیل به آنها محدود کننده (اشباع) می گویند.

به دلیل اشباع، آلکان ها نمی توانند تحت واکنش های افزایشی قرار گیرند.

از آنجایی که اتم های کربن و هیدروژن دارای الکترونگاتیوی نسبتاً نزدیکی هستند، این منجر به این واقعیت می شود که پیوندهای C-H در مولکول های آنها بسیار کم قطب هستند. در این رابطه، برای آلکان ها، واکنش هایی که از طریق مکانیسم جایگزینی رادیکال انجام می شود، که با نماد S R نشان داده می شود، معمولی تر است.

1. واکنش های جایگزینی

در واکنش هایی از این نوع، پیوندهای کربن-هیدروژن شکسته می شوند

RH + XY → RX + HY

هالوژناسیون

آلکان ها با هالوژن ها (کلر و برم) هنگامی که در معرض نور فرابنفش یا حرارت زیاد قرار می گیرند، واکنش نشان می دهند. در این حالت، مخلوطی از مشتقات هالوژن با درجات مختلف جایگزینی اتم های هیدروژن تشکیل می شود - تک، دی تری و غیره. آلکان های جایگزین هالوژن

با استفاده از متان به عنوان مثال، به نظر می رسد این است:

با تغییر نسبت هالوژن به متان در مخلوط واکنش، می توان اطمینان حاصل کرد که یک مشتق هالوژن خاص از متان در ترکیب محصولات غالب است.

مکانیسم واکنش

اجازه دهید مکانیسم واکنش جایگزینی رادیکال آزاد را با استفاده از مثال برهمکنش متان و کلر تجزیه و تحلیل کنیم. شامل سه مرحله است:

1. شروع (یا هسته زایی زنجیره ای) فرآیند تشکیل رادیکال های آزاد تحت تأثیر انرژی خارجی است - تابش با نور UV یا گرما. در این مرحله، مولکول کلر با تشکیل رادیکال‌های آزاد تحت شکست همولیتیک پیوند Cl-Cl قرار می‌گیرد:

همانطور که در شکل بالا مشاهده می شود، رادیکال های آزاد اتم ها یا گروه هایی از اتم ها با یک یا چند الکترون جفت نشده هستند (Cl، H، CH 3، CH 2، و غیره).

2. توسعه زنجیره ای

این مرحله شامل تعامل رادیکال های آزاد فعال با مولکول های غیر فعال است. در این صورت رادیکال های جدیدی شکل می گیرند. به طور خاص، هنگامی که رادیکال های کلر روی مولکول های آلکان اثر می کنند، یک رادیکال آلکیل و کلرید هیدروژن تشکیل می شود. به نوبه خود، رادیکال آلکیل، در برخورد با مولکول های کلر، یک مشتق کلر و یک رادیکال کلر جدید را تشکیل می دهد:

3) شکستن (مرگ) زنجیره:

در نتیجه ترکیب مجدد دو رادیکال با یکدیگر در مولکول های غیرفعال رخ می دهد:

2. واکنش های اکسیداسیون

در شرایط عادی، آلکان ها نسبت به عوامل اکسید کننده قوی مانند اسیدهای سولفوریک و نیتریک غلیظ، پرمنگنات پتاسیم و دی کرومات (KMnO4، K2Cr2O7) بی اثر هستند.

احتراق در اکسیژن

الف) احتراق کامل با اکسیژن اضافی. منجر به تشکیل دی اکسید کربن و آب می شود:

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O

ب) احتراق ناقص به دلیل کمبود اکسیژن:

2CH 4 + 3O 2 = 2CO + 4H 2 O

CH 4 + O 2 = C + 2H 2 O

اکسیداسیون کاتالیزوری با اکسیژن

در نتیجه حرارت دادن آلکان ها با اکسیژن (~ 200 درجه سانتیگراد) در حضور کاتالیزورها، طیف گسترده ای از محصولات آلی را می توان از آنها به دست آورد: آلدئیدها، کتون ها، الکل ها، اسیدهای کربوکسیلیک.

به عنوان مثال، متان، بسته به ماهیت کاتالیزور، می تواند به متیل الکل، فرمالدئید یا اسید فرمیک اکسید شود:

3. تبدیلات حرارتی آلکان ها

ترک خوردن

کراکینگ (از انگلیسی به crack - to tear) یک فرآیند شیمیایی است که در دماهای بالا رخ می دهد، در نتیجه اسکلت کربن مولکول های آلکان با تشکیل مولکول های آلکن و آلکان هایی با وزن مولکولی کمتر در مقایسه با آلکان های اصلی تجزیه می شود. . مثلا:

CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 → CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 + CH 3 -CH=CH 2

ترک خوردگی می تواند حرارتی یا کاتالیزوری باشد. برای انجام ترک خوردگی کاتالیزوری، به لطف استفاده از کاتالیزورها، در مقایسه با ترک حرارتی از دماهای بسیار پایین تری استفاده می شود.

هیدروژن زدایی

حذف هیدروژن در نتیجه شکست پیوندهای C-H رخ می دهد. در حضور کاتالیزورها در دماهای بالا انجام می شود. هنگامی که متان هیدروژنه می شود، استیلن تشکیل می شود:

2CH 4 → C 2 H 2 + 3H 2

حرارت دادن متان تا 1200 درجه سانتیگراد منجر به تجزیه آن به مواد ساده می شود:

CH 4 → C + 2H 2

هنگامی که آلکان های باقیمانده هیدروژنه می شوند، آلکن ها تشکیل می شوند:

C 2 H 6 → C 2 H 4 + H 2

هنگام هیدروژن زدایی n-بوتان، بوتن-1 و بوتن-2 تشکیل می شود (دومی به شکل سیس-و ترنسایزومرها):

چرخه زدایی آب

ایزومریزاسیون

خواص شیمیایی سیکلوآلکان ها

خواص شیمیایی سیکلوآلکان هایی که بیش از چهار اتم کربن در حلقه هایشان دارند، به طور کلی تقریباً با خواص آلکان ها یکسان است. به اندازه کافی عجیب، سیکلوپروپان و سیکلوبوتان با واکنش های افزودنی مشخص می شوند. این به دلیل تنش زیاد درون چرخه است که منجر به این واقعیت می شود که این چرخه ها تمایل به شکستن دارند. بنابراین سیکلوپروپان و سیکلوبوتان به راحتی برم، هیدروژن یا کلرید هیدروژن اضافه می کنند:

خواص شیمیایی آلکن ها

1. واکنش های اضافه

از آنجایی که پیوند دوگانه در مولکول های آلکن از یک سیگما قوی و یک پیوند پی ضعیف تشکیل شده است، آنها ترکیبات نسبتاً فعالی هستند که به راحتی تحت واکنش های افزودن قرار می گیرند. آلکن ها اغلب تحت چنین واکنش هایی حتی در شرایط ملایم - در سرما، در محلول های آبی و حلال های آلی قرار می گیرند.

هیدروژناسیون آلکن ها

آلکن ها قادرند هیدروژن را در حضور کاتالیزورها (پلاتین، پالادیوم، نیکل) اضافه کنند:

CH 3 -CH = CH 2 + H 2 → CH 3 -CH 2 -CH 3

هیدروژنه شدن آلکن ها حتی در فشار معمولی و حرارت جزئی به راحتی انجام می شود. یک واقعیت جالب این است که از همان کاتالیزورها می توان برای هیدروژن زدایی آلکان ها به آلکن ها استفاده کرد، فقط فرآیند هیدروژن زدایی در دمای بالاتر و فشار کمتر انجام می شود.

هالوژناسیون

آلکن ها به راحتی با برم در محلول های آبی و حلال های آلی تحت واکنش های افزودن قرار می گیرند. در نتیجه برهمکنش، ابتدا محلول های برم زرد رنگ خود را از دست می دهند، یعنی. بی رنگ شدن

CH 2 = CH 2 + Br 2 → CH 2 Br-CH 2 Br

هیدرو هالوژناسیون

همانطور که به راحتی قابل مشاهده است، افزودن هالید هیدروژن به یک مولکول یک آلکن نامتقارن، از لحاظ نظری، باید به مخلوطی از دو ایزومر منجر شود. به عنوان مثال، هنگامی که هیدروژن برومید به پروپن اضافه می شود، محصولات زیر باید به دست آیند:

با این حال، در صورت عدم وجود شرایط خاص (به عنوان مثال، وجود پراکسیدها در مخلوط واکنش)، افزودن یک مولکول هیدروژن هالید به طور کاملاً انتخابی مطابق با قانون مارکوفنیکوف اتفاق می افتد:

افزودن هالید هیدروژن به یک آلکن به این صورت اتفاق می افتد که یک هیدروژن به اتم کربن با تعداد اتم های هیدروژن بیشتر (هیدروژنه تر) اضافه می شود و یک هالوژن به اتم کربن با تعداد هیدروژن کمتر اضافه می شود. اتم ها (کمتر هیدروژنه شده).

هیدراتاسیون

این واکنش منجر به تشکیل الکل ها می شود و همچنین مطابق با قانون مارکوفنیکوف ادامه می یابد:

همانطور که به راحتی می توانید حدس بزنید، با توجه به این واقعیت که افزودن آب به مولکول آلکن طبق قانون مارکوفنیکوف اتفاق می افتد، تشکیل الکل اولیه فقط در مورد هیدراتاسیون اتیلن امکان پذیر است:

CH 2 = CH 2 + H 2 O → CH 3 -CH 2 -OH

از طریق این واکنش است که بخش عمده ای از الکل اتیلیک در صنایع بزرگ انجام می شود.

