Ալկանների քիմիական հատկությունները
Ալկանները (պարաֆինները) ոչ ցիկլային ածխաջրածիններ են, որոնց մոլեկուլներում ածխածնի բոլոր ատոմները միացված են միայն մեկ կապերով։ Այլ կերպ ասած, ալկանների մոլեկուլներում չկան բազմակի, կրկնակի կամ եռակի կապեր։ Փաստորեն, ալկանները ածխաջրածիններ են, որոնք պարունակում են ջրածնի ատոմների առավելագույն հնարավոր քանակություն, և, հետևաբար, դրանք կոչվում են սահմանափակող (հագեցած):
Հագեցվածության պատճառով ալկանները չեն կարող մտնել հավելման ռեակցիաների մեջ։
Քանի որ ածխածնի և ջրածնի ատոմներն ունեն բավականին մոտ էլեկտրաբացասականություն, դա հանգեցնում է նրան, որ նրանց մոլեկուլներում CH կապերը չափազանց ցածր բևեռականություն ունեն: Այս առումով ալկանների համար ավելի բնորոշ են ռեակցիաները, որոնք ընթանում են ըստ արմատական փոխարինման մեխանիզմի, որը նշվում է S R նշանով։
1. Փոխարինման ռեակցիաներ
Այս տեսակի ռեակցիաներում ածխածին-ջրածին կապերը կոտրվում են։
RH + XY → RX + HY
Հալոգենացում
Ալկանները փոխազդում են հալոգենների (քլոր և բրոմ) հետ ուլտրամանուշակագույն լույսի ազդեցության տակ կամ ուժեղ ջերմության հետ։ Այս դեպքում առաջանում է հալոգենի ածանցյալների խառնուրդ՝ ջրածնի ատոմների փոխարինման տարբեր աստիճաններով՝ մոնո-, դի-տրի- և այլն։ հալոգենով փոխարինված ալկաններ.
Մեթանի օրինակով այն ունի հետևյալ տեսքը.
Ռեակցիոն խառնուրդում հալոգեն/մեթան հարաբերակցությունը փոխելով՝ հնարավոր է ապահովել, որ մեթանի հալոգենի որևէ կոնկրետ ածանցյալ գերակշռի արտադրանքի բաղադրության մեջ:
ռեակցիայի մեխանիզմ
Եկեք վերլուծենք ազատ ռադիկալների փոխարինման ռեակցիայի մեխանիզմը՝ օգտագործելով մեթանի և քլորի փոխազդեցության օրինակը։ Այն բաղկացած է երեք փուլից.
- մեկնարկը (կամ շղթայի մեկնարկը) - արտաքին էներգիայի ազդեցության տակ ազատ ռադիկալների ձևավորման գործընթաց - ճառագայթում ուլտրամանուշակագույն լույսով կամ ջեռուցմամբ: Այս փուլում քլորի մոլեկուլը ենթարկվում է Cl-Cl կապի հոմոլիտիկ խզման՝ ազատ ռադիկալների ձևավորմամբ.
Ազատ ռադիկալները, ինչպես երևում է վերևի նկարից, կոչվում են ատոմներ կամ ատոմների խմբեր մեկ կամ մի քանի չզույգված էլեկտրոններով (Cl, H, CH 3, CH 2 և այլն);
2. Շղթայի զարգացում
Այս փուլը բաղկացած է ակտիվ ազատ ռադիկալների փոխազդեցությունից ոչ ակտիվ մոլեկուլների հետ: Այս դեպքում ձևավորվում են նոր ռադիկալներ։ Մասնավորապես, երբ քլորի ռադիկալները գործում են ալկանների մոլեկուլների վրա, առաջանում են ալկիլ ռադիկալ և ջրածնի քլորիդ։ Իր հերթին, ալկիլ ռադիկալը, բախվելով քլորի մոլեկուլներին, ձևավորում է քլորի ածանցյալ և նոր քլորի ռադիկալ.
3) շղթայի կոտրվածք (մահ).
Առաջանում է երկու ռադիկալների միմյանց հետ ոչ ակտիվ մոլեկուլների վերածելու արդյունքում.
2. Օքսիդացման ռեակցիաներ
Նորմալ պայմաններում ալկաններն իներտ են այնպիսի ուժեղ օքսիդացնող նյութերի նկատմամբ, ինչպիսիք են խտացված ծծմբական և ազոտական թթուները, պերմանգանատը և կալիումի երկքրոմատը (KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7):
Այրումը թթվածնի մեջ
Ա) ամբողջական այրում թթվածնի ավելցուկով. Հանգեցնում է ածխաթթու գազի և ջրի ձևավորմանը.
CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O
Բ) թերի այրում՝ թթվածնի պակասով.
2CH 4 + 3O 2 \u003d 2CO + 4H 2 O
CH 4 + O 2 \u003d C + 2H 2 O
Կատալիտիկ օքսիդացում թթվածնով
Կատալիզատորների առկայության դեպքում ալկանները թթվածնով (~200 o C) տաքացնելու արդյունքում դրանցից կարելի է ստանալ օրգանական արտադրանքների լայն տեսականի՝ ալդեհիդներ, կետոններ, սպիրտներ, կարբոքսիլաթթուներ։
Օրինակ, մեթանը, կախված կատալիզատորի բնույթից, կարող է օքսիդացվել մինչև մեթիլ սպիրտ, ֆորմալդեհիդ կամ ֆորմաթթու.
3. Ալկանների ջերմային փոխակերպումները
Cracking
Cracking-ը (անգլերենից crack - պատռել) քիմիական գործընթաց է, որը տեղի է ունենում բարձր ջերմաստիճանում, որի արդյունքում ալկանների մոլեկուլների ածխածնային կմախքը կոտրվում է սկզբնական ալկանների համեմատ ավելի ցածր մոլեկուլային քաշ ունեցող ալկենի և ալկանի մոլեկուլների ձևավորմամբ: Օրինակ:
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 \u003d CH 2
Ճեղքը կարող է լինել ջերմային կամ կատալիտիկ: Կատալիտիկ ճեղքման իրականացման համար կատալիզատորների կիրառման շնորհիվ օգտագործվում են զգալիորեն ավելի ցածր ջերմաստիճաններ՝ համեմատած ջերմային կրեկինգի հետ։
Ջրազրկում
Ջրածնի վերացումը տեղի է ունենում C-H կապերի խզման արդյունքում; իրականացվում է կատալիզատորների առկայությամբ բարձր ջերմաստիճաններում: Մեթանի ջրազրկումից առաջանում է ացետիլեն.
