Химия | Қанықпаған көмірсутектердің тотығуы. Химмиялық қасиеттері

Мазмұны
1. Кіріспе----------------------------------------------------------------------------------------- 3
2. Негізгі бөлім-------------------------------------------------------------------------------- 4
2.1 Қанықпаған көмірсутектердің тотығуы. Химмиялық қасиеттері------- 4
2.2 Физикалық қасиеттері------------------------------------------------------------ 6
2.3 Тотығуы----------------------------------------------------------------------------- 7
2.4 Қолданылуы----------------------------------------------------------------------- 10
3. Қорытынды-------------------------------------------------------------------------------- 13
4. Пайдаланылған әдебиеттер------------------------------------------------------------- 15
Кіріспе
Этилендік көмірсутектер гомологтар қатарының алғашқы төрт мүшелері газдар. Бестен он жетіге дейін көміртек атомдары бар олефиндер-сұйықтықтар. Одан әрі қарай қатты заттар келеді.
Көміртек атомдары нормальді тізбекті олефиндер өздерінің тармақталған тізбекті изомерлерінен гөрі жоғарырақ температурада қайнайды. Қос байланыстың молекуласы ортасына жылжуы қайнау температурасын жоғарылатады. Цис-изомерлер әдетте транс-изомерлерден гөрі жоғарырақ температурада қайнайды.
Қос байланыстың молекуланың ортасында жылжуы балқу температурасын жоғарылатады. Транс-изомерлер цис-изомерлерден гөрі жоғарырақ температурада балқиды.
Олефиндердің тығыздықтары бірден кем, бірақ сәйкес парафиндердікінен артық. Гомологтық қатарда тығыздықтары артады.
Олефиндердің суда ерігіштігі типті аз, бірақ парафиндерге қарағанда көп.Олефиндер кейбір ауыр металдардың тұздарының ерітінділерінде комплекстік қосылыстар түзе отырып жақсы еритіндігін ескерте кету керек (мысалы, жартылай хлорлы мыс ерітінділерінде ).
Олефиндер үшін инфра қызыл сәулелерді6-6,5 және 10-12 µ (1670-1560 және 100-830 см-1) облыстарында іріктеп сіңіруі тән, сондықан инфрақызыл спекрлер олефиндердің құрылысын таңдауда зор табыспен пайдаланып отыр.
Дивинил қалыпты жағдайда- газ. Изопрен және юасқа жай диендік көмірсутектер- сұйықтар. Көмірсутектерінің гомологтық қатарларына тән жалпы заңдылықтар, бұл қатар үшін де күшін сақтайды.
Негізгі бөлім. Қанықпаган көмірсутектердің тотығуы
Химиялық қасиетттері Олефиндердің реакциялық қабілетін көрсететін негізгі структуралық элемент болып, бұлардың сәйкес ό-және π-байланыстарынан тұратын (sp2-гибридизация 35 бет) қос байланысы болады.ό-байланыс π-байланыстан гөрі берік болғандықтан π-байланыс үзіліп, қос байланыс орнына екі атомдар немесе атомдық топтардың бірігуі арқылы ό-байланысқа оңай алынады. Мұндай бірігу жылдамдығы қосып алатын молекулалардың және қос байланыстың орын басарларының түріне байланысты ажыратылады.
Қосарланған екі π байланыстар екеуіне ортақ электрондық бұлт құрады. Бұл жай байланысты 1,46А-ға дейін қысқартады. Мысалы, дивинил моекуласының түзілу энергиясы құрамы онымен бірдей, бірақ қосарланған қос байланысы жоқ көмірсутек түзілу үшін есептеп шығарылған энергиядан диен көмірсутектерінің құрылысындағы ерекшелік 3,5 ккал/моь артық болады.
