Нүүрс устөрөгчийн урвалын хүснэгт. Нүүрсустөрөгчийн химийн шинж чанар. Урвалын механизмууд. Нүүрсустөрөгчийн бүтэц, шинж чанар

Алкануудын химийн шинж чанар

Алканууд (парафин) нь молекулуудад бүх нүүрстөрөгчийн атомууд зөвхөн нэг холбоогоор холбогддог цикл бус нүүрсустөрөгчид юм. Өөрөөр хэлбэл, алканы молекулуудад олон, давхар, гурвалсан холбоо байдаггүй. Үнэн хэрэгтээ алканууд нь хамгийн их устөрөгчийн атом агуулсан нүүрсустөрөгчид байдаг тул тэдгээрийг хязгаарлах (ханасан) гэж нэрлэдэг.

Ханалтаас болж алканууд нэмэлт урвалд орж чадахгүй.

Нүүрстөрөгч ба устөрөгчийн атомууд харьцангуй ойр цахилгаан сөрөг шинж чанартай байдаг тул энэ нь тэдний молекул дахь CH бонд нь туйлшрал багатай байдаг. Үүнтэй холбогдуулан алкануудын хувьд S R тэмдгээр тэмдэглэгдсэн радикал орлуулалтын механизмын дагуу явагддаг урвалууд илүү онцлог шинж чанартай байдаг.

1. Орлуулах урвалууд

Энэ төрлийн урвалын үед нүүрстөрөгч-устөрөгчийн холбоо тасардаг.

RH + XY → RX + HY

Галогенжилт

Алканууд нь хэт ягаан туяа эсвэл хүчтэй халуунд галоген (хлор ба бром) -тай урвалд ордог. Энэ тохиолдолд устөрөгчийн атомыг орлуулах янз бүрийн зэрэгтэй галоген деривативуудын холимог үүсдэг - моно-, ди-три- гэх мэт. галогенээр орлуулсан алканууд.

Метаны жишээн дээр энэ нь дараах байдалтай байна.

Урвалын хольц дахь галоген/метаны харьцааг өөрчилснөөр тухайн бүтээгдэхүүний найрлагад ямар нэгэн метан галоген дериватив давамгайлж байгааг баталгаажуулах боломжтой.

урвалын механизм

Метан ба хлорын харилцан үйлчлэлийн жишээн дээр чөлөөт радикалыг орлуулах урвалын механизмд дүн шинжилгээ хийцгээе. Энэ нь гурван үе шатаас бүрдэнэ:

эхлэл (эсвэл гинжин хэлхээний эхлэл) - гаднаас ирсэн энергийн нөлөөн дор чөлөөт радикал үүсэх үйл явц - хэт ягаан туяа эсвэл халаалтаар цацраг туяа. Энэ үе шатанд хлорын молекул Cl-Cl бондын гомолитик задралд орж, чөлөөт радикалууд үүсдэг.

Дээрх зургаас харахад чөлөөт радикалуудыг нэг буюу хэд хэдэн хосгүй электрон (Cl, H, CH 3, CH 2 гэх мэт) бүхий атом эсвэл атомын бүлэг гэж нэрлэдэг;

2. Гинжин хэлхээний хөгжил

Энэ үе шат нь идэвхтэй чөлөөт радикалуудын идэвхгүй молекулуудтай харилцан үйлчлэлээс бүрддэг. Энэ тохиолдолд шинэ радикалууд үүсдэг. Ялангуяа хлорын радикалууд алкан молекулуудад үйлчлэхэд алкил радикал ба устөрөгчийн хлорид үүсдэг. Хариуд нь хлорын молекулуудтай мөргөлдсөн алкил радикал нь хлорын дериватив ба шинэ хлорын радикалыг үүсгэдэг.

3) Гинж тасрах (үхэл):

Хоёр радикалыг өөр хоорондоо идэвхгүй молекул болгон дахин нэгтгэсний үр дүнд үүсдэг.

2. Исэлдэлтийн урвалууд

Хэвийн нөхцөлд алканууд нь төвлөрсөн хүхрийн болон азотын хүчил, перманганат, калийн бихромат (KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7) зэрэг хүчтэй исэлдүүлэгч бодисын хувьд идэвхгүй байдаг.

Хүчилтөрөгч дэх шаталт

A) хүчилтөрөгчийн илүүдэлтэй бүрэн шаталт. Нүүрстөрөгчийн давхар исэл, ус үүсэхэд хүргэдэг:

CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O

B) хүчилтөрөгчийн дутагдалтай бүрэн бус шаталт:

2CH 4 + 3O 2 \u003d 2CO + 4H 2 O

CH 4 + O 2 \u003d C + 2H 2 O

Хүчилтөрөгчтэй каталитик исэлдэлт

Катализаторын оролцоотойгоор алкануудыг хүчилтөрөгчөөр (~ 200 ° C) халаасны үр дүнд тэднээс альдегид, кетон, спирт, карбоксилын хүчил зэрэг олон төрлийн органик бүтээгдэхүүнийг гаргаж авах боломжтой.

Жишээлбэл, метан нь катализаторын шинж чанараас хамааран метилийн спирт, формальдегид эсвэл шоргоолжны хүчил болж исэлддэг.

3. Алканы дулааны хувиргалт

Хагарах

Хагарах (англи хэлнээс хагарах - урах) нь өндөр температурт явагддаг химийн процесс бөгөөд үүний үр дүнд алканы молекулуудын нүүрстөрөгчийн араг яс нь анхны алкануудтай харьцуулахад бага молекул жинтэй алкен ба алкан молекулууд үүсэх замаар задалдаг. Жишээлбэл:

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

Хагарал нь дулааны болон каталитик байж болно. Катализаторын хагарлыг хэрэгжүүлэхийн тулд катализаторын ашиглалтын улмаас дулааны хагаралтай харьцуулахад мэдэгдэхүйц бага температурыг ашигладаг.

Усгүйжүүлэх

Устөрөгчийг устгах нь CH-ийн холбоог тасалсны үр дүнд үүсдэг; өндөр температурт катализаторын оролцоотойгоор гүйцэтгэнэ. Метаныг усгүйжүүлэх нь ацетилен үүсгэдэг.

2CH 4 → C 2 H 2 + 3H 2

Метаныг 1200 хэм хүртэл халаах нь энгийн бодис болгон задлахад хүргэдэг.

CH 4 → C + 2H 2

Бусад алкануудын усгүйжүүлэлт нь алкенуудыг үүсгэдэг.

C 2 H 6 → C 2 H 4 + H 2

Усгүйжүүлэх үед n-бутан, бутен-1 ба бутен-2 (сүүлийнх нь хэлбэрээр) үүсдэг cis-Тэгээд транс-изомерууд):

Дегидроциклизаци

Изомержилт

Циклоалкануудын химийн шинж чанар

Цикл дэх дөрвөөс дээш нүүрстөрөгчийн атом бүхий циклоалкануудын химийн шинж чанар нь ерөнхийдөө алкануудынхтай бараг ижил байдаг. Циклопропан ба циклобутаны хувьд хачирхалтай нь нэмэлт урвал нь онцлог шинж чанартай байдаг. Энэ нь мөчлөгийн өндөр хурцадмал байдлаас үүдэлтэй бөгөөд энэ нь эдгээр мөчлөгүүд тасрах хандлагатай байдаг. Тиймээс циклопропан ба циклобутан нь бром, устөрөгч эсвэл устөрөгчийн хлоридыг амархан нэмдэг.

Алкены химийн шинж чанар

1. Нэмэх урвалууд

Алкены молекул дахь давхар холбоо нь нэг хүчтэй сигма холбоо, нэг сул пи бондоос бүрддэг тул тэдгээр нь нэмэлт урвалд амархан ордог нэлээд идэвхтэй нэгдлүүд юм. Алкенууд ихэвчлэн хүйтэн, усан уусмал, органик уусгагч зэрэг зөөлөн нөхцөлд ч гэсэн ийм урвалд ордог.

Алкенуудыг устөрөгчжүүлэх

Алкенууд нь катализатор (цагаан алт, палладий, никель) байгаа тохиолдолд устөрөгчийг нэмж чаддаг.

CH 3 -CH \u003d CH 2 + H 2 → CH 3 -CH 2 -CH 3

Алкенуудын устөрөгчжилт нь хэвийн даралт, бага зэрэг халаалттай байсан ч амархан явагддаг. Сонирхолтой баримт бол ижил катализаторыг алканыг алкен болгон усгүйжүүлэхэд ашиглаж болох бөгөөд зөвхөн усгүйжүүлэх процесс нь өндөр температур, бага даралттай явагддаг.

Галогенжилт

Алкенууд нь усан уусмал болон органик уусгагч дахь бромын нэмэлт урвалд амархан ордог. Харилцааны үр дүнд бромын шар өнгийн уусмалууд өнгөө алддаг, өөрөөр хэлбэл. өнгө алдах.

CH 2 \u003d CH 2 + Br 2 → CH 2 Br-CH 2 Br

Гидрогалогенжилт

Тэгш хэмт бус алкены молекулд галоген устөрөгчийг нэмснээр онолын хувьд хоёр изомерын холимог үүсэх ёстой гэдгийг ойлгоход хялбар байдаг. Жишээлбэл, пропенд устөрөгчийн бромидыг нэмэхэд дараахь бүтээгдэхүүнийг авах шаардлагатай.

Гэсэн хэдий ч тодорхой нөхцөл байхгүй тохиолдолд (жишээлбэл, урвалын хольц дахь хэт исэл) устөрөгчийн галидын молекулыг нэмэх нь Марковниковын дүрмийн дагуу хатуу сонгомол байдлаар явагдана.

Алкенд устөрөгчийн галидыг нэмэх нь устөрөгч нь илүү олон тооны устөрөгчийн атомтай (илүү устөрөгчжүүлсэн) нүүрстөрөгчийн атомтай, галоген нь цөөн тооны устөрөгчийн атомтай нүүрстөрөгчийн атомтай холбогддог байдлаар явагддаг. (устөрөгч багатай).

Чийгшүүлэх

Энэ урвал нь архи үүсэхэд хүргэдэг бөгөөд Марковниковын дүрмийн дагуу явагддаг.

Марковниковын дүрмийн дагуу алкены молекулд ус нэмэгдэх тул анхдагч спирт үүсэх нь зөвхөн этиленийг чийгшүүлэх тохиолдолд л боломжтой юм.

CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O → CH 3 -CH 2 -OH

Чухам ийм урвалаар этилийн спиртийн гол хэмжээг их хэмжээний үйлдвэрт явуулдаг.

Полимержилт

Нэмэлт урвалын тодорхой тохиолдол бол галогенжилт, гидрогалогенжилт, усжилтаас ялгаатай нь чөлөөт радикал механизмаар дамждаг полимержих урвал юм.

Исэлдэлтийн урвалууд

Бусад бүх нүүрсустөрөгчийн нэгэн адил алкенууд хүчилтөрөгчөөр амархан шатаж, нүүрстөрөгчийн давхар исэл, ус үүсгэдэг. Илүүдэл хүчилтөрөгч дэх алкены шаталтын тэгшитгэл нь дараах хэлбэртэй байна.

C n H 2n + (3/2)nO 2 → nCO 2 + nH 2 O

Алкануудаас ялгаатай нь алкенууд амархан исэлддэг. KMnO 4-ийн усан уусмалын үйлчлэлээр алкенууд дахь өнгө өөрчлөгддөг бөгөөд энэ нь органик бодисын молекул дахь давхар ба гурвалсан CC бондын чанарын урвал юм.

