Ngrohja e kripës së natriumit të acidit acetik (acetat natriumi) me një tepricë të alkalit çon në eliminimin e grupit karboksil dhe formimin e metanit:

CH3CONa + NaOH CH4 + Na2C03

Nëse merrni propionat natriumi në vend të acetatit të natriumit, atëherë formohet etani, nga butanoati i natriumit - propani, etj.

RCH2CONa + NaOH -> RCH3 + Na2C03

5. Sinteza e Wurtz-it. Kur haloalkanet ndërveprojnë me natriumin e metalit alkalik, formohen hidrokarbure të ngopura dhe një halide. metal alkali, Për shembull:

Veprimi i një metali alkali në një përzierje halokarbonesh (p.sh. bromoetani dhe bromometani) do të rezultojë në formimin e një përzierjeje alkanesh (etani, propani dhe butani).

Reaksioni mbi të cilin bazohet sinteza e Wurtz-it vazhdon mirë vetëm me haloalkanet në molekulat e të cilave një atom halogjen është i lidhur me një atom primar karboni.

6. Hidroliza e karbiteve. Kur disa karbide që përmbajnë karbon në gjendje oksidimi -4 (për shembull, karabit alumini) trajtohen me ujë, formohet metani:

Al4C3 + 12H20 = 3CH4 + 4Al(OH)3 Vetitë fizike

Katër përfaqësuesit e parë të serisë homologe të metanit janë gaze. Më e thjeshta prej tyre është metani - një gaz pa ngjyrë, shije dhe erë (aroma e "gazit", të cilën duhet ta quani 04, përcaktohet nga aroma e merkaptanëve - përbërës që përmbajnë squfur, të shtuara posaçërisht në metanin e përdorur në shtëpi. dhe pajisje industriale me gaz, në mënyrë që njerëzit pranë mund të zbulojnë një rrjedhje nga erë).

Hidrokarburet e përbërjes nga C5H12 në C15H32 janë të lëngshme, hidrokarburet më të rënda janë të ngurta.

Pikat e vlimit dhe shkrirjes së alkaneve rriten gradualisht me rritjen e gjatësisë së zinxhirit të karbonit. Të gjitha hidrokarburet janë pak të tretshëm në ujë, hidrokarburet e lëngëta janë tretës organikë të zakonshëm.

Vetitë kimike

1. Reaksionet e zëvendësimit. Reaksionet më karakteristike për alkanet janë reaksionet e zëvendësimit të radikaleve të lira, gjatë të cilave një atom hidrogjeni zëvendësohet nga një atom halogjen ose ndonjë grup.

Le të paraqesim ekuacionet e reaksioneve më karakteristike.

Halogjenimi:

СН4 + С12 -> СН3Сl + HCl

Në rast të halogjenit të tepërt, klorifikimi mund të shkojë më tej, deri në zëvendësimin e plotë të të gjithë atomeve të hidrogjenit me klor:

СН3Сl + С12 -> HCl + СН2Сl2
klorur diklormetani metilen

СН2Сl2 + Сl2 -> HCl + CHCl3
kloroform triklorometani

СНСl3 + Сl2 -> HCl + СCl4
tetraklorur karboni tetraklorur karboni

Substancat që rezultojnë përdoren gjerësisht si tretës dhe lëndë fillestare në sintezat organike.

2. Dehidrogjenimi (eliminimi i hidrogjenit). Kur alkanet kalohen mbi një katalizator (Pt, Ni, Al2O3, Cr2O3) në temperatura të larta (400-600 °C), një molekulë hidrogjeni eliminohet dhe formohet një alken:

CH3-CH3 -> CH2=CH2 + H2

3. Reaksionet e shoqëruara me shkatërrimin e zinxhirit të karbonit. Të gjitha hidrokarburet e ngopura digjen për të formuar dioksid karboni dhe ujë. Hidrokarburet e gazta të përziera me ajrin në përmasa të caktuara mund të shpërthejnë. Djegia e hidrokarbureve të ngopura është një reaksion ekzotermik me radikal të lirë, i cili ka një rëndësi të madhe kur përdoren alkanet si lëndë djegëse.

CH4 + 2O2 -> C02 + 2H2O + 880kJ

Në përgjithësi, reaksioni i djegies së alkaneve mund të shkruhet si më poshtë:

Reaksionet e dekompozimit termik qëndrojnë në themel të procesit industrial të plasaritjes së hidrokarbureve. Ky proces është faza më e rëndësishme e përpunimit të naftës.

Kur metani nxehet në një temperaturë prej 1000 ° C, fillon piroliza e metanit - dekompozimi në substanca të thjeshta. Kur nxehet në një temperaturë prej 1500 ° C, formimi i acetilenit është i mundur.

4. Izomerizimi. Kur hidrokarburet lineare nxehen me një katalizator izomerizimi (klorur alumini), formohen substanca me një skelet karboni të degëzuar:

5. Aromatizues. Alkanet me gjashtë ose më shumë atome karboni në zinxhir ciklizohen në prani të një katalizatori për të formuar benzenin dhe derivatet e tij:

Cila është arsyeja që alkanet i nënshtrohen reaksioneve të radikaleve të lira? Të gjithë atomet e karbonit në molekulat e alkanit janë në gjendje hibridizimi sp 3. Molekulat e këtyre substancave ndërtohen duke përdorur lidhje kovalente jopolare C-C (karbon-karbon) dhe lidhje të dobëta polare C-H (karbon-hidrogjen). Ato nuk përmbajnë zona me densitet elektronik të rritur ose të zvogëluar, ose lidhje lehtësisht të polarizueshme, d.m.th., lidhje të tilla në të cilat densiteti i elektronit mund të zhvendoset nën ndikimin e ndikimeve të jashtme (fushat elektrostatike të joneve). Rrjedhimisht, alkanet nuk do të reagojnë me grimcat e ngarkuara, pasi lidhjet në molekulat e alkanit nuk thyhen nga një mekanizëm heterolitik.

Reaksionet më karakteristike të alkaneve janë reaksionet e zëvendësimit të radikaleve të lira. Gjatë këtyre reaksioneve, një atom hidrogjeni zëvendësohet nga një atom halogjen ose një grup.

Kinetika dhe mekanizmi i reaksioneve të zinxhirit të radikalëve të lirë, d.m.th. reaksionet që ndodhin nën ndikimin e radikalëve të lirë - grimca me elektrone të paçiftuara - u studiuan nga kimisti i shquar rus N. N. Semenov. Pikërisht për këto studime iu dha Çmimi Nobel në Kimi.

Në mënyrë tipike, mekanizmi i reaksioneve të zëvendësimit të radikaleve të lira përfaqësohet nga tre faza kryesore:

1. Fillimi (bërthama e një zinxhiri, formimi i radikaleve të lira nën ndikimin e një burimi energjie - dritë ultravjollcë, ngrohje).

2. Zhvillimi i zinxhirit (një zinxhir ndërveprimesh të njëpasnjëshme të radikaleve të lira dhe molekulave joaktive, si rezultat i të cilave formohen radikale të reja dhe molekula të reja).

3. Ndërprerja e zinxhirit (kombinimi i radikaleve të lira në molekula joaktive (rikombinimi), "vdekja" e radikalëve, ndërprerja e zhvillimit të një zinxhiri reaksionesh).

Hulumtimi shkencor nga N.N. Semenov

Semenov Nikolai Nikolaevich

(1896 - 1986)

Fizikan dhe kimist fizik sovjetik, akademik. Fitues i çmimit Nobel (1956). Kërkimi shkencor ka të bëjë me studimin e proceseve kimike, katalizën, reaksionet zinxhir, teorinë e shpërthimit termik dhe djegien e përzierjeve të gazit.

