Читайте также:
|
|
ЛЕКЦІЯ
АЛІФАТИЧНІ ВУГЛЕВОДНІ (АЛКАНИ, АЛКЕНИ, АЛКІНИ).
Вуглеводні - найпростіший клас органічних речовин, їх молекули мають атоми лише двох хімічних елементів — Карбону і Гідрогену. З різних вуглеводнів за допомогою методів хімічного синтезу одержують більшість класів органічних сполук.
Класифікація. Вуглеводні діляться на два підкласи:
§ ациклічні,
§ циклічні.
До ациклічних вуглеводнів, або вуглеводнів жирного ряду, або аліфатичних вуглеводнів, відносяться такі групи:
§ алкани,
§ алкени,
§ алкіни,
§ дієни,
§ ациклічні терпени.
До циклічних вуглеводнів відносять:
§ циклопарафіни,
§ арени,
§ циклічні терпени.
Іноді терпени відносять до об'єктів біоорганічної хімії.
1.1 Алкани.
Алкани (насичені вуглеводні, парафіни) — сполуки Карбону і Гідрогену, в молекулах яких всі валентності, що залишились після з'єднання атомів Карбону між собою простим зв'язком, насичені атомами Гідрогену.
Знаходження в природі і способи одержання.
Для одержання алканів використовують природні джерела, промислові і лабораторні синтетичні методи.
Природні джерела. Алкани дуже поширені в природі. Вони зустрічаються в газовому, рідкому і твердому станах. Важливим джерелом добування алканів є:
· природний газ, в складі якого міститься до 98 % метану.
· нафта, в якій міститься суміш алканів різної хімічної природи.
· гірський віск, або озокерит, цінне природне джерело високомолекулярних алканів (С37-С53).
Лабораторні методи одержання алканів.
1. Метод Дюма. Беруть натрієву сіль відповідної жирної кислоти і сплавлюють її з лугом:
СН3 - COONa + NaOH →СН4 + Na2CO3
2. Реакція Вюрца. Одна з найважливіших реакцій одержання алканів. Для цього беруть відповідні галогенопохідні алканів і нагрівають з металічним Натрієм:
CH3I + 2Na + CH3I → CH3 - CH3 + 2NaI
1.1.3. Хімічні властивості. Для алканів характерна мала реакційна здатність. Вони інертні, тому вони мають іншу назву «парафіни» (нім. Paraffin, від лат. рarum — мало і affinis споріднений). Це пояснюється тим, що в молекулах алканів атоми Карбону і Гідрогену зв'язані між собою міцними σ-зв'язками (енергія таких зв'язків — 376,2 кДж/моль), ось чому ці сполуки не здатні приєднувати атоми Гідрогену. Це стало причиною ще однієї назви алканів — насичені вуглеводні. В звичайних умовах на них не діють сильні мінеральні кислоти (H2SO4, HNO3), луги (NaOH, KOH), окислювачі (КМnО4, K2Cr2O7).
Хімічна інертність алканів обумовлена особливостями будови їх молекул. Для розриву σ-зв'язків необхідно витратити велику енергію (відповідно С-Н - 298,0-414,8 кДж/ моль, С-С – 339-347,8 кДж/ моль). Основні хімічні реакції протікають за радикальним (SR) механізмом (галогенування, нітрування, сульфування, сульфохлорування, крекінг і горіння).
1. Реакція радикального галогенування. Відкрита Ж-Б. Дюма (1834). Може ініціюватися сонячним світлом. В темряві при 250-400°С або при наявності каталізаторів (хлориду стануму, хлориду купруму та ін.) атоми галогенів послідовно заміщують атоми Гідрогену в молекулах алканів. Ця реакція протікає і на світлі (найенергійніше реагує Хлор):
CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl;
CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HCl;
CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HCl;
CHCl3 + Cl2 → CCl4 + HCl.
За реакційною здатністю галогени розміщуються у такий ряд: F>Cl>Br (Йод не вступає у дану реакцію).
2. Реакція нітрування. Названа реакцією Коновалова (1889). Тривалий час вважали, що алкани здатні лише вступати в реакцію галогенування. М.І. Коновалов, встановив, що за умов дії на алкани 13 %-ї нітратної кислоти при 130-140°С і тиску 15-105 Па в молекули алканів входить нітрогрупа:
CH3 CH3
| |
CH3 – CH – CH2 – CH2 – CH3 + HO-NO2 →CH3 – C–CH2–CH2–CH3 + H2O
2 - метилпентан |
NO2
2-нітро-2-метил пентан
Нітрогрупа легко заміщує Гідроген у третинних, важче - у вторинних і дуже важко у первинних атомів Карбону. Зараз в промисловому масштабі нітрування алканів проводять у газовій фазі при 150-475°С оксидом нітрогену (IV) або парами нітратної кислоти.
3. Реакція сульфування. Алкани, що мають у складі своїх молекул не менше 8 атомів Карбону, при слабкому нагріванні (при сильному відбувається окислення) вступають в реакцію радикального заміщення з концентрованою сульфатною кислотою:
C8H17H + HO-SO3H → C8H17-SO3H + H2O
4. Сульфохлорування. Реакція розроблена Рідом і Хорном (1936) і полягає в тому, що на алкани (С8—С10) діють сумішшю діоксиду сульфуру (IV) і хлору. Каталізаторами найчастіше виступають пероксиди або УФ-випромінювання:
R - Н + SO2 + СІ2 → R – SO2Cl + HCl
алкілсульфохлорид
Реакцію використовують для одержання синтетичних миючих речовин (детергентів). Для цього на алкілсульфохлориди діють лугами, що призводить до утворення лужних солей сульфокислот, складових частин синтетичних миючих засобів (порошків, паст):
C12H25SO2Cl + NaOH → C12H25SO2Na + NaCl + H2O
дидекансульфохлорид дидекансульфонат натрію
5. Реакція розщеплення. Алкани — сировина для одержання різноманітних органічних речовин. Передумовою для одержання багатьох з них є одержання з алканів, алкенів або ненасичених вуглеводнів.
Відщеплення Гідрогену від молекули алкану, або дегідрування, в присутності каталізаторів (наприклад, Cr2O3) і при нагріванні до високих температур (в середньому до 460°С) дозволяє одержати потрібні алкени:
Дата добавления: 2015-04-20; просмотров: 51 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |