ตารางปฏิกิริยาของไฮโดรคาร์บอน. คุณสมบัติทางเคมีเฉพาะของไฮโดรคาร์บอน กลไกการเกิดปฏิกิริยา โครงสร้างและสมบัติของไฮโดรคาร์บอน
คุณสมบัติทางเคมีของอัลเคน
อัลเคน (พาราฟิน) เป็นไฮโดรคาร์บอนที่ไม่ใช่วัฏจักรซึ่งอะตอมของคาร์บอนทั้งหมดเชื่อมต่อกันด้วยพันธะเดี่ยวเท่านั้น กล่าวอีกนัยหนึ่งคือไม่มีพันธะคู่หรือพันธะสามในโมเลกุลของแอลเคน อันที่จริงแล้ว แอลเคนเป็นไฮโดรคาร์บอนที่มีจำนวนอะตอมไฮโดรเจนมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ดังนั้นจึงเรียกว่าสารจำกัด (อิ่มตัว)
เนื่องจากความอิ่มตัว แอลเคนจึงไม่สามารถเข้าสู่ปฏิกิริยาเพิ่มเติมได้
เนื่องจากอะตอมของคาร์บอนและไฮโดรเจนมีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีที่ค่อนข้างใกล้เคียงกัน สิ่งนี้จึงนำไปสู่ความจริงที่ว่าพันธะ CH ในโมเลกุลของพวกมันมีขั้วต่ำมาก ในเรื่องนี้ สำหรับอัลเคน ปฏิกิริยาที่ดำเนินการตามกลไกของการแทนที่ที่รุนแรงซึ่งแสดงด้วยสัญลักษณ์ S R นั้นมีลักษณะเฉพาะมากกว่า
1. ปฏิกิริยาการแทนที่
ในปฏิกิริยาประเภทนี้ พันธะคาร์บอน-ไฮโดรเจนจะแตกออก
RH + XY → RX + HY
ฮาโลเจน
อัลเคนทำปฏิกิริยากับฮาโลเจน (คลอรีนและโบรมีน) ภายใต้การกระทำของแสงอัลตราไวโอเลตหรือด้วยความร้อนสูง ในกรณีนี้จะเกิดส่วนผสมของอนุพันธ์ของฮาโลเจนที่มีระดับการแทนที่ของอะตอมไฮโดรเจนต่างกัน - โมโน-, ได-ไตร- เป็นต้น แอลเคนที่ถูกแทนที่ด้วยฮาโลเจน
ในตัวอย่างของมีเทน ดูเหมือนว่า:
โดยการเปลี่ยนอัตราส่วนของฮาโลเจน/มีเทนในส่วนผสมของปฏิกิริยา ทำให้มั่นใจได้ว่าอนุพันธ์ของฮาโลเจนมีเทนที่จำเพาะเจาะจงใดๆ มีอิทธิพลเหนือกว่าในองค์ประกอบของผลิตภัณฑ์
กลไกการเกิดปฏิกิริยา
ให้เราวิเคราะห์กลไกของปฏิกิริยาการแทนที่อนุมูลอิสระโดยใช้ตัวอย่างปฏิกิริยาของมีเทนและคลอรีน ประกอบด้วยสามขั้นตอน:
- การเริ่มต้น (หรือการเริ่มต้นของห่วงโซ่) - กระบวนการสร้างอนุมูลอิสระภายใต้การกระทำของพลังงานจากภายนอก - การฉายรังสีด้วยแสง UV หรือความร้อน ในขั้นตอนนี้ โมเลกุลของคลอรีนจะผ่านการแตกตัวแบบโฮโมไลติกของพันธะ Cl-Cl ด้วยการก่อตัวของอนุมูลอิสระ:
อนุมูลอิสระดังที่เห็นได้จากรูปด้านบนเรียกว่าอะตอมหรือกลุ่มของอะตอมที่มีอิเล็กตรอนคู่เดียวหรือมากกว่า (Cl, H, CH 3 , CH 2, ฯลฯ );
2. การพัฒนาห่วงโซ่
ขั้นตอนนี้ประกอบด้วยปฏิสัมพันธ์ของอนุมูลอิสระที่ใช้งานกับโมเลกุลที่ไม่ใช้งาน ในกรณีนี้ อนุมูลใหม่จะเกิดขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่ออนุมูลของคลอรีนกระทำต่อโมเลกุลของอัลเคน จะเกิดอนุมูลของอัลคิลและไฮโดรเจนคลอไรด์ขึ้น ในทางกลับกัน อัลคิลแรดิคัลที่ชนกับโมเลกุลของคลอรีน ก่อตัวเป็นอนุพันธ์ของคลอรีนและคลอรีนแรดิคัลตัวใหม่:
3) ทำลาย (ตาย) ของโซ่:
เกิดขึ้นจากการรวมตัวของอนุมูลสองอนุมูลเข้าด้วยกันเป็นโมเลกุลที่ไม่ใช้งาน:
2. ปฏิกิริยาออกซิเดชั่น
ภายใต้สภาวะปกติ แอลเคนจะเฉื่อยเมื่อเทียบกับตัวออกซิไดซ์ที่แรง เช่น กรดซัลฟิวริกและกรดไนตริกเข้มข้น เปอร์แมงกาเนต และโพแทสเซียมไดโครเมต (KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7)
การเผาไหม้ในออกซิเจน
A) การเผาไหม้ที่สมบูรณ์ด้วยออกซิเจนส่วนเกิน นำไปสู่การก่อตัวของคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ:
CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O
B) การเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์โดยขาดออกซิเจน:
2CH 4 + 3O 2 \u003d 2CO + 4H 2 O
CH 4 + O 2 \u003d C + 2H 2 O
การเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันกับออกซิเจน
อันเป็นผลมาจากการให้ความร้อนกับอัลเคนด้วยออกซิเจน (~ 200 o C) ต่อหน้าตัวเร่งปฏิกิริยา จึงสามารถรับผลิตภัณฑ์อินทรีย์ได้หลากหลาย: อัลดีไฮด์ คีโตน แอลกอฮอล์ กรดคาร์บอกซิลิก
ตัวอย่างเช่น มีเทน ขึ้นอยู่กับลักษณะของตัวเร่งปฏิกิริยา สามารถออกซิไดซ์เป็นเมทิลแอลกอฮอล์ ฟอร์มัลดีไฮด์ หรือกรดฟอร์มิก:
3. การเปลี่ยนแปลงทางความร้อนของอัลเคน
แคร็ก
การแคร็ก (มาจากภาษาอังกฤษว่า แคร็ก - ฉีก) เป็นกระบวนการทางเคมีที่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงอันเป็นผลมาจากการที่โครงคาร์บอนของโมเลกุลอัลเคนแตกตัวด้วยการก่อตัวของอัลคีนและโมเลกุลของอัลเคนที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำกว่าเมื่อเทียบกับอัลเคนดั้งเดิม ตัวอย่างเช่น:
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
การแตกร้าวอาจเป็นความร้อนหรือตัวเร่งปฏิกิริยา สำหรับการใช้งานการแคร็กด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา เนื่องจากการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา จะใช้อุณหภูมิที่ต่ำกว่าอย่างมากเมื่อเทียบกับการแคร็กด้วยความร้อน
ดีไฮโดรจีเนชัน
การกำจัดไฮโดรเจนเกิดขึ้นจากการทำลายพันธะ C-H ดำเนินการในที่ที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูง การแยกก๊าซมีเทนทำให้เกิดอะเซทิลีน:
2CH 4 → ค 2 H 2 + 3H 2
มีเทนที่ให้ความร้อนถึง 1200 ° C นำไปสู่การสลายตัวเป็นสารง่ายๆ:
CH 4 → C + 2H 2
การดีไฮโดรจิเนชันของแอลเคนอื่นทำให้แอลคีน:
C 2 H 6 → C 2 H 4 + H 2
เมื่อขจัดน้ำออก น- บิวเทน, บิวทีน-1 และบิวทีน-2 เกิดขึ้น (อันหลังในรูปแบบ ซิส-และ ความมึนงง-ไอโซเมอร์):
Dehydrocyclization
ไอโซเมอไรเซชัน
คุณสมบัติทางเคมีของไซโคลแอลเคน
คุณสมบัติทางเคมีของไซโคลแอลเคนที่มีอะตอมของคาร์บอนมากกว่าสี่อะตอมในวัฏจักรโดยทั่วไปเกือบจะเหมือนกันกับของอัลเคน สำหรับไซโคลโพรเพนและไซโคลบิวเทน ปฏิกิริยาการเติมมีลักษณะที่แปลกพอสมควร นี่เป็นเพราะความตึงเครียดสูงภายในวัฏจักรซึ่งนำไปสู่ความจริงที่ว่าวัฏจักรเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะแตกสลาย ดังนั้นไซโคลโพรเพนและไซโคลบิวเทนจึงเติมโบรมีน ไฮโดรเจน หรือไฮโดรเจนคลอไรด์ได้อย่างง่ายดาย:
คุณสมบัติทางเคมีของอัลคีน
1. ปฏิกิริยาการบวก
เนื่องจากพันธะคู่ในโมเลกุลของอัลคีนประกอบด้วยพันธะซิกม่าที่แข็งแรง 1 พันธะและพันธะ pi ที่อ่อนแอ พวกมันจึงเป็นสารประกอบที่ค่อนข้างว่องไวซึ่งเข้าสู่ปฏิกิริยาการบวกได้ง่าย อัลคีนมักจะเข้าสู่ปฏิกิริยาดังกล่าวแม้ในสภาวะที่ไม่รุนแรง - ในความเย็น ในสารละลายที่เป็นน้ำและตัวทำละลายอินทรีย์
การเติมไฮโดรเจนของอัลคีน
Alkenes สามารถเติมไฮโดรเจนในที่ที่มีตัวเร่งปฏิกิริยา (แพลทินัม, แพลเลเดียม, นิกเกิล):
CH 3 -CH \u003d CH 2 + H 2 → CH 3 -CH 2 -CH 3
การเติมไฮโดรเจนของอัลคีนเกิดขึ้นได้ง่ายแม้ในความดันปกติและความร้อนเล็กน้อย ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจคือสามารถใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเดียวกันนี้ในการดีไฮโดรจีเนชันของอัลเคนเป็นอัลคีนได้ เฉพาะกระบวนการดีไฮโดรจีเนชันเท่านั้นที่จะดำเนินการที่อุณหภูมิสูงขึ้นและความดันต่ำลง
ฮาโลเจน
อัลคีนทำปฏิกิริยากับโบรมีนได้ง่ายทั้งในสารละลายที่เป็นน้ำและในตัวทำละลายอินทรีย์ อันเป็นผลมาจากการโต้ตอบสารละลายสีเหลืองของโบรมีนในขั้นต้นจะสูญเสียสีไปนั่นคือ เปลี่ยนสี
CH 2 \u003d CH 2 + Br 2 → CH 2 Br-CH 2 Br
ไฮโดรฮาโลจิเนชัน
เป็นเรื่องง่ายที่จะเห็นว่าการเติมไฮโดรเจนเฮไลด์ให้กับโมเลกุลอัลคีนที่ไม่สมมาตรควรนำไปสู่การผสมของไอโซเมอร์สองตัวในทางทฤษฎี ตัวอย่างเช่น เมื่อเติมไฮโดรเจนโบรไมด์ลงในโพรพีน ควรได้รับผลิตภัณฑ์ต่อไปนี้:
อย่างไรก็ตาม ในกรณีที่ไม่มีเงื่อนไขเฉพาะ (เช่น การมีเปอร์ออกไซด์ในส่วนผสมของปฏิกิริยา) การเติมโมเลกุลของไฮโดรเจนเฮไลด์จะเกิดขึ้นอย่างเฉพาะเจาะจงตามกฎของมาร์คอฟนิคอฟ:
การเติมไฮโดรเจนเฮไลด์ให้กับอัลคีนเกิดขึ้นในลักษณะที่ไฮโดรเจนถูกยึดติดกับอะตอมของคาร์บอนที่มีจำนวนอะตอมของไฮโดรเจนมากขึ้น (เติมไฮโดรเจนมากขึ้น) และฮาโลเจนถูกยึดติดกับอะตอมของคาร์บอนที่มีจำนวนอะตอมของไฮโดรเจนน้อยกว่า (เติมไฮโดรเจนน้อย).