Le ta shqyrtojmë këtë mekanizëm duke përdorur shembullin e reaksionit të klorimit të metanit:

CH4 + Cl2 -> CH3Cl + HCl

Fillimi i zinxhirit ndodh si rezultat i faktit se nën ndikimin e rrezatimit ultravjollcë ose ngrohjes, ndodh ndarja homolitike e lidhjes Cl-Cl dhe molekula e klorit shpërbëhet në atome:

Сl: Сl -> Сl· + Сl·

Radikalet e lira që rezultojnë sulmojnë molekulat e metanit, duke shkëputur atomin e tyre të hidrogjenit:

CH4 + Cl· -> CH3· + HCl

dhe duke u shndërruar në radikale CH3·, të cilat, nga ana tjetër, duke u përplasur me molekulat e klorit, i shkatërrojnë ato me formimin e radikalëve të rinj:

CH3 + Cl2 -> CH3Cl + Cl etj.

Zinxhiri zhvillohet.

Së bashku me formimin e radikalëve, "vdekja" e tyre ndodh si rezultat i procesit të rikombinimit - formimi i një molekule joaktive nga dy radikale:

СН3+ Сl -> СН3Сl

Сl· + Сl· -> Сl2

CH3 + CH3 -> CH3-CH3

Është interesante të theksohet se gjatë rikombinimit, çlirohet vetëm aq energji sa është e nevojshme për të thyer lidhjen e sapoformuar. Në këtë drejtim, rikombinimi është i mundur vetëm nëse një grimcë e tretë (një molekulë tjetër, muri i enës së reaksionit) merr pjesë në përplasjen e dy radikalëve, i cili thith energjinë e tepërt. Kjo bën të mundur rregullimin dhe madje ndalimin e reaksioneve zinxhirore të radikaleve të lira.

Vini re shembullin e fundit të një reaksioni rikombinimi - formimi i një molekule etani. Ky shembull tregon se një reaksion që përfshin komponime organike është një proces mjaft kompleks, si rezultat i të cilit, së bashku me produktin kryesor të reagimit, shumë shpesh formohen nënprodukte, gjë që çon në nevojën për të zhvilluar metoda komplekse dhe të shtrenjta për pastrimin. dhe izolimi i substancave të synuara.

Përzierja e reaksionit e përftuar nga klorifikimi i metanit, së bashku me klorometanin (CH3Cl) dhe klorurin e hidrogjenit, do të përmbajë: diklormetan (CH2Cl2), triklormetan (CHCl3), tetraklorur karboni (CCl4), etan dhe produktet e tij të klorimit.

Tani le të përpiqemi të marrim parasysh reaksionin e halogjenimit (për shembull, brominimin) të një përbërjeje organike më komplekse - propanit.

Nëse në rastin e klorimit të metanit është i mundur vetëm një derivat monokloro, atëherë në këtë reaksion mund të formohen dy derivate monobromo:

Mund të shihet se në rastin e parë, atomi i hidrogjenit zëvendësohet në atomin primar të karbonit, dhe në rastin e dytë, në atë sekondar. A janë ritmet e këtyre reaksioneve të njëjta? Rezulton se produkti i zëvendësimit të atomit të hidrogjenit, i cili ndodhet në karbonin dytësor, mbizotëron në përzierjen përfundimtare, pra 2-bromopropan (CH3-CHBg-CH3). Le të përpiqemi ta shpjegojmë këtë.

Për ta bërë këtë, do të duhet të përdorim idenë e stabilitetit të grimcave të ndërmjetme. A e keni vënë re se gjatë përshkrimit të mekanizmit të reaksionit të klorifikimit të metanit përmendëm radikalin metil - CH3·? Ky radikal është një grimcë e ndërmjetme midis metanit CH4 dhe klorometanit CH3Cl. Grimca e ndërmjetme midis propanit dhe 1-bromopropanit është një radikal me një elektron të paçiftuar në karbonin primar dhe midis propanit dhe 2-bromopropanit në karbonin dytësor.

Një radikal me një elektron të paçiftuar në atomin dytësor të karbonit (b) është më i qëndrueshëm në krahasim me një radikal të lirë me një elektron të paçiftuar në atomin primar të karbonit (a). Formohet në sasi më të mëdha. Për këtë arsye, produkti kryesor i reaksionit të bromimit të propanit është 2-bromopropani, një përbërës formimi i të cilit ndodh përmes një specie të ndërmjetme më të qëndrueshme.

Këtu janë disa shembuj të reaksioneve të radikalëve të lirë:

Reaksioni i nitrimit (reaksioni Konovalov)

Reaksioni përdoret për të marrë komponimet nitro - tretës, lëndë fillestare për shumë sinteza.

Oksidimi katalitik i alkaneve me oksigjen

Këto reaksione janë baza e proceseve më të rëndësishme industriale për prodhimin e aldehideve, ketoneve dhe alkooleve direkt nga hidrokarburet e ngopura, për shembull:

CH4 + [O] -> CH3OH

Aplikacion

Hidrokarburet e ngopura, veçanërisht metani, përdoren gjerësisht në industri (Skema 2). Ato janë një lëndë djegëse e thjeshtë dhe mjaft e lirë, një lëndë e parë për prodhimin e një numri të madh përbërësish të rëndësishëm.

Përbërjet e marra nga metani, lënda e parë hidrokarbure më e lirë, përdoren për të prodhuar shumë substanca dhe materiale të tjera. Metani përdoret si burim hidrogjeni në sintezën e amoniakut, si dhe për prodhimin e gazit të sintezës (një përzierje e CO dhe H2), që përdoret për sintezën industriale të hidrokarbureve, alkooleve, aldehideve dhe përbërjeve të tjera organike.

Hidrokarburet e fraksioneve më të larta të vajit të vlimit përdoren si lëndë djegëse për naftë, motorët turbojet, si bazë për vajrat lubrifikues, si lëndë e parë për prodhimin e yndyrave sintetike etj.

Këtu janë disa reagime të rëndësishme industriale që ndodhin me pjesëmarrjen e metanit. Metani përdoret për të prodhuar kloroform, nitrometan dhe derivate që përmbajnë oksigjen. Alkoolet, aldehidet, acidet karboksilike mund të formohen nga bashkëveprimi i drejtpërdrejtë i alkaneve me oksigjenin, në varësi të kushteve të reagimit (katalizator, temperaturë, presion):

Siç e dini tashmë, hidrokarburet e përbërjes nga C5H12 në C11H24 përfshihen në fraksionin e benzinës së naftës dhe përdoren kryesisht si lëndë djegëse për motorët djegia e brendshme. Dihet se përbërësit më të vlefshëm të benzinës janë hidrokarburet izomere, pasi ato kanë rezistencë maksimale ndaj shpërthimit.

Kur hidrokarburet vijnë në kontakt me oksigjenin atmosferik, ato ngadalë formojnë komponime me të - perokside. Ky është një reaksion i ngadalshëm i radikalit të lirë, i nisur nga një molekulë oksigjeni:

Ju lutemi vini re se grupi i hidroperoksidit formohet në atomet dytësore të karbonit, të cilët janë më të bollshëm në hidrokarburet lineare ose normale.

Me një rritje të mprehtë të presionit dhe temperaturës që ndodh në fund të goditjes së kompresimit, dekompozimi i këtyre përbërjeve të peroksidit fillon me formimin e një numri të madh radikalësh të lirë, të cilët "shkaktojnë" reaksionin zinxhir të djegies së radikalit të lirë më herët se sa është e nevojshme. Pistoni ende shkon lart, dhe produktet e djegies së benzinës, të cilat tashmë janë formuar si rezultat i ndezjes së parakohshme të përzierjes, e shtyjnë atë poshtë. Kjo çon në një rënie të mprehtë të fuqisë dhe konsumit të motorit.

