1.1 ألكان (هيدروكربونات مشبعة).
1.2 طرق الحصول على الألكانات.
1.3 ممثلي ألكان.
2.1 الألكينات (هيدروكربونات الإيثيلين).
2.2 طرق الحصول على الألكينات.
2.3 ممثلو الألكينات.
3.1 الألكينات (الهيدروكربونات الأسيتيلية).
3.2 طرق الحصول على الألكينات.
3.3 ممثلين من الألكينات.
4. تطبيق ألكان ، ألكين ، ألكين.
1.1 الهيدروكربونات المحدودة (الألكانات).
الهيدروكربونات المشبعة (الألكانات) هي مركبات تتكون من ذرات الكربون والهيدروجين ، مترابطة فقط بواسطة روابط Q ، ولا تحتوي على دورات. في الألكانات ، تكون ذرات الكربون في درجة تهجين sp3.
1.2 طرق الحصول على الألكانات.
المصدر الطبيعي الرئيسي للهيدروكربونات المشبعة هو النفط ، وللأعضاء الأوائل في السلسلة المتماثلة ، الغاز الطبيعي. ومع ذلك ، فإن عزل المركبات الفردية عن الزيت أو منتجات تكسيره هو مهمة شاقة للغاية ومستحيلة في كثير من الأحيان ، لذلك يتعين على المرء أن يلجأ إلى طرق الإنتاج الاصطناعية.
1. تتشكل الألكانات بفعل تأثير الصوديوم المعدني على مشتقات الهالوجين الأحادي - تفاعل Wurtz:
H3C-CH2-Br + Br-CH2-CH3 CH3-CH2-CH2-CH3 + 2NaBr
إذا تم أخذ مشتقات هالوجين مختلفة ، فسيتم تكوين خليط من ثلاثة ألكانات مختلفة ، حيث أن احتمالية الالتقاء بجزيئات متطابقة أو مختلفة في معقد التفاعل متساوية ، وتفاعلها قريب:
3C2H5I + 3CH3CH2CH2IC4H10 + C5H12 + C6H14 + 6NaI
2. يمكن الحصول على الألكانات عن طريق اختزال الألكينات أو الألكينات مع الهيدروجين في وجود المحفزات:
NzS-CH \ u003d CH-CHz NzS-CH2-CH2-CH3
3. يمكن تقليل مجموعة متنوعة من مشتقات الألكان عند درجة حرارة عالية باستخدام حمض الهيدرويوديك:
H3C H3C
CHBr + 2HI CH2 + HBr + I2
H3C H3C
ومع ذلك ، في هذه الحالات ، لوحظ أحيانًا أزمرة جزئية للهيكل العظمي الكربوني - يتم تكوين المزيد من الألكانات المتفرعة.
4. يمكن الحصول على الألكانات عن طريق اندماج الأملاح الأحماض الكربوكسيليةمع القلويات. يحتوي الألكان الناتج على ذرة كربون واحدة أقل من حمض الكربوكسيل الأصلي:
ا
CH3-C + NaOH CH4 + Na2C03
على
1.3 ممثلي الألكانات
وفقًا لنظرية هيكل A.M. Butlerov ، تعتمد الخواص الفيزيائية للمواد على تكوينها وبنيتها. ضع في اعتبارك ، باستخدام مثال الهيدروكربونات المشبعة ، التغيير الخصائص الفيزيائيةفي سلسلة متجانسة.
أول أربعة أعضاء من السلسلة المتجانسة ، بدءًا من الميثان ، المواد الغازية. من البنتان إلى الأعلى ، الهيدروكربونات العادية عبارة عن سوائل. يتكثف الميثان في سائل فقط عند -162 درجة مئوية. في الأعضاء اللاحقة من السلسلة ، تزداد نقطة الغليان ، وعند الانتقال إلى المتماثل التالي ، تزداد بمقدار 25 درجة تقريبًا.
تزداد كثافة الهيدروكربونات عند نقطة الغليان للأعضاء السفلية من السلسلة أولاً بسرعة ، ثم بشكل أبطأ: من 0.416 للميثان إلى قيمة أكبر قليلاً من 0.78. تزداد نقطة انصهار الهيدروكربونات العادية في السلسلة المتماثلة ببطء. بدءًا من الهيدروكربون C16H34 ، فإن أعلى المتجانسات عند درجة الحرارة العادية هي المواد الصلبة.
تكون نقطة غليان جميع الألكانات المتفرعة أقل من نقطة غليان الألكانات العادية ، علاوة على ذلك ، كلما كانت سلسلة الكربون أقل تشعبًا للجزيء. يمكن ملاحظة ذلك ، على سبيل المثال ، من مقارنة نقاط الغليان لثلاثة من البنتانات الأيزومرية. على العكس من ذلك ، تكون نقطة الانصهار هي الأعلى بالنسبة للأيزومرات ذات سلسلة الكربون الأكثر تشعبًا. وبالتالي ، من بين جميع الأوكتان المتماثل ، فإن مرحلة سداسي ميثيل (CH3) 3C-C (CH3) 3 هي فقط صلببالفعل في درجة الحرارة العادية (درجة حرارة 104 درجة مئوية). يتم شرح هذه الأنماط من خلال الأسباب التالية.
يتم منع تحول السائل إلى غاز بواسطة قوى التفاعل بين ذرات الجزيئات الفردية من قبل فان دير فال. لذلك ، كلما زاد عدد الذرات في الجزيء ، زادت نقطة غليان المادة ، وبالتالي ، في السلسلة المتجانسة ، يجب أن تزداد نقطة الغليان بالتساوي. إذا قارنا قوى التفاعل بين جزيئات n-pentane و neopentane ، فمن الواضح أن هذه القوى أكبر بالنسبة لجزيء ذي سلسلة طبيعية من ذرات الكربون مقارنة بالقوى المتفرعة ، حيث يتم استبعاد الذرة المركزية في جزيء neopentane عمومًا من التفاعل.
العامل الرئيسي الذي يؤثر على نقطة انصهار مادة ما هو كثافة تعبئة الجزيء في الشبكة البلورية. كلما كان الجزيء أكثر تناسقًا ، زادت كثافة عبوته في البلورة وزادت نقطة الانصهار (لـ n-pentane -132 درجة مئوية ، للنيوبنتان -20 درجة مئوية)
2.1 الألكينات (هيدروكربونات الإيثيلين ، أوليفينات)
الهيدروكربونات في جزيء منها بالإضافة إلى سندات Q- بسيطةالكربون-الكربون والكربون-الهيدروجين هناك الكربون-الكربون
- تسمى السندات غير محدودة. نظرًا لأن تكوين a -bond يكافئ رسميًا فقدان ذرتين من الهيدروجين بواسطة الجزيء ، فإن الهيدروكربونات غير المشبعة تحتوي على ذرات هيدروجين أقل بمقدار 2 ن من الذرات المحددة ، حيث n هو عدد - السندات
C6H14 C6H12C6H10C6H8C6H6
السلسلة التي يختلف أعضاؤها عن بعضهم البعض بواسطة (2H) n تسمى سلسلة isological. وهكذا ، في المخطط أعلاه ، فإن المتماثلات هي الهكسان ، الهكسينات ، السداسيات ، الهكسينات ، السداسيات ، والبنزين.
تسمى الهيدروكربونات التي تحتوي على رابطة واحدة (أي رابطة مزدوجة) الألكينات (أوليفينات) أو ، وفقًا للعضو الأول في السلسلة ، الإيثيلين ، هيدروكربونات الإيثيلين. الصيغة العامة لسلسلتهم المتماثلة هي CnH2n
2.2 طرق الحصول على الألكينات
تحت تأثير المحاليل الكحولية للقلويات الكاوية على مشتقات الهالوجين: ينقسم هاليد الهيدروجين وتشكل رابطة مزدوجة:
H3C-CH2-CH2BrH3C-CH = CH2 + NaBr + H2O
بروبيل بروميد بروبيلين
إذا كانت هناك ذرات هيدروجين ثالثية وثانوية وأولية في موضع α لذرة الكربون المرتبطة بالهالوجين ، فإن ذرة الهيدروجين من الدرجة الثالثة تنقسم في الغالب ، بدرجة أقل ثانوية وحتى أولية (قاعدة زايتسيف):
H3C-C-CI H3C-C + KCL + H2O
H3C CH3 H3C CH3
2،3-ثنائي ميثيل -3-كلوروبنتان 2،3-ثنائي ميثيل بنتين -2
هذا بسبب الاستقرار الديناميكي الحراري للألكينات الناتجة. كلما زادت بدائل الألكين على ذرات كربون الفينيل ، زاد ثباته.
2. تأثير عوامل إزالة الماء على الكحوليات: أ) عندما يتم تمرير الكحولات فوق أكسيد الألومنيوم عند 300-400 درجة مئوية.
NzS-CH-CH2.-CHzNzS-CH \ u003d CH-CH3
أوه بوتين -2
كحول سيك بوتيل
ب) عندما يعمل حامض الكبريتيك على الكحول في ظروف معتدلة ، يستمر التفاعل من خلال التكوين الوسيط لإسترات حامض الكبريتيك:
H3C-CH-CH3 H3C-CH-CH3 H3C-CH = CH2
أوه O-SO3H
ايزوبروبيل
أثناء تجفيف الكحول في ظل ظروف قاسية في البيئات الحمضية ، لوحظ نفس النمط في التخلص من ذرات الهيدروجين نوع مختلف، كما في التخلص من هاليد الهيدروجين.
المرحلة الأولى من هذه العملية هي بروتون الكحول ، وبعد ذلك ينقسم جزيء الماء ويتكون كربوهيدرات:
CH3-CH2-CH-CH3 + H CH3-CH2-CH-CH3 CH3-CH-CH-
أوه
ح ح
CH3CH3-CH-CH-CH3CH3-CH = CH-CH3
يتم تثبيت carbocation الناتج عن طريق طرد البروتون من موضع مجاور مع تكوين رابطة مزدوجة (إزالة β). في هذه الحالة ، يتم أيضًا تشكيل ألكين أكثر تشعبًا (أكثر ثباتًا من الناحية الديناميكية الحرارية). خلال هذه العملية ، غالبًا ما يتم ملاحظة إعادة ترتيب الكربوهيدرات المرتبطة بأزمرة الهيكل العظمي الكربوني:
CH3 CH3
CH3 C-CH - CH3 CH3 C-CH-CH3
CH3 أوه CH3
CH3 CH3 CH3 CH3
C-CH C = C
CH3 CH3 CH3 CH3
3. تحت تأثير الزنك أو المغنيسيوم على مشتقات ثنائي الهالوجين مع اثنين
ذرات الهالوجين عند ذرات الكربون المجاورة:
H3C - C CH2CIH3C - C - CH2 + MgCI2
CH3 CH3
1،2-ثنائي كلورو -2 معدن-إيزوبيوتيلين
البروبان
4 - هدرجة الهيدروكربونات الأسيتيلين فوق محفزات ذات نشاط منخفض (الحديد أو "التسمم" ، أي المعالجة بمركبات تحتوي على الكبريت لتقليل النشاط الحفزي ، Pt و Pd):
HCC-CH (CH3) 2H2C = CH-CH (CH3) 2
2.3 ممثلي الألكينات.
مثل Alkaii ، فإن المتجانسات السفلية لعدد من أبسط الألكينات في الظروف العادية هي الغازات ، وبدءًا من C5 فهي سوائل منخفضة الغليان (انظر الجدول).
النائب ، T. d4
اسم الصيغة ° C Bip ، ° C
Ch2 = CH2 إيثيلين -169-104 0.5660 (عند -102 درجة مئوية)
CH3CH \ u003d CH3 بروبيلين -185 -47 0.6090 (عند -47 "C)
CH3CH3CH = CH2 CH3-CH = CH-CH3 (رابطة الدول المستقلة) بوتين -1 -130-5 0.6696 (عند -5 درجة مئوية) 0.6352 (عند O ° C)
-139 +4
(رابطة الدول المستقلة)
CH3-CH = CH-CH3 (العابرة) -Butep-2-105 +1 0.6361 (عند 0 درجة مئوية)
(نشوة)
(CH3) 3C = CH2 Ieobutylene -140 -7 0.6407 (عند 0 درجة مئوية)
جميع الألكينات ، مثل الألكانات ، غير قابلة للذوبان عمليًا في الماء وقابلة للذوبان في المذيبات العضوية الأخرى ، باستثناء كحول الميثيل ؛ كلهم لديهم كثافة أقل من الماء.
3.1 الألكينات (هيدروكربونات أسيتيل)
الألكينات عبارة عن هيدروكربونات تحتوي ، بالإضافة إلى روابط Q ، على اثنين
- روابط (رابطة ثلاثية) على زوج واحد من ذرات الكربون. الصيغة العامة للسلسلة المتجانسة من الهيدروكربونات الأسيتيلية هي СnН2n-2. تكوين رابطة واحدة يكافئ رسميًا فقدان ذرتين من الهيدروجين.
متنوع الطرق الفيزيائيةلقد ثبت أن الأسيتيلين C2H2 - I هو أبسط ممثل للسلسلة المتجانسة من الألكينات - له جزيء خطي يكون طول الرابطة الثلاثية للكربون والكربون فيه 1.20 ألف ، وطول روابط الكربون-الهيدروجين هو 1.06 ألف .
روابط CH في الأسيتيلين هي من بين روابط Q التي تشكلت عن طريق تداخل مدار s للهيدروجين مع مدار sp المهجن للكربون ؛ يحتوي الجزيء على رابطة كربون-كربون a واحدة (تتشكل من تداخل مداري sp مهجنين من الكربون) واثنين من روابط كربون-كربون - نتيجة تداخل زوجين متعامدين بشكل متبادل من مدارات p "نقية" (P و P) من ذرات الكربون المجاورة. زوايا التكافؤفي الأسيتيلين ، بناءً على هذا النموذج ، تكون 180 درجة والجزيء له شكل خطي ، مما يجعل من المستحيل على التماثل المتماثل مع رابطة ثلاثية.
3.2 طرق الحصول على الألكينات.
