ספריה טכנית בחינם

כימיה אורגנית. דף רמאות: בקצרה, החשוב ביותר

מדריך / הערות הרצאה, דפי רמאות

הערות למאמר

תוכן העניינים

1. כימיה ביו-אורגנית
2. איזומרים
3. מערכות קשורות
4. אפקט מזומרי
5. חומצות ברונסטד
6. אלכוהולים
7. תכונות כימיות של אלכוהול
8. אלכוהולים רב-הידריים
9. הגבל פחמימנים (רוויים).
10. המינוח הלאומי והבינלאומי
11. מושג הקונפורמציות
12. מקורות טבעיים של פחמימנים רוויים
13. זיקוק נפט
14. תהליך פיצוח, אוזוקריט
15. אינטראקציה של מגבלות פחמימנים עם הלוגנים
16. פחמימנים בלתי רוויים (בלתי רוויים).
17. איזומריזם, מקורות טבעיים ושיטות לייצור אולפינים
18. התייבשות של אלכוהולים ראשוניים, תכונות פיזיקליות ומכניות של אולפינים
19. הכללים של מרקובניקוב. שיטת וגנר
20. פילמור אולפינים
21. פחמימנים דין
22. צימוד של דיינים
23. גוּמִי
24. אלקינס
25. תכונות פיזיקליות של אלקנים
26. פחמימנים אציקליים
27. ציקלוהקסאן, מתאן, טרפנים
28. תכונות כלליות של טרפנים
29. פחמימנים ארומטיים
30. מינוח ואיזומריות של פחמימנים ארומטיים
31. ייצור פחמימנים ארומטיים. מעיינות טבעיים
32. סינתזה, תכונות פיזיקליות וכימיות של פחמימנים ארומטיים
33. כללי התמצאות בגרעין הבנזן
34. כללי החלפה בטבעת הבנזן
35. קבוצת נפתלין
36. קבוצת אנתראנים, פננתרן
37. תרכובות ארומטיות שאינן בנזן
38. מערכות ארומטיות עם טבעת בעלת שבעה איברים
39. פנולים מונטומיים
40. תכונות כימיות של פנולים
41. נציגים בודדים של פנולים
42. שרפי פנול-פורמלדהיד
43. פנולים דיאטומיים
44. פנולים תלת-הידריים
45. אלדהידים
46. שיטות להשגת אלדהידים
47. תכונות כימיות של אלדהידים
48. תוספת של מימן, מים, אלכוהול, חומצה הידרוציאנית, הידרוסולפיט
49. הוספת חומצה פוכסית גופרתית לאלדהידים, פילמור של אלדהידים
50. נציגים בודדים של אלדהידים
51. רונגלייט, אצטליד, גליוקסול
52. של קטונים
53. תכונות כימיות של קטונים
54. נציגים נפרדים של קטונים
55. קינונים
56. פחמימנים

1. כימיה ביו-אורגנית

זהו מדע החוקר את התפקוד הביולוגי של חומרים אורגניים בגוף. מקורו במחצית השנייה של המאה ה-XNUMX. מטרות המחקר שלה הם ביו-פולימרים, ביולוגי-רגולטורים ומטבוליטים בודדים.

ביופולימרים הם תרכובות טבעיות מולקולריות גבוהות המהוות את הבסיס לכל האורגניזמים. אלו הם פפטידים, חלבונים, פוליסכרידים, חומצות גרעין (NA), שומנים.

מווסתים ביולוגיים הם תרכובות המווסתות כימית את חילוף החומרים. אלו ויטמינים, הורמונים, אנטיביוטיקה, אלקלואידים, תרופות וכו'.

הכרת המבנה והמאפיינים של ביו-פולימרים וביו-רגולטורים מאפשר להבין את מהות התהליכים הביולוגיים. כך, ביסוס מבנה החלבונים וה-NA אפשרו לפתח רעיונות לגבי הביוסינתזה של חלבון המטריצה ​​ותפקידו של NA בשימור והעברת מידע גנטי.

המשימה העיקרית של כימיה ביו-אורגנית היא להבהיר את הקשר בין המבנה ומנגנון הפעולה של תרכובות.

זהו המדע החוקר את תרכובות הפחמן. נכון לעכשיו, ישנם 16 מיליון חומרים אורגניים.

סיבות למגוון של חומרים אורגניים.

1. תרכובות של אטומי פחמן (C) זה עם זה ועם יסודות אחרים של המערכת המחזורית של D. I. מנדלייב. במקרה זה נוצרות שרשראות ומחזורים.

2. אטום פחמן יכול להיות בשלושה מצבים היברידיים שונים. תצורה טטרהדרלית של אטום C → תצורה מישורית של אטום C.

3. הומולוגיה היא קיומם של חומרים בעלי תכונות דומות, כאשר כל חבר בסדרה ההומולוגית שונה מהקודמת בקבוצה - CH₂-.

4. איזומריזם הוא קיומם של חומרים בעלי אותו הרכב איכותי וכמותי, אך מבנה שונה.

AM Butlerov (1861) יצר תיאוריה של מבנה תרכובות אורגניות, המשמשת עד היום כבסיס המדעי של הכימיה האורגנית. ההוראות העיקריות של התיאוריה של המבנה של תרכובות אורגניות:

1) אטומים במולקולות מחוברים זה לזה בקשרים כימיים בהתאם לערך שלהם;

2) אטומים במולקולות של תרכובות אורגניות מחוברים זה לזה ברצף מסוים, הקובע את המבנה הכימי של המולקולה;

3) התכונות של תרכובות אורגניות תלויות לא רק במספר ובאופי האטומים המרכיבים שלהן, אלא גם במבנה הכימי של המולקולות;

4) במולקולות יש השפעה הדדית של אטומים מחוברים ובלתי קשורים ישירות זה עם זה;

5) ניתן לקבוע את המבנה הכימי של חומר כתוצאה מלימוד התמורות הכימיות שלו, ולהפך, ניתן לאפיין את תכונותיו על ידי מבנה החומר.

2. איזומרים

איזומרים מרחביים מתחלקים לשני סוגים: קונפורמציה ותצורה.

1. נקראים איזומרים קונפורמציוניים, שצורות המולקולות שלהם עוברות זו לזו עקב סיבוב חופשי של אטומים וקבוצות אטומים סביב קשר b אחד או יותר. התרכובת הראשונה שעבורה ידוע על קיומם של איזומרים קונפורמטיביים היא אתאן. המבנה שלו במרחב מיוצג על ידי נוסחת פרספקטיבה או נוסחת ניומן.

2. איזומרי תצורה. אלו הם סטריאואיזומרים, שלמולקולות שלהם יש סידור שונה של אטומים בחלל מבלי לקחת בחשבון קונפורמציות.

ריאואיזומרים מחולקים לאננטיומרים ודיאסטראומרים.

אננטומרים (איזומרים אופטיים, איזומרי מראה אנטיפודים) הם סטריאו-איזומרים, שהמולקולות שלהם קשורות זו לזו, כמו עצם ותמונת מראה שאינה תואמת לו. תופעה זו נקראת אננטיומריזם.

כל התכונות הכימיות והפיזיקליות של האננטיומרים זהות, למעט שניים: סיבוב מישור האור המקוטב (במכשיר פולארימטר) ופעילות ביולוגית.

מונחי אננטיומריזם:

1) אטום C נמצא במצב של הכלאה sp3;

2) היעדר סימטריה כלשהי;

3) נוכחות של אטום אסימטרי (כיראלי) C, אטום בעל ארבעה תחליפים שונים.

לחומצות הידרוקסיות וחומצות אמינו רבות יש את היכולת לסובב את מישור הקיטוב של קרן אור שמאלה או ימינה. תופעה זו נקראת פעילות 2b אופטית, והמולקולות עצמן פעילות אופטית. הסטייה של אלומת האור ימינה מסומנת בסימן "+", משמאל - "-" ומציינים את זווית הסיבוב במעלות.

התצורה המוחלטת של מולקולות נקבעת על ידי שיטות פיזיקוכימיות מורכבות.

התצורה היחסית של תרכובות פעילות אופטית נקבעת בהשוואה לתקן גליצרלדהיד. חומרים פעילים אופטית בעלי תצורה של גליצרלדהיד סיבובית או סיבובית (M. Rozanov, 1906) נקראים חומרים מסדרות D ו-L. תערובת שווה של איזומרים ימניים ושמאליים של תרכובת אחת נקראת racemate ואינה פעילה אופטית.

אננטיומרים מתוארים באמצעות הנוסחאות של פישר. בין האננטיומרים עשויות להיות מולקולות סימטריות שאין להן פעילות אופטית, הנקראות מזואיזומרים. איזומרים אופטיים שאינם איזומרי מראה, הנבדלים בתצורה של כמה, אך לא כולם, אטומי C אסימטריים, בעלי תכונות פיזיקליות וכימיות שונות, נקראים s-dia-stereo-isomers.

p-diastereomers (איזומרים גיאומטריים) הם סטריאומרים שיש להם קשר p במולקולה. הם נמצאים באלקנים, חומצות קרבוקסיליות גבוהות בלתי רוויות, חומצות דיקרבוקסיליות בלתי רוויות. הפעילות הביולוגית של חומרים אורגניים קשורה למבנה שלהם.

3. מערכות משולבות

במקרה הפשוט ביותר, מערכות מצומדות הן

אלו מערכות עם קשרים כפולים ויחידים לסירוגין. הם יכולים להיות פתוחים וסגורים. מערכת פתוחה קיימת בפחמימנים דין (HC).

כל אטומי C נמצאים במצב של הכלאה sp. ארבעה מסלולי p לא היברידיים, החופפים זה את זה, יוצרים מערכת אלקטרונית אחת. סוג זה של צימוד נקרא p, p-צימוד.

יש צימוד של P-אלקטרונים עם S-electrons. סוג זה של צימוד נקרא p, p-צימוד. מערכת סגורה קיימת בפחמימנים ארומטיים.

צימוד הוא תהליך חיובי מבחינה אנרגטית, אנרגיה (E) משתחררת במקרה זה. אנרגיית הצימוד של בוטאדיאן - 1,3 היא 15 קילו-ג'יי/מול, אנרגיית הצמידה של בנזן היא 228 קילו-ג'יי/מול.

2. ארומטיות

זהו מושג הכולל תכונות שונות של תרכובות ארומטיות. תנאים ארומטיים:

1) מחזור סגור שטוח;

2) כל אטומי C נמצאים בהכלאה sp2;

3) נוצרת מערכת מצומדת אחת של כל אטומי המחזור;

4) הכלל של Hückel מתקיים: 4n + 2 p-אלקטרונים משתתפים בצימוד, כאשר n = 1, 2, 3...

הנציג הפשוט ביותר של פחמימנים ארומטיים הוא בנזן. הוא עומד בכל ארבעת התנאים של ארומטיות. הכלל של הוקל: 4n + 2 = 6, n = 1.

נפתלין הוא תרכובת ארומטית 4n + 2 = 10, n = 2.

פירידין הוא תרכובת הטרוציקלית ארומטית. השפעה הדדית של אטומים במולקולה

בשנת 1861, המדען הרוסי AM Butlerov הציג את העמדה: "אטומים במולקולות משפיעים הדדית זה על זה". כיום, השפעה זו מועברת בשתי דרכים: השפעות אינדוקטיביות ומזומריות.

ההשפעה האינדוקטיבית היא העברת השפעה אלקטרונית לאורך שרשרת ה-p-bond. ידוע שהקשר בין אטומים בעלי אלקטרושליליות שונה (EO) מקוטב, מוסט לאטום אלקטרונילי יותר. זה מוביל להופעת מטענים יעילים (אמיתיים) (ד) על האטומים. תזוזה אלקטרונית כזו נקראת אינדוקטיבית והיא מסומנת באות "I" והחץ "→".

δ+δ-

SN₃ - CH₂ → X, X = Hal-, HO-, HS-, NH₂- וכו.

ההשפעה האינדוקטיבית יכולה להיות חיובית או שלילית. אם תחליף X מושך אלקטרונים של קשר כימי חזק יותר מאטום H, אז הוא מציג - II (H) = 0. בדוגמה שלנו, X מציג - I.

אם תחליף X מושך אלקטרוני קשר חלשים יותר מאטום H, אז הוא מציג +I. כל האלקיל (R=CH₃-, ג₂H₅- וכו'), גברים+ מציגים +I.

4. אפקט מזומרי

ההשפעה המזומרית (אפקט הצימוד) היא ההשפעה של תחליף המועבר דרך מערכת מצומדת של קשרי p. מסומן באות "M" וחץ מעוקל. האפקט המזומרי יכול להיות "+" או "-". נאמר לעיל שיש שני סוגים של צימוד p, p ו-p, p. סיווג תגובות אורגניות תגובות כימיות הן תהליכים המלווים בשינוי בהתפלגות האלקטרונים בקליפות החיצוניות של האטומים של החומרים המגיבים. כתוצאה מהתגובה, חלק מהקשרים הכימיים נשברים במולקולות המגיבות של חומרים ואחרים נוצרים. התגובה הולכת לכיוון של היווצרות של חלקיקים יציבים, כלומר כאלה עם פחות אנרגיה פנימית.

ניתן לסווג תגובות לפי קריטריונים שונים.

1. לפי סוג שבירת הקשרים הכימיים בחלקיקים מגיבים (מצע ומגיב). המצע הוא המגיב, המגיב הוא החומר הפעיל. חלוקה זו מותנית.

ישנם שלושה סוגים של ריאגנטים:

1) רדיקלים (R) הם אטומים או חלקיקים ניטרליים עם אלקטרון לא מזווג (H-, C₁-.-OH, -CH3 וכו');

2) נוקלאופילים (Nu - "גרעינים אוהבים") - אלו חלקיקים שיש להם זוג אלקטרונים ברמה האלקטרונית החיצונית של האטום;

3) אלקטרופילים (E - "אלקטרונים אוהבים") - אלו חלקיקים שיש להם מחסור באלקטרונים - מפלס אלקטרוני ערכי לא מלא.

בתגובות, הנוקלאופיל תוקף את מרכז התגובה חסר האלקטרונים במצע, ואילו האלקטרופיל תוקף את מרכז התגובה עם עודף של אלקטרונים. לפיכך, הם מבחינים:

1) תגובות קיצוניות;

2) תגובות אלקטרופיליות;

3) תגובות נוקלאופיליות.

2. לפי מספר ואופי התוצרים הראשוניים והסופיים, מבחינים בין סוגי התגובות:

1) החלפה; הם כמו תגובות חליפין בכימיה אנאורגנית;

2) חיבורים;

3) ביקוע (חיסול) הוא ביקוע של שני אטומים או קבוצות של אטומים מאטומי פחמן שכנים עם יצירת קשר p ביניהם;

4) סידורים מחדש.

בהתחשב באופי הריאגנטים, תגובות החלפה והוספה יכולות להיות נוקלאופיליות, אלקטרופיליות ורדיקליות והן מסומנות כדלקמן:

1) תגובות החלפה נוקלאופיליות;

2) תגובות החלפה אלקטרופיליות;

3) תגובות החלפה קיצוניות;

4) תגובות הוספה אלקטרופיליות;

5) תגובות תוספת נוקלאופיליות;

6) תגובות הוספה אודילית.

5. חומצות ברונסטד

כדי לאפיין את החומציות והבסיסיות של תרכובות אורגניות, נעשה שימוש בתיאוריית ברונסטד.

ההוראות העיקריות של תיאוריה זו.

חומצה היא חלקיק התורם פרוטון (תורם H+); בסיס הוא חלקיק שמקבל פרוטון (מקבל H-).

חומציות תמיד מאופיינת בנוכחות בסיסים ולהיפך.

A-H (חומצה) + B (בסיס) - A (בסיס מצומד) + B-H + (חומצה מצומדת).

חומצות ברונסטד מתחלקות ל-4 סוגים בהתאם למרכז החומצה:

1) חומצות SH (תיולים);

2) חומצות OH (אלכוהולים, פנולים, חומצות קרבוליות);

3) חומצות NC (אמינים, אמידים);

4) חומצות F-CH (HC).

בשורה זו, מלמעלה למטה, החומציות יורדת. חוזקה של חומצה נקבע על ידי יציבות האניון שנוצר. ככל שהאניון יציב יותר, כך החומצה חזקה יותר. יציבות האניון תלויה בדה-לוקליזציה (הפצה) של המטען ה"שלילי" בכל החלקיק (אניון). ככל שהמטען ה"שלילי" דה-לוקאלי יותר, כך האניון יציב יותר והחומצה חזקה יותר.

העברת החיוב תלויה ב:

1) על האלקטרושליליות (EO) של ההטרואטום. ככל שהטרואטום יותר EO, כך החומצה המתאימה תהיה חזקה יותר. לדוגמה: R-OH ו-R-NH₂.

אלכוהול הם חומצות חזקות יותר מאמינים, כי EO (0) → 30(N);

2) על הקיטוב של ההטרואטום. ככל שהקיטוב של הטרואטום גדול יותר, כך החומצה המתאימה חזקה יותר. לדוגמא: R-SH ו-R-OH.

תיולים הם חומצות חזקות יותר מאלכוהול, שכן אטום S מקוטב יותר מאטום O;

3) על אופי התחליף R (אורכו, נוכחות מערכת מצומדת, דה-לוקליזציה של צפיפות האלקטרונים).

לדוגמה: CH₃-הו, CH₃-CH₂-הו, CH₃-CH₂-CH₂-הוא. החומציות פחותה, ככל שאורך הרדיקל גדל.

עם אותו מרכז חומצה, חוזקם של אלכוהולים, פנולים וחומצות קרבוקסיליות אינו זהה. פנולים הם חומצות חזקות יותר מאשר אלכוהולים עקב צימוד p, s (+ M) של קבוצת (-OH). הקשר O-H מקוטב יותר בפנולים. פנולים יכולים אפילו לקיים אינטראקציה עם מלחים (FeC₁₃) היא תגובה איכותית לפנולים. בהשוואה לאלכוהול המכילים את אותו R, חומצות קרבוקסיליות הן חומצות חזקות יותר, שכן הקשר O-H מקוטב באופן משמעותי עקב השפעת ה-M של הקבוצה> C \uXNUMXd O. בנוסף, האניון הקרבוקסיליטי יציב יותר מהאניון האלכוהולי בשל ל-p, s-צימודים בקבוצת הקרבוקסיל;

4) מהכנסת תחליפים ברדיקל. תחליפי EA מגבירים את החומציות, תחליפי ED מפחיתים את החומציות;

5) על אופי הממס.

6. אלכוהול

אלכוהולים הם נגזרות פחמימניות שבהן אטום H אחד או יותר מוחלפים בקבוצת -OH. מִיוּן.

1. לפי מספר קבוצות OH, אלכוהולים חד-הידריים, דו-הידריים ורב-הידריים מובחנים:

SN₃ -CH₂ -OH (אתנול);

SN₂OH-CH₂OH (אתילן גליקול);

SN₂OH-CHOH-CH₂OH (גליצרין).

2. מטבעו של R, אלכוהולים נבדלים: רוויים, בלתי רווים, מחזוריים, ארומטיים.

3. על פי המיקום של הקבוצה (-OH), אלכוהול ראשוני, משני ושלישוני מובחן.

4. לפי מספר אטומי C, מבדילים משקל מולקולרי נמוך ומשקל מולקולרי גבוה:

SN₃(CH₂)₁₄-CH₂-אוי או (C₁₆ H₃₃OH);

אלכוהול צטיל

SN₃-(CH₂)₂₉-CH₂הוא עם₃₁Н₆₃, הוא).

אלכוהול מיריציל

Cetyl palmitate - הבסיס של spermaceti, myricyl palmitate - נמצא בשעוות דבורים. מִנוּחַ

טריוויאלי, רציונלי, MN (שורש + סיום "-ol" + ספרה ערבית). איזומריזם

אופציות אפשריות: איזומריזם שרשרת, עמדות קבוצתיות - OH, איזומריזם אופטי.

אלכוהול הם חומצות חלשות.

אלכוהול הם בסיס חלש. צרף H + רק מחומצות חזקות, אבל הן חזקות יותר Nu.

(-I) ההשפעה של קבוצת (-OH) מגבירה את הניידות של H באטום הפחמן הסמוך. פחמן רוכש d+ (מרכז אלקטרופילי, SE) והופך למרכז ההתקפה הנוקלאופיליה (Nu). הקשר C-O נשבר בקלות רבה יותר מאשר H-O, ולכן תגובות SN אופייניות לאלכוהול. הם נוטים לרוץ בסביבה חומצית, שכן פרוטונציה של אטום החמצן מגבירה את ה-d+ של אטום הפחמן ומקלה על ניתוק הקשר. סוג זה כולל תגובות של היווצרות אתרים, נגזרות הלוגן.

הסטת צפיפות האלקטרונים מ-H ברדיקל מובילה להופעת מרכז חומצה CH. במקרה זה, מתרחשות תגובות חמצון וחיסול.

תכונות פיסיקליות

אלכוהול נמוך יותר (C₁-ג₁₂) - נוזלים, גבוה יותר - מוצקים.

תכונות כימיות

בסיס חומצה.

אלכוהול הם תרכובות אמפוטריות חלשות.

אלכוהולים עוברים הידרוליזה בקלות, מה שמוכיח שאלכוהול הם חומצות חלשות יותר ממים:

R-ONa + HOH → R-OH + NaOH.

7. תכונות כימיות של אלכוהול

קבוצת -OH היא "קבוצה עוזבת גרועה" (הקשר הוא בעל קוטביות נמוכה), ולכן רוב התגובות מתבצעות במדיום חומצי.

מנגנון תגובה:

SN₃ -CH₂ -OH+ H+ → CH₃ -CH₂ + H₂O.

פחמימות

אם התגובה ממשיכה עם הלידים מימן, אז יון הליד יצטרף: CH₃ -CH₂ + Cl → CH₃ -CH₂ CI₁.

אניונים בתגובות כאלה פועלים כנוקלאופילים (Nu) בשל המטען "-" או זוג אלקטרונים בודדים. אניונים הם בסיסים וריאגנטים נוקלאופיליים חזקים יותר מאשר אלכוהולים עצמם. לכן, בפועל משתמשים באלכוהולטים להשגת אתרים ואסטרים, ולא באלכוהול עצמם. אם הנוקלאופיל הוא מולקולת אלכוהול אחרת, אז הוא מתחבר לפחמימות:

SN₃ -CH₂ + R-0- H → CH₃ -CH₂ -אוֹ.

אֶתֶר

תגובות E (מחשוף או חיסול). תגובות אלו מתחרות בתגובות SN.

SN₃ -CH₂ -OH + H⁺ → CH₃ -CH₂ -O - ​​H → CH₃ -CH₂ + H₂O.

התגובה ממשיכה בטמפרטורה גבוהה ובזרז H₂SO₄.

עם עודף של H₂SO₄ וטמפרטורה גבוהה יותר מאשר במקרה של תגובת יצירת האתר, הזרז מתחדש ונוצר אלקן:

SN₃ -CH₂ +HS₀₄ → CH₂ = CH₂ + H₂SO₄.