ไฮเดรชั่น
ปฏิกิริยานี้นำไปสู่การก่อตัวของแอลกอฮอล์และดำเนินการตามกฎของ Markovnikov:
อย่างที่คุณอาจเดาได้ เนื่องจากการเติมน้ำเข้าไปในโมเลกุลของอัลคีนเกิดขึ้นตามกฎของมาร์คอฟนิคอฟ การก่อตัวของแอลกอฮอล์ปฐมภูมิจึงเป็นไปได้เฉพาะในกรณีของเอทิลีนไฮเดรชันเท่านั้น:
CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O → CH 3 -CH 2 -OH
ด้วยปฏิกิริยานี้เองที่ปริมาณเอทิลแอลกอฮอล์หลักถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมที่มีกำลังการผลิตสูง
พอลิเมอไรเซชัน
กรณีเฉพาะของปฏิกิริยาการเติมคือปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน ซึ่งไม่เหมือนกับฮาโลจิเนชัน ไฮโดรฮาโลจิเนชัน และไฮเดรชัน โดยดำเนินการผ่านกลไกการเกิดอนุมูลอิสระ:
ปฏิกิริยาออกซิเดชั่น
เช่นเดียวกับไฮโดรคาร์บอนอื่นๆ อัลคีนจะเผาไหม้ในออกซิเจนได้ง่ายเพื่อสร้างคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ สมการสำหรับการเผาไหม้ของอัลคีนในออกซิเจนส่วนเกินมีรูปแบบ:
C n H 2n + (3/2)nO 2 → nCO 2 + nH 2 O
แอลคีนแตกต่างจากแอลเคนตรงที่ออกซิไดซ์ได้ง่าย ภายใต้การกระทำของสารละลายในน้ำของ KMnO 4 บนอัลคีน การเปลี่ยนสีซึ่งเป็นปฏิกิริยาเชิงคุณภาพต่อพันธะ CC สองเท่าและสามในโมเลกุลของสารอินทรีย์
ปฏิกิริยาออกซิเดชันของอัลคีนกับโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตในสารละลายที่เป็นกลางหรือเป็นด่างเล็กน้อยทำให้เกิดไดออล (ไดไฮดริกแอลกอฮอล์):
C 2 H 4 + 2KMnO 4 + 2H 2 O → CH 2 OH–CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH (ระบายความร้อน)
ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด การแตกแยกที่สมบูรณ์ของพันธะคู่เกิดขึ้นพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงของอะตอมของคาร์บอนที่ก่อตัวพันธะคู่เป็นกลุ่มคาร์บอกซิล:
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 (การทำความร้อน)
ถ้าพันธะคู่ C=C อยู่ที่ปลายสุดของโมเลกุลอัลคีน คาร์บอนไดออกไซด์จะก่อตัวเป็นผลิตภัณฑ์ออกซิเดชันของอะตอมคาร์บอนมากที่พันธะคู่ นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าผลิตภัณฑ์ออกซิเดชั่นระดับกลางคือกรดฟอร์มิกสามารถออกซิไดซ์ด้วยตัวเองได้ง่ายในสารออกซิไดซ์ที่มากเกินไป:
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 (ความร้อน)
ในปฏิกิริยาออกซิเดชันของอัลคีน ซึ่งอะตอม C ที่พันธะคู่ประกอบด้วยหมู่แทนที่ไฮโดรคาร์บอน 2 หมู่ จะเกิดคีโตนขึ้น ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาออกซิเดชันของ 2-เมทิลบิวทีน-2 ทำให้เกิดอะซีโตนและกรดอะซิติก
ปฏิกิริยาออกซิเดชันของอัลคีนซึ่งทำลายโครงกระดูกคาร์บอนที่พันธะคู่ ถูกใช้เพื่อสร้างโครงสร้างของพวกมัน
คุณสมบัติทางเคมีของอัลคาดีน
ปฏิกิริยาเพิ่มเติม
ตัวอย่างเช่น การเติมฮาโลเจน:
น้ำโบรมีนจะไม่มีสี
ภายใต้สภาวะปกติ การเติมอะตอมของฮาโลเจนจะเกิดขึ้นที่ปลายสุดของโมเลกุลบิวทาไดอีน-1,3 ในขณะที่พันธะ π ถูกทำลาย อะตอมของโบรมีนจะเกาะติดกับอะตอมของคาร์บอนมาก และวาเลนซ์อิสระจะสร้างพันธะ π ใหม่ ราวกับว่ามี "การเคลื่อนไหว" ของพันธะคู่ ด้วยโบรมีนที่มากเกินไป สามารถเพิ่มโมเลกุลโบรมีนอีกหนึ่งโมเลกุลที่บริเวณพันธะคู่ที่ก่อตัวขึ้นได้
ปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชัน
คุณสมบัติทางเคมีของอัลคีน
อัลไคน์เป็นไฮโดรคาร์บอนที่ไม่อิ่มตัว (ไม่อิ่มตัว) ดังนั้นจึงสามารถเข้าสู่ปฏิกิริยาการเติมได้ ในบรรดาปฏิกิริยาการเติมสำหรับอัลไคน์ การเติมอิเล็กโทรฟิลิกเป็นสิ่งที่พบได้บ่อยที่สุด
ฮาโลเจน
เนื่องจากพันธะสามของโมเลกุลอัลไคน์ประกอบด้วยพันธะซิกม่าที่แข็งแกร่งกว่า 1 พันธะ และพันธะ pi ที่อ่อนกว่า 2 พันธะ จึงสามารถยึดโมเลกุลฮาโลเจนหนึ่งหรือสองตัวเข้าด้วยกัน การเติมฮาโลเจนสองโมเลกุลด้วยโมเลกุลอัลไคน์หนึ่งโมเลกุลเกิดขึ้นโดยกลไกอิเล็กโทรฟิลิกตามลำดับในสองขั้นตอน:
ไฮโดรฮาโลจิเนชัน
การเติมโมเลกุลของไฮโดรเจนเฮไลด์ยังดำเนินการโดยกลไกอิเล็กโทรฟิลิกและในสองขั้นตอน ในทั้งสองขั้นตอน การเพิ่มจะดำเนินการตามกฎของ Markovnikov:
ไฮเดรชั่น
การเติมน้ำให้กับอัลคีนนั้นเกิดขึ้นเมื่อมีเกลือรูเทียมในตัวกลางที่เป็นกรด และเรียกว่าปฏิกิริยาคูเชรอฟ
อันเป็นผลมาจากการเติมน้ำลงในอะเซทิลีน hydration ทำให้เกิด acetaldehyde (acetic aldehyde):
สำหรับอะเซทิลีนที่คล้ายคลึงกัน การเติมน้ำจะทำให้เกิดคีโตน:
อัลไคน์ไฮโดรจิเนชัน
Alkynes ทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนในสองขั้นตอน โลหะ เช่น แพลทินัม แพลเลเดียม นิกเกิล เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา:
อัลไคน์ไตรเมอร์ไรเซชัน
เมื่ออะเซทิลีนถูกส่งผ่านถ่านกัมมันต์ที่อุณหภูมิสูง ส่วนผสมของผลิตภัณฑ์ต่างๆ จะเกิดขึ้นจากมัน ซึ่งส่วนใหญ่คือเบนซีน ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ของอะเซทิลีนไตรเมอร์ไรเซชัน:
การลดขนาดของอัลคีน
อะเซทิลีนยังเข้าสู่ปฏิกิริยาไดเมอร์ไรเซชัน กระบวนการนี้ดำเนินไปโดยมีเกลือทองแดงเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา:
อัลไคน์ออกซิเดชัน
Alkynes เผาไหม้ในออกซิเจน:
C n H 2n-2 + (3n-1) / 2 O 2 → nCO 2 + (n-1) H 2 O
ปฏิสัมพันธ์ของอัลคีนกับเบส
อัลไคน์ที่มี C≡C สามตัวที่ส่วนท้ายของโมเลกุล ซึ่งแตกต่างจากอัลไคน์อื่นๆ สามารถเข้าสู่ปฏิกิริยาที่อะตอมของไฮโดรเจนในพันธะสามถูกแทนที่ด้วยโลหะ ตัวอย่างเช่น อะเซทิลีนทำปฏิกิริยากับโซเดียมเอไมด์ในแอมโมเนียเหลว:
HC≡CH + 2NaNH 2 → NaC≡CNa + 2NH 3,
และด้วยสารละลายแอมโมเนียของซิลเวอร์ออกไซด์ ทำให้เกิดสารคล้ายเกลือที่ไม่ละลายน้ำที่เรียกว่า อะเซทิเลไนด์:
ด้วยปฏิกิริยานี้ จึงสามารถจำแนกแอลไคน์ด้วยพันธะสามปลายได้ เช่นเดียวกับการแยกแอลไคน์ดังกล่าวออกจากของผสมกับแอลไคน์อื่นๆ
ควรสังเกตว่าอะซิติเลไนด์เงินและทองแดงทั้งหมดเป็นสารที่ระเบิดได้
อะเซทิไลด์สามารถทำปฏิกิริยากับอนุพันธ์ของฮาโลเจน ซึ่งใช้ในการสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์ที่ซับซ้อนมากขึ้นด้วยพันธะสาม:
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
คุณสมบัติทางเคมีของอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน
ธรรมชาติของพันธะอะโรมาติกมีผลต่อคุณสมบัติทางเคมีของเบนซีนและอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนอื่นๆ
ระบบอิเล็กตรอน 6pi เดี่ยวนั้นเสถียรกว่าพันธะ pi ทั่วไปมาก ดังนั้นสำหรับอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน ปฏิกิริยาการแทนที่จึงมีลักษณะเฉพาะมากกว่าปฏิกิริยาการเติม Arenes เข้าสู่ปฏิกิริยาการแทนที่โดยกลไกอิเล็กโทรฟิลิก
ปฏิกิริยาการแทนที่
ฮาโลเจน
ไนเตรต
ปฏิกิริยาไนเตรตจะเกิดขึ้นได้ดีที่สุดภายใต้การกระทำของกรดไนตริกที่ไม่บริสุทธิ์ แต่เป็นส่วนผสมของกรดซัลฟิวริกเข้มข้น ซึ่งเรียกว่าส่วนผสมไนเตรต:
อัลคิเลชั่น
ปฏิกิริยาที่หนึ่งในอะตอมของไฮโดรเจนในนิวเคลียสของอะโรมาติกถูกแทนที่ด้วยอนุมูลไฮโดรคาร์บอน:
สามารถใช้อัลคีนแทนอัลเคนที่มีฮาโลเจนได้ อะลูมิเนียมเฮไลด์ เฟอร์ริกไอรอนเฮไลด์ หรือกรดอนินทรีย์สามารถใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาได้<
ปฏิกิริยาเพิ่มเติม
การเติมไฮโดรเจน
การเพิ่มคลอรีน
มันดำเนินการโดยกลไกที่รุนแรงภายใต้การฉายรังสีที่รุนแรงด้วยแสงอัลตราไวโอเลต:
ในทำนองเดียวกัน ปฏิกิริยาสามารถเกิดขึ้นได้กับคลอรีนเท่านั้น
ปฏิกิริยาออกซิเดชั่น
การเผาไหม้
2C 6 H 6 + 15O 2 \u003d 12CO 2 + 6H 2 O + Q
ออกซิเดชันที่ไม่สมบูรณ์
วงแหวนเบนซินทนต่อตัวออกซิไดซ์ เช่น KMnO 4 และ K 2 Cr 2 O 7 ปฏิกิริยาไม่ไป
การแบ่งธาตุแทนในวงแหวนเบนซินออกเป็น 2 ประเภทคือ
พิจารณาคุณสมบัติทางเคมีของน้ำมันเบนซินที่คล้ายคลึงกันโดยใช้โทลูอีนเป็นตัวอย่าง
คุณสมบัติทางเคมีของโทลูอีน
ฮาโลเจน
โมเลกุลโทลูอีนสามารถพิจารณาได้ว่าประกอบด้วยชิ้นส่วนของโมเลกุลเบนซีนและมีเทน ดังนั้นจึงมีเหตุผลที่จะสันนิษฐานว่าคุณสมบัติทางเคมีของโทลูอีนควรรวมคุณสมบัติทางเคมีของสารทั้งสองนี้เข้าด้วยกันในระดับหนึ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งนี่คือสิ่งที่สังเกตได้อย่างแม่นยำในระหว่างการใช้ฮาโลเจน เรารู้อยู่แล้วว่าเบนซินเข้าสู่ปฏิกิริยาการแทนที่ด้วยคลอรีนโดยกลไกอิเล็กโทรฟิลิก และต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา (อะลูมิเนียมหรือเฟอริกเฮไลด์) เพื่อทำปฏิกิริยานี้ ในขณะเดียวกัน มีเธนยังสามารถทำปฏิกิริยากับคลอรีนได้ แต่ด้วยกลไกการเกิดอนุมูลอิสระ ซึ่งต้องอาศัยการฉายรังสีส่วนผสมของปฏิกิริยาเริ่มต้นด้วยแสงยูวี โทลูอีนขึ้นอยู่กับเงื่อนไขภายใต้คลอรีนที่สามารถให้ผลิตภัณฑ์ทดแทนอะตอมของไฮโดรเจนในวงแหวนเบนซีน - สำหรับสิ่งนี้คุณต้องใช้เงื่อนไขเดียวกันกับในคลอรีนของเบนซีนหรือผลิตภัณฑ์ทดแทน ของอะตอมไฮโดรเจนในเมทิลแรดิคัล ถ้าอยู่ในนั้น จะทำปฏิกิริยากับมีเทนกับคลอรีนอย่างไรเมื่อฉายรังสีด้วยแสงอัลตราไวโอเลต:
อย่างที่คุณเห็น คลอรีนของโทลูอีนเมื่อมีอะลูมิเนียมคลอไรด์ทำให้เกิดผลิตภัณฑ์ที่แตกต่างกันสองชนิด ได้แก่ ออร์โทและพาราคลอโรโทลูอีน นี่เป็นเพราะข้อเท็จจริงที่ว่าเมทิลแรดิคัลเป็นสารทดแทนประเภทแรก
ถ้าคลอรีนของโทลูอีนในที่ที่มี AlCl 3 เกิดขึ้นในปริมาณที่มากเกินไปของคลอรีน การก่อตัวของโทลูอีนที่แทนที่ด้วยไตรคลอรีนจะเป็นไปได้:
ในทำนองเดียวกัน เมื่อโทลูอีนถูกคลอรีนในแสงที่อัตราส่วนคลอรีน/โทลูอีนที่สูงขึ้น จะได้ไดคลอโรเมทิลเบนซีนหรือไตรคลอโรเมทิลเบนซีน:
ไนเตรต
การแทนที่อะตอมของไฮโดรเจนสำหรับไนโตรกรุ๊ป ในระหว่างการไนเตรตของโทลูอีนด้วยส่วนผสมของกรดไนตริกเข้มข้นและกรดซัลฟิวริก นำไปสู่การแทนที่ผลิตภัณฑ์ในนิวเคลียสของอะโรมาติก ไม่ใช่ในเมทิลแรดิคัล:
อัลคิเลชั่น
ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว เมทิลแรดิคัลเป็นออเรียนแทนต์ประเภทแรก ดังนั้น อัลคิเลชันของฟรีเดล-คราฟต์จึงนำไปสู่ผลิตภัณฑ์ทดแทนในตำแหน่งออร์โธและพารา:
ปฏิกิริยาเพิ่มเติม
โทลูอีนสามารถเติมไฮโดรเจนให้เป็นเมทิลไซโคลเฮกเซนโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะ (Pt, Pd, Ni):
C 6 H 5 CH 3 + 9O 2 → 7CO 2 + 4H 2 O
ออกซิเดชันที่ไม่สมบูรณ์
ภายใต้การกระทำของตัวออกซิไดซ์ดังกล่าวในรูปของสารละลายโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตที่เป็นน้ำ ห่วงโซ่ด้านข้างจะผ่านกระบวนการออกซิเดชั่น นิวเคลียสอะโรมาติกไม่สามารถออกซิไดซ์ได้ภายใต้สภาวะดังกล่าว ในกรณีนี้ กรดคาร์บอกซิลิกหรือเกลือจะเกิดขึ้นขึ้นอยู่กับค่า pH ของสารละลาย
ลิมิตไฮโดรคาร์บอนมีเฉพาะในโมเลกุลที่มีขั้วต่ำและพันธะโพลาไรซ์อย่างอ่อน ซึ่งมีความทนทานสูง ดังนั้นภายใต้สภาวะปกติ ไฮโดรคาร์บอนเป็นสารที่มีฤทธิ์ทางเคมีเล็กน้อยเมื่อเทียบกับสารรีเอเจนต์ที่มีขั้ว: พวกมันไม่ทำปฏิกิริยากับกรดเข้มข้น โลหะอัลคาไล สารออกซิไดซ์ นี่คือเหตุผลสำหรับชื่อของพวกเขา - พาราฟิน Parumaffinus เป็นภาษาละตินแปลว่าไม่เกี่ยวข้องกัน การเปลี่ยนแปลงทางเคมีส่วนใหญ่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงและภายใต้การฉายรังสียูวี
ปฏิกิริยาของไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวมีสามประเภทหลัก: การแทนที่ ออกซิเดชัน และการกำจัด ปฏิกิริยาเหล่านี้สามารถเกิดขึ้นได้โดยการทำลายพันธะ CC (พลังงาน 83.6 กิโลแคลอรี) หรือโดยการทำลายพันธะ C-H (พลังงาน 98.8 กิโลแคลอรี/โมล) ปฏิกิริยามักเกิดขึ้นพร้อมกับการแตกหักของพันธะ C-H, tk สามารถเข้าถึงปฏิกิริยาของรีเอเจนต์ได้มากกว่า แม้ว่าพันธะ CC จะต้องการพลังงานน้อยกว่าสำหรับการตัดแยก อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาดังกล่าว สปีชีส์ที่มีการเคลื่อนไหวมากจะก่อตัวขึ้นในระดับกลาง - อนุมูลอะลิฟาติกไฮโดรคาร์บอน
การเตรียมและคุณสมบัติของอนุมูลอะลิฟาติก
1. การก่อตัวของอนุมูลอิสระในระหว่างการแยกโฮโมไลติกของพันธะ C-C หรือ C-H เกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 300-700 ° C หรือภายใต้การกระทำของสารทำปฏิกิริยาอนุมูลอิสระ
2. อายุการใช้งานของอนุมูลอิสระ (ความต้านทาน) เพิ่มขึ้นจากอนุมูลหลักเป็นอนุมูลทุติยภูมิและอนุมูลตติยภูมิ:
b) อันตรกิริยากับสารประกอบที่ไม่อิ่มตัว: การเติมเกิดขึ้นกับการก่อตัวของอนุมูลใหม่เช่นกัน:
CH3. + CH 2 \u003d CH 2 CH 3 -CH 2 -CH 2.