Төвийг сахисан эсвэл бага зэрэг шүлтлэг уусмалд калийн перманганатаар алкенуудыг исэлдүүлэх нь диол (хоёр атомт спирт) үүсэхэд хүргэдэг.

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

Хүчиллэг орчинд давхар холбоог бүрдүүлсэн нүүрстөрөгчийн атомуудыг карбоксил бүлэг болгон хувиргаснаар давхар бондын бүрэн задрал үүсдэг.

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 (халаалт)

Хэрэв давхар C=C холбоо нь алкены молекулын төгсгөлд байвал давхар бонд дээр хэт нүүрстөрөгчийн атомын исэлдэлтийн бүтээгдэхүүн болж нүүрстөрөгчийн давхар исэл үүснэ. Энэ нь исэлдэлтийн завсрын бүтээгдэхүүн болох шоргоолжны хүчил нь исэлдүүлэгч бодисоос илүүтэйгээр өөрөө амархан исэлддэгтэй холбоотой юм.

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 (халаалт)

Давхар холбоонд байрлах С атом нь хоёр нүүрсустөрөгчийн орлуулагч агуулсан алкенуудыг исэлдүүлэхэд кетон үүсдэг. Жишээлбэл, 2-метилбутин-2-ийн исэлдэлт нь ацетон ба цууны хүчил үүсгэдэг.

Давхар холбоонд нүүрстөрөгчийн араг ясыг задалдаг алкенуудын исэлдэлтийг тэдгээрийн бүтцийг бий болгоход ашигладаг.

Алкадиенүүдийн химийн шинж чанар

Нэмэлт урвалууд

Жишээлбэл, галоген нэмэх:

Бромын ус өнгөгүй болдог.

Хэвийн нөхцөлд бутадиен-1,3 молекулын төгсгөлд галоген атомууд нэмэгддэг бол π холбоо тасарч, бромын атомууд хэт нүүрстөрөгчийн атомуудтай холбогдож, чөлөөт валент нь шинэ π холбоо үүсгэдэг. Ингээд давхар бондын “хөдөлгөөн” байгаа мэт. Илүүдэл бромын үед үүссэн давхар бондын талбайд дахин нэг бромын молекул нэмж болно.

полимержих урвалууд

Алкины химийн шинж чанар

Алкинууд нь ханаагүй (ханаагүй) нүүрсустөрөгчид тул нэмэлт урвалд орох чадвартай. Алкины нэмэлт урвалын дотроос электрофил нэмэлт нь хамгийн түгээмэл байдаг.

Галогенжилт

Алкины молекулуудын гурвалсан холбоо нь нэг хүчтэй сигма бонд ба хоёр сул pi бондоос бүрддэг тул нэг эсвэл хоёр галоген молекулыг холбож чаддаг. Нэг алкины молекулаар хоёр галоген молекул нэмэх нь электрофилийн механизмаар хоёр үе шаттайгаар явагдана.

Гидрогалогенжилт

Галидын устөрөгчийн молекулын нэмэлт нь электрофил механизмаар хоёр үе шаттайгаар явагддаг. Хоёр үе шатанд нэмэлт нь Марковниковын дүрмийн дагуу явагдана.

Чийгшүүлэх

Алкинд ус нэмэх нь хүчиллэг орчинд рутийн давс байгаа тохиолдолд явагддаг бөгөөд үүнийг Кучеровын урвал гэж нэрлэдэг.

Ацетиленд ус нэмсэний үр дүнд ацетальдегид (цууны альдегид) үүсдэг.

Ацетилен гомологуудын хувьд ус нэмэх нь кетон үүсэхэд хүргэдэг.

Алкины устөрөгчжилт

Алкинууд устөрөгчтэй хоёр үе шаттайгаар урвалд ордог. Платин, палладий, никель зэрэг металуудыг катализатор болгон ашигладаг.

Алкины тримеризаци

Ацетиленийг идэвхжүүлсэн нүүрсээр өндөр температурт дамжуулах үед үүнээс янз бүрийн бүтээгдэхүүний холимог үүсдэг бөгөөд тэдгээрийн гол нь ацетилен тримеризацийн бүтээгдэхүүн болох бензол юм.

Алкины димержилт

Ацетилен нь мөн димержих урвалд ордог. Энэ процесс нь катализаторын хувьд зэсийн давсны оролцоотойгоор явагдана.

Алкины исэлдэлт

Алкинууд хүчилтөрөгчөөр шатдаг:

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

Алкины суурьтай харилцан үйлчлэл

Молекулын төгсгөлд гурвалсан C≡C-тэй алкинууд нь бусад алкинуудаас ялгаатай нь гурвалсан холбоонд байгаа устөрөгчийн атомыг металлаар солих урвалд орох чадвартай байдаг. Жишээлбэл, ацетилен нь шингэн аммиак дахь натрийн амидтай урвалд ордог.

HC≡CH + 2NaNH 2 → NaC≡CNa + 2NH 3,

Мөн ацетиленид гэж нэрлэгддэг уусдаггүй давстай төстэй бодис үүсгэдэг аммиакийн оксидын уусмалаар:

Энэхүү урвалын ачаар төгсгөлийн гурвалсан холбоо бүхий алкиныг таних, түүнчлэн бусад алкинуудтай холилдсон алкиныг тусгаарлах боломжтой.

Бүх мөнгө, зэс ацетиленид нь тэсрэх бодис гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.

Ацетилидүүд нь гурвалсан холбоо бүхий илүү нарийн төвөгтэй органик нэгдлүүдийг нийлэгжүүлэхэд ашигладаг галоген деривативуудтай урвалд орох чадвартай.

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

Үнэрт нүүрсустөрөгчийн химийн шинж чанар

Бондын үнэрт шинж чанар нь бензол болон бусад үнэрт нүүрсустөрөгчийн химийн шинж чанарт нөлөөлдөг.

Нэг 6pi электрон систем нь ердийн pi холбооноос хамаагүй илүү тогтвортой байдаг. Тиймээс үнэрт нүүрсустөрөгчийн хувьд орлуулах урвал нь нэмэлт урвалаас илүү онцлог шинж чанартай байдаг. Аренууд электрофил механизмаар орлуулах урвалд ордог.

Орлуулах урвалууд

Галогенжилт

Нитратжуулалт

Нитратжуулалтын урвал нь цэвэр азотын хүчил биш, харин нитратлах хольц гэж нэрлэгддэг төвлөрсөн хүхрийн хүчилтэй холилдсон хольцын нөлөөн дор хамгийн сайн явагддаг.

Алкилизаци

Ароматик цөм дэх устөрөгчийн атомуудын аль нэг нь нүүрсустөрөгчийн радикалаар солигдох урвал:

Галогенжүүлсэн алкануудын оронд алкенуудыг бас ашиглаж болно. Хөнгөн цагаан галоген, төмрийн галоген эсвэл органик бус хүчлийг катализатор болгон ашиглаж болно.<

Нэмэлт урвалууд

устөрөгчжүүлэх

Хлорын нэгдэл

Энэ нь хэт ягаан туяаны хүчтэй цацрагийн дор радикал механизмаар явагддаг.

Үүний нэгэн адил урвал нь зөвхөн хлороор үргэлжилж болно.

Исэлдэлтийн урвалууд

Шатаах

2C 6 H 6 + 15O 2 \u003d 12CO 2 + 6H 2 O + Q

бүрэн бус исэлдэлт

Бензолын цагираг нь KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7 зэрэг исэлдүүлэгч бодисуудад тэсвэртэй. Урвал нь явахгүй.

Бензолын цагираг дахь орлуулагчдыг хоёр төрөлд хуваана.

Толуолыг жишээ болгон ашиглан бензолын гомологийн химийн шинж чанарыг авч үзье.

Толуолын химийн шинж чанар

Галогенжилт

Толуолын молекулыг бензол ба метан молекулуудын хэсгүүдээс бүрдсэн гэж үзэж болно. Тиймээс толуолын химийн шинж чанар нь тус тусад нь авсан эдгээр хоёр бодисын химийн шинж чанарыг тодорхой хэмжээгээр нэгтгэх ёстой гэж үзэх нь логик юм. Ялангуяа энэ нь галогенжих явцад ажиглагддаг зүйл юм. Бензол нь электрофил механизмаар хлорыг орлуулах урвалд ордог бөгөөд энэ урвалыг явуулахын тулд катализатор (хөнгөн цагаан эсвэл төмрийн галогенид) ашиглах ёстой гэдгийг бид аль хэдийн мэддэг. Үүний зэрэгцээ метан нь хлортой урвалд орох чадвартай боловч чөлөөт радикал механизмаар ажилладаг бөгөөд энэ нь анхны урвалын хольцыг хэт ягаан туяагаар цацруулахыг шаарддаг. Толуол нь хлоржуулж буй нөхцлөөс хамааран бензолын цагираг дахь устөрөгчийн атомыг орлуулах бүтээгдэхүүнийг өгөх чадвартай - үүний тулд та бензолыг хлоржуулахтай ижил нөхцөл эсвэл орлуулах бүтээгдэхүүнийг ашиглах хэрэгтэй. Метил радикал дахь устөрөгчийн атомын тоо, хэрэв дээр байгаа бол хэт ягаан туяагаар цацраг туяагаар метан дээр хлортой хэрхэн үйлчлэх вэ?

Таны харж байгаагаар толуолыг хөнгөн цагаан хлоридын дэргэд хлоржуулах нь орто- ба пара-хлоротолуол гэсэн хоёр өөр бүтээгдэхүүнд хүргэсэн. Энэ нь метил радикал нь эхний төрлийн орлуулагчтай холбоотой юм.

Хэрэв толуолыг AlCl 3-ийн дэргэд хлоржуулах ажлыг хлорын хэмжээнээс хэтрүүлсэн тохиолдолд трихлороор орлуулсан толуол үүсэх боломжтой.

Үүний нэгэн адил толуолыг хлор/толуолын харьцаа өндөртэй гэрэлд хлоржуулах үед дихлорметилбензол эсвэл трихлорметилбензолыг гаргаж авах боломжтой.

Нитратжуулалт

Толуолыг төвлөрсөн азотын болон хүхрийн хүчлийн холимогоор нитратжуулах явцад нитрогруппын хувьд устөрөгчийн атомыг орлуулах нь метилийн радикалд бус харин үнэрт цөмд орлуулах бүтээгдэхүүнийг бий болгодог.

Алкилизаци

Өмнө дурьдсанчлан метилийн радикал нь эхний төрлийн чиглүүлэгч тул түүний Фридел-Крафтс алкилизаци нь орто ба пара байрлалд орлуулах бүтээгдэхүүнийг бий болгодог.

Нэмэлт урвалууд

Толуолыг метал катализатор (Pt, Pd, Ni) ашиглан метилциклогексан болгон устөрөгчжүүлж болно:

C 6 H 5 CH 3 + 9O 2 → 7CO 2 + 4H 2 O

бүрэн бус исэлдэлт

Калийн перманганатын усан уусмал гэх мэт исэлдүүлэгч бодисын нөлөөн дор хажуугийн гинж нь исэлдэлтэнд ордог. Ийм нөхцөлд үнэрт цөмийг исэлдүүлэх боломжгүй. Энэ тохиолдолд уусмалын рН-ээс хамаарч карбоксилын хүчил эсвэл түүний давс үүснэ.