2CH 4 → C 2 H 2 + 3H 2
Մեթանը մինչև 1200 ° C տաքացնելը հանգեցնում է նրա տարրալուծմանը պարզ նյութերի.
CH 4 → C + 2H 2
Այլ ալկանների ջրազրկումից ստացվում են ալկեններ.
C 2 H 6 → C 2 H 4 + H 2
Ջրազրկելիս n- ձևավորվում են բութան, բութեն-1 և բութեն-2 (վերջինս ձևով cis-Եվ տրանս-իզոմերներ):
Dehydrocyclization
Իզոմերացում
Ցիկլոալկանների քիմիական հատկությունները
Ցիկլերում չորսից ավելի ածխածնի ատոմներով ցիկլոալկանների քիմիական հատկությունները հիմնականում գրեթե նույնական են ալկանների հատկություններին: Ցիկլոպրոպանի և ցիկլոբուտանի համար, տարօրինակ կերպով, բնորոշ են հավելումների ռեակցիաները։ Դա պայմանավորված է ցիկլի ներսում բարձր լարվածությամբ, ինչը հանգեցնում է նրան, որ այդ ցիկլերը հակված են կոտրվելու: Այսպիսով, ցիկլոպրոպանը և ցիկլոբութանը հեշտությամբ ավելացնում են բրոմ, ջրածին կամ ջրածնի քլորիդ.
Ալկենների քիմիական հատկությունները
1. Ավելացման ռեակցիաներ
Քանի որ ալկենի մոլեկուլներում կրկնակի կապը բաղկացած է մեկ ուժեղ սիգմա և մեկ թույլ pi կապից, դրանք բավականին ակտիվ միացություններ են, որոնք հեշտությամբ մտնում են ավելացման ռեակցիաներ: Ալկենները հաճախ նման ռեակցիաների մեջ են մտնում նույնիսկ մեղմ պայմաններում՝ սառը, ջրային լուծույթներում և օրգանական լուծիչներում։
Ալկենների հիդրոգենացում
Ալկենները կարող են ավելացնել ջրածին կատալիզատորների առկայության դեպքում (պլատին, պալադիում, նիկել).
CH 3 -CH \u003d CH 2 + H 2 → CH 3 -CH 2 -CH 3
Ալկենների հիդրոգենացումը հեշտ է ընթանում նույնիսկ նորմալ ճնշման և թեթև տաքացման դեպքում: Հետաքրքիր փաստ է այն, որ նույն կատալիզատորները կարող են օգտագործվել ալկանների ալկենների ջրազրկման համար, միայն ջրազրկման գործընթացն ընթանում է ավելի բարձր ջերմաստիճանի և ավելի ցածր ճնշման դեպքում:
Հալոգենացում
Ալկենները հեշտությամբ մտնում են բրոմի հետ հավելման ռեակցիայի մեջ ինչպես ջրային լուծույթում, այնպես էլ օրգանական լուծիչներում։ Փոխազդեցության արդյունքում սկզբնական շրջանում բրոմի դեղին լուծույթները կորցնում են իրենց գույնը, այսինքն. գունաթափվել.
CH 2 \u003d CH 2 + Br 2 → CH 2 Br-CH 2 Br
Հիդրոհալոգենացում
Հեշտ է տեսնել, որ անհամաչափ ալկենի մոլեկուլին ջրածնի հալոգիդի ավելացումը տեսականորեն պետք է հանգեցնի երկու իզոմերի խառնուրդի։ Օրինակ, երբ պրոպենին ավելացվում է ջրածնի բրոմիդ, պետք է ստացվեն հետևյալ ապրանքները.
Այնուամենայնիվ, հատուկ պայմանների բացակայության դեպքում (օրինակ, ռեակցիայի խառնուրդում պերօքսիդների առկայություն), ջրածնի հալոգենային մոլեկուլի ավելացումը տեղի կունենա խիստ ընտրովի, Մարկովնիկովի կանոնին համապատասխան.
Հալոգենաջրածնի ավելացումը ալկենին տեղի է ունենում այնպես, որ ջրածինը կցվում է ավելի մեծ թվով ջրածնի ատոմ ունեցող ածխածնի ատոմին (ավելի ջրածնացված), իսկ հալոգենը կցվում է ավելի փոքր թվով ջրածնի ատոմ ունեցող ածխածնի ատոմին։ (ավելի քիչ հիդրոգենացված):
Խոնավեցում
Այս ռեակցիան հանգեցնում է սպիրտների ձևավորմանը, ինչպես նաև ընթանում է Մարկովնիկովի կանոնին համապատասխան.
Ինչպես կարող եք կռահել, քանի որ ջրի ավելացումը ալկենի մոլեկուլին տեղի է ունենում Մարկովնիկովի կանոնի համաձայն, առաջնային ալկոհոլի ձևավորումը հնարավոր է միայն էթիլենի խոնավացման դեպքում.
CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O → CH 3 -CH 2 -OH
Հենց այս ռեակցիայով էլ էթիլային սպիրտի հիմնական քանակությունն իրականացվում է մեծ հզորությամբ արդյունաբերությունում։
Պոլիմերացում
Ավելացման ռեակցիայի կոնկրետ դեպքը պոլիմերացման ռեակցիան է, որը, ի տարբերություն հալոգենացման, հիդրոհալոգենացման և հիդրացիայի, ընթանում է ազատ ռադիկալների մեխանիզմով.