c) -การสลายตัว - อนุมูลที่มีสายโซ่คาร์บอนยาวจะสลายตัวด้วยการแตกตัวของพันธะ CC ในตำแหน่ง - ไปเป็นคาร์บอนด้วยอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่
CH 3 - CH 2: CH 2 - CH 2 . CH 3 -CH 2 . + CH 2 \u003d CH 2
d) สัดส่วนที่ไม่เท่ากัน - การกระจายไฮโดรเจนที่เกี่ยวข้องกับ - การสลายตัวตามพันธะ C-H:
| + CH 3 -CH 2. | + CH 3 -CH 3 |
e) การรวมตัวกันใหม่ - การรวมกันของอนุมูลอิสระซึ่งกันและกัน
ช 3 . + ช 3 . CH 3 -CH 3
เมื่อทราบคุณลักษณะของพฤติกรรมของอนุมูลอิสระแล้ว จึงสามารถเข้าใจกฎพื้นฐานของปฏิกิริยาเฉพาะของไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวได้ง่ายขึ้น
ฉันพิมพ์ ปฏิกิริยาการแทนที่
1. ปฏิกิริยาฮาโลเจน. รีเอเจนต์ที่มีพลังมากที่สุดคือฟลูออรีน การได้รับฟลูออรีนโดยตรงทำให้เกิดการระเบิด ปฏิกิริยา คลอรีนพวกเขาสามารถดำเนินการภายใต้การกระทำของโมเลกุลคลอรีนในแสงที่อุณหภูมิห้องแล้ว ปฏิกิริยาดำเนินไปตามกลไกลูกโซ่อนุมูลอิสระและรวมถึงขั้นตอนหลักต่อไปนี้:
ก) ระยะแรกช้า - การเริ่มต้นของห่วงโซ่:
Cl:ClCl. +คล.
ร: ห + . Cl HCl + อาร์
b) การพัฒนาห่วงโซ่ - การก่อตัวของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาพร้อมกับการก่อตัวของอนุมูลอิสระที่ดำเนินกระบวนการลูกโซ่ต่อไป:
ร. + Cl: Cl RCl + Cl
R:H+Cl. HCl+R
c) วงจรเปิด:
ตั้งแต่ซีไอ. รีเอเจนต์ทำงาน มันสามารถโจมตีโมเลกุลของอนุพันธ์ของคลอรีนที่ได้รับไปแล้ว เป็นผลให้เกิดส่วนผสมของสารประกอบโมโนและโพลีฮาโลเจน ตัวอย่างเช่น:
CH 4 + Cl 2 HCl + CH 3 Cl CH 2 Cl 2 CHCl 3 CCl 4
เมทิลคลอไรด์ –HCl -HCl -HCl
เมทิลีนคลอไรด์ คลอโรฟอร์มโฟร์-
คาร์บอนคลอไรด์
ปฏิกิริยาโบรมีนดำเนินการยากขึ้นมากเพราะ โบรมีนมีความว่องไวน้อยกว่าคลอรีน และทำปฏิกิริยาส่วนใหญ่กับการก่อตัวของอนุมูลตติยภูมิหรืออนุมูลทุติยภูมิที่เสถียรกว่า ในกรณีนี้ อะตอมโบรมีนตัวที่สองมักจะเข้าสู่ตำแหน่งที่อยู่ติดกับอะตอมแรก โดยส่วนใหญ่อยู่ที่คาร์บอนทุติยภูมิ
ปฏิกิริยาไอโอดีนไม่รั่วไหลจริงเพราะ HI ลดอัลคิลไอโอไดด์ที่เกิดขึ้น
2. ไนเตรต- การแทนที่อะตอม H โดยกลุ่ม NO 2 ภายใต้การกระทำของกรดไนตริก ภายใต้การกระทำของกรดไนตริกเจือจาง (12%) ที่อุณหภูมิสูง 150 ° C ภายใต้ความกดดัน (ปฏิกิริยาของ Konovalov) พาราฟินของโครงสร้างไอโซโทปทำปฏิกิริยาได้ง่ายกว่า tk การแทนที่เกิดขึ้นง่ายกว่าที่อะตอมของคาร์บอนตติยภูมิ:
กลไกของปฏิกิริยาไนเตรตนั้นสัมพันธ์กับการก่อตัวของอนุมูลอิสระขั้นกลาง การเริ่มต้นนั้นอำนวยความสะดวกโดยกระบวนการออกซิเดชั่นที่เกิดขึ้นบางส่วน:
RH + HONO 2 ROH + ฮอน
กรดไนตรัส
ฮอน + ฮอน 2 โฮะ + 2 . ฉบับที่ 2
| + . ฉบับที่ 2 |
CH 3 -C-CH 3 +. NO 2 CH 3 -C-CH 3 + HNO 2
CH 3 -C-CH 3 +. ไม่ 2 CH 3 -C-CH 3
เหล่านั้น. ปฏิกิริยาที่รุนแรงของไนเตรตของไฮโดรคาร์บอนไม่มีลักษณะเป็นสายโซ่
ประเภทที่สอง ปฏิกิริยาออกซิเดชั่น
ภายใต้สภาวะปกติ พาราฟินจะไม่ถูกออกซิไดซ์ด้วยออกซิเจนหรือสารออกซิไดซ์ที่แรง (KMnO 4 , HNO 3 , K 2 Cr 2 O 7 เป็นต้น)
(การเผาไหม้) ของไฮโดรคาร์บอนเป็น CO 2 และ H 2 O อย่างสมบูรณ์ การให้ความร้อนกับไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวในส่วนผสมที่มีอากาศหรือออกซิเจนโดยมีตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับออกซิเดชันของ MnO 2 และอื่น ๆ ที่อุณหภูมิ 300 ° C นำไปสู่การเกิดออกซิเดชันด้วยการก่อตัวของสารประกอบเปอร์ออกไซด์ ปฏิกิริยาเกิดขึ้นโดยกลไกอนุมูลอิสระแบบลูกโซ่
และ: ร: ชมร . +H. การเริ่มต้นวงจร
ร:ร. + O: :O: R-O-O .
R-O-O. + R: H R-O-O-H + ร .
อัลเคนไฮโดรเปอร์ออกไซด์
O:R-O-O. +ร. R-O-O-R วงจรเปิด
อัลเคนเปอร์ออกไซด์
หน่วยตติยภูมินั้นออกซิไดซ์ได้ง่ายที่สุด หน่วยทุติยภูมินั้นยากกว่า และหน่วยหลักนั้นยากยิ่งกว่า ไฮโดรเปอร์ออกไซด์ที่เกิดขึ้นจะสลายตัว
ไฮโดรเปอร์ออกไซด์หลักเมื่อถูกย่อยสลายจะเกิดเป็นอัลดีไฮด์หรือแอลกอฮอล์ปฐมภูมิ ตัวอย่างเช่น
CH 3 -C-C-O: O-H CH 3 -C-O. + . OH CH 3 -C \u003d O + H 2 O
อีเทน ไฮโดรเปอร์ออกไซด์ อะซีตัลดีไฮด์
CH 3 -CH 3
ด้านข้าง
CH 3 -CH 2 OH + CH 3 -CH 2.
ไฮโดรเปอร์ออกไซด์ทุติยภูมิสร้างคีโตนหรือแอลกอฮอล์ทุติยภูมิเมื่อสลายตัว ตัวอย่างเช่น
CH 3 -C-O:OH CH 3 -C-O. + . OH H 2 O + CH 3 -C \u003d O
ช 3 ช 3 ช 3
โพรเพนไฮโดรเปอร์ออกไซด์
CH 3 -CH 2 -CH 3
ด้านข้าง
CH 3 -CH-OH + CH 3 -. ช-ช 3
ไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์
ไฮโดรเปอร์ออกไซด์ตติยภูมิสร้างคีโตนเช่นเดียวกับแอลกอฮอล์หลักและตติยภูมิ ตัวอย่างเช่น:
ช 3 ช 3 ช 3
CH 3 -C-CH 3 CH 3 -C: CH 3 +. OH CH 3 OH + CH 3 -C \u003d O
ไอโซบิวเทน ไฮโดรเปอร์ออกไซด์
CH 3 -CH-CH 3
ด้านข้าง
ไอโซบิวเทน
CH 3 -C-CH 3 + CH 3 -C-CH 3
เทอร์-บิวทิลแอลกอฮอล์
ไฮโดรเปอร์ออกไซด์ใดๆ ก็ตามสามารถสลายตัวด้วยการปล่อยอะตอมออกซิเจน: CH 3 -CH 2 -O-O-H CH 3 CH 2 -OH + [O]
ซึ่งจะไปออกซิเดชันเพิ่มเติม:
CH 3 -C + [O] CH 3 -C-OH
ดังนั้นนอกจากแอลกอฮอล์ อัลดีไฮด์ และคีโตนแล้ว กรดคาร์บอกซิลิกจึงเกิดขึ้น
โดยการเลือกเงื่อนไขของปฏิกิริยา เป็นไปได้ที่จะได้ผลิตภัณฑ์อย่างใดอย่างหนึ่ง ตัวอย่างเช่น: 2 CH 4 + O 2 2 CH 3 OH
ไดอีน ไฮโดรคาร์บอน (อัลคาเดียน)
Diene ไฮโดรคาร์บอนหรืออัลคาดีนเป็นไฮโดรคาร์บอนไม่อิ่มตัวที่มีพันธะคู่คาร์บอน-คาร์บอนสองพันธะ สูตรทั่วไปของอัลคาดีนคือ C n H 2 n -2
ขึ้นอยู่กับการจัดเรียงตัวของพันธะคู่ Dienes แบ่งออกเป็นสามประเภท:
1) ไฮโดรคาร์บอนด้วย สะสมพันธะคู่เช่น อยู่ติดกับคาร์บอนหนึ่งอะตอม ตัวอย่างเช่น โพรพาไดอีนหรืออัลลีน CH 2 =C=CH 2 ;
2) ไฮโดรคาร์บอนด้วย โดดเดี่ยวพันธะคู่ เช่น คั่นด้วยพันธะอย่างง่ายตั้งแต่สองพันธะขึ้นไป ตัวอย่างเช่น เพนทาไดอีน -1.4 CH 2 \u003d CH–CH 2 -CH \u003d CH 2;
3) ไฮโดรคาร์บอนด้วย ผันพันธะคู่เช่น คั่นด้วยลิงค์เดียว ตัวอย่างเช่น บิวทาไดอีน -1,3 หรือไดไวนิล CH 2 \u003d CH–CH \u003d CH 2, 2-เมทิลบิวทาไดอีน -1,3 หรือไอโซพรีน
2) การดีไฮโดรจีเนชันและการคายน้ำของเอทิลแอลกอฮอล์โดยการส่งไอแอลกอฮอล์ไปบนตัวเร่งปฏิกิริยาที่ให้ความร้อน (วิธีการของนักวิชาการ S.V. Lebedev)
2CH 3 CH 2 OH - - ~ 450 °С; ZnO, Al2O3 ® CH 2 \u003d CH - CH \u003d CH 2 + 2H 2 O + H 2
คุณสมบัติทางกายภาพ
คุณสมบัติทางเคมี
อะตอมของคาร์บอนในโมเลกุล 1,3-butadiene อยู่ในสถานะลูกผสม sp 2 ซึ่งหมายความว่าอะตอมเหล่านี้อยู่ในระนาบเดียวกันและแต่ละอะตอมมี p-orbital หนึ่งตัวที่ครอบครองโดยอิเล็กตรอนหนึ่งตัวและตั้งฉากกับระนาบดังกล่าว .
| ก) | ข) |
| แผนผังแสดงโครงสร้างของโมเลกุลไดดิไวนิล (a) และมุมมองด้านบนของแบบจำลอง (b) การซ้อนทับกันของเมฆอิเล็กตรอนระหว่าง C 1 -C 2 และ C 3 -C 4 นั้นมากกว่าระหว่าง C 2 -C 3 . |
|
p-Orbitals ของอะตอมคาร์บอนทั้งหมดทับซ้อนกัน เช่น ไม่เพียงแต่ระหว่างอะตอมที่หนึ่งและสอง สามและสี่เท่านั้น แต่ยังรวมถึงระหว่างอะตอมที่สองและสามด้วย สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าพันธะระหว่างอะตอมของคาร์บอนตัวที่สองและสามนั้นไม่ใช่พันธะ s อย่างง่าย แต่มีความหนาแน่นของอิเล็กตรอน p เช่น พันธะคู่ที่อ่อนแอ ซึ่งหมายความว่า s-อิเล็กตรอนไม่ได้อยู่ในคู่ของอะตอมคาร์บอนที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด ในโมเลกุล ไม่มีพันธะเดี่ยวและพันธะคู่ในความหมายแบบดั้งเดิม และมีการสังเกตการแยกตำแหน่งอิเล็กตรอน p เช่น การกระจายความหนาแน่นของ p-electron อย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งโมเลกุลด้วยการก่อตัวของเมฆ p-electron เดี่ยว
การทำงานร่วมกันของ p-bond ที่อยู่ใกล้เคียงตั้งแต่สองตัวขึ้นไปกับการก่อตัวของเมฆ p-electron เดียวซึ่งส่งผลให้เกิดการถ่ายโอนปฏิสัมพันธ์ของอะตอมในระบบนี้เรียกว่า ผลการผันคำกริยา.