Егер де қосылу реакциясы жүрген кезде система тепе-теңдік жақын болс, реакция өнімдеріндегі әр бір изомердің мөлшері тепе-теңдіктің қандай жағдайда екеніне байланысты болады.Тепе-теңдіктің күйі ең алдымен оң зарядтың 2-лік және 4-лік көміртек атомдарының арасында қалай бөлінгеніне байланысты.
Егерде система тепе-теңдіктен алыс болса және оның түзілу реакциясының активтену энерги ясы өнімінің түзілу реакциясының активтену реакциясынан төмен болса көбінесе 1,2-өнім түзілу мүмкін.
Сөйтіп, дивинилге хлор қосып алғанда шамамен бірдей мөлшерде1,2-және 1,4- дихлорбутендер алынады, ал бром қосып алғанда изомерлердің қоспасының 2/3 шамасы 1,4-өнім болады, демек,С-В байланыстың С-С байланыстан гөрі беріктігі тқмен және бромидтің тепе-теңдігі жеңілірек болады. Температураның жоғарылауы системаны тепе-теңдік күйге жақындатады.
Ацетиленді көмірсутектердің химиялық қасиеттерімен танысқанда ацетиленді байланыстың ерекшелігін еске алу керек. Бұл байланысқа тән көміртек атомдары орбиталарының sp-гибридизациялануынан электрондар молекуланың ңш жағына қарай тереңірек тартылады. Сондықтан реакциялық қабілетері төмендейді, осымен бірге басқа молекулалармен соқтыққанда зарядтанған ялро көбірек өсер етеді.Сол себепті ацетилен өаныөпаса д бұлардың электрофильдік реагенттермен реакцияласуы олефиндермен салыстырғанда анағұрлым төмен, ал нуклеофильдік реагенттермен реакциласуға олефиндерден гөрі бейімдірек келеді. Ацетиленде сутектің қышқылдығы да осыған байланысты. Ацетиленнің молекуласындағы 4 атомдардың брі бір ғана түзу жазықтықта екенін еске алу қажет.
1. Сутек 3 байланысқа да оны екі байланысқа біріктіру үшін қолданылатын катализаторлардың қатысуымен бірігеді.
H2 H2
HC=CH→ CH2 =CH2→ CH3-CH3
Pd Pd
Бұл реакция құрылысы соған ұқсас олефиндердікінен гөрі баяуырақ жүреді. Алайда олефинмен ацетиленнің қоспасында алдымен ацетилен сутектенеді. Өйткені ацетилен катализатор бетінде оңайырақ адсорбцияланып этиленнің молекулаларын жібермейді. Бұл жағдй паллидиді қолданып ацетилендерді селективтікпен таңдап бөлектеп сутектендіріп,олефинге айналдыруға мүмкіндік береді, ал қажет болғанда соңғылары парафиндерге дейін сутектендіріледі.
2. Галогендердің (хлор, бром, иод) ацетилендерге һосылуы олефиндерге қарағанда баяуырақ жүреді. Осыдан түзілген қанықпаған диголегенді туындылыр оңай бөлінеді, өйткені галогеннің (хлордан басқа) одан әрі қосылуы үлкен қиындықпен жүреді.
Br2 Br2
HC=CH→ CHBr =CHBr → CHBr2-CHBr2
1,2-дибромэт ан 1,1,2,2-тетрабромэтан
3. Галогенсутектер ацетилендерге өз бетімен неме се катализаторлардың, мысалы бір хлорлы сынап және басқалардың қатысуымен бірігеді. Осы кезде әдетте бір галогеннің орнын басқан этилендік және дигалогеннің орнын басқан қаныққан көмірсутектер қоспасы алынады.
HCL HCL
HC=CH→ H2 С=CHСL→ CH3-CHCL2
Хлорлы винил 1,1-дихлорэтан
Г алогендердің және галогенсутектердің ацетиленге бірігу реакциялары электрофильдік және радикалдық бірігу механизм бойынша жүре алады. Сөйтіп олефиндерге көбінесе қосып алу реакциялары тән. Дегенмен, олефиндер орын басу реакцияларына қабілетті және кейбіреулері парафиндерге қарағанда анағұрлым жеңіл жүретінін ескеру қажет. Қос байланысты α-орындағы көміртектің сутек атомы көбінесе орын басуға бейімірек келеді.Хлорды пайдаланғанда реакция еріткіште жүргізіледі.