התגובה E קלה יותר עבור אלכוהולים שלישוניים, קשה יותר עבור משניים וראשוניים, שכן במקרים האחרונים נוצרים קטיונים פחות יציבים. בתגובות אלו מתקיים כללו של א.מ. זייצב: "במהלך התייבשות האלכוהול, אטום H מתפצל מאטום C השכן בעל תכולה נמוכה יותר של אטומי H".

בגוף, הקבוצה - OH, תחת פעולת האנזים, הופכת לקבוצה עוזבת בקלות על ידי יצירת אסטרים עם H₃RO₄.

SN₃-CH₂-OH + NO-RO₃Н₂ → CH₃-CH₂-ORO₃Н₂.

תגובות חמצון:

1. אלכוהולים ראשוניים ומשניים מתחמצנים על ידי תמיסות CuO, KMnO₄К₂Cr₂O₇ כאשר מחומם ליצירת התרכובות המקבילות המכילות קרבוניל.

SN₃ -CH₂ -CH₂ -OH + O → CH₃ -CH₂ -HC \uXNUMXd O + H₂על אודות;

SN₃-HSON-CH₃ + O → CH₃-CO-CH₃ + H₂O.

2. אלכוהול שלישוני קשה לחמצון.

תגובות חמצון כוללות גם תגובות דה-הידרוגנציה.

SN₃ -CH₂ -OH - CH₃ → HC = O + H₂.

IV. התגובות האופייניות לפחמימנים המתאימים (HC) מתרחשות לאורך הרדיקל (R).

SN₃-CH₂-OH + 3Br₂ → SVr₃-CH₂-OH + ZNBrg;

SN₂ = CH-CH₂-OH + Br₂- → CH₂Vg-SNVg-CH₂הוא.

8. אלכוהולים רב-הידריים

אלכוהולים אלה מאופיינים בכל התגובות של אלכוהולים חד-הידריים, אך ישנן מספר תכונות.

בשל הקבוצה (-I) (-OH), לאלכוהולים רב-הידריים יש תכונות חומציות בולטות יותר.

הם יוצרים אלכוהולטים לא רק עם מתכות אלקליות, אלא גם עם אלקליות:

תגובה איכותית לאלכוהול דו-הידרי ורב-הידרי (שבר דיול) היא התגובה עם Cu (OH) 2 במדיום אלקליין, וכתוצאה מכך נוצרת תרכובת מורכבת של גליקולט נחושת בתמיסה שנותנת צבע כחול.

תגובות של אלכוהולים רב-הידריים יכולים להתקדם בקבוצה אחת או על כל הקבוצות (-OH). הם יוצרים אלכוהולאטים, אתרים ואסטרים, מייבשים, מתחמצנים.

ניטרוגליצרין הוא נוזל שמן חסר צבע. בצורה של תמיסות אלכוהול מדוללות (1%), הוא משמש לתעוקת חזה, שכן יש לו אפקט מרחיב כלי דם. ניטרוגליצרין הוא חומר נפץ חזק שיכול להתפוצץ בפגיעה או בחימום. במקרה זה, בנפח קטן שנכבש על ידי חומר נוזלי, נוצר מיד נפח גדול מאוד של גזים, מה שגורם לגל פיצוץ חזק. ניטרוגליצרין הוא חלק מדינמיט, אבק שריפה.

נציגי פנטיטים והקסיטים - קסיליטול וסורביטול - בהתאמה, אלכוהולים פנטה ושישה אטומיים עם שרשרת פתוחה. הצטברות (-OH) - קבוצות מובילה להופעת טעם מתוק. קסיליטול וסורביטול הם תחליפי סוכר לחולי סוכרת.

גליצרופוספטים - שברים מבניים של פוספוליפידים, משמשים כטוניק כללי. כתוצאה מפעולת H3PO4 על גליצרול מתקבלת תערובת של גליצרופוספטים. גליצרופוספטים

גליצרופוספט של ברזל (III) משמש לאנמיה, אסתניה, אובדן כוח כללי. ילדים 0,3-0,5 גרם 2-3 פעמים ביום, מבוגרים 1 גרם 3-4 פעמים.

סידן גליצרופוספט - עם עבודה יתר, רככת, ירידה תזונתית. ילדים 0,05-0,2 גרם לכל קבלה, מבוגרים 0,2-0,5.

1. כאשר KHSO4 פועל על גליצרין ובעת חימום נוצר אקרולין.

2. במהלך חמצון הגליצרול נוצרים מספר מוצרים. עם חמצון עדין - גליצרלדהיד ודיהידרוקסיאצטון. כאשר מתחמצן בתנאים קשים, נוצר 1,3-דיוקסטון.

9. הגבל פחמימנים (רוויים).

הנציג הפשוט ביותר של תת-הקבוצה של פחמימנים רוויים הוא מתאן (CH4). I3 של מתאן, ניתן להשיג את כל שאר הפחמימנים הרוויים, ובעניין זה, כל הפחמימנים הרוויים נקראים לעתים קרובות פחמימנים מסדרת המתאן.

כדי להשיג פחמימנים אחרים מהמתאן, ראשית יש לטפל במתאן בכלור. במקרה זה, אטום המימן במתאן מוחלף באטום כלור ומתקבל מתיל כלוריד.

אם נפעל כעת על המתיל כלוריד שנוצר עם נתרן מתכתי, אז נתרן ייקח את הכלור, וייווצרו קבוצות CH₃, מה שנקרא רדיקלים מתיל, יתחברו בזוגות זה עם זה בגלל הערכיות המשוחררות.

העמידות הכימית של פחמימנים רוויים למספר ריאגנטים חזקים, כמו חומצות חזקות ואלקליות, כוללת פרפינים (מלטינית parum affinis - "זיקה קטנה"). התגובה תגרום לפחמימן רווי עם שני אטומי פחמן - אתאן (C₂Н₆).

אם, הפועלים על אתאן עם כלור, נקבל אתיל כלוריד C₂H₅Cl₁ ואז, מערבבים אותו עם מתיל כלוריד, נחסר נתרן כלור, נקבל את הנציג הבא של פחמימנים רוויים המכילים שלושה אטומי פחמן - פרופאן C₃Н₈.

כפי שניתן לראות מהדוגמאות שניתנו, שתי התגובות מצטמצמות בסופו של דבר להחלפת אטום מימן בפחמימן הראשוני בקבוצת מתיל. באופן דומה, בשני שלבים, ניתן להשיג את הנציגים הבאים של פחמימנים רוויים: בוטאן C₄Н₁₀ , פנטאן С₅Н₁₂.

פחמימנים אלה מייצגים את מה שנקרא הסדרה ההומולוגית. בסדרה כזו, ניתן לקבל כל תרכובת שלאחר מכן מהקודמת על ידי אותן תגובות כימיות. כל התרכובות של הסדרה ההומולוגית, בנוסף, קרובות בתכונותיהן. הנוסחה של כל תרכובת שונה מהנוסחה של הקודמת על ידי אותה קבוצה של אטומי CH₂, אשר נקרא ההבדל ההומולוגי. תרכובות שהן חברים בסדרה הומולוגית נקראות הומולוגיות. נומנקלטורה ואיזומריות

מתוך רצון להראות את הדמיון של כל הפחמימנים הרוויים עם המתאן הקדמון שלהם, הפחמימנים הללו קיבלו שמות המסתיימים ב-an. באשר לחלק הראשוני של השמות, הם עלו בדרכים שונות. שמות שלושת ההומולוגים הראשונים של מתאן - אתאן (C₂Н₆), פרופאן (C₃Н₈) ובוטאן (C₄Н₁₀) - צמח פחות או יותר במקרה. החל מ-C₅Н₁₂, שמות הפחמימנים מגיעים מהשמות היווניים (או במקרים מסוימים הלטיניים) של מספרים התואמים למספר אטומי הפחמן בתרכובת נתונה. אז, פחמימן עם חמישה אטומי פחמן נקרא פנטאן (מהפנטה היוונית - חמישה); פחמימן בעל שישה אטומי פחמן נקרא הקסאן (מהקסה היוונית - "שישה"); פחמימן בעל שבעה אטומי פחמן נקרא הפטן (מהפטא היוונית - "שבעה") וכו'.

כאשר לוקחים אטום מימן אחד מפחמימנים, מתקבלים שאריות של פחמימנים רוויים, הנקראים רדיקלים חד ערכיים, או לפעמים פשוט רדיקלים.

10. מינוח לאומי ובינלאומי

אפילו באמצע המאה ה- XIX. כימאים בודדים ניסו ליצור מינוח כזה שידבר על המבנה של החומרים הנ"לים; מינוח כזה נקרא רציונלי. במקרה זה, למשל, שמות הפחמימנים נגזרו משמות הנציג הראשון של קבוצת פחמימנים זו. אז, עבור מספר מתאן, השם של מתאן שימש בסיס לשם. לדוגמה, אחד האיזומרים של פנטאן יכול להיקרא דימתיל-אתיל-מתאן, כלומר ניתן לייצג את החומר הזה כנגזרת של מתאן, שבה שני אטומי מימן מוחלפים בקבוצות מתיל CH3, ואטום מימן אחד מוחלף בקבוצת אתיל C.₂Н₅.

מינוח בינלאומי

מתוך רצון ליצור את המינוח הרציונלי ביותר של תרכובות אורגניות שיתקבלו בכל מדינות העולם, הכימאים הגדולים ביותר - נציגי אגודות כימיות ממדינות שונות - התכנסו בשנת 1892 בז'נבה (שוויץ). בפגישה זו פותחה מינוח מדעי שיטתי, הנקרא כיום בדרך כלל ז'נבה או המינוח הבינלאומי.

על מנת לתת שם לכל תרכובת לפי נומנקלטורת ז'נבה, יש לפעול לפי הכללים הבאים.

בהתחשב בנוסחה המבנית של התרכובת, נבחרת השרשרת הארוכה ביותר של אטומי פחמן וממוספרים את האטומים, החל מהקצה שאליו התחליף קרוב יותר (ענף צד).

התרכובת נחשבת על פי עקרונות המינוח של ז'נבה כנגזרת של פחמימן רגיל בעל אותה שרשרת ממוספרת מחדש.

מקומו של התחליף (ענף השרשרת) מצוין במספר המתאים למספר אטום הפחמן שבו נמצא התחליף, לאחר מכן נקרא התחליף, ולבסוף הפחמימן שממנו מופקת התרכובת כולה לאורך הארוך ביותר שַׁרשֶׁרֶת.

במקרים בהם ישנם מספר סניפים בשרשרת, המיקום של כל אחד מהם מסומן בנפרד במספרים המתאימים, וכל תחליף נקרא בנפרד. אם לתרכובת יש כמה תחליפים זהים, למשל, שתי קבוצות מתיל, אז אחרי שתי ספרות שמציינות את מקומן, אומרים "דימתיל" (מיוונית di - "שניים"); בנוכחות שלוש קבוצות מתיל אומרים "טרי-מתיל" וכו'.

לאחר יצירת המינוח של ז'נבה ניסו שוב ושוב לשפר אותו - להשלים, לתקן אותו. כך, בעיר ליאז' (בלגיה) נחשבו "כללי ליאז'", אשר, עם זאת, לא התקבלו על ידי כימאים רבים.

ב-1957, ולאחר מכן ב-1965, אישר האיגוד הבינלאומי לכימיה טהורה ויישומית, שבקיצור IUPAC (או IUPAC), את הכללים למינוח של תרכובות אורגניות. כללים אלה מתאימים בעצם למינוח ז'נבה, אך מבצעים בו כמה תיקונים. בעתיד, בעת הצגת המינוח הבינלאומי של מחלקות שונות של תרכובות, נלקחו בחשבון גם המלצות IUPAC.

11. מושג הקונפורמציות

קבוצות מתכת ומתילן בפחמימנים (כמו גם בתרכובות אחרות) יכולות להסתובב בחופשיות סביב הקשרים הבודדים המחברים אותם, כמו סביב צירים, וכתוצאה מכך אטומי מימן יכולים לתפוס מיקומים מרחביים שונים. הצורות השונות המתקבלות נקראות קונפורמציות או קונפורמים. אז, למשל, אתאן, בגלל הסיבוב החופשי של קבוצות מתיל, יכול להתקיים בצורה של מספר אינספור של קונפורמציות. הקונפורמציה הפחות יציבה היא מה שנקרא קונפורמציה eclipsed, שבה אטומי המימן של שתי קבוצות המתיל נמצאים זה מעל זה. חוסר היציבות של מבנה זה נובע מהמרחקים הקטנים בין אטומי מימן, הנוטים להדוף זה את זה. כאשר אטומים אלה נדחים, הקונפורמציה האפילו של האתאן עוברת לאחרות ולבסוף, הופכת לקונפורמציה היציבה ביותר, שבה אטומי המימן של קבוצת מתיל אחת נמצאים רחוק ככל האפשר מאטומי המימן של קבוצת המתיל האחרת. קונפורמציה זו נקראת מעוכבת, מכיוון שבמהלך הסיבוב החופשי של קבוצות מתיל, מולקולת המתאן מבלה את הזמן הארוך ביותר בקונפורמציה זו.

פחמימנים ותרכובות אורגניות אחרות המכילות ארבעה או יותר אטומי פחמן יכולים להיות בקונפורמציות שונות, עם לא רק מיקומים שונים של אטומי מימן, אלא גם צורות שונות של שרשרת הפחמן. לדוגמה, לשרשרת n-בוטאן עשויה להיות צורת זיגזג או חצי טבעת.

קונפורמים שונים מאיזומרים בעיקר בכך שהם נוצרים באופן ספונטני, מבלי לשבור את הקשרים הכימיים המחברים בין האטומים.

זה כמעט בלתי אפשרי לבודד קונפורמציה אחת, מכיוון שהסיבוב של קבוצות אטומיות מתרחש די מהר וקונפורמציה אחת עוברת לאחרת. ניתן היה לשרטט ייצוגים מדויקים מספיק של קונפורמציות רק בעזרת שיטות פיזיקליות עדינות, כמו למשל שיטת ה-NMR (Nuclear Magnetic Resonance).

נוסחה כללית של פחמימנים רוויים. בכימיה אורגנית ניתן לבטא את ההרכב של כל קבוצת תרכובות בנוסחה מולקולרית כללית.

גזירת הנוסחה הכללית של פחמימנים רוויים. עלינו לשקול את הנוסחה של כל פחמימן עם שרשרת ישרה. כפי שניתן לראות מהנוסחה, ישנם שני אטומי מימן לכל אטום פחמן, למעט שני אטומי המימן הקשורים לאטומי הפחמן הקיצוניים. אם נסמן את מספר אטומי הפחמן במולקולת פחמימן באות N, אזי מספר אטומי המימן יהיה שווה ל-2N, שאליהם יש להוסיף עוד 2 (אטומי מימן שלישי באטומי הפחמן הקיצוניים). לפיכך, הנוסחה הכללית של פחמימנים רוויים Spn₂P + 2.

הנוסחה הכללית הנגזרת של SPN₂P + 2 יבטא גם את ההרכב של כל הפחמימנים הרוויים המסועפים, שכן תרכובות איזו שונות מהתרכובות הרגילות המתאימות רק בסדר החיבור של האטומים.

הנוסחה הכללית של רדיקלים חד ערכיים של פחמימנים רוויים - אלקיל - SpN₂P + 1.

12. מקורות טבעיים של פחמימנים רוויים

בטבע, פחמימנים גזים, נוזליים ומוצקים נפוצים, ברוב המקרים הם מתרחשים לא בצורה של תרכובות טהורות, אלא בצורה של תערובות שונות, לפעמים מורכבות מאוד. אלו הם גזים טבעיים, נפט ושעוות הרים.

תערובות גזים טבעיים של פחמימנים. במקומות רבים מאוד על פני הגלובוס נפלט מסדקים בכדור הארץ גז דליק, מה שנקרא אדמה או נפט, המורכב בעיקר מתאן. ברוסיה, שדות גז כאלה זמינים בגרוזני, דאגסטן, סרטוב, אזור טיומן ומקומות אחרים. גז נפט המשתחרר ישירות מהקרקע, בנוסף למתאן, מכיל אדי בנזין, שניתן להשתחרר ממנו. הגז הטבעי, לצד זה המתקבל מנפט, משמש כחומר גלם לתעשיית החומרים הסינתטיים.

גזי "ביצה" ו"מכרי", המורכבים כמעט אך ורק מתאן, הם גם מקורות טבעיים של פחמימנים רוויים. הם נוצרים משאריות אורגניות צמחיות שונות שעוברות פירוק איטי עם חוסר חמצן (למשל בתחתית ביצות).

השמן

שמן הוא נוזל צהוב או חום בהיר עד שחור בעל ריח אופייני, המורכב בעיקר מתערובת של פחמימנים; הרכב השמן כולל גם כמות קטנה של חומרים המכילים חמצן, גופרית וחנקן.

שמן קל יותר ממים: הצפיפות של סוגי שמן שונים נעה בין 0,73 ל-0,97 ס"מ³ .

בהתאם לתחום, לנפט הרכב שונה (איכותי וגם כמותי). רוב הפחמימנים הרוויים נמצאים בשמן המיוצר במדינת פנסילבניה (ארה"ב).

מקור השמן. אין הסכמה לגבי מקור הנפט. כמה מדענים, שאליהם השתייך D.I. Mendeleev, הניחו שהשמן הוא ממקור אנאורגני: הוא צמח תחת פעולת המים על קרבידים של מתכת. מדענים אחרים, כמו אנגלר, האמינו שהשמן הוא ממקור אורגני, כלומר נוצר כתוצאה מפירוק איטי של שרידים שונים של בעלי חיים מתים ושל שרידי צמחים מתים עם גישה לא מספקת לאוויר. בשנים שלאחר מכן נמצאו פורפירינים שונים בדגימות שמן רבות - תרכובות שנוצרו במהלך פירוק החומר הירוק של הצמחים - כלורופיל והחומר הצבוע של הדם - המוגלובין. זה מוכיח את השתתפותם של צמחים ובעלי חיים ביצירת שמן.

מועלות תיאוריות מורכבות יותר, לפיהן המקור העיקרי להיווצרות נפט היה שרידי בעלי חיים וצמחים; ה"שמן הראשוני" שנוצר מהם עבר שינויים משניים נוספים, המורכבים בעיקר מהוספת מימן - הידרוגנציה. תהליכים אלה יכולים להמשיך בהשתתפותם של זרזים אנאורגניים.

13. זיקוק שמן

אם השמן מחומם בהדרגה במנגנון הזיקוק, אז בהתחלה הוא עובר למצב אדים עם עליית הטמפרטורה, פחמימנים מזוקקים, בעלי נקודת רתיחה גבוהה יותר ויותר. בדרך זו ניתן לאסוף חלקים בודדים או, כמו שאומרים, שברי שמן. בדרך כלל מתקבלים שלושה שברים עיקריים, כגון:

1) החלק שנאסף עד 150 מעלות צלזיוס ומכונה חלק הבנזין, או חלק הבנזין; חלק זה מכיל פחמימנים עם מספר אטומי פחמן בין 5 ל-9;

2) החלק שנאסף בטווח שבין 150 ל-300 מעלות צלזיוס ולאחר טיהור מתן נפט מכיל פחמימנים מ-C₉Н₂₀ ל-C₁₆Н₃₄;

3) שאריות שמן, הנקראות מזוט, מכילות פחמימנים עם מספר רב של אטומי פחמן - עד עשרות רבות.

כל אחד משלושת השברים הללו עובר זיקוק יסודי יותר לקבלת שברים בעלי הרכב פחות מורכב. אז, חלק הבנזין מתפזר ל:

1) n-pentane, רותח ב-38 מעלות צלזיוס (נמצא בעיקר בשמן פנסילבניה);

2) בנזין, או אתר נפט (שבר עם נקודת רתיחה של 40 עד 70 מעלות צלזיוס);

3) בנזין עצמו (שבר עם נקודת רתיחה של 70 עד 120 מעלות צלזיוס); ישנם מספר סוגי בנזין: תעופה, רכב וכו';

4) נפטה (מ-120 עד 140 מעלות צלזיוס).

מזוט מחולק לשברים, חלקים מסוימים המזוקקים ממזוט ללא פירוק מעל בטמפרטורה של 300 מעלות צלזיוס נקראים שמנים סולאריים. הם משמשים כדלק מנוע. שמן וזלין, המשמש ברפואה, מתקבל גם משמן סולארי על ידי טיהור יסודי.

על מנת למנוע פירוק של חומרים בטמפרטורות מעל 300 מעלות צלזיוס, בעת הפרדת מזוט לשברים, נעשה שימוש בזיקוק בקיטור ובזיקוק ואקום. ממזוט על ידי הפרדה וטיהור כזו של שברים, בנוסף לשמנים סולאריים, מתקבלים שמני סיכה שונים, ג'לי נפט ופרפין.

וזלין, המתקבל ממזוט בזיקוק באדי מים מחוממים, הוא תערובת של פחמימנים נוזליים ומוצקים ונמצא בשימוש נרחב ברפואה כבסיס למשחות.

פרפין - תערובת של פחמימנים מוצקים - מופרד על ידי התגבשותם מהמסת הפרפין המכונה - תערובת של פחמימנים מוצקים ונוזליים, המתקבלים על ידי זיקוק בקיטור של מזוט מסוגים מסוימים העשירים בפחמימנים המוצקים המתאימים. כיום נעשה שימוש נרחב בפרפין לא רק בתעשייה, אלא גם ברפואה (טיפול בפרפין). השאריות לאחר זיקוק של השברים המוזכרים ממזוט, הנקראים זפת או זפת נפט, לאחר עיבוד מסוים, נמצא בשימוש נרחב בסלילת כבישים (נפט או אספלט מלאכותי).

14. תהליך פיצוח, אוזוקריט

תהליך פיצוח (מהאנגלית cracking - "פיצול"). המהות של תהליך הפיצוח, או פיצוח של חלקים כבדים של שמן, היא שמוצרי שמן חשופים לטמפרטורה וללחץ גבוהים. מולקולות גדולות של פחמימנים בעלות מספר רב של אטומי פחמן מתפצלות למולקולות קטנות יותר של פחמימנים רוויים ובלתי רוויים, זהים או קרובים לאלו המצויים בבנזין, וגזי סדיקה, המורכבים בעיקר מפחמימנים בלתי רוויים גזים עם מספר קטן של אטומי פחמן. גזי פיצוח עוברים עיבוד נוסף, שבו משולבות מולקולות לגדולות יותר (מתרחשת פילמור), שמביאה גם לבנזין. פיצוח של מוצרי נפט עם פילמור של גזי פיצוח מגדיל את תפוקת הבנזין מנפט גולמי ל-65-70%, כלומר פי 3 בערך.

שעוות הרים, או אוזוצריט, היא תערובת טבעית מוצקה של פחמימנים. על ידי המסה וזיקוק של אוזוקריט מכינים את הסרזין, המשמש במקרים מסוימים כתחליף טוב לשעווה.