ดังนั้น โมเลกุลบิวทาไดอีน -1,3 จึงแสดงคุณลักษณะเฉพาะโดยระบบของพันธะคู่แบบคอนจูเกต
คุณสมบัตินี้ในโครงสร้างของไดอีนไฮโดรคาร์บอนทำให้สามารถเพิ่มรีเอเจนต์ต่างๆ ได้ ไม่เพียงแต่กับอะตอมของคาร์บอนที่อยู่ใกล้เคียง (การเติม 1,2) แต่ยังรวมถึงปลายทั้งสองของระบบคอนจูเกต (การเติม 1,4) ด้วยการก่อตัวของ พันธะคู่ระหว่างอะตอมของคาร์บอนตัวที่ 2 และ 3 . โปรดทราบว่าผลิตภัณฑ์ที่เพิ่มเติม 1,4 มักจะเป็นผลิตภัณฑ์หลัก
พิจารณาปฏิกิริยาของฮาโลจิเนชันและไฮโดรฮาโลจิเนชันของคอนจูเกตไดอีน
พอลิเมอไรเซชันของสารประกอบไดอีน
ในรูปแบบที่เรียบง่าย ปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันของ -1,3 บิวทาไดอีนตามโครงร่างการเติม 1,4 สามารถแสดงได้ดังนี้:
| ––––® | . |
พันธะคู่ทั้งสองของไดอีนเกี่ยวข้องกับการเกิดพอลิเมอไรเซชัน ในระหว่างปฏิกิริยาพวกมันจะแตกออก คู่ของอิเล็กตรอนที่สร้างพันธะ s จะถูกแยกออกจากกัน หลังจากนั้นอิเล็กตรอนที่ไม่ได้จับคู่แต่ละตัวจะมีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะใหม่: อิเล็กตรอนของอะตอมของคาร์บอนตัวที่สองและสามซึ่งเป็นผลมาจากการทำให้เป็นลักษณะทั่วไป พันธะคู่และอิเล็กตรอนของอะตอมของคาร์บอนมากในสายโซ่ เมื่อรวมอิเล็กตรอนเข้าด้วยกัน อะตอมที่สอดคล้องกันของโมเลกุลโมโนเมอร์อีกตัวหนึ่งจะเชื่อมโยงโมโนเมอร์เข้ากับสายโซ่โพลีเมอร์
เซลล์องค์ประกอบของโพลีบิวทาไดอีนมีดังต่อไปนี้:
.ดังที่เห็นได้ โพลิเมอร์ที่ได้จะมีลักษณะเฉพาะคือ ความมึนงง- การกำหนดค่าของเซลล์องค์ประกอบของพอลิเมอร์ อย่างไรก็ตาม ผลิตภัณฑ์ที่มีค่าที่สุดในแง่ปฏิบัตินั้นได้มาจากการทำโพลิเมอไรเซชันของไดอีนไฮโดรคาร์บอนตามรูปแบบ 1,4 เพิ่มเติมด้วยการก่อตัว ถูกต้อง- การกำหนดค่าของห่วงโซ่โพลิเมอร์ ตัวอย่างเช่น, ซิส-โพลีบิวทาไดอีน
.ยางธรรมชาติและยางสังเคราะห์
ยางธรรมชาติได้มาจากน้ำนม (น้ำยาง) ของต้นยาง Hevea ซึ่งเติบโตในป่าฝนของบราซิล
เมื่อได้รับความร้อนโดยที่อากาศไม่สามารถเข้าถึงได้ ยางจะสลายตัวเพื่อสร้างไดอีนไฮโดรคาร์บอน - 2-เมทิลบิวทาไดอีน-1,3 หรือไอโซพรีน ยางเป็นโพลิเมอร์สเตอริโอรีกูลาร์ที่โมเลกุลของไอโซพรีนเชื่อมต่อกันในรูปแบบ 1,4 บวกกับ ถูกต้อง- การกำหนดค่าโซ่โพลิเมอร์:
น้ำหนักโมเลกุลของยางธรรมชาติมีค่าตั้งแต่ 7 . 10 4 ถึง 2.5 . 10 6 .
ความมึนงง- ไอโซพรีนโพลิเมอร์ยังเกิดขึ้นตามธรรมชาติในรูปของกัตตาเปอร์ชา
ยางธรรมชาติมีคุณสมบัติเฉพาะ: ลื่นไหลสูง ทนทานต่อการสึกหรอ ยึดเกาะได้ดี น้ำและก๊าซซึมผ่านไม่ได้ เพื่อให้ยางมีคุณสมบัติทางกายภาพและทางกลที่จำเป็น: ความแข็งแรง ความยืดหยุ่น ความต้านทานต่อตัวทำละลายและสภาพแวดล้อมทางเคมีที่รุนแรง ยางจะถูกวัลคาไนซ์โดยการให้ความร้อนสูงถึง 130-140 ° C ด้วยกำมะถัน ในรูปแบบที่เรียบง่าย กระบวนการวัลคาไนซ์ยางสามารถแสดงได้ดังนี้:
อะตอมของกำมะถันติดอยู่ที่จุดที่พันธะคู่บางส่วนแตกออก และโมเลกุลของยางที่เป็นเส้นตรงจะถูก "เชื่อมขวาง" เป็นโมเลกุลสามมิติที่ใหญ่ขึ้น ทำให้ได้ยางซึ่งมีความแข็งแรงกว่ายางที่ไม่วัลคาไนซ์มาก ยางที่เติมด้วยถ่านกัมมันต์สีดำใช้ในการผลิตยางรถยนต์และผลิตภัณฑ์ยางอื่นๆ
ในปี พ.ศ. 2475 S.V. Lebedev ได้พัฒนาวิธีการสังเคราะห์ยางสังเคราะห์โดยใช้บิวทาไดอีนที่ได้จากแอลกอฮอล์ และเฉพาะในช่วงทศวรรษที่ 50 เท่านั้น นักวิทยาศาสตร์ในประเทศได้ทำการเร่งปฏิกิริยาสเตอรีโอพอลิเมอไรเซชันของไดอีนไฮโดรคาร์บอน และได้รับยางสเตอรีโอกูลาร์ ซึ่งมีคุณสมบัติคล้ายกับยางธรรมชาติ ปัจจุบันมีการผลิตยางพาราในเชิงอุตสาหกรรม
คุณสมบัติทางเคมีเฉพาะของไฮโดรคาร์บอน: แอลเคน, แอลคีน, ไดอีน, แอลไคน์, อะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน
แอลคาเนส
แอลเคนคือไฮโดรคาร์บอนในโมเลกุลที่อะตอมเชื่อมกันด้วยพันธะเดี่ยวซึ่งสอดคล้องกับสูตรทั่วไป $C_(n)H_(2n+2)$
อนุกรมมีเทนที่คล้ายคลึงกัน
อย่างที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่า คล้ายคลึงกันเป็นสารที่มีโครงสร้างและคุณสมบัติคล้ายกัน และแตกต่างกันตามกลุ่ม $CH_2$ หนึ่งกลุ่มขึ้นไป
ลิมิตไฮโดรคาร์บอนประกอบกันเป็นชุดมีเทนที่คล้ายคลึงกัน
Isomerism และระบบการตั้งชื่อ
อัลเคนมีลักษณะเฉพาะที่เรียกว่าไอโซเมอร์เชิงโครงสร้าง ไอโซเมอร์โครงสร้างแตกต่างกันในโครงสร้างของโครงกระดูกคาร์บอน อย่างที่คุณทราบแล้วว่าอัลเคนที่ง่ายที่สุดซึ่งมีลักษณะเป็นไอโซเมอร์โครงสร้างคือบิวเทน:
ให้เราพิจารณารายละเอียดเพิ่มเติมสำหรับอัลเคนพื้นฐานของระบบการตั้งชื่อ IUPAC:
1. ทางเลือกของวงจรหลัก
การก่อตัวของชื่อไฮโดรคาร์บอนเริ่มต้นด้วยคำจำกัดความของสายหลัก - สายโซ่ที่ยาวที่สุดของอะตอมของคาร์บอนในโมเลกุลซึ่งเป็นพื้นฐานของมัน
2.
อะตอมของห่วงโซ่หลักถูกกำหนดหมายเลข การนับจำนวนอะตอมของห่วงโซ่หลักเริ่มจากปลายที่ใกล้กับองค์ประกอบแทนที่มากที่สุด (โครงสร้าง A, B) หากองค์ประกอบแทนที่อยู่ห่างจากจุดสิ้นสุดของห่วงโซ่ที่เท่ากัน การนับจะเริ่มจากจุดสิ้นสุดที่มีองค์ประกอบมากกว่า (โครงสร้าง B) หากองค์ประกอบแทนที่ต่างกันอยู่ห่างจากปลายโซ่ในระยะเท่ากัน การนับจะเริ่มจากปลายที่ใกล้กว่า (โครงสร้าง G) ความอาวุโสของหมู่แทนที่ไฮโดรคาร์บอนถูกกำหนดโดยลำดับที่ตัวอักษรซึ่งชื่อเริ่มตามด้วยตัวอักษร: เมทิล (—$CH_3$) ตามด้วยโพรพิล ($—CH_2—CH_2—CH_3$), เอทิล ($—CH_2 —CH_3$ ) เป็นต้น
โปรดทราบว่าชื่อของการแทนที่เกิดจากการแทนที่ส่วนต่อท้าย -enต่อท้าย -ตะกอนในชื่อของอัลเคนที่เกี่ยวข้อง
3. การสร้างชื่อ
ตัวเลขจะถูกระบุที่จุดเริ่มต้นของชื่อ - จำนวนอะตอมของคาร์บอนซึ่งเป็นที่ตั้งขององค์ประกอบย่อย หากมีสมาชิกแทนที่หลายตัวในอะตอมที่กำหนด จำนวนที่ตรงกันในชื่อจะถูกทำซ้ำสองครั้ง โดยคั่นด้วยเครื่องหมายจุลภาค ($2.2-$) หลังตัวเลข ยัติภังค์จะระบุจำนวนองค์ประกอบแทนที่ ( ดิ- สอง, สาม- สาม, เตตร้า- สี่ เพนตา- ห้า) และชื่อของรอง ( เมทิล เอทิล โพรพิล). จากนั้นไม่มีช่องว่างและยัติภังค์ - ชื่อของห่วงโซ่หลัก ห่วงโซ่หลักเรียกว่าเป็นไฮโดรคาร์บอนซึ่งเป็นสมาชิกของชุดมีเทนที่คล้ายคลึงกัน ( มีเทน อีเทน โพรเพน ฯลฯ).
ชื่อของสารที่มีสูตรโครงสร้างระบุไว้ข้างต้นมีดังนี้:
- โครงสร้าง A: $2$ -เมทิลโพรเพน;
- โครงสร้าง B: $3$ -เอทิลเฮกเซน;
- โครงสร้าง B: $2,2,4$ -ไตรเมทิลเพนเทน;
- โครงสร้าง Г: $2$ - เมทิล$4$-เอทิลเฮกเซน.
คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของอัลเคน
คุณสมบัติทางกายภาพตัวแทนสี่คนแรกของชุดมีเธนที่คล้ายคลึงกันคือก๊าซ ที่ง่ายที่สุดคือมีเทน - ก๊าซไม่มีสีไม่มีรสและไม่มีกลิ่น (กลิ่นของก๊าซเมื่อดมกลิ่นซึ่งคุณต้องเรียก $ 104$ กำหนดโดยกลิ่นของเมอร์แคปตัน - สารประกอบที่มีกำมะถันที่เติมเป็นพิเศษในมีเทนที่ใช้ในครัวเรือนและ เครื่องใช้ก๊าซอุตสาหกรรมเพื่อให้ผู้ที่อยู่ใกล้ได้กลิ่นการรั่วไหล)
ไฮโดรคาร์บอนที่มีองค์ประกอบตั้งแต่ $С_5Н_(12)$ ถึง $С_(15)Н_(32)$ เป็นของเหลว ไฮโดรคาร์บอนที่หนักกว่านั้นเป็นของแข็ง
จุดเดือดและจุดหลอมเหลวของแอลเคนจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นตามความยาวของสายโซ่คาร์บอนที่เพิ่มขึ้น ไฮโดรคาร์บอนทั้งหมดละลายในน้ำได้ไม่ดี ไฮโดรคาร์บอนเหลวเป็นตัวทำละลายอินทรีย์ทั่วไป
คุณสมบัติทางเคมี.