Kështu, shkaku kryesor i shpërthimit është prania e përbërjeve të peroksidit, aftësia për të formuar e cila është maksimale në hidrokarburet lineare.

C-heptani ka rezistencën më të ulët ndaj shpërthimit midis hidrokarbureve të fraksionit të benzinës (C5H14 - C11H24). Më e qëndrueshme (d.m.th., formon perokside në masën më të vogël) është i ashtuquajturi izooktan (2,2,4-trimetilpentan).

Një karakteristikë e pranuar përgjithësisht e rezistencës ndaj goditjes së benzinës është numri i oktanit. Një numër oktani 92 (për shembull, benzina A-92) do të thotë që kjo benzinë ​​ka të njëjtat veti si një përzierje e përbërë nga 92% izooktan dhe 8% heptan.

Si përfundim, mund të shtojmë se përdorimi i benzinës me oktan të lartë bën të mundur rritjen e raportit të kompresimit (presioni në fund të goditjes së kompresimit), gjë që çon në rritjen e fuqisë dhe Efikasiteti i motorit djegia e brendshme.

Të jesh në natyrë dhe të marrësh

Në mësimin e sotëm, u njohët me konceptin e alkaneve, si dhe mësuat për të përbërje kimike dhe mënyrat e marrjes. Prandaj, le të ndalemi më në detaje në temën e pranisë së alkaneve në natyrë dhe të zbulojmë se si dhe ku kanë gjetur aplikim alkanet.

Burimet kryesore për prodhimin e alkaneve janë gazi natyror dhe nafta. Ato përbëjnë pjesën më të madhe të produkteve të përpunimit të naftës. Metani, i zakonshëm në depozitat e shkëmbinjve sedimentarë, është gjithashtu një hidrat gaz i alkaneve.

Komponenti kryesor gazit natyrorështë metan, por gjithashtu përmban një pjesë të vogël të etanit, propanit dhe butanit. Metani mund të gjendet në emetimet nga shtresat e qymyrit, kënetat dhe gazrat e naftës shoqëruese.

Ankanët mund të merren edhe me thëngjill koks. Në natyrë gjenden edhe të ashtuquajturat alkane të ngurta – ozokerite, të cilat paraqiten në formën e depozitimeve të dyllit malor. Ozokeriti mund të gjendet në veshjet dylli të bimëve ose farave të tyre, si dhe në dyllin e bletës.

Izolimi industrial i alkaneve është marrë nga burime natyrore, të cilat, për fat të mirë, janë ende të pashtershme. Ato përftohen nga hidrogjenizimi katalitik i oksideve të karbonit. Metani mund të prodhohet edhe në laborator duke përdorur metodën e ngrohjes së acetatit të natriumit me alkali të ngurtë ose hidrolizës së karbiteve të caktuara. Por alkanet mund të përftohen edhe nga dekarboksilimi i acideve karboksilike dhe nga elektroliza e tyre.

Zbatimet e alkaneve

Alkanet në nivel familjar përdoren gjerësisht në shumë fusha të veprimtarisë njerëzore. Në fund të fundit, është shumë e vështirë të imagjinohet jeta jonë pa gaz natyror. Dhe nuk do të jetë sekret për askënd që baza e gazit natyror është metani, nga i cili prodhohet karboni i zi, i cili përdoret në prodhimin e bojrave topografike dhe gomave. Frigoriferi që secili ka në shtëpinë e tij funksionon edhe falë përbërjeve alkane që përdoren si ftohës. Acetileni i përftuar nga metani përdoret për saldimin dhe prerjen e metaleve.

Tani ju tashmë e dini se alkanet përdoren si lëndë djegëse. Ato janë të pranishme në benzinë, vajguri, naftë dhe naftë. Përveç kësaj, ato gjenden gjithashtu në vajrat lubrifikues, vazelinë dhe parafinën.

Cikloheksani ka gjetur përdorim të gjerë si tretës dhe për sintezën e polimereve të ndryshëm. Ciklopropani përdoret në anestezi. Squalane, si një vaj lubrifikues me cilësi të lartë, është një përbërës i shumë preparateve farmaceutike dhe kozmetike. Alkanet janë lëndët e para që përdoren për të prodhuar komponime organike si alkooli, aldehidet dhe acidet.

Parafina është një përzierje e alkaneve më të larta dhe duke qenë se nuk është toksike, përdoret gjerësisht në industrinë ushqimore. Përdoret për ngopjen e ambalazheve të produkteve të qumështit, lëngjeve, drithërave etj., por edhe në prodhimin e çamçakëzit. Dhe parafina e nxehtë përdoret në mjekësi për trajtimin e parafinës.

Përveç sa më sipër, kokat e ndeshjes janë të ngopura me parafinë për djegie më të mirë, prej saj bëhen lapsa dhe qirinj.

Nga oksidimi i parafinës fitohen produkte që përmbajnë oksigjen, kryesisht acide organike. Kur përzihen hidrokarburet e lëngëta me një numër të caktuar atomesh karboni, përftohet vazelina, e cila përdoret gjerësisht në parfumeri dhe kozmetologji, si dhe në mjekësi. Përdoret për të përgatitur pomada, kremra dhe xhel të ndryshëm. Ato përdoren gjithashtu për procedurat termike në mjekësi.

Detyra praktike

1. Shkruani formulën e përgjithshme të hidrokarbureve të serisë homologe të alkaneve.

2. Shkruani formulat e izomerëve të mundshëm të heksanit dhe emërtoni sipas nomenklaturës sistematike.

3. Çfarë është plasaritja? Çfarë lloje të plasaritjeve dini?

4. Shkruani formulat për produktet e mundshme të plasaritjes së heksanit.

5. Deshifroni zinxhirin e mëposhtëm të shndërrimeve. Emërtoni përbërjet A, B dhe C.

6. Jepni formulën strukturore të hidrokarburit C5H12, i cili me brominimin formon vetëm një derivat monobromin.

7. Për djegien e plotë të 0,1 mol të një alkani me strukturë të panjohur, janë harxhuar 11,2 litra oksigjen (në kushte ambienti). Cila është formula strukturore e një alkani?

8. Cila është formula strukturore e një hidrokarburi të ngopur me gaz nëse 11 g të këtij gazi zënë një vëllim prej 5,6 litrash (në kushte standarde)?

9. Kujtoni atë që dini për përdorimin e metanit dhe shpjegoni pse një rrjedhje gazi shtëpiak mund të zbulohet nga nuhatja, megjithëse përbërësit e tij janë pa erë.

10*. Cilat komponime mund të përftohen nga oksidimi katalitik i metanit në kushte të ndryshme? Shkruani ekuacionet për reaksionet përkatëse.

njëmbëdhjetë*. Produktet e djegies së plotë (në oksigjen të tepërt) 10,08 litra (N.S.) një përzierje etani dhe propani kaluan përmes një tepricë uji gëlqeror. Në këtë rast, u formuan 120 g sediment. Përcaktoni përbërjen vëllimore të përzierjes fillestare.

12*. Dendësia e etanit në një përzierje të dy alkaneve është 1,808. Pas brominimit të kësaj përzierjeje, u izoluan vetëm dy palë monobromoalkane izomere. Masa totale e izomerëve më të lehtë në produktet e reaksionit është e barabartë me masën totale të izomerëve më të rëndë. Përcaktoni pjesën vëllimore të alkanit më të rëndë në përzierjen fillestare.

