شیمی آلی انواع واکنش های شیمیایی انواع واکنش های آلی

هنگامی که واکنش های شیمیایی رخ می دهد، برخی از پیوندها شکسته می شوند و برخی دیگر تشکیل می شوند. واکنش های شیمیایی به طور معمول به آلی و معدنی تقسیم می شوند. واکنش‌های آلی واکنش‌هایی در نظر گرفته می‌شوند که در آن حداقل یکی از واکنش‌دهنده‌ها یک ترکیب آلی است که در طی واکنش ساختار مولکولی خود را تغییر می‌دهد. تفاوت بین واکنش های آلی و غیر آلی این است که به طور معمول، مولکول ها در آنها دخالت دارند. سرعت چنین واکنش هایی کم است و بازده محصول معمولاً فقط 50-80٪ است. برای افزایش سرعت واکنش از کاتالیزورها استفاده می شود و دما یا فشار افزایش می یابد. در ادامه به بررسی انواع واکنش های شیمیایی در شیمی آلی می پردازیم.

طبقه بندی بر اساس ماهیت تبدیل های شیمیایی

واکنش های جایگزینی
واکنش های افزایشی
واکنش ایزومریزاسیون و بازآرایی
واکنش های اکسیداسیون
واکنش های تجزیه

واکنش های جایگزینی

در طی واکنش‌های جانشینی، یک اتم یا گروهی از اتم‌ها در مولکول اولیه با اتم‌ها یا گروه‌هایی از اتم‌های دیگر جایگزین می‌شوند و یک مولکول جدید تشکیل می‌دهند. به عنوان یک قاعده، چنین واکنش هایی مشخصه هیدروکربن های اشباع و معطر است، به عنوان مثال:

واکنش های افزایشی

هنگامی که واکنش های افزودن رخ می دهد، یک مولکول از یک ترکیب جدید از دو یا چند مولکول ماده تشکیل می شود. چنین واکنش هایی برای ترکیبات غیر اشباع معمول است. واکنش های هیدروژناسیون (کاهش)، هالوژناسیون، هیدروهالوژناسیون، هیدراتاسیون، پلیمریزاسیون و غیره وجود دارد:

هیدروژناسیون- افزودن یک مولکول هیدروژن:

واکنش حذف

در نتیجه واکنش های حذف، مولکول های آلی اتم ها یا گروه هایی از اتم ها را از دست می دهند و یک ماده جدید حاوی یک یا چند پیوند چندگانه تشکیل می شود. واکنش های حذفی شامل واکنش ها می شود هیدروژن زدایی, کم آبی بدن, هیدروهالوژناسیونو غیره.:

واکنش های ایزومریزاسیون و بازآرایی

در طی چنین واکنش هایی، بازآرایی درون مولکولی رخ می دهد، به عنوان مثال. انتقال اتم ها یا گروه هایی از اتم ها از یک قسمت مولکول به قسمت دیگر بدون تغییر فرمول مولکولی ماده شرکت کننده در واکنش، به عنوان مثال:

واکنش های اکسیداسیون

در نتیجه قرار گرفتن در معرض یک معرف اکسید کننده، حالت اکسیداسیون کربن در یک اتم، مولکول یا یون آلی به دلیل از دست دادن الکترون ها افزایش می یابد و در نتیجه یک ترکیب جدید تشکیل می شود:

واکنش های تراکم و چند تراکم

شامل برهمکنش چند (دو یا چند) ترکیب آلی با تشکیل پیوندهای C-C جدید و یک ترکیب با وزن مولکولی کم است:

پلی تراکم تشکیل یک مولکول پلیمری از مونومرهای حاوی گروه های عاملی با آزاد شدن یک ترکیب با وزن مولکولی کم است. بر خلاف واکنش های پلیمریزاسیون، که منجر به تشکیل پلیمری با ترکیبی مشابه مونومر می شود، در نتیجه واکنش های چند تراکمی، ترکیب پلیمر حاصل با مونومر آن متفاوت است:

واکنش های تجزیه

این فرآیند تجزیه یک ترکیب آلی پیچیده به مواد کمتر پیچیده یا ساده است:

C 18 H 38 → C 9 H 18 + C 9 H 20

طبقه بندی واکنش های شیمیایی بر اساس مکانیسم ها

واکنش های مربوط به گسیختگی پیوندهای کووالانسی در ترکیبات آلی با دو مکانیسم امکان پذیر است (یعنی مسیری که منجر به گسیختگی پیوند قدیمی و تشکیل پیوند جدید می شود) - هترولیتیک (یونی) و همولیتیک (رادیکال).

مکانیسم هترولیتیک (یونی).

در واکنش هایی که طبق مکانیسم هترولیتیک انجام می شود، ذرات واسطه ای از نوع یونی با اتم کربن باردار تشکیل می شوند. ذرات حامل بار مثبت کربوکاتیون و ذرات منفی کربانیون نامیده می شوند. در این مورد، شکستن جفت الکترون مشترک نیست که اتفاق می افتد، بلکه انتقال آن به یکی از اتم ها، با تشکیل یون است:

پیوندهای به شدت قطبی، برای مثال H-O، C-O، و به راحتی قابل پلاریزه شدن، برای مثال پیوندهای C-Br، C-I تمایل به شکاف هترولیتیک را نشان می دهند.

واکنش هایی که بر اساس مکانیسم هترولیتیک انجام می شوند به دو دسته تقسیم می شوند هسته دوست و الکتروفیلیک واکنش هامعرفی که دارای یک جفت الکترون برای تشکیل پیوند باشد، هسته دوست یا الکترون دهنده نامیده می شود. به عنوان مثال، HO - ، RO - ، Cl - ، RCOO - ، CN - ، R - ، NH 2 ، H 2 O ، NH 3 ، C 2 H 5 OH ، آلکن ها ، آرن ها.

معرفي كه داراي پوسته الكتروني پر نشده است و قادر به اتصال يك جفت الكترون در فرآيند تشكيل پيوند جديد است.كاتيونهاي زير را معرفهاي الكتروفيل مي نامند: H+, R 3 C +, AlCl 3, ZnCl 2, SO 3 . , BF 3, R-Cl, R 2 C=O

واکنش های جایگزینی هسته دوست

ویژگی های آلکیل و آریل هالیدها:

واکنش های افزودن هسته دوست

واکنش های جایگزینی الکتروفیلیک

واکنش های افزودن الکتروفیلیک

همولیتیک (مکانیسم رادیکال)

در واکنش هایی که طبق مکانیسم همولیتیک (رادیکال) انجام می شود، در مرحله اول پیوند کووالانسی با تشکیل رادیکال ها شکسته می شود. سپس رادیکال آزاد حاصل به عنوان یک معرف مهاجم عمل می کند. شکست پیوند توسط یک مکانیسم رادیکال برای پیوندهای کووالانسی غیر قطبی یا کم قطبی (C-C، N-N، C-H) معمول است.

بین واکنش های جایگزینی رادیکال و افزودن رادیکال تمایز قائل شوید

واکنش های جابجایی رادیکال

ویژگی آلکان ها

واکنش های افزودن رادیکال

ویژگی آلکن ها و آلکین ها

بنابراین، انواع اصلی واکنش های شیمیایی در شیمی آلی را بررسی کردیم

دسته بندی ها ، چکیده: 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 چارچوب طبقه بندی پیشنهادی کاهش داد (به عنوان مثال، واکنش های احتراق). با این حال، چنین طبقه بندی به ایجاد قیاس با طبقه بندی واکنش های رخ داده بین مواد معدنی که قبلاً از دوره شیمی معدنی برای شما آشنا هستند کمک می کند.

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 جانشینی 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، اتم های کلر جایگزین کرد:

CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl

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

با 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:

CH3-CH = CH2 + H2 → CH3-CH2-CH3

پروپن پروپان

2 . هیدرو هالوژناسیون - واکنش افزودن هالید هیدروژن (به عنوان مثال، هیدروکلرینه):

CH2=CH2 + HCl → CH3-CH2-Cl

اتن کلرواتان

3 . هالوژناسیون - واکنش افزودن هالوژن (به عنوان مثال، کلرزنی):

CH2=CH2 + Cl2 → CH2Cl-CH2Cl

اتن 1،2-دی کلرو اتان

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 - ماکرومولکول ها را تشکیل می دهند.