بسپارش

یک مورد خاص از واکنش افزودن، واکنش پلیمریزاسیون است که بر خلاف هالوژناسیون، هیدروهالوژناسیون و هیدراتاسیون، از طریق مکانیسم رادیکال آزاد انجام می شود:

واکنش های اکسیداسیون

مانند تمام هیدروکربن های دیگر، آلکن ها به راحتی در اکسیژن می سوزند و دی اکسید کربن و آب تشکیل می دهند. معادله احتراق آلکن ها در اکسیژن اضافی به شکل زیر است:

C n H 2n + (3/2) nO 2 → nCO 2 + nH 2 O

بر خلاف آلکان ها، آلکن ها به راحتی اکسید می شوند. هنگامی که آلکن ها در معرض محلول آبی KMnO 4 قرار می گیرند، تغییر رنگ رخ می دهد که یک واکنش کیفی به پیوندهای CC مضاعف و سه گانه در مولکول های مواد آلی است.

اکسیداسیون آلکن ها با پرمنگنات پتاسیم در محلول خنثی یا ضعیف قلیایی منجر به تشکیل دیول ها (الکل های دی هیدریک) می شود:

C 2 H 4 + 2KMnO 4 + 2H 2 O → CH 2 OH–CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH (خنک کننده)

در یک محیط اسیدی، پیوند دوگانه کاملاً شکسته می شود و اتم های کربنی که پیوند دوگانه را تشکیل می دهند به گروه های کربوکسیل تبدیل می شوند:

5CH 3 CH = CHCH 2 CH 3 + 8KMnO 4 + 12H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5C 2 H 5 COOH + 8MnSO 4 + 4K 2 SO 4 + 17H 2 O (گرم کردن)

اگر پیوند دوگانه C=C در انتهای مولکول آلکن قرار گیرد، دی اکسید کربن به عنوان محصول اکسیداسیون خارجی ترین اتم کربن در پیوند دوگانه تشکیل می شود. این به دلیل این واقعیت است که محصول اکسیداسیون میانی، اسید فرمیک، به راحتی خود را در بیش از حد عامل اکسید کننده اکسید می کند:

5CH 3 CH=CH 2 + 10KMnO 4 + 15H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5CO 2 + 10MnSO 4 + 5K 2 SO 4 + 20H 2 O (گرم کردن)

اکسیداسیون آلکن هایی که در آن اتم C در پیوند دوگانه حاوی دو جایگزین هیدروکربنی است، یک کتون تولید می کند. به عنوان مثال، اکسیداسیون 2-متیل بوتن-2 باعث تولید استون و اسید استیک می شود.

اکسیداسیون آلکن ها که در آن اسکلت کربن در پیوند دوگانه شکسته می شود، برای تعیین ساختار آنها استفاده می شود.

خواص شیمیایی آلکادین ها

واکنش های افزایشی

به عنوان مثال، افزودن هالوژن ها:

آب برم تغییر رنگ می دهد.

در شرایط عادی، افزودن اتم‌های هالوژن در انتهای مولکول 1،3 بوتادین اتفاق می‌افتد، در حالی که پیوندهای π شکسته می‌شوند، اتم‌های برم به اتم‌های کربن شدید اضافه می‌شوند و ظرفیت‌های آزاد یک پیوند π جدید را تشکیل می‌دهند. . بنابراین، "حرکت" پیوند دوگانه رخ می دهد. اگر برم بیش از حد وجود داشته باشد، می توان مولکول دیگری را در محل پیوند دوگانه تشکیل شده اضافه کرد.

واکنش های پلیمریزاسیون

خواص شیمیایی آلکین ها

آلکین ها هیدروکربن های غیر اشباع (غیراشباع) هستند و بنابراین قادر به انجام واکنش های افزودن هستند. در میان واکنش های افزودنی برای آلکین ها، افزودن الکتروفیل رایج ترین است.

هالوژناسیون

از آنجایی که پیوند سه‌گانه مولکول‌های آلکین از یک پیوند سیگما قوی‌تر و دو پیوند pi ضعیف‌تر تشکیل شده است، آنها می‌توانند یک یا دو مولکول هالوژن را به هم متصل کنند. افزودن دو مولکول هالوژن توسط یک مولکول آلکین از طریق یک مکانیسم الکتروفیل به طور متوالی در دو مرحله انجام می شود:

هیدرو هالوژناسیون

افزودن مولکول های هیدروژن هالید نیز از طریق مکانیسم الکتروفیلیک و در دو مرحله انجام می شود. در هر دو مرحله، الحاق طبق قانون مارکوفنیکف پیش می‌رود:

هیدراتاسیون

افزودن آب به آلکین ها در حضور نمک های روتی در یک محیط اسیدی اتفاق می افتد و واکنش کوچروف نامیده می شود.

در نتیجه هیدراتاسیون، افزودن آب به استیلن استالدهید (استیک آلدهید) تولید می کند:

برای همولوگ های استیلن، افزودن آب منجر به تشکیل کتون ها می شود:

هیدروژناسیون آلکین ها

آلکین ها در دو مرحله با هیدروژن واکنش می دهند. از فلزاتی مانند پلاتین، پالادیوم و نیکل به عنوان کاتالیزور استفاده می شود:

تریمریزاسیون آلکین ها

هنگامی که استیلن در دمای بالا از روی کربن فعال عبور داده می شود، مخلوطی از محصولات مختلف از آن تشکیل می شود که اصلی ترین آنها بنزن است که محصول سه گانه سازی استیلن است:

دیمریزاسیون آلکین ها

استیلن نیز تحت یک واکنش دیمریزاسیون قرار می گیرد. این فرآیند در حضور نمک های مس به عنوان کاتالیزور انجام می شود:

اکسیداسیون آلکین

آلکین ها در اکسیژن می سوزند:

C nH 2n-2 + (3n-1)/2 O 2 → nCO 2 + (n-1) H 2 O

واکنش آلکین ها با بازها

آلکین هایی با C≡C سه گانه در انتهای مولکول، بر خلاف سایر آلکین ها، می توانند وارد واکنش هایی شوند که در آن اتم هیدروژن در پیوند سه گانه با یک فلز جایگزین می شود. به عنوان مثال، استیلن با آمید سدیم در آمونیاک مایع واکنش می دهد:

HC≡CH + 2NaNH 2 → NaC≡CNa + 2NH 3،

و همچنین با محلول آمونیاک اکسید نقره، مواد نمک مانند نامحلول به نام استیلنیدها را تشکیل می دهد:

به لطف این واکنش، می توان آلکین هایی را با یک پیوند سه گانه پایانی تشخیص داد و همچنین چنین آلکینی را از مخلوط با سایر آلکین ها جدا کرد.

لازم به ذکر است که تمام استیلنیدهای نقره و مس مواد منفجره هستند.

استیلنیدها قادر به واکنش با مشتقات هالوژن هستند که در سنتز ترکیبات آلی پیچیده تر با پیوند سه گانه استفاده می شود:

CH 3 -C≡CH + NaNH 2 → CH 3 -C≡CNa + NH 3

CH 3 -C≡CNa + CH 3 Br → CH 3 -C≡C-CH 3 + NaBr

خواص شیمیایی هیدروکربن های آروماتیک

ماهیت آروماتیک پیوند بر خواص شیمیایی بنزن ها و سایر هیدروکربن های معطر تأثیر می گذارد.

سیستم یکپارچه الکترونی 6pi بسیار پایدارتر از پیوندهای معمولی پی است. بنابراین، واکنش‌های جایگزینی به جای واکنش‌های افزودن برای هیدروکربن‌های آروماتیک معمول‌تر است. آرن ها از طریق یک مکانیسم الکتروفیلی تحت واکنش های جایگزینی قرار می گیرند.

واکنش های جایگزینی

هالوژناسیون

نیتراسیون

واکنش نیتراسیون تحت تأثیر اسید نیتریک خالص نیست، بلکه تحت تأثیر مخلوط آن با اسید سولفوریک غلیظ، به اصطلاح مخلوط نیتراسیون، بهتر انجام می شود:

آلکیلاسیون

واکنشی که در آن یکی از اتم های هیدروژن در حلقه آروماتیک با رادیکال هیدروکربنی جایگزین می شود:

همچنین می توان از آلکن ها به جای آلکان های هالوژنه استفاده کرد. هالیدهای آلومینیوم، هالیدهای آهن یا اسیدهای معدنی می توانند به عنوان کاتالیزور استفاده شوند.<

واکنش های افزایشی

هیدروژناسیون

افزودن کلر

از طریق یک مکانیسم رادیکال پس از تابش شدید نور فرابنفش انجام می شود:

یک واکنش مشابه فقط با کلر ممکن است رخ دهد.

واکنش های اکسیداسیون

احتراق

2C 6 H 6 + 15O 2 = 12CO 2 + 6H 2 O + Q

اکسیداسیون ناقص

حلقه بنزن در برابر عوامل اکسید کننده مانند KMnO 4 و K 2 Cr 2 O 7 مقاوم است. هیچ واکنشی وجود ندارد.

جایگزین های روی حلقه بنزن به دو نوع تقسیم می شوند:

اجازه دهید خواص شیمیایی همولوگ های بنزن را با استفاده از تولوئن به عنوان مثال در نظر بگیریم.