Хязгаарлагдмал нүүрсустөрөгчийн молекулууд нь зөвхөн бага туйлшралтай, сул туйлшралтай холбоог агуулдаг бөгөөд тэдгээр нь удаан эдэлгээтэй байдаг тул ердийн нөхцөлд тэдгээр нь туйлын урвалжтай харьцуулахад бага зэрэг химийн идэвхтэй бодисууд юм: тэдгээр нь төвлөрсөн хүчил, бүхэллэг бодисуудтай харьцдаггүй. шүлтлэг металл, исэлдүүлэгч бодис. Энэ нь тэдний нэрний шалтгаан байсан - парафин.Парумаффинус гэдэг нь латинаар холбоогүй гэсэн утгатай. Тэдний химийн хувиргалт нь ихэвчлэн өндөр температурт, хэт ягаан туяаны цацрагийн нөлөөн дор явагддаг.

Ханасан нүүрсустөрөгчийн урвалын үндсэн гурван төрөл байдаг: орлуулах, исэлдүүлэх, устгах. Эдгээр урвалууд нь С-С бонд (энерги 83.6 ккал) эсвэл CH-ийн холбоог (энерги 98.8 ккал/моль) таслах замаар үргэлжилж болно. Урвал нь ихэвчлэн C-H бондын завсарлага, tk. Энэ нь урвалжийн үйлчлэлд илүү хүртээмжтэй байдаг, гэхдээ C-C холбоо нь хуваагдахад бага эрчим хүч шаарддаг. Ийм урвалын үр дүнд маш идэвхтэй зүйлүүд завсрын хэлбэрээр үүсдэг - алифатик нүүрсустөрөгчийн радикалууд.

Алифатик радикалуудын бэлтгэл ба шинж чанар

1. C-C эсвэл C-H бондын гомолитик задралын үед чөлөөт радикалууд үүсэх нь 300-700 ° C температурт эсвэл чөлөөт радикал урвалжуудын нөлөөн дор явагддаг.

2. Чөлөөт радикалуудын амьдрах хугацаа (эсэргүүцэл) нь анхдагч, хоёрдогч, гуравдагч радикал хүртэл нэмэгддэг.

б) Ханаагүй нэгдлүүдтэй харилцан үйлчлэл: нэмэлт нь шинэ радикал үүсэх үед үүсдэг.

CH3. + CH 2 \u003d CH 2 CH 3 -CH 2 -CH 2.

в) -задрал - урт нүүрстөрөгчийн гинжин хэлхээтэй радикалууд нь хосгүй электронтой нүүрстөрөгч рүү - байрлалд C-C холбоо тасарч задардаг.

CH 3 - CH 2: CH 2 - CH 2. CH 3 -CH 2 . + CH 2 \u003d CH 2

d) Пропорциональ бус байдал - C-H бондын дагуу задралтай холбоотой устөрөгчийн дахин хуваарилалт:

+ CH 3 -CH 2.

+ CH 3 -CH 3

e) Рекомбинаци - чөлөөт радикалуудыг бие биетэйгээ хослуулах

CH 3. + CH 3. CH 3 -CH 3

Чөлөөт радикалуудын зан үйлийн онцлогийг мэдэх нь ханасан нүүрсустөрөгчийн тодорхой урвалын үндсэн хуулиудыг ойлгоход хялбар байдаг.

Би бичдэг. орлуулах урвал

1. Галогенжих урвал. Хамгийн эрч хүчтэй урвалж бол фтор юм. Шууд фторжуулах нь тэсрэлт үүсгэдэг. урвалууд хлоржуулах.Тэд өрөөний температурт аль хэдийн гэрэлд хлорын молекулуудын нөлөөн дор явж болно. Урвал нь чөлөөт радикал гинжин хэлхээний механизмын дагуу явагдах ба дараах үндсэн үе шатуудыг агуулна.

a) эхний удаашралтай үе шат - гинжин хэлхээний эхлэл:

Cl:ClCl. +Cl.

R: H +. Cl HCl + R.

б) гинжин хэлхээний хөгжил - гинжин хэлхээг үргэлжлүүлдэг чөлөөт радикалууд нэгэн зэрэг үүсэх урвалын бүтээгдэхүүн үүсэх.

Р. + Cl: Cl RCl + Cl.

R:H+Cl. HCl+R.

в) нээлттэй хэлхээ:

CI оноос хойш. урвалж идэвхтэй байгаа тул аль хэдийн олж авсан хлорын деривативын молекул руу довтолж, улмаар моно- ба полигалогенжуулсан нэгдлүүдийн холимог үүсдэг. Жишээлбэл:

CH 4 + Cl 2 HCl + CH 3 Cl CH 2 Cl 2 CHCl 3 CCl 4

метил хлорид – HCl -HCl -HCl

метилен хлорид хлороформ дөрөв

нүүрстөрөгчийн хлорид

Бромжих урвалурагшлах нь илүү хэцүү, учир нь бром нь хлороос бага идэвхтэй бөгөөд илүү тогтвортой гуравдагч эсвэл хоёрдогч радикалууд үүсэх замаар голчлон урвалд ордог. Энэ тохиолдолд хоёр дахь бромын атом нь ихэвчлэн эхнийхтэй зэргэлдээ байрлалд ордог, голчлон хоёрдогч нүүрстөрөгчид ордог.

иоджуулах урвалбараг гоождоггүй, учир нь HI нь үүссэн алкил иодидыг бууруулдаг.

2. Нитратжуулалт- азотын хүчлийн нөлөөгөөр Н атомыг NO 2 бүлгээр орлуулах. Энэ нь даралтын дор 150 хэмийн өндөр температурт шингэрүүлсэн азотын хүчил (12%) үйлчилдэг (Коноваловын урвал). Изо бүтцийн парафинууд илүү амархан урвалд ордог, tk. Гуравдагч нүүрстөрөгчийн атомд орлуулах нь илүү хялбар байдаг:

Нитратжуулалтын урвалын механизм нь чөлөөт радикалуудын завсрын үүсэхтэй холбоотой байдаг. Хэсэгчилсэн исэлдэлтийн процесс нь эхлэлийг хөнгөвчилдөг.

RH + HONO 2 ROH + HONO

азотын хүчил

HONO + HONO 2 HOH + 2. ҮГҮЙ 2

+ . ҮГҮЙ 2

CH 3 -C-CH 3 +. NO 2 CH 3 -C-CH 3 + HNO 2

CH 3 -C-CH 3 +. NO 2 CH 3 -C-CH 3

тэдгээр. нүүрсустөрөгчийн нитратжуулалтын радикал урвал нь гинжин шинж чанартай байдаггүй.

II төрөл. Исэлдэлтийн урвалууд

Хэвийн нөхцөлд парафин нь хүчилтөрөгч эсвэл хүчтэй исэлдүүлэгч бодисоор исэлддэггүй (KMnO 4, HNO 3, K 2 Cr 2 O 7 гэх мэт).

Агаартай нүүрсустөрөгчийн холимогт ил дөл оруулахад нүүрсустөрөгчийг CO 2 ба H 2 O болгон бүрэн исэлдүүлэх (шаталт) явагдана.. Ханасан нүүрсустөрөгчийг агаар эсвэл хүчилтөрөгчтэй холих замаар исэлдүүлэх катализаторын оролцоотойгоор халаана. MnO 2 ба бусад нь 300 ° C-ийн температурт хэт ислийн нэгдэл үүсэх замаар исэлдэхэд хүргэдэг. Урвал нь чөлөөт радикалын гинжин механизмаар явагддаг.

Мөн: R: H R. +H. хэлхээний эхлэл

Р:Р. + O: :O: R-O-O .

R-O-O. + R: H R-O-O-H + R.

алканы гидропероксид

О:Р-О-О. +Р. R-O-O-R нээлттэй хэлхээ

алкан хэт исэл

Гуравдагч нэгж нь хамгийн амархан исэлддэг, хоёрдогч нь илүү хэцүү, анхдагч нь бүр ч хэцүү байдаг. Үүссэн гидропероксид нь задардаг.

Анхдагч гидропероксидуудзадрахдаа альдегид эсвэл анхдагч спирт үүсгэдэг, жишээлбэл:

CH 3 -C-C-O: O-H CH 3 -C-O. + . OH CH 3 -C \u003d O + H 2 O

этан гидропероксид ацетальдегид

CH 3 -CH 3

тал

CH 3 -CH 2 OH + CH 3 -CH 2.

Хоёрдогч гидропероксидзадралын үед кетон эсвэл хоёрдогч спирт үүсгэдэг, жишээлбэл:

CH 3 -C-O:OH CH 3 -C-O. + . OH H 2 O + CH 3 -C \u003d O

CH 3 CH 3 CH 3

пропан гидропероксид

CH 3 -CH 2 -CH 3

тал

CH 3 -CH-OH + CH 3 -. CH-CH 3

изопропилийн спирт

Гуравдагч гидропероксидкетон, түүнчлэн анхдагч ба гуравдагч спирт үүсгэдэг, жишээлбэл:

CH 3 CH 3 CH 3

CH 3 -C-CH 3 CH 3 -C: CH 3 +. OH CH 3 OH + CH 3 -C \u003d O

изобутан гидропероксид

CH 3 -CH-CH 3

тал

изобутан

CH 3 -C-CH 3 + CH 3 -C-CH 3

терт-бутилийн спирт

Аливаа гидропероксид нь атомын хүчилтөрөгч ялгарснаар задарч болно: CH 3 -CH 2 -O-O-H CH 3 CH 2 -OH + [O],

Энэ нь цаашдын исэлдэлтэд ордог:

CH 3 -C + [O] CH 3 -C-OH

Тиймээс спирт, альдегид, кетоноос гадна карбоксилын хүчил үүсдэг.

Урвалын нөхцөлийг сонгосноор аль ч бүтээгдэхүүнээс аль нэгийг нь авах боломжтой. Жишээ нь: 2 CH 4 + O 2 2 CH 3 OH.

Диен нүүрсустөрөгч (алкадиен)

Диен нүүрсустөрөгч буюу алкадиен нь хоёр давхар нүүрстөрөгч-нүүрстөрөгчийн холбоо агуулсан ханаагүй нүүрсустөрөгч юм. Алкадиенүүдийн ерөнхий томъёо нь C n H 2 n -2 юм.
Давхар бондын харилцан зохицуулалтаас хамааран диенүүдийг гурван төрөлд хуваадаг.

1) нүүрсустөрөгчид хуримтлагдсандавхар бонд, өөрөөр хэлбэл. нэг нүүрстөрөгчийн атомтай зэргэлдээ. Жишээлбэл, пропадиен эсвэл аллен CH 2 =C=CH 2;

2) нүүрсустөрөгчид тусгаарлагдсандавхар бонд, өөрөөр хэлбэл хоёр ба түүнээс дээш энгийн бондоор тусгаарлагдсан. Жишээлбэл, пентадиен -1.4 CH 2 \u003d CH–CH 2 -CH \u003d CH 2;

3) нүүрсустөрөгчид хосолсондавхар бонд, өөрөөр хэлбэл. нэг холбоосоор тусгаарлагдсан. Жишээлбэл, бутадиен -1,3 эсвэл дивинил CH 2 \u003d CH–CH \u003d CH 2, 2-метилбутадиен -1,3 эсвэл изопрен.

2) этилийн спиртийг халсан катализатороор дамжуулж усгүйжүүлэх, усгүйжүүлэх (академич С.В. Лебедевийн арга)

2CH 3 CH 2 OH - - ~ 450 ° С; ZnO, Al2O3 ® CH 2 \u003d CH - CH \u003d CH 2 + 2H 2 O + H 2

Физик шинж чанарууд

Химийн шинж чанар

1,3-бутадиен молекул дахь нүүрстөрөгчийн атомууд sp 2 эрлийз төлөвт байгаа бөгөөд энэ нь эдгээр атомууд нэг хавтгайд байрладаг бөгөөд тус бүр нь нэг электрон эзэлсэн, дурдсан хавтгайд перпендикуляр байрладаг нэг p-орбиталтай байна гэсэн үг юм. .