الطريقة الأكثر شيوعًا للحصول على الهيدروكربونات الأسيتيلنية هي عمل محلول كحولي من القلويات على مشتقات ديالو من الهيدروكربونات المشبعة بترتيب قريب (أ) أو جوهري (ب) لترتيب ذرات الهالوجين
أ) CH2Br –CH2Br -> CHCH + 2HBr
ب) CH3-CH2-CHCl2 -> CH3-CCH + 2ISl
CH3-CH2-CCl2-CH3 -> CH3-C C-CH3 + 2HC1
نظرًا لأنه يتم الحصول على مشتقات ثنائي الهالوجين المجاور عادةً عن طريق إضافة الهالوجينات إلى هيدروكربونات الإيثيلين ، يمكن اعتبار التفاعل (أ) بمثابة تفاعل لتحويل هيدروكربونات الإيثيلين إلى مركبات أسيتيلين.
مشتقات ثنائي الهالوجين Geminal (كل من ذرات الهالوجين على ذرة كربون واحدة) هي مشتقات من الكيتونات أو الألدهيدات ، وبالتالي ، باستخدام التفاعلات (ب) ، من الممكن الانتقال من مركبات الكربونيل إلى الألكينات. عند فصل هاليدات الهيدروجين ، تنطبق قاعدة زايتسيف المعروفة بالفعل على أن الهيدروجين ينفصل من ذرة كربون تحتوي على عدد أقل من ذرات الهيدروجين.
يمكن الحصول على الأسيتيلين مباشرة من التكسير عالي الحرارة (الحراري أو الكهروحراري) للميثان أو الهيدروكربونات الأكثر تعقيدًا:
2SN4N-SS-N + ZN2
3.3 ممثلي الألكاينات.
كما هو الحال مع الألكانات والألكينات ، فإن الأجزاء السفلية من السلسلة المتماثلة للألكينات في الظروف العادية هي مواد غازية. بيانات الجدول. يوضح الشكل 22 أن الخصائص الفيزيائية والكيميائية الرئيسية للهيدروكربونات للفئات المدروسة تختلف قليلاً عن بعضها البعض (انظر الجدول).
اسم الصيغة نقطة الانصهار ، درجة مئوية ، نقطة الغليان ، درجة مئوية D4
HCCHCH3CCHHCC- CH2CH3 CH3CCCH3 Acetylene PropynButyn-1Butyn-2 -82-105-137-33 -84 (sub-23) 927 0.6200 (عند -84 درجة مئوية) 0.6785 (عند -27 درجة مئوية) 0 ؛ 669 ب (عند -10 درجة مئوية) ج) 0.6880 (عند 25 درجة مئوية)
4. تطبيقات ألكان ، ألكين ، ألكين
الألكينات ، مع الألكانات والأسيتيلين والهيدروكربونات العطرية ، هي واحدة من المواد الخام الرئيسية لصناعة التخليق العضوي الثقيل (حمولة كبيرة).
يستخدم الإيثيلين بكميات كبيرة للمعالجة إلى البولي إيثيلين وكحول الإيثيل ، ويتم استخدامه في المعالجة إلى إيثيلين جلايكول ويستخدم في البيوت الزجاجية لتسريع نضج الثمار.
تتم معالجة البروبيلين إلى مادة البولي بروبيلين والأسيتون وكحول الأيزوبروبيل.
يلعب الأسيتيلين دورًا مهمًا للغاية في الصناعة. يصل إنتاجها العالمي إلى عدة ملايين من الأطنان. يتم استخدام كمية كبيرة من الأسيتيلين في معادن اللحام ، عندما تحترق
في الأكسجين ، تصل درجة الحرارة إلى 2800 درجة مئوية ، وهي درجة حرارة أعلى بكثير من احتراق الهيدروجين في الأكسجين ، ناهيك عن احتراق الميثان. والسبب في ذلك هو انخفاض السعة الحرارية لثاني أكسيد الكربون مقارنةً بـ H2O ، والتي تتشكل أثناء احتراق الألكانات أكثر من الألكينات:
2СзН6 + 7O2 -> 4СО2 + 6Н2О
2C2 H2 + 5O2 -> 4CO2 + 3H2O
الرائحة الكريهة للأسيتيلين التي يتم الحصول عليها من الكربيد ناتجة عن شوائب PH3 و AsH3 ، ورائحة الأسيتيلين النقية مثل جميع الهيدروكربونات المنخفضة (البنزين). الأسيتيلين ومخاليطه مع الهواء شديدة الانفجار ؛ يتم تخزين الأسيتيلين ونقله في أسطوانات على شكل محاليل أسيتون تشرب المواد المسامية.
النفط وتكريره
تكوين الزيت. المصدر الطبيعي الرئيسي للهيدروكربونات المشبعة هو النفط. يختلف تكوين الزيوت باختلاف المجال ، ولكن عادةً ما يتم فصل جميع الزيوت إلى الأجزاء التالية أثناء التقطير البسيط: جزء الغاز ، والبنزين ، ووقود الطائرات ، والكيروسين ، ووقود الديزل ، والبارافين ، وقطران الزيت.
جزء الغاز (BP. حتى 40 درجة مئوية) يحتوي على ألكانات عادية ومتفرعة حتى C ، بشكل أساسي البروبان والبيوتان. يتكون الغاز الطبيعي من حقول الغاز بشكل أساسي من الميثان والإيثان.
يحتوي بنزين الطيران (نقطة أساس 40-180 درجة مئوية) على هيدروكربونات C6 - C10 تم العثور على أكثر من 100 مركب فردي في البنزين ، بما في ذلك الألكانات العادية والمتفرعة والألكانات الحلقية والألكيل بنزين (أرينيس).
وقود الطائرات (BP 150-280 درجة مئوية).
يحتوي الكيروسين للجرار (t ، bp 110-300 ° C) على هيدروكربونات C7-C14.
يتشقق وقود الديزل (bp 200-330 ° C) ، الذي يحتوي على الهيدروكربونات C13 - C18 ، على نطاق واسع ، ويتحول إلى ألكانات (وألكينات) ذات وزن جزيئي أقل (انظر أدناه).
تحتوي زيوت التشحيم (BP 340-400 درجة مئوية) على الهيدروكربونات C18 - C25.
البارافين البترولي (bp. 320-500 درجة مئوية) ، ويحتوي على الهيدروكربونات C26-C38 ، والتي يتم عزل الفازلين منها. يشار عادة إلى البقايا بعد التقطير بالإسفلت أو القطران.
بالإضافة إلى الهيدروكربونات من مختلف الفئات ، يحتوي الزيت على الأكسجين والكبريت والمواد المحتوية على النيتروجين ؛ أحيانًا يصل محتواها الإجمالي إلى عدة في المائة.
حاليًا ، النظرية الأكثر شهرة هي الأصل العضوي للزيت كمنتج لتحول المخلفات النباتية والحيوانية. يتم تأكيد ذلك من خلال حقيقة أن بقايا البورفيرين والمنشطات من أصل نباتي وحيواني ، وما يسمى ب "الحفريات الكيميائية" - وهي الأجزاء الأكثر تنوعًا الموجودة في العوالق - تم العثور عليها في عينات الزيت.
على الرغم من أنه من المسلم به عمومًا أن الزيت هو المصدر الطبيعي الأكثر قيمة للمواد الخام الكيميائية ، إلا أن الكمية الرئيسية من الزيت ومنتجاته لا تزال تُحرق في محركات الاحتراق الداخلي (البنزين) ومحركات الديزل والمحركات النفاثة (الكيروسين).
وقود المحرك. رقم أوكتان. البنزين من أصول مختلفة يتصرف بشكل مختلف في محركات الاحتراق الداخلي.
في محاولة لزيادة قوة المحرك بأبعاد ووزن صغير إلى أقصى حد ، يحاولون زيادة نسبة ضغط الخليط القابل للاحتراق في الأسطوانة. ومع ذلك ، في المحركات رباعية الأشواط عالية السرعة التي تعمل بالاشتعال القسري ، يؤدي هذا أحيانًا إلى الاشتعال المسبق للخليط - التفجير. هذا يقلل من قوة المحرك ويسرع من تآكله. ترتبط هذه الظاهرة بتكوين الوقود السائل ، لأن الهيدروكربونات ذات الهياكل المختلفة تتصرف بشكل مختلف عند استخدامها كوقود للمحرك. أسوأ أداء - في البارافينات ذات الهيكل الطبيعي.
تم اعتماد الهبتان العادي كمعيار لمادة قابلة للاحتراق ذات قدرة تفجير عالية. كلما زادت سلسلة الكربون المتفرعة للهيدروكربون البرافيني ، كان الاحتراق أفضل في الأسطوانة ، وكلما زادت درجة انضغاط الخليط القابل للاحتراق. تم اعتماد 2 ، 2 ، 4-ثلاثي ميثيل بنتان (يشار إليه عمومًا باسم isooctane) مع خصائص جيدة مضادة للخبط كمعيار لوقود المحرك. بتكوين مخاليط من هذا الأوكتان مع n-heptap بنسب مختلفة ، يتم مقارنة سلوكها في المحرك بسلوك البنزين الذي تم اختباره. إذا كان خليط يحتوي على 70٪ أيزوكتان يتصرف بنفس الطريقة التي يتصرف بها البنزين قيد الدراسة ، فيقال إن الأخير يحتوي على رقم أوكتان 70 (يتم أخذ رقم أوكتان الأيزوكتان على أنه 100 ؛ يتم أخذ رقم أوكتان n- هيبتان ليكون صفرا).
أحد طرق زيادة مقاومة الوقود للمحركات ذات الاشتعال بالشرارة هو استخدام عوامل مانعة للانغلاق.
العوامل المضادة للانفجار هي مواد تضاف إلى الجازولين (لا تزيد عن 0.5٪) لتحسين خصائص منع التنفط. عامل مانع الاحتكاك الفعال بدرجة كافية هو رباعي إيثيل الرصاص (TES) Pb (C2H5) 4
ومع ذلك ، فإن البنزين من محطات الطاقة الحرارية ومنتجات الاحتراق شديدة السمية. في الوقت الحاضر ، تم العثور على عوامل جديدة لمضاد الطرد تعتمد على مركبات المنغنيز العضوية من النوع cyclopentadieneiclpsntacarbonyl manganese C5H5Mn (CO) 5: فهي أقل سمية ولها خصائص مقاومة أفضل. تؤدي إضافة هذه العوامل المضادة للخبط إلى درجات جيدة من البنزين إلى إنتاج وقود بدرجة أوكتان تصل إلى 135.
بالنسبة لمحركات الصواريخ والديزل ، على العكس من ذلك ، فإن الوقود الذي يحتوي على سلسلة عادية من ذرات الكربون ، والتي لها أدنى درجة حرارة للاشتعال ، هي الأكثر قيمة. هذه الخاصية مأخوذة
تقييم بأرقام السيتاني. يحتوي رقم السيتان 100 على الهيدروكربون n-Sc ، Hd4 ، ورقم السيتان 0 يحتوي على 1-ميثيل نفتالين.
توليف الهيدروكربونات من CO + H2. من خلال تمرير خليط من أول أكسيد الكربون (II) والهيدروجين فوق نيكل مطحون ناعماً عند 250 درجة مئوية ، يمكن الحصول على الميثان:
ثاني أكسيد الكربون + 3H2CH4 + H2O
إذا تم إجراء هذا التفاعل عند ضغط 100-200 ضغط جوي ودرجة حرارة تصل إلى 400 درجة مئوية ، يتم الحصول على خليط يتكون أساسًا من منتجات تحتوي على الأكسجين ، والتي يسود فيها الكحول ؛ هذا الخليط كان يسمى schshpol.
عند استخدام محفزات الحديد الكوبالت ودرجة حرارة 200 درجة مئوية ، يتم تكوين خليط من الألكانات - سينتين.
nCO + (2n + 1) H2 CnH2n + 2 + H2O
Sintin و synthol هما نتاج تخليق عضوي واسع النطاق ويستخدمان على نطاق واسع كمواد خام للعديد من الصناعات الكيميائية.
كلاثرات. تتكون كسور زيت السينتين والبنزين من مخاليط هيدروكربونات ذات بنية طبيعية وسلاسل متفرعة. تم العثور عليه مؤخرًا طريقة فعالةفصل المركبات العضوية ذات السلاسل العادية والمركبات المتفرعة التي تم الحصول عليها في الحالة العامةاسم طريقة فصل clathrate. تم استخدام اليوريا لفصل الهيدروكربونات. يتم بناء بلورات اليوريا بطريقة توجد بها قنوات سداسية ضيقة داخل البلورات. يبلغ قطر هذه القنوات بحيث لا يمكن إلا للهيدروكربونات العادية أن تمر عبرها وتحتفظ بها بواسطة قوى الامتصاص. لذلك ، عند معالجة خليط من المركبات العضوية باليوريا (أو بعض المركبات الأخرى) ، تتبلور المواد ذات السلسلة الطبيعية من ذرات الكربون معًا في شكل معقدات. هذه الطريقة ، بالطبع ، لها مستقبل كبير جدًا - متى يتم العثور عليها أكثرصانعي clathrate فعالة.
إنتاج البوتادين -1،3 (ديفينيل)
البوتادين -1،3 CH 2 = CH-CH-CH 2 هو المونومر الرئيسي لإنتاج المطاط الصناعي.
كان توليف بوتادين -1،3 من الإيثانول ، الذي طورته SV Lebedev ، أول طريقة صناعية لإنتاج المونومر ، والذي تم على أساسه في عام 1932 إطلاق مصنع لإنتاج المطاط الصناعي لأول مرة في العالم .
يمكن كتابة معادلة التفاعل الإجمالية كـ
2C 2 H 5 OH ® C 4 H 6 + H 2 + 2H 2 O، ΔH = 85 كيلو جول
يمكن أن نرى من المعادلة أن التفاعل الكلي هو مزيج من التكثيف ونزع الهيدروجين والجفاف. يتم تلبية هذه المتطلبات بواسطة محفز الأكسيد ثنائي الوظيفة الذي اقترحه ليبيديف ، والذي يحتوي على مكونات نزع الهيدروجين والتجفيف. ومع ذلك ، فقدت الطريقة الآن قيمتها العملية. العيب الرئيسي لهذه الطريقة هو انتقائية منخفضة (حتى العائد النظري للديفينيل من 100٪ إيثانول هو 58.7٪).