Vetitë kimike të alkaneve

Alkanet (parafinat) janë hidrokarbure jo-ciklike në molekulat e të cilëve të gjithë atomet e karbonit janë të lidhur vetëm me lidhje të vetme. Me fjalë të tjera, nuk ka lidhje të shumëfishta - të dyfishta ose të trefishta - në molekulat e alkanit. Në fakt, alkanet janë hidrokarbure që përmbajnë numrin maksimal të mundshëm të atomeve të hidrogjenit, dhe për këtë arsye ato quhen kufizuese (të ngopura).

Për shkak të ngopjes, alkanet nuk mund t'i nënshtrohen reaksioneve të shtimit.

Meqenëse atomet e karbonit dhe hidrogjenit kanë një elektronegativitet mjaft të ngushtë, kjo çon në faktin se lidhjet C-H në molekulat e tyre janë jashtëzakonisht të ulëta polare. Në këtë drejtim, për alkanet, reaksionet që zhvillohen përmes mekanizmit të zëvendësimit radikal, të shënuar me simbolin S R, janë më tipike.

1. Reaksionet e zëvendësimit

Në reaksionet e këtij lloji prishen lidhjet karbon-hidrogjen

RH + XY → RX + HY

Halogjenimi

Alkanet reagojnë me halogjenet (klor dhe brom) kur ekspozohen ndaj dritës ultravjollcë ose nxehtësisë së lartë. Në këtë rast, formohet një përzierje e derivateve halogjene me shkallë të ndryshme të zëvendësimit të atomeve të hidrogjenit - mono-, ditri-, etj. alkanet e zëvendësuara me halogjen.

Duke përdorur metanin si shembull, duket kështu:

Duke ndryshuar raportin halogjen/metan në përzierjen e reaksionit, është e mundur të sigurohet që një derivat specifik halogjen i metanit të mbizotërojë në përbërjen e produkteve.

Mekanizmi i reagimit

Le të analizojmë mekanizmin e reaksionit të zëvendësimit të radikalit të lirë duke përdorur shembullin e bashkëveprimit të metanit dhe klorit. Ai përbëhet nga tre faza:

1. inicimi (ose bërthamimi i zinxhirit) është procesi i formimit të radikaleve të lira nën ndikimin e energjisë së jashtme - rrezatimi me dritë UV ose ngrohje. Në këtë fazë, molekula e klorit i nënshtrohet ndarjes homolitike të lidhjes Cl-Cl me formimin e radikaleve të lira:

Radikalet e lira, siç mund të shihet nga figura e mësipërme, janë atome ose grupe atomesh me një ose më shumë elektrone të paçiftuar (Cl, H, CH 3, CH 2, etj.);

2. Zhvillimi i zinxhirit

Kjo fazë përfshin ndërveprimin e radikaleve të lira aktive me molekulat joaktive. Në këtë rast, formohen radikale të reja. Në veçanti, kur radikalet e klorit veprojnë në molekulat e alkanit, formohet një radikal alkil dhe klorur hidrogjeni. Nga ana tjetër, radikali alkil, duke u përplasur me molekulat e klorit, formon një derivat të klorit dhe një radikal të ri klori:

3) Thyerja (vdekja) e zinxhirit:

Ndodh si rezultat i rikombinimit të dy radikalëve me njëri-tjetrin në molekula joaktive:

2. Reaksionet e oksidimit

Në kushte normale, alkanet janë inerte ndaj agjentëve të tillë të fortë oksidues si acidet sulfurik dhe nitrik të koncentruar, permanganat kaliumi dhe dikromat (KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7).

Djegia në oksigjen

A) djegia e plotë me oksigjen të tepërt. Çon në formimin e dioksidit të karbonit dhe ujit:

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O

B) djegia jo e plotë për shkak të mungesës së oksigjenit:

2CH 4 + 3O 2 = 2CO + 4H 2 O

CH 4 + O 2 = C + 2H 2 O

Oksidimi katalitik me oksigjen

Si rezultat i ngrohjes së alkaneve me oksigjen (~200 o C) në prani të katalizatorëve, prej tyre mund të merret një shumëllojshmëri e gjerë e produkteve organike: aldehide, ketone, alkoole, acide karboksilike.

Për shembull, metani, në varësi të natyrës së katalizatorit, mund të oksidohet në alkool metil, formaldehid ose acid formik:

3. Shndërrimet termike të alkaneve

Plasaritje

Plasaritja (nga anglishtja në crack - gris) është një proces kimik që ndodh në temperatura të larta, si rezultat i të cilit ndodh një këputje. skelet karboni molekulat e alkaneve për të formuar molekula të alkeneve dhe alkaneve me peshë molekulare më të ulët në krahasim me alkanet origjinale. Për shembull:

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 = CH 2

Plasaritja mund të jetë termike ose katalitike. Për të kryer plasaritjen katalitike, falë përdorimit të katalizatorëve, përdoren temperatura dukshëm më të ulëta në krahasim me plasaritjen termike.

Dehidrogjenimi

Hidrogjeni lirohet si rezultat i këputjes lidhjet C-H; kryhet në prani të katalizatorëve në temperatura të ngritura. Kur metani dehidrogjenohet, formohet acetilen:

2CH 4 → C 2 H 2 + 3H 2

Ngrohja e metanit në 1200 °C çon në zbërthimin e tij në substanca të thjeshta:

CH 4 → C + 2H 2

Kur alkanet e mbetura dehidrogjenohen, formohen alkenet:

C 2 H 6 → C 2 H 4 + H 2

Gjatë dehidrogjenimit n-Formohet butani, buteni-1 dhe buteni-2 (kjo e fundit në formë cis- Dhe ekstazë-izomerë):

Dehidrociklizim

Izomerizimi

Vetitë kimike të cikloalkaneve

Vetitë kimike të cikloalkaneve me më shumë se katër atome karboni në unazat e tyre janë, në përgjithësi, pothuajse identike me vetitë e alkaneve. Mjaft e çuditshme, ciklopropani dhe ciklobutani karakterizohen nga reaksione shtesë. Kjo është për shkak të tensionit të lartë brenda ciklit, gjë që çon në faktin se këto cikle priren të prishen. Pra, ciklopropani dhe ciklobutani shtojnë lehtësisht bromin, hidrogjenin ose klorurin e hidrogjenit:

Vetitë kimike të alkeneve

1. Reaksionet e shtimit

Meqenëse lidhja e dyfishtë në molekulat e alkenit përbëhet nga një lidhje e fortë sigma dhe një lidhje pi e dobët, ato janë komponime mjaft aktive që i nënshtrohen lehtësisht reaksioneve të shtimit. Alkenet shpesh i nënshtrohen reaksioneve të tilla edhe në kushte të lehta- në të ftohtë, në tretësira ujore dhe tretës organikë.

Hidrogjenizimi i alkeneve

Alkenet janë të afta të shtojnë hidrogjen në prani të katalizatorëve (platin, paladium, nikel):

CH 3 -CH = CH 2 + H 2 → CH 3 -CH 2 -CH 3

Hidrogjenizimi i alkeneve ndodh lehtësisht edhe në presion normal dhe ngrohje të lehtë. Një fakt interesant është se të njëjtët katalizatorë mund të përdoren për dehidrogjenimin e alkaneve në alkene, vetëm procesi i dehidrogjenimit ndodh në një temperaturë më të lartë dhe presion më të ulët.