1. ปฏิกิริยาการแทนที่ลักษณะเด่นที่สุดของอัลเคนคือปฏิกิริยาการแทนที่อนุมูลอิสระ ซึ่งในระหว่างนั้นอะตอมของไฮโดรเจนจะถูกแทนที่ด้วยอะตอมของฮาโลเจนหรือบางหมู่
ให้เรานำเสนอสมการของปฏิกิริยาทั่วไป
ฮาโลเจน:
$CH_4+Cl_2→CH_3Cl+HCl$
ในกรณีของฮาโลเจนที่มากเกินไป คลอรีนสามารถดำเนินการต่อไปได้จนถึงการแทนที่อะตอมของไฮโดรเจนทั้งหมดด้วยคลอรีน:
$CH_3Cl+Cl_2→HCl+(CH_2Cl_2)↙(\text"ไดคลอโรมีเทน(เมทิลีนคลอไรด์)")$,
$CH_2Cl_2+Cl_2→HCl+(CHСl_3)↙(\text"ไตรคลอโรมีเทน(คลอโรฟอร์ม)")$,
$CHCl_3+Cl_2→HCl+(CCl_4)↙(\text"เตตระคลอโรมีเทน(คาร์บอนเตตระคลอไรด์)")$
สารที่ได้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะตัวทำละลายและวัสดุตั้งต้นในการสังเคราะห์สารอินทรีย์
2. Dehydrogenation (การกำจัดไฮโดรเจน)ในระหว่างการผ่านของแอลเคนเหนือตัวเร่งปฏิกิริยา ($Pt, Ni, Al_2O_3, Cr_2O_3$) ที่อุณหภูมิสูง ($400-600°C$) โมเลกุลของไฮโดรเจนจะแตกออกและเกิดอัลคีนขึ้น:
$CH_3—CH_3→CH_2=CH_2+H_2$
3. ปฏิกิริยาที่มาพร้อมกับการทำลายโซ่คาร์บอนไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวทั้งหมด กำลังเผาไหม้ด้วยการก่อตัวของคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ แก๊สไฮโดรคาร์บอนผสมกับอากาศในสัดส่วนที่กำหนดสามารถระเบิดได้ การเผาไหม้ของไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวเป็นปฏิกิริยาคายความร้อนจากอนุมูลอิสระ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อใช้แอลเคนเป็นเชื้อเพลิง:
$CH_4+2O_2→CO_2+2H_2O+880 กิโลจูล$
โดยทั่วไปสามารถเขียนปฏิกิริยาการเผาไหม้ของแอลเคนได้ดังนี้
$C_(n)H_(2n+2)+((3n+1)/(2))O_2→nCO_2+(n+1)H_2O$
การสลายตัวด้วยความร้อนของไฮโดรคาร์บอน:
$C_(n)H_(2n+2)(→)↖(400-500°C)C_(n-k)H_(2(n-k)+2)+C_(k)H_(2k)$
กระบวนการดำเนินไปตามกลไกการเกิดอนุมูลอิสระ อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นนำไปสู่การแตกของพันธะคาร์บอน-คาร์บอนแบบโฮโมไลติกและการก่อตัวของอนุมูลอิสระ:
$R—CH_2CH_2:CH_2—R→R—CH_2CH_2+CH_2—R$
อนุมูลเหล่านี้ทำปฏิกิริยาซึ่งกันและกันโดยแลกเปลี่ยนอะตอมของไฮโดรเจนกับการก่อตัวของโมเลกุลอัลเคนและโมเลกุลของอัลคีน:
$R—CH_2CH_2+CH_2—R→R—CH=CH_2+CH_3—R$
ปฏิกิริยาการแตกตัวด้วยความร้อนเป็นรากฐานของกระบวนการทางอุตสาหกรรม - การแตกตัวของไฮโดรคาร์บอน ขั้นตอนนี้เป็นขั้นตอนที่สำคัญที่สุดในการกลั่นน้ำมัน
เมื่อมีเทนได้รับความร้อนที่อุณหภูมิ $1,000°C$ กระบวนการไพโรไลซิสของมีเทนจะเริ่มต้นขึ้น - การสลายตัวเป็นสารง่ายๆ:
$CH_4(→)↖(1,000°C)C+2H_2$
เมื่อให้ความร้อนที่อุณหภูมิ $1,500°C$ การก่อตัวของอะเซทิลีนเป็นไปได้:
$2CH_4(→)↖(1500°C)CH=CH+3H_2$
4. ไอโซเมอไรเซชันเมื่อไฮโดรคาร์บอนเชิงเส้นถูกทำให้ร้อนด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาไอโซเมอไรเซชัน (อะลูมิเนียมคลอไรด์) สารที่มีโครงกระดูกคาร์บอนแตกแขนงจะเกิดขึ้น:
5. อะโรมาติกแอลเคนที่มีอะตอมของคาร์บอนตั้งแต่ 6 อะตอมขึ้นไปในสายโซ่ที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาจะถูกไซคลิกเพื่อสร้างเบนซีนและอนุพันธ์ของมัน:
อะไรคือสาเหตุที่อัลเคนเข้าสู่ปฏิกิริยาที่ดำเนินไปตามกลไกการเกิดอนุมูลอิสระ? อะตอมของคาร์บอนทั้งหมดในโมเลกุลอัลเคนอยู่ในสถานะการผสมพันธุ์ $sp^3$ โมเลกุลของสารเหล่านี้สร้างขึ้นโดยใช้พันธะโควาเลนต์ $C—C$ (คาร์บอน—คาร์บอน) แบบโควาเลนต์และพันธะ $C—H$ (คาร์บอน—ไฮโดรเจน) ที่มีขั้วอย่างอ่อน ไม่มีพื้นที่ที่มีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสูงและต่ำ พันธะที่โพลาไรซ์ได้ง่าย เช่น พันธะดังกล่าวความหนาแน่นของอิเล็กตรอนที่สามารถเลื่อนได้ภายใต้อิทธิพลของปัจจัยภายนอก (สนามไฟฟ้าสถิตของไอออน) ดังนั้นแอลเคนจะไม่ทำปฏิกิริยากับอนุภาคที่มีประจุเพราะ พันธะในโมเลกุลของอัลเคนจะไม่ถูกทำลายด้วยกลไกเฮเทอโรไลติก
อัลคีเนส
ไฮโดรคาร์บอนไม่อิ่มตัว ได้แก่ ไฮโดรคาร์บอนที่มีพันธะหลายพันธะระหว่างอะตอมของคาร์บอนในโมเลกุล ไม่จำกัดจำนวน แอลคีน, แอลคาดีน (โพลีอีน), แอลไคน์ไซคลิกไฮโดรคาร์บอนที่มีพันธะคู่ในวัฏจักร (ไซโคลแอลคีน) เช่นเดียวกับไซโคลแอลเคนที่มีอะตอมของคาร์บอนจำนวนน้อยในวัฏจักร (สามหรือสี่อะตอม) ก็มีลักษณะไม่อิ่มตัวเช่นกัน คุณสมบัติของความไม่อิ่มตัวนั้นเกี่ยวข้องกับความสามารถของสารเหล่านี้ในการเข้าสู่ปฏิกิริยาการเติมโดยเฉพาะอย่างยิ่งไฮโดรเจนด้วยการก่อตัวของไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวหรืออิ่มตัว - อัลเคน
อัลคีนเป็นอะไซคลิกไฮโดรคาร์บอนที่มีอยู่ในโมเลกุล นอกเหนือไปจากพันธะเดี่ยว พันธะคู่ระหว่างอะตอมของคาร์บอนหนึ่งพันธะ และเป็นไปตามสูตรทั่วไป $C_(n)H_(2n)$
ชื่อที่สองของมัน โอเลฟินส์- อัลคีนได้จากการเปรียบเทียบกับกรดไขมันไม่อิ่มตัว (โอเลอิก, ไลโนเลอิก) ส่วนที่เหลือซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของไขมันเหลว - น้ำมัน (จาก lat. น้ำมัน- น้ำมัน).
อนุกรมอีทีนที่คล้ายคลึงกัน
แอลคีนที่ไม่แตกกิ่งประกอบกันเป็นชุดของเอทิลีน (เอทิลีน) ที่คล้ายคลึงกัน:
$C_2H_4$ เป็นอีทีน, $C_3H_6$ เป็นโพรพีน, $C_4H_8$ เป็นบิวทีน, $C_5H_(10)$ เป็นเพนทีน, $C_6H_(12)$ เป็นเฮกซีน เป็นต้น
Isomerism และระบบการตั้งชื่อ
สำหรับอัลคีนเช่นเดียวกับอัลเคน ไอโซเมอร์เชิงโครงสร้างเป็นลักษณะเฉพาะ ไอโซเมอร์โครงสร้างแตกต่างกันในโครงสร้างของโครงกระดูกคาร์บอน แอลคีนที่ง่ายที่สุดซึ่งมีไอโซเมอร์เชิงโครงสร้างคือบิวทีน:
isomerism โครงสร้างชนิดพิเศษคือ isomerism ตำแหน่งพันธะคู่:
$CH_3—(CH_2)↙(บิวทีน-1)—CH=CH_2$ $CH_3—(CH=CH)↙(บิวทีน-2)—CH_3$
อะตอมของคาร์บอนที่เกือบจะหมุนอย่างอิสระนั้นเป็นไปได้รอบพันธะคาร์บอน-คาร์บอนเพียงพันธะเดียว ดังนั้นโมเลกุลของอัลเคนจึงสามารถมีรูปร่างที่หลากหลายได้ การหมุนรอบพันธะคู่เป็นไปไม่ได้ ซึ่งนำไปสู่การปรากฏตัวของไอโซเมอร์ประเภทอื่นในอัลคีน - ไอโซเมอร์เชิงเรขาคณิตหรือซิส-ทรานส์
ซิส-ไอโซเมอร์แตกต่างจาก มึนงง-ไอโซเมอร์โดยการจัดเรียงเชิงพื้นที่ของชิ้นส่วนของโมเลกุล (ในกรณีนี้คือหมู่เมทิล) ที่สัมพันธ์กับระนาบพันธะ $π$ และด้วยเหตุนี้จึงเป็นไปตามคุณสมบัติ
อัลคีนเป็นไอโซเมอริกของไซโคลแอลเคน (ไอโซเมอร์ระหว่างคลาส) ตัวอย่างเช่น:
ระบบการตั้งชื่อของแอลคีนที่พัฒนาโดย IUPAC นั้นคล้ายคลึงกับระบบการตั้งชื่อของแอลเคน
1. ทางเลือกของวงจรหลัก
การก่อตัวของชื่อไฮโดรคาร์บอนเริ่มต้นด้วยคำจำกัดความของสายหลัก - สายโซ่ที่ยาวที่สุดของอะตอมของคาร์บอนในโมเลกุล ในกรณีของแอลคีน สายโซ่หลักต้องมีพันธะคู่
2. เลขอะตอมของห่วงโซ่หลัก
เลขอะตอมของสายโซ่หลักเริ่มจากปลายที่พันธะคู่อยู่ใกล้ที่สุด ตัวอย่างเช่น ชื่อการเชื่อมต่อที่ถูกต้องคือ:
$5$-เมทิลเฮกซีน-$2$ ไม่ใช่ $2$-เมทิลเฮกซีน-$4$ ตามที่คาดไว้
หากไม่สามารถระบุจุดเริ่มต้นของการนับอะตอมในสายโซ่ด้วยตำแหน่งของพันธะคู่ได้ ก็จะถูกกำหนดโดยตำแหน่งของหมู่แทนที่ เช่นเดียวกับไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัว
3. การสร้างชื่อ
ชื่อของแอลคีนเกิดขึ้นในลักษณะเดียวกับชื่อของแอลเคน ในตอนท้ายของชื่อระบุจำนวนอะตอมของคาร์บอนที่พันธะคู่เริ่มต้นขึ้นและคำต่อท้ายระบุว่าสารประกอบอยู่ในกลุ่มของอัลคีน - -en.
ตัวอย่างเช่น:
คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของอัลคีน
คุณสมบัติทางกายภาพตัวแทนสามตัวแรกของชุดอัลคีนที่คล้ายคลึงกันคือก๊าซ สารที่เป็นองค์ประกอบ $C_5H_(10)$ - $C_(16)H_(32)$ เป็นของเหลว อัลคีนที่สูงขึ้นเป็นของแข็ง
จุดเดือดและจุดหลอมเหลวเพิ่มขึ้นตามธรรมชาติเมื่อน้ำหนักโมเลกุลของสารประกอบเพิ่มขึ้น
คุณสมบัติทางเคมี.
ปฏิกิริยาเพิ่มเติมจำได้ว่าคุณสมบัติที่โดดเด่นของตัวแทนของไฮโดรคาร์บอนที่ไม่อิ่มตัว - อัลคีนคือความสามารถในการเข้าสู่ปฏิกิริยาเพิ่มเติม ปฏิกิริยาเหล่านี้ส่วนใหญ่ดำเนินไปตามกลไก
1. การเติมไฮโดรเจนของอัลคีน Alkenes สามารถเพิ่มไฮโดรเจนในที่ที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาการเติมไฮโดรเจน, โลหะ - แพลทินัม, แพลเลเดียม, นิกเกิล:
$CH_3—CH_2—CH=CH_2+H_2(→)↖(Pt)CH_3—CH_2—CH_2—CH_3$
ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นที่บรรยากาศและความดันสูง และไม่ต้องการอุณหภูมิสูงเพราะ เป็นการคายความร้อน เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นบนตัวเร่งปฏิกิริยาเดียวกัน ปฏิกิริยาย้อนกลับ ดีไฮโดรจีเนชันสามารถเกิดขึ้นได้
2. ฮาโลเจน (การเติมฮาโลเจน)ปฏิกิริยาระหว่างแอลคีนกับน้ำโบรมีนหรือสารละลายโบรมีนในตัวทำละลายอินทรีย์ ($CCl_4$) นำไปสู่การเปลี่ยนสีอย่างรวดเร็วของสารละลายเหล่านี้อันเป็นผลมาจากการเติมโมเลกุลฮาโลเจนในอัลคีนและการก่อตัวของไดฮาโลเจนอัลเคน:
$CH_2=CH_2+Br_2→CH_2Br—CH_2Br$
3.
$CH_3-(CH)↙(โพรพีน)=CH_2+HBr→CH_3-(CHBr)↙(2-โบรโมโพรพีน)-CH_3$
ปฏิกิริยานี้ขึ้นอยู่กับ กฎของมาร์คอฟนิคอฟ:
เมื่อเติมไฮโดรเจนเฮไลด์ลงในอัลคีน ไฮโดรเจนจะถูกจับกับอะตอมของคาร์บอนที่มีไฮโดรเจนมากขึ้น นั่นคือ อะตอมที่มีอะตอมของไฮโดรเจนมากกว่าและฮาโลเจน - เป็นอะตอมที่เติมไฮโดรเจนน้อยกว่า
การให้น้ำของอัลคีนทำให้เกิดแอลกอฮอล์ ตัวอย่างเช่น การเติมน้ำลงในเอทิลีนถือเป็นวิธีทางอุตสาหกรรมวิธีหนึ่งสำหรับการผลิตเอทิลแอลกอฮอล์:
$(CH_2)↙(เอทิลีน)=CH_2+H_2O(→)↖(t,H_3PO_4)CH_3-(CH_2OH)↙(เอทานอล)$
โปรดทราบว่าแอลกอฮอล์ปฐมภูมิ (ที่มีหมู่ไฮดรอกโซอยู่ที่คาร์บอนปฐมภูมิ) จะก่อตัวขึ้นก็ต่อเมื่อเอทีนได้รับไฮเดรต เมื่อโพรพีนหรืออัลคีนอื่นๆ ถูกไฮเดรต แอลกอฮอล์ทุติยภูมิจะเกิดขึ้น
ปฏิกิริยานี้ยังดำเนินไปตามกฎของมาร์คอฟนิคอฟ กล่าวคือ ไอออนบวกของไฮโดรเจนจับกับอะตอมของคาร์บอนที่เติมไฮโดรเจนมากกว่า และจับกลุ่มไฮดรอกโซกับอะตอมที่เติมไฮโดรเจนน้อยกว่า
5. พอลิเมอไรเซชัน.กรณีพิเศษของการเติมคือปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันของอัลคีน:
$nCH_2(=)↙(เอทิลีน)CH_2(→)↖(แสง UV,R)(...(-CH_2-CH_2-)↙(โพลีเอทิลีน)...)_n$
ปฏิกิริยาการเติมนี้เกิดขึ้นจากกลไกการเกิดอนุมูลอิสระ
6. ปฏิกิริยาออกซิเดชั่น.