Օքսիդացման ռեակցիաներ
Ինչպես մյուս բոլոր ածխաջրածինները, ալկենները հեշտությամբ այրվում են թթվածնի մեջ՝ առաջացնելով ածխաթթու գազ և ջուր։ Ավելորդ թթվածնի մեջ ալկենների այրման հավասարումն ունի հետևյալ ձևը.
C n H 2n + (3/2)nO 2 → nCO 2 + nH 2 O
Ի տարբերություն ալկանների, ալկենները հեշտությամբ օքսիդանում են։ Ալկենների վրա KMnO 4-ի ջրային լուծույթի ազդեցության տակ տեղի է ունենում գունաթափում, որը որակական ռեակցիա է օրգանական նյութերի մոլեկուլներում կրկնակի և եռակի CC կապերին:
Ալկենների օքսիդացումը կալիումի պերմանգանատով չեզոք կամ թեթևակի ալկալային լուծույթում հանգեցնում է դիոլների (դիհիդրային սպիրտների) ձևավորմանը.
C 2 H 4 + 2KMnO 4 + 2H 2 O → CH 2 OH–CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH (սառեցում)
Թթվային միջավայրում կրկնակի կապի ամբողջական ճեղքումը տեղի է ունենում ածխածնի ատոմների փոխակերպմամբ, որոնք ձևավորել են կրկնակի կապը կարբոքսիլ խմբերի.
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 (տաքացում)
Եթե կրկնակի C=C կապը գտնվում է ալկենի մոլեկուլի վերջում, ապա ածխածնի երկօքսիդը ձևավորվում է որպես ածխածնի ծայրահեղ ատոմի օքսիդացման արտադրանք կրկնակի կապում։ Դա պայմանավորված է այն հանգամանքով, որ միջանկյալ օքսիդացման արտադրանքը՝ մածուցիկ թթուն, հեշտությամբ օքսիդանում է ինքնին օքսիդացնող նյութի ավելցուկով.
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 (տաքացում)
Ալկենների օքսիդացման ժամանակ, որոնցում C ատոմը կրկնակի կապում պարունակում է երկու ածխաջրածնային փոխարինիչներ, առաջանում է կետոն։ Օրինակ, 2-մեթիլբութեն-2-ի օքսիդացումն առաջացնում է ացետոն և քացախաթթու:
Ալկենների օքսիդացումը, որը կոտրում է ածխածնի կմախքը կրկնակի կապում, օգտագործվում է դրանց կառուցվածքը հաստատելու համար։
Ալկադիենների քիմիական հատկությունները
Ավելացման ռեակցիաներ
Օրինակ, հալոգենների ավելացում.
Բրոմի ջուրը դառնում է անգույն:
Նորմալ պայմաններում հալոգենի ատոմների ավելացումը տեղի է ունենում բութադիեն-1,3 մոլեկուլի ծայրերում, մինչդեռ π կապերը կոտրված են, բրոմի ատոմները կցվում են ծայրահեղ ածխածնի ատոմներին, իսկ ազատ վալենտները կազմում են նոր π կապ։ Այսպիսով, կարծես կրկնակի կապի «շարժում» կա։ Բրոմի ավելցուկի դեպքում ձևավորված կրկնակի կապի տեղում կարող է ավելացվել ևս մեկ բրոմի մոլեկուլ։
պոլիմերացման ռեակցիաներ
Ալկինների քիմիական հատկությունները
Ալկինները չհագեցած (չհագեցած) ածխաջրածիններ են և, հետևաբար, կարող են մտնել հավելման ռեակցիաներ։ Ալկինների հավելման ռեակցիաներից առավել տարածված է էլեկտրոֆիլ հավելումը։
Հալոգենացում
Քանի որ ալկինի մոլեկուլների եռակի կապը բաղկացած է մեկ ավելի ուժեղ սիգմա կապից և երկու ավելի թույլ pi կապից, նրանք ի վիճակի են կցել մեկ կամ երկու հալոգեն մոլեկուլ: Մեկ ալկինային մոլեկուլով երկու հալոգեն մոլեկուլների ավելացումն ընթանում է էլեկտրոֆիլ մեխանիզմով հաջորդաբար երկու փուլով.
Հիդրոհալոգենացում
Ջրածնի հալոգենրիդի մոլեկուլների ավելացումը նույնպես ընթանում է էլեկտրոֆիլ մեխանիզմով և երկու փուլով։ Երկու փուլերում էլ լրացումն ընթանում է Մարկովնիկովի կանոնին համապատասխան.
Խոնավեցում
Ալկիններին ջրի ավելացումը տեղի է ունենում թթվային միջավայրում ռութիումի աղերի առկայության դեպքում և կոչվում է Կուչերովի ռեակցիա։
Ացետիլենին ջրի ավելացման խոնավացման արդյունքում առաջանում է ացետալդեհիդ (քացախային ալդեհիդ).
Ացետիլենի հոմոլոգների համար ջրի ավելացումը հանգեցնում է կետոնների ձևավորմանը.
Ալկինային հիդրոգենացում
Ալկինները ջրածնի հետ փոխազդում են երկու քայլով. Որպես կատալիզատորներ օգտագործվում են այնպիսի մետաղներ, ինչպիսիք են պլատինը, պալադիումը, նիկելը.
Ալկինային տրիմերացում
Երբ բարձր ջերմաստիճանում ացետիլենն անցնում է ակտիվացված ածխածնի վրայով, դրանից առաջանում է տարբեր ապրանքների խառնուրդ, որոնցից հիմնականը բենզոլն է՝ ացետիլենի տրիմերացման արտադրանքը.
Ալկինների դիմերացում
Ացետիլենը նույնպես մտնում է դիմերիզացման ռեակցիայի մեջ։ Գործընթացն ընթանում է պղնձի աղերի առկայության դեպքում՝ որպես կատալիզատորներ.
Ալկինի օքսիդացում
Ալկինները այրվում են թթվածնի մեջ.