Halogjenimi

Alkenet i nënshtrohen lehtësisht reaksioneve të shtimit me bromin si në tretësirë ​​ujore ashtu edhe në tretës organikë. Si rezultat i ndërveprimit, tretësirat e verdha të bromit fillimisht humbasin ngjyrën e tyre, d.m.th. bëhen të zbardhura.

CH 2 =CH 2 + Br 2 → CH 2 Br-CH 2 Br

Hidrohalogjenimi

Siç mund të shihet lehtë, shtimi i një halidi hidrogjeni në një molekulë të një alkeni josimetrik, teorikisht, duhet të çojë në një përzierje të dy izomerëve. Për shembull, kur bromidi i hidrogjenit i shtohet propenit, duhet të merren produktet e mëposhtme:

Sidoqoftë, në mungesë të kushteve specifike (për shembull, prania e peroksideve në përzierjen e reaksionit), shtimi i një molekule halidi hidrogjeni do të ndodhë rreptësisht në mënyrë selektive në përputhje me rregullin e Markovnikov:

Shtimi i një halidi hidrogjeni në një alken ndodh në atë mënyrë që një hidrogjen i shtohet një atomi karboni me një numër më të madh atomesh hidrogjeni (më të hidrogjenizuara), dhe një halogjen i shtohet një atomi karboni me një numër më të vogël hidrogjeni. atome (më pak të hidrogjenizuara).

Hidratimi

Ky reagim çon në formimin e alkooleve, dhe gjithashtu vazhdon në përputhje me rregullin e Markovnikov:

Siç mund ta merrni me mend lehtësisht, për shkak të faktit se shtimi i ujit në një molekulë alkeni ndodh sipas rregullit të Markovnikov, formimi i një alkooli parësor është i mundur vetëm në rastin e hidratimit të etilenit:

CH 2 =CH 2 + H 2 O → CH 3 -CH 2 -OH

Është përmes këtij reagimi që pjesa më e madhe e alkoolit etilik kryhet në industrinë në shkallë të gjerë.

Polimerizimi

Rast specifik Reaksionet e shtimit mund të jenë një reaksion polimerizimi, i cili, ndryshe nga halogjenimi, hidrohalogjenimi dhe hidratimi, zhvillohet përmes një mekanizmi të radikalit të lirë:

Reaksionet e oksidimit

Ashtu si të gjithë hidrokarburet e tjera, alkenet digjen lehtësisht në oksigjen për të formuar dioksid karboni dhe ujë. Ekuacioni për djegien e alkeneve në oksigjen të tepërt ka formën:

C n H 2n + (3/2) nO 2 → nCO 2 + nH 2 O

Ndryshe nga alkanet, alkenet oksidohen lehtësisht. Kur alkenet ekspozohen ndaj një tretësire ujore të KMnO 4, ndodh zbardhja, e cila është një reagim cilësor ndaj lidhjeve të dyfishta dhe të trefishta CC në molekulat e substancave organike.

Oksidimi i alkeneve me permanganat kaliumi në një zgjidhje neutrale ose pak alkaline çon në formimin e dioleve (alkooleve dihidrike):

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

Në një mjedis acid, lidhja e dyfishtë prishet plotësisht dhe atomet e karbonit që formuan lidhjen e dyfishtë shndërrohen në grupe karboksil:

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 (ngrohje)

Nëse lidhja e dyfishtë C=C ndodhet në fund të molekulës së alkenit, atëherë dioksidi i karbonit formohet si produkt i oksidimit të atomit më të jashtëm të karbonit në lidhjen dyfishe. Kjo për faktin se produkti i ndërmjetëm i oksidimit, acidi formik, oksidohet lehtësisht në një tepricë të agjentit oksidues:

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 (ngrohje)

Oksidimi i alkeneve në të cilin atomi C në lidhjen e dyfishtë përmban dy zëvendësues hidrokarbure prodhon një keton. Për shembull, oksidimi i 2-metilbuten-2 prodhon aceton dhe acid acetik.

Oksidimi i alkeneve, në të cilin skeleti i karbonit thyhet në lidhjen e dyfishtë, përdoret për të përcaktuar strukturën e tyre.

Vetitë kimike të alkadieneve

Reaksionet e shtimit

Për shembull, shtimi i halogjeneve:

Uji i bromit zbardhet.

Në kushte normale, shtimi i atomeve halogjene ndodh në skajet e molekulës 1,3-butadien, ndërsa lidhjet π thyhen, atomet e bromit u shtohen atomeve ekstreme të karbonit dhe valencat e lira formojnë një lidhje të re π. . Kështu, ndodh një "lëvizje" e lidhjes së dyfishtë. Nëse ka një tepricë të bromit, një molekulë tjetër mund të shtohet në vendin e lidhjes së dyfishtë të formuar.

Reaksionet e polimerizimit

Vetitë kimike të alkineve

Alkinet janë hidrokarbure të pangopura (të pangopura) dhe për këtë arsye janë të afta të pësojnë reaksione shtimi. Ndër reaksionet e shtimit për alkinet, shtimi elektrofilik është më i zakonshmi.

Halogjenimi

Meqenëse lidhja e trefishtë e molekulave të alkinit përbëhet nga një lidhje sigma më e fortë dhe dy lidhje pi më të dobëta, ato janë të afta të bashkojnë ose një ose dy molekula halogjene. Shtimi i dy molekulave halogjene nga një molekulë alkine zhvillohet përmes një mekanizmi elektrofilik në mënyrë sekuenciale në dy faza:

Hidrohalogjenimi

Shtimi i molekulave të halogjenit të hidrogjenit ndodh gjithashtu nëpërmjet një mekanizmi elektrofilik dhe në dy faza. Në të dy fazat, anëtarësimi vazhdon në përputhje me rregullin e Markovnikov:

Hidratimi

Shtimi i ujit në alkine ndodh në prani të kripërave ruti në një mjedis acid dhe quhet reaksioni Kucherov.

Si rezultat i hidratimit, shtimi i ujit në acetilen prodhon acetaldehid (aldehid acetik):

Për homologët e acetilenit, shtimi i ujit çon në formimin e ketoneve:

Hidrogjenizimi i alkineve

Alkinet reagojnë me hidrogjenin në dy hapa. Metalet si platini, paladiumi dhe nikeli përdoren si katalizatorë:

Trimerizimi i alkineve

Kur acetilen kalohet mbi karbon të aktivizuar në temperaturë të lartë, prej tij formohet një përzierje produktesh të ndryshme, kryesori i të cilave është benzeni, një produkt i trimerizimit të acetilenit:

Dimerizimi i alkineve

Acetilen gjithashtu i nënshtrohet një reaksioni dimerizimi. Procesi zhvillohet në prani të kripërave të bakrit si katalizatorë:

Oksidimi i alkinit

Alkinet digjen në oksigjen:

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

Reagimi i alkineve me bazat

Alkinet me një C≡C të trefishtë në fund të molekulës, ndryshe nga alkinet e tjera, janë në gjendje të hyjnë në reaksione në të cilat atomi i hidrogjenit në lidhjen e trefishtë zëvendësohet nga një metal. Për shembull, acetilen reagon me amid natriumi në amoniak të lëngshëm:

HC≡CH + 2NaNH 2 → NaC≡CNa + 2NH 3,

dhe gjithashtu me një tretësirë ​​amoniaku të oksidit të argjendit, duke formuar substanca të patretshme të ngjashme me kripën të quajtura acetilenide:

Falë këtij reagimi, është e mundur të njihen alkinet me një lidhje të trefishtë terminale, si dhe të izolohet një alkin i tillë nga një përzierje me alkine të tjera.

Duhet të theksohet se të gjitha acetilenidet e argjendit dhe bakrit janë substanca shpërthyese.