حاليًا ، الطرق الرئيسية لتخليق الديفينيل هي نزع الهيدروجين ن- البيوتان المعزول من الغاز الطبيعي والمعالجة المعقدة لأجزاء الانحلال الحراري للبيوتان - البيوتيلين من المنتجات البترولية ، بما في ذلك استخلاص البوتادين وعزل الأيزوبيوتيلين ونزع الهيدروجين ن- البوتيلين إلى بوتادين.
في نزع الهيدروجين من البيوتان ، تلعب القيود الديناميكية الحرارية دورًا مهمًا ، ونتيجة لذلك يكاد يكون من المستحيل الحصول على بوتادين -1،3 في مرحلة واحدة مع عائد مقبول تقنيًا في ظل الظروف العادية ، وفقط بمساعدة طرق خاصة ( باستخدام فراغ ، نزع الهيدروجين التأكسدي) يمكن رفع المحصول إلى المستوى المطلوب.
تعمل معظم المنشآت الصناعية لإنتاج الديفينيل من البيوتان في مخطط من مرحلتين. تتمثل المرحلة الأولى لنزع الهيدروجين من البيوتان في تحويله إلى بيوتيلين ، والثانية هي عملية الحصول على مادة الديفينيل من البيوتيلين.
تتم عملية نزع الهيدروجين من البيوتان إلى البيوتيلين على محفز معزز بأكسيد الكروم ومدعوم على الألومينا وفقًا للتفاعل
ج 4 H 10 ® C 4 H 8 + H 2 ، ΔH = 131 كيلو جول
التركيب ...... Al 2 O 3 Fe 2 O 3 Cr 2 O 3 SiO 2 KNO 3 CaO H 2 O
جزء الشامل, % 66,10 1,72 15,8 7,9 4,93 0,14 3,34
في عملية نزع الهيدروجين من البوتان ، يتم تغطية المحفز برواسب الكربون ويغير تركيبته الكيميائية. في هذه الحالة ، ينخفض نشاط المحفز بشكل حاد. لغرض إعادة التنشيط ، يُسحب المحفز باستمرار من المفاعل ويتم تحميصه في تيار من الهواء في مُجدد الطبقة المميعة. في هذه الحالة ، تحترق المركبات الكربونية ، وتتأكسد أكاسيد الكروم السفلية إلى Cr 2 Oz. نظام التكنولوجياوحدة نزع الهيدروجين من البيوتان موضحة في الشكل. واحد.
يدخل البيوتان في شكل سائل إلى المجفف 1 مملوءة بمادة ماصة (A1 2 O 3 ، زيوليت) ثم في المبخر 2. يتم تسخين الأبخرة الناتجة في فرن أنبوب 3 حتى درجة حرارة 780-820 كلفن وتدخل تحت شبكة توزيع المفاعل 4 للجفاف. يتم توفير كمية الحرارة اللازمة لاستمرار التفاعل مع تدفق المحفز المُجدد المسخن من المُجدد 5. ودرجة الحرارة في المُجدد هي 890-920 كلفن المُحَفِّز المُجدد يُغذى إلى شبكة التوزيع العلوية ، وبالتالي ، المحفز وغازات التفاعل تتحرك عكسيًا في الوقت الحالي. يوجد في الجزء العلوي ملف لإخماد غازات التفاعل. نتيجة لذلك ، تنخفض درجة حرارة الغازات بسرعة إلى 720-750 كلفن ويتم منع المزيد من تحللها.
| |
يتم نقل المحفز إلى المجدد بواسطة تيار هوائي ، وإلى المفاعل بواسطة أبخرة الهيدروكربون الأولية أو النيتروجين. يتم إرسال غاز التلامس من المفاعل إلى غلاية حرارة النفايات 6 للحصول على بخار ثانوي ، ثم حبس غبار المحفز والمزيد من التبريد - في جهاز التنظيف 7 المروي بالماء. يتم تحرير غازات المداخن من المجدد من غبار المحفز في المرسب الكهروستاتيكي 8, ثم تمر عبر جهاز التنظيف ويتم إطلاقها في الغلاف الجوي.
للتعويض عن الخسائر والحفاظ على النشاط ، يتم إضافة محفز جديد يوميًا إلى المحفز المتداول في النظام. يدخل غاز التلامس المنقى إلى الشاحن التوربيني 9, يبلغ ضغط التفريغ حوالي 0.5 ميجا باسكال ، ثم في نظام التكثيف 10, حيث يتم استخدام الماء وغليان البروبان على التوالي كمبرد. يتم إرسال المنتج غير المكثف إلى جهاز الامتصاص 11 . يتم الامتصاص بواسطة خليط من الهيدروكربونات C 6-C 12. يتم تقطير البيوتيلين المذاب في جهاز امتصاص 12 والمخاليط مع المنتج المسال من المكثف 10 يدخل في نظام أعمدة التقطير 13 و 14. في الأعمدة ، يتم تقطير الشوائب منخفضة وعالية الغليان من منتج نزع الهيدروجين (يُضاف الأخير إلى المادة الماصة المتداولة لتعويض الخسائر). يتم إرسال منتجات نزع الهيدروجين من البيوتان إلى وحدة التقطير الاستخراجي 15 لعزل جزء البيوتيلين.
يستمر نزع الهيدروجين من البيوتيلين إلى الديفينيل
محفز فوسفات الكالسيوم والكروم عن طريق التفاعل
C 4 H 8 ® C 4 H 8 + H 2، ΔH = 119 كيلو جول.
يظهر المخطط التكنولوجي لنزع الهيدروجين من البيوتيلين في الشكل 2.
| |
يتم تسخين جزء البيوتيلين الأصلي وبخار الماء في أفران أنبوبية 1
و 2
حتى 770 و 990 كلفن ، على التوالي ، يخلط مباشرة قبل المفاعل في خلاط الحقن 3
وأرسلت إلى كتلة المفاعل 4.
يتم "إخماد" خليط الغاز والبخار عند مخرج المفاعل بمكثف الماء ، وتبريده على الفور إلى 810 ك. نظام اثنين من أجهزة تنقية الغاز 6
و 7 يروى الاول بالديزل والثاني بالماء. يتكثف بخار الماء بالكامل في أجهزة غسل الغاز. بعد ترك جهاز التنظيف 7 ، يتم ضغط الغاز في الضاغط 8
ويتكثف في نظام التكثيف 9.
يتم أيضًا استرداد الهيدروكربونات غير المكثفة في وحدة الامتصاص-الامتصاص 10
و 11
. المادة الماصة هي C 6 -C 12 هيدروكربونات مشكلة كمنتجات ثانوية. يتم إرسال إجمالي التدفق السائل إلى الأعمدة 12
و 13
للفصل الأولي للشوائب منخفضة وعالية الغليان وكذلك إلى وحدة التقطير الاستخراجي 14.
معدل تحويل البيوتيلين 40-45٪ مع انتقائية للديفينيل حوالي 85٪. خلور البرافان ومشتقاته
في الصناعة ، تتم المعالجة بالكلور الحراري في الطور الغازي عند درجة حرارة ضرورية لتنشيط جزيئات الكلور ، مما يؤدي إلى تفاعل متسلسل جذري: C1 2 ® C1 × + C1 ×
RH + C1 × ® R + حمض الهيدروكلوريك
R + Cl 2 ® RCl + C1 × ، إلخ.
يؤدي تفاعل استبدال ذرات الهيدروجين بذرات الكلور إلى
لتشكيل خليط من منتجات أحادية وثنائية وعديدة الكلور وإطلاق كلوريد الهيدروجين.
يتم تحديد التكوين السائد لمنتج أو آخر من خلال ظروف التفاعل ؛ نظام درجة الحرارة والنسبة الجزيئية للهيدروكربون والكلور (الشكل 3).
تتم معالجة الميثان بالكلور في جهاز الكلورة (الشكل 4) ، وهو جسم أسطواني من الصلب ، مبطن من الداخل بطوب النار 2, في الجزء العلوي يوجد فوهة من حلقات الخزف 3, المساهمة في رد فعل موحد. نصف ارتفاع الجزء الداخلي من المكلور تشغلها أسطوانة عمودية خزفية مفتوحة 4 مع ثقوب في الأسفل ، حيث يتم إنزال أنبوب السيراميك بحلقة ضيقة لتزويد المواد الخام. تبدأ العملية بالتسخين المسبق لداخل المكلور (لبدء التفاعل). يتم التسخين عن طريق حرق جزء من الميثان الممزوج بالهواء ، ثم استبدال الهواء بالكلور. بعد ذلك ، يستمر التفاعل تلقائيًا. يتم تفريغ منتجات المعالجة بالكلور من الجزء العلوي للجهاز ، ثم يتم التقاط كلوريد الهيدروجين من خليط الغاز في ماصات الأحماض (يتم الحصول على حمض الهيدروكلوريك) ، ويتم تحييد خليط الغاز مع القلويات ، وتجفيفها بالتجميد ، وضغطها ، وتسييلها عن طريق التبريد العميق. من خليط سائل يحتوي على 28-32٪ كلوريد ميثيل ، 50-53٪ كلوريد ميثيلين ، 12-14٪ كلوروفورم و 3-5٪ رابع كلوريد الكربون ، يتم عزل المنتجات الفردية عن طريق التصحيح.
العثور على كل الميثان المعوض بالكلور تطبيق واسع. لذلك ، يتم استخدام كلوريد الميثيل CH 3 C1 كمذيب في إنتاج مطاط البوتيل ، كعامل ميثيل في التخليق العضوي ، للحصول على ميثيل كلورو سيلان ، الذي يعمل كمادة وسيطة في إنتاج بوليمرات السليكون العضوي - السيليكون. كلوريد الميثيلين CH 2 C1 2 عبارة عن مذيب صناعي قيم لخلات السليلوز ، والدهون ، والزيوت ، والبارافين ، والمطاط ؛ إنه غير قابل للاشتعال ولا يشكل مخاليط متفجرة مع الهواء.
كلورة البنزين
يتم الحصول على كلورة البنزين أو أحادي كلورو البنزين أو مشتقات الكلور الأخرى ، اعتمادًا على ظروف الكلورة. وهكذا ، عند 310-330 كلفن ونسبة مولارية من البنزين والكلور 1: 0.6 ، يتشكل أحادي كلورو بنزين على محفز حديد. مع نسبة منخفضة ومحفز A1C1 3 ، يتم الحصول بشكل أساسي على o- ثنائي كلورو بنزين (يستخدم في تخليق الأصباغ وعوامل مكافحة الآفات) ؛ في نفس درجة الحرارة تحت الإشعاع فوق البنفسجي ، يتم الحصول على سداسي كلورو حلقي الهكسان. على التين. يوضح الشكل 5 مخططًا لإنتاج كلور بنزين مع إزالة حرارة التفاعل الطارد للحرارة بسبب تبخر البنزين الزائد.
تتم عملية المعالجة بالكلور في جهاز أسطواني فولاذي ،
| |
مشكلة استخدام الكلور الهيدروجين المنتج في عمليات التكلور الهيدروكربوني
كلوريد الهيدروجين هو منتج نفايات لكلورة الهيدروكربونات البرافينية والعطرية في تكرير النفط ، والذي يستخدم على نطاق واسع في الصناعة التوليف العضوي. إعادة التدوير مهمة عاجلة مرتبطة بتقليل تكلفة منتجات المعالجة بالكلور ، وتحسين الظروف الصحية ، ومكافحة تآكل المعادن.
يستخدم جزء من كلوريد الهيدروجين في الإنتاج حمض الهيدروكلوريكعن طريق امتصاص التيار المعاكس لـ HC1 في الماء. ومع ذلك ، فإن الطلب المحلي على حمض الهيدروكلوريك عادة ما يكون أقل بكثير من القدرة على إنتاجه من كلوريد الهيدروجين. يصعب نقل حمض الهيدروكلوريك لمسافات طويلة بسبب تآكله العالي.
طريقة واعدة لاستخدام HC1 هي طريقة الكلورة المؤكسدة. تُستخدم هذه الطريقة في الصناعة الحديثة لتجميع كلوريد الفينيل من الإيثيلين: في مفاعل الكلورة المؤكسد ، يتم تحويل الإيثيلين إلى 1،2 ثنائي كلورو الإيثان ، عن طريق التحلل الحفزي الذي يتم الحصول على كلوريد الفينيل منه ؛ يتم إرسال HC1 الناتج مرة أخرى إلى المفاعل:
2CH 2 \ u003d CH 2 + 4HC1 + O 2 ® 2CH 2 C1-CH 2 C1 + 2H 2 O ، ΔH \ u003d -238 كيلو جول / مول CH 2 C1-CH 2 C1 ® CH 2 \ u003d CHCI + HC1.