واکنش های پلیمریزاسیون - اینها فرآیندهای ترکیب بسیاری از مولکول های یک ماده کم مولکولی (مونومر) به مولکول های بزرگ (ماکرو مولکول) یک پلیمر است.

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

انواع واکنش های شیمیایی در شیمی آلی

واکنش های حذف

واکنش هایی که منجر به تشکیل مولکول های چند ماده جدید از یک مولکول ترکیب اصلی می شود، واکنش های حذف یا حذف نامیده می شود.

نمونه هایی از این واکنش ها عبارتند از تولید اتیلن از مواد آلی مختلف.

انواع واکنش های شیمیایی در شیمی آلی

از اهمیت ویژه ای در میان واکنش های حذف، واکنش تقسیم حرارتی هیدروکربن ها است که بر اساس آن ترک خوردگی آلکان ها است - مهمترین فرآیند فن آوری:

در بیشتر موارد، جدا شدن یک مولکول کوچک از یک مولکول ماده اصلی منجر به تشکیل یک پیوند n اضافی بین اتم ها می شود. واکنش های حذف تحت شرایط خاص و با معرف های خاص رخ می دهد. معادلات داده شده تنها نتیجه نهایی این تبدیل ها را منعکس می کنند.

واکنش های ایزومریزاسیون

واکنش هایی که در نتیجه آن مولکول های یک ماده از مولکول های مواد دیگر با همان ترکیب کیفی و کمی، یعنی با فرمول مولکولی یکسان، تشکیل می شوند، واکنش های ایزومریزاسیون نامیده می شوند.

نمونه ای از چنین واکنشی ایزومریزاسیون اسکلت کربن آلکان های خطی به آلکان های منشعب است که روی کلرید آلومینیوم در دمای بالا رخ می دهد:

انواع واکنش های شیمیایی در شیمی آلی

1 . این چه نوع واکنشی است:

الف) بدست آوردن کلرومتان از متان؛

ب) بدست آوردن برموبنزن از بنزن.

ج) تولید کلرواتان از اتیلن.

د) تولید اتیلن از اتانول.

ه) تبدیل بوتان به ایزوبوتان.

و) هیدروژن زدایی اتان.

ز) تبدیل برمواتان به اتانول؟

2 . چه واکنش هایی برای: الف) آلکان ها. ب) آلکن ها؟ نمونه هایی از واکنش ها را ذکر کنید.

3 . ویژگی های واکنش های ایزومریزاسیون چیست؟ آنها چه وجه مشترکی با واکنش هایی دارند که تغییرات آلوتروپیک یک عنصر شیمیایی را ایجاد می کنند؟ مثال بزن.

4. در کدام واکنش ها (افزودن، جایگزینی، حذف، ایزومریزاسیون) وزن مولکولی ترکیب اولیه است:

الف) افزایش می یابد؛

ب) کاهش می یابد؛

ج) تغییر نمی کند؛

د) بسته به معرف افزایش یا کاهش می یابد؟

ترکیبات آلی می توانند هم با یکدیگر و هم با مواد معدنی – غیر فلزات، فلزات، اسیدها، بازها، نمک ها، آب و غیره واکنش دهند. دگرگونی هایی که رخ می دهد بسیاری وجود دارد ثبت شده استواکنش هایی به نام دانشمندانی که آنها را کشف کردند.

مولکول ترکیب آلی درگیر در واکنش، سوبسترا نامیده می شود.

ذره ای از یک ماده معدنی (مولکول، یون) در یک واکنش آلی، معرف نامیده می شود.

مثلا:

یک تبدیل شیمیایی می تواند کل مولکول یک ترکیب آلی را درگیر کند. از بین این واکنش ها، شناخته شده ترین واکنش احتراق است که منجر به تبدیل یک ماده به مخلوطی از اکسیدها می شود. آنها در بخش انرژی و همچنین در تخریب زباله ها و مواد سمی اهمیت زیادی دارند. از نقطه نظر علم شیمی و عمل، واکنش هایی که منجر به تبدیل برخی از مواد آلی به مواد دیگر می شود، به ویژه جالب است. یک مولکول همیشه دارای یک یا چند مکان واکنشی است که در آن یک یا آن تبدیل رخ می دهد.

اتم یا گروهی از اتم ها در یک مولکول که در آن تبدیل شیمیایی مستقیماً رخ می دهد مرکز واکنش نامیده می شود.

در مواد چند عنصری، مراکز واکنش گروه‌های عاملی و اتم‌های کربنی هستند که به آن‌ها پیوند دارند. در هیدروکربن های غیر اشباع، مرکز واکنش اتم های کربن است که توسط یک پیوند چندگانه به هم متصل شده اند. در هیدروکربن های اشباع، مرکز واکنش عمدتاً اتم های کربن ثانویه و سوم است.

مولکول های ترکیبات آلی اغلب دارای چندین مرکز واکنش هستند که فعالیت های متفاوتی از خود نشان می دهند. بنابراین، به عنوان یک قاعده، چندین واکنش موازی رخ می دهد که محصولات مختلفی را ارائه می دهد. واکنشی که با سریع ترین سرعت اتفاق می افتد نامیده می شود اصلیواکنش های دیگر - اثرات جانبی.مخلوط حاصل دارای بیشترین مقدار محصول واکنش اصلی است و محصولات واکنش های جانبی ناخالصی ها هستند. پس از واکنش، تقریباً همیشه لازم است محصول اصلی از ناخالصی های مواد آلی خالص شود. توجه داشته باشید که در شیمی معدنی، مواد معمولاً باید از ناخالصی های ترکیبات سایر عناصر شیمیایی خالص شوند.

قبلاً اشاره شد که واکنش‌های آلی با سرعت نسبتاً پایین مشخص می‌شوند. بنابراین، لازم است به طور گسترده از ابزارهای مختلف برای تسریع واکنش ها - گرم کردن، تابش، کاتالیز استفاده شود. کاتالیزورها در شیمی آلی از اهمیت بالایی برخوردار هستند. نقش آنها به صرفه جویی در زمان در هنگام انجام فرآیندهای شیمیایی محدود نمی شود. با انتخاب کاتالیزورهایی که انواع خاصی از واکنش ها را تسریع می کنند، می توان به طور هدفمند یکی از واکنش های موازی را انجام داد و محصولات مورد نظر را به دست آورد. در طول وجود صنعت ترکیبات آلی، کشف کاتالیزورهای جدید به طور اساسی تکنولوژی را تغییر داد. به عنوان مثال، اتانول برای مدت طولانی فقط با تخمیر نشاسته تولید می شد و سپس به تولید آن تغییر می کرد.

اضافه کردن آب به اتیلن برای انجام این کار، یافتن یک کاتالیزور با عملکرد خوب ضروری بود.

واکنش ها در شیمی آلی بر اساس ماهیت تبدیل بستر طبقه بندی می شوند:

الف) واکنش های افزودن (نماد آ)- یک مولکول کوچک (آب، هالوژن و غیره) به یک مولکول آلی متصل است.

ب) واکنش های جایگزینی (نماد س) - در یک مولکول آلی یک اتم (گروهی از اتم ها) با اتم یا گروهی از اتم های دیگر مخلوط می شود.

ج) واکنش های جدا شدن یا حذف (نماد E)- یک مولکول آلی برخی از قطعات را از دست می دهد که معمولاً مواد معدنی تشکیل می دهند.

د) ترک خوردگی - تقسیم یک مولکول به دو یا چند قسمت که همچنین نشان دهنده ترکیبات آلی است.

ه) تجزیه - تبدیل یک ترکیب آلی به مواد ساده و ترکیبات معدنی.

و) ایزومریزاسیون - تبدیل یک مولکول به ایزومر دیگر.

ز) پلیمریزاسیون - تشکیل یک ترکیب با مولکولی بالا از یک یا چند ترکیب کم مولکولی.

ح) چند تراکم - تشکیل یک ترکیب با مولکولی بالا با انتشار همزمان ماده ای متشکل از مولکول های کوچک (آب، الکل).

در فرآیندهای تبدیل ترکیبات آلی، دو نوع شکستن پیوندهای شیمیایی در نظر گرفته می شود.