Acetilenidet janë të afta të reagojnë me derivatet e halogjenit, i cili përdoret në sintezën e komponimeve organike më komplekse me një lidhje të trefishtë:

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

Vetitë kimike të hidrokarbureve aromatike

Natyra aromatike e lidhjes ndikon Vetitë kimike benzenet dhe hidrokarburet e tjera aromatike.

Sistemi i unifikuar i elektroneve 6pi është shumë më i qëndrueshëm se lidhjet e zakonshme pi. Prandaj, reaksionet e zëvendësimit sesa reaksionet e shtimit janë më tipike për hidrokarburet aromatike. Arenet i nënshtrohen reaksioneve të zëvendësimit nëpërmjet një mekanizmi elektrofilik.

Reaksionet e zëvendësimit

Halogjenimi

Nitrimi

Reaksioni i nitrimit zhvillohet më së miri nën ndikimin e acidit nitrik jo të pastër, por përzierjes së tij me acidin sulfurik të koncentruar, e ashtuquajtura përzierje nitratuese:

Alkilimi

Një reaksion në të cilin një nga atomet e hidrogjenit në unazën aromatike zëvendësohet nga një radikal hidrokarbur:

Në vend të alkaneve të halogjenizuara mund të përdoren edhe alkenet. Halidet e aluminit, halidet e hekurit ose acidet inorganike mund të përdoren si katalizatorë.<

Reaksionet e shtimit

Hidrogjenizimi

Shtimi i klorit

Procedohet nëpërmjet një mekanizmi radikal pas rrezatimit intensiv me dritë ultravjollcë:

Një reagim i ngjashëm mund të ndodhë vetëm me klorin.

Reaksionet e oksidimit

Djegje

2C 6 H 6 + 15O 2 = 12CO 2 + 6H 2 O + Q

Oksidim jo i plotë

Unaza e benzenit është rezistente ndaj agjentëve oksidues si KMnO 4 dhe K 2 Cr 2 O 7 . Nuk ka asnjë reagim.

Zëvendësuesit në unazën e benzenit ndahen në dy lloje:

Le të shqyrtojmë vetitë kimike të homologëve të benzenit duke përdorur toluenin si shembull.

Vetitë kimike të toluenit

Halogjenimi

Molekula e toluenit mund të konsiderohet si e përbërë nga fragmente të molekulave të benzenit dhe metanit. Prandaj, është logjike të supozohet se vetitë kimike të toluenit duhet në një farë mase të kombinojnë vetitë kimike të këtyre dy substancave të marra veçmas. Kjo është shpesh ajo që vërehet gjatë halogjenimit të saj. Ne tashmë e dimë se benzeni i nënshtrohet një reaksioni zëvendësimi me klorin nëpërmjet një mekanizmi elektrofilik, dhe për të kryer këtë reagim është e nevojshme të përdoren katalizatorë (halide alumini ose ferrik). Në të njëjtën kohë, metani është gjithashtu i aftë të reagojë me klorin, por nëpërmjet një mekanizmi të radikalit të lirë, i cili kërkon rrezatim të përzierjes fillestare të reagimit me dritë UV. Tolueni, në varësi të kushteve në të cilat i nënshtrohet klorinimit, mund të japë ose produkte të zëvendësimit të atomeve të hidrogjenit në unazën e benzenit - për këtë ju duhet të përdorni të njëjtat kushte si për klorinimin e benzenit, ose produkte të zëvendësimit të hidrogjenit. atomet në radikalin metil, nëse është se si vepron klori në metanin nën rrezatim ultravjollcë:

Siç mund ta shihni, klorifikimi i toluenit në prani të klorurit të aluminit çoi në dy produkte të ndryshme - orto- dhe para-klorotoluen. Kjo për faktin se radikali metil është një zëvendësues i llojit të parë.

Nëse klorifikimi i toluenit në prani të AlCl 3 kryhet me tepricë të klorit, formimi i toluenit të zëvendësuar me trikloro është i mundur:

Në mënyrë të ngjashme, kur tolueni klorohet në dritë me një raport më të lartë klor/toluen, mund të përftohet diklorometilbenzen ose triklorometilbenzen:

Nitrimi

Zëvendësimi i atomeve të hidrogjenit me një grup nitro gjatë nitrimit të toluenit me një përzierje të acideve nitrik dhe sulfurik të përqendruar çon në zëvendësimin e produkteve në unazën aromatike dhe jo në radikalin metil:

Alkilimi

Siç u përmend tashmë, radikali metil është një agjent orientues i llojit të parë, prandaj alkilimi i tij sipas Friedel-Crafts çon në zëvendësimin e produkteve në pozicione orto- dhe para:

Reaksionet e shtimit

Tolueni mund të hidrogjenizohet në metilcikloheksan duke përdorur katalizatorë metalikë (Pt, Pd, Ni):

C 6 H 5 CH 3 + 9O 2 → 7CO 2 + 4H 2 O

Oksidim jo i plotë

Kur ekspozohet ndaj një agjenti oksidues të tillë si një zgjidhje ujore e permanganatit të kaliumit, zinxhiri anësor i nënshtrohet oksidimit. Bërthama aromatike nuk mund të oksidohet në kushte të tilla. Në këtë rast, në varësi të pH-së së tretësirës, ​​do të formohet ose një acid karboksilik ose kripa e tij.

Struktura e alkaneve

Alkanet janë hidrokarbure në molekulat e të cilëve atomet janë të lidhur me lidhje të vetme dhe që korrespondojnë me formulën e përgjithshme C n H 2n+2. Në molekulat e alkanit, të gjithë atomet e karbonit janë në gjendje sp 3 -hibridizimi.

Kjo do të thotë që të katër orbitalet hibride të atomit të karbonit janë identike në formë, energji dhe janë të drejtuara drejt qosheve të një piramide trekëndore barabrinjës - katërkëndësh. Këndet ndërmjet orbitaleve janë 109° 28′. Rrotullimi pothuajse i lirë është i mundur rreth një lidhjeje të vetme karbon-karbon dhe molekulat e alkanit mund të marrin një larmi formash me kënde në atomet e karbonit afër tetraedrit (109° 28′), për shembull, në molekulën n-pentan.

Vlen veçanërisht të kujtojmë lidhjet në molekulat e alkaneve. Të gjitha lidhjet në molekulat e hidrokarbureve të ngopura janë të vetme. Mbivendosja ndodh përgjatë boshtit që lidh bërthamat e atomeve, d.m.th σ obligacione. Lidhjet karbon-karbon janë jopolare dhe pak të polarizueshme. Gjatësia e lidhjes C-C në alkane është 0,154 nm (1,54 10 10 m). Lidhjet C-H janë disi më të shkurtra. Dendësia e elektroneve është zhvendosur pak drejt atomit të karbonit më elektronegativ, d.m.th. lidhja C-H është dobët polare.

Seritë homologe të metanit

Homologët- substanca që janë të ngjashme në strukturë dhe veti dhe ndryshojnë në një ose më shumë grupe CH 2 .

Hidrokarburet e ngopura përbëjnë serinë homologe të metanit.

Izomerizmi dhe nomenklatura e alkaneve

Alkanet karakterizohen nga të ashtuquajturat izomerizmi strukturor. Izomerët strukturorë ndryshojnë nga njëri-tjetri në strukturën e skeletit të karbonit. Alkani më i thjeshtë, i cili karakterizohet nga izomerë strukturorë, është butani.

Le të shqyrtojmë më në detaje nomenklaturën bazë për alkanet IUPAC.