تتم عملية الكلورة المؤكسدة عند 530-570 كلفن في وجود محفز (كلوريد النحاس على مادة حاملة خاملة) ؛ يتم إجراء الانحلال الحراري لثاني كلورو الإيثان عند 770 كلفن على محفز مسامي (حجر الخفاف).
| |
على التين. يوضح الشكل 6 مخططًا مبسطًا لتخليق كلوريد الفينيل من الإيثيلين. في الخلاط 1 يتم خلط الإيثيلين وغاز إعادة التدوير وكلوريد الهيدروجين بالأكسجين وإدخالها في المفاعل 2 مع محفز مميع يتم تبريد أبخرة ثنائي كلورو الإيثان المتشكل والإيثيلين غير المتفاعل والأكسجين و HC1 في ثلاجة خلط مباشر 3 خليط من الماء وثنائي كلورو الإيثان يخرج من الثلاجة 4. ثم يمر خليط الغاز والبخار من خلال جهاز تنقية قلوي ساخن 5 ، حيث يتم تنقيته من حمض الهيدروكلوريك وثاني أكسيد الكربون ، ويتم تبريده في الثلاجة ، ويمر عبر فاصل الغاز 6, منفصل عن الغازات - خليط من الإيثيلين والأكسجين ، يتم إعادتهما إلى المفاعل (إعادة تدوير الغاز). يتم فصل ثنائي كلورو إيثان الموجود في الفاصل 7 عن الماء ، ويدخل في عمود التجفيف 8, حيث ، بمساعدة التقطير الأيزوتروبي ، يتم تجفيفه أخيرًا وتغذيته في عمود التقطير 9; يتم جمع ثنائي كلورو الإيثان في مجموعة 10. يحدث الانحلال الحراري اللاحق لثاني كلورو إيثان للحصول على كلوريد الفينيل في فرن أنبوب 11 ؛ يدخل خليط التفاعل من الفرن إلى ثلاجة الخلط المباشر ، ويتم تبريده عن طريق تدوير ثنائي كلورو الإيثان المبرد ، وبعد المرور عبر الثلاجة 4, يدخل عمود التقطير 12, حيث يتم فصل HC1 ، والذي يتم إرجاعه إلى مفاعل الكلورة المؤكسدة ، ويتم فصل كلوريد الفينيل وثاني كلورو الإيثان غير المحول في عمود التقطير 13; يتم إرجاع ثنائي كلورو الإيثان إلى العمود 9, ويذهب كلوريد الفينيل إلى البلمرة.
من الأهمية بمكان إعادة التدوير الجمع بين الشركات القائمة على غازات المصفاة ، ولا سيما المعالجة المشتركة للإيثيلين والأسيتيلين وكلوريد الفينيل ؛ يستخدم كلوريد الهيدروجين ، المتشكل أثناء إنتاج كلوريد الفينيل من الإيثيلين ، في هيدروكلوريد الأسيتيلين:
CH 2 \ u003d CH 2 + C1 2 ® CH 2 C1-CH 2 C1 (انحلال حراري) ® CH 2 \ u003d CHC1 + HCI
CHºCH + HC1 ® CH 2 = CHC1
الطريقة الاقتصادية لاستخدام كلوريد الهيدروجين هي الجمع بين كلورة الميثان والكلورة المؤكسدة من أجل الحصول على غاز الميثان البديل بالكلور:
CH 4 + 4C1 2 ® CCI 4 + 4HCI
CH 4 + 4HC1 + O 2 ® SS! 4 + 2 س 2 س
في هذه العملية ، بالإضافة إلى رابع كلوريد الكربون ، يتم الحصول على كلوريد الميثيلين والكلوروفورم. يستخدم رابع كلوريد الكربون كمذيب ، في الزراعة (تبخير) ، لإطفاء الحرائق ، وما إلى ذلك.
تنتج الكلورة المؤكسدة أيضًا كلور بنزين من خليط بخار غاز من البنزين وكلوريد الهيدروجين والهواء (الأكسجين) عند 500 كلفن على محفز مختلط (A1 2 O 3 -CuC1 2 - FeCl 3):
ج 6 H 6 + HC1 + 1/2 O 2 ® C 6 H 5 C1 + H 2 O
يمكن استخدام كلوريد الهيدروجين من خلال الأكسدة الكهروكيميائية للكلور.
يُقترح استخدام محفز الكروم السيزيوم وطريقة استخدامه لأكسدة كلوريد الهيدروجين إلى الكلور ، أي تجديد الكلور من غازات العادم لكلور المركبات العضوية.
إنتاج الأسيتلين ومعالجته
يتم إنتاج الأسيتيلين عن طريق تحلل كربيد الكالسيوم في مولدات الأسيتيلين بالطرق الرطبة والجافة وفقًا لمعادلة التفاعل:
CaC 2 + 2H 2 O ® C 2 H 2 + Ca (OH) 2 ΔH = -127 كيلو جول.
في الطريقة الرطبة ، في المولدات التي تعمل على مبدأ "كربيد الماء" ، يتم تغذية كربيد الكالسيوم المسحوق بالتساوي في المولد الذي يحتوي على كمية كبيرة من الماء ، عن طريق التسخين الذي يتم إزالة الحرارة المنبعثة منه أثناء العملية. تعد المعدات المستخدمة وفقًا لهذا المخطط ، وخاصة الاتصالات لإزالة الحمأة الناتجة ودوران المياه ، مرهقة للغاية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن نقل واستخدام حليب الليمون السائل المحتوي على ما يصل إلى 70٪ من الماء يسبب صعوبات كبيرة.
كما تم تطوير طرق صناعية فعالة لإنتاج الأسيتيلين من الهيدروكربونات. يتكون الأسيتيلين من البارافينات عن طريق التفاعلات الماصة للحرارة التالية القابلة للانعكاس:
2CH 4 D C 2 H 2 + H 2 H = 376 كيلوجول
ج 2 س 6 د ج 2 س 2 + 2 س 2 ΔH = 311 كج
ج 3 H 8 D C 2 H 2 + CH 4 + H 2 H = 255 كيلو جول
CH 4 D C + 2H 2 ΔH = 88 كيلو جول
التفاعل (د) هو رد فعل جانبي.
يتحول توازن التفاعلات مع زيادة درجة الحرارة نحو تكوين الأسيتيلين. يتم تحقيق درجة عالية من تحويل التوازن للميثان عند T> 1670 K ، للإيثان - 1170 كلفن ولكن عند درجات حرارة> 1680 كلفن ، يصبح الأسيتيلين والهيدروكربونات غير مستقرة وتتحلل إلى السخام والكربون.
يكون تفاعل تحويل الميثان إلى أسيتيلين عند درجات حرارة 1670-1770 كلفن مقبولة في الإنتاج أسرع من تفاعل تحلل الأسيتيلين إلى عناصر ، وبالتالي يتم تبريد منتجات التفاعل بسرعة ، مما يجعل من الممكن منع تحلل الأسيتيلين ، للغرض نفسه ، يتم استخدام سرعات حجمية عالية للغاز ، حيث يجب أن تكون المادة الخام في منطقة التفاعل جزءًا من جزء من الألف من الثانية فقط.
وفقًا لطريقة الإمداد الحراري لتنفيذ التفاعل الطارد للحرارة لتكوين الأسيتيلين ، يتم تمييز الطرق التالية لتنفيذ العملية: 1) التكسير الكهربائي للهيدروكربونات الغازية أو المنتجات السائلة ؛ 2) الانحلال الحراري المتجانس. 3) الانحلال الحراري التأكسدي الحراري.
التكسير الكهربائييتم تنفيذه باستخدام قوس فولتية في أفران القوس الكهربائي DC.
الانحلال الحراري المتجانسيتكون من تحلل المواد الخام في تيار من غازات المداخن الساخنة عند درجة حرارة حوالي 2200 كلفن.
في الانحلال الحراري التأكسدي الحرارييتم الحصول على الحرارة اللازمة عن طريق حرق جزء من الميثان.
تتمثل العيوب الرئيسية لطريقة الكربيد لإنتاج الأسيتيلين في ارتفاع استهلاك الطاقة في إنتاج كربيد الكالسيوم وكمية كبيرة من المواد الخام المستهلكة (الحجر الجيري وفحم الكوك) التي تتم معالجتها على عدة مراحل. في الوقت نفسه ، باستخدام طريقة الكربيد ، يتم الحصول على الأسيتيلين المركز ، والذي لا يسبب تنقيته من الشوائب الصغيرة صعوبات.
تستخدم طرق التحلل الحراري للهيدروكربونات كمية أصغر من المواد الخام ، والتي يتم تحويلها إلى الأسيتيلين في مرحلة واحدة ، ولكن يتم تخفيف الأسيتيلين ويتطلب نظام معقدتنقيته وتركيزه. وتجدر الإشارة إلى أن طريقة الكربيد توفر حوالي 70٪ من الإنتاج العالمي من الأسيتيلين.
هناك الطرق الرئيسية التالية للمعالجة الأولية للأسيتيلين.
ترطيب:
أ) بإنتاج الأسيتالديهيد وحمض الخليك (المحفز (HgSO 4):
ب) مع إنتاج الأسيتون (محفز ZnO على الكربون المنشط)
2CH \ u003d CH + 3H 2 O ® CH 3 COCH 3 + CO 2 + 2H 2
البلمرةإلى مواد خطية ودائرية للحصول على مونومرات وألياف المطاط الصناعي.
الكلورةللحصول على المذيبات والمونومرات.
فينيلشن مع الأسيتيلينمواد مختلفة للحصول على المونومرات:
ROH ® ROCH = CH 2
RCOOH ® RCOOCH = CH 2
وزارة التربية والتعليم R.F.
ولاية كورسك الزراعية
الأكاديمية. أ. أولا إيفانوفا
تشغيل الملخص
الكيمياء العضوية
الحصول على ألكانات ، ألكينات ، ألكينز.
الممثلون الرئيسيون.
التطبيق في الصناعة.
مكتمل:
كورسك 2001
يخطط.
1.1 ألكان (هيدروكربونات مشبعة).
1.2 طرق الحصول على الألكانات.
1.3 ممثلي ألكان.
2.1 الألكينات (هيدروكربونات الإيثيلين).
2.2 طرق الحصول على الألكينات.
2.3 ممثلو الألكينات.
3.1 الألكينات (الهيدروكربونات الأسيتيلية).
3.2 طرق الحصول على الألكينات.
3.3 ممثلين من الألكينات.
4. تطبيق ألكان ، ألكين ، ألكين.
1.1 الهيدروكربونات المحدودة (الألكانات).
الهيدروكربونات المشبعة (الألكانات) مركبات تتكون من ذرات
الكربون والهيدروجين ، مترابطين فقط بواسطة روابط Q ، ولا يحتويان على
دورات. في الألكانات ، تكون ذرات الكربون في درجة التهجين sp3.
1.2 طرق الحصول على الألكانات.
المصدر الطبيعي الرئيسي للهيدروكربونات المشبعة هو النفط و
أول أعضاء السلسلة المتماثلة هم الغاز الطبيعي. ومع ذلك ، الاختيار
المركبات الفردية من النفط أو منتجات تكسيرها جدا
تستغرق وقتا طويلا ، وغالبا ما تكون مهمة مستحيلة ، لذلك عليك اللجوء إليها
طرق الحصول على الاصطناعية.
1. تتشكل الألكانات تحت تأثير الصوديوم المعدني
مشتقات الهالوجين الأحادي - رد فعل wurtz:
H3C-CH2-Br + Br-CH2-CH3 CH3-CH2-CH2-CH3 + 2NaBr
إذا تم أخذ مشتقات هالوجين مختلفة ، فإن خليطًا من ثلاثة مشتقات مختلفة
الألكانات ، منذ احتمال لقاء الجزيئات في مركب التفاعل
متطابقة أو مختلفة متساوية ، وتفاعلها قريب:
3C2H5I + 3CH3CH2CH2IC4H10 + C5H12 + C6H14 + 6NaI
2. يمكن الحصول على الألكانات في تقليل الألكينات أو الألكينات
الهيدروجين في وجود المحفزات:
NzS-CH \ u003d CH-CHz NzS-CH2-CH2-CH3
3. يمكن أن تكون مجموعة متنوعة من مشتقات الألكان المستعادة في
حمض الهيدرويوديك ارتفاع درجة الحرارة:
CHBr + 2HI CH2 + HBr + I2
ومع ذلك ، في هذه الحالات ، أزمرة جزئية للكربون
هيكل عظمي - يتم تشكيل المزيد من الألكانات المتفرعة.
4. يمكن الحصول على الألكانات عند دمج أملاح الأحماض الكربوكسيلية مع
قلوي. يحتوي الألكان الناتج على ذرة كربون أقل ،
من حمض الكربوكسيل الأصلي:
CH3-C + NaOH CH4 + Na2C03
1.3 ممثلي الألكانات
وفقًا لنظرية هيكل A.M. Butlerov ، تعتمد الخواص الفيزيائية للمواد
على تكوينها وهيكلها. تأمل مثال الهيدروكربونات المشبعة
تغيير في الخصائص الفيزيائية في المتسلسلة المتجانسة.
أول أربعة أعضاء من السلسلة المتجانسة ، بدءًا من الميثان ، تكون غازية
مواد. من البنتان وما فوق ، الهيدروكربونات العادية
السائل. يتكثف الميثان في سائل فقط عند -162 درجة مئوية. لاحق
أعضاء السلسلة ، تزداد نقطة الغليان ، وعند الانتقال إلى المرحلة التالية
بالنسبة إلى المتماثل ، فإنه يزيد بنحو 25 درجة.
كثافة الهيدروكربونات عند نقطة الغليان للأعضاء السفلية من السلسلة
يزداد بسرعة في البداية ، ثم بشكل أبطأ: من 0.416 للميثان إلى
قيم أكبر بقليل من 0.78 نقطة انصهار طبيعية
الهيدروكربونات في السلسلة المتماثلة تزداد ببطء. بادئ ذي بدء
الهيدروكربون C16Н34 ، متجانسات أعلى في درجة الحرارة العادية - المواد
درجة غليان جميع الألكانات المتفرعة أقل من المعتاد
الألكانات ، علاوة على ذلك ، كلما كانت السلسلة الكربونية للجزيء أكثر تشعبًا.
يمكن ملاحظة ذلك ، على سبيل المثال ، من مقارنة نقاط الغليان لثلاثة من البنتانات الأيزومرية.
على العكس من ذلك ، تكون نقطة الانصهار هي الأعلى بالنسبة للأيزومرات ذات
سلسلة الكربون الأكثر تشعبًا. لذلك ، من كل الأوكتان المتماثل
فقط مرحلة سداسي الميثيل (CH3) 3C-C (CH3) 3 تكون صلبة حتى في
درجة الحرارة العادية (MP. 104 درجة مئوية). يتم شرح هذه الأنماط
الأسباب التالية.