а)	б)
Дидивинил молекулуудын бүтцийн бүдүүвч дүрслэл (a) ба загварын дээд талын зураг (b). C 1 -C 2 ба C 3 -C 4 хоорондын электрон үүлний давхцал нь C 2 -C 3 хоорондын давхцалаас их байна.

Бүх нүүрстөрөгчийн атомуудын p-Орбиталууд хоорондоо давхцдаг, өөрөөр хэлбэл. зөвхөн эхний болон хоёр дахь, гурав, дөрөв дэх атомуудын хооронд төдийгүй хоёр ба гурав дахь атомуудын хооронд. Энэ нь хоёр ба гурав дахь нүүрстөрөгчийн атомуудын хоорондын холбоо нь энгийн s-бонд биш, харин p-электронуудын тодорхой нягтралтай болохыг харуулж байна. сул давхар холбоо. Энэ нь s-электронууд нь нүүрстөрөгчийн атомын хатуу тодорхойлогдсон хосуудад хамаарахгүй гэсэн үг юм. Молекулд сонгодог утгаараа ганц ба давхар холбоо байхгүй бөгөөд p-электронуудын делокализаци ажиглагдаж байна, өөрөөр хэлбэл. Нэг p-электрон үүл үүсэх замаар молекул даяар p-электроны нягтын жигд тархалт.
Хоёр ба түүнээс дээш хөрш зэргэлдээх p-бондуудын харилцан үйлчлэл нь нэг р-электрон үүл үүсэх ба энэ систем дэх атомуудын харилцан үйлчлэлийг шилжүүлэхэд хүргэдэг. коньюгацийн нөлөө.
Тиймээс -1,3 бутадиен молекул нь хосолсон давхар бондын системээр тодорхойлогддог.
Диен нүүрсустөрөгчийн бүтцийн энэ онцлог нь тэдгээрийг хөрш нүүрстөрөгчийн атомуудад (1,2-нэмэлт) төдийгүй коньюгат системийн хоёр төгсгөлд (1,4-нэмэлт) янз бүрийн урвалжуудыг нэмэх чадвартай болгодог. Хоёр ба гурав дахь нүүрстөрөгчийн атомуудын хоорондох давхар холбоо. 1,4 нэмэлт бүтээгдэхүүн нь ихэвчлэн гол бүтээгдэхүүн байдаг гэдгийг анхаарна уу.
Холбогдсон диенүүдийн галогенжилт ба гидрогалогенжих урвалыг авч үзье.

Диений нэгдлүүдийн полимержилт

Хялбаршуулсан хэлбэрээр 1,4 нэмэлт схемийн дагуу -1,3 бутадиенийн полимержих урвалыг дараах байдлаар илэрхийлж болно.

––––®

Полимержихэд диений давхар холбоо хоёулаа оролцдог. Урвалын явцад тэдгээр нь эвдэрч, s-бонд үүсгэдэг хос электронууд тусгаарлагддаг бөгөөд үүний дараа хосгүй электрон бүр шинэ холбоо үүсэхэд оролцдог: хоёр ба гурав дахь нүүрстөрөгчийн атомуудын электронууд ерөнхийллийн үр дүнд давхар холбоо ба гинжин хэлхээний хэт нүүрстөрөгчийн атомуудын электронууд, электронуудаар ерөнхийдөө өөр мономер молекулын харгалзах атомууд нь мономеруудыг полимер гинжин хэлхээнд холбодог.

Полибутадиений элементийн эсийг дараах байдлаар илэрхийлнэ.

Эндээс харахад үүссэн полимер нь тодорхойлогддог транс- полимерийн элементийн эсийн тохиргоо. Гэсэн хэдий ч практикийн хувьд хамгийн үнэ цэнэтэй бүтээгдэхүүнийг 1,4 нэмэлт схемийн дагуу диен нүүрсустөрөгчийг стереорегулятор (өөрөөр хэлбэл орон зайн дарааллаар) полимержих замаар олж авдаг. cis- полимер гинжин хэлхээний тохиргоо. Жишээлбэл, cis-полибутадиен

Байгалийн болон синтетик резин

Байгалийн резинийг Бразилийн ширэнгэн ойд ургадаг Hevea каучук модны сүүн шүүс (латекс) -аас гаргаж авдаг.

Агаарт орохгүйгээр халаахад резин нь диен нүүрсустөрөгч - 2-метилбутадиен-1,3 эсвэл изопрен үүсгэдэг. Резин бол изопрен молекулууд хоорондоо 1,4 нэмэлт схемээр холбогддог стереорегуляр полимер юм. cis- полимер гинжин хэлхээний тохиргоо:

Байгалийн каучукийн молекулын жин нь 7-ийн хооронд хэлбэлздэг . 10 4-ээс 2.5 хүртэл . 10 6 .

транс- Изопрен полимер нь мөн байгальд гуттаперча хэлбэрээр байдаг.

Байгалийн резин нь өндөр шингэн, элэгдэлд тэсвэртэй, наалдамхай чанар, ус, хий нэвчих чадвар зэрэг өвөрмөц шинж чанартай байдаг. Резинд шаардлагатай физик, механик шинж чанарыг өгөхийн тулд: хүч чадал, уян хатан чанар, уусгагч, түрэмгий химийн орчинд тэсвэртэй, резинийг хүхэрээр 130-140 хэм хүртэл халааж, вулканжуулдаг. Хялбаршуулсан хэлбэрээр резинэн вулканжуулах үйл явцыг дараах байдлаар илэрхийлж болно.

Хүхрийн атомууд нь зарим давхар холбоог таслах цэг дээр бэхлэгдэж, шугаман резинэн молекулууд нь гурван хэмжээст том молекулууд болж "хөндлөн холбогддог" - резинийг гаргаж авдаг бөгөөд энэ нь vulcanized резинээс хамаагүй хүчтэй байдаг. Идэвхтэй нүүрстөрөгчийн хараар дүүргэсэн резинийг автомашины дугуй болон бусад резинэн бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэхэд ашигладаг.

1932 онд С.В.Лебедев архинаас гаргаж авсан бутадиен дээр суурилсан нийлэг резинийг нийлэгжүүлэх аргыг боловсруулсан. Зөвхөн 50-аад оны үед дотоодын эрдэмтэд диен нүүрсустөрөгчийн каталитик стереополимержилтийг хийж, байгалийн резинтэй ижил төстэй стереорегулятор резинийг олж авсан. Одоогийн байдлаар энэ салбарт резин үйлдвэрлэдэг.

Нүүрс устөрөгчийн химийн шинж чанар: алкан, алкен, диен, алкин, үнэрт нүүрсустөрөгч

Алканууд

Алканууд нь молекулууд дахь атомууд нь нэг холбоогоор холбогдсон нүүрсустөрөгч бөгөөд $C_(n)H_(2n+2)$ ерөнхий томьёотой тохирч байдаг.

Метаны гомолог цуврал

Та аль хэдийн мэдэж байгаачлан, гомологуудЭдгээр нь бүтэц, шинж чанараараа ижил төстэй бөгөөд нэг буюу хэд хэдэн $CH_2$ бүлгээр ялгаатай бодисууд юм.

Хязгаарлагдмал нүүрсустөрөгч нь метаны гомологийн цувралыг бүрдүүлдэг.

Изомеризм ба нэршил

Алканууд нь бүтцийн изомеризм гэж нэрлэгддэг онцлог шинж чанартай байдаг. Бүтцийн изомерууд нь нүүрстөрөгчийн араг ясны бүтцээр бие биенээсээ ялгаатай байдаг. Та аль хэдийн мэдэж байгаачлан бүтцийн изомероор тодорхойлогддог хамгийн энгийн алкан бол бутан юм.

Алкануудын хувьд IUPAC нэр томъёоны үндсийг илүү нарийвчлан авч үзье.

1. Үндсэн хэлхээний сонголт.

Нүүрс устөрөгчийн нэр үүсэх нь үндсэн гинжийг тодорхойлохоос эхэлдэг - молекул дахь нүүрстөрөгчийн атомын хамгийн урт гинж нь түүний үндэс болсон юм.

Үндсэн гинжин хэлхээний атомуудад дугаар өгөгдсөн. Үндсэн гинжин хэлхээний атомуудын дугаарлалт нь орлуулагчтай хамгийн ойрхон төгсгөлөөс эхэлдэг (А, В бүтэц). Хэрэв орлуулагчид гинжин хэлхээний төгсгөлөөс ижил зайд байгаа бол дугаарлалт нь тэдгээрийн олон байгаа төгсгөлөөс эхэлнэ (Б бүтэц). Хэрэв өөр өөр орлуулагчид гинжин хэлхээний төгсгөлөөс ижил зайд байрладаг бол дугаарлалт нь хуучин нь ойрхон байгаа төгсгөлөөс эхэлнэ (бүтэц D). Нүүрс устөрөгчийн орлуулагчдын насыг цагаан толгойн үсгийн нэрээр эхэлсэн үсгийн дарааллаар тодорхойлно: метил (—$CH_3$), дараа нь пропил ($—CH_2—CH_2—CH_3$), этил ($—CH_2). -CH_3$ ) гэх мэт.

Орлуулагчийн нэр нь дагаварыг орлуулах замаар үүсдэг болохыг анхаарна уу -андагавар залгах - лагхаргалзах алканы нэрээр.

3. Нэр бүрдүүлэх.

Нэрийн эхэнд тоонуудыг зааж өгсөн болно - орлуулагчид байрладаг нүүрстөрөгчийн атомын тоо. Хэрэв өгөгдсөн атом дээр хэд хэдэн орлуулагч байгаа бол нэр дээрх харгалзах тоог хоёр удаа давтаж, таслалаар тусгаарлана ($2.2-$). Тооны дараа зураас нь орлуулагчдын тоог заана ( ди- хоёр, гурав- гурав, тетра- дөрөв, пента- тав) ба орлогчийн нэр ( метил, этил, пропил). Дараа нь хоосон зай, зураасгүй - үндсэн хэлхээний нэр. Гол гинжийг нүүрсустөрөгч гэж нэрлэдэг - метан гомологийн цувралын гишүүн ( метан, этан, пропан гэх мэт.).

Бүтцийн томъёог дээр дурдсан бодисуудын нэрс дараах байдалтай байна.

- бүтэц A: $2$ - метилпропан;

- Б бүтэц: 3 доллар - этилгексан;

- Б бүтэц: $2,2,4$ - триметилпентан;

- бүтэц Г: $2$ - метил$4$- этилгексан.

Алкануудын физик, химийн шинж чанарууд

физик шинж чанар.Метан гомологийн цувралын эхний дөрвөн төлөөлөгч нь хий юм. Тэдгээрийн хамгийн энгийн нь метан буюу өнгөгүй, амтгүй, үнэргүй хий (үнэрлэсний дараа 104 доллар гэж нэрлэх ёстой хийн үнэрийг меркаптануудын үнэрээр тодорхойлдог - ахуйн болон ахуйн хэрэглээнд хэрэглэдэг метанд тусгайлан нэмсэн хүхэр агуулсан нэгдлүүд. ойр орчмын хүмүүс гоожиж буй үнэрийг мэдрэхийн тулд үйлдвэрийн хийн хэрэгсэл).

$С_5Н_(12)$-аас $С_(15)Н_(32)$ хүртэлх найрлагатай нүүрсустөрөгчид шингэн; хүнд нүүрсустөрөгч нь хатуу бодис юм.

Нүүрстөрөгчийн гинжин хэлхээний урт нэмэгдэх тусам алкануудын буцлах болон хайлах цэгүүд аажмаар нэмэгддэг. Бүх нүүрсустөрөгч нь усанд муу уусдаг; шингэн нүүрсустөрөгч нь нийтлэг органик уусгагч юм.