1. Олефиндер катализаторлардың қатысуымен сутекті қосып алады. Катализаторсыз молекулалық сутекті немесе бөлу кезіндегі сутекті бұлар біріктірмейді.
Сутектендіру үшін катализатордағы олефин молекуласының қос байланысы бойынша адсорбциялану қажет болғандықтан, қос байланыстың орынбасарлары неғұрлым кіші болса, олефиндер соғұрлым сутектенеді (С. В. Леведевтің қағидасы).
2. Олефиндер галогендерді оңай қосып алады:
CH2=CH2+Br2→CH2Br
Реакцияның жылдамдығы галогеннің тегіне және олефиннің құрысына байланысты. Фтор реакцяласқанда тұтату болғанда, иьод күн сәулесінде тұтанады. Қос байланыстың орынбасарларының саны көбейген сайын қосып алу реакциясы жеңілденеді. Бұл орын басушы радикалдардың әсерінен осы байланыстың полюстілігінің үлкеюі бойынша түсіндіріледі.
Галогендер олефиндерге радикалдық немесе иондық механизм бойынша біріге алады.
Галогеннің атомдары радикалдық бойынша біріккенде мүмкін болатын ең тұрақты радикалдарды түзе отырып, ашық тұрған көміртек атомдарының біреуімен қосылады. Мысалы, пропилен болған жағдайда екі радикалдың түзілуі мүмкін:
────→ CH3-CH- CH2 Br (A)
CH3-CH=CH2 ──Br───┤
────→ CH3-CHBr –CH2 (Б)
Радикал А оңай түзіледі және тұрақты келеді. Бұл радикалдағы бос электрон 5СН-байланыстардың электрондармен қосарланып тұрады, ал Б радикалындағы бос электрон жалғыз ғана ІСН-байланыстың электрондарысмен қосарланған. Бұған тағы қосымша шеткі ашық тұрған көміртек атомының реакцияға катысуы оңайырақ болады. Радикал А одан әры галогеннің молекуласымен әрекеттеседі де, галогеннің жаңа атомын тудырады (генерациялайды):
CH3-СН-CH2 Br+ Br2→ CH3-CH Br- CH2 Br + Br
Бірігу иондық механизм бойынша жиі жүреді. Галогеннің молекуласы электрондарды өзіне тартып ала және π-комплекс түзе отырып, қос байланысты ысырады. Содан кейін галогеннің треріс ионы бөлінеді. Пайда болған карбондық катионға галогеннің теріс ионы бірігеді:
CH2 = CH2 + Br-Br→ CH= CH2 → CH2- CH2+ Br→ CH2- CH2
│ │ │ │
Br-Br Br Br Br
1,2-димбромэтан
Олефиндердің галогендермен реакциясы олардың қоспаларындағы сапасы мен санын анықтау үшін пайданылады.Сіңірілген бромның мөлшері бойынша олефиннің қанша екенін анықтауға болады.
3. Олефиндер галогенсутектерді де біріктіреді:
CH2 = CH2+НCL→CH3-CH2CL
Хлорлы этил
Ең оңайырақ әрекетесетін иодты сутек. Фторлы сутек қосылуымен қабат жиі олефинді полимерлендіреді (әсірісе ылғал болғанда).
Галогенсутектердің симметриялы емес олефиндерге бірігуі В:В: Марковниковтың ережесіне сәйкес жүреді: сутек көбінесе ең көбірек сутектенген көміртек атомына бірігеді:
────→CH3-CHCL-CH3 90%
CH3→СН=CH2 +HCL────┤ 2-хлорпропан
────→CH3-CH2-CH2CL 10%
1-хлорпропан
Галогенсутектің бірігуінің бұлай бірыңғай бағыт алуын былай түсіндіруге болады: қос байланысты көміртек атомдарының қасындағы радикалдар электрон бұлтын өздерінен ығыстыратын қабілеті бар, осының себебінен қос байланыстың электрондары шеткі көміртек атомдарына жылжиды да, ол көқбірек теріс электрленіп галогенсутектің протонын екінші көміртек атомынан гөрі күштірек тартатын болады.Бұдан басқа, реакцияның бірінші сатысында түзілетін кактиондартұрақтылығының да маңызы болады: катион А катион Б-дан гөрі тұрақтырақ, өйткені бұның қосарланатындығы айқынырақ болып тұр .А катионның бос орбитасы 6СН- байланыстарымен ғана әрекеттесіп тұр.