شکاف باند همولیتیکاز جفت الکترون یک پیوند شیمیایی، هر اتم یک الکترون را حفظ می کند. ذرات حاصل که دارای الکترون های جفت نشده هستند نامیده می شوند رادیکال های آزاد.در ترکیب، چنین ذره ای می تواند یک مولکول یا یک اتم منفرد باشد. واکنش رادیکال (نماد R) نامیده می شود:

شکست پیوند هترولیتیک.در این حالت یک اتم یک جفت الکترون را حفظ می کند و تبدیل به یک پایه می شود. ذره حاوی این اتم نامیده می شود هسته دوستاتم دیگر که از یک جفت الکترون محروم است، یک اوربیتال خالی دارد و به اسید تبدیل می شود. ذره حاوی این اتم نامیده می شود الکتروفیل:

این نوع پیوند ال به خصوص در حین نگهداری به راحتی شکسته می شود

به عنوان مثال، یک ذره A خاص، با جذب یک جفت الکترون n، خود با یک اتم کربن پیوند ایجاد می کند:

همین تعامل با نمودار زیر نشان داده شده است:

اگر یک اتم کربن در یک مولکول یک ترکیب آلی یک جفت الکترون را بپذیرد و سپس آن را به یک معرف منتقل کند، واکنش الکتروفیل و معرف الکتروفیل نامیده می شود.

انواع واکنش های الکتروفیلی - افزودن A Eو جایگزینی اس ای

مرحله بعدی واکنش، تشکیل پیوند بین اتم C + (دارای یک اوربیتال آزاد) و اتم دیگری که دارای یک جفت الکترون است است.

اگر یک اتم کربن در یک مولکول یک ترکیب آلی یک جفت الکترون را از دست بدهد و سپس آن را از یک معرف بپذیرد، واکنش را هسته دوست و معرف را هسته دوست می نامند.

انواع واکنش های نوکلئوفیلیک - افزودن Ad، و جایگزینی S N.

گسیختگی هترولیتیک و تشکیل پیوندهای شیمیایی در واقع نشان دهنده یک فرآیند هماهنگ واحد است: گسیختگی تدریجی پیوند موجود با تشکیل پیوند جدید همراه است. در یک فرآیند هماهنگ، انرژی فعال سازی کمتر است.

سوالات و تمرینات

1. هنگامی که 0.105 گرم ماده آلی سوزانده شد، 0.154 گرم دی اکسید کربن، 0.126 گرم آب و 43.29 میلی لیتر نیتروژن (21 درجه سانتیگراد، 742 میلی متر جیوه) تشکیل شد. یکی از فرمول های ساختاری احتمالی ماده را پیشنهاد دهید.

2. در مولکول C 3 H 7 X، تعداد کل الکترون ها 60 است. عنصر X را شناسایی کرده و فرمول ایزومرهای احتمالی را بنویسید.

3. در هر 19.8 گرم از ترکیب C 2 H 4 X 2 10 مول الکترون وجود دارد. عنصر X را شناسایی کنید و فرمول هایی را برای ایزومرهای احتمالی بنویسید.

4. حجم گاز 20 لیتر در 22 "Cو 101.7 کیلو پاسکال حاوی 2.5 اتم 10 i است و چگالی آن 1.41 گرم در لیتر است. در مورد ماهیت این گاز نتیجه گیری کنید.

5. رادیکالی را نشان دهید که دارای دو ایزومر است: -C 2 H 5، -C 3 H 7، -CH 3.

6. ماده ای را که بالاترین نقطه جوش را دارد مشخص کنید: CH 3 OH، C 3 H 7 OH، C 5 H 11 OH.

7. فرمول های ساختاری ایزومرهای C 3 H 4 را بنویسید.

8. فرمول 2،3،4-تری متیل-4-اتیل هپتن را بنویسید. فرمول ساختاری دو ایزومر این ماده حاوی یک و دو اتم کربن چهارتایی را بیاورید.

9. فرمول 3،3-دی متیل پنتان را بنویسید. فرمول یک هیدروکربن حلقوی بدون پیوند چندگانه با تعداد اتم های کربن یکسان را بیاورید. آیا آنها ایزومر هستند؟

10. فرمول یک ترکیب آلی چهار عنصری با ساختار C10 را بنویسید که در آن اتم های عناصر اضافی در اتم های کربن دوم و هفتم قرار دارند و نام آن حاوی ریشه "هپتا" است.

11. هیدروکربنی که ساختار کربنی دارد نام ببرید

12-فرمول ساختاری ترکیب را بنویسید C 2 H X F X Cl X با جایگزین های مختلف روی هر اتم کربن.

هیدروکربن ها

هیدروکربن ها از جمله مهم ترین موادی هستند که نحوه زندگی تمدن مدرن را تعیین می کنند. آنها به عنوان منبع انرژی (حامل انرژی) برای حمل و نقل زمینی، هوایی و آبی، برای گرم کردن خانه ها عمل می کنند. همچنین ماده اولیه تولید صدها فرآورده شیمیایی خانگی، مواد بسته بندی و غیره است که منبع اولیه همه موارد فوق نفت و گاز طبیعی است. رفاه کشورها بستگی به در دسترس بودن ذخایر آنها دارد. بحران های بین المللی بر سر نفت به وجود آمده است.

از جمله شناخته شده ترین هیدروکربن ها می توان به متان و پروپان اشاره کرد که در اجاق های خانگی استفاده می شود. متان از طریق لوله ها حمل می شود و پروپان در سیلندرهای قرمز رنگ منتقل و ذخیره می شود. هیدروکربن دیگر، سیلت-بوتان، گازی در شرایط عادی، در فندک های شفاف به صورت مایع دیده می شود. محصولات پالایش نفت - بنزین، نفت سفید، سوخت دیزل - مخلوطی از هیدروکربن ها با ترکیبات مختلف هستند. مخلوطی از هیدروکربن های سنگین تر، ژله نفتی نیمه مایع و پارافین جامد است. هیدروکربن ها همچنین شامل یک ماده شناخته شده است که برای محافظت از پشم و خز در برابر پروانه استفاده می شود - نفتالین. انواع اصلی هیدروکربن ها از نظر ترکیب و ساختار مولکول ها هیدروکربن های اشباع هستند - آلکان ها،هیدروکربن های اشباع حلقوی - سیکلوآلکان ها،هیدروکربن های غیر اشباع، یعنی حاوی پیوندهای متعدد - آلکن هاو

آلکین ها،چرخه ای مزدوجهیدروکربن های معطر - عرصه هابرخی از سری های همولوگ هیدروکربن ها در جدول مشخص شده اند. 15.1.

جدول 15.1. سری همولوگ هیدروکربن ها

آلکان ها

فصل 14 قبلاً داده هایی در مورد ساختار، ترکیب، ایزومریسم، نام ها و برخی از خواص آلکان ها ارائه می دهد. به یاد بیاورید که در مولکول‌های آلکان، اتم‌های کربن با اتم‌های هیدروژن و اتم‌های کربن همسایه پیوندهای چهاروجهی تشکیل می‌دهند. در اولین ترکیب این سری، متان، کربن فقط به هیدروژن متصل است. در مولکول‌های هیدروکربن‌های اشباع، چرخش داخلی پیوسته گروه‌های CH 3 پایانی و بخش‌های جداگانه زنجیره وجود دارد که در نتیجه ترکیب‌های متفاوتی ایجاد می‌شود (ص. 429). آلکان ها با ایزومریسم اسکلت کربن مشخص می شوند. ترکیباتی که دارای مولکول های بدون انشعاب هستند نامیده می شوند

نرمال، n-آلکان، و با آنهایی که منشعب هستند - isoآلکان ها اطلاعات مربوط به نام و برخی از خواص فیزیکی آلکان ها در جدول آورده شده است. 15.2.

چهار عضو اول سری آلکان ها - متان، اتان، پروپان و بوتان - در مقادیر زیادی به عنوان مواد جداگانه استفاده می شوند. سایر آلکان های منفرد در تحقیقات علمی استفاده می شوند. مخلوط آلکان ها که معمولاً حاوی هیدروکربن ها و سایر سری های همولوگ هستند، اهمیت عملی زیادی دارند. بنزین یکی از این مخلوط هاست. مشخص می شود محدوده دمای جوش 30-205 درجه سانتیگراد. سایر انواع سوخت های هیدروکربنی نیز با محدوده جوش مشخص می شوند، زیرا با فرار هیدروکربن های سبک از آنها، نقطه جوش افزایش می یابد. همه آلکان ها عملا در آب نامحلول هستند.

