Kimyoviy birikmalarning har bir klassi elektron tuzilishi tufayli xossalarni koʻrsatishga qodir. Alkanlar molekulalarni almashtirish, yo'q qilish yoki oksidlanish reaktsiyalari bilan tavsiflanadi. Barcha kimyoviy jarayonlar oqimning o'ziga xos xususiyatlariga ega, ular keyinroq muhokama qilinadi.
Alkanlar nima
Bu parafinlar deb ataladigan to'yingan uglevodorod birikmalari. Ularning molekulalari faqat uglerod va vodorod atomlaridan iborat bo'lib, chiziqli yoki tarmoqlangan asiklik zanjirga ega, ularda faqat bitta birikmalar mavjud. Sinfning xususiyatlarini hisobga olgan holda, qaysi reaksiyalar alkanlarga xos ekanligini hisoblash mumkin. Ular butun sinf formulasiga bo'ysunadilar: H2n+2C.
Kimyoviy tuzilishi
Parafin molekulasi sp3-gibridlanishni ko'rsatuvchi uglerod atomlarini o'z ichiga oladi. Ularning to'rtta valent orbitallari kosmosda bir xil shaklga, energiyaga va yo'nalishga ega. Energiya darajalari orasidagi burchak o'lchami 109° va 28'.
Molekulalarda yagona bog’larning mavjudligi qaysi reaksiyalarni aniqlaydialkanlarga xosdir. Ular tarkibida s-birikmalar mavjud. Uglerodlar orasidagi bog'lanish qutbsiz va zaif qutblanish xususiyatiga ega va C-H ga qaraganda bir oz uzunroqdir. Bundan tashqari, elektron zichligi eng elektronegativ bo'lgan uglerod atomiga o'tadi. Natijada, C−H birikmasi past qutblilik bilan tavsiflanadi.
Almashtirish reaktsiyalari
Kerosin sinfidagi moddalar zaif kimyoviy faollikka ega. Buni C-C va C-H o'rtasidagi aloqalarning mustahkamligi bilan izohlash mumkin, ular qutbsizligi sababli uzilishi qiyin. Ularning yo'q qilinishi homolitik mexanizmga asoslangan bo'lib, unda erkin tipdagi radikallar ishtirok etadi. SHuning uchun ham alkanlar o`rin almashish reaksiyalari bilan xarakterlanadi. Bunday moddalar suv molekulalari yoki zaryad tashuvchi ionlar bilan ta'sir o'tkaza olmaydi.
Ular vodorod atomlari galogen elementlar yoki boshqa faol guruhlar bilan almashtiriladigan erkin radikallarni almashtirishni o'z ichiga oladi. Bu reaksiyalar galogenlash, sulfoxlorlash va nitrlash bilan bog'liq jarayonlarni o'z ichiga oladi. Ularning natijasi alkan hosilalarini olishdir.
Erkin radikallarni almashtirish reaksiyalari mexanizmi asosiy uch bosqichga asoslanadi:
- Jarayon zanjirning boshlanishi yoki yadrolanishi bilan boshlanadi, buning natijasida erkin radikallar hosil bo'ladi. Katalizatorlar ultrabinafsha nurlar va issiqlik manbalaridir.
- Keyin zanjir rivojlanadi, unda faol zarrachalarning faol bo'lmagan molekulalar bilan ketma-ket o'zaro ta'siri sodir bo'ladi. Ular mos ravishda molekula va radikallarga aylanadi.
- Oxirgi qadam zanjirni uzishdir. Faol zarrachalarning rekombinatsiyasi yoki yo'qolishi kuzatiladi. Bu zanjir reaktsiyasining rivojlanishini to'xtatadi.
Galogenlash jarayoni
U radikal tipdagi mexanizmga asoslangan. Alkanlarning galogenlanish reaksiyasi ultrabinafsha nurlanish va galogenlar va uglevodorodlar aralashmasini qizdirish orqali amalga oshiriladi.
Jarayonning barcha bosqichlari Markovnikov tomonidan belgilangan qoidaga bo'ysunadi. Unda aytilishicha, birinchi navbatda, eng ko'p vodorodlangan uglerodga tegishli bo'lgan vodorod atomi galogen bilan almashtiriladi. Galogenlanish quyidagi ketma-ketlikda davom etadi: uchinchi darajali atomdan birlamchi uglerodgacha.