Химийн шинж чанар.

1. орлуулах урвалууд.Алкануудын хамгийн онцлог нь чөлөөт радикалыг орлуулах урвал бөгөөд энэ үед устөрөгчийн атомыг галоген атом эсвэл зарим бүлгээр сольдог.

Хамгийн ердийн урвалын тэгшитгэлийг танилцуулъя.

Галогенжилт:

$CH_4+Cl_2→CH_3Cl+HCl$.

Галоген илүүдэлтэй тохиолдолд хлоржуулалт нь бүх устөрөгчийн атомыг хлороор бүрэн солих хүртэл явагдана.

$CH_3Cl+Cl_2→HCl+(CH_2Cl_2)↙(\text"дихлорметан(метилен хлорид)")$,

$CH_2Cl_2+Cl_2→HCl+(CHСl_3)↙(\text"трихлорометан(хлороформ)")$,

$CHCl_3+Cl_2→HCl+(CCl_4)↙(\text"тетрахлорметан(нүүрстөрөгчийн дөрвөн хлорид)")$.

Үүссэн бодисыг уусгагч, органик нийлэгжилтийн эхлэл болгон өргөнөөр ашигладаг.

2. Усгүйжүүлэх (устөрөгчийг устгах).Өндөр температурт ($400-600°C$) катализатор ($Pt, Ni, Al_2O_3, Cr_2O_3$) дээгүүр алканууд дамжин өнгөрөх үед устөрөгчийн молекул задарч, алкен үүснэ.

$CH_3—CH_3→CH_2=CH_2+H_2$

3. Нүүрстөрөгчийн гинжин хэлхээг устгах дагалддаг урвалууд.Бүх ханасан нүүрсустөрөгчид шатаж байнанүүрстөрөгчийн давхар исэл ба ус үүсэхтэй хамт. Тодорхой хувь хэмжээгээр агаартай холилдсон хийн нүүрсустөрөгч нь дэлбэрч болно. Ханасан нүүрсустөрөгчийн шаталт нь чөлөөт радикал экзотермик урвал бөгөөд энэ нь алканыг түлш болгон ашиглахад чухал ач холбогдолтой юм.

$CH_4+2O_2→CO_2+2H_2O+880 кЖ.$

Ерөнхийдөө алкануудын шаталтын урвалыг дараах байдлаар бичиж болно.

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

Нүүрс устөрөгчийн дулааны задрал:

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

Үйл явц нь чөлөөт радикал механизмын дагуу явагддаг. Температурын өсөлт нь нүүрстөрөгч-нүүрстөрөгчийн бондын гомолитик тасрах, чөлөөт радикалууд үүсэхэд хүргэдэг.

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

Эдгээр радикалууд нь бие биетэйгээ харилцан үйлчилж, устөрөгчийн атомыг сольж, алканы молекул ба алкены молекулыг үүсгэдэг.

$R—CH_2CH_2+CH_2—R→R—CH=CH_2+CH_3—R$.

Дулаан хуваах урвал нь үйлдвэрлэлийн процессын үндэс суурь болдог - нүүрсустөрөгчийн хагарал. Энэ процесс нь газрын тос боловсруулах хамгийн чухал үе шат юм.

Метаныг $1000°C$-ийн температурт халаахад метаны пиролиз эхэлдэг - энгийн бодисуудад задрах:

$CH_4(→)↖(1000°C)C+2H_2$

$1500°C$ температурт халаахад ацетилен үүсэх боломжтой.

$2CH_4(→)↖(1500°C)CH=CH+3H_2$

4. Изомержилт.Шугаман нүүрсустөрөгчийг изомержих катализатороор (хөнгөн цагаан хлорид) халаахад салаалсан нүүрстөрөгчийн араг ястай бодисууд үүсдэг.

5. Үнэртлэх.Катализаторын оролцоотойгоор гинжин хэлхээнд 6 ба түүнээс дээш нүүрстөрөгчийн атомтай алканууд циклжиж, бензол болон түүний деривативуудыг үүсгэдэг.

Алканууд чөлөөт радикал механизмын дагуу урвалд ордог шалтгаан юу вэ? Алкан молекул дахь бүх нүүрстөрөгчийн атомууд $sp^3$ эрлийзжих төлөвт байна. Эдгээр бодисын молекулууд нь ковалент туйлтгүй $C-C$ (нүүрстөрөгч-нүүрстөрөгч) бонд ба сул туйлт $C-H$ (нүүрстөрөгч-устөрөгч) холбоог ашиглан бүтээгдсэн. Тэд өндөр ба бага электрон нягтралтай, амархан туйлшрах холбоо бүхий хэсгүүдийг агуулдаггүй, i.e. Ийм холбоо, электрон нягтрал нь гадны хүчин зүйлийн нөлөөн дор шилжиж болно (ионуудын электростатик талбар). Иймээс алканууд цэнэглэгдсэн хэсгүүдтэй урвалд орохгүй, учир нь алкан молекул дахь холбоо нь гетеролитик механизмаар тасардаггүй.

Алкенууд

Ханаагүй нүүрсустөрөгчид молекул дахь нүүрстөрөгчийн атомуудын хооронд олон тооны холбоо агуулсан нүүрсустөрөгчид орно. Хязгааргүй алкен, алкадиен (полиен), алкин.Цикл дэх давхар холбоо агуулсан циклийн нүүрсустөрөгчид (циклоалкенууд), мөн цикл дэх цөөн тооны нүүрстөрөгчийн атом бүхий циклоалканууд (гурваас дөрвөн атом) мөн ханаагүй шинж чанартай байдаг. Ханаагүй байдлын шинж чанар нь эдгээр бодисууд нэмэлт урвалд орох, ялангуяа устөрөгч, ханасан эсвэл ханасан нүүрсустөрөгч - алкан үүсэх чадвартай холбоотой юм.

Алкенууд нь молекулд нэг бондоос гадна нүүрстөрөгчийн атомуудын хооронд нэг давхар холбоо агуулсан, $C_(n)H_(2n)$ ерөнхий томьёотой харгалзах ацикл нүүрсустөрөгч юм.

Түүний хоёр дахь нэр олефин- алкенуудыг ханаагүй тосны хүчлүүд (олеин, линол) -тай харьцуулж олж авсан бөгөөд тэдгээрийн үлдэгдэл нь шингэн өөхний нэг хэсэг болох тос (лат. олеум- тос).

Этиний гомолог цуврал

Салбараагүй алкенууд нь этилен (этилен) -ийн гомолог цувралыг бүрдүүлдэг.

$C_2H_4$ нь этилен, $C_3H_6$ нь пропен, $C_4H_8$ нь бутен, $C_5H_(10)$ нь пентен, $C_6H_(12)$ нь гексен гэх мэт.

Изомеризм ба нэршил

Алкенууд болон алкануудын хувьд бүтцийн изомеризм нь онцлог шинж чанартай байдаг. Бүтцийн изомерууд нь нүүрстөрөгчийн араг ясны бүтцээр бие биенээсээ ялгаатай байдаг. Бүтцийн изомероор тодорхойлогддог хамгийн энгийн алкен бол бутен юм.

Бүтцийн изомеризмын онцгой төрөл бол давхар бондын байрлалын изомеризм юм.

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

Нүүрстөрөгчийн атомыг бараг чөлөөтэй эргүүлэх нь нэг нүүрстөрөгч-нүүрстөрөгчийн бондын эргэн тойронд боломжтой байдаг тул алканы молекулууд олон янзын хэлбэртэй байж болно. Давхар бондын эргэн тойронд эргэлт хийх боломжгүй бөгөөд энэ нь алкенуудад өөр төрлийн изомеризм - геометрийн эсвэл цис-транс изомеризм үүсэхэд хүргэдэг.

cis-изомеруудаас ялгаатай транс-$π$-холбооны хавтгайтай харьцуулахад молекулын фрагментуудын (энэ тохиолдолд метилийн бүлгүүдийн) орон зайн байрлалаар изомерууд, улмаар шинж чанараараа.

Алкенууд нь циклоалканаас изомер (ангил хоорондын изомеризм), жишээлбэл:

IUPAC-ийн боловсруулсан алкены нэршил нь алкануудын нэршилтэй төстэй.

1. Үндсэн хэлхээний сонголт.

Нүүрс устөрөгчийн нэр үүсэх нь үндсэн гинжийг тодорхойлохоос эхэлдэг - молекул дахь нүүрстөрөгчийн атомын хамгийн урт гинж. Алкены хувьд үндсэн гинж нь давхар холбоо агуулсан байх ёстой.

2. Үндсэн хэлхээний атомын дугаарлалт.

Гол гинжин хэлхээний атомуудын дугаарлалт нь давхар бонд хамгийн ойрхон байгаа төгсгөлөөс эхэлдэг. Жишээлбэл, зөв холболтын нэр нь:

Хүлээгдэж буй шиг $2$-метилгексен-$4$ биш $5$-метилгексен-$2$.

Гинжин дэх атомуудын дугаарлалтын эхлэлийг давхар бондын байрлалаар тодорхойлох боломжгүй бол ханасан нүүрсустөрөгчийн нэгэн адил орлуулагчдын байрлалаар тодорхойлогдоно.

3. Нэр бүрдүүлэх.

Алкенуудын нэрс нь алкануудын нэртэй ижил аргаар үүсдэг. Нэрийн төгсгөлд давхар холбоо үүсэх нүүрстөрөгчийн атомын дугаарыг зааж, нэгдэл нь алкены ангилалд хамаарах дагаварыг бичнэ. -en.

Жишээлбэл:

Алкены физик, химийн шинж чанар

физик шинж чанар.Алкенуудын гомологийн цувралын эхний гурван төлөөлөгч нь хий юм; $C_5H_(10)$ - $C_(16)H_(32)$ найрлагатай бодисууд нь шингэн; өндөр алкенууд нь хатуу бодис юм.

Нэгдлүүдийн молекулын жин нэмэгдэх тусам буцалгах, хайлах цэгүүд байгалийн жамаар нэмэгддэг.

Химийн шинж чанар.

Нэмэлт урвалууд.Ханаагүй нүүрсустөрөгч - алкенуудын төлөөлөгчдийн өвөрмөц шинж чанар нь нэмэлт урвалд орох чадвар гэдгийг санаарай. Эдгээр урвалын ихэнх нь механизмаар явагддаг

1. алкенуудын устөрөгчжилт.Алкенууд нь устөрөгчийн катализатор, металлууд - цагаан алт, палладий, никель зэрэгт устөрөгч нэмэх чадвартай.

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

Энэ урвал нь атмосфер болон өндөр даралтанд явагддаг бөгөөд өндөр температур шаарддаггүй, учир нь экзотермик юм. Ижил катализатор дээр температур нэмэгдэхэд урвуу урвал болох усгүйжүүлэлт үүсч болно.

2. Галогенжилт (галоген нэмэх).Алкены бромын ус эсвэл органик уусгагч дахь бромын уусмал ($CCl_4$) харилцан үйлчлэлцэх нь алкенд галоген молекул нэмж, дигалоген алкан үүсэх үр дүнд эдгээр уусмалын өнгө хурдан өөрчлөгдөхөд хүргэдэг.

$CH_2=CH_2+Br_2→CH_2Br—CH_2Br$.

$CH_3-(CH)↙(пропен)=CH_2+HBr→CH_3-(CHBr)↙(2-бромопропен)-CH_3$

Энэ урвал нь хамаарна Марковниковын дүрэм:

Устөрөгчийн галогенийг алкенд нэмэхэд устөрөгч нь илүү устөрөгчжүүлсэн нүүрстөрөгчийн атомтай холбогддог, өөрөөр хэлбэл. илүү их устөрөгчийн атом байдаг атом, галоген - устөрөгч багатай атом.