جدول 15.2. نام ها و نقاط جوش و ذوب آلکان های معمولی

وظیفه 15.1. آلکان ها را بر اساس حالت تجمع آنها در دمای 20 درجه سانتی گراد و فشار معمولی جو (طبق جدول 15.2) گروه بندی کنید.

وظیفه 15.2. پنتان دارای سه ایزومر با نقاط جوش زیر (درجه سانتیگراد) است:

کاهش نقطه جوش در سری این ایزومرها را توضیح دهید.

اعلام وصول.نفت منبع تقریباً نامحدودی از هر آلکان است، اما جداسازی مواد فردی از آن کار نسبتاً دشواری است. فرآورده های نفتی معمولی، کسری هستند که در طی یکسوسازی (تقطیر جزئی) نفت و متشکل از تعداد زیادی هیدروکربن به دست می آیند.

مخلوطی از آلکان ها با هیدروژنه کردن زغال سنگ در دمای -450 0 C و فشار 300 atm به دست می آید. با این روش می توان بنزین تولید کرد، اما همچنان گرانتر از بنزین حاصل از نفت است. متان در مخلوطی از مونوکسید کربن (II) و هیدروژن روی یک کاتالیزور نیکل تشکیل می شود:

در همان مخلوط روی کاتالیزورهای حاوی کبالت، هم مخلوطی از هیدروکربن ها و هم هیدروکربن های منفرد به دست می آید. اینها می توانند نه تنها آلکان، بلکه سیکلوآلکان نیز باشند.

روش های آزمایشگاهی برای به دست آوردن آلکان های منفرد وجود دارد. کاربیدهای برخی از فلزات در اثر هیدرولیز متان تولید می کنند:

هالوآلکان ها با یک فلز قلیایی واکنش می دهند و هیدروکربن هایی با دو برابر تعداد اتم های کربن تشکیل می دهند. این واکنش ورتز است. از طریق شکاف همولیتیک پیوند بین کربن و هالوژن با تشکیل رادیکال های آزاد می گذرد:

وظیفه 15.3. معادله کلی این واکنش را بنویسید.

مثال 15.1. پتاسیم به مخلوط 2-بروموپروپان و 1-برومپروپان اضافه شد. معادلاتی برای واکنش های احتمالی بنویسید.

راه حل. رادیکال‌هایی که در طی واکنش‌های برموآلکان‌ها با پتاسیم تشکیل می‌شوند، می‌توانند در ترکیب‌های مختلف با یکدیگر ترکیب شوند و در نتیجه سه هیدروکربن در مخلوط ایجاد شود. معادلات واکنش خلاصه:

نمک های سدیم اسیدهای آلی وقتی با قلیایی گرم می شوند، گروه کربوکسیل (دکربوکسیلات) را از دست می دهند و یک آلکان تشکیل می دهند:

در طی الکترولیز همین نمک ها، دکربوکسیلاسیون اتفاق می افتد و رادیکال های باقی مانده در یک مولکول ترکیب می شوند:

آلکان ها در جریان هیدروژناسیون هیدروکربن های غیر اشباع و احیای ترکیبات حاوی گروه های عاملی تشکیل می شوند:

خواص شیمیایی.هیدروکربن های اشباع کم فعال ترین مواد آلی هستند. نام اصلی آنها پارافین هانشان دهنده میل ترکیبی ضعیف (واکنش پذیری) برای سایر مواد است. آنها، به عنوان یک قاعده، نه با مولکول های معمولی، بلکه فقط با رادیکال های آزاد واکنش نشان می دهند. بنابراین، واکنش آلکان ها در شرایط تشکیل رادیکال های آزاد رخ می دهد: در دمای بالا یا تابش. آلکان ها هنگام مخلوط شدن با اکسیژن یا هوا می سوزند و نقش حیاتی به عنوان سوخت دارند.

وظیفه 15.4. گرمای احتراق اکتان با دقت خاصی تعیین می شود:

چه مقدار گرما در طی احتراق 1 لیتر مخلوط متشکل از اکتان n و سیلت-اکتان آزاد می شود (6972/0 = р آلکان ها با هالوژن ها با مکانیسم رادیکالی واکنش می دهند. (S R).واکنش با تجزیه یک مولکول هالوژن به دو اتم یا همانطور که اغلب گفته می شود به دو رادیکال آزاد آغاز می شود:

یک رادیکال یک اتم هیدروژن را از یک آلکان مانند متان حذف می کند:

رادیکال مولکولی جدید متیل H 3 C- با یک مولکول کلر واکنش می دهد و یک محصول جایگزین و در عین حال یک رادیکال کلر جدید تشکیل می دهد:

سپس همان مراحل این واکنش زنجیره ای تکرار می شود. هر رادیکال می تواند زنجیره ای از دگرگونی های صدها هزار پیوند ایجاد کند. برخورد بین رادیکال ها نیز ممکن است، که منجر به خاتمه زنجیره می شود:

معادله کلی واکنش زنجیره ای به صورت زیر است:

وظیفه 15.5. با کاهش حجم ظرفی که واکنش زنجیره ای در آن رخ می دهد، تعداد دگرگونی ها در هر رادیکال (طول زنجیره) کاهش می یابد. در این مورد توضیح دهید.

محصول واکنش کلرومتان به کلاس هیدروکربن های هالوژنه تعلق دارد. در مخلوط، با تشکیل کلرومتان، واکنشی شروع می شود تا اتم دوم هیدروژن با کلر، سپس سوم و غیره جایگزین شود. در مرحله سوم، ماده معروف کلروفرم CHClg که در پزشکی برای بیهوشی استفاده می شود، تشکیل می شود. محصول جایگزینی کامل هیدروژن با کلر در متان - تتراکلرید کربن CC1 4 - به دو دسته مواد آلی و معدنی طبقه بندی می شود. اما، اگر به شدت به تعریف پایبند باشید، این یک ترکیب معدنی است. در عمل، تتراکلرید کربن نه از متان، بلکه از دی سولفید کربن به دست می آید.

هنگامی که همولوگ های متان کلر می شوند، اتم های کربن ثانویه و سوم واکنش پذیرتر می شوند. از پروپان، مخلوطی از 1-کلروپروپان و 2-کلروپروپان با نسبت بیشتری از دومی به دست می آید. جایگزینی اتم دوم هیدروژن با هالوژن عمدتاً در همان اتم کربن اتفاق می افتد:

آلکان ها وقتی با اسید نیتریک رقیق و اکسید نیتروژن (IV) حرارت داده می شوند واکنش نشان می دهند و نیترو آلکان ها را تشکیل می دهند. نیتراسیونهمچنین از یک مکانیسم رادیکال پیروی می کند و بنابراین نیازی به اسید نیتریک غلیظ ندارد:

آلکان ها هنگام گرم شدن در حضور کاتالیزورهای ویژه دچار دگرگونی های مختلفی می شوند. آلکان های معمولی به زوآلکان ایزومریزه می شوند:

ایزومریزاسیون صنعتی آلکان ها برای بهبود کیفیت سوخت موتور نامیده می شود اصلاحکاتالیزور پلاتین فلزی است که روی اکسید آلومینیوم رسوب کرده است. کراکینگ برای پالایش نفت نیز مهم است، یعنی تقسیم یک مولکول آلکان به دو قسمت - یک آلکان و یک آلکن. تقسیم عمدتاً در وسط مولکول رخ می دهد:

آلومینوسیلیکات ها به عنوان کاتالیزورهای ترک عمل می کنند.

آلکان هایی با شش یا بیشتر اتم کربن در زنجیره چرخه زدنروی کاتالیزورهای اکسیدی (Cr 2 0 3 / / A1 2 0 3 ) که سیکلوآلکان ها را با یک حلقه شش عضوی و آرن تشکیل می دهند:

این واکنش نامیده می شود چرخه زدایی آب

اهمیت عملی فزاینده ای پیدا می کند عملکردی سازیآلکان ها، یعنی تبدیل آنها به ترکیبات حاوی گروه های عاملی (معمولاً اکسیژن). بوتان توسط اسید اکسید می شود

اکسیژن با مشارکت یک کاتالیزور ویژه، تشکیل اسید استیک:

سیکلوآلکان های C n H 2n با پنج یا بیشتر اتم کربن در حلقه از نظر خواص شیمیایی بسیار شبیه به آلکان های غیر حلقوی هستند. آنها با واکنش های جایگزینی مشخص می شوند اس آر.سیکلوپروپان C 3 H 6 و سیکلوبوتان C 4 H 8 دارای مولکول های پایدار کمتری هستند، زیرا زاویه بین پیوندهای C-C-C در آنها به طور قابل توجهی با زاویه چهار وجهی معمولی 109.5 درجه متفاوت است که مشخصه کربن sp 3 است. این منجر به کاهش انرژی اتصال می شود. هنگامی که در معرض هالوژن قرار می گیرند، حلقه ها شکسته می شوند و در انتهای زنجیره به هم متصل می شوند:

هنگامی که هیدروژن با سیکلوبوتان واکنش می دهد، بوتان معمولی تشکیل می شود:

وظیفه 15.6. آیا می توان سیکلوپنتان را از 1،5-دیبروموپنتان بدست آورد؟ اگر فکر می کنید امکان پذیر است، معرف مناسب را انتخاب کنید و معادله واکنش را بنویسید.