เช่นเดียวกับสารประกอบอินทรีย์อื่นๆ อัลคีนจะเผาผลาญออกซิเจนเพื่อสร้าง $CO_2$ และ $H_2O$:
$CH_2=CH_2+3O_2→2CO_2+2H_2O$
โดยทั่วไป:
$C_(n)H_(2n)+(3n)/(2)O_2→nCO_2+nH_2O$
ซึ่งแตกต่างจากอัลเคนซึ่งทนต่อการเกิดออกซิเดชันในสารละลาย แอลคีนสามารถออกซิไดซ์ได้ง่ายจากการกระทำของสารละลายโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต ในสารละลายที่เป็นกลางหรือเป็นด่าง อัลคีนจะถูกออกซิไดซ์เป็นไดออล (ไดไฮดริกแอลกอฮอล์) และหมู่ไฮดรอกซิลจะจับกับอะตอมเหล่านั้นซึ่งมีพันธะคู่ก่อนออกซิเดชั่น:
Alkadienes (ไดอีนไฮโดรคาร์บอน)
อัลคาไดอีนเป็นอะไซคลิกไฮโดรคาร์บอนที่มีอยู่ในโมเลกุล นอกเหนือไปจากพันธะเดี่ยว พันธะคู่สองพันธะระหว่างอะตอมของคาร์บอน และเป็นไปตามสูตรทั่วไป $C_(n)H_(2n-2)$
ขึ้นอยู่กับการจัดเรียงตัวของพันธะคู่ ไดอีนมีสามประเภท:
- อัลคาเดียนด้วย สะสมการจัดเรียงตัวของพันธะคู่:
- อัลคาเดียนด้วย ผันพันธะคู่
$CH_2=CH—CH=CH_2$;
- อัลคาเดียนด้วย โดดเดี่ยวพันธะคู่
$CH_2=CH—CH_2—CH=CH_2$
อัลคาไดอีนทั้งสามประเภทมีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญทางโครงสร้างและคุณสมบัติ อะตอมของคาร์บอนกลาง (อะตอมที่สร้างพันธะคู่สองพันธะ) ในอัลคาไดอีนที่มีพันธะสะสมอยู่ในสถานะ $sp$--hybridization มันสร้างพันธะ $σ$ สองอันที่วางอยู่บนเส้นตรงเดียวกันและพุ่งไปในทิศทางตรงกันข้าม และ $π$- พันธะสองอันวางอยู่ในระนาบตั้งฉาก พันธะ $π$ เกิดขึ้นจาก p-orbitals ที่ไม่ถูกผสมของคาร์บอนแต่ละอะตอม คุณสมบัติของอัลคาไดอีนที่มีพันธะคู่แบบแยกเดี่ยวมีความเฉพาะเจาะจงมาก เนื่องจาก conjugated $π$-bonds ส่งผลกระทบซึ่งกันและกันอย่างมีนัยสำคัญ
p-Orbitals สร้างพันธะ $π$-ที่เชื่อมเข้าด้วยกันจนเป็นระบบเดียว (เรียกว่า $π$-system) เนื่องจาก p-orbitals ของพันธะ $π$- ที่อยู่ใกล้เคียงบางส่วนเหลื่อมกัน
Isomerism และระบบการตั้งชื่อ
Alkadienes มีลักษณะเฉพาะของทั้งไอโซเมอร์เชิงโครงสร้างและไอโซเมอร์ซิสและทรานส์
โครงสร้าง isomerism
— isomerism ของโครงกระดูกคาร์บอน:
— isomerism ของตำแหน่งของพันธะหลายตัว:
$(CH_2=CH—CH=CH_2)↙(บิวทาไดอีน-1,3)$ $(CH_2=C=CH—CH_3)↙(บิวทาไดอีน-1,2)$
ซิส-, ทรานส์- isomerism (เชิงพื้นที่และเรขาคณิต)
ตัวอย่างเช่น:
อัลคาไดอีนเป็นสารประกอบไอโซเมอริกของคลาสอัลไคน์และไซโคลอัลคีน
เมื่อสร้างชื่ออัลคาไดอีน จำนวนของพันธะคู่จะถูกระบุ ห่วงโซ่หลักต้องมีสองพันธะหลายตัว
ตัวอย่างเช่น:
คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของอัลคาดีน
คุณสมบัติทางกายภาพ
ภายใต้สภาวะปกติ โพรเพนเดียน-1,2, บิวทาไดอีน-1,3 เป็นก๊าซ, 2-เมทิลบิวทาไดอีน-1,3 เป็นของเหลวที่ระเหยง่าย อัลคาไดอีนที่มีพันธะคู่แยกกัน (ที่ง่ายที่สุดคือเพนทาไดอีน-1,4) เป็นของเหลว Dienes ที่สูงขึ้นเป็นของแข็ง
คุณสมบัติทางเคมี.
คุณสมบัติทางเคมีของอัลคาไดอีนที่มีพันธะคู่แยกจากกันนั้นแตกต่างจากของอัลคีนเพียงเล็กน้อย อัลคาไดน์ที่มีพันธะคอนจูเกตมีคุณสมบัติพิเศษบางประการ
1. ปฏิกิริยาเพิ่มเติมอัลคาไดอีนสามารถเติมไฮโดรเจน ฮาโลเจน และไฮโดรเจนฮาไลด์ได้
คุณลักษณะของการเติมอัลคาไดอีนด้วยพันธะคอนจูเกตคือความสามารถในการยึดติดโมเลกุลทั้งในตำแหน่งที่ 1 และ 2 และในตำแหน่งที่ 1 และ 4
อัตราส่วนของผลิตภัณฑ์ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขและวิธีการดำเนินการปฏิกิริยาที่สอดคล้องกัน
2.ปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของไดอีนคือความสามารถในการรวมตัวภายใต้อิทธิพลของไอออนบวกหรืออนุมูลอิสระ พอลิเมอไรเซชันของสารประกอบเหล่านี้เป็นพื้นฐานของยางสังเคราะห์:
$nCH_2=(CH—CH=CH_2)↙(บิวทาไดอีน-1,3)→((... —CH_2—CH=CH—CH_2— ...)_n)↙(\text"ยางบิวทาไดอีนสังเคราะห์")$ .
พอลิเมอไรเซชันของ conjugated dienes เกิดขึ้นจากการเติม 1,4
ในกรณีนี้ พันธะคู่จะกลายเป็นจุดศูนย์กลางในการเชื่อมโยง และในทางกลับกัน การเชื่อมโยงพื้นฐานก็สามารถรับทั้งสองอย่างได้ ซิส-, และ มึนงง-การกำหนดค่า
อัลไคน์
อัลไคน์เป็นอะไซคลิกไฮโดรคาร์บอนที่มีอยู่ในโมเลกุล นอกเหนือไปจากพันธะเดี่ยว หนึ่งพันธะสามระหว่างอะตอมของคาร์บอน และสอดคล้องกับสูตรทั่วไป $C_(n)H_(2n-2)$
อนุกรมเอทีนที่คล้ายคลึงกัน
แอลไคน์ที่ไม่แตกกิ่งประกอบกันเป็นอนุกรมเอไทน์ (อะเซทิลีน) ที่คล้ายคลึงกัน:
$C_2H_2$ - เอไทน์, $C_3H_4$ - โพรพีน, $C_4H_6$ - บิวทีน, $C_5H_8$ - เพนไทน์, $C_6H_(10)$ - เฮกซีน เป็นต้น
Isomerism และระบบการตั้งชื่อ
สำหรับอัลคีนเช่นเดียวกับอัลคีน ไอโซเมอร์เชิงโครงสร้างมีลักษณะเฉพาะ: ไอโซเมอร์ของโครงกระดูกคาร์บอนและไอโซเมอร์ของตำแหน่งของพันธะหลายพันธะ แอลไคน์ที่ง่ายที่สุดซึ่งแสดงคุณลักษณะโดยไอโซเมอร์เชิงโครงสร้างของพันธะหลายตำแหน่งของคลาสแอลไคน์คือบิวไทน์:
$CH_3—(CH_2)↙(บิวทีน-1)—C≡CH$ $CH_3—(C≡C)↙(บิวทีน-2)—CH_3$
isomerism ของโครงกระดูกคาร์บอนใน alkynes เป็นไปได้โดยเริ่มจาก pentyn:
เนื่องจากพันธะสามถือว่าโครงสร้างเชิงเส้นของสายโซ่คาร์บอน เรขาคณิต ( ซิส-, ทรานส์-) isomerism เป็นไปไม่ได้สำหรับอัลไคน์
การปรากฏตัวของพันธะสามในโมเลกุลไฮโดรคาร์บอนของชั้นนี้สะท้อนให้เห็นโดยคำต่อท้าย -ในและตำแหน่งในห่วงโซ่ - จำนวนอะตอมของคาร์บอน
ตัวอย่างเช่น:
Alkynes เป็นสารประกอบไอโซเมอริกของคลาสอื่น ดังนั้น เฮกซีน (อัลไคน์), เฮกซาไดอีน (อัลคาไดอีน) และไซโคลเฮกซีน (ไซโคลแอลคีน) มีสูตรเคมีเป็น $С_6Н_(10)$:
คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของอัลคีน
คุณสมบัติทางกายภาพจุดเดือดและจุดหลอมเหลวของอัลไคน์ รวมทั้งอัลคีน จะเพิ่มขึ้นตามธรรมชาติเมื่อน้ำหนักโมเลกุลของสารประกอบเพิ่มขึ้น
Alkynes มีกลิ่นเฉพาะ พวกมันละลายในน้ำได้ดีกว่าอัลเคนและอัลคีน
คุณสมบัติทางเคมี.