Алкеныг чийгшүүлэх нь спирт үүсэхэд хүргэдэг. Жишээлбэл, этилэнд ус нэмэх нь этилийн спирт үйлдвэрлэх үйлдвэрлэлийн аргуудын нэг юм.

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

Анхдагч спирт (анхдагч нүүрстөрөгчид гидроксо бүлэгтэй) зөвхөн этилийг усжуулах үед үүсдэг гэдгийг анхаарна уу. Пропен эсвэл бусад алкенуудыг усжуулах үед хоёрдогч спиртүүд үүсдэг.

Энэ урвал нь Марковниковын дүрмийн дагуу явагддаг - устөрөгчийн катион нь илүү их устөрөгчжүүлсэн нүүрстөрөгчийн атомд, гидроксо бүлэг нь бага устөрөгчтэй нэгдэлтэй байдаг.

5. Полимержилт.Нэмэлтийн онцгой тохиолдол бол алкенуудын полимержих урвал юм.

$nCH_2(=)↙(этен)CH_2(→)↖(Хэт ягаан туяа,R)(...(-CH_2-CH_2-)↙(полиэтилен)...)_n$

Энэхүү нэмэлт урвал нь чөлөөт радикал механизмаар явагддаг.

6. Исэлдэлтийн урвал.

Аливаа органик нэгдлүүдийн нэгэн адил алкенууд хүчилтөрөгчөөр шатаж, $CO_2$ ба $H_2O$ үүсгэдэг.

$CH_2=CH_2+3O_2→2CO_2+2H_2O$.

Ерөнхийдөө:

$C_(n)H_(2n)+(3n)/(2)O_2→nCO_2+nH_2O$

Уусмал дахь исэлдэлтэнд тэсвэртэй алкануудаас ялгаатай нь алкенууд нь калийн перманганатын уусмалын нөлөөгөөр амархан исэлддэг. Төвийг сахисан эсвэл шүлтлэг уусмалд алкенууд нь диол (хоёр атомт спирт) болж исэлддэг бөгөөд исэлдэхээс өмнө давхар холбоо үүссэн атомуудад гидроксил бүлгүүд холбогддог.

Алкадиен (диен нүүрсустөрөгч)

Алкадиенүүд нь молекулд нэг холбооноос гадна нүүрстөрөгчийн атомуудын хоорондох хоёр давхар холбоо агуулсан ацикл нүүрсустөрөгч бөгөөд $C_(n)H_(2n-2)$ ерөнхий томьёотой тохирч байна.

Давхар бондын харилцан зохицуулалтаас хамааран гурван төрлийн диен байдаг.

- алкадиенүүдтэй хуримтлагдсандавхар бондын зохицуулалт:

- алкадиенүүдтэй хосолсондавхар бонд;

$CH_2=CH—CH=CH_2$;

- алкадиенүүдтэй тусгаарлагдсандавхар бонд

$CH_2=CH—CH_2—CH=CH_2$.

Бүх гурван төрлийн алкадиен нь бүтэц, шинж чанараараа бие биенээсээ эрс ялгаатай. Хуримтлагдсан холбоо бүхий алкадиен дэх төв нүүрстөрөгчийн атом (хоёр давхар холбоо үүсгэдэг атом) $sp$-гибридизацийн төлөвт байна. Энэ нь нэг шулуун дээр хэвтэж, эсрэг чиглэлд чиглэсэн хоёр $σ$-бонд, перпендикуляр хавтгайд байрлах хоёр $π$-бонд үүсгэдэг. Нүүрстөрөгчийн атом бүрийн эрлийзжээгүй p-орбиталуудаас болж $π$-бонд үүсдэг. Тусгаарлагдсан давхар холбоо бүхий алкадиенүүдийн шинж чанар нь маш өвөрмөц, учир нь нэгдмэл $π$-бондууд бие биедээ ихээхэн нөлөөлдөг.

Коньюгат $π$-бонд үүсгэдэг p-Орбиталууд нь бараг нэг системийг бүрдүүлдэг (үүнийг $π$-систем гэж нэрлэдэг), учир нь зэргэлдээх $π$ бондын p-орбиталууд хэсэгчлэн давхцдаг.

Изомеризм ба нэршил

Алкадиенүүд нь бүтцийн изомеризм ба цис- болон транс-изомеризмаар тодорхойлогддог.

Бүтцийн изомеризм.

— Нүүрстөрөгчийн араг ясны изомеризм:

— олон бондын байрлалын изомеризм:

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

cis-, trans-изомеризм (орон зайн ба геометрийн)

Жишээлбэл:

Алкадиенүүд нь алкин ба циклоалкенуудын ангиллын изомерийн нэгдлүүд юм.

Алкадиений нэрийг бүрдүүлэхдээ давхар бондын тоог зааж өгсөн болно. Гол хэлхээ нь заавал хоёр олон холбоос агуулсан байх ёстой.

Жишээлбэл:

Алкадиенүүдийн физик, химийн шинж чанарууд

физик шинж чанар.

Хэвийн нөхцөлд пропандиен-1,2, бутадиен-1,3 нь хий, 2-метилбутадиен-1,3 нь дэгдэмхий шингэн юм. Тусгаарлагдсан давхар холбоо бүхий алкадиенүүд (хамгийн энгийн нь пентадиен-1,4) шингэн юм. Өндөр диенүүд нь хатуу бодис юм.

Химийн шинж чанар.

Тусгаарлагдсан давхар холбоо бүхий алкадиенуудын химийн шинж чанар нь алкенийхээс бага зэрэг ялгаатай. Коньюгат бонд бүхий алкадиен нь зарим онцлог шинж чанартай байдаг.

1. Нэмэлт урвалууд.Алкадиен нь устөрөгч, галоген, галоген устөрөгчийг нэмэх чадвартай.

Холболттой алкадиенүүдийг нэмэх нэг онцлог шинж чанар нь молекулуудыг 1 ба 2-р байрлал, 1 ба 4-р байрлалд холбох чадвар юм.

Бүтээгдэхүүний харьцаа нь холбогдох урвалыг явуулах нөхцөл, аргаас хамаарна.

2.полимержих урвал.Диенүүдийн хамгийн чухал шинж чанар бол катион эсвэл чөлөөт радикалуудын нөлөөн дор полимержих чадвар юм. Эдгээр нэгдлүүдийн полимержилт нь синтетик каучукийн үндэс суурь болдог.

$nCH_2=(CH—CH=CH_2)↙(бутадиен-1,3)→((... —CH_2—CH=CH—CH_2— ...)_n)↙(\text"синтетик бутадиен резин")$ .

Коньюгат диенүүдийн полимержилт нь 1,4-нэмэлтээр явагдана.

Энэ тохиолдолд давхар бонд нь холбоосын төв болж хувирдаг бөгөөд анхан шатны холбоос нь эргээд хоёуланг нь авч болно. cis-, ба транс-тохиргоо.

Алкинууд

Алкинууд нь молекулд нэг холбооноос гадна нүүрстөрөгчийн атомуудын хооронд нэг гурвалсан холбоо агуулсан, $C_(n)H_(2n-2)$ ерөнхий томьёотой харгалзах ацикл нүүрсустөрөгч юм.

Этиний гомологийн цуврал

Салбараагүй алкинууд нь этилийн (ацетилен) гомологийн цувралыг бүрдүүлдэг.

$C_2H_2$ - этилен, $C_3H_4$ - пропин, $C_4H_6$ - бутин, $C_5H_8$ - пентин, $C_6H_(10)$ - гексин гэх мэт.

Изомеризм ба нэршил

Алкины хувьд, түүнчлэн алкенуудын хувьд бүтцийн изомеризм нь онцлог шинж чанартай байдаг: нүүрстөрөгчийн араг ясны изомеризм ба олон холболтын байрлалын изомеризм. Алкины ангиллын олон холбоосын бүтцийн изомероор тодорхойлогддог хамгийн энгийн алкин бол бутин юм.

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

Пентинээс эхлээд алкин дахь нүүрстөрөгчийн араг ясны изомеризм боломжтой.

Гурвалсан холбоо нь нүүрстөрөгчийн гинжин хэлхээний шугаман бүтцийг авч үздэг тул геометрийн ( cis-, trans-) алкины хувьд изомержих боломжгүй.

Энэ ангийн нүүрсустөрөгчийн молекулуудад гурвалсан холбоо байгаа нь дагавараар илэрхийлэгдэнэ -д, ба гинжин дэх түүний байрлал - нүүрстөрөгчийн атомын тоо.

Жишээлбэл:

Алкинууд нь бусад ангиллын изомерийн нэгдлүүд юм. Тиймээс гексин (алкин), гексадиен (алкадиен) ба циклогексен (циклоалкен) нь $С_6Н_(10)$ химийн томъёотой байна.

Алкины физик, химийн шинж чанар

физик шинж чанар.Алкин, түүнчлэн алкенуудын буцлах, хайлах цэгүүд нь нэгдлүүдийн молекулын жин нэмэгдэх тусам нэмэгддэг.

Алкинууд нь өвөрмөц үнэртэй байдаг. Тэд алкан, алкенуудаас илүү усанд уусдаг.

Химийн шинж чанар.

Нэмэлт урвалууд.Алкинууд нь ханаагүй нэгдлүүд бөгөөд нэмэлт урвалд ордог. Үндсэндээ эдгээр нь хариу үйлдэл юм. электрофил нэмэлт.

1. Галогенжилт (галоген молекулын нэмэлт).Алкин нь хоёр галоген молекулыг (хлор, бром) холбох чадвартай:

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

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

2. Гидрогалогенжилт (галоген устөрөгчийн нэмэлт).Электрофилийн механизмын дагуу явагддаг галоген устөрөгчийн нэмэлт урвал нь хоёр үе шаттайгаар явагддаг бөгөөд хоёр үе шатанд Марковниковын дүрэм биелдэг.

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

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

3. Чийгшүүлэх (ус нэмэх).Кетон ба альдегидийн үйлдвэрлэлийн нийлэгжилтэд ус нэмэх урвал (шингэнжилт) маш чухал байдаг. Кучеровын хариу үйлдэл:

4. алкины устөрөгчжилт.Металл катализатор ($Pt, Pd, Ni$) байлцуулан алкинууд устөрөгчийг нэмдэг.

$R-C≡C-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH=CH-R,$

$R-CH=CH-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH_2-CH_2-R$

Гурвалсан холбоо нь хоёр реактив $π$ бонд агуулдаг тул алканууд устөрөгчийг үе шаттайгаар нэмдэг.

1) тримеризаци.

Этинийг идэвхжүүлсэн нүүрсээр дамжих үед холимог бүтээгдэхүүн үүсдэг бөгөөд тэдгээрийн нэг нь бензол юм.

2) димеризаци.

Ацетиленийг тримержихээс гадна димеризаци хийх боломжтой. Нэг валент зэсийн давсны нөлөөн дор винилацетилен үүсдэг.

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

Энэ бодисыг хлоропрен үйлдвэрлэхэд ашигладаг.

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

полимержилт нь хлоропрен резинийг үүсгэдэг:

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

Алкины исэлдэлт.

Этин (ацетилен) нь маш их хэмжээний дулаан ялгаруулж хүчилтөрөгчөөр шатдаг.

$2C_2H_2+5O_2→4CO_2+2H_2O+2600kJ$ Энэхүү урвал нь окси-ацетилен бамбарын үйлчлэлд суурилдаг бөгөөд дөл нь маш өндөр температуртай ($3000°C$-аас дээш) бөгөөд үүнийг ашиглах боломжтой болгодог. металл зүсэх, гагнах зориулалттай.