يتم منع تحول السائل إلى غاز بواسطة قوى تفاعل van der Waals
بين ذرات الجزيئات الفردية. لذلك ، كلما زاد عدد الذرات في الجزيء ، زاد ارتفاعه
درجة غليان مادة ما ، في المتسلسلة المتماثلة ، درجة الحرارة
يجب أن يزيد الغليان بالتساوي. إذا قارنا قوى تفاعل الجزيئات
n- البنتان والنيوبنتان ، من الواضح أن هذه القوى أكبر بالنسبة للجزيء ذي
سلسلة طبيعية من ذرات الكربون أكثر من تلك المتفرعة ، منذ الجزيء
نيوبنتان ، يتم استبعاد الذرة المركزية عمومًا من التفاعل.
الكثافة هي العامل الرئيسي الذي يؤثر على درجة انصهار المادة.
تعبئة جزيء في شبكة بلورية. كلما كان الجزيء أكثر تناسقًا ، كان
زادت كثافة عبوتها في البلورة وكلما زادت نقطة الانصهار (عند ن
بينتان -132 درجة مئوية ، نيوبنتان -20 درجة مئوية)
2.1 الألكينات (هيدروكربونات الإيثيلين ، أوليفينات)
الهيدروكربونات ، في جزيء منها ، بالإضافة إلى روابط Q البسيطة ، كربون - كربون و
كربون - هيدروجين هناك كربون - كربون
تسمى الاتصالات
غير محدود. منذ التعليم
الرابطة تعادل رسميًا فقدان ذرتين من الهيدروجين بواسطة الجزيء ، إذن
تحتوي الهيدروكربونات غير المشبعة 2 صعدد ذرات الهيدروجين أقل من
الحد ، حيث n هو رقم
C6H14 C6H12C6H10C6H8C6H6
تسمى السلسلة التي يختلف أعضاؤها عن بعضهم البعض بواسطة (2Н) n
الجانب اللايسولوجي. لذلك ، في المخطط أعلاه ، علماء التوازن هم
الهكسان ، الهكسينات ، السداسيات ، الهكسينات ، السداسيات والبنزين.
الهيدروكربونات التي تحتوي على واحد
السندات (أي الرابطة المزدوجة) تسمى الألكينات (أوليفينات)او بواسطة
أول عضو في السلسلة - الإيثيلين ، هيدروكربونات الإيثيلين.الصيغة العامة
سلسلتهم المتماثلة - CnH2n
2.2 طرق الحصول على الألكينات
تحت تأثير المحاليل الكحولية للقلويات الكاوية على مشتقات الهالوجين:
يتم قطع هاليد الهيدروجين وتشكيل رابطة مزدوجة:
H3C-CH2-CH2BrH3C-CH = CH2 + NaBr + H2O
بروبيل بروميد بروبيلين
إذا كان في وضع α لذرة الكربون المرتبطة بالهالوجين هو
ذرات الهيدروجين الثالثية والثانوية والأولية ، ثم تنقسم في الغالب
ذرة الهيدروجين من الدرجة الثالثة ، بدرجة أقل ثانوية وحتى أولية
(حكم زايتسيف):
H3C-C-CI H3C-C + KCL + H2O
2،3-ثنائي ميثيل -3-كلوروبنتان 2،3-ثنائي ميثيل بنتين -2
هذا بسبب الاستقرار الديناميكي الحراري للألكينات الناتجة. كيف
كلما زادت البدائل التي يحتوي عليها الألكين على ذرات كربون الفينيل ، زاد ارتفاعه
الاستدامة.
2. إجراءات على كحول عوامل إزالة الماء:أ) عند المرور
كحول فوق أكسيد الألومنيوم عند 300-400 درجة مئوية.
NzS-CH-CH2.-CHzNzS-CH \ u003d CH-CH3
سفر التثنية- كحول بيوتيل
ب) عندما يعمل حامض الكبريتيك على الكحول في ظروف معتدلة ، يستمر التفاعل
من خلال التكوين الوسيط لاسترات حامض الكبريتيك:
H3C-CH-CH3 H3C-CH-CH3 H3C-CH = CH2
ايزوبروبيل
أثناء تجفيف الكحول تحت ظروف قاسية في الوسط الحمضي ، نفس الشيء
الانتظام في انقسام ذرات الهيدروجين بأنواعها المختلفة ، كما في
القضاء على هاليد الهيدروجين.
المرحلة الأولى من هذه العملية هي بروتون الكحول ، وبعد ذلك
ينقسم جزيء الماء ويتكون كربوهيدرات:
CH3-CH2-CH-CH3 + H CH3-CH2-CH-CH3 CH3-CH-CH-
CH3CH3-CH-CH-CH3CH3-CH = CH-CH3
يتم تثبيت carbocation الناتج عن طريق طرد بروتون من الجوار
المواقف مع تكوين رابطة مزدوجة (إزالة β). في هذا
الحالة ، يتم أيضًا تشكيل أكثر الألكينات المتفرعة (ديناميكيًا حراريًا أكثر
مستقر). خلال هذه العملية ، غالبًا ما يتم ملاحظة إعادة ترتيب الكربوهيدرات.
المرتبطة بأزمرة الهيكل العظمي الكربوني:
CH3 C-CH - CH3 CH3 C-CH-CH3
CH3 CH3 CH3 CH3
3. تحت تأثير الزنك أو المغنيسيوم على مشتقات ثنائي الهالوجين مع اثنين
ذرات الهالوجين عند ذرات الكربون المجاورة:
H3C - C CH2CIH3C - C - CH2 + MgCI2
1،2-ثنائي كلورو -2 معدن-إيزوبيوتيلين
4. هدرجة الهيدروكربونات الأسيتيلية على المحفزاتمن
انخفاض النشاط (الحديد أو "التسمم" ، أي المعالجة
HCC-CH (CH3) 2H2C = CH-CH (CH3) 2
2.3 ممثلي الألكينات.
مثل alkaii ، المتجانسات السفلية لعدد من أبسط الألكينات في الظروف العادية هي
الغازات ، وبدءًا من C5 - السوائل منخفضة الغليان (انظر الجدول).
| النائب ، | ت. | د 4 | ||
| معادلة | اسم | ° С | كيب. ، ° С | |
| Ch2 = CH2 | الإيثيلين | -169 | -104 | 0.5660 (عند -102 درجة مئوية) |
| CH3CH = CH3 | البروبيلين | -185 | -47 | 0.6090 (عند -47 "ج) |
| CH3CH3CH = CH2 CH3-CH = CH-CH3 | (رابطة الدول المستقلة) بوتين -1 | -130 | -5 | 0.6696 (عند -5 درجة مئوية) 0.6352 (عند O ° C) |
| -139 | +4 | |||
(رابطة الدول المستقلة) | ||||
| CH3-CH = CH-CH3 | (العابرة) -Butep-2 | -105 | +1 | 0.6361 (عند 0 درجة مئوية) |
(نشوة) | ||||
| (CH3) 3C = CH2 | أيوبيوتيلين | -140 | -7 | 0.6407 (عند 0 درجة مئوية) |
جميع الألكينات ، مثل الألكانات ، غير قابلة للذوبان عمليًا في الماء وقابلة للذوبان بسهولة.
في المذيبات العضوية الأخرى ، باستثناء كحول الميثيل ؛ الكل
لديهم كثافة أقل من الماء.
3.1 الألكينات (هيدروكربونات أسيتيل)
الألكينات عبارة عن هيدروكربونات تحتوي ، بالإضافة إلى روابط Q ، على اثنين
العلاقات (ثلاثية
الرابطة) على زوج واحد من ذرات الكربون. الصيغة العامة للسلسلة المتماثلة
الهيدروكربونات الأسيتيلنية СnН2n-2 تشكيل واحد
الرابطة تعادل رسميًا فقدان ذرتين من الهيدروجين.
لقد ثبت من خلال طرق فيزيائية مختلفة أن الأسيتيلين C2H2 - I هو الأبسط
ممثل سلسلة متجانسة من الألكينات - له جزيء خطي ،
حيث يكون طول الرابطة الثلاثية للكربون والكربون 1.20 أ ، وطول الرابطة
كربون هيدروجين 1.06 أ.
روابط C-H في الأسيتيلين هي من بين روابط Q التي تكونت بواسطة
تداخل مدار الهيدروجين s مع المهجن س-المداري
كربون؛ هناك رابطة كربون-كربون a واحدة في الجزيء (يتكون من
تداخل اثنين مهجنين sp- أوربي-رافعات الكربون) واثنين
الكربون الكربون
الوصلات هي نتيجة تداخل زوجين متعامدين بشكل متبادل من "نقي"
ف المدارات (ر
ذرات الكربون المجاورة. زوايا الرابطة في الأسيتيلين بناءً على هذا النموذج
تساوي 180 درجة والجزيء له شكل خطي ، مما يجعله مستحيلاً
ايزومرية رابطة الدول المستقلة عبر الرابطة الثلاثية.
3.2 طرق الحصول على الألكينات.
الطريقة الأكثر شيوعًا للحصول على الهيدروكربونات الأسيتيلية هي
تأثير محلول كحولي للقلويات على مشتقات ديهالوجين من الحد
الهيدروكربونات ذات الترتيب الجوهري (أ) أو الجوهري (ب) للذرات
الهالوجين
أ) CH2Br -CH2Br -> SNSN + 2НВг
ب) CH3-CH2-CHCl2 -> СНЗ-ССН + 2ISl
CH3-CH2-CCl2-CH3 -> CH3-C C-CH3 + 2HC1
نظرًا لأن مشتقات ديهالوجين مباشرة يتم الحصول عليها عادةً عن طريق الإضافة
الهالوجينات إلى هيدروكربونات الإيثيلين ، ثم يمكن اعتبار التفاعل (أ) على أنه
تفاعل تحويل هيدروكربونات الإيثيلين إلى هيدروكربونات أسيتيل.
مشتقات ثنائي الهالوجين Geminal (كلاهما هالوجين على ذرة كربون واحدة)
هي مشتقات من الكيتونات أو الألدهيدات ، وبالتالي بمساعدة
التفاعلات (ب) من الممكن إجراء الانتقال من مركبات الكربونيل إلى الألكينات.
عند فصل هاليدات الهيدروجين ، تنطبق قاعدة زايتسيف المعروفة بالفعل
ينفصل الهيدروجين عن ذرة كربون تحتوي على كمية أقل
ذرات الهيدروجين.
يمكن الحصول على الأسيتيلين مباشرة من التكسير عالي الحرارة
ميثان (حراري أو حراري) أو أكثر ، معقد
الهيدروكربونات:
2SN4N-SS-N + ZN2
3.3 ممثلي الألكاينات.
كما هو الحال مع الألكانات والألكينات ، فإن الأعضاء السفلية من السلسلة المتجانسة من الألكينات العادية
الظروف الغازية. بيانات الجدول. 22 تبين أن الرئيسي
الخصائص الفيزيائية والكيميائية للهيدروكربونات من الفئات المدروسة قليلة
تختلف عن بعضها البعض (انظر الجدول).
| معادلة | اسم | T. رر ، ° С | تي يغلي ، درجة مئوية | د 4 |
HCC-CH2CH3 CH3CCCH3 | الأسيتيلين بروبين | (هواء ، -23) 9 | 0.6200 (عند -84 درجة مئوية) 0.6785 (عند -27 درجة مئوية) 0 ؛ 669 ب (عند -10 درجة مئوية) 0.6880 (عند 25 درجة مئوية) | |
4. تطبيقات ألكان ، ألكين ، ألكين
الألكينات مع الألكانات والأسيتيلين والهيدروكربونات العطرية
هي أحد مصادر المواد الخام الرئيسية للصناعات الثقيلة
(حمولات متعددة) التوليف العضوي.
يستخدم الإيثيلين بكميات كبيرة للمعالجة إلى البولي إيثيلين و
كحول الإيثيل ، يذهب للمعالجة إلى إيثيلين جلايكول ويستخدم في
الدفيئات لتسريع نضج الثمار.
تتم معالجة البروبيلين إلى مادة البولي بروبيلين والأسيتون وكحول الأيزوبروبيل.
يلعب الأسيتيلين دورًا مهمًا للغاية في الصناعة. عالمه الخاص
يصل الإنتاج إلى عدة ملايين من الأطنان. كمية ضخمة
يستخدم الأسيتيلين في لحام المعادن عندما تحترق
في الأكسجين ، تصل درجة الحرارة إلى 2800 درجة مئوية ، وهذا أعلى بكثير
درجة الحرارة من احتراق الهيدروجين في الأكسجين ، ناهيك عن الاحتراق
الميثان. والسبب في ذلك هو انخفاض السعة الحرارية لثاني أكسيد الكربون مقارنةً بـ
H2O ، الذي يتشكل أثناء احتراق الألكانات أكثر من الألكينات:
2СзН6 + 7O2 -> 4CO2 + 6H2O
2C2 H2 + 5O2 -> 4CO2 + ZH2O
ترجع الرائحة الكريهة للأسيتيلين المشتق من الكربيد إلى شوائب PH3.
و AsH3 ، تنبعث منه رائحة الأسيتيلين النقي مثل جميع الهيدروكربونات السفلية (البنزين).
الأسيتيلين ومخاليطه مع الهواء شديدة الانفجار ؛ يتم تخزين الأسيتيلين و
يتم نقلها في اسطوانات على شكل محاليل أسيتون مشربة
مواد مسامية.
النفط وتكريره
تكوين الزيت.المصدر الطبيعي الرئيسي للهيدروكربونات المشبعة
زيت. يختلف تكوين الزيوت باختلاف المجال ،
ومع ذلك ، عادة ما يتم فصل جميع الزيوت في التقطير البسيط إلى الأجزاء التالية:
جزء الغاز والبنزين ووقود الطائرات والكيروسين ووقود الديزل ،
البارافين والزيت القطران.
جزء الغاز(بي بي حتى 40 درجة مئوية) يحتوي على عادي و
الألكانات المتفرعة حتى C ، خاصة البروبان والبيوتان. الغاز الطبيعي من
تتكون حقول الغاز بشكل أساسي من الميثان والإيثان.