מקורות טבעיים של פחמימנים רוויים הם גם כמה מוצרים של זיקוק יבש של עץ, כבול, פחם חום ושחור, פצלי שמן.

שיטות סינתטיות להשגת פחמימנים רוויים.

1. הוספת מימן (הידרוגנציה) בנוכחות זרזים - פלטינה ופלדיום - לפחמימנים בלתי רוויים.

2. התגובה של סילוק הלוגן מנגזרות מונוהלוגן באמצעות נתרן מתכתי עם שילוב הרדיקלים (תגובת Wurtz).

3. פירוק מלחים של החומצות המתאימות (על ידי חימום עם NaOH):

C&H₂n + 1 COONa + NaOH - "CnH₂n+2+Na₂CO₃.

תכונות פיסיקליות

הגבל פחמימנים עם מספר אטומי פחמן מ-1 עד 4 בתנאים רגילים הם גזים; פחמימנים עם מספר האטומים מ-5 עד 15 - נוזלים; פחמימנים עם 16 אטומים או יותר הם מוצקים. נקודות ההיתוך והרתיחה של פחמימנים עולות עם הרחבת המולקולות. כאן ניתן לראות בבירור את ביטויו של חוק הדיאלקטיקה על המעבר של כמות לאיכות.

הגבלה של פחמימנים כמעט בלתי מסיסים במים; הם מסיסים ברוב הממיסים האורגניים.

לנציגים הראשונים של מספר פחמימנים רוויים - מתאן ואתאן - אין ריח. לפחמימנים נמוכים נדיפים מאוד יש ריח של בנזין. הנציגים הגבוהים ביותר של סדרה זו, שהם חלק משמני נפט ופרפין, הם גם חסרי ריח, בעלי תנודתיות נמוכה מאוד.

תכונות כימיות

בתחילת הפרק כבר צוין כי לפחמימנים רוויים בתנאים רגילים יש אינרטיות כימית גבוהה.

15. אינטראקציה של גבולות של פחמימנים עם הלוגנים

הלוגנים אינם מצטרפים לפחמימנים רוויים. עם זאת, הם נכנסים איתם לתגובות החלפה, במיוחד בקלות באור השמש. במקרה זה, לא אחד, אלא כמה אטומי מימן ניתן להחליף ברציפות בהלוגן. אז מתאן, באינטראקציה עם כלור, יכול לתת כמה מוצרי החלפה שונים:

SN₄ + C → CH₃CI₁ + HCI₁;

מתיל כלוריד

SN₃CI + C₁₂ → CH₂CI₁₂ + HCI₁ וכו '

מתילן כלוריד

פחמימנים שבהם אטום מימן אחד או יותר מוחלפים בהלוגן נקראים נגזרות הלוגן.

פחמימנים רוויים פחות יציבים בטמפרטורות גבוהות, במיוחד בנוכחות זרזים שונים.

חמצון של פחמימנים רוויים בטמפרטורה גבוהה. הנציגים הראשונים של סדרת המתאן הם הקשים ביותר לחמצון; עם זאת, הפחמימנים הרוויים הגבוהים ביותר, שהם חלק מהפרפין, יכולים להתחמצן עם חמצן כבר ב-100-160 מעלות צלזיוס ליצירת חומצות שומן. בנוסף לחומצות השומן מתקבלים מפחמימנים גם חומרים רבים אחרים המכילים חמצן על ידי חמצון של פחמימנים רוויים בשיטות שונות.

פיצול שרשרת הפחמן של פחמימנים רוויים בטמפרטורה ובלחץ גבוהים. ב-450-550 מעלות צלזיוס מתרחשות תגובות של תהליך הפיצוח. החשוב שבהם הוא התגובה של פיצול מולקולות גדולות של פחמימנים רוויים למולקולות קטנות יותר של פחמימנים רוויים ובלתי רוויים. נציגים בודדים

מתאן (CH₄) מהווה 86-90% מהגז "אדמה", "ביצה" ו"שלי"; בכמויות גדולות הוא חלק מהגז ה"זוהר" (כ-35%); מומס בשמן.

מתאן נוצר מתאית בהשפעת מיקרואורגניזמים ("תסיסת מתאן"), הוא חלק מגזי המעיים של מעלי גירה ובני אדם.

ניתן להשיג מתאן סינטטי בכמה דרכים, כגון אינטראקציה ישירה של פחמן ומימן בטמפרטורה גבוהה.

למתאן אין צבע או ריח. כשהוא נשרף, הוא מייצר להבה כמעט חסרת צבע עם גוון כחול חלש.

כאשר מתאן מעורבב באוויר, נוצרת תערובת נפץ מסוכנת ביותר.

מתאן מסיס בצורה גרועה במים.

איזואקטן (C₈H₁₈) (2,2,4-טרימתילפנטן) - מרכיב בעל ערך רב בבנזין תעופתי, נחשב לדלק נוזלי סטנדרטי.

16. פחמימנים בלתי רוויים (בלתי רוויים).

פחמימנים בלתי רוויים, או בלתי רוויים, נקראים פחמימנים המכילים פחות אטומי מימן מאשר פחמימנים רוויים עם אותו מספר של אטומי פחמן, ושונים בצורה חדה מאלה המגבילים ביכולתם להיכנס בקלות לתגובות הוספה שונות (למשל, הם מוסיפים הלוגנים בקלות) .

בהתאם לתכולת המימן, פחמימנים בלתי רוויים מחולקים לתתי קבוצות שונות, או סדרות. הרכב התרכובות השייכות לתת-קבוצות שונות מתבטא בצורה נוחה על ידי נוסחאות כלליות.

אם ההרכב של פחמימנים רוויים מסומן בנוסחה הכללית SpN₂n + 2, אז ניתן לבטא את הסדרות השונות של פחמימנים בלתי רוויים באמצעות הנוסחאות הכלליות: CnH₂n, C&H₂n - 2 וכו'.

קורס זה ישקול רק פחמימנים בלתי רוויים בעלי הנוסחה SpH₂n, - אלקנים, או אולפינים, או פחמימנים מסדרת האתילן, ובעלי הנוסחה SpH₂n - 2, הכוללים דיאולפינים, או פחמימנים דין, וכן פחמימנים מסדרת האצטילן.

1. פחמימנים מסדרת האתילן, או אלקנים (אולפינים).

פחמימנים מסדרת האתילן בעלי הנוסחה הכללית SpH₂n, נקראו על שם הנציג הפשוט הראשון של אתילן (C₂Н₄). שם נוסף לקבוצת חומרים זו - אולפינים - עלה באופן היסטורי: במהלך הגילוי וההיכרות הראשונית עם אתילן, נמצא כי בשילוב עם כלור הוא יוצר חומר שמנוני נוזלי (אתילן כלוריד (C).₂Н₄CI₁₂)), שהייתה הסיבה לקרוא לאתילן גז olefiant (מלטינית - "גז יליד שמן"). השם "אולפינים" הפך בשימוש נרחב יותר בארצנו. אולפינים נקראים גם אלקנים.

2. מבנה, מינוח ואיזומריות אתילן C₂Н₄ ניתן להשיג מאתיל כלוריד (C₂Н₅CI₁), לוקח ממנו את מולקולת HCI₁ פעולת אלקלי.

ההנחה בדבר קיומו של קשר כפול באולפינים תואמת את העמדה המרכזית של תורת המבנה לגבי ארבע הערכיות של פחמן ומסבירה היטב את הוספה של הלוגנים וחומרים אחרים לשני אטומי פחמן שכנים עקב שחרור ערכיות עם שבירת הפחמן. קשר כפול.

על פי מושגים מודרניים, כפי שכבר הוזכר, שני הקשרים המחברים בין שני אטומי פחמן בלתי רווים אינם זהים: אחד מהם הוא קשר s, השני הוא קשר p. הקשר האחרון פחות חזק ונשבר במהלך תגובות הוספה.

אי השקילות של שני קשרים בתרכובות בלתי רוויות מצוינת, במיוחד, על ידי השוואה של אנרגיית היווצרות של קשרים בודדים וכפולים. אנרגיית היווצרות של קשר בודד היא 340 קילו-ג'יי למול, וקשר כפול הוא 615 קילו-ג'יי-מול. לפיכך, היווצרות של קשר כפול לא דורשת פי שניים יותר אנרגיה מהיווצרות של קשר s בודד, אלא רק 275 קילו ג'ל/מול יותר. באופן טבעי, פחות אנרגיה מושקעת על מנת לשבור את הקשר p מאשר לשבור את קשר ה-s.

17. איזומריזם, מקורות טבעיים ושיטות לייצור אולפינים

האיזומריות של אולפינים תלויה באיזומריות של שרשרת אטום הפחמן, כלומר אם השרשרת ישרה או מסועפת, ובמיקום הקשר הכפול בשרשרת. ישנה גם סיבה שלישית לאיזומריזם של אולפינים: סידור שונה של אטומים וקבוצות אטומיות בחלל, כלומר סטריאואיזומריזם. עם זאת, סוג זה של איזומריזם יישקל בהמשך בדוגמה של תרכובות עם קשר כפול.

כדי לציין את מקומו של הקשר הכפול (כמו גם את מקומם של ענפים בשרשרת), לפי המינוח הבינלאומי, ממוספרים אטומי הפחמן של השרשרת הארוכה ביותר, החל מהקצה אליו הקשר הכפול קרוב יותר. לפיכך, שני האיזומרים השרשרת הישר של בוטילן יכוונו כ-1-butene ו-2-butene.

לפי המינוח של ז'נבה, העדיפות ניתנה לשלד הפחמן, והמספור בנוסחה של פנטן זה החל משמאל, שכן הענף של שרשרת הפחמן קרוב יותר לקצה השמאלי של הנוסחה. לפי המינוח ניתנת עדיפות לקבוצות פונקציונליות, ולכן המספור מתחיל מהקצה הימני, הקרוב יותר לקשר הכפול הקובע את התכונות (הפונקציות) העיקריות של אולפינים.

רדיקל נ₂C=CH- המופק מאתילן נקרא בדרך כלל ויניל; רדיקלי ח₂C=CH-CH₂- שמקורו בפרופילן נקרא אליל.

מקורות טבעיים ושיטות לייצור אולפינים

אתילן וההומולוגים שלו נמצאים בכמויות קטנות מאוד בגזים טבעיים, כמו גם בנפט (במצב מומס). אולפינים, כאמור, נוצרים במהלך פיצוח הנפט, וגם בכמויות קטנות במהלך זיקוק יבש של עצים ופחם.

משיכה של מים מאלכוהול רוויים היא התייבשות. זוהי אחת הדרכים הנפוצות ביותר להשיג אולפינים.

בתנאים תעשייתיים, אדי אלכוהול בטמפרטורה של 350-500 מעלות צלזיוס עוברים על זרז, המשמש כתחמוצת אלומיניום, גרפיט או חומרים אחרים.

בתנאי מעבדה, כדי להשיג אולפינים, מחממים אלכוהולים עם חומרים מסירי מים, למשל חומצה גופרתית מרוכזת, אבץ כלוריד וכו'.

כאשר משתמשים בחומצה גופרתית, תגובת פיצול המים מתרחשת בשני שלבים:

1) אלכוהול, באינטראקציה עם חומצה גופרתית, יוצר מה שנקרא אסטר, למשל, חומצה אתילית גופרתית נוצרת מאלכוהול אתילי;

2) חומצה אתיל גופרתית מתפרקת בעת חימום, ויוצרת אולפין וחומצה גופרתית.

מנגנון התגובה הנחשב אינו היחיד, שכן לא רק חומצה גופרתית, אלא גם חומצות אחרות, כמו חומצה הידרוכלורית, שאינן יכולות ליצור תוצר ביניים מתפרק בקלות כמו חומצה אתיל גופרתית, גורמות להתייבשות של אלכוהולים (סילוק מים). נקבע כי מנגנון היווצרות אתילן מאלכוהול תלוי במידה מסוימת במבנה האלכוהול.

18. התייבשות של אלכוהולים ראשוניים, תכונות פיזיקליות ומכניות של אולפינים

בהתייבשות של אלכוהולים ראשוניים (בהם אטום הפחמן הקשור להידרוקסיל מחובר רק לרדיקל אחד), מניחים את המנגנון הבא:

1) פרוטון (מכל חומצה) מחובר לזוג אלקטרונים חופשי של אטום חמצן ליצירת יון אוקסוניום מוחלף;

2) בנוסף, כאשר מחוממים, המים מתפצלים מיון האוקסוניום המוחלף, וכתוצאה מכך הפחמימות CH₃ -CH₂ +, אבל, מכיוון שיון כזה שביר מאוד, הוא מתייצב על ידי אובדן פרוטון ויצירת קשר כפול. בפועל, אובדן המים והפרוטון (במהלך התייבשות של אלכוהולים ראשוניים) מתרחש כמעט בו זמנית ונוצר אולפין.

ביקוע של מימן הליד מנגזרת הלוגן.

כדי להסיר מימן הליד, בדרך כלל משתמשים בתמיסת אלכוהול של אלקלי: תכונות פיזיקליות

שלושת הנציגים הראשונים של סדרת האולפינים בתנאים רגילים הם גזים, החל באמילנים (C₅Н₁₀), - נוזלים; אולפינים גבוהים יותר, החל מ-C₁₉Н₃₈, הם גופים נוקשים.

תכונות כימיות

כל האולפינים מאופיינים בתגובות הוספה רבות שמפרקות את הקשר הכפול והופכות אותו לפשוט.

ברוב המקרים, השלב הראשון של התגובה הוא הוספת קטיון (לדוגמה, H+) או מין קטיואיד (Br^b+: Vg^ב-), ומכיוון ששלב זה הוא מכריע, תגובות רבות מסוג זה נחשבות כתוספת אלקטרופילית.

1. תוספת מימן – הידרוגנציה. תגובה זו מתרחשת בקלות בנוכחות זרזים כגון פלטינה ופלדיום בטמפרטורת החדר, ובנוכחות ניקל כתוש בטמפרטורות גבוהות.

2. הוספת הלוגנים C₁₂, בר₂, אני.

כלור זה הכי קל להוסיף, הכי קשה.

הוספת הלוגנים יכולה להתקדם (בהתאם לתנאים) הן על ידי הרדיקל והן על ידי המנגנון היוני. מכיוון שהתגובה מתבצעת לרוב בתנאים שבהם מתרחש המנגנון היוני, עלינו להתעכב על האחרון.

קיטוב מתרחש, במיוחד, בהשפעת האלקטרונים p; במקרה זה, אטום ברום טעון חיובי מקיים אינטראקציה עם אלקטרונים p של הקשר הכפול עם היווצרות של קומפלקס p לא יציב: מתרחשת תוספת אלקטרופילית.

הקומפלקס, עקב שבירת הקשר p והוספת יון ברום טעון חיובי, הופך לקרבוקאט. אניון הברום המשוחרר מתווסף לפחמימות כדי ליצור את תוצר התוספת הסופי.

19. חוקי מרקובניקוב. שיטת וגנר

V. V. Markovnikov עסק במחקר של תגובות של תוספת לאולפינים וקבע את הדפוס הבא: במקרה של הוספת חומרים המכילים מימן לתרכובות בלתי רוויות, האחרון מחובר לאטום הפחמן המודרן ביותר (כלומר, קשור למספר הגדול ביותר של אטומי מימן).

קביעות זו נקראת שלטון מרקובניקוב.

לכן, כאשר HI מתווסף לפרופילן, מימן נקשר לאטום הפחמן הבלתי רווי הקיצוני (ככל שהמודרן יותר), ויוד נקשר לאטום הפחמן האמצעי.

על פי תפיסות מודרניות, ההשפעה ההדדית של אטומים, ככלל, נובעת משינוי בהתפלגות הצפיפות של ענני אלקטרונים היוצרים קשרים כימיים.

החלפה של אטום מימן באתילן בקבוצת מתיל מביאה לשינוי בהתפלגות צפיפות האלקטרונים, ולכן מולקולת הפרופילן היא דיפול: אטום הפחמן הראשון יותר אלקטרונילילי מהשני (הקשור לקבוצת המתיל).

ברור שבפעולה של מימן הליד, למשל HI, המימן האלקטרופוזיטיבי מחובר לאטום הפחמן הבלתי רווי הקיצוני הטעון שלילי של פרופילן, ואטום ההלוגן האלקטרונילי לאטום הפחמן השני של מולקולת הפרופילן.

מכיוון שסדר ההתקשרות נקבע למעשה על ידי התפלגות צפיפות האלקטרונים, לכלל מרקובניקוב אין ערך מוחלט, ידועים חריגים לכלל זה.

התקשרות לאלפינים במים. התגובה ממשיכה בנוכחות זרזים כגון חומצה גופרתית, אבץ כלוריד.

תגובה זו היא ההיפך של התגובה לייצור אולפינים מאלכוהול. הכלל של מרקובניקוב חל גם על תגובת הוספת המים.

חמצון של אולפינים. בתנאים של חמצון קל, למשל, כאשר נחשפים לתמיסת מים קרים של KMnO₄ בסביבה בסיסית או ניטרלית, הקשר הכפול של אולפינים נשבר, ושתי קבוצות הידרוקסיל מתווספות לשתי הערכיות המשוחררות - מה שנקרא אלכוהול דו-הידרי נוצרים.

במקרה זה, פתרון KMnO₄, שמוותר על החמצן שלו, הופך חסר צבע או (עם עודף של KMnO₄) הופך לחום (ויוצר MnO₄). תגובה זו משמשת לעתים קרובות מאוד כדי לזהות את חוסר הרוויה של חומר נבדק. שיטה לחמצון של אולפינים עם פתרון חלש של KMnO₄ פותחה על ידי המדען הרוסי E. E. Wagner וידועה בספרות כשיטת ואגנר.

בתנאים של חמצון נמרץ של אולפינים (לדוגמה, בפעולה של חומצה כרומית או מנגן), שרשרת הפחמן שלהם נשברת לחלוטין באתר הקשר הכפול, ושתי מולקולות של חומרים המכילים חמצן (חומצות אורגניות, קטונים וכו' .) נוצרים.

חקר תוצרי חמצון אולפינים הנוצרים במהלך ביקוע המולקולה באתר של קשרים כפולים.

20. פילמור של אולפינים

פילמור של אולפינים. במהלך פילמור, התקשרות רצופה של מולקולות אחרות למולקולה אחת של האולפין מתרחשת עקב שבירת הקשר הכפול (במולקולה אחת או יותר).

כאשר משלבים שתי מולקולות מונומר לאחת, מתקבלים מה שנקרא דימרים, כאשר משלבים שלוש מולקולות, טרימרים וכו'.

לאחר מלחמת העולם השנייה החלו לייצר פוליאתילן (פוליאתן) בקנה מידה גדול.

כמו כל הפולימרים בעלי משקל מולקולרי גבוה - פולימרים גבוהים, פוליאתילן הוא תערובת של מולקולות בגדלים שונים, הבנויות לפי אותו סוג - הומולוגיות פולימריות. לכן, ניתן להתייחס למשקל המולקולרי של פולימרים גבוהים רק בתנאי כמשקל מולקולרי ממוצע. בדרך כלל, נעשה שימוש בפולימר מוצק של אתילן עם משקל מולקולרי ממוצע של כ-6000-12 אמו. פוליאתילן משמש לייצור סרטים, כלים, צינורות מים, חומרי אריזה וכו'.

חשיבות מעשית רבה הוא פולימר הפרופילן - פוליפרופילן, שניתן להשיג בדומה לפוליאתילן.

פוליפרופילן הוא פולימר חזק מאוד המשמש, במיוחד, לייצור סיבים. סיבי פוליפרופילן משמשים לייצור חבלים, רשתות, בדים למטרות שונות.

תגובות פילמור אולפינים הן בדרך כלל חשובות מאוד בטכנולוגיה, דוגמה לכך היא ייצור בנזין מגזי החוץ של תהליך הפיצוח.

מנגנון תגובה של פילמור אולפינ משוואת פילמור אתילן היא סיכום. כפי שידוע כעת, פילמור מתקדם הרבה יותר מסובך. הפולימריזציה יכולה להתקדם הן במנגנונים רדיקליים והן במנגנונים יוניים. המנגנון הרדיקלי ייחשב כמנגנון בעל חשיבות מעשית גדולה יותר.

רדיקלים חופשיים, הנוצרים כמוצרי ביניים לא יציבים של התגובה, הם פעילים מאוד. הם לא רק מתחברים אחד עם השני, אלא גם מקיימים אינטראקציה עם מולקולות שלמות. במקרה זה נוצרים רדיקלים חופשיים אחרים, הפועלים על מולקולות אחרות, מהן שוב נוצרים רדיקלים חופשיים. לפיכך, מתרחשת תגובת שרשרת. התיאוריה של תגובות השרשרת נוצרה על ידי המדען הסובייטי האקדמי N. N. Semenov והמדען האנגלי S. Hinshelwood, שעבדו בקשר הדוק (שני המדענים זכו בפרס נובל).

כל תגובות השרשרת, כולל פילמור, מתחילות בדרך כלל בשלב התחלה בו נוצרים הרדיקלים החופשיים הראשונים, ואחריהם שרשרת התגובה העיקרית.

בתגובת ההתחלה, משתמשים בדרך כלל בחומרים לא יציבים הפועלים בצורה קטליטית, אשר יוצרים בקלות רדיקלים חופשיים.

21. דין פחמימנים

דיאולפינים, דין פחמימנים או דינים הם פחמימנים בלתי רוויים בעלי שני קשרים כפולים, עם הנוסחה הכללית CnH₂n - 2.

שמות של תרכובות המכילות קשר כפול מתווספים עם סיומות - ene, אבל אם יש שני קשרים כפולים במולקולת פחמימנים, אז שמה נוצר עם הסוף - דין (מיוונית di - "שניים").

ניתן לסדר את שני הקשרים הכפולים במולקולת פחמימנים בדרכים שונות. אם הם מרוכזים באטום פחמן אחד, הם נקראים מצטברים.

אם שני קשרים כפולים מופרדים על ידי קשר יחיד אחד, הם נקראים מצומדים או מצומדים.

אם קשרים כפולים מופרדים על ידי שני קשרים פשוטים או יותר, אז הם נקראים מבודדים.

מיקומם של קשרים כפולים על פי המינוח הבינלאומי של IUPAC מוגדר על ידי המספרים של אותם אטומי פחמן שמהם מתחילים הקשרים הכפולים הללו.

לדיינים עם קשרים כפולים מצטברים ומבודדים יש תכונות דומות לאלו של אולפינים. כמו האחרונים, הם נכנסים בקלות לתגובות הוספה רבות.

דינים עם קשרים כפולים מצומדים ייחשבו ביתר פירוט, שכן ראשית, יש להם הבדלים חשובים מאולפינים במאפיינים מסוימים, ושנית, לחלק מנציגיהם יש חשיבות רבה כמוצרים מתחילים לייצור גומי סינטטי.