آلکن ها

هیدروکربن‌هایی که به دلیل وجود پیوندهای متعدد در مولکول‌هایشان هیدروژن کمتری نسبت به آلکان دارند، نامیده می‌شوند. نامحدود،و غیر اشباعساده‌ترین سری همولوگ هیدروکربن‌های غیراشباع آلکن‌های C n H 2n هستند که دارای یک پیوند دوگانه هستند:

دو ظرفیت دیگر اتم های کربن برای افزودن رادیکال های هیدروژن و هیدروکربن اشباع استفاده می شود.

اولین عضو از سری آلکن ها اتن (اتیلن) C 2 H 4 است. پس از آن پروپن (پروپیلن) C 3 H 6، بوتن (بوتیلن) C 4 H 8، پنتن C 5 H 10 و غیره قرار می گیرد. برخی از رادیکال های با پیوند دوگانه دارای نام های ویژه ای هستند: وینیل CH 2 = CH-، آلیل CH 2 =CH-CH 2 -.

اتم های کربن متصل شده توسط یک پیوند دوگانه در حالت هیبریداسیون sp 2 هستند. اوربیتال های ترکیبی تشکیل می شوند پیوند σبین آنها، و P-اوربیتال غیر هیبریدی است پیوند π(شکل 15.1). انرژی کل پیوند دوگانه 606 کیلوژول بر مول است، با پیوند الف حدود 347 کیلوژول بر مول، و پیوند π- 259 کیلوژول بر مول. افزایش استحکام پیوند دوگانه با کاهش فاصله بین اتم های کربن تا 133 pm در مقایسه با 154 pm برای پیوند تک C-C آشکار می شود.

علیرغم استحکام رسمی، این پیوند دوگانه در آلکن ها است که مرکز واکنش اصلی است. جفت الکترون π پیوندها یک ابر نسبتاً پراکنده را تشکیل می دهند که نسبتاً از هسته اتم فاصله دارد و در نتیجه متحرک است و به تأثیر سایر اتم ها حساس است (ص. 442). π -ابر به سمت یکی از دو اتم کربن حرکت می کند که

برنج. 15.1. تشکیل یک پیوند چندگانه بین اتم های کربن sp 2

تحت تأثیر جانشین‌های موجود در مولکول آلکن یا تحت تأثیر یک مولکول مهاجم قرار دارد. این منجر به واکنش پذیری بالای آلکن ها در مقایسه با آلکان ها می شود. مخلوطی از آلکان های گازی با آب برم واکنش نمی دهد، اما در حضور ناخالصی های آلکن، تغییر رنگ می دهد. این نمونه برای تشخیص آلکن ها استفاده می شود.

آلکن ها انواع دیگری از ایزومریسم دارند که در آلکان ها وجود ندارد: ایزومری موقعیت پیوند دوگانه و فضایی ایزومریسم سیس ترانسآخرین نوع ایزومر به دلیل تقارن خاص است π - اتصالات از چرخش داخلی در مولکول جلوگیری می کند و آرایش چهار جایگزین را روی اتم های C=C در یک صفحه تثبیت می کند. اگر دو جفت جانشین مختلف وجود داشته باشد، با آرایش مورب جانشین های هر جفت، ایزومر ترانس و با آرایش مجاور، ایزومر سیس به دست می آید. اتن و پروپن ایزومر ندارند اما بوتن هر دو نوع ایزومر را دارد:

وظیفه 15.7. همه آلکن ها هم از نظر جرمی (71/85 درصد کربن و 29/14 درصد هیدروژن) و هم از نظر نسبت تعداد اتم ها n(C) ترکیب عنصری یکسانی دارند: n(H) = 1:2. آیا می توانیم فرض کنیم که هر آلکن نسبت به سایر آلکن ها یک ایزومر است؟

وظیفه 15.8. آیا ایزومرهای فضایی در حضور سه یا چهار جانشین مختلف روی اتم‌های کربن sp 2 امکان‌پذیر است؟

وظیفه 15.9. فرمول های ساختاری ایزومرهای پنتن را رسم کنید.

اعلام وصول.ما قبلاً می دانیم که آلکان ها می توانند به ترکیبات غیر اشباع تبدیل شوند. این اتفاق افتاد

در نتیجه حذف هیدروژن (هیدروژن زدایی) و ترک رخ می دهد. هیدروژن زدایی بوتان عمدتا بوتن-2 تولید می کند:

وظیفه 15.10. واکنش ترک خوردگی ملکه را بنویسید

هیدروژن زدایی و ترک نیاز به دمای نسبتاً بالایی دارد. در شرایط عادی یا حرارت ملایم، آلکن ها از مشتقات هالوژن تشکیل می شوند. کلرو و بروم آلکان ها با یک قلیایی در محلول الکل واکنش می دهند و هالوژن و هیدروژن را از دو اتم کربن مجاور حذف می کنند:

این یک واکنش حذفی است (ص 441). اگر دو اتم کربن همسایه تعداد متفاوتی از اتم های هیدروژن به آنها متصل باشند، حذف از قانون زایتسف پیروی می کند.

در واکنش حذف، هیدروژن ترجیحا از اتم کربن کمتر هیدروژنه حذف می شود.

مثال 15.2. واکنش حذف 2-کلروبوتان را بنویسید.

راه حل. طبق قانون زایتسف، هیدروژن از اتم 3 C جدا می شود:

هنگامی که فلزات روی و منیزیم بر روی دی هالوآلکان هایی با موقعیت هالوژن مجاور عمل می کنند، آلکن ها نیز تشکیل می شوند:

خواص شیمیایی.آلکن ها می توانند در دماهای بالا به مواد ساده تجزیه شوند یا پلیمریزه شوند و به موادی با مولکولی بالا تبدیل شوند. اتیلن در فشار بسیار بالا (1500- اتمسفر) با افزودن مقدار کمی اکسیژن به عنوان آغازگر که رادیکال های آزاد تولید می کند، پلیمریزه می شود. از اتیلن مایع در این شرایط، یک توده سفید انعطاف پذیر، شفاف در یک لایه نازک به دست می آید - پلی اتیلناین ماده ای است که برای همه شناخته شده است. پلیمر از مولکول های بسیار طولانی تشکیل شده است

وزن مولکولی 20 LLC-40 LLC. در ساختار آن یک هیدروکربن اشباع است، اما ممکن است اتم های اکسیژن در انتهای مولکول ها وجود داشته باشد. در وزن مولکولی بالا، نسبت گروه های انتهایی بسیار کوچک است و تعیین ماهیت آنها دشوار است.

وظیفه 15.11. در یک مولکول پلی اتیلن با وزن مولکولی 28000 چند مولکول اتیلن وجود دارد؟

پلیمریزاسیون اتیلن نیز در فشار کم در حضور کاتالیزورهای خاص Ziegler-Natta انجام می شود. اینها مخلوطی از TiCl و ترکیبات آلی آلومینیومی AlR x Cl 3-x هستند که در آن R آلکیل است. پلی اتیلن به دست آمده از پلیمریزاسیون کاتالیزوری خواص مکانیکی بهتری دارد، اما سریعتر پیر می شود، یعنی تحت تأثیر نور و عوامل دیگر از بین می رود. تولید پلی اتیلن در حدود سال 1955 آغاز شد. این ماده به طور قابل توجهی بر زندگی روزمره تأثیر گذاشت، زیرا کیسه های بسته بندی از آن شروع شد. از دیگر پلیمرهای آلکن، پلی پروپیلن مهمترین آنهاست. در مقایسه با پلی اتیلن، فیلمی سفت تر و شفاف تر تولید می کند. پلیمریزاسیون پروپیلن با انجام می شود

طلسم زیگلر-ناتا. پلیمر حاصل درست است ایزوتاکتیکساختار

وقتی تحت فشار بالا پلیمریزه می شود معلوم می شود اقیانوس اطلسپلی پروپیلن با آرایش تصادفی رادیکال های CH3. این ماده ای با خواص کاملاً متفاوت است: مایعی با دمای انجماد -35 درجه سانتیگراد.