C n H 2n-2 + (3n-1) / 2 O 2 → nCO 2 + (n-1) H 2 O
Ալկինների փոխազդեցությունը հիմքերի հետ
Մոլեկուլի վերջում եռակի C≡C ունեցող ալկինները, ի տարբերություն այլ ալկինների, ունակ են մտնել այնպիսի ռեակցիաների մեջ, որոնց դեպքում եռակի կապի ջրածնի ատոմը փոխարինվում է մետաղով։ Օրինակ, ացետիլենը հեղուկ ամոնիակում փոխազդում է նատրիումի ամիդի հետ.
HC≡CH + 2NaNH 2 → NaC≡CNa + 2NH 3,
և նաև արծաթի օքսիդի ամոնիակային լուծույթով, որը ձևավորում է աղի նման չլուծվող նյութեր, որոնք կոչվում են ացետիլենիդներ.
Այս ռեակցիայի շնորհիվ հնարավոր է ճանաչել տերմինալ եռակի կապով ալկինները, ինչպես նաև մեկուսացնել այդպիսի ալկինը այլ ալկինների հետ խառնուրդից։
Հարկ է նշել, որ արծաթի և պղնձի բոլոր ացետիլենիդները պայթուցիկ նյութեր են։
Ացետիլիդները կարող են արձագանքել հալոգենի ածանցյալների հետ, որոնք օգտագործվում են եռակի կապով ավելի բարդ օրգանական միացությունների սինթեզում.
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
Արոմատիկ ածխաջրածինների քիմիական հատկությունները
Կապի անուշաբույր բնույթը ազդում է բենզոլների և այլ անուշաբույր ածխաջրածինների քիմիական հատկությունների վրա:
Մեկ 6pi էլեկտրոնային համակարգը շատ ավելի կայուն է, քան սովորական pi կապերը: Հետևաբար, արոմատիկ ածխաջրածինների համար փոխարինման ռեակցիաները ավելի բնորոշ են, քան ավելացման ռեակցիաները։ Արենները փոխարինման ռեակցիաների մեջ են մտնում էլեկտրոֆիլ մեխանիզմով։
Փոխարինման ռեակցիաներ
Հալոգենացում
Նիտրացիա
Նիտրացիոն ռեակցիան լավագույնս ընթանում է ոչ թե մաքուր ազոտաթթվի, այլ դրա խառնուրդի խտացված ծծմբական թթվի, այսպես կոչված, նիտրացնող խառնուրդի ազդեցության ներքո.
Ալկիլացում
Ռեակցիան, որի ժամանակ ջրածնի ատոմներից մեկը արոմատիկ միջուկում փոխարինվում է ածխաջրածնային ռադիկալով.
Հալոգենացված ալկանների փոխարեն կարող են օգտագործվել նաև ալկեններ։ Որպես կատալիզատոր կարող են օգտագործվել ալյումինի հալոգենիդներ, երկաթի երկաթի հալոգենիդներ կամ անօրգանական թթուներ:<
Ավելացման ռեակցիաներ
հիդրոգենացում
Քլորի միացում
Այն ընթանում է արմատական մեխանիզմով ուլտրամանուշակագույն լույսի ինտենսիվ ճառագայթման ներքո.
Նմանապես, ռեակցիան կարող է շարունակվել միայն քլորի հետ:
Օքսիդացման ռեակցիաներ
Այրում
2C 6 H 6 + 15O 2 \u003d 12CO 2 + 6H 2 O + Q
թերի օքսիդացում
Բենզոլի օղակը դիմացկուն է օքսիդացնող նյութերի նկատմամբ, ինչպիսիք են KMnO 4 և K 2 Cr 2 O 7: Արձագանքը չի գնում.
Բենզոլային օղակում փոխարինող նյութերի բաժանումը երկու տեսակի.
Դիտարկենք բենզոլի հոմոլոգների քիմիական հատկությունները՝ որպես օրինակ օգտագործելով տոլուոլը:
Տոլուոլի քիմիական հատկությունները
Հալոգենացում
Տոլուոլի մոլեկուլը կարելի է համարել որպես բենզոլի և մեթանի մոլեկուլների բեկորներ։ Հետևաբար, տրամաբանական է ենթադրել, որ տոլուոլի քիմիական հատկությունները որոշ չափով պետք է համատեղեն առանձին վերցրած այս երկու նյութերի քիմիական հատկությունները։ Մասնավորապես, դա հենց այն է, ինչ նկատվում է դրա հալոգենացման ժամանակ։ Մենք արդեն գիտենք, որ բենզոլը մտնում է քլորի հետ փոխարինման ռեակցիայի մեջ էլեկտրոֆիլ մեխանիզմով, և այդ ռեակցիան իրականացնելու համար պետք է օգտագործվեն կատալիզատորներ (ալյումինի կամ երկաթի հալոգենիդներ)։ Միևնույն ժամանակ, մեթանը նույնպես ունակ է արձագանքելու քլորին, բայց ազատ ռադիկալների մեխանիզմով, որը պահանջում է նախնական ռեակցիայի խառնուրդի ճառագայթում ուլտրամանուշակագույն լույսով։ Տոլուոլը, կախված այն պայմաններից, որոնց տակ այն ենթարկվում է քլորացման, ի վիճակի է բենզոլի օղակում տալ կամ ջրածնի ատոմների փոխարինման արտադրանք, դրա համար անհրաժեշտ է օգտագործել նույն պայմանները, ինչ բենզոլի քլորացման կամ փոխարինման արտադրանքները: ջրածնի ատոմների մեթիլ ռադիկալում, եթե դրա վրա, ինչպես գործել մեթանի վրա քլորով, երբ ճառագայթվում է ուլտրամանուշակագույն ճառագայթմամբ.
Ինչպես տեսնում եք, տոլուոլի քլորացումը ալյումինի քլորիդի առկայության դեպքում հանգեցրեց երկու տարբեր արտադրանքի՝ օրթո- և պարաքլորոտոլուոլի: Դա պայմանավորված է նրանով, որ մեթիլ ռադիկալը առաջին տեսակի փոխարինող է:
Եթե AlCl 3-ի առկայությամբ տոլուոլի քլորացումը կատարվում է քլորի ավելցուկով, ապա հնարավոր է տրիքլորով փոխարինված տոլուոլի ձևավորում.