بنزين الطيران(بي بي 40-180 درجة مئوية) تحتوي على هيدروكربونات
C6 - C10 تم العثور على أكثر من 100 مركب فردي في البنزين ،
والتي تشمل الألكانات المستقيمة والمتفرعة والألكانات الحلقية و
ألكيل بنزين (أرينيس).
وقود الطائرات(BP 150-280 درجة مئوية).
جرار الكيروسين(t ، bp 110-300 ° C) تحتوي على هيدروكربونات C7-C14.
ديزل(بي بي 200-330 درجة مئوية) ، والتي تشمل
الهيدروكربونات C13 - C18 تتشقق على نطاق واسع وتتحول
إلى ألكانات (وألكينات) ذات أوزان جزيئية أقل (انظر أدناه).
زيوت التشحيم(BP 340-400 درجة مئوية) تحتوي على هيدروكربونات C18 - C25.
برافين البترول(bp.320-500 ° C) تحتوي على هيدروكربونات
C26-C38 ، والذي يتم عزل الفازلين منه. عادة ما يتم استدعاء البقايا بعد التقطير
الأسفلت أو قطران.
بالإضافة إلى الهيدروكربونات من مختلف الفئات ، يحتوي الزيت على أكسجين ،
المواد المحتوية على الكبريت والنيتروجين ؛ في بعض الأحيان يصل محتواها الإجمالي
تصل إلى عدة في المئة.
حاليا ، الأكثر شهرة هي نظرية العضوية
أصل الزيت كمنتج لتحول النباتات والحيوانات
بقايا الطعام. وهذا ما تؤكده حقيقة أنه تم العثور على بقايا في عينات الزيت.
البورفيرين والمنشطات من أصل نباتي وحيواني وما يسمى ب
"الأحافير الكيميائية" - الأجزاء الأكثر تنوعًا الموجودة في العوالق.
على الرغم من أنه من المقبول عمومًا أن النفط هو المورد الطبيعي الأكثر قيمة
المواد الخام الكيميائية ، حتى الآن الكمية الرئيسية من النفط ومنتجات النفط
يحترق في محركات الاحتراق الداخلي (البنزين) ومحركات الديزل والمحركات النفاثة
محركات (كيروسين).
وقود المحرك. رقم أوكتان.البنزين من أصول مختلفة
تتصرف بشكل مختلف في محركات الاحتراق الداخلي.
في محاولة لتعظيم قوة المحرك بأبعاد صغيرة و
الكتلة ، يحاولون زيادة نسبة ضغط الخليط القابل للاحتراق في الأسطوانة. ومع ذلك، في
محركات رباعية الأشواط عالية السرعة تعمل بالاشتعال القسري ،
في هذه الحالة ، يحدث أحيانًا اشتعال سابق لأوانه للخليط -
تفجير. هذا يقلل من قوة المحرك ويسرع من تآكله. هذه الظاهرة
المرتبطة بتكوين الوقود السائل ، حيث أن الهيدروكربونات لهياكل مختلفة في
عند استخدامها كوقود للمحرك ، فإنها تتصرف بشكل مختلف. أسوأ
مؤشرات - لبارافينات الهيكل الطبيعي.
يتم أخذ المعيار الخاص بالمادة القابلة للاحتراق ذات القدرة العالية على التفجير
الهبتان العادي. كلما زادت سلسلة الكربون المتفرعة في البارافين
الهيدروكربون ، كلما كان احتراقه أفضل في الأسطوانة وزادت الدرجة
يمكن تحقيق ضغط الخليط القابل للاحتراق. كمعيار وقود المحرك
المعتمد 2 ، 2 ، 4-ثلاثي ميثيل البنتان (يشار إليه عادة بإيزوكتان) مع جيد
خصائص أنتيكنوك. يتكون في مخاليط بنسب مختلفة من هذا
الأوكتان مع n-heptap ، قارن سلوكهم في المحرك بسلوك الشخص
التحقيق في البنزين ، ثم يقولون أن هذا الأخير لديه رقم الأوكتان 70
يفترض أنه صفر).
إحدى طرق تحسين مقاومة الصدمات للوقود للمحركات ذات
شرارة الاشتعال هو التطبيق العوامل المضادة للقرصنة.
عوامل Antiknock هي مواد تضاف إلى البنزين (لا تزيد عن 0.5٪)
تحسين الخصائص المضادة للاعتلال العصبي. أنتيكنوك فعال بما فيه الكفاية
هو رباعي إيثيل الرصاص(TES) الرصاص (C2H5) 4
ومع ذلك ، فإن البنزين من محطات الطاقة الحرارية ومنتجات الاحتراق شديدة السمية. حاليا
عوامل مضادة جديدة تعتمد على مركبات المنغنيز العضوية من النوع
cyclopentadieiclpsntacarbonyl المنغنيز C5H5Mn (CO) 5: فهي أقل سمية و
لديها أفضل الخصائص المضادة للخبط. مضيفا هذه
يسمح لك مانع القرقعة للحصول على درجات جيدة من البنزين بالحصول على الوقود
أوكتان حتى 135.
بالنسبة لمحركات الصواريخ والديزل ، على العكس من ذلك ، يتم استخدام الوقود
سلسلة عادية من ذرات الكربون ، لها أدنى درجة حرارة
اشتعال. هذه الخاصية مأخوذة
تقييم في أرقام السيتان.عدد السيتان 100 يحتوي على هيدروكربون
n-Sc و Hd4 و cetap number 0 هو 1-ميثيل نفتالين.
توليف الهيدروكربونات من CO + H2. يتدفق فوق نيكل مطحون ناعماً
مزيج من أول أكسيد الكربون (II) والهيدروجين عند 250 درجة مئوية ، يمكنك الحصول على الميثان:
ثاني أكسيد الكربون + 3H2CH4 + H2O
إذا تم إجراء هذا التفاعل عند ضغط 100-200 ضغط جوي ودرجة حرارة تصل إلى 400 درجة مئوية ،
يتم الحصول على خليط يتكون أساسًا من منتجات تحتوي على الأكسجين ،
من بينها الكحوليات التي تسود ؛ هذا الخليط كان يسمى schshpolom.
عند استخدام محفزات الحديد الكوبالت ودرجة حرارة 200 درجة مئوية ،
خليط من الالكانات سينتين.
nCO + (2n + 1) H2 CnH2n + 2 + H2O
Sintin و synthol هي نتاج تخليق عضوي واسع النطاق و
تستخدم على نطاق واسع كمواد خام للعديد من الصناعات الكيميائية.
كلاثرات. تتكون كسور زيت السينتين والبنزين من خليط من الهيدروكربونات
الهيكل العادي والسلاسل المتفرعة. وجدت مؤخرا فعالة
طريقة لفصل المركبات العضوية بالسلاسل العادية والسلاسل المتفرعة ،
المعروف عمومًا باسم طريقة فصل clathrate.بالنسبة
تم استخدام فصل الهيدروكربونات اليوريا. بلورات اليوريا
بنيت بطريقة أن داخل البلورات توجد سداسية ضيقة
القنوات. قطر هذه القنوات يمكن أن تمر وتبقى بداخلها.
بسبب قوى الامتصاص ، فقط الهيدروكربونات ذات الهيكل الطبيعي. لذلك ، متى
معالجة خليط من المركبات العضوية مع اليوريا (أو غيره
مركبات) المواد ذات السلسلة العادية من ذرات الكربون تتبلور
جنبا إلى جنب معها في شكل مجمعات. هذه الطريقة ، بالطبع ، كبيرة جدًا
المستقبل هو عندما يتم العثور على صانعي clathrate أكثر فعالية.
الخصائص الكيميائية المميزة للهيدروكربونات: الألكانات ، والألكينات ، والدينات ، والألكينات ، والهيدروكربونات العطرية
الألكانات
الألكانات عبارة عن هيدروكربونات ترتبط الذرات في جزيئاتها بروابط مفردة والتي تتوافق مع الصيغة العامة $ C_ (n) H_ (2n + 2) $.
سلسلة متماثلة من الميثان
كما تعلم بالفعل ، المتجانساتهي مواد متشابهة في التركيب والخصائص وتختلف بمجموعة واحدة أو أكثر من مجموعات $ CH_2 $.
تشكل الهيدروكربونات المحدودة سلسلة متجانسة من الميثان.
التماثل والتسمية
الألكانات تتميز بما يسمى التماثل البنيوي. تختلف الايزومرات الهيكلية عن بعضها البعض في هيكل الهيكل الكربوني. كما تعلم بالفعل ، فإن أبسط ألكان ، والذي يتميز بأيزومرات بنيوية ، هو البيوتان:
دعونا نفكر بمزيد من التفصيل بالنسبة للألكانات في أساسيات تسميات IUPAC:
1. اختيار الدائرة الرئيسية.
يبدأ تكوين اسم الهيدروكربون بتعريف السلسلة الرئيسية - وهي أطول سلسلة من ذرات الكربون في الجزيء ، والتي تشكل ، كما كانت ، أساسها.
2.
يتم تخصيص أرقام لذرات السلسلة الرئيسية. يبدأ ترقيم ذرات السلسلة الرئيسية من النهاية الأقرب إلى البديل (الهياكل أ ، ب). إذا كانت البدائل على مسافة متساوية من نهاية السلسلة ، فسيبدأ الترقيم من النهاية التي يوجد بها عدد أكبر منهم (البنية B). إذا كانت البدائل المختلفة على مسافة متساوية من نهايات السلسلة ، فإن الترقيم يبدأ من النهاية التي يكون الأقدم أقرب إليها (الهيكل G). يتم تحديد أقدمية بدائل الهيدروكربونات بالترتيب الذي يتبع به الحرف الذي يبدأ اسمه في الأبجدية: الميثيل (- $ CH_3 $) ، ثم البروبيل ($ —CH_2 — CH_2 — CH_3 $) ، والإيثيل ($ —CH_2 —CH_3 $) وما إلى ذلك.
لاحظ أن اسم البديل يتكون عن طريق استبدال اللاحقة -انلاحقة -مبتباسم الألكان المقابل.
3. تشكيل الاسم.
يشار إلى الأرقام في بداية الاسم - عدد ذرات الكربون التي توجد بها البدائل. إذا كان هناك عدة بدائل في ذرة معينة ، فسيتم تكرار الرقم المقابل في الاسم مرتين ، مفصولة بفاصلات (2.2 دولار - دولار). بعد الرقم ، تشير الشرطة إلى عدد البدائل ( دي- اثنين، ثلاثة- ثلاثة، تترا- أربعة ، بنتا- خمسة) واسم النائب ( ميثيل ، إيثيل ، بروبيل). ثم بدون مسافات وواصلات - اسم السلسلة الرئيسية. تسمى السلسلة الرئيسية باسم الهيدروكربون - وهو عضو في سلسلة متجانسة من الميثان ( الميثان ، الإيثان ، البروبان ، إلخ.).
أسماء المواد التي ورد ذكر صيغتها الهيكلية أعلاه هي كما يلي:
- الهيكل أ: 2 دولار ميثيل بروبان.
- الهيكل ب: 3 دولارات -إيثيلهكسان.
- الهيكل ب: 2،2،4 دولار -تريميثيل البنتان.
- الهيكل Г: $ 2 $ -الميثيل$4$-إيثيلهكسان.
الخصائص الفيزيائية والكيميائية للألكانات
الخصائص الفيزيائية.أول أربعة ممثلين لسلسلة متجانسة من الميثان هم غازات. أبسطها الميثان - غاز عديم اللون ، لا طعم له ورائحة (رائحة الغاز ، عند الشم التي تحتاج إلى الاتصال بـ 104 دولارات ، يتم تحديدها من خلال رائحة المركابتان - مركبات تحتوي على الكبريت تضاف خصيصًا إلى الميثان المستخدم في المنزل و أجهزة الغاز الصناعية من أجل جعل الأشخاص القريبين منهم يشمون رائحة التسرب).
الهيدروكربونات المكونة من $ С_5Н_ (12) $ إلى $ С_ (15) Н_ (32) $ عبارة عن سوائل ؛ الهيدروكربونات الثقيلة هي مواد صلبة.
تزداد نقاط غليان وانصهار الألكانات تدريجياً مع زيادة طول سلسلة الكربون. جميع الهيدروكربونات ضعيفة الذوبان في الماء ؛ الهيدروكربونات السائلة هي مذيبات عضوية شائعة.
الخواص الكيميائية.
1. تفاعلات الاستبدال.أكثر ما يميز الألكانات هو تفاعلات استبدال الجذور الحرة ، والتي يتم خلالها استبدال ذرة الهيدروجين بذرة هالوجين أو مجموعة ما.
دعونا نقدم معادلات التفاعلات الأكثر نموذجية.
الهلجنة:
$ CH_4 + Cl_2 → CH_3Cl + HCl $.
في حالة وجود فائض من الهالوجين ، يمكن أن تذهب الكلورة إلى أبعد من ذلك ، حتى الاستبدال الكامل لجميع ذرات الهيدروجين بالكلور:
$ CH_3Cl + Cl_2 → HCl + (CH_2Cl_2) ↙ (\ text "ثنائي كلورو ميثان (كلوريد الميثيلين)") $،
$ CH_2Cl_2 + Cl_2 → HCl + (CHСl_3) ↙ (\ text "trichloromethane (chloroform)") $،
$ CHCl_3 + Cl_2 → HCl + (CCl_4) ↙ (\ text "رباعي كلورو الميثان (رابع كلوريد الكربون)") $.
تستخدم المواد الناتجة على نطاق واسع كمذيبات ومواد أولية في التخليق العضوي.