התכונה החשובה ביותר של תרכובות עם קשרים מצומדים היא התגובתיות הגבוהה יותר שלהן בהשוואה לתרכובות שיש להן קשרים מבודדים, ותגובות הוספה אליהן מתרחשות בדרך כלל בצורה מאוד מוזרה. לכן, אם אתה פועל על 1,3-בוטדיאן עם כלור, אז האחרון יתחבר בעיקר לא לשני אטומי פחמן שכנים הקשורים בקשר כפול, אלא אחרת: אטומי כלור יתחברו לקצוות השרשרת, ובמקום זאת. של שני קשרים כפולים, אחד מופיע במקום פשוט .

הסבר על ההתקשרות המיוחדת לקצוות מערכת הקשרים המצומדים ניתן על ידי מושגים אלקטרוניים מודרניים.

מחקר דיפרקציית אלקטרונים של 1,3-בוטדיאן מראה שהמרחקים בין אטום הפחמן הראשון והשני, כמו גם אטומי הפחמן השלישי והרביעי, גדולים במקצת מהמרחק בין אטומים הקשורים בקשרים כפולים רגילים. המרחק בין האטום השני והשלישי קטן מהמרחק בין אטומים המחוברים בקשר יחיד רגיל. לפיכך, בבוטדיאן, המרחקים בין אטומי פחמן הקשורים בקשרים כפולים ויחידים מתאזנים במידה מסוימת. זה כבר מראה שהקשרים הבודדים והכפולים בבוטדיאן שונים במקצת מהרגילים. הסיבה להבדל היא שענני האלקטרונים של שני קשרי p מרווחים זה בזה באופן חלקי. זו הסיבה העיקרית לסטייה של מרחקים בין-אטומיים מהרגילים.

מכניקת הקוונטים מאפשרת לקבוע את סדר הקשרים (P) המחברים בין אטומי פחמן בבוטדיאן.

22. צימוד דיינים

צימוד קשר במולקולה שאינה מגיבה נקרא אפקט הצימוד הסטטי.

אם תרכובת עם מערכת של קשרים מצומדים נכנסת לתגובה, אז בגלל החפיפה ההדדית של ענני p-אלקטרון בזמן התגובה, מתרחשת חלוקה מחדש של צפיפות האלקטרונים בכל המערכת, מה שנקרא אפקט הצמידה דינמית . מאפיין אופייני למערכת הקשרים המצומדים הוא שהחלוקה מחדש של צפיפות האלקטרונים מהסיבות המצוינות מועברת בכל המערכת ללא היחלשות ניכרת. לכן, כאשר מתרחשת ההתקשרות לאטום הראשון של המערכת המצומדת, החלוקה מחדש של צפיפות האלקטרונים מתרחשת בכל המערכת, ובסופו של דבר, האטום האחרון והרביעי של המערכת המצומדת, מתגלה כבלתי רווי (ולכן מתחבר ). לפיכך, קשרים כפולים מצומדים הם מערכת יחידה שמתנהגת בדומה לקשר כפול יחיד.

המאפיין השני החשוב ביותר של דינים עם קשרים כפולים מצומדים הוא הקלות הקיצונית שלהם בפילמור.

פילמור מייצר מוצרים מחזוריים וא-ציקליים כאחד. במהלך הפילמור של כמה דינים, מתקבלות שרשראות ארוכות מאוד של תרכובות בעלות תכונות גומי. במקרה זה, לפי המנגנון הנחשב, שני הקשרים הכפולים נשברים בכל מולקולה, המולקולות מחוברות בקצותיהן, וקשר כפול מופיע באמצע המערכת המצומדת הקיימת בעבר.

לתגובות פילמור מסוג זה יש חשיבות רבה, שכן הן מהוות את הבסיס לייצור גומי סינטטי.

מבין הנציגים השונים של פחמימנים דין עם קשרים כפולים מצומדים, החשובים ביותר הם 1,3-בוטדיאן וההומולוגים שלו: 2-מתיל-1,3-בוטדיאן, או איזופרן וכו'.

אריתרן (דיוויניל), או 1,3-בוטדיאן (C₄Н₆), בתנאים רגילים הוא גז. הסינתזה של דיוויניל בקנה מידה תעשייתי מתבצעת מאלכוהול לפי השיטה של ​​S. V. Lebedev. אדי אלכוהול מועברים על פני זרז מחומם המכיל תחמוצת אלומיניום ותחמוצת אבץ. במקרה זה מתרחשות מספר תגובות, מהן העיקרית מובילה להיווצרות דיוויניל, מימן ומים.

השיטה החשובה השנייה להשגת דיוויניל היא דה-הידרוגנציה של בוטאן, המתקבלת בכמויות משמעותיות במהלך פיצוח השמן.

שיטה זו מחליפה את השיטה של ​​השגת דיוויניל (וגומי) מאלכוהול, ובכך חוסכת מוצרי מזון יקרי ערך, כמו תפוחי אדמה וחיטה, שיצטרכו להוציא לייצור אלכוהול למטרות תעשייתיות.

איזופרן, או 2-מתיל-1,3-בוטדיאן (C₅Н₈) בתנאים רגילים - נוזל עם נקודת רתיחה של +37 מעלות צלזיוס.

איזופרן נוצר בכמויות מסוימות במהלך זיקוק יבש של גומי טבעי, ששימש בעבר כהתחלה להבהרת מבנה הגומי, ולאחר מכן הוביל לפיתוח שיטות שונות לסינתזה של גומי מלאכותי.

23. גומי

לגומי יש חשיבות רבה, שכן הוא נמצא בשימוש נרחב לייצור רכבים, כלי טיס, אבובים וצמיגים לאופניים, נעלי גומי, בידוד חוטי חשמל, מוצרים רפואיים רבים (תנורי חימום ובועות קירור, בדיקות גומי וצנתרים) וכו'.

גומי מתקבל מהמוהל החלבי של כמה עצים טרופיים. הגומי המבודד מהמיץ החלבי עובר גיפור, כלומר מטופל בגופרית או גופרית כלוריד, בעוד שהגומי סופג כמות מסוימת של גופרית, מה שמשפר משמעותית את איכותו: הוא הופך אלסטי יותר, מקבל את היכולת לשמור על גמישותו בטמפרטורה משמעותית. תנודות, וגם הופך עמיד יותר להשפעות כימיות. אם בתהליך הגיפור נעשה שימוש בכמות גדולה יותר של גופרית (25-40%), אז יתקבל מוצר מוצק - אבוניט, שהוא חומר בידוד בעל ערך רב.

גומי טבעי הוא פולימר של איזופרן (C₅Н₈)נ. המספר n אינו ערך קבוע; זה משתנה מאוד במהלך עיבוד הגומי, וחוץ מזה, כמו בכל פולימר גבוה, מספר זה הוא רק ערך ממוצע.

עבור גומי קונבנציונלי המשמש למטרות טכניות, מידת הפילמור, כלומר מספר שאריות המונומר היוצרות מולקולת פולימר, היא כ-400.

הסינתזה של גומי מורכבת משני שלבים עיקריים: סינתזה של בוטאדיאן, ההומולוגיות שלו או כל נגזרות; פילמור של דינים לשרשראות ארוכות.

השלב הראשון בסינתזה והשימוש בבוטדיאן ובאיזופרן לייצור גומי סינטטי כבר נדון. יש להוסיף כאן שיחד עם הפחמימנים דין הנקראים, נגזרת הלוגן של בוטאדיאן, כלורופרן או 2-כלורו-1,3-בוטדיאן, התבררה כמוצר התחלתי נוח לסינתזה של גומי:

Н₂C=CCI-CH=CH₂.

כלורופרן

כלורופרן המתקבל מאצטילן מתפלמר, כמו בוטאדיאן או איזופרן, לשרשראות ארוכות של חומר גומי בעל הנוסחה (C₄Н₅CI₁). חומר זה נקרא Nairite.

השלב השני של סינתזת גומי - פילמור של דינים - מתבצע בנוכחות זרזים, למשל, כמות קטנה של נתרן מתכתי.

כיום, נעשה שימוש נרחב במגוון של גומיות סינתטיות, המתקבלות על ידי פילמור של דינים (לדוגמה, דיוויניל) עם תרכובות בלתי רוויות אחרות: סטירן C₆Н₅CH=CH₂, אקרילוניטריל H₂C=CH-CM וכו'. תהליך זה נקרא קופולימריזציה.

לרבות מהגומיות הללו יש תכונות ספציפיות חשובות המבדילות אותן לטובה מגומיות טבעיות.

24. אלקינס

פחמימנים מסדרת האצטילן בעלי הנוסחה הכללית SpN₂n - 2, מכילים ארבעה אטומי מימן פחות מהפחמימנים המקבילים מסדרת המתאן, שני אטומי מימן פחות מאלפינים, וכמות מימן זהה לדיינים, כלומר, הם איזומרים של האחרונים.

1. מבנה, מינוח ואיזומריות

הפחמימן הפשוט הראשון בסדרה זו הוא אצטילן (C₂Н₂). אצטילן, כמו פחמימנים אחרים מסדרה זו, מכיל קשר משולש. ואכן, ארבעה אטומי הלוגן (או מימן) מתווספים לאצטילן, וקל לוודא שהתוספת מגיעה לשני אטומי הפחמן. לכן, מבנה האצטילן חייב לבוא לידי ביטוי בנוסחה H-C≡C-H. במהלך תגובת ההוספה נשבר הקשר המשולש, כל אחד מאטומי הפחמן משחרר שני ערכיות, אליהן מוסיפים אטומי מימן, הלוגן וכו'.

התגובתיות הגבוהה של הקשר המשולש מוסברת בקלות מנקודת המבט של ייצוגים אלקטרוניים. המבנה האלקטרוני של האיגרת המשולשת כבר נשקל. בין שלושת הקשרים המחברים את אטומי הפחמן באצטילן, קשר s אחד ושני קשרי p. אנרגיית יצירת הקשר המשולש היא 840 קילו-ג'יי/מול, בעוד אנרגיית היווצרות הקשר הבודד היא 340 קילו-ג'יי-מול. אם שלושת הקשרים במולקולת האצטילן היו זהים, אז אפשר היה לצפות שאנרגיית יצירת הקשר המשולש תהיה 1020 קילו-ג'ל/מול. לכן, האופי של שני הקשרים בקשר משולש שונה מאשר בקשר בודד.

השמות של סדרת הפחמימנים של האצטילן לפי המינוח של ז'נבה נגזרים משמות הפחמימנים הרוויים המתאימים, אבל הסיום - an מוחלף בסיום - in. האצטילן עצמו נקרא אתין לפי המינוח של ז'נבה.

מספור האטומים בנוסחה של פחמימן אצטילני מתחיל מהקצה אליו הקשר המשולש קרוב יותר.

מקומו של הקשר המשולש מצוין במספר - מספר אטום הפחמן שממנו מתחיל הקשר המשולש.

האיזומריות של פחמימנים מסדרת האצטילן תלויה באיזומריות של שרשרת אטומי הפחמן ובמיקום הקשר המשולש.

2. שיטות השגה

שיטה פשוטה ונפוצה לייצור אצטילן היא מסידן קרביד (CaC₂). סידן קרביד מיוצר בקנה מידה תעשייתי על ידי חימום פחם בתנורים חשמליים עם סיד חצוי בטמפרטורה של כ-2500 מעלות צלזיוס:

אם סידן קרביד, שהוא בדרך כלל מסה אפרפרה-חומה מוצקה, נחשף למים, הוא מתפרק במהירות עם שחרור גז - אצטילן:

שיטת ייצור חדשה יותר לייצור אצטילן היא פירוליזה של פחמימנים, בפרט מתאן, אשר ב-1400 מעלות צלזיוס נותן תערובת של אצטילן עם מימן:

2CH₄ → H - C \u3d C - H + XNUMXH₂

השיטה הכללית להשגת פחמימנים מסדרת האצטילן היא הסינתזה שלהם מנגזרות דיהלוגן על ידי פיצול יסודות מימן הליד עם תמיסה אלכוהולית של אלקלי.

25. תכונות פיזיקליות של אלקנים

פחמימנים מ-C₂Н₂ ל-C₄Н₆ הם גזים בתנאים רגילים, החל מפחמימן עם חמישה אטומי פחמן במולקולה - נוזלים, ומתחיל ב-C₁₆Н₃₀ - גופים מוצקים. התבניות ביחס לנקודות הרתיחה וההתכה בסדרה זו זהות לפחמימנים מסדרת המתאן וסדרת האתילן.

תכונות כימיות

פחמימנים מסדרת האצטילן הם אפילו יותר בלתי רוויים מאשר אולפינים. הם מאופיינים בתגובות הבאות.

1. הוספת מימן. בתגובה זו, כמו במספר תגובות אחרות, תהליך ההוספה מתנהל בשני שלבים. התגובה, כמו במקרה של אולפינים, ממשיכה בנוכחות זרזי Pt ו-Ni.

2. תוספת הלוגנים. מנגנון הוספה של הלוגנים לאצטילן זהה לאתילן.

שני השלבים של הוספת הלוגנים לאצטילן מתנהלים בקצבים שונים: השלב הראשון מתקדם לאט יותר מאשר בתוספת לאלפינים, כלומר, בפועל, האצטילן עובר הלוגנציה לאט יותר מאתילן. זה מוסבר על ידי המרחק הבין-אטומי הקטן יותר בין אטומים בלתי רוויים במולקולת האצטילן והקרבה של גרעינים טעונים חיובית המסוגלים לדחות קטיונים מתקרבים.

3. חיבור מים. התגובה של הוספת מים לאצטילן, המתקדמת בפעולה קטליטית של מלחי כספית, התגלתה על ידי המדען הרוסי M. G. Kucherov ונקראת בדרך כלל על שמו. לתגובה יש חשיבות מעשית רבה, שכן אצטלדהיד משמש בכמויות גדולות בטכנולוגיה לייצור חומצה אצטית, אלכוהול אתילי ועוד מספר חומרים.

4. פילמור של פחמימנים אצטילניים. התגובה מתנהלת אחרת בהתאם לתנאים. לפיכך, אצטילן, כאשר עובר דרך תמיסה של CuCl ו-NH₄Cl₁ בחומצה הידרוכלורית ב-80 מעלות צלזיוס נוצר ויניל-אצטילן.

לתגובה זו יש חשיבות מעשית רבה, שכן וינילאצטילן, המוסיף בקלות HCl, הופך לכלורופרן.

תגובות ההוספה המתוארות אופייניות לכל הפחמימנים הבלתי רוויים, הן אתילן והן אצטילן. עם זאת, ישנן תגובות הייחודיות לפחמימנים אצטילניים ומבדילות אותם בצורה חדה מפחמימני אתילן.

5. התגובה של היווצרות תרכובות אורגנו-מתכתיות. לאטומי מימן העומדים על אטומי פחמן המחוברים בקשר משולש יש את היכולת להיות מוחלפים במתכת. אם, למשל, אצטילן מועבר דרך תמיסת אמוניה של נחושת (I) כלוריד, אז נוצר משקע אדום-חום של אצטילן נחושת (אצטילניד נחושת):

H-C≡C-H + 2CuCl₂ + 2 NH₃ → Cu-С≡С-Cu + 2NH₄קל.

26. פחמימנים אציקליים

שמם של תרכובות אליציקליות עלה בשל העובדה שהן מכילות מחזוריות, אך דומות בתכונותיהן לחומרים מהסדרה השומנית - תרכובות אליפטיות. תרכובות אליציקליות אינן מכילות קשרים ארומטיים האופייניים לנגזרות בנזן.

תפקיד גדול במיוחד בחקר תרכובות אליציקליות שייך למדענים רוסים. מייסד הכימיה של תרכובות אליציקליות הוא VV Markovnikov.

קבוצה גדולה של פחמימנים מהסדרה האליציקלית היא מחזור המורכב ממספר קבוצות מתילן; פחמימנים אלו נקראים פולימתילן. הקבוצה הגדולה השנייה של פחמימנים אליציקלים הם נגזרות של מנטן, שהטרפנים קרובים אליהן.

פולימתילן פחמימנים, או ציקלו-אלקנים

פחמימנים פולימתילן מורכבים ממספר קבוצות מתילן (CH₂), יש את הנוסחה הכללית SpN₂ n, כלומר, הם איזומרים לאולפינים. פחמימנים פולימתילן נקראים גם ציקלופרפינים, שכן להם, בעלי מבנה מחזורי, ברוב המקרים יש תכונות דומות לפרפינים. לעתים קרובות מאוד, פחמימנים אלה, בהצעת V. V. Markovnikov, נקראים גם naphthenes (אשר קשורה לבידוד של מספר נציגים שלהם מנפט).

נציגים בודדים

נציגים בודדים של פחמימנים פולימתילן נקראים בדרך כלל על שם הפחמימנים השומניים הרוויים המתאימים עם הקידומת cyclo-. לפיכך, הפולימתילן הפחמימן הפשוט ביותר C₃Н₆ הנקרא ציקלופרופן; פחמימנים C₄Н₈ - ציקלובוטן, פחמימנים C₅Н₁₀ - cyclopentane וכו' שיטות ייצור

ציקלופרפינים כמו ציקלופנטן וציקלוהקסאן והאלקיל המוחלפים שלהם נמצאים בכמויות גדולות בכמה סוגי שמן, למשל בשמן קווקזי. בנוסף, קיימות מספר שיטות להכנתם הסינטטית, למשל, סילוק שני אטומי הלוגן מנגזרות הלוגן של פחמימנים שומניים המכילים אטומי הלוגן באטומים השונים המתאימים.

תכונות פיסיקליות וכימיות

ציקלופרופן וציקלובוטן בטמפרטורה רגילה הם גזים, ציקלופנטן וציקלוקטן הם נוזלים, הנציגים הגבוהים ביותר הם מוצקים.

לפי תכונות כימיות, ציקלופרפינים קרובים לפרפינים. אלו חומרים די יציבים מבחינה כימית הנכנסים לתגובות החלפה עם הלוגנים. היוצא מן הכלל הוא שני הנציגים הראשונים - cyclopropane ו cyclobutane. חומרים אלו, בעיקר ציקלופרופן, מתנהגים כמו תרכובות שומניות בלתי רוויות – הם מסוגלים להוסיף הלוגנים עם קרע טבעת ויצירת נגזרות דיהלוגן שומניות. הבדלים בהתנהגות של cyclopropane ו cyclobutane ונציגים אחרים של cycloparaffins מוסברים על ידי תיאוריית המתח של באייר.

27. ציקלוהקסאן, מתאן, טרפנים

ציקלוהקסאן (C₆Н₁₂) יש קשר הדוק מאוד לבנזן הפחמימני הארומטי, שממנו ניתן להשיג אותו בקלות על ידי הידרוגנציה:

С₆Н₆ + 6H → C₆Н₁₂.

בהקשר זה, cyclohexane נקרא לעתים קרובות hexahydrobenzene, בהתחשב בו כתרכובת הידרוארומטית.

תרכובות הידרוארומטיות הן אלו הנובעות מהידרוגנציה מלאה או חלקית של טבעת הבנזן בתרכובות ארומטיות.

ציקלוהקסאן נמצא בכמויות משמעותיות בשמן קווקזי. כפי שהראה נ.ד. זלינסקי, ציקלוהקסן ב-300 מעלות צלזיוס בנוכחות של פלדיום שחור (פלדיום מרוסק דק), הופך לבנזן:

С₆Н₁₂ → ג₆Н₆ + 6H.

תגובה זו עומדת בבסיס תהליך הארומטיזציה של הנפט, שהוא בעל חשיבות כלכלית לאומית רבה.

כאשר מתחמצן עם חומצה חנקתית, טבעת הציקלוהקסאן נשברת, ונוצרת חומצה אדיפית:

HOOS-(CH₂)₄ -COOH.

מנטן, טרפנים

אפשר לחשוב על מנתן, או p-methylisopropylcyclohexane, כצימן שעבר הידרוגן מלא, או p-methylisopropylbenzene.

מנתן אינו נמצא בטבע, אלא מתקבל באופן סינטטי על ידי הידרוגנציה של צימן.

כדי להקל על ייעודן של נגזרות רבות של מנתן, אטומי הפחמן בנוסחה שלו ממוספרים כפי שמוצג.

טרפנים הם קבוצה של פחמימנים בעלי הנוסחה הכללית C₁₀Н₁₆ ודומה במבנה למנטה-באר ולסימול. טרפנים נבדלים ממנתאן בתכולת מימן נמוכה יותר (כלומר, יש להם חוסר רוויה), ומצימן בתכולת מימן גבוהה (כלומר, הם מודרנים, אם כי לא לגמרי, נגזרות של צימן).

לפיכך, הטרפנים תופסים עמדת ביניים בין צימן, חומר ארומטי, לבין מנתן, נגזרת של צימן מופקעת לחלוטין: C₁₀Н₁₄- cymol, C₁₀Н₁₆ - טרפנים, סי₁₀Н₂₀ - מנטן.

טרפנים מופיעים באופן טבעי במוהל ובשרף של עצי מחט, כמו גם בשמנים אתריים רבים של מספר צמחים. שמנים אתריים מתקבלים מחלקים שונים של צמחים, כאשר השמנים האתריים הטובים ביותר מתקבלים מפרחים. נעשה שימוש בשיטות שונות להשגת שמנים אתריים; לרוב הם מזוקקים עם אדי מים, לעתים רחוקות יותר הם מופקים עם ממיסים אורגניים; יש דרכים אחרות להשיג את זה. שמנים אתריים, יחד עם טרפנים, מכילים מגוון רחב של חומרים הקשורים לאלכוהול, אלדהידים, קטונים וקבוצות אחרות של תרכובות אורגניות.

28. תכונות כלליות של טרפנים

כל הטרפנים הם נוזלים. בהיותם נגזרות של צימן שעבר הידרוגן לא מוחלט, הן מכילות קשרים כפולים (אחד או שניים) במולקולות שלהם ולכן מסוגלות להוסיף ברום, מימן כלורי וכו'. תכונה חשובה של טרפנים היא יכולתם להתחמצן על ידי חמצן אטמוספרי. תהליך חמצון הטרפן מורכב מאוד ומתקדם אחרת באוויר יבש ולח. באוויר יבש נוצרות תרכובות חמצן, אשר מוותרות לאחר מכן על החמצן שלהן, והופכות לתרכובות תחמוצת. תכונות החמצון של טרפנטין בעל אוזון ותיק, המבוסס על נוכחות של תרכובות פרוקסיד בו, שימשו קודם לכן כאשר טרפנטין כזה שימש כתרופה נגד, למשל, במקרה של הרעלת זרחן.

הטרפנים, בהתאם למבנה, מחולקים למספר קבוצות, כאשר החשובות שבהן הן טרפנים מונוציקליים וביציקליים.

טרפנים מונוציקליים

טרפנים מונוציקליים מכילים טבעת אחת לכל מולקולה. הם מחברים ארבעה אטומי ברום, כלומר יש להם שני קשרים כפולים. לימונן יכול לשמש כנציג של טרפנים מונוציקליים.

ללימונן קשר כפול אחד בליבה - בין אטום הפחמן הראשון לשני - השני - בשרשרת התלת-פחמן הצדדית. לימונן נמצא בשמנים אתריים רבים, במיוחד בשמן לימון. הריח הנעים של הלימונים תלוי בלימונן המצוי בשמן האתרי של הלימונים; מכאן השם "לימונן".