خواص شیمیایی تولوئن

هالوژناسیون

مولکول تولوئن را می توان متشکل از قطعاتی از مولکول های بنزن و متان در نظر گرفت. بنابراین، منطقی است که فرض کنیم خواص شیمیایی تولوئن باید تا حدی خواص شیمیایی این دو ماده را به طور جداگانه ترکیب کند. این همان چیزی است که در طول هالوژناسیون آن مشاهده می شود. ما قبلاً می دانیم که بنزن از طریق یک مکانیسم الکتروفیلیک تحت یک واکنش جایگزینی با کلر قرار می گیرد و برای انجام این واکنش لازم است از کاتالیزورها (آلومینیوم یا هالیدهای آهن) استفاده شود. در همان زمان، متان همچنین قادر به واکنش با کلر است، اما از طریق مکانیسم رادیکال آزاد، که نیاز به تابش مخلوط واکنش اولیه با نور UV دارد. تولوئن، بسته به شرایطی که تحت آن در معرض کلرزنی قرار می گیرد، می تواند محصولات جایگزینی اتم های هیدروژن را در حلقه بنزن ایجاد کند - برای این کار باید از شرایط مشابه برای کلرزنی بنزن یا محصولات جایگزینی هیدروژن استفاده کنید. اتم های موجود در رادیکال متیل، اگر وجود دارد، چگونه کلر بر روی متان تحت تابش فرابنفش عمل می کند:

همانطور که می بینید، کلرزنی تولوئن در حضور کلرید آلومینیوم منجر به تولید دو محصول مختلف - ارتو و پارا کلروتولوئن شد. این به دلیل این واقعیت است که رادیکال متیل یک جایگزین از نوع اول است.

اگر کلرزنی تولوئن در حضور AlCl3 بیش از کلر انجام شود، تشکیل تولوئن جایگزین شده با تری کلرو امکان پذیر است:

به طور مشابه، هنگامی که تولوئن در نور با نسبت کلر/تولوئن بالاتر کلر می شود، دی کلرومتیل بنزن یا تری کلرومتیل بنزن به دست می آید:

نیتراسیون

جایگزینی اتم های هیدروژن با یک گروه نیترو در طول نیتراسیون تولوئن با مخلوطی از اسیدهای غلیظ نیتریک و سولفوریک منجر به جایگزینی محصولات در حلقه آروماتیک به جای رادیکال متیل می شود:

آلکیلاسیون

همانطور که قبلاً ذکر شد، رادیکال متیل یک عامل جهت دهنده از نوع اول است، بنابراین آلکیلاسیون آن طبق فریدل کرافت منجر به محصولات جایگزین در موقعیت های ارتو و پارا می شود:

واکنش های افزایشی

تولوئن را می توان با استفاده از کاتالیزورهای فلزی (Pt, Pd, Ni) به متیل سیکلوهگزان هیدروژنه کرد:

C 6 H 5 CH 3 + 9O 2 → 7CO 2 + 4H 2 O

اکسیداسیون ناقص

هنگامی که در معرض یک عامل اکسید کننده مانند محلول آبی پرمنگنات پتاسیم قرار می گیرد، زنجیره جانبی تحت اکسیداسیون قرار می گیرد. هسته معطر در چنین شرایطی نمی تواند اکسید شود. در این حالت بسته به PH محلول یا کربوکسیلیک اسید یا نمک آن تشکیل می شود.

خواص شیمیایی مشخصه هیدروکربن ها: آلکان ها، آلکن ها، دی ئن ها، آلکین ها، هیدروکربن های معطر

آلکان ها

آلکان ها هیدروکربن هایی هستند که در مولکول های آنها اتم ها با پیوندهای منفرد به هم متصل شده اند و با فرمول کلی $C_(n)H_(2n+2)$ مطابقت دارند.

سری همولوگ متان

همانطور که می دانید، همولوگ ها- اینها موادی هستند که از نظر ساختار و خواص مشابه هستند و در یک یا چند گروه $CH_2$ متفاوت هستند.

هیدروکربن های اشباع سری همولوگ متان را تشکیل می دهند.

ایزومریسم و ​​نامگذاری

آلکان ها با اصطلاح ایزومری ساختاری مشخص می شوند. ایزومرهای ساختاری در ساختار اسکلت کربنی با یکدیگر متفاوت هستند. همانطور که می دانید، ساده ترین آلکان که با ایزومرهای ساختاری مشخص می شود، بوتان است:

بیایید نگاهی دقیق تر به اصول نامگذاری IUPAC برای آلکان ها بیندازیم:

1. انتخاب مدار اصلی

شکل گیری نام یک هیدروکربن با تعریف زنجیره اصلی - طولانی ترین زنجیره اتم های کربن در مولکول آغاز می شود که، همانطور که بود، اساس آن است.

2.

اتم های زنجیره اصلی اعدادی هستند. شماره گذاری اتم های زنجیره اصلی از انتهایی که جانشین به آن نزدیک است (ساختارهای A, B) شروع می شود. اگر جایگزین ها در فاصله مساوی از انتهای زنجیره قرار داشته باشند، شماره گذاری از انتهایی که تعداد آنها بیشتر است (ساختار B) شروع می شود. اگر جانشین‌های مختلف در فواصل مساوی از انتهای زنجیره قرار داشته باشند، شماره‌گذاری از انتهایی که بالاترین آن نزدیک‌تر است آغاز می‌شود (ساختار D). قدمت جایگزین های هیدروکربنی با ترتیبی که نام آنها در الفبا با آن شروع می شود تعیین می شود: متیل (—$CH_3$)، سپس پروپیل ($—CH_2—CH_2—CH_3$)، اتیل ($—CH_2$). —CH_3$) و غیره

لطفا توجه داشته باشید که نام جایگزین با جایگزینی پسوند تشکیل می شود -anبه پسوند -ilبه نام آلکان مربوطه.

3. شکل گیری نام.

در ابتدای نام، اعداد نشان داده شده است - اعداد اتم های کربنی که در آن جانشین ها قرار دارند. اگر چندین جانشین در یک اتم وجود داشته باشد، عدد مربوطه در نام دو بار با کاما ($2.2-$) از هم جدا می شود. بعد از عدد، تعداد جایگزین ها با خط فاصله نشان داده می شود ( دی- دو، سه- سه، تترا- چهار، پنتا- پنج) و نام معاون ( متیل، اتیل، پروپیل). سپس بدون فاصله یا خط تیره نام زنجیره اصلی. زنجیره اصلی هیدروکربن نامیده می شود - عضوی از سری همولوگ متان ( متان، اتان، پروپان و غیره).

نام موادی که فرمول ساختاری آنها در بالا آورده شده است به شرح زیر است:

- ساختار A: 2 دلار - متیل پروپان؛

- ساختار B: $3 -اتیل هگزان؛

- ساختار B: 2،2،4 دلار تری متیل پنتان؛

- ساختار G: 2 دلار -متیل$4$-اتیل هگزان

خواص فیزیکی و شیمیایی آلکان ها

مشخصات فیزیکی.چهار نماینده اول سری همولوگ متان گازها هستند. ساده ترین آنها متان است، گازی بی رنگ، بی مزه و بی بو (بوی گاز، پس از حس کردن، باید 104 دلار بپردازید، با بوی مرکاپتان مشخص می شود - ترکیبات حاوی گوگرد که مخصوصاً به متان اضافه شده است. وسایل گازسوز خانگی و صنعتی به طوری که افراد در کنار آنها نشت را با بو تشخیص دهند).

هیدروکربن های ترکیبی از $С_5Н_(12)$ تا $С_(15)Н_(32)$ مایع هستند. هیدروکربن های سنگین تر جامد هستند.

نقطه جوش و ذوب آلکان ها به تدریج با افزایش طول زنجیره کربن افزایش می یابد. همه هیدروکربن ها در آب کم محلول هستند، هیدروکربن های مایع حلال های آلی رایج هستند.

خواص شیمیایی.

1. واکنش های جایگزینیمشخص‌ترین واکنش‌ها برای آلکان‌ها، واکنش‌های جایگزینی رادیکال‌های آزاد هستند که طی آن یک اتم هیدروژن با یک اتم هالوژن یا گروهی جایگزین می‌شود.

اجازه دهید معادلات مشخصه ترین واکنش ها را ارائه کنیم.

هالوژناسیون:

$CH_4+Cl_2→CH_3Cl+HCl$.

در صورت وجود هالوژن بیش از حد، کلر زنی می تواند تا جایگزینی کامل تمام اتم های هیدروژن با کلر ادامه یابد:

$CH_3Cl+Cl_2→HCl+(CH_2Cl_2)↙(\متن"دی کلرومتان (متیلن کلرید)")$،

$CH_2Cl_2+Cl_2→HCl+(CHСl_3)↙(\text"تری کلرومتان(کلروفرم)")$،

$CHCl_3+Cl_2→HCl+(CCl_4)↙(\text"تتراکلرید کربن(تتراکلرید کربن)")$.

مواد حاصل به طور گسترده ای به عنوان حلال و مواد اولیه در سنتزهای آلی استفاده می شود.

2. هیدروژن زدایی (حذف هیدروژن).هنگامی که آلکان ها از روی یک کاتالیزور ($Pt، Ni، Al_2O_3، Cr_2O_3$) در دماهای بالا (400-600 دلار سانتی گراد) عبور داده می شوند، یک مولکول هیدروژن حذف می شود و یک آلکن تشکیل می شود:

$CH_3—CH_3→CH_2=CH_2+H_2$

3. واکنش های همراه با تخریب زنجیره کربن.تمام هیدروکربن های اشباع شده در حال سوختن هستندبا تشکیل دی اکسید کربن و آب. هیدروکربن های گازی مخلوط شده با هوا در نسبت های خاصی می توانند منفجر شوند. احتراق هیدروکربن های اشباع یک واکنش گرمازا رادیکال آزاد است که هنگام استفاده از آلکان ها به عنوان سوخت بسیار مهم است:

$СН_4+2О_2→СО_2+2Н_2O+880 کیلوژول.$

به طور کلی واکنش احتراق آلکان ها را می توان به صورت زیر نوشت:

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

تقسیم حرارتی هیدروکربن ها:

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

این فرآیند از طریق مکانیسم رادیکال آزاد رخ می دهد. افزایش دما منجر به شکست همولیتیک پیوند کربن-کربن و تشکیل رادیکال های آزاد می شود:

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

این رادیکال ها با یکدیگر تعامل می کنند و یک اتم هیدروژن را مبادله می کنند و یک مولکول آلکان و یک مولکول آلکن را تشکیل می دهند:

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

واکنش‌های تجزیه حرارتی زیربنای فرآیند صنعتی کراکینگ هیدروکربنی است. این فرآیند مهمترین مرحله پالایش نفت است.