Bu jarayon uzun asosiy uglerod zanjiriga ega alkan molekulalari uchun yaxshiroqdir. Bu ionlashtiruvchi energiyaning bu yoʻnalishda kamayishi bilan bogʻliq boʻlib, elektron moddadan osonroq ajraladi.
Metan molekulasining xlorlanishi bunga misoldir. Ultraviyole ta'siri xlorning alkanga hujum qiladigan radikal zarrachalarga bo'linishiga olib keladi. Atom vodorodining ajralishi va H3C· yoki metil radikalining hosil boʻlishi mavjud. Bunday zarracha, o‘z navbatida, molekulyar xlorga hujum qilib, uning strukturasini buzishga va yangi kimyoviy reagent hosil bo‘lishiga olib keladi.
Protsessning har bir bosqichida faqat bitta vodorod atomi almashtiriladi. Alkanlarning galogenlanish reaksiyasi asta-sekin xlorometan, diklorometan, triklorometan va uglerod tetraxlorid molekulalarining shakllanishiga olib keladi.
Sxematik tarzda jarayon quyidagicha ko'rinadi:
H4C + Cl:Cl → H3CCl + HCl, H3CCl + Cl:Cl → H2CCl2 + HCl, H2CCl2 + Cl:Cl → HCCl3 + HCl, HCCl3 + Cl:Cl → CCl4 + HCl.
Metan molekulasini xlorlashdan farqli o'laroq, bunday jarayonni boshqa alkanlar bilan o'tkazish vodorod almashinuvi bir uglerod atomida emas, balki bir nechta atomlarda sodir bo'ladigan moddalarni olish bilan tavsiflanadi. Ularning miqdoriy nisbati harorat ko'rsatkichlari bilan bog'liq. Sovuq sharoitda uchinchi, ikkilamchi va birlamchi tuzilishga ega hosilalarning hosil boʻlish tezligi pasayadi.
Haroratning oshishi bilan bunday birikmalarning hosil bo'lish tezligi pasayadi. Galogenlanish jarayoniga statik omil ta'sir ko'rsatadi, bu radikalning uglerod atomi bilan to'qnashuvining boshqa ehtimolini ko'rsatadi.
Yod bilan galogenlash jarayoni normal sharoitda davom etmaydi. Maxsus shart-sharoitlarni yaratish kerak. Ushbu galogenga metan ta'sir qilganda vodorod yodidi hosil bo'ladi. Unga metil yodid ta'sir qiladi, natijada dastlabki reagentlar chiqariladi: metan va yod. Bunday reaksiya teskari hisoblanadi.
Alkanlar uchun Vurts reaktsiyasi
Simmetrik tuzilishga ega toʻyingan uglevodorodlarni olish usuli. Reaktiv sifatida natriy metall, alkil bromidlar yoki alkil xloridlar ishlatiladi. Daularning o'zaro ta'sirida natriy galogenid va ikkita uglevodorod radikalining yig'indisi bo'lgan kengaytirilgan uglevodorod zanjiri hosil bo'ladi. Sxematik jihatdan sintez quyidagicha: R−Cl + Cl−R + 2Na → R−R + 2NaCl.
Alkanlar uchun Vurts reaktsiyasi, agar ularning molekulalarida galogenlar birlamchi uglerod atomida bo'lsagina mumkin bo'ladi. Masalan, CH3−CH2−CH2Br.
Agar jarayonda ikkita birikmaning galokglerod aralashmasi ishtirok etsa, ularning zanjirlarining kondensatsiyasi jarayonida uch xil mahsulot hosil bo'ladi. Natriyning xlorometan va xloroetan bilan o'zaro ta'siri alkanlarning bunday reaksiyasiga misol bo'la oladi. Butan, propan va etandan iborat aralashma.
Natriyga qo'shimcha ravishda litiy yoki kaliyni o'z ichiga olgan boshqa ishqoriy metallardan ham foydalanish mumkin.
Sulfoxlorlash jarayoni
U Reed reaktsiyasi deb ham ataladi. U erkin radikallarni almashtirish tamoyiliga muvofiq davom etadi. Bu ultrabinafsha nurlanish ta'sirida oltingugurt dioksidi va molekulyar xlor aralashmasining ta'siriga alkanlarning o'ziga xos reaktsiyasi.