לימונן נמצא גם בשמנים האתריים של כמה צמחים מחטניים, כמו השמן האתרי של מחטי אורן. בזיקוק באדים, מחטי אורן ואשוח מקבלים "מי יער" - נוזל בעל ריח ארומטי נעים. טרפנים דו מחזוריים

טרפנים דו-מחזוריים מכילים שתי טבעות לכל מולקולה. המולקולות שלהם מחברות שני אטומי ברום, לכן, לטרפנים דו-מחזוריים יש קשר כפול אחד.

קבוצות שונות של טרפנים דו-ציקליים נגזרות בדרך כלל מפחמימנים שאינם מכילים קשרים כפולים - קארן, פינאן וקמפאן, אשר בנוסף לטבעת בעלת שישה איברים, מכילים טבעות שלוש, ארבע וחמישה. בהתאם, נבדלים טרפנים דו-מחזוריים של קבוצות קאראן, פינאן וקמפאן.

בחינה מדוקדקת של הנוסחאות של טרפנים דו-מחזוריים מראה שקבוצת האיזופרופיל H לוקחת חלק בבניית הטבעת הקטנה יותר שלהם.₃C-C-CH₃, שנמצא גם במנטן.

הטרפנים הביציקליים החשובים ביותר הוא פינן, השייך לקבוצת הפינאן.

פינן הוא המרכיב העיקרי בטרפנטין, או שמני טרפנטין, המתקבלים מצמחים מחטניים. השם "פינן" מגיע מהשם הלטיני pinus - אורן.

29. פחמימנים ארומטיים

השם "תרכובות ארומטיות" עלה בשלבים הראשונים של התפתחות הכימיה האורגנית. קבוצת התרכובות הארומטיות כללה מספר חומרים המתקבלים משרף טבעי, מזור ושמנים אתריים בעלי ריח נעים. לאחר מכן, התברר כי מספר תרכובות אלו מבוססות על ליבת הפחמימנים של בנזן C6 H6. בהקשר זה, כל התרכובות שהן נגזרות של בנזן החלו להיקרא תרכובות ארומטיות. ידוע על מספר עצום של תרכובות ארומטיות, שרק לחלק קטן מאוד מהן יש ריח ארומטי נעים.

בנזן וההומולוגיות שלו

כשם שמתאן הוא ה"אב הקדמון" של כל הפחמימנים הרוויים, בנזן נחשב ל"אב הקדמון" של כל הפחמימנים הארומטיים. פחמימנים ארומטיים הם בנזן ונגזרות של בנזן, שבהם אטום מימן אחד או יותר מוחלפים ברדיקלים.

המבנה של בנזן

במשך כמה עשורים, מבנה הבנזן היה נושא לוויכוח מדעי ער. נוסחה מולקולרית של בנזן C₆Н₆ כאילו מדברים על חוסר רוויה גדול של בנזן, המקביל לחוסר רוויה של אצטילן (C₂Н₂). אף על פי כן, בתנאים רגילים, בנזן אינו נכנס לתגובות הוספה האופייניות לפחמימנים בלתי רוויים: הוא אינו מוסיף הלוגנים, אינו משנה צבע של תמיסות KMnO₄. עבור בנזן, תגובות החלפה אופייניות יותר, אופייניות בדרך כלל לפחמימנים רוויים.

אז, למשל, אטומי מימן בבנזן מוחלפים בהלוגנים:

С₆Н₆ + Vr₂ → ג₆Н₅Vg + HBg.

ברומובנזן

שלב חשוב בבירור מבנה הבנזן היה התיאוריה של המבנה המחזורי של המולקולה שלו, שהועלתה על ידי A. Kekule בשנות ה-60 של המאה הקודמת. נתונים ניסיוניים לתיאוריה זו הושגו על ידי בן ארצנו F. F. Beilstein ומדענים אחרים. הוכח שלבנזנים מוחלפים אין איזומרים. לדוגמה, יש רק ברומובנזן אחד (C₆Н₅Br), ניטרובנזן אחד (C₆Н₅לא₂) וכו.

אם אטומי הפחמן בבנזן היו מחוברים בצורה של שרשרת פתוחה, אז היו לפחות שלושה איזומרים של בנזן חד-מוחלף, איזומרים אלו היו שונים במיקום התחליף (לדוגמה, ברום) בראשון, השני או אטום פחמן שלישי.

די ברור שאם אטומי הפחמן בבנזן מקושרים בצורה של מחזור, אז אין "התחלה" של השרשרת, כל אטומי הפחמן שווים, ולבנזן חד-מוחלף לא יכול להיות איזומרים.

המבנה המחזורי של בנזן הוכר על ידי רוב הכימאים, אך שאלת הערכיות של אטומי פחמן ואופי הקשרים שלהם זה עם זה עדיין הייתה שנויה במחלוקת. בנוסחה המחזורית, לכל אטום פחמן יש ערכיות רביעית חופשית. מכיוון שתרכובות יציבות עם ערכיות חופשיות אינן ידועות, היה צורך להניח שהערכיות הרביעית של כל ששת אטומי הפחמן רוויים איכשהו זה בזה.

30. מינוח ואיזומריות של פחמימנים ארומטיים

מִנוּחַ. שמות רציונליים לפחמימנים ארומטיים נגזרים בדרך כלל מהשם "בנזן", תוך הוספת שמו של רדיקל אחד או יותר המחליפים את אטומי המימן במולקולת הבנזן. אז, פחמימנים C₆Н₈SN₃ הנקרא מתיל בנזן; פחמימנים C₆Н₄(CH₃)(מ₂Н₅) - מתיל-אתיל-בנזן וכו'.

יחד עם שיטת מתן שמות זו, לעתים משתמשים באחרת: הומלוג בנזן נחשב כנגזרת של פחמימן שומני שבו אטום המימן מוחלף בשארית בנזן C.₆Н₅שנקרא פניל. ואז פחמימנים C₆Н₅-CH₃ בשיטה זו קוראים פנילמתאן.

לכמה הומולוגיות בנזן שנמצאות בשימוש נרחב בפועל יש שמות אמפיריים מבוססים. לדוגמה, מתיל-בנזן C₆Н₅-CH₃ נקרא טולואן; דימתיל-בנזן - C₆Н₄(CH₃)₂ - קסילן וכו'.

השאריות של פחמימנים ארומטיים, הרדיקלים שלהם, נושאים את השם הכללי של ארילים, באנלוגיה לשם של שאריות פחמימנים שומניים - אלקיל.

איזומריזם. במספר תרכובות ארומטיות, נתקלים לעיתים קרובות באיזומריות, בהתאם לסידור של שני תחליפים או יותר ביחס זה לזה. אז, במולקולת בנזן לא-חלפה, שני תחליפים יכולים להיות במיקומים שונים, ונותנים שלושה איזומרים:

1) תחליפים יכולים להיות ממוקמים באטומי פחמן שכנים: איזומרים עם סידור זה נקראים אורתואיזומרים;

2) תחליפים יכולים להיות ממוקמים באטומי פחמן המופרדים על ידי אטום פחמן אחר - מטאיזומרים;

3) תחליפים יכולים להיות ממוקמים באטומי פחמן המופרדים על ידי שני אטומי פחמן, כלומר ממוקמים באלכסון - פאראיזומרים. עבור בנזן תלת-מוחלף, אפשריים גם שלושה סידורי תחליפים שונים:

1) כל שלושת התחליפים יכולים להיות ממוקמים בשלושה אטומי פחמן שכנים; איזומר עם סידור כזה של תחליפים נקרא רגיל או סביבה;

2) ניתן למקם שלושה תחליפים באופן ששניים מהם ממוקמים באטומי פחמן שכנים, והשלישי נמצא במיקום מטא ביחס לאחד מהם; איזומר כזה נקרא לא סימטרי;

3) כל שלושת התחליפים יכולים להיות ממוקמים בעמדה מטא אחד לאחד; סידור כזה נקרא סימטרי.

בנוסף לאיזומריזם הנחשב, התלוי במיקום התחליפים בטבעת, יכולים להיות סוגים נוספים של איזומריזם בקבוצת הפחמימנים הארומטיים. לדוגמה, לרדיקלים המחליפים אטומי מימן בטבעת הבנזן עשויה להיות שרשרת ישרה של אטומי פחמן ושרשרת מסועפת פחות או יותר. יתר על כן, איזומריזם עשוי להיות תלוי במספר הרדיקלים המכילים עבור איזומרים שונים בסך הכל עם שאריות הבנזן את אותו מספר של אטומי פחמן ומימן.

31. השגת פחמימנים ארומטיים. מעיינות טבעיים

זיקוק יבש של פחם.

פחמימנים ארומטיים מתקבלים בעיקר מזיקוק יבש של פחם. כאשר פחם מחומם ברטורטים או תנורי קוקינג ללא גישה לאוויר ב-1000-1300 מעלות צלזיוס, החומרים האורגניים של הפחם מתפרקים עם היווצרות של מוצרים מוצקים, נוזליים וגזים.

התוצר המוצק של זיקוק יבש - קוקה - הוא מסה נקבובית המורכבת מפחמן מעורבב באפר. קולה מיוצר בכמויות עצומות ונצרך בעיקר על ידי תעשיית המתכות כגורם מפחית בייצור מתכות (בעיקר ברזל) מעפרות.

התוצרים הנוזליים של זיקוק יבש הם זפת צמיגה שחורה (זפת פחם), והשכבה המימית המכילה אמוניה היא מי אמוניה. זפת פחם מתקבלת בממוצע 3% מהמסה של הפחם המקורי. מי אמוניה הם אחד המקורות החשובים לייצור אמוניה. מוצרים גזים של זיקוק יבש של פחם נקראים גז קוק. לגז תנורי קוק יש הרכב שונה בהתאם לדרגת הפחם, מצב הקוק וכו'. גז הקוק המיוצר בסוללות תנורי קוק מועבר דרך סדרה של סופגים הלוכדים זפת, אמוניה ואדי שמן קל. שמן קל המתקבל על ידי עיבוי מגז תנור קוק מכיל 60% בנזן, טולואן ופחמימנים אחרים. רוב הבנזן (עד 90%) מתקבל בדרך זו ורק מעט - על ידי חלוקה של זפת פחם.

עיבוד של זפת פחם. לזפת פחם יש מראה של מסה שרף שחורה עם ריח אופייני. נכון לעכשיו, יותר מ-120 מוצרים שונים בודדו מזפת פחם. ביניהם פחמימנים ארומטיים, וכן חומרים ארומטיים המכילים חמצן בעלי אופי חומצי (פנולים), חומרים המכילים חנקן בעלי אופי בסיסי (פירידין, קינולין), חומרים המכילים גופרית (תיופן) וכו'.

זפת פחם עוברת זיקוק חלקי, וכתוצאה מכך מתקבלים מספר חלקים.

שמן קל מכיל בנזן, טולואן, קסילנים וכמה פחמימנים אחרים.

שמן בינוני, או קרבולי, מכיל מספר פנולים.

שמן כבד, או קריאוזוט,: מבין הפחמימנים בשמן כבד, נפתלין מכיל.

הפקת פחמימנים מנפט

שמן הוא אחד המקורות העיקריים של פחמימנים ארומטיים. רוב השמנים מכילים רק כמויות קטנות מאוד של פחמימנים ארומטיים. משמן ביתי עשיר בפחמימנים ארומטיים הוא השמן של שדה אוראל (פרם). השמן של "באקו השני" מכיל עד 60% של פחמימנים ארומטיים.

בשל המחסור בפחמימנים ארומטיים, נעשה כיום שימוש ב"טעם שמן": מוצרי שמן מחוממים בטמפרטורה של כ-700 מעלות צלזיוס, וכתוצאה מכך ניתן לקבל 15-18% מהפחמימנים הארומטיים מתוצרי הפירוק של השמן. .

32. סינתזה, תכונות פיזיקליות וכימיות של פחמימנים ארומטיים

1. סינתזה מפחמימנים ארומטיים ונגזרות הלוגן מסדרת השומנים בנוכחות זרזים (סינתזה של Friedel-Crafts).

2. סינתזה ממלחים של חומצות ארומטיות.

כאשר מלחים יבשים של חומצות ארומטיות מחוממים עם סודה ליים, המלחים מתפרקים ליצירת פחמימנים. שיטה זו דומה לייצור פחמימנים שומניים.

3. סינתזה מאצטילן. תגובה זו מעניינת כדוגמה לסינתזה של בנזן מפחמימנים שומניים.

כאשר אצטילן מועבר דרך זרז מחומם (ב-500 מעלות צלזיוס), הקשרים המשולשים של האצטילן נשברים ושלוש מהמולקולות שלו מתפלמרות למולקולת בנזן אחת.

תכונות פיסיקליות

פחמימנים ארומטיים הם נוזלים או מוצקים בעלי ריח אופייני. פחמימנים עם לא יותר מטבעת בנזן אחת במולקולות שלהם קלים יותר ממים. פחמימנים ארומטיים מסיסים מעט במים.

ספקטרום ה-IR של פחמימנים ארומטיים מאופיינים בעיקר בשלושה אזורים:

1) בערך 3000 ס"מ^-1, עקב תנודות מתיחה של C-H;

2) שטח 1600-1500 ס"מ^-1, הקשורים לתנודות שלד של קשרי פחמן-פחמן ארומטיים ומשתנים באופן משמעותי במיקום הפסגות בהתאם למבנה;

3) שטח מתחת ל-900 ס"מ^-1, המתייחס לתנודות הכיפוף של C-H של הטבעת הארומטית.

תכונות כימיות

התכונות הכימיות הכלליות החשובות ביותר של פחמימנים ארומטיים הם נטייתם לתגובות החלפה והחוזק הגבוה של טבעת הבנזן.

להומולוגים בנזן יש ליבת בנזן ושרשרת צד במולקולה שלהם, למשל, בפחמימן C₆Н₅-ג₂Н₅ קבוצה ג'₆Н₅ הוא גרעין הבנזן, ו-C₂Н₅ - שרשרת צד. התכונות של ליבת הבנזן במולקולות של הומולוגיות בנזן מתקרבות לתכונות של בנזן עצמו. התכונות של שרשראות הצדדיות, שהן שאריות של פחמימנים שומניים, מתקרבות לתכונות של פחמימנים שומניים.

ניתן לחלק את התגובות של פחמימנים בנזן לארבע קבוצות.

33. כללי התמצאות בגרעין הבנזן

כאשר חקרו תגובות החלפה בגרעין הבנזן, נמצא שאם גרעין הבנזן כבר מכיל קבוצה מחליפה כלשהי, אז הקבוצה השנייה נכנסת למיקום מסוים בהתאם לאופי התחליף הראשון. לפיכך, לכל תחליף בגרעין הבנזן יש פעולת כיוון מסוימת, או כיוון.

מיקומו של התחליף החדש שהוכנס מושפע גם מאופיו של התחליף עצמו, כלומר, האופי האלקטרופילי או הנוקלאופילי של המגיב הפעיל. הרוב המכריע של תגובות ההחלפה החשובות ביותר בטבעת הבנזן הן תגובות החלפה אלקטרופיליות (החלפת אטום מימן מתפצל בצורת פרוטון על ידי חלקיק בעל מטען חיובי) - הלוגנציה, סולפונציה, תגובות ניטרציה וכו'.

כל המחליפים מחולקים לשתי קבוצות לפי אופי פעולתם המנחה.

1. תחליפים מהסוג הראשון בתגובות החלפה אלקטרופיליות מכוונים קבוצות שהוכנסו לאחר מכן לעמדות האורתו והפארה.

תחליפים מסוג זה כוללים, למשל, את הקבוצות הבאות, המסודרות בסדר יורד של כוח הכיוון שלהן: -NH₂, -OH, -CH3.

2. תחליפים מהסוג השני בתגובות החלפה אלקטרופיליות מכוונים קבוצות שהוכנסו לאחר מכן לעמדה המטה.

תחליפים מהסוג הזה כוללים את הקבוצות הבאות, מסודרות בסדר יורד של כוח הכיוון שלהן: -NO₂, -C≡N, -SO₃H.

תחליפים מהסוג הראשון מכילים קשרים בודדים; תחליפים מהסוג השני מאופיינים בנוכחות של קשרים כפולים או משולשים.

תחליפים מהסוג הראשון ברוב המכריע של המקרים מקלים על תגובות החלפה. לדוגמה, כדי לחנק בנזן, אתה צריך לחמם אותו עם תערובת של חומצות חנקתיות וגופרית מרוכזות, בעוד פנול C₆Н₅ניתן לחנק את OH בהצלחה עם חומצה חנקתית מדוללת בטמפרטורת החדר ליצירת אורטו-ופראניטרופנול.

תחליפים מהסוג השני בדרך כלל מעכבים לחלוטין את תגובות ההחלפה. ההחלפה בעמדות האורטו והפארא היא קשה במיוחד, וההחלפה בעמדת המטה קלה יותר יחסית.

נכון להיום, השפעתם של תחליפים מוסברת על ידי העובדה שתחליפים מהסוג הראשון הם תורמי אלקטרונים (תורמים אלקטרונים), כלומר ענני האלקטרונים שלהם מוזזים לכיוון גרעין הבנזן, מה שמגביר את התגובתיות של אטומי מימן.

עלייה בתגובתיות של אטומי מימן בטבעת מקלה על מהלך של תגובות החלפה אלקטרופיליות. כך, למשל, בנוכחות הידרוקסיל, האלקטרונים החופשיים של אטום החמצן מוזזים לעבר הטבעת, מה שמגביר את צפיפות האלקטרונים בטבעת, ואת צפיפות האלקטרונים של אטומי פחמן במיקומי האורתו והפארא לתחליף במיוחד. עולה.

34. כללי החלפה בטבעת בנזן

כללי ההחלפה בטבעת הבנזן הם בעלי חשיבות מעשית רבה, שכן הם מאפשרים לחזות את מהלך התגובה ולבחור את הנתיב הנכון לסינתזה של חומר רצוי זה או אחר.

מנגנון תגובות החלפה אלקטרופיליות בסדרה הארומטית. שיטות מחקר מודרניות אפשרו להבהיר במידה רבה את מנגנון ההחלפה בסדרה הארומטית. מעניין שמבחינות רבות, במיוחד בשלבים הראשונים, מנגנון ההחלפה האלקטרופילית בסדרה הארומטית התברר כדומה למנגנון ההוספה האלקטרופילית בסדרה השומנית.

השלב הראשון בהחלפה אלקטרופילית הוא (כמו בתוספת אלקטרופילית) יצירת קומפלקס p. החלקיק האלקטרופילי Xd+ נקשר לכל ששת האלקטרונים ה-p של טבעת הבנזן.

השלב השני הוא היווצרות ה-p-complex. במקרה זה, החלקיק האלקטרופילי "שואב" שני אלקטרונים משישה אלקטרונים p ליצירת קשר קוולנטי רגיל. קומפלקס ה-p המתקבל כבר אינו בעל מבנה ארומטי: זהו קרבוקאטיון לא יציב שבו ארבעה אלקטרונים p במצב דה-לוקאלי מופצים בין חמישה אטומי פחמן, בעוד אטום הפחמן השישי עובר למצב רווי. התחליף X המוכנס ואטום המימן נמצאים במישור המאונך למישור הטבעת בעלת שישה איברים. קומפלקס S הוא תוצר ביניים שהיווצרותו ומבנהו הוכחו במספר שיטות, בעיקר בספקטרוסקופיה.

השלב השלישי של החלפה אלקטרופילית הוא ייצוב קומפלקס S, אשר מושג על ידי חיסול של אטום מימן בצורה של פרוטון. שני האלקטרונים המעורבים ביצירת הקשר C-H, לאחר הסרת פרוטון, יחד עם ארבעה אלקטרונים דה-לוקאליים של חמישה אטומי פחמן, נותנים את המבנה הארומטי היציב הרגיל של בנזן מוחלף. תפקידו של הזרז (בדרך כלל א₁Cl₃) בתהליך זה מורכב מחיזוק הקיטוב של הלואלקיל עם היווצרות של חלקיק טעון חיובי, הנכנס לתגובת החלפה אלקטרופילית.

תגובות תוספת

פחמימנים בנזן נכנסים לתגובת ההוספה בקושי רב - הם אינם משנים את צבע מי ברום ותמיסת KMnO₄. עם זאת, בתנאים מיוחדים, תגובות הוספה עדיין אפשריות.

1. תוספת הלוגנים.

החמצן בתגובה זו ממלא תפקיד של זרז שלילי: בנוכחותו, התגובה אינה ממשיכה. תוספת מימן בנוכחות זרז:

C₆H₆ + 3H₂ → ג₆H₁₂

2. חמצון של פחמימנים ארומטיים.

בנזן עצמו עמיד במיוחד בפני חמצון - עמיד יותר מפרפינים. תחת פעולתם של חומרי חמצון אנרגטיים (KMnO4 בתווך חומצי וכו') על הומולוגיות בנזן, ליבת הבנזן אינה מתחמצנת, בעוד שרשראות הצדדיות עוברות חמצון עם היווצרות חומצות ארומטיות.

35. קבוצת נפתלין

האב הקדמון של התרכובות של קבוצת הנפתלין הוא הנפתלין הפחמימני C10 H8. הנוסחה המולקולרית של נפתלין הוקמה לראשונה על ידי A. A. Voskresensky.

המבנה של נפתלין דומה מאוד לזה של בנזן. מחקרי רנטגן מראים שמולקולת הנפתלין שטוחה, כמו מולקולת הבנזן, אך המרחקים הבין-אטומיים אינם מיושרים כמו במולקולת הבנזן, ונעים בין 1,356 ל-1,425 A.

איזומריזם של נגזרות נפתלין

לבנזנים מוחלפים אין איזומרים. המצב שונה עם נפתלין חד-מוחלף. ישנם שני אטומי פחמן במולקולת הנפתלין, השייכים בו זמנית לשני גרעיני הבנזן; מתוך שמונת הפחמנים הנותרים של נפתלין, ארבעה קשורים ישירות לפחמנים משותפים - ארבעת הפחמנים הללו מסומנים בדרך כלל באות A. ארבעת הפחמנים הנותרים מופרדים משני הפחמנים הנפוצים על ידי א-אטומים; אטומי פחמן שהוסרו מסומנים באות b.

בהקשר זה, כל נפתלין חד-מוחלף יכול להתקיים בצורה של איזומר a ו-b, תלוי איזה מאטומי הפחמן הוחלף.

מקבל נפתלין

המקור העיקרי לייצור נפתלין הוא זפת פחם המכילה 8-10% נפתלין. בעת חלוקת זפת פחם, נפתלין עובר, יחד עם פנולים, בעיקר לשבריר של שמן קרבולי. פנולים מופרדים מנפתלין באמצעות אלקלי שממיס פנולים, ואז נפתלין מטוהר על ידי זיקוק ואקום וסובלימציה. נפתלין בצורת נגזרותיו הרבות נמצא בשימוש נרחב לייצור צבעים, תרופות, חומרי נפץ, ממיסים וכו'. תכונות פיזיקליות

נפתלין הוא חומר גבישי מוצק בעל ריח אופייני; נדיף ודליק. נפתלין אינו מסיס במים, אך מסיס באלכוהול חם, אתר ובנזן. תכונות כימיות

לנפתלין, בדומה לבנזן במבנהו, יש אופי ארומטי, כלומר, ניתן לחנוק אותו בקלות, סולפפון וכו'.