2. نزع الهيدروجين (التخلص من الهيدروجين).أثناء مرور الألكانات فوق المحفز ($ Pt ، Ni ، Al_2O_3 ، Cr_2O_3 $) عند درجة حرارة عالية ($ 400-600 ° C $) ، ينفصل جزيء الهيدروجين ويتكون ألكين:
$ CH_3 — CH_3 → CH_2 = CH_2 + H_2 $
3. ردود الفعل المصحوبة بتدمير سلسلة الكربون.جميع الهيدروكربونات المشبعة يحترقونمع تكوين ثاني أكسيد الكربون والماء. يمكن أن تنفجر الهيدروكربونات الغازية الممزوجة بالهواء بنسب معينة. احتراق الهيدروكربونات المشبعة هو تفاعل طارد للحرارة للجذور الحرة وله تفاعل شديد أهمية عظيمةعند استخدام الألكانات كوقود:
$ CH_4 + 2O_2 → CO_2 + 2H_2O + 880 كيلوجول
بشكل عام ، يمكن كتابة تفاعل احتراق الألكانات على النحو التالي:
$ C_ (n) H_ (2n + 2) + ((3n + 1) / (2)) O_2 → nCO_2 + (n + 1) H_2O $
الانهيار الحراري للهيدروكربونات:
$ C_ (n) H_ (2n + 2) (→) ↖ (400-500 درجة مئوية) C_ (n-k) H_ (2 (n-k) +2) + C_ (k) H_ (2k) $
تستمر العملية وفقًا لآلية الجذور الحرة. تؤدي زيادة درجة الحرارة إلى تمزق التحلل المتماثل في الرابطة الكربونية والكربون وتشكيل الجذور الحرة:
$ R — CH_2CH_2: CH_2 — R → R — CH_2CH_2 + CH_2 — R $.
تتفاعل هذه الجذور مع بعضها البعض ، وتتبادل ذرة الهيدروجين ، مع تكوين جزيء ألكان وجزيء ألكين:
$ R — CH_2CH_2 + CH_2 — R → R — CH = CH_2 + CH_3 — R $.
تفاعلات الانقسام الحراري تكمن وراء العملية الصناعية - التكسير الهيدروكربوني. هذه العملية هي أهم مرحلة في تكرير النفط.
عندما يتم تسخين الميثان إلى درجة حرارة 1000 درجة مئوية ، يبدأ الانحلال الحراري للميثان - التحلل إلى مواد بسيطة:
$ CH_4 (→) ↖ (1000 درجة مئوية) C + 2H_2 $
عند التسخين إلى درجة حرارة 1500 درجة مئوية ، يكون تكوين الأسيتيلين ممكنًا:
$ 2CH_4 (→) ↖ (1500 درجة مئوية) CH = CH + 3H_2 $
4. الأزمرة.عندما يتم تسخين الهيدروكربونات الخطية باستخدام محفز مشابه (كلوريد الألومنيوم) ، تتشكل المواد ذات الهيكل الكربوني المتفرع:
5. أرمتة.الألكانات التي تحتوي على ست ذرات كربون أو أكثر في السلسلة في وجود محفز يتم تدويرها لتكوين البنزين ومشتقاته:
ما سبب دخول الألكانات في تفاعلات تسير وفق آلية الجذور الحرة؟ جميع ذرات الكربون في جزيئات الألكان في حالة التهجين $ sp ^ 3 $. يتم بناء جزيئات هذه المواد باستخدام روابط تساهمية غير قطبية $ C-C $ (كربون-كربون) روابط قطبية ضعيفة $ C-H $ (كربون-هيدروجين) روابط. لا تحتوي على مناطق ذات كثافة إلكترون عالية ومنخفضة ، روابط قابلة للاستقطاب بسهولة ، أي مثل هذه الروابط ، وهي كثافة الإلكترون التي يمكن تغييرها تحت تأثير العوامل الخارجية (الحقول الكهروستاتيكية للأيونات). لذلك ، لن تتفاعل الألكانات مع الجسيمات المشحونة ، لأن لا يتم كسر الروابط في جزيئات الألكان بواسطة آلية التحلل غير المتجانسة.
الألكينات
تشمل الهيدروكربونات غير المشبعة الهيدروكربونات التي تحتوي على روابط متعددة بين ذرات الكربون في الجزيئات. عدد غير محدود ألكينات ، ألكاديين (بوليينات) ، ألكينات.تحتوي الهيدروكربونات الحلقية التي تحتوي على رابطة مزدوجة في الدورة (الألكينات الحلقية) ، وكذلك الألكانات الحلقية مع عدد صغير من ذرات الكربون في الدورة (ثلاث أو أربع ذرات) أيضًا على طابع غير مشبع. ترتبط خاصية عدم التشبع بقدرة هذه المواد على الدخول في تفاعلات إضافة ، وبشكل أساسي الهيدروجين ، مع تكوين هيدروكربونات - ألكانات مشبعة أو مشبعة.
الألكينات عبارة عن هيدروكربونات لا حلقية تحتوي في الجزيء ، بالإضافة إلى روابط مفردة ، على رابطة مزدوجة واحدة بين ذرات الكربون وتتوافق مع الصيغة العامة $ C_ (n) H_ (2n) $.
اسمه الثاني الأوليفينات- تم الحصول على الألكينات عن طريق القياس مع الأحماض الدهنية غير المشبعة (الأوليك ، اللينوليك) ، والتي تشكل بقاياها جزءًا من الدهون السائلة - الزيوت (من اللات. أوليوم- زبدة).
سلسلة متماثلة من الإيثين
تشكل الألكينات غير الممنوحة سلسلة متجانسة من الإيثيلين (الإيثيلين):
$ C_2H_4 $ إيثين ، $ C_3H_6 $ بروبين ، $ C_4H_8 $ بيوتين ، $ C_5H_ (10) $ بنتين ، $ C_6H_ (12) $ هكسين ، إلخ.
التماثل والتسمية
بالنسبة للألكينات ، وكذلك للألكانات ، فإن التماثل البنيوي مميز. تختلف الايزومرات الهيكلية عن بعضها البعض في هيكل الهيكل الكربوني. أبسط ألكين ، والذي يتميز بأيزومرات بنيوية ، هو البيوتين:
نوع خاص من التماكب الهيكلي هو تماثل موضع الرابطة المزدوجة:
$ CH_3— (CH_2) ↙ (بيوتين -1) —CH = CH_2 $ $ CH_3— (CH = CH) ↙ (بيوتين -2) —CH_3 $
يمكن تقريبًا الدوران الحر لذرات الكربون حول رابطة كربون-كربون واحدة ، لذلك يمكن أن تتخذ جزيئات الألكان مجموعة متنوعة من الأشكال. إن الدوران حول الرابطة المزدوجة أمر مستحيل ، مما يؤدي إلى ظهور نوع آخر من التماكب في الألكينات - هندسية ، أو تماثل رابطة الدول المستقلة.
رابطة الدول المستقلة-ايزومرات مختلفة عن نشوة-الأيزومرات بالترتيب المكاني لشظايا الجزيء (في هذه الحالة ، مجموعات الميثيل) بالنسبة إلى المستوى $ π $ -bond ، وبالتالي حسب الخصائص.
الألكينات هي أيزومرية إلى ألكانات حلقي (تماثل بين الطبقات) ، على سبيل المثال:
تشبه تسمية الألكينات التي طورتها IUPAC تسمية الألكانات.
1. اختيار الدائرة الرئيسية.
يبدأ تكوين اسم الهيدروكربون بتعريف السلسلة الرئيسية - أطول سلسلة من ذرات الكربون في الجزيء. في حالة الألكينات ، يجب أن تحتوي السلسلة الرئيسية على رابطة مزدوجة.
2. الترقيم الذري للسلسلة الرئيسية.
يبدأ ترقيم ذرات السلسلة الرئيسية من نهاية الرابطة المزدوجة الأقرب إليها. على سبيل المثال ، اسم الاتصال الصحيح هو:
5 دولارات-ميثيلهكسين- 2 دولار ، وليس 2 دولار-ميثيلهكسين- 4 دولارات ، كما هو متوقع.
إذا كان من المستحيل تحديد بداية ترقيم الذرات في السلسلة من خلال موضع الرابطة المزدوجة ، فسيتم تحديدها من خلال موضع البدائل ، تمامًا كما هو الحال بالنسبة للهيدروكربونات المشبعة.
3. تشكيل الاسم.
تتشكل أسماء الألكينات بنفس طريقة تكوين أسماء الألكانات. في نهاية الاسم ، حدد عدد ذرة الكربون التي تبدأ عندها الرابطة المزدوجة ، واللاحقة تشير إلى أن المركب ينتمي إلى فئة الألكينات - -en.
علي سبيل المثال:
الخصائص الفيزيائية والكيميائية للألكينات
الخصائص الفيزيائية.الممثلون الثلاثة الأوائل للسلسلة المتجانسة من الألكينات هم غازات ؛ مواد التركيب $ C_5H_ (10) $ - $ C_ (16) H_ (32) $ عبارة عن سوائل ؛ الألكينات الأعلى هي مواد صلبة.
تزداد نقاط الانصهار والغليان بشكل طبيعي مع زيادة الوزن الجزيئي للمركبات.
الخواص الكيميائية.
تفاعلات الإضافة.أذكر أن السمة المميزة للممثلين الهيدروكربونات غير المشبعة- الألكينات هي القدرة على الدخول في تفاعلات إضافة. تستمر معظم ردود الفعل هذه من خلال الآلية
1. هدرجة الألكينات.الألكينات قادرة على إضافة الهيدروجين في وجود محفزات الهدرجة والمعادن - البلاتين والبلاديوم والنيكل:
$ CH_3 — CH_2 — CH = CH_2 + H_2 (→) ↖ (Pt) CH_3 — CH_2 — CH_2 — CH_3 $.
يحدث هذا التفاعل عند الضغط الجوي والضغط المرتفع ولا يتطلب درجة حرارة عالية ، لأن طارد للحرارة. مع زيادة درجة حرارة نفس المحفزات ، يمكن أن يحدث التفاعل العكسي ، نزع الهيدروجين.
2. الهلجنة (إضافة الهالوجينات).يؤدي تفاعل ألكين مع ماء بروم أو محلول بروم في مذيب عضوي ($ CCl_4 $) إلى تغير سريع في لون هذه المحاليل نتيجة إضافة جزيء هالوجين إلى الألكين وتكوين ألكانات ثنائي الهالوجين:
$ CH_2 = CH_2 + Br_2 → CH_2Br— CH_2Br $.
3.
$ CH_3- (CH) ↙ (بروبين) = CH_2 + HBr → CH_3- (CHBr) ↙ (2-بروموبروبين) -CH_3 $
رد الفعل هذا يخضع ل حكم ماركوفنيكوف:
عندما يضاف هاليد الهيدروجين إلى ألكين ، يتم ربط الهيدروجين بذرة كربون مهدرجة أكثر ، أي الذرة التي يوجد بها المزيد من ذرات الهيدروجين ، والهالوجين - للذرة الأقل هدرجة.
يؤدي ترطيب الألكينات إلى تكوين الكحولات. على سبيل المثال ، تشكل إضافة الماء إلى الإيثين أساس إحدى الطرق الصناعية لإنتاج الكحول الإيثيلي:
$ (CH_2) ↙ (إيثين) = CH_2 + H_2O (→) ↖ (t، H_3PO_4) CH_3- (CH_2OH) ↙ (إيثانول) $
لاحظ أن الكحول الأساسي (مع مجموعة الهيدروكسو عند الكربون الأولي) يتكون فقط عندما يتم ترطيب الإيثين. عندما يتم ترطيب البروبين أو الألكينات الأخرى ، تتشكل كحولات ثانوية.
يستمر هذا التفاعل أيضًا وفقًا لقاعدة ماركوفنيكوف - كاتيون الهيدروجين مرتبط بذرة الكربون المهدرجة ، ومجموعة الهيدروكسو بالذرة الأقل هدرجة.
5. البلمرة.حالة خاصة للإضافة هي تفاعل البلمرة للألكينات:
$ nCH_2 (=) ↙ (إيثين) CH_2 (→) ↖ (ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، R) (... (- CH_2-CH_2-) ↙ (بولي إيثيلين) ...) _ n $
يستمر تفاعل الإضافة هذا بواسطة آلية الجذور الحرة.
6. تفاعل الأكسدة.
مثل أي مركبات العضوية، تحترق الألكينات في الأكسجين لتكوين $ СО_2 $ و $ Н_2О $:
دولار CH_2 = CH_2 + 3O_2 → 2CO_2 + 2H_2O دولار.
بشكل عام:
$ C_ (n) H_ (2n) + (3n) / (2) O_2 → nCO_2 + nH_2O $
على عكس الألكانات ، التي تقاوم الأكسدة في المحاليل ، تتأكسد الألكينات بسهولة عن طريق عمل محاليل برمنجنات البوتاسيوم. في المحاليل المحايدة أو القلوية ، تتأكسد الألكينات إلى ديول (كحول ثنائي الهيدروكسيل) ، وترتبط مجموعات الهيدروكسيل بتلك الذرات التي كانت توجد بينها رابطة مزدوجة قبل الأكسدة:
Alkadienes (ديين الهيدروكربونات)
Alkadienes عبارة عن هيدروكربونات لا حلقية تحتوي في الجزيء ، بالإضافة إلى روابط مفردة ، على رابطتين مزدوجتين بين ذرات الكربون وتتوافق مع الصيغة العامة $ C_ (n) H_ (2n-2) $.
يعتمد على الموقف النسبيالروابط المزدوجة ، هناك ثلاثة أنواع من الديانات:
- الكاديين مع تراكمتترتيب الروابط المزدوجة:
- الكاديين مع مترافقسندات مزدوجة؛
$ CH_2 = CH-CH = CH_2 $ ؛
- الكاديين مع معزولسندات مزدوجة
$ CH_2 = CH - CH_2 - CH = CH_2 $.
تختلف جميع أنواع الأكادين الثلاثة اختلافًا كبيرًا عن بعضها البعض في التركيب والخصائص. تكون ذرة الكربون المركزية (الذرة التي تشكل رابطتين مزدوجتين) في الألكاديين مع الروابط المتراكمة في حالة التهجين $ sp $. إنها تشكل سندات $ $ - ملقاة على نفس الخط المستقيم وموجهة في اتجاهين متعاكسين ، واثنتين من السندات $ $ تقعان في مستويين متعامدين. تتشكل السندات $ π $ -bonds بسبب المدارات p غير المهجنة لكل ذرة كربون. خصائص الألكاديين مع الروابط المزدوجة المعزولة محددة للغاية ، لأن تؤثر سندات $ π $ -bonds المقترنة بشكل كبير على بعضها البعض.