Նմանապես, երբ տոլուոլը լույսի ներքո քլորացվում է ավելի բարձր քլոր/տոլուոլ հարաբերակցությամբ, կարելի է ստանալ դիքլորմեթիլբենզոլ կամ տրիքլորմեթիլբենզոլ.
Նիտրացիա
Ջրածնի ատոմների փոխարինումը ազոտային խմբին, տոլուոլի նիտրացման ժամանակ կենտրոնացված ազոտական և ծծմբական թթուների խառնուրդով, հանգեցնում է փոխարինման արտադրանքի անուշաբույր միջուկում, և ոչ թե մեթիլ ռադիկալում.
Ալկիլացում
Ինչպես արդեն նշվեց, մեթիլ ռադիկալը առաջին տեսակի կողմնորոշիչ է, հետևաբար, նրա Friedel-Crafts ալկիլացումը հանգեցնում է փոխարինող ապրանքների օրթո և պարա դիրքերում.
Ավելացման ռեակցիաներ
Տոլուենը կարող է հիդրոգենացվել մինչև մեթիլցիկլոհեքսան՝ օգտագործելով մետաղական կատալիզատորներ (Pt, Pd, Ni):
C 6 H 5 CH 3 + 9O 2 → 7CO 2 + 4H 2 O
թերի օքսիդացում
Նման օքսիդացնող նյութի ազդեցության ներքո, որպես կալիումի պերմանգանատի ջրային լուծույթ, կողային շղթան ենթարկվում է օքսիդացման: Նման պայմաններում անուշաբույր միջուկը չի կարող օքսիդացվել։ Այս դեպքում, կախված լուծույթի pH-ից, կառաջանա կա՛մ կարբոքսիլաթթու, կա՛մ դրա աղը։
Ածխաջրածիններ, որոնց մոլեկուլներում ատոմները միացված են միայնակ կապերով և համապատասխանում են C n H 2 n +2 ընդհանուր բանաձևին։
Ալկանների մոլեկուլներում ածխածնի բոլոր ատոմները գտնվում են sp 3 հիբրիդացման վիճակում։ Սա նշանակում է, որ ածխածնի ատոմի բոլոր չորս հիբրիդային ուղեծրերը ձևով, էներգիայով նույնական են և ուղղված են հավասարակողմ եռանկյունաձև բուրգի՝ քառաեդրոնի անկյուններին: Օրբիտալների միջև անկյունները 109° 28' են։
Գրեթե ազատ պտույտը հնարավոր է մեկ ածխածին-ածխածին կապի շուրջ, և ալկանի մոլեկուլները կարող են ստանալ տարբեր ձևեր՝ ածխածնի ատոմների անկյուններով քառաեզրին մոտ (109 ° 28 ′), օրինակ՝ մոլեկուլում։ n- պենտան:
Հատկապես արժե հիշել ալկանների մոլեկուլների կապերը։ Հագեցած ածխաջրածինների մոլեկուլների բոլոր կապերը միայնակ են։ Համընկնումը տեղի է ունենում առանցքի երկայնքով,
միացնելով ատոմների միջուկները, այսինքն՝ սրանք σ-պարտատոմսեր են: Ածխածին-ածխածին կապերը ոչ բևեռային են և վատ բևեռացվող: Ալկաններում C-C կապի երկարությունը 0,154 նմ է (1,54 10 - 10 մ)։ C-H կապերը որոշ չափով ավելի կարճ են: Էլեկտրոնի խտությունը մի փոքր շեղվում է դեպի ավելի էլեկտրաբացասական ածխածնի ատոմը, այսինքն՝ C-H կապը թույլ բևեռային է:
Հագեցած ածխաջրածինների մոլեկուլներում բևեռային կապերի բացակայությունը հանգեցնում է նրան, որ դրանք վատ են լուծվում ջրում և չեն փոխազդում լիցքավորված մասնիկների (իոնների) հետ։ Ալկաններին առավել բնորոշ են այն ռեակցիաները, որոնք ներառում են ազատ ռադիկալներ:
Մեթանի հոմոլոգ շարք
հոմոլոգներ- կառուցվածքով և հատկություններով նման և մեկ կամ մի քանի CH 2 խմբերով տարբերվող նյութեր.
Իզոմերիզմ և նոմենկլատուրա
Ալկաններին բնորոշ է այսպես կոչված կառուցվածքային իզոմերիզմը։ Կառուցվածքային իզոմերները տարբերվում են միմյանցից ածխածնային կմախքի կառուցվածքով։ Ամենապարզ ալկանը, որը բնութագրվում է կառուցվածքային իզոմերներով, բութանն է։ 
Անվանակարգավորման հիմունքներ
1. Հիմնական շղթայի ընտրություն:Ածխաջրածնի անվան ձևավորումը սկսվում է հիմնական շղթայի սահմանմամբ՝ մոլեկուլում ածխածնի ատոմների ամենաերկար շղթան, որը, կարծես, դրա հիմքն է:
2. Հիմնական շղթայի ատոմների համարակալում.Հիմնական շղթայի ատոմներին տրվում են թվեր։ Հիմնական շղթայի ատոմների համարակալումը սկսվում է փոխարինողին ամենամոտ ծայրից (կառուցվածքներ A, B)։ Եթե փոխարինողները գտնվում են շղթայի ծայրից հավասար հեռավորության վրա, ապա համարակալումը սկսվում է այն ծայրից, որտեղ դրանք ավելի շատ են (կառուցվածք B): Եթե տարբեր փոխարինիչներ գտնվում են շղթայի ծայրերից հավասար հեռավորության վրա, ապա համարակալումը սկսվում է այն ծայրից, որին ավելի մոտ է ավելի հինը (կառուցվածք G)։ Ածխաջրածնային փոխարինիչների հինությունը որոշվում է այն հաջորդականությամբ, որով տառը, որով սկսվում է նրանց անունը, հետևում է այբուբենում. մեթիլ (-CH 3), ապա էթիլ (-CH 2 -CH 3), պրոպիլ (-CH 2 -CH 2): -CH 3) և այլն:
Նկատի ունեցեք, որ փոխարինողի անունը ձևավորվում է -an վերջածանցը փոխարինելով - ածանցով. տիղմհամապատասխան ալկանի անունով։
3. Անվան ձևավորում. Անվան սկզբում նշվում են թվերը՝ ածխածնի ատոմների թվերը, որոնցում գտնվում են փոխարինողները: Եթե տվյալ ատոմում կան մի քանի փոխարինիչներ, ապա անվանման համապատասխան թիվը կրկնվում է երկու անգամ՝ բաժանված ստորակետով (2,2-): Թվից հետո գծիկը ցույց է տալիս փոխարինողների թիվը ( դի- երկու, երեք- երեք, տետրա- չորս, penta- հինգ) և փոխարինողի անվանումը (մեթիլ, էթիլ, պրոպիլ): Հետո առանց բացատների և գծիկների՝ հիմնական շղթայի անվանումը։ Հիմնական շղթան կոչվում է ածխաջրածին` մեթանի հոմոլոգ շարքի անդամ ( մեթան CH 4, էթան C 2 H 6, պրոպան C 3 H 8, C 4 H 10, պենտան C 5 H 12, հեքսան C 6 H 14, հեպտան C 7 H 16, օկտան C 8 H 18, նոնան C 9 H 20, դեկան C 10 H 22).