واکنش های اکسیداسیونآلکن ها در شرایط عادی در تماس با محلول های پرمنگنات پتاسیم و سایر عوامل اکسید کننده در پیوند دوگانه اکسید می شوند. در یک محیط کمی قلیایی تشکیل می شوند گلیکول ها،یعنی دو اتمیالکل ها:

در یک محیط اسیدی، هنگامی که حرارت داده می شود، آلکن ها با جدا شدن کامل مولکول در پیوند دوگانه اکسید می شوند:

وظیفه 15.12. معادله این واکنش را بنویسید.

وظیفه 15.13. معادلات واکنش اکسیداسیون بوتن-1 و بوتن-2 با پرمنگنات پتاسیم را در محیط اسیدی بنویسید.

اتیلن توسط اکسیژن بر روی یک کاتالیزور Ag/Al2O3 اکسید می شود تا یک ماده حلقوی حاوی اکسیژن به نام اکسید اتیلن تشکیل شود:

این محصول بسیار مهم در صنایع شیمیایی است که سالانه میلیون ها تن تولید می شود. برای تولید پلیمرها و مواد شوینده استفاده می شود.

واکنش های افزودن الکتروفیلیکمولکول های هالوژن ها، هالیدهای هیدروژن، آب و بسیاری دیگر از طریق یک پیوند دوگانه به آلکن ها متصل می شوند. اجازه دهید مکانیسم افزودن را با استفاده از برم به عنوان مثال در نظر بگیریم. هنگامی که یک مولکول Br 2 به یکی از اتم های کربن مرکز غیراشباع، یک جفت الکترون حمله می کند. π -باند به دومی و بیشتر به برم تغییر می کند. بنابراین، برم به عنوان یک معرف الکتروفیل عمل می کند:

پیوندی بین برم و کربن ایجاد می شود و در همان زمان پیوند بین اتم های برم شکسته می شود:

اتم کربنی که یک جفت الکترون از دست داده است با یک اوربیتال خالی باقی می ماند. یک یون برم از طریق مکانیسم دهنده - گیرنده به آن اضافه می شود:

افزودن هالیدهای هیدروژن در مرحله حمله پروتون به کربن غیراشباع اتفاق می افتد. در مرحله بعد، مانند واکنش با برم، یک یون هالوژن اضافه می شود:

اگر آب اضافه شود، پروتون های کمی وجود دارد (آب یک الکترولیت ضعیف است)، و واکنش در حضور یک اسید به عنوان کاتالیزور رخ می دهد. افزودن به همولوگ های اتیلن از قانون مارکوفنیکوف پیروی می کند.

در واکنش‌های افزودن الکتروفیلیک هالیدهای هیدروژن و آب به هیدروکربن‌های غیراشباع، هیدروژن ترجیحاً پیوندی با بیشترین اتم کربن هیدروژنه تشکیل می‌دهد.

مثال 15.3.واکنش افزودن برومید هیدروژن به پروپن را بنویسید.

ماهیت قانون مارکوفنیکف این است که رادیکال‌های هیدروکربنی نسبت به اتم هیدروژن، جایگزین‌های الکترونگاتیو کمتری (الکترون دهنده‌تر) هستند. بنابراین، موبایل الکترون های πتغییر به کربن sp2 که با یک رادیکال مرتبط نیست یا با تعداد کمتری از رادیکال ها مرتبط است:

به طور طبیعی، هیدروژن H+ با بار منفی به اتم کربن حمله می کند. بیشتر هیدروژنه است.

در مشتقات عملکردی آلکن‌ها، جایگزینی ممکن است برخلاف قانون مارکوفنیکف باشد، اما با توجه به تغییر چگالی الکترون در مولکول‌های خاص، همیشه مشخص می‌شود که هیدروژن به اتم کربن اضافه می‌شود که در آن چگالی الکترونی افزایش یافته است. اجازه دهید توزیع بارها را در 3-fluoropropene-1 در نظر بگیریم. اتم الکترونگاتیو فلوئور به عنوان گیرنده چگالی الکترون عمل می کند. در زنجیره ای از پیوندهای o، جفت های الکترون به سمت اتم فلوئور جابه جا می شوند و متحرک می شوند. الکترون های πتغییر از بیرونی ترین به اتم کربن متوسط:

در نتیجه، الحاق برخلاف قانون مارکوفنیکف است:

یکی از مکانیسم های اصلی تأثیر متقابل اتم ها در مولکول ها در اینجا عمل می کند - اثر القایی:

اثر القایی (±/) جابجایی جفت الکترون در زنجیره ای از پیوندهای o تحت تأثیر یک اتم (گروه اتم) با افزایش (-/) یا کاهش (+/) الکترونگاتیوی نسبت به هیدروژن است:

اگر اتم هالوژن در اتم کربن قرار گیرد اثر متفاوتی دارد sp2.در اینجا اضافه شده از قانون مارکوفنیکف پیروی می کند. در این مورد اعمال می شود مزومریکاثر. جفت الکترون تک اتم کلر به سمت اتم کربن جابه جا می شود، گویی کثرت پیوند Cl-C را افزایش می دهد، در نتیجه، الکترون های پیوند n به اتم کربن بعدی جابه جا می شوند و مقدار اضافی ایجاد می شود. چگالی الکترون روی آن در طی واکنش، یک پروتون به آن اضافه می شود:

سپس، همانطور که از نمودار مشاهده می شود، یون کلر به اتم کربنی می رود که کلر قبلاً به آن پیوند شده است. اثر مزومریک تنها در صورتی رخ می دهد که جفت تنها الکترون باشد جفت شده استبا پیوند π، یعنی تنها با یک پیوند واحد از هم جدا می شوند. هنگامی که هالوژن از پیوند دوگانه حذف می شود (مانند 3-fluoropropene-1)، اثر مزومریک ناپدید می شود. اثر القایی در تمام مشتقات هالوژن عمل می کند، اما در مورد 2-کلروپروپن اثر مزومریک قوی تر از اثر القایی است.

مزومریک (±M) اثر جابجایی نامیده می شود من-الکترون ها در زنجیره اتم های کربن sp 2 با مشارکت احتمالی یک جفت الکترون تنها از یک گروه عاملی.

اثر مزومریک می تواند مثبت (+M) یا منفی (-M) باشد. اتم های هالوژن دارای اثر مزومریک مثبت و در عین حال اثر القایی منفی هستند. گروه‌های عاملی با پیوندهای دوگانه در اتم‌های اکسیژن دارای اثر مزومریک منفی هستند (به زیر مراجعه کنید).

وظیفه 15.14. فرمول ساختاری محصول واکنش افزودن کلرید هیدروژن به 1-کلروبوتن-1 را بنویسید.

اکسوسنتز.واکنش آلکن ها با مونوکسید کربن (II) و هیدروژن از اهمیت صنعتی برخوردار است. در دماهای بالا و تحت فشار بیش از 100 اتمسفر انجام می شود. کاتالیزور فلز کبالت است که ترکیبات واسطه ای را با CO تشکیل می دهد. محصول واکنش یک ترکیب اکسو است - یک آلدهید حاوی یک اتم کربن بیشتر از آلکن اصلی:

آلکادین ها

هیدروکربن های با دو پیوند دوگانه نامیده می شوند آلکادین ها،و همچنین به طور خلاصه دینسفرمول کلی دی‌ن‌ها C n H 2n-2 است. سه سری همولوگ اصلی از هیدروکربن‌های دی‌ن وجود دارد:

وظیفه 15.15. مشخص کنید که اتم‌های کربن در چه حالت‌های ترکیبی در هیدروکربن‌های دی ان در بالا یافت می‌شوند.