Агаарт ацетилен нь утаатай дөлөөр шатдаг, учир нь. түүний молекул дахь нүүрстөрөгчийн агууламж этан ба этилийн молекулуудаас өндөр байдаг.

Алкинууд нь алкен шиг калийн перманганатын хүчиллэгжүүлсэн уусмалыг өнгөгүй болгодог; энэ тохиолдолд олон тооны холбоо сүйрэх болно.

Органик хими дэх ион (В.В. Марковниковын дүрэм) ба радикал урвалын механизм

Органик химийн урвалын төрлүүд

Органик бодисын урвалыг албан ёсоор дөрвөн үндсэн төрөлд хувааж болно: орлуулах, нэмэх, арилгах (арилгах) ба дахин зохион байгуулалт (изомержих). Мэдээжийн хэрэг, органик нэгдлүүдийн бүх төрлийн урвалыг санал болгож буй ангилалд (жишээлбэл, шаталтын урвал) бууруулах боломжгүй юм. Гэсэн хэдий ч ийм ангилал нь органик бус химийн хичээлээс танд аль хэдийн танил болсон органик бус бодисуудын хооронд тохиолддог урвалын аналогийг бий болгоход тусална.

Дүрмээр бол урвалд оролцдог үндсэн органик нэгдлүүдийг субстрат гэж нэрлэдэг бөгөөд урвалын бусад бүрэлдэхүүн хэсгийг нөхцөлт урвалж гэж үздэг.

Орлуулах урвалууд

Анхны молекул (субстрат) дахь нэг атом эсвэл бүлэг атомыг бусад атом эсвэл бүлэг атомуудаар солих урвалыг орлуулах урвал гэнэ.

Орлуулах урвал нь алкан, циклоалкан эсвэл арен зэрэг ханасан, үнэрт нэгдлүүдийг агуулдаг.

Ийм хариу үйлдэл үзүүлэх жишээг өгье.

Гэрлийн нөлөөн дор метан молекул дахь устөрөгчийн атомыг галоген атомууд, жишээлбэл, хлорын атомуудаар сольж болно.

$CH_4+Cl_2→CH_3Cl+HCl$

Устөрөгчийг галогенээр солих өөр нэг жишээ бол бензолыг бромбензол болгон хувиргах явдал юм.

Энэ урвалын тэгшитгэлийг өөрөөр бичиж болно.

Энэ бичгийн хэлбэрээр урвалж, катализатор, урвалын нөхцлийг сумны дээр, органик бус урвалын бүтээгдэхүүнийг доор бичнэ.

Нэмэлт урвалууд

Хоёр ба түүнээс дээш урвалжийн молекулууд нэг болж нийлдэг урвалыг нэмэлт урвал гэж нэрлэдэг.

Алкен эсвэл алкин зэрэг ханаагүй нэгдлүүд нэмэлт урвалд ордог.

Аль молекул нь урвалж болж байгаагаас хамааран устөрөгчжүүлэх (эсвэл багасгах), галогенжих, гидрогалогенжүүлэх, усжуулах болон бусад нэмэлт урвалуудыг ялгадаг. Тэд тус бүр нь тодорхой нөхцлийг шаарддаг.

1. устөрөгчжүүлэх- олон тооны холбоонд устөрөгчийн молекул нэмэх урвал:

$CH_3(-CH=)↙(\текст"пропен")CH_2+H_2(→)↖(Pt)CH_3(-CH_2-)↙(\текст"пропан")-CH_3$

2.Гидрогалогенжилт- галоген устөрөгч нэмэх урвал (гидрохлоржуулах):

$(CH_2=)↙(\текст"этен")CH_2+HCl→CH_3(-CH_2-)↙(\текст"хлорэтан")-Cl$

3.Галогенжилт- галоген нэмэх урвал:

$(CH_2=)↙(\текст"этен")CH_2+Cl_2→(CH_2Cl-CH_2Cl)↙(\текст"1.2-дихлорэтан")$

4. Полимержилт- жижиг молекул жинтэй бодисын молекулууд хоорондоо нийлж маш өндөр молекул жинтэй бодисын молекулуудыг үүсгэдэг тусгай төрлийн нэмэлт урвалууд - макромолекулууд.

Полимержих урвал гэдэг нь бага молекул жинтэй бодисын олон молекулыг (мономер) полимерийн том молекул (макромолекул) болгон нэгтгэх үйл явц юм.

Полимержих урвалын жишээ бол хэт ягаан туяаны нөлөөн дор этилен (этен) -ээс полиэтилен гаргаж авах ба радикал полимержилтийг үүсгэгч $R:$ юм.

$(nCH_2=)↙(\text"этен")CH_2(→)↖(\text"Хэт ягаан туяа,R")((...-CH_2-CH_2-...)_n)↙(\text" полиэтилен ")$

Органик нэгдлүүдийн хамгийн онцлог шинж чанартай ковалент холбоо нь атомын орбиталууд давхцаж, нийтлэг электрон хос үүсэх үед үүсдэг. Үүний үр дүнд хоёр атомын нийтлэг тойрог зам үүсч, дээр нь нийтлэг электрон хос байрладаг. Бонд тасарсан үед эдгээр нийтлэг электронуудын хувь заяа өөр байж болно.

Органик химийн реактив хэсгүүдийн төрөл

Нэг атомд хамаарах хосгүй электронтой тойрог зам нь хосгүй электрон агуулсан өөр атомын орбиталтай давхцаж болно. Үүний үр дүнд ковалент холбоо үүсдэг солилцооны механизм:

$H + H→H:H,$ эсвэл $H-H$

солилцооны механизмХэрэв өөр өөр атомд хамаарах хосгүй электронуудаас нийтлэг электрон хос үүссэн бол ковалент холбоо үүсэх болно.

Солилцооны механизмаар ковалент холбоо үүсэхийн эсрэг үйл явц нь атом бүрт нэг электрон очдог холбоо тасрах явдал юм. Үүний үр дүнд хосгүй электронтой цэнэггүй хоёр бөөмс үүсдэг.

Ийм бөөмсийг нэрлэдэг чөлөөт радикалууд.

чөлөөт радикалууд- хосгүй электронтой атомууд эсвэл бүлэг атомууд.

Чөлөөт радикалуудын нөлөөн дор болон тэдгээрийн оролцоотойгоор явагдах урвалыг чөлөөт радикал урвал гэж нэрлэдэг.

Органик бус химийн явцад эдгээр нь устөрөгчийн хүчилтөрөгч, галогентэй харилцан үйлчлэх урвал, шаталтын урвал юм. Энэ төрлийн урвал нь өндөр хурдтай, их хэмжээний дулаан ялгаруулдаг болохыг анхаарна уу.

Мөн донор-хүлээн авагч механизмаар ковалент холбоо үүсч болно. Хуваалцаагүй электрон хос байрладаг атомын (эсвэл анионы) нэг орбитал нь дүүргэгдээгүй орбиталтай өөр атомын (эсвэл катион) дүүргэгдээгүй орбиталаар давхцаж, жишээлбэл, ковалент холбоо үүсдэг. :

$H^(+)+(:O-H^(-))↙(\text"хүлээн авагч")→(H-O-H)↙(\text"хандивлагч")$

Ковалентын холбоо тасрах нь эерэг ба сөрөг цэнэгтэй бөөмс үүсэхэд хүргэдэг; Энэ тохиолдолд нийтлэг электрон хосын электрон хоёулаа атомуудын аль нэгэнд үлддэг тул хоёр дахь атом нь дүүргэгдээгүй орбитальтай байна:

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

Хүчлийн электролитийн диссоциацийг авч үзье.

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

Хуваалцаагүй электрон хос $R:^(-)$, өөрөөр хэлбэл сөрөг цэнэгтэй ионтой бөөмс эерэг цэнэгтэй атомууд эсвэл ядаж хэсэгчилсэн эсвэл үр дүнтэй эерэг цэнэгтэй атомуудад татагдана гэдгийг амархан тааж болно. Хуваалцаагүй электрон хостой бөөмсийг нэрлэдэг нуклеофиль бодисууд (цөм- цөм, атомын эерэг цэнэгтэй хэсэг), өөрөөр хэлбэл цөмийн "найзууд", эерэг цэнэг.

Нуклеофилууд ($Nu$)- үр дүнтэй эерэг цэнэг төвлөрсөн молекулын хэсгүүдтэй харилцан үйлчилдэг ганц хос электронтой анионууд эсвэл молекулууд.

Нуклеофилийн жишээ: $Cl^(-)$ (хлоридын ион), $OH^(-)$ (гидроксидын анион), $CH_3O^(-)$ (метоксидын анион), $CH_3COO^(-)$ (ацетатын анион). ).

Бөглөөгүй тойрог замтай бөөмс нь эсрэгээрээ түүнийг дүүргэх хандлагатай байдаг тул электроны нягтрал ихэссэн, сөрөг цэнэгтэй, хуваагдаагүй электрон хостой молекулуудын хэсгүүдэд татагдах болно. Эдгээр нь электрофил, электроны "найзууд", сөрөг цэнэг эсвэл электрон нягтрал ихэссэн бөөмс юм.

электрофилууд- дүүргэгдээгүй электрон тойрог замтай катионууд эсвэл молекулууд үүнийг электроноор дүүргэх хандлагатай байдаг, учир нь энэ нь атомын илүү таатай электрон тохиргоонд хүргэдэг.

Электрофилийн жишээ: $NO_2$ (нитро бүлэг), -$COOH$ (карбоксил), -$CN$ (нитрил бүлэг), -$COH$ (альдегидийн бүлэг).

Хоосон тойрог замтай бөөм бүр электрофил биш юм. Жишээлбэл, шүлтлэг металлын катионууд нь инертийн хийн бүтэцтэй бөгөөд электрон авах хандлагатай байдаггүй, учир нь тэдгээр нь электроны хамаарал багатай байдаг. Эндээс бид дүүргэгдээгүй тойрог зам байгаа хэдий ч ийм бөөмс нь электрофил биш болно гэж дүгнэж болно.

Урвалын үндсэн механизмууд

Бид урвалд ордог бөөмсийн гурван үндсэн төрлийг тодорхойлсон - чөлөөт радикалууд, электрофилууд, нуклеофилууд ба тэдгээрт харгалзах гурван төрлийн урвалын механизм.

- чөлөөт радикал;

- электрофил;

- нуклеофиль.

Органик хими нь урвалд орж буй хэсгүүдийн төрлөөр урвалыг ангилахаас гадна молекулуудын найрлагыг өөрчлөх зарчмын дагуу дөрвөн төрлийн урвалыг ялгадаг: нэмэлт, орлуулах, устгах, устгах (лат. арилгах- устгах, хуваах) болон дахин зохион байгуулах. Нэмэлт ба орлуулалт нь бүх гурван төрлийн реактив зүйлийн нөлөөн дор тохиолдож болох тул хэд хэдэн үндсэн урвалын механизмыг ялгаж салгаж болно.

1.Чөлөөт радикалыг орлуулах:

$(CH_4)↙(\текст"метан")+Br_2(→)↖(\текст"Хэт ягаан туяа")(CH_3Br)↙(\текст"бромометан")+HBr$

2. Чөлөөт радикал нэмэлт:

$nCH_2=CH_2(→)↖(\text"Хэт ягаан туяа,R")(...-CH_2-CH_2-...)_n$

3. Электрофилийн орлуулалт:

4. Электрофиль холболт:

$CH_3-(CH=)↙(\текст"пропен")CH_2+HBr(→)↖(\текст"уусмал")(CH_3-CHBr-CH_3)↙(\текст"2-бромопропан")$

$CH_3(-C≡)↙(\текст"пропин")CH+Cl_2(→)↖(\текст"уусмал")(CH_3-CCl=CHCl)↙(\текст"1,2-дихлоропропен")$

5. Нуклеофилийн нэмэлт:

Нэмж дурдахад бид нуклеофилийн тоосонцор - суурийн нөлөөн дор явагддаг задрал эсвэл арилгах урвалыг авч үзэх болно.