Bu jarayon zanjir mexanizmi ishga tushishi bilan boshlanadi, bunda xlordan ikkita radikal olinadi. Ulardan biri alkanga hujum qiladi, natijada alkil turi va vodorod xlorid molekulasi paydo bo'ladi. Oltingugurt dioksidi uglevodorod radikaliga biriktirilib, murakkab zarracha hosil qiladi. Stabillashtirish uchun bitta xlor atomi boshqa molekuladan olinadi. Yakuniy modda alkan sulfonilxlorid bo'lib, u sirt faol birikmalar sintezida ishlatiladi.
Sxematik tarzda jarayon quyidagicha ko'rinadi:
ClCl → hv ∙Cl + ∙Cl, HR + ∙Cl → R∙ + HCl, R∙ + OSO → ∙RSO2, ∙RSO2 + ClCl → RSO2Cl + ∙Cl.
Nitratlanish bilan bogʻliq jarayonlar
Alkanlar 10% li eritma holidagi nitrat kislota bilan, shuningdek gazsimon holatdagi tetravalent azot oksidi bilan reaksiyaga kirishadi. Uning oqimi uchun shartlar yuqori harorat ko'rsatkichlari (taxminan 140 ° C) va past bosim ko'rsatkichlari. Nitroalkanlar ishlab chiqarishda ishlab chiqariladi.
Bu erkin radikal jarayon nitrlanish sintezini kashf etgan olim Konovalov nomi bilan atalgan: CH4 + HNO3 → CH 3NO2 + H2O.
Yorilish mexanizmi
Alkanlar gidrogenlanish va kreking reaksiyalari bilan ajralib turadi. Metan molekulasi to'liq termal parchalanadi.
Yuqoridagi reaksiyalarning asosiy mexanizmi alkanlardan atomlarni yoʻq qilishdir.
Dehidrogenatsiya jarayoni
Kerosinlarning uglerod skeletidan vodorod atomlari ajratilganda, metandan tashqari, toʻyinmagan birikmalar olinadi. Alkanlarning bunday kimyoviy reaksiyalari yuqori haroratlarda (400 dan 600 ° C gacha) va platina, nikel, xrom va alyuminiy oksidlari ko'rinishidagi tezlatgichlar ta'sirida sodir bo'ladi.
Agar reaksiyada propan yoki etan molekulalari ishtirok etsa, uning hosilalari bitta qoʻsh bogʻli propen yoki eten boʻladi.
To'rt yoki besh uglerodli skeletni gidrogenlashda dienulanishlar. Butan butadien-1, 3 va butadien-1, 2 dan hosil bo'ladi.
Agar reaksiyada 6 va undan ortiq uglerod atomiga ega boʻlgan moddalar boʻlsa, benzol hosil boʻladi. U uchta qoʻsh bogʻli aromatik yadroga ega.
Dekompozitsiya jarayoni
Yuqori harorat sharoitida alkanlarning reaksiyalari uglerod bogʻlarining uzilishi va radikal tipdagi faol zarrachalarning hosil boʻlishi bilan sodir boʻlishi mumkin. Bunday jarayonlar kreking yoki piroliz deb ataladi.
Reaktivlarni 500 °C dan yuqori haroratgacha qizdirish ularning molekulalarining parchalanishiga olib keladi, bunda alkil tipidagi radikallarning murakkab aralashmalari hosil bo'ladi.
Kuchli qizdirishda uzun uglerod zanjirli alkanlarning pirolizini o’tkazish to’yingan va to’yinmagan birikmalar olish bilan bog’liq. Bu termal yorilish deb ataladi. Bu jarayon 20-asrning oʻrtalarigacha qoʻllanilgan.
Kamchilik past oktanli (65 dan ortiq bo'lmagan) uglevodorodlarni ishlab chiqarish edi, shuning uchun u katalitik kreking bilan almashtirildi. Jarayon 440 °C dan past bo'lgan harorat sharoitida va 15 atmosferadan past bosim ostida, tarvaqaylab ketgan tuzilishga ega bo'lgan alkanlarning chiqishi bilan aluminosilikat tezlatgich ishtirokida sodir bo'ladi. Misol tariqasida metan pirolizini keltirish mumkin: 2CH4 →t°C2 H2+ 3H2. Bu reaksiya davomida asetilen va molekulyar vodorod hosil bo'ladi.