ปฏิกิริยาเพิ่มเติม Alkynes เป็นสารประกอบที่ไม่อิ่มตัวและเข้าสู่ปฏิกิริยาการเติม โดยพื้นฐานแล้วสิ่งเหล่านี้คือปฏิกิริยา การเติมอิเล็กโทรฟิลิก
1. ฮาโลเจน (การเติมโมเลกุลฮาโลเจน)อัลไคน์สามารถจับโมเลกุลของฮาโลเจนได้ 2 โมเลกุล (คลอรีน โบรมีน):
$CH≡CH+Br_2→(CHBr=CHBr)↙(1,2-ไดโบรโมอีเทน),$
$CHBr=CHBr+Br_2→(CHBr_2-CHBr_2)↙(1,1,2,2-เตตระโบรโมอีเทน)$
2. Hydrohalogenation (การเติมไฮโดรเจนเฮไลด์)ปฏิกิริยาการเติมไฮโดรเจนเฮไลด์ซึ่งดำเนินการตามกลไกอิเล็กโทรฟิลิกยังดำเนินการในสองขั้นตอน และทั้งสองขั้นตอนเป็นไปตามกฎของมาร์คอฟนิคอฟ:
$CH_3-C≡CH+Br→(CH_3-CBr=CH_2)↙(2-โบรโมโพรพีน),$
$CH_3-CBr=CH_2+HBr→(CH_3-CHBr_2-CH_3)↙(2,2-ไดโบรโมโพรเพน)$
3. การให้น้ำ (เติมน้ำ)สิ่งที่สำคัญอย่างยิ่งสำหรับการสังเคราะห์คีโตนและอัลดีไฮด์ทางอุตสาหกรรมคือปฏิกิริยาการเติมน้ำ (ไฮเดรชั่น) ซึ่งเรียกว่า ปฏิกิริยาของ Kucherov:
4. การเติมไฮโดรเจนของอัลคีน Alkynes เติมไฮโดรเจนต่อหน้าตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะ ($Pt, Pd, Ni$):
$R-C≡C-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH=CH-R,$
$R-CH=CH-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH_2-CH_2-R$
เนื่องจากพันธะสามประกอบด้วยพันธะ $π$ ที่เกิดปฏิกิริยาสองพันธะ อัลเคนจึงเติมไฮโดรเจนเป็นขั้นตอน:
1) การตัดแต่ง
เมื่อเอทไทน์ผ่านถ่านกัมมันต์ จะเกิดส่วนผสมของผลิตภัณฑ์ขึ้น ซึ่งหนึ่งในนั้นคือเบนซิน:
2) การลดขนาด
นอกจากการตัดแต่งอะเซทิลีนแล้ว ยังทำให้ไดเมอร์ไรเซชันได้อีกด้วย ภายใต้การกระทำของเกลือทองแดงโมโนวาเลนต์จะเกิดไวนิลอะเซทิลีน:
$2HC≡CH→(HC≡C-CH=CH_2)↙(\text"บิวทีน-1-yn-3(ไวนิลอะเซทิลีน)")$
สารนี้ใช้ในการผลิตคลอโรพรีน:
$HC≡C-CH=CH_2+HCl(→)↖(CaCl)H_2C=(CCl-CH)↙(คลอโรพรีน)=CH_2$
พอลิเมอไรเซชันซึ่งผลิตยางคลอโรพรีน:
$nH_2C=CCl-CH=CH_2→(...-H_2C-CCl=CH-CH_2-...)_n$
อัลไคน์ออกซิเดชัน
เอทีน (อะเซทิลีน) เผาไหม้ในออกซิเจนด้วยการปล่อยความร้อนจำนวนมาก:
$2C_2H_2+5O_2→4CO_2+2H_2O+2600kJ$ ปฏิกิริยานี้ขึ้นอยู่กับการกระทำของคบเพลิงออกซีอะเซทิลีน ซึ่งเปลวไฟมีอุณหภูมิสูงมาก (มากกว่า $3000°C$) ซึ่งทำให้สามารถใช้มันได้ สำหรับตัดและเชื่อมโลหะ
ในอากาศอะเซทิลีนจะเผาไหม้ด้วยเปลวไฟควันเพราะ ปริมาณคาร์บอนในโมเลกุลสูงกว่าในโมเลกุลของอีเทนและอีทีน
Alkynes เช่น alkenes ทำให้สีของสารละลายที่เป็นกรดของโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตจางลง ในกรณีนี้ การทำลายของพันธะหลายเกิดขึ้น
ไอออนิก (กฎของ V.V. Markovnikov) และกลไกการเกิดปฏิกิริยาที่รุนแรงในเคมีอินทรีย์
ประเภทของปฏิกิริยาเคมีในเคมีอินทรีย์
ปฏิกิริยาของสารอินทรีย์สามารถแบ่งอย่างเป็นทางการออกเป็นสี่ประเภทหลัก: การแทนที่ การเติม การขจัด (การขจัด) และการจัดเรียงใหม่ (ไอโซเมอไรเซชัน) เห็นได้ชัดว่า ปฏิกิริยาที่หลากหลายทั้งหมดของสารประกอบอินทรีย์ไม่สามารถลดขนาดลงตามการจำแนกประเภทที่เสนอได้ (เช่น ปฏิกิริยาการเผาไหม้) อย่างไรก็ตาม การจำแนกประเภทดังกล่าวจะช่วยสร้างความคล้ายคลึงกับปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นระหว่างสารอนินทรีย์ที่คุณคุ้นเคยอยู่แล้วจากวิชาเคมีอนินทรีย์
ตามกฎแล้ว สารประกอบอินทรีย์หลักที่เข้าร่วมในปฏิกิริยาเรียกว่าสารตั้งต้น และส่วนประกอบอื่น ๆ ของปฏิกิริยาจะพิจารณาตามเงื่อนไขว่าเป็นรีเอเจนต์
ปฏิกิริยาการแทนที่
ปฏิกิริยาที่ทำให้เกิดการแทนที่อะตอมหนึ่งอะตอมหรือกลุ่มของอะตอมในโมเลกุลเดิม (สารตั้งต้น) ด้วยอะตอมหรือกลุ่มของอะตอมอื่นเรียกว่าปฏิกิริยาการแทนที่
ปฏิกิริยาการแทนที่เกี่ยวข้องกับสารประกอบอิ่มตัวและอะโรมาติก เช่น แอลเคน ไซโคลแอลเคน หรือเอรีน
ให้เรายกตัวอย่างปฏิกิริยาดังกล่าว
ภายใต้การกระทำของแสง อะตอมของไฮโดรเจนในโมเลกุลมีเทนสามารถถูกแทนที่ด้วยอะตอมของฮาโลเจน ตัวอย่างเช่น อะตอมของคลอรีน:
$CH_4+Cl_2→CH_3Cl+HCl$
อีกตัวอย่างหนึ่งของการแทนที่ไฮโดรเจนด้วยฮาโลเจนคือการเปลี่ยนเบนซีนเป็นโบรโมเบนซีน:
สมการสำหรับปฏิกิริยานี้สามารถเขียนได้แตกต่างกัน:
ด้วยรูปแบบการเขียนนี้ รีเอเจนต์ ตัวเร่งปฏิกิริยา สภาวะของปฏิกิริยาจะเขียนไว้เหนือลูกศร และผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาอนินทรีย์จะถูกเขียนไว้ด้านล่าง
ปฏิกิริยาเพิ่มเติม
ปฏิกิริยาซึ่งเป็นผลมาจากการที่สารตั้งต้นตั้งแต่สองโมเลกุลขึ้นไปรวมกันเป็นหนึ่งเดียว เรียกว่า ปฏิกิริยาการบวก
สารประกอบที่ไม่อิ่มตัว เช่น แอลคีนหรือแอลคีน เข้าสู่ปฏิกิริยาการเติม
ขึ้นอยู่กับว่าโมเลกุลใดทำหน้าที่เป็นรีเอเจนต์ ปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชัน (หรือรีดิวซ์) ฮาโลจิเนชัน ไฮโดรฮาโลจิเนชัน ไฮเดรชัน และปฏิกิริยาการเติมอื่นๆ แต่ละคนต้องมีเงื่อนไขบางประการ
1. การเติมไฮโดรเจน- ปฏิกิริยาของการเติมโมเลกุลไฮโดรเจนเข้ากับพันธะหลายตัว:
$CH_3(-CH=)↙(\text"โพรเพน")CH_2+H_2(→)↖(Pt)CH_3(-CH_2-)↙(\text"โพรเพน")-CH_3$
2.ไฮโดรฮาโลจิเนชัน— ปฏิกิริยาการเติมไฮโดรเจนเฮไลด์ (ไฮโดรคลอริเนชัน):
$(CH_2=)↙(\text"เอทิลีน")CH_2+HCl→CH_3(-CH_2-)↙(\text"คลอโรอีเทน")-Cl$
3.ฮาโลเจน- ปฏิกิริยาการเติมฮาโลเจน:
$(CH_2=)↙(\text"เอทิลีน")CH_2+Cl_2→(CH_2Cl-CH_2Cl)↙(\text"1.2-ไดคลอโรอีเทน")$
4. พอลิเมอไรเซชัน- ปฏิกิริยาการเติมชนิดพิเศษในระหว่างที่โมเลกุลของสารที่มีน้ำหนักโมเลกุลน้อยรวมตัวกันเพื่อสร้างโมเลกุลของสารที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงมาก - โมเลกุลขนาดใหญ่
ปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันเป็นกระบวนการของการรวมโมเลกุลจำนวนมากของสารที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ (มอนอเมอร์) เข้ากับโมเลกุลขนาดใหญ่ (มาโครโมเลกุล) ของพอลิเมอร์
ตัวอย่างของปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันคือการผลิตโพลีเอทิลีนจากเอทิลีน (เอทิลีน) ภายใต้การกระทำของรังสีอัลตราไวโอเลตและตัวเริ่มต้นปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันแบบอนุมูล $R:$
$(nCH_2=)↙(\text"ethene")CH_2(→)↖(\text"UV light,R")((...-CH_2-CH_2-...)_n)↙(\text" polyethylene ")$
ลักษณะเฉพาะของพันธะโควาเลนต์ส่วนใหญ่ของสารประกอบอินทรีย์เกิดขึ้นเมื่อออร์บิทัลของอะตอมทับซ้อนกันและเกิดคู่อิเล็กตรอนร่วมกัน ด้วยเหตุนี้จึงเกิดการโคจรร่วมกันของอะตอมสองอะตอมซึ่งมีคู่อิเล็กตรอนร่วมกัน เมื่อพันธะขาดลง ชะตากรรมของอิเล็กตรอนทั่วไปเหล่านี้อาจแตกต่างออกไป
ชนิดของอนุภาคปฏิกิริยาเคมีอินทรีย์
ออร์บิทัลที่มีอิเล็กตรอนไม่จับคู่ของอะตอมหนึ่งสามารถซ้อนทับกับออร์บิทัลของอะตอมอื่นที่มีอิเล็กตรอนไม่จับคู่อยู่ด้วย ส่งผลให้เกิดการสร้างพันธะโควาเลนต์ กลไกการแลกเปลี่ยน:
$H + H→H:H,$ หรือ $H-H$
กลไกการแลกเปลี่ยนการก่อตัวของพันธะโควาเลนต์จะเกิดขึ้นได้หากคู่อิเล็กตรอนทั่วไปเกิดขึ้นจากอิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่ซึ่งอยู่ในอะตอมที่แตกต่างกัน
กระบวนการที่ตรงกันข้ามกับการสร้างพันธะโควาเลนต์โดยกลไกการแลกเปลี่ยนคือการแตกพันธะ ซึ่งอิเล็กตรอนหนึ่งตัวจะไปยังแต่ละอะตอม เป็นผลให้เกิดอนุภาคที่ไม่มีประจุสองอนุภาคที่มีอิเล็กตรอนไม่ตรงกัน:
เรียกอนุภาคดังกล่าวว่า อนุมูลอิสระ
อนุมูลอิสระ- อะตอมหรือกลุ่มของอะตอมที่มีอิเล็กตรอนคู่
ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นภายใต้การกระทำและการมีส่วนร่วมของอนุมูลอิสระเรียกว่าปฏิกิริยาอนุมูลอิสระ
ในวิชาเคมีอนินทรีย์ สิ่งเหล่านี้คือปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนกับออกซิเจน ฮาโลเจน ปฏิกิริยาการเผาไหม้ โปรดทราบว่าปฏิกิริยาประเภทนี้มีลักษณะเป็นความเร็วสูง ปล่อยความร้อนจำนวนมาก
พันธะโควาเลนต์ยังสามารถเกิดขึ้นได้จากกลไกของผู้บริจาคและผู้รับ หนึ่งในออร์บิทัลของอะตอม (หรือประจุลบ) ซึ่งมีคู่อิเล็กตรอนที่ไม่แบ่งปันอยู่ ถูกทับด้วยออร์บิทัลที่ไม่ได้บรรจุของอีกอะตอมหนึ่ง (หรือไอออนบวก) ซึ่งมีออร์บิทัลที่ไม่ได้รับการเติมเต็ม และเกิดพันธะโควาเลนต์ขึ้น เป็นต้น :
$H^(+)+(:O-H^(-))↙(\text"ผู้รับ")→(H-O-H)↙(\text"ผู้บริจาค")$
การแตกของพันธะโควาเลนต์ทำให้เกิดอนุภาคที่มีประจุบวกและประจุลบ เนื่องจากในกรณีนี้ อิเล็กตรอนทั้งสองจากคู่อิเล็กตรอนทั่วไปยังคงอยู่กับอะตอมใดอะตอมหนึ่ง อะตอมที่สองจึงมีออร์บิทัลที่ไม่เต็ม:
$R:|R=R:^(-)+R^(+)$
พิจารณาการแยกตัวของกรดด้วยไฟฟ้า:
$H:|Cl=H^(+)+Cl^(-)$
เราสามารถเดาได้ง่ายๆ ว่าอนุภาคที่มีคู่อิเล็กตรอนที่ไม่แบ่งปัน $R:^(-)$ เช่น ไอออนที่มีประจุลบ จะถูกดึงดูดไปยังอะตอมที่มีประจุบวกหรืออะตอมที่มีประจุบวกบางส่วนหรือมีประสิทธิผลเป็นอย่างน้อย อนุภาคที่มีคู่อิเล็กตรอนไม่แบ่งใช้ เรียกว่า ตัวแทนนิวคลีโอฟิลิก (นิวเคลียส- นิวเคลียส, ส่วนที่มีประจุบวกของอะตอม) นั่นคือ "เพื่อน" ของนิวเคลียส, ประจุบวก
นิวคลีโอฟิล ($Nu$)- ประจุลบหรือโมเลกุลที่มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวซึ่งมีปฏิสัมพันธ์กับส่วนต่างๆ ของโมเลกุลซึ่งมีประจุบวกที่มีประสิทธิภาพเข้มข้น
ตัวอย่างของนิวคลีโอไฟล์: $Cl^(-)$ (คลอไรด์ไอออน), $OH^(-)$ (ไฮดรอกไซด์แอนไอออน), $CH_3O^(-)$ (เมทอกไซด์แอนไอออน), $CH_3COO^(-)$ ( อะซีเตตแอนไอออน ).