هیدروکربن های دی ان مزدوج بیشترین اهمیت عملی را دارند، زیرا به عنوان مواد اولیه برای تولید انواع مختلف لاستیک استفاده می شوند. دیین های غیر مزدوج دارای خواص معمول آلکن ها هستند. دین های مزدوج دارای چهار اتم کربن متوالی sp 2 هستند. آنها در یک صفحه قرار دارند و اوربیتال های غیر هیبریدی آنها به صورت موازی جهت گیری می کنند (شکل 15.2). بنابراین، همپوشانی بین تمام اوربیتال های همسایه p رخ می دهد، و پیوندهای πنه تنها بین 1 - 2 و 3 - 4، بلکه بین 2-3 اتم کربن. در همان زمان، الکترون ها باید دو ابر دو الکترونی تشکیل دهند. همپوشانی (رزونانس) حالت های مختلف n-الکترون با تعدد متوسط جفت بین تک و دو وجود دارد:

این اتصالات نامیده می شوند مزدوجپیوند بین 2-3 اتم کربن در مقایسه با یک پیوند منفرد معمولی کوتاه شده است که افزایش چندگانگی آن را تأیید می کند. در دماهای پایین، دین های مزدوج عمدتاً به عنوان ترکیباتی با دو پیوند دوگانه و در دماهای بالا به عنوان ترکیباتی با پیوندهای مزدوج رفتار می کنند.

دو دی ین مهم - بوتادین-1،3 (دیوینیل) و 2- متیل بوتادین-1،3 (ایزوپرن) - از بوتا-

برنج. 15.2. همپوشانی اوربیتال های p در یک مولکول دی ان

جدیدو پنتانکسری که محصول فرآوری گاز طبیعی است:

بوتادین نیز با استفاده از روش S.V. Lebedev از الکل به دست می آید:

واکنش‌های افزودن الکتروفیلیک در دین‌های کونژوگه به روشی منحصربه‌فرد انجام می‌شود. بوتادین وقتی تا 80- درجه سانتیگراد سرد می شود، اولین مولکول برم را به موقعیت 1،2 متصل می کند:

این محصول با بازدهی 80 درصد به دست آمده است. 20٪ باقیمانده از محصول 1،4 اضافه می شود:

پیوند دوگانه باقی مانده بین اتم های کربن دوم و سوم قرار دارد. ابتدا، برم به اتم کربن انتهایی متصل می شود و کربنات (ذره ای با بار مثبت روی کربن) را تشکیل می دهد.

در طول حرکت، الکترون‌های π خود را در موقعیت‌های 2، 3، یا در موقعیت‌های 3، 4 می‌یابند. در دماهای پایین، اغلب موقعیت‌های 3، 4 را اشغال می‌کنند و بنابراین محصول 1،2-افزودن غالب است. اگر برم زنی در دمای 40 درجه سانتیگراد انجام شود، محصول 1،4 افزودنی اصلی می شود، بازده آن به 80٪ می رسد و بقیه محصول 1،2-افزودن است.

وظیفه 15.16. محصولات افزودن متوالی برم و کلر به ایزوپرن را در دماهای بالا بنویسید.

بوتادین و ایزوپرن به راحتی پلیمریزه می شوند و لاستیک های مختلفی را تشکیل می دهند. کاتالیزورهای پلیمریزاسیون می توانند فلزات قلیایی، ترکیبات آلی فلزات قلیایی و کاتالیزورهای Ziegler-Natta باشند. پلیمریزاسیون با توجه به نوع 1،4-افزودن رخ می دهد. با ساختار خود، مولکول های لاستیک متعلق به پلی لن های غیر مزدوج هستند، یعنی هیدروکربن هایی با تعداد زیادی پیوند دوگانه. اینها مولکول های انعطاف پذیری هستند که هم می توانند کشیده شوند و هم به شکل توپ در بیایند. روی پیوندهای دوگانه در لاستیک ها به صورت ظاهر می شود cis-،و آرایش ترانس اتم ها و رادیکال های هیدروژن. بهترین خواص در لاستیک های سیس بوتادین و سیس ایزوپرن (طبیعی) یافت می شود. ساختار آنها در شکل نشان داده شده است. 15.3. ترانس پلی ایزوپرن (گوتاپرکا) نیز در طبیعت یافت می شود. روی فرمول های داده شده

برنج. 15.3. ساختار مولکولی برخی از لاستیک ها

چوک در اطراف اتصالات نشان داده شده توسط خط نقطه، چرخش داخلی امکان پذیر است. لاستیک هایی که در مولکول های آن هر دو پیوند دوگانه وجود دارد cis-،و پیکربندی قفسه سینه نامیده می شود بی رویه.خواص آنها نسبت به لاستیک های معمولی پایین تر است.

وظیفه 15.17. ساختار را رسم کنید ترانس پلیبوتادین.

وظیفه 15.18. یک مشتق کلرو از بوتادین، کلروپرن (2-chlorobutadiene-1,3) شناخته شده است که از آن لاستیک کلروپرن به دست می آید. فرمول ساختاری لاستیک سیس کلروپرن را بنویسید.

لاستیک از لاستیک تولید می شود که کاربرد عملی آن بسیار گسترده است. بیشترین مقدار آن برای ساخت لاستیک چرخ استفاده می شود. برای بدست آوردن لاستیک، لاستیک را با گوگرد مخلوط کرده و حرارت می دهند. اتم های گوگرد از طریق پیوندهای دوگانه به هم می پیوندند و پل های زیادی بین مولکول های لاستیک ایجاد می کنند. یک شبکه فضایی از پیوندها تشکیل می شود که تقریباً تمام مولکول های لاستیک موجود را در یک مولکول متحد می کند. در حالی که لاستیک در هیدروکربن ها حل می شود، لاستیک فقط می تواند متورم شود و حلال را به سلول های خالی بین بخش های زنجیره های هیدروکربنی و پل های گوگردی جذب کند.

آلکین ها

یک سری همولوگ دیگر شامل آلکین ها- هیدروکربن های با پیوند سه گانه بین اتم های کربن:

فرمول کلی این سری C n H 2n _ 2 مانند سری همولوگ دین ها است. اولین عضو این سری استیلن C 2 H 2 یا طبق نامگذاری سیستماتیک، اتین است. اعضای زیر این سری عبارتند از پروپین C 3 H 4، بوتین C 4 H 6، پنتین C 5 H 8 و غیره. مانند آلکن ها و دی ئن ها، اینها نیز هیدروکربن های غیر اشباع هستند، اما در این سری اتم های کربن سه گانه هستند.

باند، در حالت sp-hybridization هستند. اوربیتال های هیبریدی آنها در جهت مخالف با زاویه 180 درجه هدایت می شوند و یک گروه بندی خطی ایجاد می کنند که شامل اتم های هیدروژن یا کربن رادیکال ها می شود:

وظیفه 15.19. فرمول های ساختاری پروپین و بوتین را بنویسید. ایزومر دارند؟

وظیفه 15.20. الگوی همپوشانی اوربیتال ها در مولکول استیلن را در نظر بگیرید (ص 188). چه اوربیتال هایی بین اتم های کربن پیوند n ایجاد می کنند؟

پیوند سه گانه در آلکن ها با انرژی مشخص می شود E St = 828 کیلوژول بر مول. این 222 کیلوژول بر مول بیشتر از انرژی پیوند دوگانه در آلکن ها است. فاصله C=C به 120 بعد از ظهر کاهش می یابد. علیرغم وجود چنین پیوند قوی، استیلن ناپایدار است و می تواند به طور انفجاری به متان و زغال سنگ تجزیه شود:

این ویژگی با این واقعیت توضیح داده می شود که تعداد مواد کم دوام در محصولات تجزیه کاهش می یابد. پیوندهای π، به جای آن ایجاد می شود اوراق قرضه σدر متان و گرافیت ناپایداری استیلن با آزاد شدن زیاد انرژی در طی احتراق آن همراه است. دمای شعله به 3150 درجه سانتی گراد می رسد. این برای برش و جوش فولاد کافی است. استیلن در سیلندرهای سفید رنگ که در محلول استون تحت فشار 10- اتمسفر است ذخیره و حمل می شود.

آلکین ها ایزومریسم را در اسکلت کربن و موقعیت های پیوند چندگانه نشان می دهند. فضایی سیسترانسایزومریسم وجود ندارد

وظیفه 15.21. فرمول ساختاری تمام ایزومرهای ممکن C 5 H 8 که دارای پیوند سه گانه هستند را بنویسید.