Metan molekulasi konversiyaga kirishishi mumkin. Bu reaksiya suv va nikel katalizatorini talab qiladi. Ustidachiqishi uglerod oksidi va vodorod aralashmasidir.
Oksidlanish jarayonlari
Alkanlarga xos boʻlgan kimyoviy reaksiyalar elektronlar berishni oʻz ichiga oladi.
Parafinlarning avtomatik oksidlanishi mavjud. U to'yingan uglevodorodlarning oksidlanishining erkin radikal mexanizmini o'z ichiga oladi. Reaksiya jarayonida alkanlarning suyuq fazasidan gidroperoksidlar olinadi. Dastlabki bosqichda kerosin molekulasi kislorod bilan o'zaro ta'sir qiladi, natijada faol radikallar chiqariladi. Bundan tashqari, boshqa molekula O2 alkil zarrasi bilan oʻzaro taʼsir qiladi, natijada ∙ROO hosil boʻladi. Alkan molekulasi yog 'kislotasi peroksid radikali bilan aloqa qiladi, shundan so'ng gidroperoksid chiqariladi. Bunga misol etanning avtooksidlanishi:
C2H6 + O2 → ∙C2 H5 + HOO∙, ∙C2H5 + O2 → ∙OOC 2H5, ∙OOC2H5 + C2H6→ HOOC2H5 + ∙C2H5.
Alkanlar yonish reaktsiyalari bilan tavsiflanadi, ular yoqilg'i tarkibida aniqlanganda asosiy kimyoviy xossalar qatoriga kiradi. Ular issiqlik chiqaradigan oksidlovchi xususiyatga ega: 2C2H6 + 7O2 → 4CO2 + 6H2O.
Agar jarayonda oz miqdorda kislorod mavjud boʻlsa, yakuniy mahsulot O2 konsentratsiyasi bilan belgilanadigan koʻmir yoki ikki valentli uglerod oksidi boʻlishi mumkin.
Alkanlar katalitik moddalar ta'sirida oksidlanib, 200°C gacha qizdirilganda spirt, aldegid molekulalari yokikarboksilik kislota.
Etan misoli:
C2H6 + O2 → C2 H5OH (etanol),
C2H6 + O2 → CH3 CHO + H2O (etanal va suv), 2C2H6 + 3O2 → 2CH3 COOH + 2H2O (etanik kislota va suv).
Alkanlar uch a'zoli siklik peroksidlar ta'sirida oksidlanishi mumkin. Bularga dimetildioksiran kiradi. Parafinlarning oksidlanishi natijasida spirt molekulasi hosil bo'ladi.
Parafinlar vakillari KMnO4 yoki kaliy permanganatga, shuningdek bromli suvga reaksiyaga kirishmaydi.
Izomerizatsiya
Alkanlarda reaksiya turi elektrofil mexanizm bilan almashtirish bilan tavsiflanadi. Bunga uglerod zanjirining izomerizatsiyasi kiradi. Bu jarayon toʻyingan parafin bilan oʻzaro taʼsir qiluvchi alyuminiy xlorid tomonidan katalizlanadi. Misol tariqasida 2-metilpropanga aylangan butan molekulasining izomerlanishini keltirish mumkin: C4H10 → C3 H 7CH3.
Xushbo'ylik jarayoni
Asosiy uglerod zanjirida olti yoki undan ortiq uglerod atomlari bilan toʻyingan moddalar degidrotsikllanishga qodir. Bunday reaksiya qisqa molekulalar uchun xos emas. Natijada har doim siklogeksan va uning hosilalari ko'rinishidagi olti a'zoli halqa hosil bo'ladi.
Reaksiya tezlatgichlari ishtirokida keyingi dehidrogenlanish sodir boʻladi vabarqarorroq benzol halqasiga aylanadi. Asiklik uglevodorodlar aromatik birikmalar yoki arenlarga aylanadi. Masalan, geksanning degidrotsikllanishi:
H3C−CH2− CH2− CH 2− CH2−CH3 → C6H 12 (siklogeksan), C6H12 → C6H6+ 3H2 (benzol).