هنگامی که متان تا دمای 1000 درجه سانتیگراد گرم می شود، تجزیه گاز متان شروع می شود - تجزیه به مواد ساده:

$CH_4(→)↖(1000°C)C+2H_2$

هنگامی که تا دمای 1500 دلار سانتیگراد گرم می شود، تشکیل استیلن امکان پذیر است:

$2CH_4(→)↖(1500°C)CH=CH+3H_2$

4. ایزومریزاسیونهنگامی که هیدروکربن های خطی با یک کاتالیزور ایزومریزاسیون (کلرید آلومینیوم) گرم می شوند، موادی با اسکلت کربن منشعب تشکیل می شوند:

5. معطر سازی.آلکان های دارای شش یا بیشتر اتم کربن در زنجیره در حضور یک کاتالیزور چرخه ای می شوند و بنزن و مشتقات آن را تشکیل می دهند:

دلیل اینکه آلکان ها تحت واکنش های رادیکال آزاد قرار می گیرند چیست؟ تمام اتم های کربن موجود در مولکول های آلکان در حالت هیبریداسیون $sp^3$ قرار دارند. مولکول های این مواد با استفاده از پیوندهای کووالانسی غیرقطبی $C-C$ (کربن-کربن) و پیوندهای قطبی ضعیف $C-H$ (کربن-هیدروژن) ساخته می شوند. آنها شامل مناطقی با چگالی الکترونی افزایش یا کاهش یافته یا پیوندهای به راحتی قطبش پذیر نیستند، به عنوان مثال. چنین پیوندهایی، چگالی الکترونی می تواند تحت تأثیر عوامل خارجی (میدان های الکترواستاتیک یون ها) جابجا شود. در نتیجه، آلکان ها با ذرات باردار واکنش نشان نمی دهند، زیرا پیوندهای موجود در مولکول های آلکان توسط مکانیسم هترولیتیک شکسته نمی شوند.

آلکن ها

غیراشباع شامل هیدروکربن های حاوی پیوندهای متعدد بین اتم های کربن در مولکول های آنها می شود. نامحدود هستند آلکن ها، آلکادین ها (پلی ین ها)، آلکین ها.هیدروکربن های حلقوی حاوی پیوند مضاعف در حلقه (سیکلوآلکن ها) و همچنین سیکلوآلکان هایی با تعداد کمی اتم کربن در حلقه (سه یا چهار اتم) نیز دارای ویژگی غیر اشباع هستند. خاصیت اشباع نشدن با توانایی این مواد برای ورود به واکنش های افزودنی، در درجه اول هیدروژن، با تشکیل هیدروکربن های اشباع، یا اشباع - آلکان ها مرتبط است.

آلکن ها هیدروکربن های غیر حلقوی هستند که در مولکول علاوه بر پیوندهای منفرد، یک پیوند دوگانه بین اتم های کربن و مطابق با فرمول کلی $C_(n)H_(2n)$ دارند.

نام دوم آن است الفین ها- آلکن ها با قیاس با اسیدهای چرب غیر اشباع (اولئیک، لینولئیک) به دست آمدند که بقایای آنها بخشی از چربی های مایع - روغن ها (از لات. اولئوم- روغن).

سری همولوگ اتن

آلکن های بدون شاخه سری همولوگ اتن (اتیلن) ​​را تشکیل می دهند:

$С_2Н_4$ - اتن، $С_3Н_6$ - پروپن، $С_4Н_8$ - بوتن، $С_5Н_(10)$ - پنتن، $С_6Н_(12)$ - هگزن، و غیره.

ایزومریسم و ​​نامگذاری

آلکن ها مانند آلکان ها با ایزومری ساختاری مشخص می شوند. ایزومرهای ساختاری در ساختار اسکلت کربنی با یکدیگر متفاوت هستند. ساده ترین آلکن که با ایزومرهای ساختاری مشخص می شود، بوتن است:

نوع خاصی از ایزومری ساختاری ایزومری موقعیت پیوند دوگانه است:

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

چرخش تقریباً آزاد اتم‌های کربن حول یک پیوند کربن-کربن امکان‌پذیر است، بنابراین مولکول‌های آلکان می‌توانند شکل‌های متنوعی به خود بگیرند. چرخش در اطراف پیوند دوگانه غیرممکن است، که منجر به ظهور نوع دیگری از ایزومریسم در آلکن ها می شود - ایزومر هندسی یا سیس ترانس.

سیس-ایزومرها متفاوت هستند خلسه-ایزومرها با آرایش فضایی قطعات مولکولی (در این مورد، گروه های متیل) نسبت به صفحه پیوند $π$، و در نتیجه، با خواص آنها.

آلکن ها به سیکلوآلکان ها ایزومر هستند (ایزومر بین طبقاتی) به عنوان مثال:

نامگذاری IUPAC برای آلکنها مشابه نامگذاری آلکانها است.

1. انتخاب مدار اصلی

نامگذاری یک هیدروکربن با شناسایی زنجیره اصلی - طولانی ترین زنجیره اتم های کربن در مولکول شروع می شود. در مورد آلکن ها، زنجیره اصلی باید دارای یک پیوند دوگانه باشد.

2. شماره گذاری اتم های زنجیره اصلی

شماره گذاری اتم های زنجیره اصلی از انتهایی که پیوند دوگانه به آن نزدیک است شروع می شود. به عنوان مثال، نام اتصال صحیح این است:

5$-متیل هگزن-2$، نه 2$-متیل هگزن-4$، همانطور که ممکن است انتظار داشته باشید.

اگر موقعیت پیوند دوگانه نتواند آغاز شماره گذاری اتم ها در زنجیره را تعیین کند، آنگاه با موقعیت جانشین ها مشخص می شود، درست مانند هیدروکربن های اشباع.

3. شکل گیری نام.

نام آلکن ها نیز مانند نام آلکان ها شکل می گیرد. در انتهای نام، تعداد اتم کربنی که پیوند دوگانه با آن شروع می شود و پسوندی که نشان می دهد این ترکیب به کلاس آلکن ها تعلق دارد را مشخص کنید - -en.

مثلا:

خواص فیزیکی و شیمیایی آلکن ها

مشخصات فیزیکی.سه نماینده اول سری همولوگ آلکن ها گازها هستند. مواد ترکیبی $С_5Н_(10)$ - $С_(16)Н_(32)$ - مایعات. آلکن های بالاتر جامد هستند.

نقطه جوش و ذوب به طور طبیعی با افزایش وزن مولکولی ترکیبات افزایش می یابد.

خواص شیمیایی.

واکنش های افزایشیبه یاد بیاوریم که یکی از ویژگی های متمایز نمایندگان هیدروکربن های غیر اشباع - آلکن ها توانایی وارد شدن به واکنش های افزودنی است. بیشتر این واکنش ها بر اساس مکانیسم انجام می شود

1. هیدروژناسیون آلکن هاآلکن ها قادر به اضافه کردن هیدروژن در حضور کاتالیزورهای هیدروژناسیون، فلزات - پلاتین، پالادیوم، نیکل هستند:

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

این واکنش در اتمسفر و فشار بالا رخ می دهد و نیازی به دمای بالا ندارد، زیرا گرمازا است هنگامی که دما افزایش می یابد، همان کاتالیزورها می توانند یک واکنش معکوس ایجاد کنند - هیدروژن زدایی.

2. هالوژناسیون (افزودن هالوژن ها).برهمکنش یک آلکن با آب برم یا محلول برم در یک حلال آلی ($CCl_4$) منجر به تغییر رنگ سریع این محلول ها در نتیجه افزودن یک مولکول هالوژن به آلکن و تشکیل آلکان های دی هالوژن می شود:

$CH_2=CH_2+Br_2→CH_2Br—CH_2Br$.

3.

$CH_3-(CH)↙(پروپن)=CH_2+HBr→CH_3-(CHBr)↙(2-بروموپروپن)-CH_3$

این واکنش اطاعت می کند قانون مارکوفنیکف:

هنگامی که یک هالید هیدروژن به یک آلکن اضافه می شود، هیدروژن به اتم کربن هیدروژنه تر اضافه می شود، به عنوان مثال. اتمی که در آن اتم های هیدروژن بیشتری وجود دارد و هالوژن به اتمی کمتر هیدروژنه شده است.

هیدراتاسیون آلکن ها منجر به تشکیل الکل می شود. به عنوان مثال، افزودن آب به اتن زمینه ساز یکی از روش های صنعتی برای تولید الکل اتیلیک است:

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

توجه داشته باشید که یک الکل اولیه (با گروه هیدروکسی روی کربن اولیه) تنها زمانی تشکیل می شود که اتن هیدراته شود. هنگامی که پروپن یا سایر آلکن ها هیدراته می شوند، الکل های ثانویه تشکیل می شوند.

این واکنش همچنین مطابق با قانون مارکوفنیکوف پیش می رود - کاتیون هیدروژن به اتم کربن هیدروژنه تر و گروه هیدروکسو به اتم هیدروژنه کمتر متصل می شود.

5. بسپارش.یک مورد خاص از افزودن، واکنش پلیمریزاسیون آلکن ها است:

$nCH_2(=)↙(اتن)CH_2(→)↖(نور UV، R)(...(-CH_2-CH_2-)↙(پلی اتیلن)...)_n$

این واکنش افزودن از طریق مکانیسم رادیکال آزاد رخ می دهد.

6. واکنش اکسیداسیون

مانند هر ترکیب آلی، آلکن ها در اکسیژن می سوزند و $СО_2$ و $Н_2О$ را تشکیل می دهند:

$СН_2=СН_2+3О_2→2СО_2+2Н_2О$.