────→CH3-CH-CH3(А)+ CL
CH3-СН=CH2 +HCL────┤
────→CH3-CH2-CH2(Б)+ CL
Реакцияның екінші сатысында галогеннің анионын екі катионда қосып алады.
CH3-СН-CH3+CL→ CH3-СHCL- CH3 (90%)

CH3-СН2-CH2+CL→ CH3-СH2- СH2CL- CH3 CL (10%)
Марковниковтың ережесі галогенсутектердің иондық ( гетеролитикалық) механизмі
бойынша бірігуінде ғана сақталады. Егерде механизм радикалдық (гомолитикалық) болса, онда галогенсутекті қосып алу кері жүреді.
Радиикатлдық қосып алу мысалы, олефиндерді бромдысутекпен асқын тотықтардың немесе оттектің қатысуында әрекеттестіргенде байқалады.Оттектің бромсутекпен әрекеттесіп, бром атомын босатады, ал бұлар қос байланысты шеткі көміртек атомына қосылады, өйткені бұл кезде тұрақтылау радикал түзіледі. Пайда болған радикал реакция тізбегін әрі жалғастырады.
H2O2+2HBr→2Br+2H2O

CH3-CH+CH2+Br→CH3-CH-CH2Br

CH3-CH-CH2Br+HBr→ CH3-CH2-CH2Br+Br
4.Олефиндерге гипогалогенит қышқылдарының және олардың эфирлерінің қосылуыда Марковниковтың ережесі бойынша жүреді: теріс электрлі гидроксил көбінесе ең аз сутектенегн көміртек атомына қарай жүреді:
СН3-СН=CH2+HOCL → CH3-CHOH-CH2CL
Олефиннің бірігуі өнімін алу үшін мысалы, хлорлылау қышқылдың, реакцияға осы қышқылдың дайын ерітіндісін пайдалану қиын емес. Хлормен суды суды алуға болады. Онда реакция мына схема бойынша жүреді.
СН2=СН2+ CL2 +Н2О→СН2 CL- CH2ОН+НCL
Бұл жағдайда реакцияның жүруін мынадай бейнелеупге болады.
СН2=СН2+ CL-CL →СН2 CL- CH2+CL
СН2 CL- CH2+H2O→ СН2 CL - CH2-O-H↔ СН2 CL- CH2ОН+H+
│
H
5. Катализаторлардыңқатысуымен олефиндер суды қосып алып спирттер түзеді. Спирттер алу үшін концентрацияланған күкірт қышқылын сіңірген олефиндер жиі пайдаланады.
СН2=СН2-H2SO4→СН3- CH2О-SO3H
↓HOH
СН3- CH2ОH+ H2SO4
Қос байланыстыңрадикалдарының саны олефиндерде неғұрлым көп болса, күкірт қышьқылы соғұрлым оьеңай сіңеді. Этелинді 96-98%-тік күкірт қышқылы сіңіреді,ал пропилен 75-80%-тік, изобутилен 34-50%-тік қышқылдарды сіңіреді. Осы заңдылықты пайдалана отырып олефиндердің құрылысын әртүрлі жолдармен бөліп алуға болады.
Қазіргі кезде олефиндерді техниикада ұстағышы бар фосфор қышқылымен гидратациялайды.
Тотығуы. Олефиндер ауадағы оттегімен немесе басқа тотықтырғыштармен тотықтырылады. Тотығу реакциясының бағыты реакцияның жағдайына және тотықтырғыштың қандай екеніне байланысты:
а) ауадағы оттегі күміс катализатордың қатысуында олефиндерді органикалық тотықтарға дейін тотықтырады:

2СН2 =СН2+О2→2СН2 -СН2
\ ∕
О
ә) олефиндер ауадағы оттегімен катализаторссыз гидроасқын тотықтарды спирттермен карбонильдік қосылыстарды түзете отырып ыдыратады, жылжымалы сутек атомы қос байланыстағы ß –байланысты үзіп, әдетте оттектің әсеріне ұшырайды.
СН2=СН──СH2─Н→СН2=CH- CH2 -О-O-H
↓

СН2=СН──СH2-O+OH O
│
↓─────────────↓ ││
СН2=СН──СH2OH+R СН2=СН──СH+H
б) Калий перманганатының сұйытылған ерітіндісі немесе катализаторлардың .......