6. Устгах:

$CH_3-CHBr-CH_3+NaOH(→)↖(\текст"архины уусмал")CH_3-CH=CH_2+NaBr+H_2O$

В.В.Марковниковын дүрэм

Алкенуудын (ханаагүй нүүрсустөрөгч) өвөрмөц шинж чанар нь нэмэлт урвалд орох чадвар юм. Эдгээр урвалын ихэнх нь механизмаар явагддаг электрофил нэмэлт.

Гидрогалогенжилт (галоген устөрөгчийн нэмэлт):

$CH_3(-CH-)↙(\текст"пропен")CH_2+HBr→CH_3(-CHBr-CH_3)↙(\текст"2-бромопропан")$

Энэ урвал нь хамаарна В.В.Марковниковын дүрэм:Устөрөгчийн галидыг алкенд нэмэхэд устөрөгчийг илүү устөрөгчжүүлсэн нүүрстөрөгчийн атомд нэмнэ, өөрөөр хэлбэл. илүү их устөрөгчийн атом байдаг атом, галоген - устөрөгч багатай атом.

Молекулууд дахь атомууд нь нэг холбоогоор холбогдсон бөгөөд C n H 2 n +2 ерөнхий томьёотой тохирдог нүүрсустөрөгчид.
Алканы молекулуудад бүх нүүрстөрөгчийн атомууд sp 3 эрлийзжих төлөвт байдаг. Энэ нь нүүрстөрөгчийн атомын бүх дөрвөн эрлийз тойрог зам нь хэлбэр, энергийн хувьд ижил бөгөөд тэгш талт гурвалжин пирамид - тетраэдр рүү чиглэсэн байдаг гэсэн үг юм. Орбиталуудын хоорондох өнцөг нь 109 ° 28' байна.

Нэг нүүрстөрөгч-нүүрстөрөгчийн бондын эргэн тойронд бараг чөлөөтэй эргэлт хийх боломжтой бөгөөд алкан молекулууд нь тетраэдр (109 ° 28 ′), жишээлбэл, молекул дахь нүүрстөрөгчийн атомын өнцөгтэй олон янзын хэлбэртэй байж болно. n- пентан.

Ялангуяа алканы молекул дахь холбоог эргэн санах нь зүйтэй. Ханасан нүүрсустөрөгчийн молекул дахь бүх холбоо нь нэг юм. Тэнхлэгийн дагуу давхцал үүсдэг,
атомын цөмүүдийг холбодог, өөрөөр хэлбэл эдгээр нь σ-бонд юм. Нүүрстөрөгч-нүүрстөрөгчийн холбоо нь туйлшралгүй, туйлшрах чадвар муутай байдаг. Алкан дахь C-C бондын урт нь 0.154 нм (1.54 10 - 10 м). C-H бонд нь арай богино байдаг. Электрон нягт нь илүү электрон сөрөг нүүрстөрөгчийн атом руу бага зэрэг шилждэг, өөрөөр хэлбэл C-H холбоо нь сул туйлтай байдаг.

Ханасан нүүрсустөрөгчийн молекулуудад туйлын холбоо байхгүй байгаа нь тэдгээр нь усанд муу уусдаг бөгөөд цэнэглэгдсэн тоосонцортой (ионуудтай) харилцан үйлчлэлцдэггүй болоход хүргэдэг. Алкануудын хамгийн онцлог нь чөлөөт радикалуудын оролцоотой урвал юм.

Метаны гомолог цуврал

гомологууд- бүтэц, шинж чанараараа ижил төстэй, нэг буюу хэд хэдэн CH 2 бүлгээр ялгаатай бодисууд.

Изомеризм ба нэршил

Алканууд нь бүтцийн изомеризм гэж нэрлэгддэг онцлог шинж чанартай байдаг. Бүтцийн изомерууд нь нүүрстөрөгчийн араг ясны бүтцээр бие биенээсээ ялгаатай байдаг. Бүтцийн изомероор тодорхойлогддог хамгийн энгийн алкан бол бутан юм.

Нэршлийн үндэс

1. Үндсэн хэлхээг сонгох.Нүүрс устөрөгчийн нэр үүсэх нь үндсэн гинжийг тодорхойлохоос эхэлдэг - молекул дахь нүүрстөрөгчийн атомын хамгийн урт гинж нь түүний үндэс болсон юм.
2. Үндсэн хэлхээний атомуудын дугаарлалт.Үндсэн гинжин хэлхээний атомуудад дугаар өгөгдсөн. Үндсэн гинжин хэлхээний атомуудын дугаарлалт нь орлуулагчтай хамгийн ойрхон төгсгөлөөс эхэлдэг (А, В бүтэц). Хэрэв орлуулагчид гинжин хэлхээний төгсгөлөөс ижил зайд байгаа бол дугаарлалт нь тэдгээрийн олон байгаа төгсгөлөөс эхэлнэ (Б бүтэц). Хэрэв өөр өөр орлуулагчид гинжин хэлхээний төгсгөлөөс ижил зайд байрладаг бол дугаарлалт нь хуучин нь ойрхон байгаа төгсгөлөөс эхэлнэ (бүтэц D). Нүүрс устөрөгчийн орлуулагчдын насыг цагаан толгойн үсгийн нэрээр эхэлсэн үсгийн дарааллаар тодорхойлно: метил (-CH 3), дараа нь этил (-CH 2 -CH 3), пропил (-CH 2 -CH 2). -CH 3) гэх мэт.
Орлуулагчийн нэр нь -an дагаварыг - дагавраар солих замаар үүсдэг болохыг анхаарна уу. лагхаргалзах алканы нэрээр.
3. Нэр бүрдүүлэх. Нэрийн эхэнд тоонуудыг зааж өгсөн болно - орлуулагчид байрладаг нүүрстөрөгчийн атомын тоо. Хэрэв өгөгдсөн атом дээр хэд хэдэн орлуулагч байгаа бол нэр дээрх харгалзах тоог хоёр удаа таслалаар (2,2-) тусгаарлана. Тооны дараа зураас нь орлуулагчдын тоог заана ( ди- хоёр, гурав- гурав, тетра- дөрөв, пента- тав) ба орлуулагчийн нэр (метил, этил, пропил). Дараа нь хоосон зай, зураасгүй - үндсэн хэлхээний нэр. Гол гинжийг нүүрсустөрөгч гэж нэрлэдэг - метан гомологийн цувралын гишүүн ( метан CH 4, этан C 2 H 6, пропан C 3 H 8, C 4 H 10, пентан C 5 H 12, гексан C 6 H 14, гептан C 7 H 16, октан C 8 H 18, үгүй C 9 H 20, декан C 10 H 22).

Алкануудын физик шинж чанар

Метан гомологийн цувралын эхний дөрвөн төлөөлөгч нь хий юм. Тэдгээрийн хамгийн энгийн нь метан - өнгөгүй, амтгүй, үнэргүй хий ("хийн" үнэрийг мэдэрсний дараа та 04 гэж нэрлэх хэрэгтэй. Меркаптануудын үнэрээр тодорхойлогддог - метанд тусгайлан нэмсэн хүхэр агуулсан нэгдлүүд. гэр ахуйн болон үйлдвэрлэлийн хийн хэрэгсэл, ингэснээр ойролцоох хүмүүс гоожиж буй үнэрийг мэдрэх болно).
C 4 H 12-аас C 15 H 32 хүртэлх найрлагатай нүүрсустөрөгчид - шингэн; хүнд нүүрсустөрөгч нь хатуу бодис юм. Нүүрстөрөгчийн гинжин хэлхээний урт нэмэгдэх тусам алкануудын буцлах болон хайлах цэгүүд аажмаар нэмэгддэг. Бүх нүүрсустөрөгч нь усанд муу уусдаг; шингэн нүүрсустөрөгч нь нийтлэг органик уусгагч юм.

Алкануудын химийн шинж чанар

орлуулах урвалууд.
Алкануудын хамгийн онцлог нь чөлөөт радикалыг орлуулах урвал бөгөөд энэ үед устөрөгчийн атомыг галоген атом эсвэл зарим бүлгээр сольдог. Онцлог урвалын тэгшитгэлийг танилцуулъя галогенжилт:

Галоген илүүдэлтэй тохиолдолд хлоржуулалт нь бүх устөрөгчийн атомыг хлороор бүрэн солих хүртэл явагдана.

Үүссэн бодисыг уусгагч, органик нийлэгжилтийн эхлэл болгон өргөнөөр ашигладаг.
Усгүйжүүлэх урвал(устөрөгчийн хуваагдал).
Өндөр температурт (400-600 ° C) катализатор (Pt, Ni, Al 2 0 3, Cr 2 0 3) дээгүүр алканууд дамжин өнгөрөх үед устөрөгчийн молекул задарч, алкен үүсдэг.

Нүүрстөрөгчийн гинжийг устгах дагалддаг урвалууд.
Бүх ханасан нүүрсустөрөгч нь нүүрстөрөгчийн давхар исэл, ус үүсэх замаар шатдаг. Тодорхой хувь хэмжээгээр агаартай холилдсон хийн нүүрсустөрөгч нь дэлбэрч болно.
1. Ханасан нүүрсустөрөгчийн шаталтчөлөөт радикал экзотермик урвал бөгөөд энэ нь алканыг түлш болгон ашиглахад маш чухал юм.

Ерөнхийдөө алкануудын шаталтын урвалыг дараах байдлаар бичиж болно.

2. Нүүрс устөрөгчийн дулааны хуваагдал.

3. Пиролиз. Метаныг 1000 хэм хүртэл халаахад метаны пиролиз эхэлдэг - энгийн бодис болгон задалдаг.

1500 хэм хүртэл халаахад ацетилен үүсэх боломжтой.

4. Изомержилт. Шугаман нүүрсустөрөгчийг изомержих катализатороор (хөнгөн цагаан хлорид) халаахад салаалсан нүүрстөрөгчийн араг ястай бодисууд үүсдэг.

5. Үнэртлэх. Катализаторын оролцоотойгоор гинжин хэлхээнд 6 ба түүнээс дээш нүүрстөрөгчийн атомтай алканууд циклжиж, бензол болон түүний деривативуудыг үүсгэдэг.

Алканууд нь чөлөөт радикал механизмын дагуу явагддаг урвалд ордог, учир нь алканы молекул дахь бүх нүүрстөрөгчийн атомууд sp 3 эрлийзжих төлөвт байдаг. Эдгээр бодисын молекулууд нь ковалент туйлшралгүй C-C (нүүрстөрөгч - нүүрстөрөгч) бонд ба сул туйлт C-H (нүүрстөрөгч - устөрөгч) холбоог ашиглан бүтээгдсэн. Тэдгээр нь электрон нягтрал ихтэй, бага, амархан туйлшрах боломжтой, өөрөөр хэлбэл гадны хүчин зүйлийн нөлөөн дор электрон нягтрал (ионуудын электростатик талбар) шилжиж болох ийм бондууд байдаггүй. Иймээс алканууд нь цэнэглэгдсэн хэсгүүдтэй урвалд орохгүй, учир нь алканы молекул дахь холбоо нь гетеролитик механизмаар таслагдахгүй.