به طور کلی:

$C_(n)H_(2n)+(3n)/(2)O_2→nCO_2+nH_2O$

بر خلاف آلکان ها که در برابر اکسیداسیون در محلول ها مقاوم هستند، آلکن ها به راحتی توسط محلول های پرمنگنات پتاسیم اکسید می شوند. در محلول‌های خنثی یا قلیایی، آلکن‌ها به دیول‌ها (الکل‌های دی‌هیدریک) اکسید می‌شوند و گروه‌های هیدروکسیل به آن اتم‌هایی اضافه می‌شوند که قبل از اکسیداسیون بین آنها پیوند دوگانه وجود داشت:

آلکادین ها (هیدروکربن های دی ان)

آلکادین ها هیدروکربن های غیر حلقوی هستند که در مولکول علاوه بر پیوندهای منفرد، دو پیوند دوگانه بین اتم های کربن و مطابق با فرمول کلی $C_(n)H_(2n-2)$ دارند.

بسته به آرایش نسبی پیوندهای دوگانه، سه نوع دی ان متمایز می شوند:

- آلکادین ها با انباشته شده استترتیب پیوندهای دوگانه:

- آلکادین ها با مزدوجپیوندهای دوگانه؛

$CH_2=CH—CH=CH_2$;

- آلکادین ها با جدا شدهپیوندهای دوگانه

$CH_2=CH—CH_2—CH=CH_2$.

این سه نوع آلکادین از نظر ساختار و خواص به طور قابل توجهی با یکدیگر تفاوت دارند. اتم کربن مرکزی (اتمی که دو پیوند مضاعف را تشکیل می دهد) در آلکادین ها با پیوندهای تجمعی در حالت هیبریداسیون $sp$ قرار دارد. این دو $σ$-پیوند که روی یک خط قرار دارند و در جهت مخالف هستند و دو $π$-پیوند در صفحات عمود بر هم قرار می گیرند. $π$ -پیوندها به دلیل اوربیتال های p هیبرید نشده هر اتم کربن تشکیل می شوند. خواص آلکادین ها با پیوندهای دوگانه جدا شده بسیار خاص است، زیرا پیوندهای مزدوج $π$-به طور قابل توجهی بر یکدیگر تأثیر می گذارند.

اوربیتال‌های p که پیوندهای مزدوج $π$- را تشکیل می‌دهند، عملاً یک سیستم واحد را تشکیل می‌دهند (به آن سیستم $π$ می‌گویند)، زیرا اوربیتال های p پیوندهای $π$-همسایه تا حدی همپوشانی دارند.

ایزومریسم و ​​نامگذاری

آلکادین ها با هم ایزومری ساختاری و هم ایزومری سیس، ترانس مشخص می شوند.

ایزومریسم ساختاری

— ایزومر اسکلت کربن:

— ایزومری موقعیت پیوندهای چندگانه:

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

سیس-، ترانس-ایزومریسم (فضایی و هندسی)

مثلا:

آلکادین ها ترکیبات ایزومری از دسته آلکین ها و سیکلوآلکن ها هستند.

هنگام تشکیل نام یک آلکادین، تعداد پیوندهای دوگانه نشان داده می شود. زنجیره اصلی لزوما باید شامل دو پیوند چندگانه باشد.

مثلا:

خواص فیزیکی و شیمیایی آلکادین ها

مشخصات فیزیکی.

در شرایط عادی، پروپاندین-1،2، بوتادین-1،3 گاز هستند، 2-متیل بوتادین-1،3 یک مایع فرار است. آلکادین ها با پیوندهای دوگانه جدا شده (ساده ترین آنها پنتادین-1،4) مایع هستند. دین های بالاتر جامد هستند.

خواص شیمیایی.

خواص شیمیایی آلکادین ها با پیوندهای دوگانه جدا شده اندکی با خواص آلکن ها متفاوت است. آلکادین ها با پیوندهای مزدوج دارای ویژگی های خاصی هستند.

1. واکنش های افزایشیآلکادین ها قادر به افزودن هیدروژن، هالوژن ها و هالیدهای هیدروژن هستند.

ویژگی خاص افزودن به آلکادین‌ها با پیوندهای مزدوج، توانایی افزودن مولکول‌ها هم در موقعیت‌های 1 و 2 و هم در موقعیت‌های 1 و 4 است.

نسبت محصولات به شرایط و روش انجام واکنش های مربوطه بستگی دارد.

2.واکنش پلیمریزاسیونمهم ترین خاصیت دین ها توانایی پلیمریزه شدن تحت تاثیر کاتیون ها یا رادیکال های آزاد است. پلیمریزاسیون این ترکیبات اساس لاستیک های مصنوعی است:

$nCH_2=(CH—CH=CH_2)↙(بوتادین-1,3)→((... —CH_2—CH=CH—CH_2— ...)_n)↙(\text"لاستیک بوتادین مصنوعی")$ .

پلیمریزاسیون دین های کونژوگه به ​​صورت 1،4-افزودن انجام می شود.

در این حالت، پیوند دوگانه در واحد مرکزی است و واحد ابتدایی به نوبه خود می تواند هر دو را بپذیرد. سیس-، بنابراین خلسه-پیکربندی

آلکین ها

آلکین‌ها هیدروکربن‌های غیرحلقه‌ای هستند که در مولکول، علاوه بر پیوندهای منفرد، یک پیوند سه‌گانه بین اتم‌های کربن و مربوط به فرمول کلی $C_(n)H_(2n-2)$ هستند.

سری همولوگ اتین

آلکین های زنجیره مستقیم سری همولوگ اتین (استیلن) ​​را تشکیل می دهند:

$С_2Н_2$ - اتین، $ С_3Н_4$ - پروپین، $ С_4Н_6$ - بوتین، $ С_5Н_8$ - پنتین، $ С_6Н_(10)$ - هگزین، و غیره.

ایزومریسم و ​​نامگذاری

آلکین ها مانند آلکن ها با ایزومری ساختاری مشخص می شوند: ایزومریسم اسکلت کربن و ایزومری موقعیت پیوند چندگانه. ساده ترین آلکین که با ایزومرهای ساختاری موقعیت پیوند چندگانه کلاس آلکین مشخص می شود، بوتین است:

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

ایزومریسم اسکلت کربن در آلکین ها امکان پذیر است که با پنتین شروع می شود:

از آنجایی که یک پیوند سه گانه ساختار خطی زنجیره کربن را به خود می گیرد، هندسی ( cis-، trans-) ایزومریسم برای آلکین ها غیرممکن است.

وجود پیوند سه گانه در مولکول های هیدروکربنی این کلاس با پسوند منعکس می شود -که درو موقعیت آن در زنجیره عدد اتم کربن است.

مثلا:

ترکیبات برخی از طبقات دیگر ایزومر به آلکین ها هستند. بنابراین، فرمول شیمیایی $C_6H_(10)$ دارای هگزین (آلکین)، هگزادین (آلکادین) و سیکلوهگزن (سیکلوآلکن) است:

خواص فیزیکی و شیمیایی آلکین ها

مشخصات فیزیکی.نقطه جوش و ذوب آلکین ها و همچنین آلکن ها به طور طبیعی با افزایش وزن مولکولی ترکیبات افزایش می یابد.

آلکین ها بوی خاصی دارند. آنها در آب بیشتر از آلکان ها و آلکن ها حل می شوند.

خواص شیمیایی.

واکنش های افزایشیآلکین ها ترکیبات غیر اشباع هستند و تحت واکنش های افزودن قرار می گیرند. بیشتر واکنش ها افزودنی الکتروفیلیک

1. هالوژناسیون (افزودن یک مولکول هالوژن).یک آلکین قادر به اتصال دو مولکول هالوژن (کلر، برم) است:

$CH≡CH+Br_2→(CHBr=CHBr)↙(1،2-دیبروموتان)،$

$CHBr=CHBr+Br_2→(CHBr_2-CHBr_2)↙(1،1،2،2-تترابروموتان)$

2. هیدروهالوژناسیون (افزودن هالید هیدروژن).واکنش افزودن هالید هیدروژن که از طریق مکانیزم الکتروفیلیک اتفاق می افتد نیز در دو مرحله رخ می دهد و در هر دو مرحله قانون مارکوفنیکوف برآورده می شود:

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

$CH_3-CBr=CH_2+HBr→(CH_3-CHBr_2-CH_3)↙(2،2-دیبروموپروپان)$

3. هیدراتاسیون (افزودن آب).برای سنتز صنعتی کتون ها و آلدئیدها، واکنش افزودن آب (هیدراتاسیون) از اهمیت بالایی برخوردار است که به آن می گویند. واکنش کوچروف:

4. هیدروژناسیون آلکین هاآلکین ها هیدروژن را در حضور کاتالیزورهای فلزی ($Pt, Pd, Ni$) اضافه می کنند:

$R-C≡C-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH=CH-R،$

$R-CH=CH-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH_2-CH_2-R$

از آنجایی که پیوند سه گانه حاوی دو پیوند $π$ واکنشی است، آلکان ها هیدروژن را به صورت گام به گام اضافه می کنند:

1) سه گانه سازی

هنگامی که اتین از روی کربن فعال عبور داده می شود، مخلوطی از محصولات تشکیل می شود که یکی از آنها بنزن است:

2) دیمریزاسیون

علاوه بر تریمریزاسیون استیلن، دیمریزاسیون آن نیز امکان پذیر است. تحت تأثیر نمک های مس تک ظرفیتی، وینیل استیلن تشکیل می شود:

$2HC≡CH→(HC≡C-CH=CH_2)↙(\text"butene-1-in-3(vinylacetylene)")$

از این ماده برای تولید کلروپرن استفاده می شود:

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

از پلیمریزاسیون که لاستیک کلروپرن بدست می آید:

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

اکسیداسیون آلکین ها

اتین (استیلن) ​​در اکسیژن می سوزد و مقدار بسیار زیادی گرما آزاد می کند:

$2C_2H_2+5O_2→4CO_2+2H_2O+2600kJ$ عملکرد یک مشعل اکسیژن-استیلن بر اساس این واکنش است که شعله آن دمای بسیار بالایی دارد (بیش از 3000 دلار درجه سانتی گراد) که امکان استفاده از آن برای برش را فراهم می کند. و جوشکاری فلزات

در هوا، استیلن با شعله دودی می سوزد، زیرا محتوای کربن در مولکول آن بیشتر از مولکول های اتان و اتن است.