1. Zgjedhja e qarkut kryesor. Formimi i emrit të një hidrokarburi fillon me përcaktimin e zinxhirit kryesor - zinxhiri më i gjatë i atomeve të karbonit në molekulë, i cili është, si të thuash, baza e tij.

2. Numërimi i atomeve të zinxhirit kryesor. Atomet e zinxhirit kryesor u caktohen numra. Numërimi i atomeve të zinxhirit kryesor fillon nga fundi me të cilin zëvendësuesi është më afër (strukturat A, B). Nëse zëvendësuesit janë të vendosur në një distancë të barabartë nga fundi i zinxhirit, atëherë numërimi fillon nga fundi në të cilin ka më shumë prej tyre (struktura B). Nëse zëvendësuesit e ndryshëm janë të vendosur në distanca të barabarta nga skajet e zinxhirit, atëherë numërimi fillon nga fundi me të cilin ai i moshuari është më afër (struktura D). Vjetërsia e zëvendësuesve të hidrokarbureve përcaktohet nga radha në të cilën shkronja me të cilën fillon emri i tyre shfaqet në alfabet: metil (-CH 3), pastaj propil (-CH 2 -CH 2 -CH 3), etil (-CH 2 -CH 3 ) etj.

Ju lutemi vini re se emri i zëvendësuesit formohet duke zëvendësuar prapashtesën -ane me prapashtesën -yl në emrin e alkanit përkatës.

3. Formimi i emrit. Në fillim të emrit, tregohen numrat - numrat e atomeve të karbonit në të cilët ndodhen zëvendësuesit. Nëse ka disa zëvendësues në një atom të caktuar, atëherë numri përkatës në emër përsëritet dy herë i ndarë me presje (2,2-). Pas numrit, viza tregon numrin e zëvendësuesve (di - dy, tre - tre, tetra - katër, penta - pesë) dhe emrin e zëvendësuesit (metil, etil, propil). Pastaj, pa hapësira ose viza, emri i zinxhirit kryesor. Zinxhiri kryesor quhet hidrokarbur - një anëtar i serisë homologe të metanit (metan, etan, propan, etj.).

Emrat e substancave formulat strukturore të të cilave janë dhënë më sipër janë si më poshtë:

Struktura A: 2-metilpropan;

Struktura B: 3-etileksan;

Struktura B: 2,2,4-trimetilpentan;

Struktura D: 2-metil 4-etilheksan.

Mungesa e hidrokarbureve të ngopura në molekula lidhjet polareçon tek ata dobët i tretshëm në ujë, mos ndërveproni me grimcat e ngarkuara (jonet). Reaksionet më karakteristike për alkanet janë ato që përfshijnë radikalet e lira.

Vetitë fizike të alkaneve

Katër përfaqësuesit e parë të serisë homologe të metanit janë gazrat. Më e thjeshta prej tyre është metani - një gaz pa ngjyrë, pa shije dhe erë (era e "gazit", kur e nuhatni, duhet të telefononi 04, përcaktohet nga aroma e merkaptanëve - përbërës që përmbajnë squfur të shtuara posaçërisht në metanin e përdorur në pajisjet shtëpiake dhe industriale të gazit në mënyrë që njerëzit, të vendosur pranë tyre, të mund të zbulojnë rrjedhjen nga era).

Hidrokarburet e përbërjes nga ME 5 N 12 përpara ME 15 N 32 - lëngje; hidrokarburet më të rënda janë të ngurta. Pikat e vlimit dhe shkrirjes së alkaneve rriten gradualisht me rritjen e gjatësisë së zinxhirit të karbonit. Të gjitha hidrokarburet janë pak të tretshëm në ujë, hidrokarburet e lëngëta janë tretës organikë të zakonshëm.

Vetitë kimike të alkaneve

Reaksionet e zëvendësimit.

Reaksionet më karakteristike për alkanet janë zëvendësimi i radikaleve të lira, gjatë së cilës një atom hidrogjeni zëvendësohet nga një atom halogjen ose ndonjë grup.

Le të paraqesim ekuacionet karakteristike reaksionet e halogjenimit:

Në rast të halogjenit të tepërt, klorifikimi mund të shkojë më tej, deri në zëvendësimin e plotë të të gjithë atomeve të hidrogjenit me klor:

Substancat që rezultojnë përdoren gjerësisht si tretës dhe lëndë fillestare në sintezat organike.

Reaksioni i dehidrogjenizimit(abstragimi i hidrogjenit).

Kur alkanet kalohen mbi një katalizator (Pt, Ni, Al 2 O 3, Cr 2 O 3) në temperatura të larta (400-600 ° C), një molekulë hidrogjeni eliminohet dhe një alkenit:

Reaksione të shoqëruara me shkatërrimin e zinxhirit të karbonit. Të gjitha hidrokarburet e ngopura po digjen me formimin e dyoksidit të karbonit dhe ujit. Hidrokarburet e gazta të përziera me ajrin në përmasa të caktuara mund të shpërthejnë.

1. Djegia e hidrokarbureve të ngopuraështë një reaksion ekzotermik i radikalit të lirë, i cili është shumë i rëndësishëm kur përdoren alkanet si lëndë djegëse:

Në përgjithësi, reaksioni i djegies së alkaneve mund të shkruhet si më poshtë:

2. Ndarja termike e hidrokarbureve.

Procesi vazhdon sipas mekanizmi i radikaleve të lira. Një rritje e temperaturës çon në ndarjen homolitike të lidhjes karbon-karbon dhe formimin e radikalëve të lirë.

Këto radikale ndërveprojnë me njëri-tjetrin, duke shkëmbyer një atom hidrogjeni, për të formuar një molekulë molekula e alkanit dhe alkenit:

Reaksionet termike të dekompozimit janë në themel të procesit industrial - plasaritje hidrokarbure. Ky proces është faza më e rëndësishme e përpunimit të naftës.

3. Piroliza. Kur metani nxehet në një temperaturë prej 1000 °C, piroliza e metanit- zbërthimi në substanca të thjeshta:

Kur nxehet në një temperaturë prej 1500 °C, formimi i acetilen:

4. Izomerizimi. Kur hidrokarburet lineare nxehen me një katalizator izomerizimi (klorur alumini), substancat me skelet karboni i degëzuar:

5. Aromatizimi. Alkanet me gjashtë ose më shumë atome karboni në zinxhir ciklizohen në prani të një katalizatori për të formuar benzenin dhe derivatet e tij:

Alkanet hyjnë në reaksione që zhvillohen sipas mekanizmit të radikalit të lirë, pasi të gjithë atomet e karbonit në molekulat e alkanit janë në gjendje hibridizimi sp 3. Molekulat e këtyre substancave ndërtohen duke përdorur lidhje kovalente jopolare C-C (karbon-karbon) dhe lidhje të dobëta polare C-H (karbon-hidrogjen). Ato nuk përmbajnë zona me densitet elektronik të rritur ose të zvogëluar, ose lidhje lehtësisht të polarizueshme, d.m.th., lidhje të tilla në të cilat densiteti i elektronit mund të zhvendoset nën ndikimin e faktorëve të jashtëm (fushat elektrostatike të joneve). Rrjedhimisht, alkanet nuk do të reagojnë me grimcat e ngarkuara, pasi lidhjet në molekulat e alkanit nuk thyhen nga mekanizmi heterolitik.

Struktura e alkaneve

Struktura kimike (rendi i lidhjes së atomeve në molekula) e alkaneve më të thjeshtë - metanit, etanit dhe propanit - tregohet nga formulat e tyre strukturore të dhëna në seksionin 2. Nga këto formula është e qartë se ekzistojnë dy lloje të lidhjeve kimike në alkanet:

S-S dhe S-N.