اعلام وصول.استیلن از هیدرولیز کاربید کلسیم تشکیل می شود:

یکی دیگر از روش های عملا مهم برای تولید استیلن بر اساس گرم کردن سریع متان تا 1500-1600 درجه سانتیگراد است. در این حالت متان تجزیه می شود و در عین حال تا 15 درصد استیلن تشکیل می شود. مخلوط گازها به سرعت سرد می شود. استیلن با حل کردن آن در آب تحت فشار جدا می شود. ضریب حلالیت حجمی استیلن از سایر هیدروکربن ها بیشتر است: K V = 1.15 (15 درجه سانتیگراد).

آلکین ها زمانی تشکیل می شوند که دو برابرحذف مشتقات دی هالوژن:

مثال 15.4. چگونه بوتین-2 را از بوتن-1 در چهار مرحله بدست آوریم؟

راه حل. بیایید معادلات واکنش را بنویسیم.

خواص شیمیایی.استیلن در دمای -500 درجه سانتیگراد یا تحت فشار بیش از 20 اتمسفر منفجر می شود و با مخلوط متان به زغال سنگ و هیدروژن تجزیه می شود. مولکول های استیلن نیز می توانند به یکدیگر متصل شوند. در حضور CuCl، دیمریزاسیون برای تشکیل وینیل استیلن رخ می دهد:

وظیفه 15.22. وینیل استیلن را با استفاده از نامگذاری سیستماتیک نامگذاری کنید.

هنگامی که استیلن از روی زغال سنگ گرم شده عبور می کند، سه گانه شده و بنزن را تشکیل می دهد:

پرمنگنات پتاسیم در یک محیط ضعیف قلیایی، آلکین ها را اکسید می کند و در عین حال حفظ می کند. اوراق قرضه σبین اتم های کربن:

در این مثال، محصول واکنش اگزالات پتاسیم، نمک اسید اگزالیک است. اکسیداسیون با پرمنگنات پتاسیم در محیط اسیدی منجر به جدا شدن کامل پیوند سه گانه می شود:

وظیفه 15.23.معادله ای برای اکسیداسیون بوتین-2 با پرمنگنات پتاسیم در محیط کمی قلیایی بنویسید.

با وجود اشباع نشدن بیشتر مولکول ها، واکنش های افزودن الکتروفیل در آلکین ها دشوارتر (کندتر) از آلکن ها است. آلکین ها دو مولکول هالوژن را به صورت سری اضافه می کنند. افزودن هالیدهای هیدروژن و آب از قانون مارکوفنیکوف پیروی می کند. برای اضافه کردن آب، یک کاتالیزور مورد نیاز است - سولفات جیوه در یک محیط اسیدی (واکنش کوچروف):

گروه هیدروکسیل OH به sp 2 -yvnepoخانه، ناپایدار یک جفت الکترون از اکسیژن به نزدیکترین اتم کربن و یک پروتون به اتم کربن بعدی حرکت می کند:

بنابراین، محصول نهایی واکنش پروپین با آب، ترکیب اکسو استون است.

واکنش جایگزینی هیدروژنکربن در حالت هیبریداسیون sp با الکترونگاتیوی کمی بالاتر از حالت ها مشخص می شود sp 2و sp3.بنابراین، در آلکین ها قطبیت پیوند C-H افزایش می یابد و هیدروژن نسبتاً متحرک می شود. آلکین ها با محلول نمک های فلزات سنگین واکنش می دهند و محصولات جایگزینی را تشکیل می دهند. در مورد استیلن به این محصولات می گویند استیلنیدها:

کاربید کلسیم نیز متعلق به استیلنیدها است (ص 364). لازم به ذکر است که استیلنیدهای فلزات قلیایی و قلیایی خاکی کاملاً هیدرولیز می شوند. استیلنیدها با مشتقات هالوژن هیدروکربن ها واکنش داده و همولوگ های مختلف استیلن را تشکیل می دهند.

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 که قبلاً برای شما آشنا هستند رخ می دهد کمک می کند.

به طور معمول، ترکیب آلی اصلی درگیر در واکنش نامیده می شود لایه، و جزء واکنش دیگر به طور معمول به عنوان در نظر گرفته می شود معرف.

واکنش های جایگزینی

واکنش های جایگزینی- اینها واکنش هایی هستند که منجر به جایگزینی یک اتم یا گروهی از اتم ها در مولکول اصلی (سوبسترا) با اتم ها یا گروه هایی از اتم های دیگر می شود.

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:

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

معادله این واکنش را می توان متفاوت نوشت:

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

در نتیجه واکنش ها جایگزینی در مواد آلی ساده و پیچیده نیست مواد، مانند شیمی معدنی، و دو مواد پیچیده

واکنش های افزایشی

واکنش های افزایشی- اینها واکنش هایی هستند که در نتیجه آنها دو یا چند مولکول از مواد واکنش دهنده در یک مولکول ترکیب می شوند.

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

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

3. هالوژناسیون- واکنش افزودن هالوژن:

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 - ماکرومولکول ها را تشکیل می دهند.

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

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 واکنش پذیر

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 مورد، یک پیوند کووالانسی با توجه به مکانیسم تبادل تشکیل می شود:

مکانیسم تبادل برای تشکیل پیوند کووالانسی در صورتی محقق می شود که یک جفت الکترون مشترک از الکترون های جفت نشده متعلق به اتم های مختلف تشکیل شود.

فرآیند مخالف تشکیل پیوند کووالانسی توسط مکانیسم تبادل، شکست پیوند است که در آن یک الکترون به هر اتم از دست می‌رود (). در نتیجه دو ذره بدون بار با الکترون های جفت نشده تشکیل می شوند:

به چنین ذرات رادیکال های آزاد می گویند.

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

واکنش های رادیکال آزاد- اینها واکنش هایی هستند که تحت تأثیر و با مشارکت رادیکال های آزاد رخ می دهند.

در درس شیمی معدنی، اینها واکنش های هیدروژن با اکسیژن، هالوژن ها و واکنش های احتراق هستند. 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) که دارای یک جفت تک الکترون است با اوربیتال خالی اتم (یا کاتیون) دیگر که دارای اوربیتال خالی است همپوشانی دارد و پیوند کووالانسی تشکیل می شود، برای مثال:

گسیختگی پیوند کووالانسی منجر به تشکیل ذرات باردار 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 دیگر دارای یک اوربیتال پر نشده است:

بیایید تفکیک الکترولیتی اسیدها را در نظر بگیریم:

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

هسته دوست ها(شماره) - 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 نوکلئوفیل ها: Cl - (یون کلرید)، OH - (آنیون هیدروکسید)، CH 3 O - (آنیون متوکسید)، CH 3 COO - (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.

هیچ ذره ای الکتروفیل با اوربیتال پر نشده نیست. به عنوان مثال، کاتیون‌های فلز قلیایی دارای پیکربندی گازهای بی‌اثر هستند و تمایلی به کسب الکترون ندارند، زیرا مقدار کمی دارند. میل ترکیبی الکترون
از اینجا می توان نتیجه گرفت که علیرغم وجود یک اوربیتال پر نشده، چنین ذراتی الکتروفیل نخواهند بود.

مکانیسم های واکنش اولیه

سه نوع اصلی از ذرات واکنش دهنده شناسایی شده است - رادیکال های آزاد، الکتروفیل ها، هسته دوست ها - و سه نوع مکانیسم واکنش مربوطه:

رادیکال آزاد؛
الکتروفیلیک؛
صفر دوست

علاوه بر طبقه بندی واکنش ها بر اساس نوع ذرات واکنش دهنده، در شیمی آلی چهار نوع واکنش بر اساس اصل تغییر ترکیب مولکول ها متمایز می شود: افزودن، جایگزینی، جدا شدن یا حذف (از انگلیسی. به از بین بردن- حذف، تقسیم کردن) و تنظیم مجدد. از آنجایی که افزودن و جایگزینی می‌تواند تحت تأثیر هر سه نوع گونه‌های واکنش‌پذیر رخ دهد، چندین گونه را می‌توان تشخیص داد اصلیمکانیسم های واکنش ها

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

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

هیدروهالوژناسیون (افزودن هالوژن هیدروژن):

هنگامی که یک هالید هیدروژن به یک آلکن اضافه می شود هیدروژن به هیدروژنه تر اضافه می کند اتم کربن، یعنی اتمی که در آن اتم های بیشتری وجود دارد هیدروژن، و هالوژن - به کمتر هیدروژنه.