آلکین ها، مانند آلکن ها، محلول های اسیدی شده پرمنگنات پتاسیم را تغییر رنگ می دهند. در این صورت پیوند چندگانه از بین می رود.

مکانیسم های واکنش یونی (قانون V.V. Markovnikov) و رادیکال در شیمی آلی

انواع واکنش های شیمیایی در شیمی آلی

واکنش های مواد آلی را می توان به طور رسمی به چهار نوع اصلی تقسیم کرد: جایگزینی، افزودن، حذف (حذف) و بازآرایی (ایزومریزاسیون). بدیهی است که کل انواع واکنش های ترکیبات آلی را نمی توان به طبقه بندی پیشنهادی کاهش داد (به عنوان مثال، واکنش های احتراق). با این حال ، چنین طبقه بندی به ایجاد قیاس با واکنش هایی که بین مواد معدنی رخ می دهد ، کمک می کند ، که قبلاً از دوره شیمی معدنی برای شما آشنا هستند.

به طور معمول، ترکیب آلی اصلی درگیر در یک واکنش، بستر نامیده می شود و جزء دیگر واکنش معمولاً واکنش دهنده در نظر گرفته می شود.

واکنش های جایگزینی

واکنش‌هایی که منجر به جایگزینی یک اتم یا گروهی از اتم‌ها در مولکول اصلی (سوبسترا) با اتم‌ها یا گروه‌هایی از اتم‌های دیگر شود، واکنش‌های جانشینی نامیده می‌شوند.

واکنش های جایگزینی شامل ترکیبات اشباع و معطر مانند آلکان ها، سیکلوآلکان ها یا آرن ها می شود.

اجازه دهید نمونه هایی از این گونه واکنش ها را بیان کنیم.

تحت تأثیر نور، اتم های هیدروژن در یک مولکول متان را می توان با اتم های هالوژن، به عنوان مثال، با اتم های کلر جایگزین کرد:

$CH_4+Cl_2→CH_3Cl+HCl$

مثال دیگری از جایگزینی هیدروژن با هالوژن، تبدیل بنزن به برموبنزن است:

معادله این واکنش را می توان متفاوت نوشت:

در این شکل نوشتن، معرف ها، کاتالیزور و شرایط واکنش در بالای فلش و محصولات واکنش معدنی در زیر آن نوشته می شود.

واکنش های افزایشی

واکنش‌هایی که در آن دو یا چند مولکول از مواد واکنش‌دهنده با یکدیگر ترکیب می‌شوند، واکنش‌های افزودن نامیده می‌شوند.

ترکیبات غیراشباع مانند آلکن ها یا آلکین ها تحت واکنش های افزودن قرار می گیرند.

بسته به اینکه کدام مولکول به عنوان یک معرف عمل می کند، هیدروژناسیون (یا کاهش)، هالوژناسیون، هیدروهالوژناسیون، هیدراتاسیون و سایر واکنش های افزودنی متمایز می شوند. هر کدام از آنها شرایط خاصی را می طلبد.

1. هیدروژناسیون- واکنش افزودن یک مولکول هیدروژن از طریق یک پیوند چندگانه:

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

2.هیدرو هالوژناسیون- واکنش افزودن هالید هیدروژن (هیدروکلرینه):

$(CH_2=)↙(\text"اتن")CH_2+HCl→CH_3(-CH_2-)↙(\text"کلرواتان")-Cl$

3.هالوژناسیون- واکنش افزودن هالوژن:

$(CH_2=)↙(\text"اتن")CH_2+Cl_2→(CH_2Cl-CH_2Cl)↙(\text"1.2-دی کلرواتان")$

4. بسپارش- نوع خاصی از واکنش افزودن که در آن مولکول های یک ماده با وزن مولکولی کوچک با یکدیگر ترکیب می شوند و مولکول های یک ماده با وزن مولکولی بسیار بالا را تشکیل می دهند. درشت مولکول ها

واکنش‌های پلیمریزاسیون فرآیندهای ترکیب بسیاری از مولکول‌های یک ماده با وزن مولکولی کم (مونومر) به مولکول‌های بزرگ (ماکرو مولکول‌های) یک پلیمر هستند.

نمونه ای از واکنش پلیمریزاسیون، تولید پلی اتیلن از اتیلن (اتن) تحت تأثیر اشعه ماوراء بنفش و آغازگر پلیمریزاسیون رادیکال $R:$ است.

$(nCH_2=)↙(\text"ethene")CH_2(→)↖(\text"UV light, R")((...-CH_2-CH_2-...)_n)↙(\text" پلی اتیلن ")$

پیوند کووالانسی که مشخصه‌ترین ترکیبات آلی است، زمانی تشکیل می‌شود که اوربیتال‌های اتمی روی هم قرار می‌گیرند و جفت‌های الکترون مشترک تشکیل می‌شوند. در نتیجه یک اوربیتال مشترک بین دو اتم تشکیل می شود که در آن یک جفت الکترون مشترک قرار دارد. هنگامی که یک پیوند شکسته می شود، سرنوشت این الکترون های مشترک می تواند متفاوت باشد.

انواع ذرات راکتیو در شیمی آلی

یک اوربیتال با یک الکترون جفت نشده متعلق به یک اتم می تواند با اوربیتال اتم دیگری که حاوی یک الکترون جفت نشده نیز باشد همپوشانی داشته باشد. در این حالت یک پیوند کووالانسی در امتداد تشکیل می شود مکانیسم تبادل:

$H + H→H:H،$ یا $H-H$

مکانیسم مبادلهاگر یک جفت الکترون مشترک از الکترون های جفت نشده متعلق به اتم های مختلف تشکیل شود، تشکیل پیوند کووالانسی محقق می شود.

فرآيند مخالف تشكيل پيوند كووالانسي توسط مكانيسم تبادل، شكاف پيوند است كه در آن يك الكترون به هر اتم از دست مي‌رود. در نتیجه دو ذره بدون بار با الکترون های جفت نشده تشکیل می شوند:

چنین ذرات نامیده می شود رادیکال های آزاد.

رادیکال های آزاد- اتم ها یا گروه هایی از اتم ها که الکترون های جفت نشده دارند.

واکنش هایی که تحت تأثیر و با مشارکت رادیکال های آزاد رخ می دهند، واکنش های رادیکال آزاد نامیده می شوند.

در درس شیمی معدنی، اینها واکنش های هیدروژن با اکسیژن، هالوژن ها و واکنش های احتراق هستند. لطفا توجه داشته باشید که واکنش های این نوع با سرعت بالا و انتشار مقادیر زیادی گرما مشخص می شود.

پیوند کووالانسی نیز می تواند توسط مکانیسم دهنده-گیرنده تشکیل شود. یکی از اوربیتال های یک اتم (یا آنیون) حاوی یک جفت الکترون تنها با یک اوربیتال اشغال نشده اتم (یا کاتیون) دیگر که دارای اوربیتال خالی است همپوشانی دارد و پیوند کووالانسی تشکیل می شود، برای مثال:

$H^(+)+(:O-H^(-))↙(\متن"پذیرنده")→(H-O-H)↙(\متن" اهداکننده")$

شکستن پیوند کووالانسی منجر به تشکیل گونه هایی با بار مثبت و منفی می شود. از آنجایی که در این حالت هر دو الکترون از یک جفت الکترون مشترک با یکی از اتم ها باقی می مانند، اتم دوم دارای یک اوربیتال پر نشده است:

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

بیایید تفکیک الکترولیتی اسیدها را در نظر بگیریم:

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

به راحتی می توان حدس زد که ذره ای که دارای یک جفت الکترون تک $R:^(-)$، یعنی یونی با بار منفی است، به سمت اتم های دارای بار مثبت یا اتم هایی که حداقل یک بار مثبت جزئی یا موثر روی آن ها وجود دارد جذب می شود. ذرات دارای جفت الکترون تنها نامیده می شوند عوامل هسته دوست (هسته- هسته، قسمتی از اتم با بار مثبت)، یعنی "دوستان" هسته، بار مثبت.

هسته دوست ها ($Nu$)- آنیون‌ها یا مولکول‌هایی که دارای یک جفت الکترون هستند که با بخش‌هایی از مولکول‌ها که دارای بار مثبت مؤثر هستند برهمکنش می‌کنند.

نمونه هایی از هسته دوست: $Cl^(-)$ (یون کلرید)، $OH^(-)$ (آنیون هیدروکسید)، $CH_3O^(-)$ (آنیون متوکسید)، $CH_3COO^(-)$ (آنیون استات ).

ذراتی که دارای یک اوربیتال پر نشده هستند، برعکس، تمایل به پر کردن آن خواهند داشت و بنابراین، به بخش هایی از مولکول ها جذب می شوند که دارای چگالی الکترونی افزایش یافته، بار منفی و یک جفت الکترون تک هستند. آنها الکتروفیل ها، "دوستان" الکترون، بار منفی یا ذرات با چگالی الکترون افزایش یافته هستند.

الکتروفیل ها- کاتیون ها یا مولکول هایی که دارای یک اوربیتال الکترونی پر نشده هستند و تمایل دارند آن را با الکترون پر کنند، زیرا این امر منجر به پیکربندی الکترونیکی مطلوب اتم می شود.