تشكل المدارات p التي تشكل سندات مترافقة $ $ -bond عمليًا نظامًا واحدًا (يطلق عليه $ π $ -system) ، لأن تتداخل المدارات p في السندات المتجاورة $ $ - جزئيًا.
التماثل والتسمية
تتميز Alkadienes بكل من التماكب البنيوي و cis- و trans-isomerism.
التماثل الهيكلي.
— تماثل الهيكل الكربوني:
— تماثل موضع الروابط المتعددة:
$ (CH_2 = CH-CH = CH_2) ↙ (بوتادين -1،3) $ $ (CH_2 = C = CH-CH_3) ↙ (بوتادين -1،2) $
رابطة الدول المستقلة ، عبر-التماثل (المكاني والهندسي)
علي سبيل المثال:
Alkadienes هي مركبات isomeric لفئات alkynes و cycloalkenes.
عند تكوين اسم Alkadiene ، يشار إلى عدد الروابط المزدوجة. يجب أن تحتوي السلسلة الرئيسية بالضرورة على سندات متعددة.
علي سبيل المثال:
الخصائص الفيزيائية والكيميائية للكادين
الخصائص الفيزيائية.
في ظل الظروف العادية ، يعتبر propandien-1،2 ، بوتادين -1،3 غازات ، 2-ميثيل بوتادين -1،3 سائل متطاير. Alkadienes ذات الروابط المزدوجة المعزولة (أبسطها pentadiene-1،4) هي سوائل. الديانات الأعلى هي مواد صلبة.
الخواص الكيميائية.
تختلف الخصائص الكيميائية للألكاديين ذات الروابط المزدوجة المعزولة قليلاً عن تلك الخاصة بالألكينات. تتميز Alkadienes ذات الروابط المترافقة ببعض الميزات الخاصة.
1. تفاعلات الإضافة. Alkadienes قادرة على إضافة الهيدروجين ، والهالوجينات ، وهاليدات الهيدروجين.
تتمثل ميزة إضافة الألكاديين مع الروابط المترافقة في القدرة على ربط الجزيئات في كل من الموضعين 1 و 2 ، وفي الموضعين 1 و 4.
تعتمد نسبة المنتجات على شروط وطريقة تنفيذ التفاعلات المقابلة.
2.تفاعل البلمرة. أهم عقارالدين هو القدرة على البلمرة تحت تأثير الكاتيونات أو الجذور الحرة. بلمرة هذه المركبات هي أساس المطاط الصناعي:
$ nCH_2 = (CH-CH = CH_2) ↙ (بوتادين -1،3) → ((... -CH_2-CH = CH-CH_2— ...) _ n) ↙ (\ text "مطاط بوتادين صناعي") $ .
تستمر بلمرة الديانات المترافقة كإضافة 1،4.
في هذه الحالة ، يتضح أن الرابطة المزدوجة تكون مركزية في الارتباط ، ويمكن للرابط الأولي بدوره أن يأخذ كلاهما رابطة الدول المستقلة-، و نشوة-إعدادات.
ألكينز
الألكينات عبارة عن هيدروكربونات لا حلقية تحتوي في الجزيء ، بالإضافة إلى الروابط المفردة ، على رابطة ثلاثية واحدة بين ذرات الكربون وتتوافق مع الصيغة العامة $ C_ (n) H_ (2n-2) $.
سلسلة متماثلة من الإيثين
تشكل الألكينات غير الممنوحة سلسلة متجانسة من ethyne (الأسيتيلين):
$ C_2H_2 $ - ethyne ، $ C_3H_4 $ - propyne ، $ C_4H_6 $ - butyne ، $ C_5H_8 $ - pentine ، $ C_6H_ (10) $ - هيكسين ، إلخ.
التماثل والتسمية
بالنسبة للألكينات ، وكذلك للألكينات ، فإن التماثل البنيوي مميز: تماثل الهيكل الكربوني والتشابه لموضع الرابطة المتعددة. أبسط ألكين ، والذي يتميز بأيزومرات بنيوية لموضع الرابطة المتعددة لفئة ألكين ، هو بوتين:
$ CH_3— (CH_2) ↙ (butyn-1) —C≡CH $ $ CH_3— (C≡C) ↙ (butyn-2) —CH_3 $
إن تماثل الهيكل الكربوني في الألكينات ممكن ، بدءًا من البنتين:
نظرًا لأن الرابطة الثلاثية تفترض بنية خطية لسلسلة الكربون ، فإن الشكل الهندسي ( رابطة الدول المستقلة ، عبر-) التماثل غير ممكن بالنسبة للألكينات.
ينعكس وجود رابطة ثلاثية في جزيئات الهيدروكربون من هذه الفئة من خلال اللاحقة -في، وموقعه في السلسلة - عدد ذرة الكربون.
علي سبيل المثال:
الألكينات هي مركبات متشابهة لبعض الأصناف الأخرى. وبالتالي، صيغة كيميائية$ С_6Н_ (10) $ لها هيكسين (ألكين) ، هيكسادين (ألكاديين) وسيكلوهكسين (سيكلو ألكين):
الخصائص الفيزيائية والكيميائية للألكينات
الخصائص الفيزيائية.تزداد نقاط غليان وانصهار الألكينات وكذلك الألكينات بشكل طبيعي مع زيادة الوزن الجزيئي للمركبات.
الألكينات لها رائحة معينة. وهي أكثر قابلية للذوبان في الماء من الألكانات والألكينات.
الخواص الكيميائية.
تفاعلات الإضافة.الألكينات هي مركبات غير مشبعة وتدخل في تفاعلات إضافة. في الأساس ، هذه ردود أفعال. إضافة اليكتروفيليك.
1. الهلجنة (إضافة جزيء الهالوجين). Alkyne قادر على إرفاق جزيئين هالوجين (الكلور ، البروم):
$ CH≡CH + Br_2 → (CHBr = CHBr) ↙ (1،2-ثنائي بروموإيثان) ، $
دولار CHBr = CHBr + Br_2 → (CHBr_2-CHBr_2) ↙ (1،1،2،2-tetrabromoethane) $
2. الهلجنة (إضافة هاليد الهيدروجين).تفاعل إضافة هاليد الهيدروجين ، وفقًا لآلية الإلكتروفيلي ، يستمر أيضًا على مرحلتين ، وفي كلتا المرحلتين يتم استيفاء قاعدة ماركوفنيكوف:
$ CH_3-C≡CH + Br → (CH_3-CBr = CH_2) ↙ (2-بروموبروبين) ، $
$ CH_3-CBr = CH_2 + HBr → (CH_3-CHBr_2-CH_3) ↙ (2،2-ثنائي بروموبروبان) $
3. الترطيب (إضافة الماء).من الأهمية بمكان للتخليق الصناعي للكيتونات والألدهيدات تفاعل إضافة الماء (الترطيب) ، والذي يسمى رد فعل كوتشيروف:
4. هدرجة الألكينات.تضيف الألكينات الهيدروجين في وجود محفزات معدنية ($ 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 $
نظرًا لأن الرابطة الثلاثية تحتوي على سندات متفاعلة $ π $ ، فإن الألكانات تضيف الهيدروجين بخطوات:
1) التشذيب.
عندما يتم تمرير الإيثين فوق الكربون المنشط ، يتم تكوين خليط من المنتجات ، أحدها البنزين:
2) ديميريزيشن.
بالإضافة إلى تقليم الأسيتيلين ، من الممكن أيضًا تقليله. تحت تأثير أملاح النحاس أحادية التكافؤ ، يتكون فينيل أسيتيلين:
$ 2HC≡CH → (HC≡C-CH = CH_2) ↙ (\ text "بيوتين-1-yn-3 (فينيل أسيتيلين)") $
تستخدم هذه المادة لإنتاج الكلوروبرين:
$ HC≡C-CH = CH_2 + HCl (→) ↖ (CaCl) H_2C = (CCl-CH) ↙ (كلوروبرين) = CH_2 $
البلمرة التي ينتج عنها مطاط الكلوروبرين:
$ nH_2C = CCl-CH = CH_2 → (...- H_2C-CCl = CH-CH_2 -...) _ n $
أكسدة ألكين.
يحترق الإيثين (الأسيتيلين) في الأكسجين مع إطلاق كمية كبيرة جدًا من الحرارة:
$ 2C_2H_2 + 5O_2 → 4CO_2 + 2H_2O + 2600kJ $ يعتمد عمل شعلة أوكسي أسيتيلين على هذا التفاعل ، حيث يكون لهب درجة حرارة عالية جدًا (أكثر من 3000 دولارًا مئوية) ، مما يجعل من الممكن استخدامه لقطع ولحام المعادن.
في الهواء ، يحترق الأسيتيلين بلهب مدخن ، لأنه. محتوى الكربون في جزيئه أعلى منه في جزيئات الإيثان والإيثين.
تعمل الألكينات ، مثل الألكينات ، على إزالة لون المحاليل المحمضة لبرمنجنات البوتاسيوم ؛ في هذه الحالة ، يحدث تدمير السند المتعدد.
ردود الفعل التي تميز الطرق الرئيسية للحصول على المركبات المحتوية على الأكسجين
1. التحلل المائي للهالوكانات.أنت تعلم بالفعل أن تكوين هالوكين ألكانات في تفاعل الكحول مع هاليدات الهيدروجين هو تفاعل قابل للعكس. لذلك ، من الواضح أنه يمكن الحصول على الكحول التحلل المائي للهالوكانات- تفاعلات هذه المركبات مع الماء:
$ R-Cl + هيدروكسيد الصوديوم (→) ↖ (H_2O) R-OH + NaCl + H_2O $
يمكن الحصول على الكحولات متعددة الهيدروكسيل عن طريق التحلل المائي للهالوكانات التي تحتوي على أكثر من ذرة هالوجين واحدة في الجزيء. علي سبيل المثال:
2. ترطيب الألكينات- إضافة الماء إلى السندات $ π $ من جزيء الألكين - أمر مألوف لك بالفعل ، على سبيل المثال:
$ (CH_2 = CH_2) ↙ (إيثين) + H_2O (→) ↖ (H ^ (+)) (C_2H_5OH) ↙ (إيثانول) $
يؤدي ترطيب البروبين ، وفقًا لقاعدة ماركوفنيكوف ، إلى تكوين كحول ثانوي - بروبانول -2:
3. هدرجة الألدهيدات والكيتونات.أنت تعلم بالفعل أن أكسدة الكحول في ظروف معتدلة تؤدي إلى تكوين الألدهيدات أو الكيتونات. من الواضح أنه يمكن الحصول على الكحوليات عن طريق الهدرجة (اختزال الهيدروجين ، إضافة الهيدروجين) للألدهيدات والكيتونات:
4. أكسدة الألكين.يمكن الحصول على الجليكول ، كما لوحظ بالفعل ، عن طريق أكسدة الألكينات بمحلول مائي من برمنجنات البوتاسيوم. على سبيل المثال ، يتشكل جلايكول الإيثيلين (إيثانديول -1 ، 2) أثناء أكسدة الإيثيلين (الإيثين):
$ CH_2 = CH_2 + [O] + H_2O (→) ↖ (KMnO_4) HO-CH_2-CH_2-OH $
5. طرق محددة للحصول على الكحول.يتم الحصول على بعض الكحوليات بطرق مميزة لها فقط. وبالتالي ، يتم إنتاج الميثانول في الصناعة عن طريق تفاعل الهيدروجين مع أول أكسيد الكربون (II) (أول أكسيد الكربون) عند ضغط مرتفع ودرجة حرارة عالية على سطح المحفز (أكسيد الزنك):
$ CO + 2H_2 (→) ↖ (t، p، ZnO) CH_3-OH $
الخليط المطلوب لهذا التفاعل أول أكسيد الكربونوالهيدروجين ، المعروف أيضًا باسم الغاز التخليقي ($ CO + nH_2O $) ، يتم الحصول عليه عن طريق تمرير بخار الماء فوق الفحم الساخن:
$ C + H_2O (→) ↖ (t) CO + H_2-Q $
6. تخمر الجلوكوز.هذه الطريقة في الحصول على الكحول الإيثيلي (النبيذ) معروفة للإنسان منذ العصور القديمة:
$ (C_6H_ (12) O_6) ↙ (جلوكوز) (→) ↖ (خميرة) 2C_2H_5OH + 2CO_2 $
طرق الحصول على الألدهيدات والكيتونات
يمكن الحصول على الألدهيدات والكيتونات أكسدةأو نزع الهيدروجين من الكحول. مرة أخرى ، نلاحظ أنه يمكن الحصول على الألدهيدات أثناء أكسدة الكحولات الأولية أو نزع الهيدروجين منها ، ويمكن الحصول على الكيتونات من الكحوليات الثانوية:
رد فعل كوتشيروف. نتيجة لتفاعل الماء ، يتم الحصول على الأسيتالديهيد من الأسيتيلين ، ويتم الحصول على الكيتونات من متجانسات الأسيتيلين:
عند تسخينها الكالسيومأو أملاح الباريومتشكل الأحماض الكربوكسيلية كيتون وكربونات معدنية:
طرق الحصول على الأحماض الكربوكسيلية
يمكن الحصول على الأحماض الكربوكسيلية عن طريق أكسدة الكحولات الأولية للألدهيدات:
تتشكل الأحماض الكربوكسيلية العطرية أثناء أكسدة متماثلات البنزين:
يؤدي التحلل المائي لمشتقات حمض الكربوكسيل المختلفة أيضًا إلى تكوين أحماض. لذلك ، أثناء التحلل المائي للإستر ، يتكون الكحول وحمض الكربوكسيل. كما ذكر أعلاه ، فإن تفاعلات الأسترة والتحلل المائي المحفز بالحمض قابلة للعكس:
التحلل المائي لإستر بفعل محلول مائييستمر القلوي بشكل لا رجعة فيه ، في هذه الحالة ، لا يتكون حمض من الإستر ، ولكن ملحه.