Ալկանների ֆիզիկական հատկությունները
Մեթանի հոմոլոգ շարքի առաջին չորս ներկայացուցիչները գազերն են։ Դրանցից ամենապարզը մեթանն է՝ անգույն, անճաշակ և անհոտ գազ («գազի» հոտը, որը զգացել է, որը պետք է զանգահարել 04, որոշվում է մերկապտանների հոտով՝ ծծումբ պարունակող միացություններ, որոնք հատուկ ավելացված են մեթանին կենցաղային և արդյունաբերական գազի սարքավորումներ, որպեսզի մոտ գտնվող մարդիկ կարողանան հոտոտել արտահոսքը):
C 4 H 12-ից C 15 H 32 կազմի ածխաջրածիններ - հեղուկներ; ավելի ծանր ածխաջրածինները պինդ են: Ալկանների եռման և հալման կետերը աստիճանաբար մեծանում են ածխածնային շղթայի երկարության աճով։ Բոլոր ածխաջրածինները վատ են լուծվում ջրում, հեղուկ ածխաջրածինները սովորական օրգանական լուծիչներ են:
Ալկանների քիմիական հատկությունները
փոխարինման ռեակցիաներ.
Ալկաններին առավել բնորոշ են ազատ ռադիկալների փոխարինման ռեակցիաները, որոնց ընթացքում ջրածնի ատոմը փոխարինվում է հալոգենի ատոմով կամ ինչ-որ խմբով։ Ներկայացնենք բնութագրական ռեակցիաների հավասարումները հալոգենացում: 
Հալոգենի ավելցուկի դեպքում քլորացումը կարող է ավելի հեռուն գնալ՝ ընդհուպ մինչև ջրածնի բոլոր ատոմների ամբողջական փոխարինումը քլորով. 
Ստացված նյութերը լայնորեն օգտագործվում են որպես լուծիչներ և ելանյութեր օրգանական սինթեզում։
Ջրազրկման ռեակցիա(ջրածնի պառակտում).
Կատալիզատորի (Pt, Ni, Al 2 0 3, Cr 2 0 3) բարձր ջերմաստիճանում (400-600 ° C) ալկանների անցման ժամանակ ջրածնի մոլեկուլը բաժանվում է և առաջանում է ալկեն.
Ռեակցիաներ, որոնք ուղեկցվում են ածխածնային շղթայի ոչնչացմամբ:
Բոլոր հագեցած ածխաջրածիններն այրվում են ածխաթթու գազի և ջրի ձևավորման հետ: Որոշ համամասնություններով օդի հետ խառնված գազային ածխաջրածինները կարող են պայթել։
1. Հագեցած ածխաջրածինների այրումըազատ ռադիկալ էկզոտերմիկ ռեակցիա է, որը շատ կարևոր է ալկանները որպես վառելիք օգտագործելիս.
Ընդհանուր առմամբ, ալկանների այրման ռեակցիան կարելի է գրել հետևյալ կերպ.
2. Ածխաջրածինների ջերմային տրոհում.
Գործընթացն ընթանում է ազատ ռադիկալների մեխանիզմով։ Ջերմաստիճանի բարձրացումը հանգեցնում է ածխածին-ածխածին կապի հոմոլիտիկ խզման և ազատ ռադիկալների առաջացման։
Այս ռադիկալները փոխազդում են միմյանց հետ՝ փոխանակելով ջրածնի ատոմ, առաջացնելով ալկանի մոլեկուլ և ալկենի մոլեկուլ.
Արդյունաբերական գործընթացի հիմքում ընկած են ջերմային պառակտման ռեակցիաները՝ ածխաջրածնային ճեղքումը: Այս գործընթացը նավթի վերամշակման ամենակարեւոր փուլն է։
3. Պիրոլիզ. Երբ մեթանը տաքացվում է մինչև 1000 ° C ջերմաստիճան, սկսվում է մեթանի պիրոլիզը՝ տարրալուծումը պարզ նյութերի. 
1500 ° C ջերմաստիճանում տաքացնելիս հնարավոր է ացետիլենի ձևավորում.
4. Իզոմերացում. Երբ գծային ածխաջրածինները տաքացվում են իզոմերացման կատալիզատորով (ալյումինի քլորիդ), ձևավորվում են ճյուղավորված ածխածնային կմախք ունեցող նյութեր. 
5. Բուրավետացում. Կատալիզատորի առկայության դեպքում շղթայում վեց կամ ավելի ածխածնի ատոմ ունեցող ալկանները ցիկլացվում են՝ առաջացնելով բենզոլ և դրա ածանցյալները. 