1. הוספת מימן (הידרוגנציה). ניתן להוסיף מימן לקשרים הכפולים של נפתלין. בהתאם לתנאי ההידרוגנציה מתקבלים דיהידונפתלין, טטרהידונפתלין ודקהידונפתלין. מוצרים להפחתת נפתלין - טטרלין ודקלין - נמצאים בשימוש נרחב בטכנולוגיה כממיסים, דלקים וכו'.

2. החלפה של אטומי מימן.

אטומי מימן בנפתלין מוחלפים בקלות, וברוב המקרים מתקבלות בקלות רבה יותר נגזרות a. במקרים רבים נגזרות b מתקבלות בצורה ארוכה יותר.

3. חמצון.

חמצון נמרץ של נפתלין או חמצון קל יותר של נגזרות האוקסי והאמינו שלו מוביל ליצירת נפתוקינונים.

36. אנתראקן, קבוצת פננתרן

אנתראקן ופנונתרן בעלי אותה נוסחה מולקולרית C₁₄Н₁₀, הכלול בזפת פחם; הם מבודדים משבריר שמן האנתרצין.

אנתראקן הוא שילוב של שלוש טבעות בנות שישה איברים. המחקר של אנתרצין באמצעות ניתוח עקיפה של קרני רנטגן מראה שכל 14 אטומי הפחמן של מולקולת האנתרצין נמצאים באותו מישור. זהו חומר גבישי, מסיס מאוד בבנזן חם, מסיס גרוע באלכוהול ובאתר, ואינו מסיס במים. ניידים במיוחד במולקולת האנתרצין הם אטומי מימן בעמדות 9 ו-10, כלומר באמצע, מה שנקרא mesoposition.

הניידות של אטומי מימן במזופוזיציה מתבטאת, במיוחד, בעובדה שתחת פעולתם של חומרי חמצון, הם מתחמצנים הרבה יותר בקלות מאשר אטומים אחרים עם היווצרות אנתרקינון.

החשובים ביותר מבין נגזרות האנתרצין הם אנתרקינון ואליזארין.

קבוצת הפנונתרן ומערכות מעובה אחרות

Phenantrene הוא איזומר של אנתרצין (C₁₄Н₁₀,) היא מערכת דחוסה המורכבת משלוש טבעות בנות שישה איברים.

כדי לייעד נגזרות של פננתרן, האטומים שלו בנוסחה ממוספרים כפי שמוצג לעיל.

Phenantrene - גבישים מבריקים חסרי צבע, מסיסים בקלות בבנזן ובהומולוגים שלו.

הגרעינים הקיצוניים של פננתרן הם בעלי אופי ארומטי הדומה לבנזן. בגרעין האמצעי, אטומי הפחמן ה-9 וה-10, המקושרים בקשר כפול, מתנהגים כמו שרשראות של פחמימנים בלתי רוויים, מוסיפים בקלות ברום (עם הפסקה בקשר הכפול), מתחמצנים בקלות וכו'.

Phenantrene לא מצא יישום טכני רחב כל כך כמו אנתרצין. עם זאת, משמעותו גדולה מאוד. התברר כי ליבת הפננתרן עומדת בבסיס מספר רב של תרכובות בעלות השפעות פיזיולוגיות. כך, למשל, הליבה של phenanthren (מודרן חלקית, כלומר בעל מספר קטן יותר של קשרים כפולים) עומדת בבסיס אלקלואידים חשובים כמו מורפיום וקודאין.

ליבת פנונתרן שעברה הידרוגמה מלאה שהתמזגה לטבעת ציקלופנטן בעלת חמישה איברים נקראת ציקלופנטנופרהידרופפנתרן. ליבה זו עומדת בבסיס מולקולות סטרואידים, הכוללות סטרולים, ויטמיני D, חומצות מרה, הורמוני מין, אגליקונים של גליקוזידים לבביים ועוד מספר חומרים חשובים מבחינה ביולוגית.

מערכות דחוסות אחרות

יחד עם נפתלין, אנתרצין ופננתרן, זפת פחם מכילה מספר רב של פחמימנים אחרים בעלי מחזוריות מעובה.

פחמימנים ארומטיים רבים עם טבעות מולחמות הם מסרטנים, כלומר יש להם את היכולת לגרום לסרטן. למה שנקרא מתילכולנתרן יש השפעה מסרטנת חזקה במיוחד.

37. תרכובות ארומטיות שאינן בנזן

המאפיינים האופייניים העיקריים של תרכובות ארומטיות: עמידות בפני חמצון, קלות תגובות החלפה אלקטרופיליות - ניטרציה, סולפונציה, הלוגנציה, נטייה נמוכה מאוד לתגובות הוספה. מעניינים מאוד תרכובות שאינן נגזרות של בנזן, אך בעלות תכונות ארומטיות, כלומר תרכובות ארומטיות שאינן בנזן.

עבודותיהם של רובינסון וחוקרים אחרים הראו כי לצורך ביטוי של תכונות ארומטיות, יש צורך בנוכחות בטבעת (לא בהכרח בעלת שישה איברים) של מה שנקרא סקסטת האלקטרונים הארומטית - שישה אלקטרונים p מצומדים. כדי שהצימוד של האלקטרונים p יתרחש, הצירים שלהם חייבים להיות מקבילים, ולכן, הטבעת כולה חייבת להיות באותו מישור - קו מישורי. לא כל המולקולות יכולות להיות דו מישוריות, אלא אלו שזוויות הקשר שלהן קרובות ל-120° (זוויות הקשר של בנזן). תנאים כאלה מתקיימים בעיקר על ידי טבעות בנות חמישה ושבעה איברים. לאחר מכן, חישובים מכאניים קוונטיים הראו אפשרות לקיומן של מספר גדול בהרבה של מערכות ארומטיות, הכוללות לא רק טבעות בעלות חמישה ושבעה איברים.

לפי הכלל של Hückel, כל הטבעות עם קשרים מצומדים בעלות מספר האלקטרונים p מצומדים השווה ל-4n + 2 (כאשר n = 0, 1, 2, 3 וכו') בעלות תכונות ארומטיות. עבור בנזן, n = 1. מספר ה-p-אלקטרונים המצומדים הוא 4n + 2 = 4 + 2 = 6.

רבות מהמערכות הארומטיות שאינן בנזן שנחזו על ידי התיאוריה סונתזו.

מערכת ארומטית עם טבעת בעלת חמישה איברים

ציקלופנטדיניל אניון. ציקלופנטדיניל אניון ניתן להשיג מציקלופנטדיאן, חומר השייך לסדרה האליציקלית. אטומי המימן בקבוצת המתילן של חומר זה הם ניידים מאוד. תחת פעולת אבקת נתרן מתכתי בקסילן רותח, מימן מתפצל מקבוצת מתילן זו ונוצר נתרן ציקלופנטדיניל.

בתהליך של פיצול אטום מימן ויצירת יון ציקלופנטדיניל, נותרו לאטום הפחמן שני אלקטרונים (שאחד מהם הוא האלקטרון של הפחמן עצמו, והשני מפיצול המימן). יש שינוי בהכלאה של אורביטלים אלקטרונים. מבין שני האלקטרונים הנותרים, אחד בצורת ענן p-אלקטרון חופף לשני אלקטרונים p שכנים, ויוצר מערכת מצומדת אחת של חמישה p-אורביטלים, והאלקטרון השני מפוזר באופן שווה בין חמישה p-אורביטלים, כלומר, באותה מידה של הסתברות, זה יכול להיות ממוקם על כל אחד מהם. לפיכך, על חשבון חמישה אלקטרונים משלהם של אטומי פחמן ואחד נוסף, נוצרת סקסטה של ​​אלקטרונים p מצומדים, הנחוצה לביטוי של תכונות ארומטיות.

38. מערכות ארומטיות עם מחזור שבעה איברים

קטיון טרפיליום. באניון cyclopentadienyl, ה-Sextet הארומטי נוצר על ידי חמישה אלקטרונים מאטומי הפחמן של הטבעת בעלת חמישה איברים ואלקטרון אחד נוסף. אבל אפשרית גם דרך נוספת ליצירת סקסטה ארומטית - עם אובדן של אלקטרון אחד משבעה אטומי פחמן של הטבעת בת שבעה (זה אופייני לקטיון הטרופיליום). ניתן להשיג את קטיון הטרופיליום על ידי פעולה של ברום מולקולרי על פחמימן, טרופילידן או ציקלוהקסטריאן, מערכת שבעה איברים עם שלושה קשרים כפולים.

בסופו של דבר, מהות התגובה היא חיסול מקבוצת המתילן.

כך נוצרת מערכת אחת של שבעה p-אורביטלים מצומדים עם אותם מרחקי C-C. עם זאת, שבעת האורביטלים הללו מלאים בשישה אלקטרונים בלבד. היעדר אלקטרון אחד במערכת זו הוא הסיבה למטען החיובי של קטיון הטרופיליום.

מלחי טרפיליום מסיסים מאוד במים ואינם מסיסים בממיסים אורגניים. יוני טרפיליום, בעלי מטען חיובי, נכנסים בקלות לתגובות החלפה נוקלאופיליות, וכתוצאה מכך נוצרים נגזרות ניטרליות של טרופילידן.

מערכת ארומטית המכילה טבעות חמש בנות ושבעה איברים

אזולין. אזולן הוצגה בעבר כמערכת מעובה המכילה טבעת ציקלופנטדיאן בעלת חמישה איברים וטבעת ציקלוהקסטריאן בת שבעה איברים, או מערכת ציקלופנטדינוציקלוהפטטריאן.

על פי נתונים מודרניים, נכון יותר לייצג אזולן כמערכת מעובה של אניון ציקלופנטדיניל וקטיון טרופיליום. לכל אחד מ-10 אטומי הפחמן של אזולן יש p-orbital, כולם יוצרים מערכת אלקטרונית אחת. עם זאת, צפיפות האלקטרונים בטבעות בנות חמישה ושבעה איננה זהה. מכיוון שלכל טבעת יש נטייה לששת אלקטרונים ארומטית, טבעת בעלת שבעה איברים מוותרת על אלקטרון אחד לטבעת בעלת חמישה איברים. כתוצאה מכך, בטבעת בעלת חמישה איברים, שישה אלקטרונים ממוקמים בחמישה p-אורביטלים (לטבעת זו יהיה מטען שלילי), ובטבעת בת שבעה, ששת האלקטרונים הנותרים יהיו ממוקמים בשבעה p-אורביטלים. (לטבעת זו תהיה מטען חיובי).

אזולן הוא חומר גבישי כחול. לנגזרות אזולן יש גם צבע כחול או כחול-סגול. הצבע נובע מנוכחות של מערכת מצומדת ארוכה מספיק של אלקטרונים p במולקולה.

אזולן מתיזומר בקלות לנפטלין. נגזרות של אזולן, בפרט כאלה המוחלפים באלקיל, כלולים בשמנים האתריים של מספר צמחים, כולל צמחים רפואיים (קמומיל רומי, אקליפטוס, כמה סוגי לענה), מה שמסביר את ההשפעה האנטי-דלקתית של צמחים אלו.

39. פנולים מונטומיים

שיטות קבלת

1. השגת מזפת פחם. שיטה זו היא השיטה הטכנית החשובה ביותר להשגת פנולים. זה מורכב מהעובדה שבתחילה שברי הזפת מטופלים באלקליות. פנולים, המסיסים מאוד בתמיסות מימיות של אלקליות עם היווצרות של פנולטים, מופרדים בקלות מפחמימני זפת, שבתורם אינם מתמוססים לא במים או בתמיסות מימיות של אלקליות. התמיסות האלקליות המתקבלות מטופלות בחומצה גופרתית, המפרקת פנולטים, וכתוצאה מכך משתחררים שוב פנולים, למשל:

C₆H₅ONa + H₂כך₄ → NaHSO₄ + ג₆H₅אה.

הפנולים המבודדים להפרדה עוברים זיקוק חלקי חוזר וטיהור נוסף.

2. השגה ממלחים של חומצות סולפוניות. כאשר מלחים של חומצות סולפוניות מתמזגים עם אלקליות, נוצרים פנול ואשלגן גופרתי:

C₆H₅SO₃K + KOH → C₆Н₅OH + K₂כך₄.

הפנול שנוצר בנוכחות KOH הופך לפנולט:

С₆Н₅OH + KOH → C₆Н₅OK+H₂O.

הפנולט מתפרק עוד יותר עם חומצה גופרתית, ונוצר פנול חופשי:

С₆Н₅OK+H₂כך₄ → ג₆Н₅OH + KHSO₄.

3. קבלת מקומן (איזופרופילבנזן).

קומין מחומצן עם חמצן אטמוספרי; הידרופרוקסיד שכומין שנוצר תחת פעולת חומצה גופרתית נותן פנול ועוד מוצר בעל ערך - אצטון:

קומן → קומן הידרופרוקסיד → פנול.

4. השגת מלחי דיאזוניום היא דרך חשובה להחדרת הידרוקסיל פנולי.

קומן מתקבל על ידי אלקילציה של בנזן עם פרופילן (מופרד מפיצוח גזים) בנוכחות זרזים (לדוגמה, AICl₁₃).

תכונות פיסיקליות

פנולים ברוב המקרים הם חומרים גבישיים מוצקים, מסיסים בצורה גרועה מאוד במים. יש להם ריח אופייני חזק.

תכונות כימיות

התכונה החשובה ביותר של פנולים, המבדילה אותם מאלכוהול, היא החומציות שלהם. במקביל, בעלי מבנה משותף עם אלכוהולים (R-OH), פנולים נכנסים לכמה תגובות האופייניות גם לאלכוהול.

לכל הפנולים יש תכונות חומציות מעט, המתבטאות ביכולתם להתמוסס באלקליות עם היווצרות פנולט.

תכונות החומצה של פנולים באות לידי ביטוי חלש מאוד. אז, פנולים אינם מכתימים נייר לקמוס. החומצה האנאורגנית החלשה ביותר - פחמנית - עוקרת פנולים מהתרכובות דמויות המלח שלהם - פנולטים:

40. תכונות כימיות של פנולים

היווצרות אתרים. פנולים, כמו אלכוהול, מסוגלים לייצר תרכובות כגון אתרים. בפועל, כדי להשיג אתרים של פנולים, פנולטים מטופלים בהלואלקיל (1) או בהלוארילים (2):

C₆H₅ONa+IC₂H₅ → ג₆H₅-OC₂H₅ + NaI(1)

C₆H₅ONa + BrC₆H₅ → ג₆H₅-OC₆H₅ + NaBr (2)

במקרה הראשון (1), מתקבל אתר המכיל רדיקל פנול ורדיקל אלכוהול, כלומר אתר שומני ארומטי מעורב. במקרה השני (2), מתקבל אתר המכיל שני שאריות פנול, כלומר אתר ארומטי גרידא.

היווצרות של אסטרים. כמו אלכוהול, פנולים יכולים לתת תרכובות כמו אסטרים. בפועל, כדי להשיג אסטרים של פנולים, פנולטים מטופלים בדרך כלל בהלידים חומציים. פנולים נותנים אסטרים עם חומצות אורגניות ומינרליות כאחד. לדוגמה, מלח אשלגן של אסטר פנול סולפט מופרש בשתן אנושי.

תגובת צביעה עם כלוריד ברזל. את כל

פנולים עם כלוריד ברזל יוצרים תרכובות צבעוניות; פנולים חד-הידריים בדרך כלל נותנים צבע סגול או כחול.

החלפה של אטומי מימן בגרעין הבנזן. שאריות הבנזן בפנולים משפיעות על קבוצת ההידרוקסיל, ומעניקה לה תכונות חומציות. עם זאת, ההידרוקסיל המוכנס למולקולת הבנזן משפיע גם על שאריות הבנזן, ומגביר את התגובתיות של אטומי המימן בגרעין הבנזן. כתוצאה מכך, אטומי מימן בליבת מולקולת הפנול מוחלפים הרבה יותר בקלות מאשר בפחמימנים ארומטיים:

1) החלפה על ידי הלוגנים. תחת פעולת הלוגנים, אפילו מי ברום, על פנולים, שלושה אטומים מוחלפים בקלות רבה, ומתקבלים פנולים מוחלפים בטריהלוגן. אטומי ברום מחליפים אטומי מימן שנמצאים בעמדות אורטו ופארא ביחס לקבוצת ההידרוקסיל. טריברומופנול אינו מסיס במים ובמשקעים, ולכן תגובת היווצרותו יכולה לשמש לאיתור פנול;

2) החלפה בשארית החומצה החנקתית. פנולים נחנקים בקלות רבה. כך, בפעולה אפילו של חומצה חנקתית מדוללת מאוד, מתקבלת תערובת של ניטרופנול;

3) החלפה בשאר חומצה גופרתית. פנולים מוזלפים בקלות; במקרה זה, מתקבלת תערובת של חומצות o-ו-p-phenolsulfonic מפנול.

הדומיננטיות של איזומר זה או אחר תלויה בטמפרטורה: ב-25 מעלות צלזיוס נוצר בעיקר האורתואיזומר, ב-100 מעלות צלזיוס נוצר הפראיזומר.

חמצון של פנולים. פנולים מתחמצנים בקלות אפילו תחת פעולת חמצן אטמוספרי. במקביל, הם משנים את צבעם, הופכים לורוד, אדום-ורוד או אדום כהה. זיהומים בפנולים מאיצים את החמצון, ולכן פנולים לא מטוהרים בדרך כלל מתכהים חזק מאוד ומהיר.

תכונות אנטיספטיות. פנולים הורגים מיקרואורגניזמים רבים, תכונה זו משמשת ברפואה, תוך שימוש בפנולים ונגזרותיהם כחומרי חיטוי וחיטוי. פנול (חומצה קרבולית) היה חומר החיטוי הראשון שהוכנס לניתוח על ידי ליסטר בשנת 1867. תכונות החיטוי של פנולים מבוססות על יכולתם לקפל חלבונים.

41. נציגים בודדים של פנולים

פנול, או חומצה קרבולית, ACldum carboli-cum, C₆H₅OH הוא חומר גבישי בעל ריח אופייני, שהופך ורוד באוויר עקב חמצון. יוצר הידרט גבישי עם מים₆Н₅OH, נמס ב-16 מעלות צלזיוס. במים, הפנול מתמוסס ביחס של 1:15 (ב-20 מעלות צלזיוס). תמיסות פנול עם FeCl₃ לתת צבע סגול. גבישי פנול באוויר סופגים לחות אטמוספרית ומתפשטים ויוצרים תמיסה של מים בפנול.

השימוש בפנול ברפואה בשל רעילותו מוגבל, והוא משמש כחומר חיצוני בלבד. כמות גדולה של פנול משמשת לסינתזה של צבעים, חומצה פיקרית, חומצה סליצילית וחומרים רפואיים אחרים, וכן לייצור שרפים מלאכותיים - שרפים פנוליים, כגון בקליטים.

אתרים פנולים. האסטרים המתיל והאתיל של הפנול נקראים אניסול ופנול, בהתאמה.

שני החומרים הם נוזליים.

ניטרופנולים. ישנם מונו-, די-וטריניטרו-פנולים. הכנסת קבוצת ניטרו למולקולת פנול מגבירה מאוד את תכונותיה החומציות: בניגוד לפנולים, ניטרופנולים מסוגלים לפרק מלחים פחמניים, לעקור חומצה פחמנית. תכונה זו של ניטרופנולים קשורה ליכולתם להתקיים בשתי צורות טאוטומריות - בנזנואיד וקינואיד, או בצורת aci.

כאשר נוצר האציפורם, אטום המימן מהפנול הידרוקסיל עובר לאטום החמצן בקבוצת הניטרו, המלווה בחלוקה מחדש של כוחות זיקה כימיים. לניטרופנולים חופשיים בדרך כלל צבע צהוב בעל עוצמה וגוונים משתנים, או שהם כמעט חסרי צבע. זה תלוי ביחס הכמותי של שתי צורות tautomeric של ניטרופנולים: בנזנואיד חסר צבע ו-aciform צהוב בהיר. יחס זה תלוי לא רק באופי הניטרופנול, אלא גם בריכוז יוני המימן והידרוקסיד.

בשל השינוי בצבע של ניטרופנולים בהתאם לתגובה של המדיום, כלומר, ריכוז יוני המימן, חלק מהניטרופנולים משמשים כאינדיקטורים.

יש חשיבות רבה לטריניטרופנול, המכונה בדרך כלל חומצה פיקרית. חומצה פיקרית יכולה להתקבל על ידי ניטרציה של פנול עם תערובת של חומצות חנקתיות וגופרית מרוכזות; ישנן שיטות חסכוניות אחרות.

כמו ניטרופנולים אחרים, חומצה פיקרית קיימת בשתי צורות טאוטומריות.

זהו חומר גבישי צהוב עם טעם מר. כאשר הוא מחומם, הוא מתפוצץ בקלות. חומצה פיקרית, עקב נוכחותם של שלוש שאריות חומצה חנקתית, היא חומצה חזקה למדי, המתקרבת לדרגת הניתוק לחומצות מינרלים.

חומצה פיקרית נמצאת בשימוש נרחב כחומר נפץ במצב חופשי ובצורה של מלחי אשלגן ואמוניום, כמו גם חומר צביעה. הוא משמש לטיפול בכוויות.

42. שרפי פנול-פורמלדהיד

האינטראקציה של פנול עם פורמלדהיד ליצירת מוצרים שרף נודעה כבר במאה ה-1872. (באייר, XNUMX). מנגנון היווצרות שרפי פנול-פורמלדהיד מורכב מאוד.

במהלך האינטראקציה של פנול ופורמלדהיד, נוצר אלכוהול פנול כתוצר העיקרי - o-hydroxybenzyl alcohol, או saligenin, וגם, בהתאם לכללי ההחלפה בטבעת הבנזן, ה-p-isomer שלו. ה-o-ו-p-איזומרים המתקבלים מתעבים עם שחרור מים.

דימרים אלה, בתורם, יכולים להתעבות זה עם זה, כמו גם עם מולקולות פורמלדהיד ופנול (בהתאם לתנאי התגובה, בפרט, בכמות המוצרים ההתחלתיים). בסופו של דבר, יכולים להיווצר מוצרים בעלי מבנה רשת מורכב שבו שיירי הידרוקסיפניל מקושרים על ידי גשרי מתילן.

שרפי פנול-פורמלדהיד המשמשים בשילוב עם חומרים אחרים (חומרי מילוי) מכונים ביחד שרפים פנוליים. אלה כוללים קרבוליט (שרף + קמח עץ), טקסטוליט (שרף + בד כותנה), גטינקס (שרף + נייר), פיברגלס (שרף + סיבי זכוכית) ועוד. מוצרים העשויים מפלסטיק פנולי מגוונים ביותר: גלגלי שיניים שקטים וחלקים אחרים של מכונות, חלקי בניין, מרכבי רכב, כלי בית וכו'.