نمونه هایی از الکتروفیل ها: $NO_2$ (گروه نیترو)، -$COOH$ (کربوکسیل)، -$CN$ (گروه نیتریل)، -$SON$ (گروه آلدهید).

هر ذره ای که دارای اوربیتال پر نشده باشد الکتروفیل نیست. به عنوان مثال، کاتیون های فلز قلیایی دارای پیکربندی گازهای بی اثر هستند و تمایلی به کسب الکترون ندارند، زیرا میل ترکیبی الکترونی پایینی دارند. از اینجا می توان نتیجه گرفت که با وجود وجود یک اوربیتال پر نشده، چنین ذراتی الکتروفیل نخواهند بود.

مکانیسم های واکنش اولیه

ما سه نوع اصلی از گونه‌های واکنش‌دهنده را شناسایی کرده‌ایم - رادیکال‌های آزاد، الکتروفیل‌ها، هسته دوست‌ها - و سه نوع مکانیسم واکنش مربوطه:

- رادیکال آزاد؛

- الکتروفیلیک؛

- هسته دوست

علاوه بر طبقه‌بندی واکنش‌ها بر اساس نوع ذرات واکنش‌دهنده، در شیمی آلی چهار نوع واکنش بر اساس اصل تغییر ترکیب مولکول‌ها وجود دارد: افزودن، جایگزینی، جدا شدن یا حذف (از لات. حذف کردن- حذف، تقسیم کردن) و تنظیم مجدد. از آنجایی که افزودن و جایگزینی می تواند تحت تأثیر هر سه نوع گونه واکنشی رخ دهد، چندین مکانیسم واکنش اساسی را می توان متمایز کرد.

1.جایگزینی رادیکال های آزاد:

$(CH_4)↙(\text"متان")+Br_2(→)↖(\text"نور UV")(CH_3Br)↙(\text"برومومتان")+HBr$

2. افزودن رادیکال آزاد:

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

3. جایگزینی الکتروفیلیک:

4. اتصال الکتروفیلیک:

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

$CH_3(-C≡)↙(\text"propyne")CH+Cl_2(→)↖(\text"حلول")(CH_3-CCl=CHCl)↙(\text"1,2-dichloropropene")$

5. افزودن هسته دوست:

علاوه بر این، ما واکنش های حذفی را که تحت تأثیر ذرات هسته دوست - بازها رخ می دهد در نظر خواهیم گرفت.

6. حذف:

$СH_3-CHBr-CH_3+NaOH(→)↖(\text"محلول الکل")CH_3-CH=CH_2+NaBr+H_2O$

حکومت V.V. Markovnikov

یکی از ویژگی های متمایز آلکن ها (هیدروکربن های غیر اشباع) توانایی آنها برای انجام واکنش های افزودنی است. بیشتر این واکنش ها بر اساس مکانیسم انجام می شود افزودنی الکتروفیلیک

هیدروهالوژناسیون (افزودن هالوژن هیدروژن):

$СH_3(-CH-)↙(\text"propene")CH_2+HBr→CH_3(-CHBr-CH_3)↙(\text"2-bromopropane")$

این واکنش اطاعت می کند قانون V.V. Markovnikov:هنگامی که یک هیدروژن هالید به یک آلکن اضافه می شود، هیدروژن به اتم کربن هیدروژنه تر اضافه می شود، به عنوان مثال. اتمی که در آن اتم های هیدروژن بیشتری وجود دارد و هالوژن به اتمی کمتر هیدروژنه شده است.

آلکن ها

هیدروکربن هایی که در مولکول آنها علاوه بر پیوندهای σ ساده کربن-کربن و کربن-هیدروژن، پیوند π-کربن-کربن نیز وجود دارد. نامحدوداز آنجایی که تشکیل پیوند π به طور رسمی معادل از دست دادن دو اتم هیدروژن توسط مولکول است، هیدروکربن های غیر اشباع حاوی 2pاتم های هیدروژن کمتری نسبت به اتم های محدود کننده وجود دارد پ -تعداد پیوندهای π:

سری هایی که اعضای آن با (2H) n با یکدیگر تفاوت دارند نامیده می شود سریال ایزولوژیکبنابراین، در طرح فوق، ایزولوگ ها هگزان ها، هگزن ها، هگزادین ها، هگزین ها، هگزاترین ها و غیره هستند.

هیدروکربن های حاوی یک پیوند π (یعنی پیوند دوگانه) نامیده می شوند آلکن ها (الفین ها)یا به گفته اولین عضو سری - اتیلن، هیدروکربن های اتیلنفرمول کلی سری همولوگ آنها C p H 2l است.

1. نامگذاری

مطابق با قوانین IUPAC، هنگام ساخت نام آلکن‌ها، طولانی‌ترین زنجیره کربنی حاوی پیوند دوگانه، نام آلکان مربوطه را که در انتهای آن -anجایگزین توسط -en.شماره گذاری این زنجیره به گونه ای است که اتم های کربنی که در تشکیل پیوند دوگانه نقش دارند کمترین اعداد ممکن را دریافت می کنند:

رادیکال ها مانند آلکان ها نامگذاری و شماره گذاری می شوند.

برای آلکن‌هایی با ساختار نسبتاً ساده، نام‌های ساده‌تر مجاز است. بنابراین، برخی از متداول‌ترین آلکن‌ها با افزودن پسوند نام‌گذاری می‌شوند -enبه نام یک رادیکال هیدروکربنی با اسکلت کربنی مشابه:

رادیکال های هیدروکربنی تشکیل شده از آلکن ها پسوند را دریافت می کنند -انیل.شماره گذاری در رادیکال از اتم کربن با ظرفیت آزاد شروع می شود. با این حال، برای ساده ترین رادیکال های آلکنیل، به جای نام های سیستماتیک، مجاز به استفاده از نام های بی اهمیت است:

اتم های هیدروژن که مستقیماً به اتم های کربن غیراشباع پیوند می خورند و یک پیوند دوگانه تشکیل می دهند اغلب نامیده می شوند اتم های هیدروژن وینیل،

2. ایزومریسم

علاوه بر ایزومر اسکلت کربن، ایزومری موقعیت پیوند دوگانه نیز در سری آلکن ها ظاهر می شود. به طور کلی این نوع ایزومریسم است ایزومری موقعیت جانشین (تابع)- در تمام مواردی که مولکول حاوی هر گروه عاملی است مشاهده می شود. برای آلکان C4H10، دو ایزومر ساختاری ممکن است:

برای آلکن C4H8 (بوتن)، سه ایزومر ممکن است:

بوتن-1 و بوتن-2 ایزومرهای موقعیت تابع هستند (در این مورد، نقش آن توسط یک پیوند دوگانه ایفا می شود).

ایزومرهای فضایی در آرایش فضایی جانشین ها نسبت به یکدیگر متفاوت هستند و نامیده می شوند. ایزومرهای سیس،اگر جانشین ها در یک طرف پیوند دوگانه قرار گیرند، و ایزومرهای ترانس،اگر در طرف مقابل باشد:

3. ساختار یک پیوند دوگانه

انرژی برش یک مولکول در پیوند دوگانه C=C 611 کیلوژول بر مول است. از آنجایی که انرژی پیوند σ C-C 339 کیلوژول بر مول است، انرژی شکستن پیوند π تنها 611-339 = 272 کیلوژول بر مول است. الکترون‌های π بسیار سبک‌تر از الکترون‌های σ هستند و به‌عنوان مثال، به تأثیر حلال‌های قطبی‌کننده یا تأثیر هر معرف مهاجم حساس هستند. این با تفاوت در تقارن توزیع ابر الکترونی الکترون‌های σ و π توضیح داده می‌شود. حداکثر همپوشانی اوربیتال‌های p و بنابراین، حداقل انرژی آزاد مولکول تنها با ساختار مسطح قطعه وینیل و با فاصله کوتاه‌شده C-C برابر با 0.134 نانومتر، یعنی. به طور قابل توجهی کوچکتر از فاصله بین اتم های کربن متصل شده توسط یک پیوند واحد (0.154 نانومتر). با چرخش «نیمه‌های» مولکول نسبت به یکدیگر در امتداد محور پیوند دوگانه، درجه همپوشانی مداری کاهش می‌یابد که با مصرف انرژی مرتبط است. پیامد این امر عدم وجود چرخش آزاد در امتداد محور پیوند دوگانه و وجود ایزومرهای هندسی با جایگزینی مناسب در اتم‌های کربن است.

1. اکسیداسیون آلکن ها.

1.1 احتراق

در هوا یا اکسیژن اضافی، همه آلکن ها به دی اکسید کربن و آب می سوزند:

CH 3 – CH = CH 2 + 4.5 O 2 3 CO 2 + 3 H 2 O

احتراق آلکن ها در موتورهای احتراق داخلی استفاده نمی شود، زیرا در هنگام ذخیره سازی بنزین، آنها رزینی می شوند و رزین ها تجهیزات سوخت (انژکتور) را مسدود می کنند.

امکان احتراق آلکن ها باید در حین حمل و نقل و ذخیره سازی در کارخانه های شیمیایی در نظر گرفته شود.

1.2 اکسیداسیون آلکن ها با مقدار محاسبه شده اکسیژن اتمسفر در حضور نقره.

از ترکیبات اپوکسی برای ایجاد چسب برای اهداف مختلف استفاده می شود.

1.3 اکسیداسیون آلکن ها با محلول یک درصد پرمنگنات پتاسیم در آب - واکنش کیفی به آلکن ها توسط E.E. Wagner.