Ալկանները մտնում են ռեակցիաների մեջ, որոնք ընթանում են ազատ ռադիկալների մեխանիզմի համաձայն, քանի որ ալկանների մոլեկուլներում ածխածնի բոլոր ատոմները գտնվում են sp 3 հիբրիդացման վիճակում։ Այս նյութերի մոլեկուլները կառուցված են կովալենտային ոչ բևեռ C-C (ածխածին - ածխածին) կապերով և թույլ բևեռային C-H (ածխածին-ջրածին) կապերով։ Նրանք չունեն բարձր և ցածր էլեկտրոնային խտությամբ, հեշտությամբ բևեռացվող կապերով տարածքներ, այսինքն՝ այնպիսի կապեր, որոնցում էլեկտրոնային խտությունը կարող է տեղաշարժվել արտաքին գործոնների ազդեցության տակ (իոնների էլեկտրաստատիկ դաշտեր): Հետևաբար, ալկանները չեն արձագանքի լիցքավորված մասնիկների հետ, քանի որ կապերը ալկանների մոլեկուլներում չեն կոտրվում հետերոլիտիկ մեխանիզմով։ 
ՍԱՀՄԱՆՈՒՄ
Ալկաններկոչվում են հագեցած ածխաջրածիններ, որոնց մոլեկուլները բաղկացած են ածխածնի և ջրածնի ատոմներից՝ միմյանց հետ կապված միայն σ-կապերով։
Նորմալ պայմաններում (25 o C և մթնոլորտային ճնշման դեպքում) ալկանների հոմոլոգ շարքի առաջին չորս անդամները (C 1 - C 4) գազեր են։ Նորմալ ալկանները պենտանից մինչև հեպտադեկան (C 5 - C 17) հեղուկներ են, սկսած C 18-ից և բարձր՝ պինդ: Հարաբերական մոլեկուլային քաշի մեծացման հետ ալկանների եռման և հալման կետերը մեծանում են։ Մոլեկուլում նույն թվով ածխածնի ատոմներով ճյուղավորված ալկաններն ունեն ավելի ցածր եռման կետ, քան սովորական ալկանները։ Մեթանը որպես օրինակ օգտագործող ալկանների մոլեկուլի կառուցվածքը ներկայացված է նկ. 1.
Բրինձ. 1. Մեթանի մոլեկուլի կառուցվածքը.
Ալկանները գործնականում չեն լուծվում ջրում, քանի որ նրանց մոլեկուլները ցածր բևեռականություն ունեն և չեն փոխազդում ջրի մոլեկուլների հետ։ Հեղուկ ալկանները հեշտությամբ խառնվում են միմյանց հետ: Նրանք լավ են լուծվում ոչ բևեռ օրգանական լուծիչների մեջ, ինչպիսիք են բենզինը, ածխածնի քառաքլորիդը, դիէթիլ եթերը և այլն:
Ալկանների ստացում
Մինչև 40 ածխածնի ատոմ պարունակող տարբեր հագեցած ածխաջրածինների հիմնական աղբյուրները նավթն ու բնական գազն են։ Փոքր քանակությամբ ածխածնի ատոմներով ալկանները (1 - 10) կարող են մեկուսացվել բնական գազի կամ նավթի բենզինային մասի կոտորակային թորման միջոցով:
Գոյություն ունեն ալկանների ստացման արդյունաբերական (I) և լաբորատոր (II) մեթոդներ։
C + H 2 → CH 4 (kat = Ni, t 0);
CO + 3H 2 → CH 4 + H 2 O (kat \u003d Ni, t 0 \u003d 200 - 300);
CO 2 + 4H 2 → CH 4 + 2H 2 O (kat, t 0):
— չհագեցած ածխաջրածինների հիդրոգենացում
CH 3 -CH \u003d CH 2 + H 2 →CH 3 -CH 2 -CH 3 (kat \u003d Ni, t 0);
— հալոալկանների նվազեցում
C 2 H 5 I + HI → C 2 H 6 + I 2 (t 0);
- միաբազային օրգանական թթուների աղերի ալկալային հալման ռեակցիաներ
C 2 H 5 -COONa + NaOH → C 2 H 6 + Na 2 CO 3 (t 0);
- հալոալկանների փոխազդեցությունը մետաղական նատրիումի հետ (Վուրցի ռեակցիա)
2C 2 H 5 Br + 2Na → CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 + 2NaBr;
- միաբազային օրգանական թթուների աղերի էլեկտրոլիզ
2C 2 H 5 COONa + 2H 2 O → H 2 + 2NaOH + C 4 H 10 + 2CO 2;
K (-): 2H 2 O + 2e → H 2 + 2OH -;
A (+): 2C 2 H 5 COO - -2e → 2C 2 H 5 COO + → 2C 2 H 5 + + 2CO 2:
Ալկանների քիմիական հատկությունները
Ալկանները ամենաքիչ ռեակտիվ օրգանական միացություններից են, ինչը բացատրվում է նրանց կառուցվածքով։
Ալկանները նորմալ պայմաններում չեն փոխազդում խտացված թթուների, հալած և խտացված ալկալիների, ալկալիական մետաղների, հալոգենների (բացառությամբ ֆտորի), կալիումի պերմանգանատի և կալիումի երկքրոմատի հետ թթվային միջավայրում։
Ալկանների համար առավել բնորոշ են ռադիկալ մեխանիզմի համաձայն ընթացող ռեակցիաները։ C-H և C-C կապերի հոմոլիտիկ ճեղքումը էներգետիկ առումով ավելի բարենպաստ է, քան դրանց հետերոլիտիկ ճեղքումը։
Արմատական փոխարինման ռեակցիաները ամենահեշտությամբ ընթանում են երրորդային ածխածնի ատոմում, ավելի հեշտ՝ երկրորդական ածխածնի ատոմում և վերջապես՝ առաջնային ածխածնի ատոմում։
Ալկանների բոլոր քիմիական փոխակերպումները տեղի են ունենում պառակտմամբ.
1) C-H կապեր
- հալոգենացում (S R)
CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl ( հվ);
CH 3 -CH 2 -CH 3 + Br 2 → CH 3 -CHBr-CH 3 + HBr ( հվ).