Lidhja C–C është jopolare kovalente. Lidhja C–H është kovalente, pak polare, sepse karboni dhe hidrogjeni janë afër elektronegativitetit (2.5 për karbonin dhe 2.1 për hidrogjenin). Formimi i lidhjeve kovalente në alkane për shkak të çifteve elektronike të përbashkëta të atomeve të karbonit dhe hidrogjenit mund të tregohet duke përdorur formulat elektronike:

Formulat elektronike dhe strukturore pasqyrojnë strukturën kimike, por nuk japin një ide për strukturën hapësinore të molekulave, gjë që ndikon ndjeshëm në vetitë e substancës.

Struktura hapësinore, d.m.th. vendosja relative e atomeve të një molekule në hapësirë ​​varet nga drejtimi i orbitaleve atomike (AO) të këtyre atomeve. Në hidrokarburet, rolin kryesor e luan orientimi hapësinor i orbitaleve atomike të karbonit, pasi 1s-AO sferike e atomit të hidrogjenit i mungon një orientim specifik.

Rregullimi hapësinor i karbonit AO, nga ana tjetër, varet nga lloji i hibridizimit të tij (Pjesa I, Seksioni 4.3). Atomi i karbonit i ngopur në alkane është i lidhur me katër atome të tjera. Prandaj, gjendja e tij korrespondon me hibridizimin sp3 (Pjesa I, seksioni 4.3.1). Në këtë rast, secila prej katër AO-ve të karbonit hibrid sp3 merr pjesë në mbivendosje boshtore (σ-) me s-AO të hidrogjenit ose me sp3-AO të një atomi tjetër karboni, duke formuar lidhje σ-CH ose C-C.

Katër lidhjet σ të karbonit janë të drejtuara në hapësirë ​​në një kënd prej 109°28", që i përgjigjet zmbrapsjes më të vogël të elektroneve. Prandaj, molekula e përfaqësuesit më të thjeshtë të alkaneve - metanit CH4 - ka formën e një tetraedri. në qendër të të cilit ka një atom karboni, dhe në kulmet ka atome hidrogjeni:

Këndi i lidhjes H-C-H është 109°28". Struktura hapësinore e metanit mund të tregohet duke përdorur modele vëllimore (shkallë) dhe top-dhe-shkopi.

Për regjistrim, është i përshtatshëm të përdoret një formulë hapësinore (stereokimike).

Në molekulën e homologut tjetër, etanit C2H6, dy atome karboni tetraedral sp3 formojnë një strukturë hapësinore më komplekse:

Molekulat e alkanit që përmbajnë më shumë se 2 atome karboni karakterizohen nga forma të lakuara Kjo mund të tregohet duke përdorur shembullin e n-butanit (model VRML) ose n-pentan.

Izomerizmi i alkaneve

Izomerizmi është fenomeni i ekzistencës së përbërjeve që kanë të njëjtën përbërje (të njëjtën formulë molekulare), por struktura të ndryshme. Lidhje të tilla quhen izomere.

Dallimet në rendin në të cilin atomet janë të kombinuara në molekula (d.m.th., në strukturën kimike) çojnë në izomerizmi strukturor. Struktura e izomerëve strukturorë pasqyrohet nga formula strukturore. Në serinë e alkaneve, izomerizmi strukturor shfaqet kur zinxhiri përmban 4 ose më shumë atome karboni, d.m.th. duke filluar me butan C 4 H 10. Nëse në molekula me të njëjtën përbërje dhe të njëjtën strukturë kimike janë të mundshme pozicione të ndryshme relative të atomeve në hapësirë, atëherë vëzhgojmë izomerizëm hapësinor (stereoizomerizëm). Në këtë rast, përdorimi i formulave strukturore nuk mjafton dhe duhet të përdoren modele molekulare ose formula të veçanta - stereokimike (hapësinore) ose projeksione.

Alkanet, duke filluar me etanin H 3 C- CH 3, ekzistojnë në forma të ndryshme hapësinore ( konformacionet), të shkaktuara nga rrotullimi intramolekular përgjatë lidhjeve C-C σ, dhe shfaqin të ashtuquajturat izomerizëm rrotullues (konformues)..

Përveç kësaj, nëse një molekulë përmban një atom karboni të lidhur me 4 zëvendësues të ndryshëm, një lloj tjetër izomerizmi hapësinor është i mundur, kur dy stereoizomerë lidhen me njëri-tjetrin si një objekt dhe imazhin e tij pasqyrues (të ngjashëm me atë se si lidhet dora e majtë me të djathtën) . Ndryshime të tilla në strukturën e molekulave quhen izomerizmi optik.

. Izomerizmi strukturor i alkaneve

Izomerët strukturorë janë përbërje të së njëjtës përbërje që ndryshojnë në rendin e lidhjes së atomeve, d.m.th. struktura kimike e molekulave.

Arsyeja e shfaqjes së izomerizmit strukturor në serinë e alkaneve është aftësia e atomeve të karbonit për të formuar zinxhirë të strukturave të ndryshme izomeria e skeletit të karbonit.

Për shembull, një alkan me përbërje C 4 H 10 mund të ekzistojë në formë dy izomerët strukturorë:

dhe alkani C 5 H 12 - në formë tre izomerë strukturorë që ndryshojnë në strukturën e zinxhirit të karbonit:

Me rritjen e numrit të atomeve të karbonit në molekula rriten mundësitë për degëzim zinxhir, d.m.th. numri i izomerëve rritet me numrin e atomeve të karbonit.

Izomerët strukturorë ndryshojnë në vetitë fizike. Alkanet me strukturë të degëzuar, për shkak të paketimit më pak të dendur të molekulave dhe, në përputhje me rrethanat, ndërveprimeve më të vogla ndërmolekulare, ziejnë në një temperaturë më të ulët se izomerët e tyre të padegëzuar.

Teknikat e ndërtimit të formulave strukturore të izomerëve

Le të shohim shembullin e një alkani ME 6 N 14 .

1. Së pari, ne përshkruajmë molekulën lineare të izomerit (skeletin e saj të karbonit)

2. Pastaj e shkurtojmë zinxhirin me 1 atom karboni dhe e lidhim këtë atom me çdo atom karboni të zinxhirit si një degë prej tij, duke përjashtuar pozicionet ekstreme:

(2) ose (3)

Nëse lidhni një atom karboni në një nga pozicionet ekstreme, struktura kimike e zinxhirit nuk ndryshon:

Përveç kësaj, duhet të siguroheni që të mos ketë përsëritje. Kështu, struktura është identike me strukturën (2).

3. Kur të gjitha pozicionet e zinxhirit kryesor janë shteruar, ne e shkurtojmë zinxhirin me 1 atom karboni tjetër:

Tani do të ketë 2 atome karboni në degët anësore. Kombinimet e mëposhtme të atomeve janë të mundshme këtu:

Një zëvendësues anësor mund të përbëhet nga 2 ose më shumë atome karboni të lidhur në seri, por për heksanin nuk ka izomerë me degë të tilla anësore dhe struktura është identike me strukturën (3).

Zëvendësuesi anësor - C-C mund të vendoset vetëm në një zinxhir që përmban të paktën 5 atome karboni dhe mund të ngjitet vetëm në atomin e tretë dhe më tej nga fundi i zinxhirit.

4. Pas ndërtimit të skeletit të karbonit të izomerit, është e nevojshme të plotësohen të gjithë atomet e karbonit në molekulë me lidhje hidrogjeni, duke qenë se karboni është katërvalent.

Pra, përbërja ME 6 N 14 korrespondon me 5 izomerë: 1) 2) 3) 4) 5)