שרפי פנול-פורמלדהיד משמשים כבסיס למחליפי יונים. יוניטים או שרפים מחליפי יונים הם שרפים בעלי מולקולריות גבוהה (פנול-פורמלדהיד, פוליסטירן וכו') המכילים קבוצות פונקציונליות שיכולות להחליף בקלות את הקטיון או האניון שלהם ביון המקביל הכלול בתמיסה. בהתאם ליונים המוחלפים, מחליפי יונים מחולקים למחליפי קטונים ומחליפים אניונים. כקבוצות חילופי יונים של קטיונים, משתמשים בדרך כלל בקבוצות - SO₃H, - COOH; במחליפי אניונים - קבוצות של בסיסים רבעוניים כגון [Ar-NR3]OH וכו'.

השימוש במחלפי יונים מגוון ביותר. כאשר מעבירים מים המכילים מלחים ברציפות דרך מחליפי קטונים, ולאחר מכן מחליפי אניונים, כל קטיוני המלח מוחלפים תחילה ב-H⁺, ולאחר מכן כל אניוני המלח על OH^-, כלומר התפלת מים.

יוניטים מאפשרים בעבודה מדעית ובתעשייה לבודד חומרים אורגניים שונים מתערובות מורכבות, למשל ויטמינים מקבוצה B, C. יוניטים משמשים גם לבידוד אלקלואידים, סטרפטומיצין ושאר אנטיביוטיקה במפעל.

מחליפי קטונים, המוותרים על יוני המימן שלהם, מחליפים זרזים חומציים, פועלים בעדינות רבה יותר וללא צורך בניטרול בסוף התהליך.

יוניטים משמשים גם כתרופות (לדוגמה, עם חומציות מוגברת של מיץ קיבה).

43. פנולים דיאטומיים

ישנם שלושה פנולים דו-הידריים פשוטים: o-dioxibenzene, או catechol, m-dioxibenzene, או resorcinol, p-dioxibenzene, או hydroquinone.

חלק מהפנולים הדו-הידריים נמצאים לרוב בצורת נגזרות בטבע במוצרים מהצומח - טאנינים, שרפים וכו'. פנולים דו-הידריים מתקבלים בדרך כלל באופן סינטטי על-ידי מיזוג מלחים של חומצות דיסולפוניות או מלחים של חומצות פנולומונוסולפוניות עם אלקליות. לפנולים דו-הידריים יש תכונות דומות לאלו של פנולים חד-הידריים שכבר נחשבו: הם יוצרים פנולטים, אתרים ואסטרים, והם מוכתמים ב-FeCl₃, נותנים תוצרים של החלפה של אטומי מימן וכו'.

עם זאת, נוכחותם של שני הידרוקסילים פנולים משפיעה על התכונות של פנולים דיאטומיים. לפיכך, פנולים דו-הידריים מסיסים במים הרבה יותר בקלות מאשר חד-הידריים. קל יחסית לחמצן פנולים מונטומיים; בפנולים דו-הידריים, יכולת זו בולטת יותר: חלק מהפנולים הדו-הידריים מתחמצנים כל כך בקלות עד שהם משמשים כחומרים מפחיתים (מפתחים) בצילום (הידרוקינון). פנולים דו-הידריים פחות רעילים מאלו חד-הידריים. עם FeCl₈ פנולים דו-הידריים נותנים צבע אופייני, המאפשר להבחין ביניהם לפי צבע.

פירוקאטצ'ין, או אורתודיאוקסיבנזן, נמצא בטאנינים ובשרפים. עם FeCl₈ קטקול נותן צבע ירוק. זה מתחמצן בקלות. אז, פירוקאטצ'ין, כאשר הוא נחשף לקור, משחזר כסף מתמיסת אמוניה של AgNO₃.

אדרנלין, או methylaminoethanolpyrocatechin, מיוצר בבלוטות יותרת הכליה והוא הורמון בעל יכולת כיווץ כלי דם. זה משמש לעתים קרובות כסוכן hemostatic. הוא מתקבל מבלוטות יותרת הכליה, כמו גם באופן סינתטי מקטכול.

מעניין לציין שרק לאדרנלין סובב (טבעי) יש פעילות ביולוגית, בעוד שמסתובב בתנועה אינו פעיל מבחינה ביולוגית.

Resorcinol, או m-dioxibenzene. ניתן להשיג Resorcinol מחומצה בנזן דיסולפונית על ידי היתוך עם אלקלי.

בנוכחות אלקלי, resorcinol הופך מיד לפנולט, אשר לאחר מכן מפורק על ידי חומצה.

עם FeCl, resorcinol נותן צבע סגול. הוא מתחמצן די בקלות, אבל הוא הרבה יותר יציב מקטכול. כך, למשל, הוא משחזר תמיסת אמוניה של AgNO₈ רק כשהוא מחומם, ולא בקור, כמו קטכול. Resorcinol הוא הרבה פחות רעיל מקטכול והידרוקינון, ולכן הוא משמש ברפואה כחומר חיטוי (למשל בצורת משחות).

הידרוקינון, או p-dioxibenzene. בתנאים טבעיים, הוא מופיע בחלק מהצמחים (למשל, בצמח המרפא Uvae ursi) בצורה של ארבוטין גלוקוזיד. בתעשייה, הידרוקינון מוכן בדרך כלל על ידי הפחתת כינון.

הידרוקינון משחזר מהר מאוד מלחי כסף בקור. בשל נטייתו הגבוהה להתחמצן, הידרוקינון משמש בצילום כמפתח.

44. פנולים טריאטומיים

ישנם שלושה איזומרים של פנולים טריאטומיים, נגזרות של בנזן, עם סידור רגיל, סימטרי וא-סימטרי של הידרוקסילים: פירוגלול, הידרוקסיהידרוקינון, פלורוגלוצינול.

החשובים ביותר הם פנולים טריאטומיים עם סידור רגיל וסימטרי של הידרוקסיל - פירוגלול ופלורוגלוקינום.

פירוגלול, או p-trioxybenzene. מתקבל על ידי חימום חומצה גאלית.

עם FeCl₃ פירוגלול נותן צבע אדום. פירוגלול מתחמצן בקלות רבה. לדוגמה, התמיסות האלקליות שלו באוויר הופכות במהירות לחום עקב חמצון. Pyrogallol משחרר מיד כסף מתכתי ממלחי כסף. בשל הנטייה הגבוהה ביותר להתחמצן, משתמשים בתמיסות אלקליות של פירוגלול בניתוח גזים: פירוגלול סופג חמצן מתערובת הגז. Pyrogallol משמש גם בצילום ובסינתזה של צבעים.

Phloroglucinum קיים בשתי צורות tautomeric: צורה עם שלושה הידרוקסילים וצורה עם שלוש קבוצות קטון.

פלורוגלוצינול מתחמצן די בקלות, אך עמיד הרבה יותר בפני חמצון מאשר פירוגלול. הוא משמש בפרקטיקה אנליטית, למשל, לקביעה כמותית של פנטוזים: פנטוזים מומרים לפורפורל, אשר בתמיסת חומצה הידרוכלורית נותן תוצר עיבוי צבעוני עם פלורוגלוצינול.

נפתולים - חומרים הדומים לפנולים - יכולים להיחשב כתוצרים של החלפת אטומי מימן בליבת הנפתלין בהידרוקסיל.

a-naphthol - נפתלין - b-naphthol

ניתן להשיג נפתולים באמצעות אותן תגובות כמו פנולים. אחת השיטות הכלליות החשובות ביותר להשגת נפתולים היא שיטת היתוך מלחי נתרן של חומצות נפתלן-סולפוני עם NaOH.

נפתולים הם חומרים גבישיים, מסיסים בצורה גרועה במים. מבחינת התכונות הכימיות שלהם, נפתולים דומים לפנולים. לדוגמה, הם מתמוססים בקלות באלקליות ליצירת נפתולטים. כמו פנולים, הם מגיבים עם תמיסת כלוריד ברזל כדי ליצור תרכובות צבעוניות.

על ידי תגובה עם FeCl8, ניתן להבחין בין a- ו-b-naphthols: a-naphthol נותן איתו משקעים סגולים, ו-b-naphthol נותן צבע ירוק ומשקע.

בדומה לפנולים, לנפתולים יש תכונות חיטוי, א-נפטול בשל רעילותו אינו בשימוש ברפואה, אך b-naphthol משמש כחומר חיטוי בטיפול במחלות מעיים, א- ו-b-נפתול משמשים בכמויות גדולות. בייצור של צבעים.

45. אלדהידים

אלדהידים נקראים תוצרי החלפה בפחמימנים של אטום מימן בקבוצת אלדהיד - C (OH).

קטונים הם חומרים המכילים קבוצת קרבוניל - C (O) - הקשורה לשני שאריות פחמימנים.

לפיכך, שתי קבוצות התרכובות מאופיינות בנוכחות של קבוצת קרבוניל - C (O) - אך באלדהידים היא קשורה לרדיקל אחד ואטום מימן אחד, בעוד שבקטונים קבוצת הקרבוניל קשורה לשני רדיקלים.

הנוסחה הכללית לאלדהידים וקטונים המופקים מפחמימנים רוויים היא SpH2PO, ואלדהידים וקטונים בעלי אותו מספר של אטומי פחמן הם איזומרים זה לזה. אז, למשל, הנוסחה C₃Н₆₀ יש אלדהיד H₃C-CH₂-C(OH) וקטון H₃ C-C(O) - CH₃.

מבנה האלדהידים מתבטא בנוסחה הכללית R-C (O) - H.

המבנה האלקטרוני של הקשר הכפול של קבוצת הקרבוניל של אלדהידים \uXNUMXd C \uXNUMXd O מאופיין בנוכחות של קשר s אחד וקשר p אחד, יתר על כן, ענן האלקטרונים של הקשר p ממוקם במישור בניצב למישור שבו נמצאים קשרי s של אטום פחמן נתון.

עם זאת, הקשר הכפול של קבוצת הקרבוניל שונה באופן משמעותי מהקשר הכפול של פחמימנים אתילן. ההבדל העיקרי הוא שהקשר הכפול של קבוצת הקרבוניל מחבר את אטום הפחמן לאטום החמצן האלקטרונילי, המושך בחוזקה אלקטרונים, ולכן הקשר הזה מקוטב מאוד.

נוכחות של קשר כפול מקוטב חזק בקבוצות הקרבוניל של אלדהידים וקטונים היא הסיבה לתגובתיות הגבוהה של תרכובות אלה, ובמיוחד, הסיבה לתגובות הוספה רבות.

השם "אלדהידים" מגיע מהשיטה הכללית להשגת תרכובות אלו: אלדהיד יכול להיחשב תוצר של דהידרוגנציה של אלכוהול, כלומר סילוק מימן ממנו. השילוב של שתי מילים לטיניות מקוצרות Alcohol dehydrogenatus (אלכוהול מופרע) העניק את השם אלדהיד.

בהתאם לאופי הרדיקלי, נבדלים אלדהידים רוויים או בלתי רוויים, אלדהידים ארומטיים וכו'.

אלדהידים נקראים לרוב על שם החומצות שאליהן הם הופכים עם החמצון. אז, הנציג הראשון של האלדהידים H-C (O) - H נקרא אלדהיד פורמי (או פורמלדהיד), שכן במהלך החמצון הוא הופך לחומצה פורמית (ACldum formicum); ההומלוג הבא של CH₃ -C (O) - H נקרא acetaldehyde (או acetaldehyde), שכן כשהוא מחומצן הוא נותן חומצה אצטית (ACldum aceticum) וכו'.

האלדהיד הארומטי הפשוט ביותר C₆H5 -C (O) - H נקרא אלדהיד בנזואי או בנזאלדהיד, שכן כאשר מתחמצן הוא נותן חומצה בנזואית (ACldum benzoicum).

לפי המינוח הבינלאומי, שמות האלדהידים נגזרים משמות הפחמימנים המתאימים, ומוסיפים להם את הסיומת - al. אז, למשל, אלדהיד פורמי נקרא מתנאל, אלדהיד אצטי נקרא אתנאל, אלדהיד בנזואי נקרא פנילמתנל.

האיזומריות של האלדהידים נובעת מהאיזומריזם של שרשרת הרדיקל.

46. ​​שיטות להשגת אלדהידים

1. חמצון של אלכוהולים ראשוניים היא הדרך החשובה ביותר להשיג אלדהידים:

1) החמצון של אלכוהול עם אשלגן דיכרומט משמש בעיקר בתנאי מעבדה, למשל, כדי להשיג אצטלדהיד;

2) חמצון של אלכוהול עם חמצן אטמוספרי בנוכחות זרזי מתכת. הזרז הפעיל ביותר הוא פלטינה, הפועלת כבר בטמפרטורת החדר. פחות פעיל, אבל הרבה יותר זול, הוא נחושת מרוסקת דק, הפועלת בטמפרטורה גבוהה. אדי מתיל אלכוהול מעורבים באוויר נשאבים דרך המערכת. אלכוהול מתיל מחומצן עם תחמוצת נחושת, והנחושת המתכתית המתקבלת מתחמצנת שוב עם חמצן אטמוספרי. לפיכך, תגובות אלו חוזרות על עצמן מספר בלתי מוגבל של פעמים.

תגובת החמצון של מתיל אלכוהול עם תחמוצת נחושת היא אקסותרמית, כלומר היא ממשיכה עם שחרור חום, ולכן החימום נחוץ רק בתחילת התגובה. שיטה זו עומדת בבסיס הייצור הטכני של כמה אלדהידים, כגון פורמלדהיד.

2. מנגזרות דיהלוגן שיש להן שני הלוגנים באותו אטום פחמן ראשוני, מתקבלים אלדהידים כתוצאה מתגובת החלפה נוקלאופילי של הלוגנים להידרוקסילים. שיטה זו משמשת להשגת אלדהיד בנזואי.

תכונות פיסיקליות

הנציג הפשוט ביותר של קבוצת האלדהידים - פורמלדהיד - בתנאים רגילים הוא חומר גזי. הנציג הבא הוא אצטלדהיד - נוזל רותח ב-20 מעלות צלזיוס. הנציגים הבאים הם גם נוזלים. אלדהידים גבוהים יותר, כגון אלדהיד פלמיטי, הם מוצקים. נקודת הרתיחה של האלדהידים נמוכה מנקודת הרתיחה של האלכוהול המקביל להם. אלדהידים תחתונים מתערבבים עם מים בכל יחס, הנציגים הבאים פחות מסיסים במים. אלדהידים מסיסים מאוד באלכוהול ובאתר. לאלדהידים תחתונים יש ריח חד ומחניק; לחלק מהנציגים הבאים יש ריח נעים יותר, המזכיר ריח של פרחים.

קבוצת הקרבוניל של כל התרכובות המכילות קרבוניל - אלדהידים, קטונים וחומצות - נותנת פס ספיגה אינטנסיבי (עקב קיטוב חזק), ולכל קבוצה של תרכובות קרבוניל רצועה זו נמצאת בטווח צר. לפורמלדהיד - בגובה 1745 ס"מ^-1, עבור אלדהידים אליפטיים אחרים - באזור 1740-1720 ס"מ^-11.

לאלדהידים, כמו גם לקטונים, עקב נוכחות קבוצת קרבוניל =C=O, יש ספיגה סלקטיבית באור אולטרה סגול, המעניקים מקסימום ספיגה באזור 2800 A. לאלדהידים ארומטיים רבים יש ריחות נעימים.

47. תכונות כימיות של אלדהידים

אלדהידים נכנסים למספר רב מאוד של תגובות, המייצגות את אחת הקבוצות התגובתיות ביותר של התרכובת. לנוחות התחשבות בתגובות של אלדהידים, ניתן לחלק אותם לקבוצות בהתאם לאטומים ולקבוצות האטומים הקיימים במולקולת האלדהיד.

תגובות חמצון.

אלדהידים מתחמצנים בקלות רבה. אופייני במיוחד לאלדהידים שחומרי חמצון חלשים כמו כמה תחמוצות והידרוקסידים של מתכות כבדות, שאינם פועלים על מספר תרכובות אורגניות אחרות, מחמצנים בקלות אלדהידים של מתכות חופשיות או תחמוצות שלהן (תגובות אלדהיד):

1) חמצון עם תחמוצת כסף ("מראה כסף"). אם מוסיפים תמיסת אלדהיד לתמיסת אמוניה שקופה וחסרת צבע של תחמוצת כסף והנוזל מחומם, אז על קירות המבחנה, בטוהר מספיק, נוצר ציפוי של כסף מתכתי בצורת מראה; אם קירות המבחנה אינם נקיים מספיק, אז כסף מתכתי משתחרר בצורה של משקעים אפור בהיר. במקרה זה, האלדהיד מתחמצן לחומצה בעלת מספר זהה של אטומי פחמן כמו באלדהיד המקורי;

2) חמצון עם הידרוקסיד נחושת. אם מוסיפים לנוזל עם משקע כחול בהיר של הידרוקסיד נחושת תמיסה המכילה אלדהיד ומחממים את התערובת, אז מופיע משקע צהוב של הידרוקסיד נחושת (I) CuOH במקום משקע כחול. לאחר מכן האלדהיד הופך לחומצה.

כאשר מחומם, הידרוקסיד של נחושת צהובה (II) הופך לתחמוצת נחושת אדומה (I):

2CuOH → Cu₂O+H₂על אודות;

3) חמצן אטמוספרי מחמצן רק חלק מהאלדהידים המתחמצנים בקלות, הכוללים אלדהידים ארומטיים, כגון בנזלדהיד. אם מורחים שכבה דקה של בנזלדהיד על זכוכית שעון ומשאירים אותה למשך מספר שעות, היא תהפוך לגבישים של חומצה בנזואית. החמצון של בנזלדהיד עם חמצן אטמוספרי ממשיך כתהליך רב-שלבי מורכב עם היווצרות של רדיקלים חופשיים ותוצר ביניים מסוג פרוקסיד המתפרק בקלות, מה שנקרא חומצה פרבנזואית;

4) תגובת Cannizzaro, או תגובת דיסמוטציה, היא תגובת חימצון-הפחתת (הפחתת תחמוצת), שבה אחת משתי מולקולות אלדהיד מתחמצנת לחומצה, בעוד השנייה מופחתת לאלכוהול. תגובה זו, האופיינית בעיקר לאלדהידים ארומטיים, התגלתה בשנת 1853 על ידי המדען האיטלקי Cannizzaro, שמצא כי בנוכחות תמיסת אלקלית מרוכזת (לדוגמה, תמיסת KOH 60%), הבנזלדהיד הופך למלח של חומצה בנזואית. ואלכוהול בנזיל.

רק אלדהידים שאין להם אטום מימן באטום a-פחמן של האלדהיד נכנסים לתגובת Cannizzaro.

48. הוספת מימן, מים, אלכוהול, חומצה הידרוציאנית, הידרוסולפיט

תגובות של קבוצת הקרבוניל:

תגובות הוספה לקרבוניל של אלדהידים: במהלך התגובות הללו, ברוב המקרים, השלב הראשון הוא הוספה לאטום הפחמן הטעון חיובי של הקרבוניל \uXNUMXd C \uXNUMXd O של חלקיק בעל מטען שלילי (לדוגמה, OH אניון). לכן, תגובות רבות מקבוצה זו שייכות לתגובות תוספת נוקלאופיליות:

1) הוספה של מימן (הידרוגנציה) מתרחשת עם שבירת הקשר הכפול של קבוצת הקרבוניל של האלדהיד. אלדהידים מומרים לאלכוהול ראשוני. בהתאם לתנאים, בפרט לאופי המגיב המפחית, המנגנון עשוי להיות שונה;

2) הוספת מים מובילה להיווצרות של הידרטים אלדהידים.

מנגנון התגובה הוא כדלקמן: מתרחשת תוספת נוקלאופילית לאטום הפחמן של אניון ההידרוקסיל של מים; ואז פרוטון מצטרף לאניון שנוצר. תרכובות עם שני הידרוקסילים על אותו אטום פחמן הן שבירות: הן מאבדות מולקולת מים והופכות לאלדהידים. לכן, התגובה לעיל היא הפיכה. ברוב המקרים, הידרטים של אלדהיד קיימים רק בתמיסות מימיות, ולא ניתן לבודד אותם במצב חופשי. קיומם מוכח בשיטות פיזיקליות, בפרט, על ידי לימוד ספקטרום אינפרא אדום. חוזק הקישור בהידרצי מים אלדהיד משתנה בהתאם לאופי הרדיקלים באלדהידים שונים;

3) הוספה של אלכוהול לאלדהידים מובילה ליצירת hemiacetal. תוספת נוקלאופילית מתרחשת גם כאן. ניתן להתייחס להמיאצטלים כאתרים חלקיים, נגזרות של הצורה המהודרת של האלדהיד. כאשר אלדהידים מחוממים עם אלכוהול בנוכחות עקבות של HCl נטול מים, נוצרים אצטלים. אצטלים יכולים להיחשב כאתרים מלאים, נגזרות של הצורה המהודרת של אלדהידים.

אצטלים הם בדרך כלל נוזלים בעלי ריח נעים, מסיסים בצורה גרועה במים. הם עוברים הידרוליזה בקלות בנוכחות חומצות, אך אינם עוברים הידרוליזה על ידי אלקליות;

4) הוספת חומצה הידרוציאנית לאלדהידים נותנת אוקסיניטרילים, או ציאנוהידרינים. מתרחשת תוספת נוקלאופילית. אלקליים בכמויות קטנות מזרזים תגובה זו;

5) הוספה של סודיום הידרוסולפיט (ביסולפיט) מתרחשת כאשר מטלטלים תמיסות אלדהיד עם תמיסה מרוכזת של נתרן הידרוסולפיט. תרכובות הידרוסולפיט של אלדהידים מסיסות בצורה גרועה בתמיסה מרוכזת של סודיום הידרוסולפיט ומבודדות כמשקעים. לתגובה זו חשיבות מעשית רבה.

49. הוספת חומצה פוכסית גופרתית לאלדהידים, פילמור של אלדהידים

התוספת של חומצה גופריתית לאלדהידים עומדת בבסיס תגובת הצביעה האופיינית המשמשת לעתים קרובות לגילוי האיכותי של אלדהידים. אם דו תחמוצת הגופרית SO מועבר דרך תמיסת פוקסין אדומה₂, אז מתקבלת תמיסה חסרת צבע של מה שנקרא חומצה גופרתית פוקסין, או ריאגנט של שיף. כאשר מוסיפים חומצה גופרתית פוקסין לתמיסת אלדהיד, התערובת מקבלת צבע אדום או אדום-סגול. עם התוספת שלאחר מכן של חומצות מינרליות, צבע זה, ככלל, נעלם; היוצא מן הכלל הוא פורמלדהיד; צביעת חומצה גופרתית פוקסין הנגרמת על ידי פורמלדהיד אינה נעלמת עם הוספת חומצות.