واکنش اولین بار توسط E.E. واگنر در مجله انجمن فیزیک و شیمی روسیه در سال 1886. اکسیداسیون آلکن ها یا سایر ترکیبات غیراشباع در دمای اتاق اتفاق می افتد و با ناپدید شدن رنگ بنفش یون پرمنگنات و تشکیل رسوب قهوه ای دی اکسید منگنز همراه است. صرف نظر از ساختار آلکن (اما نه آلکادین، به عنوان مثال، ضرایب در واکنش واگنر همیشه یکسان است (324-322). در زیر نمونه‌هایی از اکسیداسیون آلکن‌های خاص آورده شده است و نیمه‌واکنش‌ها و کل ORR را به شکل یونی و مولکولی نشان می‌دهد:

:

همانطور که در واکنش واگنر مشاهده می شود، محصولات آلی نهایی الکل های دی هیدریک هستند. به آنها گلیکول نیز می گویند. به عنوان مثال، 1،2-اتاندیول اتیلن گلیکول نامیده می شود.

1.4 اکسیداسیون آلکن ها با عوامل اکسید کننده قوی در فاز مایع در محیط اسیدی.

بسته به ساختار آلکن ها، هنگامی که تحت این شرایط اکسید می شوند، محصولات مختلفی از جمله CO 2، اسیدهای کربوکسیلیک و کتون ها به دست می آید. طرح اکسیداسیون برای آلکن های ساختارهای مختلف در زیر نشان داده شده است.

برای نشان دادن استفاده از این طرح، مثالی از اکسیداسیون 2-متیل پنتن با پرمنگنات پتاسیم در محیط اسید سولفوریک ارائه شده است. طبق طرح اکسیداسیون، محصولات آلی نهایی برای این آلکن یک اسید کربوکسیلیک و یک کتون است:

نیمه واکنش های این فرآیند:

مثال دیگر: اکسیداسیون 2-اتیل بوتن-1 با دی کرومات پتاسیم در اسید سولفوریک. مطابق با قوانین طرح اکسیداسیون، در این مورد یک کتون و دی اکسید کربن به دست می آید:

مثال سوم: اکسیداسیون سیس- 3،4،5-تری متیل هپتن-3 بیسموتات سدیم در اسید نیتریک رقیق. مطابق با قوانین طرح اکسیداسیون، در این مورد دو کتون به دست می آید:

1.5 اوزونولیز

ازونولیز یک فرآیند دو مرحله ای است که در مرحله اول ازن به یک آلکن اضافه می شود و یک ازونید تشکیل می شود و در مرحله دوم این ازونید یا به آرامی توسط آب با تشکیل پراکسید هیدروژن، آلدهیدها و کتون ها از بین می رود. یا به سرعت توسط گرد و غبار روی با تشکیل اکسید روی و همان آلدئیدها و کتون ها کاهش می یابد.

در زیر نمونه ای از ازنولیز 3-متیل- سیس-هپتن-3.

ازونولیز دو کتون مختلف تولید می کند:

فرمالدئید (متانال) را می توان به عنوان یکی از محصولات اکسیداسیون به دست آورد اگر آلکن نهایی وارد واکنش شود:

2. واکنش های افزایش در پیوند دوگانه آلکن ها.

هر دو مولکول غیر قطبی و قطبی را می توان به پیوند دوگانه آلکن ها اضافه کرد.

غیر قطبی: H 2، Cl 2، Br 2، J 2. فلوئور F2 به آلکن ها اضافه نمی کند، اما آنها را به CF4 و HF می سوزاند:

CH 3 - CH = CH - CH 3 + 12 F 2 → 4 CF 4 + 8 HF

2.1 افزودن هیدروژن.

افزودن فقط در حضور یک کاتالیزور رخ می دهد. اغلب از پالادیوم یا پلاتین در صنعت استفاده می شود که به راحتی با کلسینه سازی احیا می شوند. نیکل عملاً مورد استفاده قرار نمی گیرد، زیرا در شرایط کلسینه معمولی به اکسید تبدیل می شود که کاهش آن از نظر اقتصادی سودآور نیست.

CH 3 - CH = CH 2 + H 2 CH 3 - CH 2 - CH 3

2.2 افزودن کلر.

در یک پیوند دوگانه به دو اتم می رود. مشتقات دی کلرو آلکان ها به دست می آید. واکنش می تواند در یک محلول آبی در دمای اتاق یا دماهای پایین تر یا در حلال های آلی، به عنوان مثال، تتراکلرید کربن CCl 4 یا دی کلرواتان C 2 H 4 Cl 2 رخ دهد:

2.3 افزودن برم.

به طور مشابه هم با آب برم در دمای 0 0 درجه سانتیگراد و هم در حلالهای آلی مشابه رخ می دهد. در مورد دوم، واکنش می تواند در دمای پایین - 25 0 C، یعنی در سرما انجام شود.

واکنش با برم یک آزمایش کیفی برای وجود آلکن ها در مخلوط های گازی و مایع است، زیرا با تغییر رنگ محلول های برم نارنجی همراه است:

2.4 واکنش با ید.

این واکنش به طور گسترده ای برای تعیین غیر اشباع کل چربی ها، که مشتقات اسیدهای چرب غیراشباع حاوی پیوندهای دوگانه هستند، مانند آلکن ها استفاده می شود:

جرم ید بر حسب گرم که برای یدزدایی کامل 100 گرم چربی استفاده می شود عدد ید نامیده می شود. هرچه این میزان بالاتر باشد، چربی برای انسان مفیدتر است، زیرا بدن هورمون ها را فقط از اسیدهای چرب غیراشباع چندگانه سنتز می کند. نمونه هایی از اعداد ید: روغن پالم - 12، چربی گوسفند - 35، روغن زیتون - 80، روغن سویا - 150، روغن شاه ماهی - 200، روغن مهر و موم - 280

2.5 واکنش با مولکول های قطبی.

مولکول های قطبی نوع H-A شامل موارد زیر است: H-F، H-Cl، H-Br، H-J، H-OH،

H-O-R (الکل ها) و اسیدهای کربوکسیلیک -

افزودن کلرید هیدروژن و سایر مولکول های قطبی بر همین اساس پیش می رود، یعنی یک اتم هیدروژن از یک مولکول قطبی ترجیحاً به یک اتم کربن هیدروژنه تر در یک پیوند دوگانه و باقی مانده A در یک پیوند دوگانه به اتم دیگر متصل می شود.

بنابراین، واکنش انتخابی ضعیفی دارد.

با افزایش اختلاف هیدروژناسیون، گزینش پذیری در واکنش افزایش می یابد. در واقع، تفاوت در هیدروژناسیون اتم های 1 و 2 در پروپن یک اتم هیدروژن است و 85 درصد کلر به اتم کربن کمتر هیدروژنه می رود، در حالی که در

در 2-متیل پروپن، تفاوت در هیدروژناسیون بین اتم های 1 و 2 در حال حاضر دو اتم هیدروژن است و بیش از 98٪ کلر به اتم 2 می رود:

افزودن HF، HBr، HJ به طور مشابه انجام می شود:

در غیر این صورت، HBr (و فقط HBr، و نه HCl، HF و HI) در حضور پراکسید هیدروژن H 2 O 2 اضافه می شود:

این واکنش به گفته کاراس افزودن HBr نامیده می شود. گزینش پذیری در آن عملاً در مقایسه با افزودن HBr در غیاب پراکسید هیدروژن (طبق قانون مارکوفنیکوف) به عکس تغییر می کند.

واکنش آلکن ها با کلر در دمای 500 درجه سانتی گراد بسیار جالب است.در این شرایط، واکنش افزودن کلر در پیوند دوگانه برگشت پذیر است، علاوه بر این، تعادل در آن به شدت به سمت مواد اولیه تغییر می کند. برعکس، یک واکنش بسیار کندتر اما برگشت ناپذیر جایگزینی رادیکال در موقعیت آللیک، یعنی در کنار پیوند دوگانه، به پایان می رسد:

این واکنش از اهمیت عملی بالایی برخوردار است. به عنوان مثال، یکی از مراحل سنتز صنعتی در مقیاس بزرگ گلیسرول، کلرزنی پروپن به

3-کلروپروپن-1.

هنگامی که آب در حضور مقادیر کاتالیزوری اسیدهای سولفوریک یا فسفریک به آلکن ها اضافه می شود، الکل ها به دست می آیند. پیوستن از قانون مارکوفنیکف پیروی می کند:

هنگامی که الکل ها به آلکن ها اضافه می شوند، اترها به دست می آیند:

این اترهای ایزومر را می توان هم آلکان های حاوی جانشین آلکوکسی و هم اتر نامید. در حالت اول، طولانی ترین زنجیره اتم های کربن در نزدیک ترین سمت به جانشین آلکوکسی انتخاب و شماره گذاری می شود. مثلا برای پخش منزنجیره شماره گذاری شده با اعداد داخل پرانتز و نام مربوطه نیز داخل پرانتز است. برای ایزومر II،برعکس، اعداد داخل پرانتز، زنجیره ای را که از اتم کربن متصل به اتم اکسیژن شروع می شود، شماره می کنند. نام در این مورد به این صورت است: ابتدا رادیکال ساده‌تر مرتبط با اتم اکسیژن نامگذاری می‌شود، سپس پیچیده‌تر و در نهایت "اتر" اضافه می‌شود.

هنگامی که اسیدهای کربوکسیلیک به آلکن ها اضافه می شوند، استرها به دست می آیند:

نام استرها به شرح زیر است: ابتدا رادیکال هیدروکربنی مرتبط با اکسیژن نامگذاری می شود. در این حالت اتم شماره 1 به عنوان اتم کربن در تماس با اکسیژن در نظر گرفته می شود. طولانی ترین زنجیره موجود از این اتم شماره گذاری شده است. گروه‌هایی از اتم‌هایی که در زنجیره اصلی گنجانده نشده‌اند، جایگزین در نظر گرفته می‌شوند و طبق قوانین معمول فهرست می‌شوند. سپس "استر فلان اسید" اضافه می شود.