- նիտրացիա (S R)
CH 3 -C (CH 3) H-CH 3 + HONO 2 (նոսրացված) → CH 3 -C (NO 2) H-CH 3 + H 2 O (t 0):
- սուլֆոքլորացում (S R)
R-H + SO 2 + Cl 2 → RSO 2 Cl + HCl ( հվ).
- ջրազրկում
CH 3 -CH 3 → CH 2 \u003d CH 2 + H 2 (kat \u003d Ni, t 0):
- ջրազերծում
CH 3 (CH 2) 4 CH 3 → C 6 H 6 + 4H 2 (kat = Cr 2 O 3, t 0):
2) C-H եւ C-C կապեր
- իզոմերացում (ներմոլեկուլային վերադասավորում)
CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 →CH 3 -C (CH 3) H-CH 3 (kat \u003d AlCl 3, t 0):
- օքսիդացում
2CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 + 5O 2 → 4CH 3 COOH + 2H 2 O (t 0, p);
C n H 2n + 2 + (1.5n + 0.5) O 2 → nCO 2 + (n + 1) H 2 O (t 0):
Ալկանների կիրառում
Ալկանները կիրառություն են գտել արդյունաբերության տարբեր ոլորտներում։ Դիտարկենք ավելի մանրամասն՝ օգտագործելով հոմոլոգ շարքի որոշ ներկայացուցիչների, ինչպես նաև ալկանների խառնուրդների օրինակը։
Մեթանը ածխածնի և ջրածնի, ացետիլենի, թթվածին պարունակող օրգանական միացությունների՝ սպիրտների, ալդեհիդների, թթուների արտադրության համար կարևորագույն քիմիական արդյունաբերական գործընթացների հումքային հիմքն է։ Պրոպանը օգտագործվում է որպես ավտոմոբիլային վառելիք: Բութանը օգտագործվում է բութադիենի արտադրության համար, որը հումք է սինթետիկ կաուչուկի արտադրության համար։
Հեղուկ և պինդ ալկանների մինչև C 25 խառնուրդը, որը կոչվում է վազելին, բժշկության մեջ օգտագործվում է որպես քսուքների հիմք։ C 18 - C 25 (պարաֆին) պինդ ալկանների խառնուրդն օգտագործվում է տարբեր նյութերի (թուղթ, գործվածքներ, փայտ) ներծծելու համար՝ դրանց հիդրոֆոբ հատկություններ հաղորդելու համար, այսինքն. ջրի անթափանցելիություն. Բժշկության մեջ այն օգտագործվում է ֆիզիոթերապևտիկ պրոցեդուրաների համար (պարաֆինաբուժություն)։
Խնդիրների լուծման օրինակներ
ՕՐԻՆԱԿ 1
| Զորավարժություններ | Մեթանը քլորացնելիս ստացվել է 1,54 գ միացություն, որի գոլորշիների խտությունը օդում 5,31 է։ Հաշվե՛ք մանգանի երկօքսիդի MnO 2 զանգվածը, որը կպահանջվի քլոր ստանալու համար, եթե ռեակցիայի մեջ ներմուծված մեթանի և քլորի ծավալների հարաբերակցությունը 1:2 է: |
| Լուծում | Տրված գազի զանգվածի հարաբերությունը մեկ այլ գազի զանգվածին, որը վերցված է նույն ծավալով, նույն ջերմաստիճանում և նույն ճնշումում, կոչվում է առաջին գազի հարաբերական խտություն երկրորդի նկատմամբ։ Այս արժեքը ցույց է տալիս, թե քանի անգամ է առաջին գազը ծանր կամ թեթեւ, քան երկրորդ գազը: Օդի հարաբերական մոլեկուլային զանգվածը հավասար է 29-ի (հաշվի առնելով օդում ազոտի, թթվածնի և այլ գազերի պարունակությունը)։ Հարկ է նշել, որ «օդի հարաբերական մոլեկուլային քաշ» հասկացությունը օգտագործվում է պայմանականորեն, քանի որ օդը գազերի խառնուրդ է։ Գտնենք մեթանի քլորացման ժամանակ առաջացած գազի մոլային զանգվածը. M գազ \u003d 29 × D օդ (գազ) \u003d 29 × 5,31 \u003d 154 գ / մոլ: Սա ածխածնի տետրաքլորիդ է - CCl 4: Գրում ենք ռեակցիայի հավասարումը և դասավորում ստոյխիոմետրիկ գործակիցները. CH 4 + 4Cl 2 \u003d CCl 4 + 4HCl: Հաշվեք ածխածնի քառաքլորիդային նյութի քանակը. n (CCl 4) = m (CCl 4) / M (CCl 4); n (CCl 4) \u003d 1,54 / 154 \u003d 0,01 մոլ: n (CCl 4) ռեակցիայի հավասարման համաձայն՝ n (CH 4) = 1: 1, ապա n (CH 4) \u003d n (CCl 4) \u003d 0,01 մոլ. Այնուհետև քլորի նյութի քանակը պետք է հավասար լինի n(Cl 2) = 2 × 4 n (CH 4), այսինքն. n (Cl 2) \u003d 8 × 0,01 \u003d 0,08 մոլ: Մենք գրում ենք քլորի արտադրության ռեակցիայի հավասարումը. MnO 2 + 4HCl \u003d MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O: Մանգանի երկօքսիդի մոլերի թիվը 0,08 մոլ է, քանի որ n (Cl 2) :n (MnO 2) = 1: 1. Գտեք մանգանի երկօքսիդի զանգվածը. m (MnO 2) \u003d n (MnO 2) × M (MnO 2); M (MnO 2) \u003d Ar (Mn) + 2 × Ar (O) \u003d 55 + 2 × 16 \u003d 87 գ / մոլ; m (MnO 2) \u003d 0,08 × 87 \u003d 10,4 գ: |
| Պատասխանել | Մանգանի երկօքսիդի զանգվածը 10,4 գ է։ |
ՕՐԻՆԱԿ 2