ในทางตรงกันข้าม อนุภาคที่มีออร์บิทัลที่ไม่ได้รับการเติมเต็ม มีแนวโน้มที่จะเติมเต็ม ดังนั้น จะถูกดึงดูดไปยังบริเวณของโมเลกุลที่มีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้น ประจุลบ และคู่อิเล็กตรอนที่ไม่แบ่งปัน พวกมันคืออิเล็กโทรไฟล์ "เพื่อน" ของอิเล็กตรอน ประจุลบ หรืออนุภาคที่มีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้น
อิเล็กโทร- แคตไอออนหรือโมเลกุลที่มีออร์บิทัลของอิเล็กตรอนที่ไม่ได้รับการเติม มีแนวโน้มที่จะเติมด้วยอิเล็กตรอน เนื่องจากสิ่งนี้นำไปสู่การกำหนดรูปแบบทางอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมที่ดีขึ้น
ตัวอย่างของอิเล็กโทรไฟล์: $NO_2$ (กลุ่มไนโตร), -$COOH$ (คาร์บอกซิล), -$CN$ (กลุ่มไนไตรล์), -$COH$ (กลุ่มอัลดีไฮด์)
ไม่ใช่ทุกอนุภาคที่มีวงโคจรว่างเปล่าจะเป็นอิเล็กโทรไฟล์ ตัวอย่างเช่น ไอออนบวกของโลหะอัลคาไลมีโครงแบบของก๊าซเฉื่อยและไม่มีแนวโน้มที่จะได้รับอิเล็กตรอน เนื่องจากพวกมันมีสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนต่ำ จากนี้เราสามารถสรุปได้ว่าแม้จะมีออร์บิทัลที่ไม่ได้รับการบรรจุ อนุภาคดังกล่าวจะไม่เป็นอิเล็กโทรไฟล์
กลไกปฏิกิริยาหลัก
เราได้จำแนกอนุภาคที่ทำปฏิกิริยาหลักสามประเภท ได้แก่ อนุมูลอิสระ อิเล็กโทรฟิล นิวคลีโอไทล์ และกลไกการเกิดปฏิกิริยาสามประเภทที่สอดคล้องกับพวกมัน:
- อนุมูลอิสระ;
- อิเล็กโทรฟิลิก;
- นิวคลีโอฟิลิก
นอกเหนือจากการจำแนกปฏิกิริยาตามประเภทของอนุภาคที่ทำปฏิกิริยาแล้ว เคมีอินทรีย์ยังจำแนกปฏิกิริยาออกเป็นสี่ประเภทตามหลักการของการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของโมเลกุล: การเติม การแทนที่ การขจัด หรือการขจัด (จาก lat. การกำจัด- ลบ แยกออก) และจัดเรียงใหม่ เนื่องจากการเติมและการแทนที่สามารถเกิดขึ้นได้ภายใต้การกระทำของสปีชีส์ที่เกิดปฏิกิริยาทั้งสามประเภท กลไกการเกิดปฏิกิริยาหลักหลายอย่างจึงสามารถแยกความแตกต่างได้
1.การทดแทนอนุมูลอิสระ:
$(CH_4)↙(\text"มีเทน")+Br_2(→)↖(\text"แสง UV")(CH_3Br)↙(\text"โบรมีเทน")+HBr$
2. การเพิ่มอนุมูลอิสระ:
$nCH_2=CH_2(→)↖(\text"แสงยูวี,R")(...-CH_2-CH_2-...)_n$
3. การทดแทนด้วยไฟฟ้า:
4. การเชื่อมต่อด้วยไฟฟ้า:
$CH_3-(CH=)↙(\text"propene")CH_2+HBr(→)↖(\text"solution")(CH_3-CHBr-CH_3)↙(\text"2-bromopropane")$
$CH_3(-C≡)↙(\text"โพรพีน")CH+Cl_2(→)↖(\text"สารละลาย")(CH_3-CCl=CHCl)↙(\text"1,2-ไดคลอโรโพรพีน")$
5. การเพิ่มนิวคลีโอฟิลิก:
นอกจากนี้ เราจะพิจารณาปฏิกิริยาการแตกแยกหรือการกำจัดที่เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของอนุภาคนิวคลีโอฟิลิก - เบส
6. การกำจัด:
$CH_3-CHBr-CH_3+NaOH(→)↖(\text"สารละลายแอลกอฮอล์")CH_3-CH=CH_2+NaBr+H_2O$
กฎของ V. V. Markovnikov
คุณสมบัติที่โดดเด่นของอัลคีน (ไฮโดรคาร์บอนไม่อิ่มตัว) คือความสามารถในการเข้าสู่ปฏิกิริยาการเติม ปฏิกิริยาเหล่านี้ส่วนใหญ่ดำเนินไปตามกลไก การเติมอิเล็กโทรฟิลิก
Hydrohalogenation (การเติมไฮโดรเจนเฮไลด์):
$CH_3(-CH-)↙(\text"โพรพีน")CH_2+HBr→CH_3(-CHBr-CH_3)↙(\text"2-โบรโมโพรเพน")$
ปฏิกิริยานี้ขึ้นอยู่กับ กฎของ V. V. Markovnikov:เมื่อเติมไฮโดรเจนเฮไลด์ลงในอัลคีน ไฮโดรเจนจะถูกเติมลงในอะตอมของคาร์บอนที่มีไฮโดรเจนมากขึ้น นั่นคือ อะตอมที่มีอะตอมของไฮโดรเจนมากกว่าและฮาโลเจน - เป็นอะตอมที่เติมไฮโดรเจนน้อยกว่า
ไฮโดรคาร์บอนในโมเลกุลที่อะตอมเชื่อมต่อกันด้วยพันธะเดี่ยวและสอดคล้องกับสูตรทั่วไป C n H 2 n +2
ในโมเลกุลของอัลเคน อะตอมของคาร์บอนทั้งหมดจะอยู่ในสถานะของ sp 3 ไฮบริไดเซชัน ซึ่งหมายความว่าออร์บิทัลไฮบริดทั้งสี่ของอะตอมของคาร์บอนมีรูปร่าง พลังงานเหมือนกัน และถูกนำไปที่มุมของพีระมิดสามเหลี่ยมด้านเท่า ซึ่งเป็นจัตุรมุข มุมระหว่างออร์บิทัลคือ 109° 28'
การหมุนอย่างอิสระเกือบจะเป็นไปได้รอบๆ พันธะคาร์บอน-คาร์บอนเพียงพันธะเดียว และโมเลกุลของอัลเคนสามารถมีรูปร่างได้หลากหลายโดยมีมุมที่อะตอมของคาร์บอนใกล้เคียงกับทรงเตตระฮีดรัล (109 ° 28 ′) ตัวอย่างเช่น ในโมเลกุล น-เพนเทน
โดยเฉพาะอย่างยิ่งควรนึกถึงพันธะในโมเลกุลของแอลเคน พันธะทั้งหมดในโมเลกุลของไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวจะเป็นพันธะเดี่ยว การทับซ้อนกันเกิดขึ้นตามแนวแกน
การเชื่อมต่อนิวเคลียสของอะตอม เช่น สิ่งเหล่านี้คือพันธะ σ พันธะคาร์บอน-คาร์บอนไม่มีขั้วและเกิดขั้วได้ไม่ดี ความยาวของพันธะ CC ในแอลเคนคือ 0.154 นาโนเมตร (1.54 10 - 10 ม.) พันธบัตร C-H ค่อนข้างสั้นกว่า ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนจะเลื่อนไปทางอะตอมของคาร์บอนที่มีประจุไฟฟ้าลบมากกว่าเล็กน้อย กล่าวคือ พันธะ C-H มีขั้วอ่อน
การไม่มีพันธะขั้วในโมเลกุลของไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวนำไปสู่ความจริงที่ว่าพวกมันละลายในน้ำได้ไม่ดีและไม่ทำปฏิกิริยากับอนุภาคที่มีประจุ (ไอออน) ลักษณะเด่นที่สุดของอัลเคนคือปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับอนุมูลอิสระ
อนุกรมมีเทนที่คล้ายคลึงกัน
คล้ายคลึงกัน- สารที่มีโครงสร้างและสมบัติคล้ายคลึงกันและแตกต่างกันตาม CH 2 ตั้งแต่หนึ่งหมู่ขึ้นไป
Isomerism และระบบการตั้งชื่อ
อัลเคนมีลักษณะเฉพาะที่เรียกว่าไอโซเมอร์เชิงโครงสร้าง ไอโซเมอร์โครงสร้างแตกต่างกันในโครงสร้างของโครงกระดูกคาร์บอน แอลเคนที่ง่ายที่สุดซึ่งมีไอโซเมอร์เชิงโครงสร้างคือบิวเทน 
พื้นฐานของการตั้งชื่อ
1. การเลือกวงจรหลักการก่อตัวของชื่อไฮโดรคาร์บอนเริ่มต้นด้วยคำจำกัดความของสายหลัก - สายโซ่ที่ยาวที่สุดของอะตอมของคาร์บอนในโมเลกุลซึ่งเป็นพื้นฐานของมัน
2. จำนวนอะตอมของห่วงโซ่หลักอะตอมของห่วงโซ่หลักถูกกำหนดหมายเลข การนับจำนวนอะตอมของห่วงโซ่หลักเริ่มจากปลายที่ใกล้กับองค์ประกอบแทนที่มากที่สุด (โครงสร้าง A, B) หากองค์ประกอบแทนที่อยู่ห่างจากจุดสิ้นสุดของห่วงโซ่ที่เท่ากัน การนับจะเริ่มจากจุดสิ้นสุดที่มีองค์ประกอบมากกว่า (โครงสร้าง B) หากองค์ประกอบแทนที่ต่างกันอยู่ห่างจากปลายโซ่ในระยะเท่ากัน การนับจะเริ่มจากปลายที่ใกล้กว่า (โครงสร้าง G) ความอาวุโสขององค์ประกอบแทนที่ไฮโดรคาร์บอนถูกกำหนดโดยลำดับที่ตัวอักษรซึ่งชื่อเริ่มต้นตามตัวอักษร: เมทิล (-CH 3) จากนั้นเอทิล (-CH 2 -CH 3) โพรพิล (-CH 2 -CH 2 -CH 3 ) เป็นต้น
โปรดทราบว่าชื่อของการแทนที่เกิดจากการแทนที่ส่วนต่อท้าย -an ด้วยส่วนต่อท้าย - ตะกอนในชื่อของอัลเคนที่เกี่ยวข้อง
3. การสร้างชื่อ. ตัวเลขจะถูกระบุที่จุดเริ่มต้นของชื่อ - จำนวนอะตอมของคาร์บอนซึ่งเป็นที่ตั้งขององค์ประกอบย่อย หากมีองค์ประกอบแทนที่หลายตัวในอะตอมที่กำหนด จำนวนที่สอดคล้องกันในชื่อจะถูกทำซ้ำสองครั้งโดยคั่นด้วยเครื่องหมายจุลภาค (2,2-) หลังตัวเลข ยัติภังค์จะระบุจำนวนองค์ประกอบแทนที่ ( ดิ- สอง, สาม- สาม, เตตร้า- สี่ เพนตา- ห้า) และชื่อขององค์ประกอบแทนที่ (เมทิล, เอทิล, โพรพิล) จากนั้นไม่มีช่องว่างและยัติภังค์ - ชื่อของห่วงโซ่หลัก สายโซ่หลักเรียกว่าไฮโดรคาร์บอนซึ่งเป็นสมาชิกของอนุกรมมีเทนที่คล้ายคลึงกัน ( มีเทนช 4, อีเทนซี 2 เอช 6, โพรเพน C 3 H 8, C 4 H 10, เพนเทนค 5 เอช 12, เฮกเซนค 6 เอช 14, เฮปเทนค 7 เอช 16, ออกเทนค 8 เอช 18, โนนันค 9 เอช 20, คณบดีค10ซ22).
คุณสมบัติทางกายภาพของแอลเคน
ตัวแทนสี่คนแรกของชุดมีเธนที่คล้ายคลึงกันคือก๊าซ สิ่งที่ง่ายที่สุดคือมีเทน - ก๊าซไม่มีสีไม่มีรสและไม่มีกลิ่น (กลิ่นของ "ก๊าซ" เมื่อรู้สึกว่าคุณต้องโทร 04 นั้นพิจารณาจากกลิ่นของเมอร์แคปตัน - สารประกอบที่มีกำมะถันที่เติมเป็นพิเศษในมีเทนที่ใช้ใน ครัวเรือนและก๊าซอุตสาหกรรมเพื่อให้ผู้ที่อยู่ใกล้ได้กลิ่นการรั่วไหล)
องค์ประกอบไฮโดรคาร์บอนจาก C 4 H 12 ถึง C 15 H 32 - ของเหลว ไฮโดรคาร์บอนที่หนักกว่านั้นเป็นของแข็ง จุดเดือดและจุดหลอมเหลวของแอลเคนจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นตามความยาวของสายโซ่คาร์บอนที่เพิ่มขึ้น ไฮโดรคาร์บอนทั้งหมดละลายในน้ำได้ไม่ดี ไฮโดรคาร์บอนเหลวเป็นตัวทำละลายอินทรีย์ทั่วไป
คุณสมบัติทางเคมีของอัลเคน
ปฏิกิริยาการแทนที่
ลักษณะเด่นที่สุดของอัลเคนคือปฏิกิริยาการแทนที่อนุมูลอิสระ ซึ่งในระหว่างนั้นอะตอมของไฮโดรเจนจะถูกแทนที่ด้วยอะตอมของฮาโลเจนหรือบางหมู่ ให้เรานำเสนอสมการของปฏิกิริยาลักษณะเฉพาะ ฮาโลเจน: 
ในกรณีของฮาโลเจนที่มากเกินไป คลอรีนสามารถดำเนินการต่อไปได้จนถึงการแทนที่อะตอมของไฮโดรเจนทั้งหมดด้วยคลอรีน: 
สารที่ได้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะตัวทำละลายและวัสดุตั้งต้นในการสังเคราะห์สารอินทรีย์
ปฏิกิริยาดีไฮโดรจีเนชัน(แยกไฮโดรเจนออก).
ในระหว่างทางของอัลเคนเหนือตัวเร่งปฏิกิริยา (Pt, Ni, Al 2 0 3, Cr 2 0 3) ที่อุณหภูมิสูง (400-600 ° C) โมเลกุลของไฮโดรเจนจะถูกแยกออกและเกิดอัลคีนขึ้น:
ปฏิกิริยาที่ตามมาด้วยการทำลายสายโซ่คาร์บอน
ไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวทั้งหมดจะเผาไหม้ด้วยการก่อตัวของคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ แก๊สไฮโดรคาร์บอนผสมกับอากาศในสัดส่วนที่กำหนดสามารถระเบิดได้
1. การเผาไหม้ของไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวเป็นปฏิกิริยาคายความร้อนของอนุมูลอิสระ ซึ่งมีความสำคัญมากเมื่อใช้แอลเคนเป็นเชื้อเพลิง:
โดยทั่วไปสามารถเขียนปฏิกิริยาการเผาไหม้ของแอลเคนได้ดังนี้
2. การแยกไฮโดรคาร์บอนด้วยความร้อน
กระบวนการดำเนินไปตามกลไกการเกิดอนุมูลอิสระ อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นนำไปสู่การแตกของพันธะคาร์บอน-คาร์บอนแบบโฮโมไลติกและการก่อตัวของอนุมูลอิสระ
อนุมูลเหล่านี้ทำปฏิกิริยาซึ่งกันและกันโดยแลกเปลี่ยนอะตอมของไฮโดรเจนกับการก่อตัวของโมเลกุลอัลเคนและโมเลกุลของอัลคีน:
ปฏิกิริยาการแตกตัวด้วยความร้อนเป็นรากฐานของกระบวนการทางอุตสาหกรรม - การแตกตัวของไฮโดรคาร์บอน ขั้นตอนนี้เป็นขั้นตอนที่สำคัญที่สุดในการกลั่นน้ำมัน
3. ไพโรไลซิส. เมื่อมีเทนได้รับความร้อนที่อุณหภูมิ 1,000 ° C ไพโรไลซิสของมีเทนจะเริ่มต้นขึ้น - การสลายตัวเป็นสารง่ายๆ: 
เมื่อถูกความร้อนที่อุณหภูมิ 1,500 ° C การก่อตัวของอะเซทิลีนเป็นไปได้:
4. ไอโซเมอไรเซชัน. เมื่อไฮโดรคาร์บอนเชิงเส้นถูกทำให้ร้อนด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาไอโซเมอไรเซชัน (อะลูมิเนียมคลอไรด์) สารที่มีโครงกระดูกคาร์บอนแตกแขนงจะเกิดขึ้น: 
5. อะโรมาติก. แอลเคนที่มีอะตอมของคาร์บอนตั้งแต่ 6 อะตอมขึ้นไปในสายโซ่ที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาจะถูกไซคลิกเพื่อสร้างเบนซีนและอนุพันธ์ของมัน: 
อัลเคนเข้าสู่ปฏิกิริยาที่ดำเนินไปตามกลไกของอนุมูลอิสระ เนื่องจากอะตอมของคาร์บอนทั้งหมดในโมเลกุลของอัลเคนอยู่ในสถานะของการผสมพันธุ์แบบ sp 3 โมเลกุลของสารเหล่านี้สร้างขึ้นโดยใช้พันธะโควาเลนต์ไม่มีขั้ว C-C (คาร์บอน-คาร์บอน) และพันธะ C-H (คาร์บอน-ไฮโดรเจน) ที่มีขั้วอ่อน พวกมันไม่มีพื้นที่ที่มีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสูงและต่ำ พันธะที่โพลาไรซ์ได้ง่าย เช่น พันธะดังกล่าว ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนที่สามารถเลื่อนได้ภายใต้อิทธิพลของปัจจัยภายนอก (สนามไฟฟ้าสถิตของไอออน) ดังนั้น แอลเคนจะไม่ทำปฏิกิริยากับอนุภาคที่มีประจุ เนื่องจากพันธะในโมเลกุลของแอลเคนจะไม่แตกโดยกลไกเฮเทอโรไลติก 