פילמור של אלדהידים. לא רק מספר חומרים מחוברים לאלדהידים במקום קבוצת הקרבוניל שלהם, אלא גם מולקולות האלדהיד עצמן מסוגלות להתחבר זו לזו (עם הפסקה בקשר הכפול של קבוצת הקרבוניל שלהן). תגובות אלו כוללות פילמור ועיבוי אלדול. בתגובת פילמור, שאר המולקולות בפולימר קשורות לרוב דרך אטום של חמצן, חנקן או יסוד אחר (לא פחמן). הפילמור של אלדהידים מואץ באופן קטליטי על ידי חומצות מינרליות (H₂כך₄, ח₂כך₃, HCl). כתוצאה מתגובה זו, בחלק מהמקרים נוצרות מולקולות קטנות יחסית של פולימר מחזורי. במקרים אחרים, במהלך הפילמור נוצרות שרשראות פתוחות של מולקולות באורכים שונים. תגובות הפולימריזציה הן הפיכות.

עיבוי אלדול. כאשר כמויות קטנות של אלקליות מדוללות פועלות על אלדהידים, מתרחשת פילמור של אלדהידים, אשר על פי אופי החיבור של המולקולות הראשוניות הנקשרות ישירות לאטומי הפחמן שלהן, נקרא לעתים קרובות עיבוי. לתוצר של תגובה זו יש אלדהיד וקבוצת אלכוהול, כלומר, זהו אלכוהול אלדהיד. על ידי קיצור המונח האחרון, החומרים הללו החלו להיקרא אלדולים, והתגובה המדוברת נקראה עיבוי אלדול. לתגובה של עיבוי אלדול חשיבות רבה, למשל, ביצירת חומרים מתוקים.

המנגנון האלקטרוני של התגובה של עיבוי אלדול הוא כדלקמן. האניון ההידרוקסיל (מזרז תגובה זו) מוציא פרוטון מהפחמן a (שאטומי המימן שלו מגיבים מאוד בגלל קרבתם לקבוצת האלדהיד). האניון הפחמן הנוקלאופילי החזק שנוצר מוסיף לאטום הפחמן האלקטרופילי של מולקולת אלדהיד אחרת. האניון הידרוקסיאלדהיד המתקבל מייצב על ידי הוספת פרוטון מהמים, המשחרר יון הידרוקסיד (זרז).

50. נציגים נפרדים של אלדהידים

פורמלדהיד בתנאים רגילים הוא גז בעל ריח חריף לא נעים (חריף), מסיס מאוד במים; תמיסה מימית של 40% של פורמלדהיד, הנקראת פורמלין, נמצאת בשימוש נרחב בפרקטיקה הרפואית.

במצב הסטטי של תמיסת הפורמלדהיד מתרחשים בה בהדרגה תהליכי חימצון-הפחתה. עקב שינוי, פורמלין מכיל בדרך כלל מתיל אלכוהול וחומצה פורמית יחד עם פורמלדהיד. תגובת הדימוטציה מזורזת על ידי אלקליות.

כאשר מרוכז הפורמלין, כמו גם במהלך אחסון ארוך טווח של פורמלדהיד, במיוחד בטמפרטורות נמוכות, נוצר בו משקעים לבן של פולימר פורמלדהיד הנקרא paraformaldehyde או פשוט paraform.

nH₂C=O ↔ (N₂CO)n

פילמור של פורמלדהיד יכול להיות מיוצג כדלקמן. מולקולות פורמלדהיד מודרות מתפצלות מים ויוצרות שרשראות באורך גדול או קטן יותר. מולקולות Paraform מכילות בין שלוש לשמונה מולקולות של פורמלדהיד (כפי שהראה A.M. Butlerov), ובתנאים מסוימים (בטמפרטורות נמוכות מאוד) - הרבה יותר.

טמפרטורה נמוכה מקדמת פילמור של פורמלדהיד ולכן אין לאחסן פורמלין מתחת ל-10-12 מעלות צלזיוס. יחד עם זאת, טמפרטורה גבוהה תורמת לנידוף המהיר של פורמלדהיד מהתמיסה. תהליך הדה-פולימריזציה ופילמור הפוך עומד בבסיס הסובלימציה הפרפורמית.

השימוש הרפואי בפורמלדהיד מבוסס על יכולתו לקפל חלבונים. חומרי חלבון של חיידקים מקרישים מפורמלדהיד, מה שגורם למותם. אחד היישומים הרפואיים החשובים ביותר של פורמלדהיד הוא השימוש בו למטרת חיטוי, כלומר, הרס של פתוגנים. אדי פורמלין (כשהוא רותח) משמשים לחיטוי המתחם המחוטא, ידיהם של מנתחים, מכשירי ניתוח וכו' מטופלים בתמיסות פורמלדהיד, תמיסות פורמלדהיד משמשות לשימור (שימור) תכשירים אנטומיים. כמויות גדולות של פורמלדהיד משמשות בסינתזה של פלסטיק. מפורמלדהיד מתקבל התכשיר הרפואי hexamethylenetetramine, או urotropin. תרופה זו מתקבלת על ידי תגובה של פורמלדהיד (או פרפורם) עם אמוניה:

6CH₂O + 4NH₃ → (CH₂)₆N₄ + 6H₂O.

השם הרציונלי "hexamethylenetetramine" ניתן על ידי A.M. Butlerov בהקשר לנוכחות של שש קבוצות מתילן וארבעה אטומי חנקן במולקולה. א.מ.בוטלרוב היה הראשון שקיבל אורוטרופין וחקר אותו.

כאשר תמיסה של urotropine מחוממת בנוכחות חומצות, היא עוברת הידרוליזה עם היווצרות התוצרים הראשוניים - פורמלדהיד ואמוניה:

(CH₂)₆N₄ + 6H₂O → 6CH₂O + 4NH₃.

51. רונגלייט, אצטליד, גליוקסול

רונגליט, או סודיום פורמלדהיד סולפוקסילט, המשמש הן לסינתזה של תרופות (לדוגמה, נוברסנול) והן בטכנולוגיה כחומר מפחית, הוא גם נגזרת של פורמלדהיד. כדי להשיג רונגליט, פורמלדהיד מטופל בנתרן הידרוסולפיט, וכתוצאה מכך נוצרת תרכובת הידרוסולפיט של פורמלדהיד. לאחר מכן, תרכובת הפורמלדהיד הידרוסולפיט מופחתת עם אבק אבץ.

אלדהיד אצטי (אצטלדהיד, או אתנאל) בקנה מידה תעשייתי מתקבל בדרך כלל על ידי דהידרוגנציה של אדי אלכוהול אתילי בפעולת זרז (נחושת): שני אטומי מימן מתפצלים מאלכוהול. שיטה חשובה להשגת אצטלדהיד היא גם תגובת קוצ'רוב - הוספת מים לאצטילן.

בתנאי מעבדה, אצטלדהיד מתקבל בדרך כלל מאלכוהול על ידי חמצונו עם אשלגן דיכרומט במדיום חומצי.

אצטלדהיד הוא נוזל נדיף. בריכוזים גבוהים יש לו ריח מחנק לא נעים; בריכוזים קטנים יש לו ריח נעים של תפוחים (שבו הוא כלול בכמות קטנה).

כאשר מוסיפים טיפת חומצה לאצטאלדהיד בטמפרטורת החדר, היא מתפלמרת לפראלדהיד; בטמפרטורות נמוכות, אצטלדהיד מתפלמר למטאלדהיד, מוצק גבישי.

פרלדהיד הוא טרימר מחזורי (CH₃AtoN)₃, מטאלדהיד - טטרמר מחזורי (CH₃AtoN)₄, הוא משמש לפעמים בחיי היומיום כדלק תחת השם "אלכוהול יבש". פרלדהיד שימש בעבר כהיפנוזה.

נגזרת חשובה של אצטלדהיד היא טריכלורואצטלדהיד, או כלורל. כלורל הוא נוזל כבד. הוא מוסיף מים ליצירת הידרט כלורלי מוצק, או הידרט כלורלי. הידרט כלורי הוא אחת הדוגמאות הבודדות של הידרטים אלדהידים יציבים. כלורי הידרט מתפרק בקלות (כבר בקור) על ידי אלקליות עם היווצרות של כלורופורם ומלח של חומצה פורמית. כלורי הידרט משמש ככדור שינה.

Glyoxal הוא הנציג הפשוט ביותר של דיאלדהידים - תרכובות עם שתי קבוצות אלדהידים.

אלדהיד בנזואי, או בנזלדהיד, מופיע בטבע בצורה של אמיגדלין גליקוזיד, המצוי בשקדים מרים, עלי דובדבן דפנה ודובדבן ציפורים, חרצנים של אפרסקים, משמשים, שזיפים וכו'. בהשפעת האנזים האמולסין, כמו כמו כן במהלך הידרוליזה חומצית, אמיגדלין מתפצל לחומצה הידרוציאנית, בנזלדהיד ושתי מולקולות גלוקוז.

כמוצר ביניים של הידרוליזה של אמיגדלין, ניתן לבודד בנזלדהיד ציאנוהידרין, אשר יכול להיחשב כתוצר של האינטראקציה של בנזלדהיד ו-HCN.

במי השקדים המרים Aqim amuda agit atagarum, תכשיר של שקדים מרים, חומצה הידרוציאנית נמצאת בעיקר בצורת דהhydcyanohydrin בנזל.

52. קטונים

קטונים הם חומרים המכילים קבוצת קרבוניל - C (O) - הקשורה לשני רדיקלים. הנוסחה הכללית של קטונים היא RC(O)-R'.

רדיקלים יכולים להיות אליפטיים (מגבילים או בלתי רוויים), אליציקליים, ארומטיים.

ניתן לחלק קטונים ארומטיים לשתי תת-קבוצות:

1) מעורב שומני-ארומטי המכיל שארית ארומטית אחת;

2) קטונים ארומטיים בלבד המכילים שני שאריות ארומטיות.

נומנקלטורה ואיזומריה

בדרך כלל קטונים נקראים על שם הרדיקלים הכלולים במולקולה שלהם, תוך הוספת המילה קטון. אז, הנציג הפשוט ביותר של H₃C-C(O) - CH₃ הנקרא דימתיל קטון, H₃C-C(O) - C₂Н₅ - מתיל אתיל קטון, N₃C-C(O) - C₆Н₅ - מתיל פניל ​​קטון, C₆H-C(O) - C₆Н₅ - דיפניל קטון וכו'.

לפי המינוח הבינלאומי, שמות הקטונים נגזרים משמות הפחמימנים המתאימים, ומוסיפים לשם זה את הסיומת - he. אז, דימתיל קטון ייקרא פרו-פנון, מתיל אתיל קטון - בוטנון וכו'.

כדי לציין את המיקום של קבוצת הקרבוניל, אטומי הפחמן ממוספרים, החל מהקצה שאליו קבוצת הקרבוניל קרובה יותר, ובמתן שם לקטון, מיקום הקרבוניל מצוין במספר המתאים.

לקטונים מסוימים יש גם שמות אמפיריים משלהם. לדוגמה, דימתיל קטון מכונה בדרך כלל אצטון, מתיל פניל ​​קטון אצטופנון, ודיפניל קטון בנזופנון.

האיזומריות של קטונים תלויה במיקום קבוצת הקרבוניל בשרשרת, כמו גם באיזומריות של הרדיקלים. איך להגיע

ניתן לייצר קטונים בדרכים דומות לאלו המשמשות לייצור אלדהידים.

1. חמצון של אלכוהולים משניים.

2. השגת נגזרות דיהלוגן שבהן שני אטומי ההלוגן נמצאים באותו אטום פחמן משני.

3. השגת חומצות קרבוקסיליות ממלחי סידן על ידי זיקוקן היבש. אז, אצטון מתקבל מסידן אצטט.

כדי להשיג קטונים מעורבים (עם רדיקלים שונים), נלקחים מלחים של החומצות המתאימות המכילות את הרדיקלים הרצויים.

זיקוק יבש של עץ מייצר כמה קטונים, כגון אצטון ומתיל אתיל קטון.

קטונים ארומטיים מוכנים בנוחות על ידי תגובת Friedel-Crafts על ידי טיפול בחומצה שומנית או ארומטית עם פחמימן ארומטי בנוכחות אלומיניום כלוריד.

תכונות פיסיקליות

הקטון הפשוט ביותר, אצטון, הוא נוזל. הנציגים הבאים הם גם נוזלים. קטונים אליפטים גבוהים יותר כמו גם ארומטיים הם מוצקים. הקטונים הפשוטים ביותר מתערבבים עם מים. כל הקטונים מסיסים מאוד באלכוהול ובאתר. לקטונים הפשוטים ביותר יש ריח אופייני.

53. תכונות כימיות של קטונים

לקטונים יש מספר תכונות האופייניות לקבוצת הקרבוניל, המקרבות אותם לאלדהידים. יחד עם זאת, לקטונים אין אטום מימן הקשור לקרבוניל, האופייני לאלדהידים, ולכן אינם נותנים מספר תגובות חמצון, האופייניות מאוד לאלדהידים. קטונים הם חומרים פחות מגיבים מאלדהידים. כפי שהוזכר קודם לכן, תגובות הוספה רבות לאלדהידים מתרחשות עקב הקיטוב החזק של קבוצת הקרבוניל לפי המנגנון היוני.

לרדיקלים הקשורים לקבוצת הקרבוניל יש מה שנקרא אפקט אינדוקציה חיובי: הם מגבירים את צפיפות האלקטרונים של הקשר של הרדיקל עם קבוצות אחרות, כלומר, כאילו מרווים את המטען החיובי של אטום הפחמן של הקרבוניל.

כתוצאה מכך, ניתן לסדר תרכובות המכילות קרבוניל, על פי הירידה בפעילות הכימית שלהן, בשורה הבאה:

פורמלדהיד - אצטלדהיד - אצטון.

יש סיבה נוספת - סטריאוכימית - לתגובתיות נמוכה יותר של קטונים בהשוואה לאלדהידים. אטום הפחמן הטעון חיובי של קבוצת הקרבוניל של האלדהידים קשור לרדיקל אחד ואטום מימן קטן. בקטונים, אטום הפחמן הזה קשור לשני רדיקלים, שניהם לעתים קרובות מאוד מגושמים. לפיכך, חלקיק נוקלאופילי (OH, OR וכו'), שכבר מתקרב לקבוצת הקרבוניל של הקטונים, יכול להיתקל ב"מכשולים סטריים". יתרה מכך, כתוצאה מהוספה של חלקיק נוקלאופילי לפחמן הקרבוניל והאטומים או קבוצות האטומים התואמים לחמצן הקרבוניל, ההכלאה של האלקטרונים של פחמן זה משתנה: sp.₂ -sp₃. במרחב התלת מימדי, שלוש קבוצות מגושמות פחות או יותר ואטום מימן צריכות להיות ממוקמות ליד פחמן הקרבוניל ה"לשעבר" של האלדהיד.

יחד עם זאת, במקרה של קטון, כל 4 הקבוצות הממוקמות סביב אטום הפחמן הזה יהיו די מגושמות.

1. קשר לחמצון: קטונים אינם מתחמצנים על ידי אותם חומרי חמצון חלשים המחמצנים בקלות אלדהידים. כך, למשל, קטונים אינם נותנים "תגובת מראה כסף", אינם מתחמצנים על ידי הידרוקסיד נחושת ותמיסת פהלינג. עם זאת, ניתן לחמצן קטונים על ידי חומרי חמצון חזקים כמו KMn04 או תערובת כרום. במקרה זה, שרשרת הפחמן של הקטון נשברת בקבוצת הקרבוניל עם היווצרות חומצות עם מספר קטן יותר של אטומי פחמן בהשוואה לקטון המקורי. זה גם מבדיל בין קטונים מאלדהידים.

לתגובה של ביקוע חמצוני של קטונים יש חשיבות רבה לביסוס המבנה שלהם, שכן ניתן לשפוט את מיקומה של קבוצת הקרבוניל במולקולת הקטון לפי החומצות שנוצרות.

2. תגובות של קבוצת הקרבוניל: מספר תגובות האופייניות לקבוצת הקרבוניל של האלדהידים מתנהלות בדיוק באותו אופן עם קבוצת הקטון קרבוניל.

54. נציגים בודדים של קטונים

אצטון (דימתיל קטון, פרופנון) N₃C-C(0) - CH₃ - הנציג הפשוט ביותר של קבוצת הקטון. אחד המקורות החשובים ביותר להשגת אצטון הוא זיקוק יבש של עץ. אצטון מתקבל גם על ידי זיקוק יבש של סידן אצטט. פיצול דומה לזה של סידן אצטט חווה גם חומצה אצטית חופשית כאשר האדים שלה מועברים על פני זרזים מחוממים (AI₂O₃, ThO₂ ואחרים).

תגובה זו משמשת גם בהנדסה לייצור אצטון. שיטה חשובה להשגת אצטון היא כמון. אצטון מתקבל גם ביוכימית - כתוצאה ממה שנקרא תסיסת אצטון של עמילן, המתרחשת בהשפעת חיידקים מסוימים.

אצטון הוא נוזל חסר צבע בעל ריח אופייני. אצטון מתערבב לחלוטין עם מים. אצטון ממיס היטב מספר חומרים אורגניים (לדוגמה, ניטרוצלולוזה, לכות וכו'), ולכן הוא משמש בכמויות גדולות כממס (ייצור אבקה ללא עשן, זהורית וכו').

אצטון הוא המוצר ההתחלתי לייצור של מספר חומרים רפואיים, כמו יודופורם. כאשר אצטון מטופל עם כלור או יוד במדיום אלקליין, אצטון עובר הלוגן:

הטרייודואצטון המתקבל מבוקע בקלות רבה בהשפעת אלקלי ליצירת יודופורם ומלח חומצה אצטית.

לעתים קרובות משתמשים בתגובה זו כדי לגלות אצטון, בהתחשב, עם זאת, שבאותם תנאים יודופורם נוצר גם מאלכוהול אתילי, אצטלדהיד וכמה חומרים אחרים. תגובת צבע איכותית עבור אצטון היא התגובה עם נתרן nitroprusside Na₂[Fe (CN)₅(NO)], נותן צבע אדום יין עז עם אצטון.

אצטון מופיע בשתן במקרים חמורים של סוכרת - מחלת סוכר. שתן בו זמנית רוכש ריח של אצטון, המזכיר ריח פירותי. לפתיחת אצטון בשתן נעשה שימוש בתגובת היווצרות יודופורם (מבחן ליבן) ותגובת הצביעה עם סודיום ניטרופרוסיד (בדיקת Legal).

אצטון מונו-הלוגן - ברומואצטון וכלור אצטון (СlН₂C-C(O) - CH₃) - הם חומרי לוחמה כימיים בדמעות (לקרי-מאטורים).

דיאצטיל (H₃C-C(O) - C(O) - CH₃) הוא הנציג הפשוט ביותר של דיקטונים. זה נוזל צהוב. יש לו ריח חזק של חמאה והוא כלול בו, גורם לריח שלו; משמש להקניית ריח נעים למרגרינה.

קמפור הוא קטון, הדומה בשלד הפחמן לטרפנים. קמפור הוא חומר גבישי בעל ריח אופייני וטעם שריפה ומריר משונה; נדיף מאוד וניתן לטהר אותו על ידי סובלימציה. קמפור אינו מסיס במים, אך מסיס בקלות בממיסים אורגניים.

לרוב, קמפור משמש כתרופה ללב.

55. קינונים

קינונים הם דיקטונים מחזוריים בעלי שישה איברים עם שני קשרים כפולים.

מבין אלה, לפראקינון, המתקבל על ידי חמצון של הידרוקינון או אנילין, יש חשיבות מעשית גדולה ביותר. Paraquinone הוא המוצר ההתחלתי בסינתזה של הידרוקינון. סידור הקשרים הכפולים האופייני לכינון קובע את צבען של מספר תרכובות.

נפתוקינונים הם נגזרות נפתלין המכילות גרעין קווינואיד. החשוב ביותר הוא 1,4-naphthoquinone, שניתן להשיג על ידי חמצון של נפתלין.

במספר מתכונותיו, 1,4-naphthoquinone דומה ל-p-benzoquinone. הוא מתגבש בצורה של מחטים צהובות, הוא נדיף ובעל ריח חד ומרגיז.

הליבה של 1,4-naphthoquinone היא הבסיס של ויטמין K, או ויטמין אנטי-המוררגי (המונע הופעת שטפי דם). ויטמין K הוא 2-מתיל-3-wick-1,4-naphthoquinone. ויטמין K נמצא בעשבי תיבול ירוקים, עלים וירקות. זהו שמן צהוב, בלתי מסיס במים; מזוקק בוואקום גבוה.

התברר שקבוצת הפתיל (שאריות אלכוהול בלתי רווי של פיטול) אינה חיונית לביטוי של פעולה אנטי-המוררגית. למספר נגזרות אחרות של 1,4-נפתוקינון יש השפעה זו, למשל 2-מתיל-1,4-נפתוקינון, המתקבל בקלות באופן סינטטי ומוצלח בשימוש במקום ויטמין K - לרוב בצורה של נגזרות מסיסות במים.

חלק מנגזרות קינון ממלאות תפקיד חשוב בתהליכי הביניים של חמצון ביולוגי.

אנתרקינונים הם נגזרות אנתרצין המכילות גרעין קווינואיד. ניתן להשיג אנתרקינון בקלות על ידי חמצון אנתרצין עם חומצה חנקתית או תערובת כרום. במקרה זה נוצרות במולקולה שתי קבוצות קטו, והטבעת האמצעית מקבלת מבנה של קינון. Anthraquinone הוא חומר גבישי צהוב, בניגוד לקינונים רגילים, הוא עמיד למדי בפני מספר השפעות כימיות, בפרט לחמצון.

Anthrahydroquinone הוא תוצר ביניים בהפחתת ה-antraquinone לאנתראקן. An-trahydroquinone בצורה חופשית הוא גבישים חומים. לאחר שני הידרוקסילים פנולים, anthrahydroquinone מתמוסס באלקליות; לחומר מסוג פנולט המתקבל יש צבע אדום בוהק. Anthraquinone מסוגל לבצע ברום, חנקה וסולפונט.

Alizarin הוא 1,2-dioxanthraquinone.

אומודים. בפרקטיקה הרפואית, תכשירים (תמיסות, מרתחים וכו') מאלוורה, ריבס, אשחר, עלי סנה וכו' משמשים לעתים קרובות כמשלשלים. החומרים הפעילים של צמחים אלה, כפי שהתברר, הם נגזרות של אנתרקינון, כלומר, תחליפי די-וטריהידרוקסי-אנטרקינונים, הכלולים בצמחים בחלקם בצורה חופשית, בחלקו בצורה של אסטרים וגליקוזידים. נגזרות אלו של די-וטריהידרוקסיאנטרקינונים משולבות לרוב לקבוצת האמודינים. דוגמה לאמודינים היא franguloemodin, שהוא 3-methyl-1,6,8-trihydroxyanthraquinone. Franguloemodin נמצא באשחר (Frangula).

56. פחמימנים

פחמימות מופצות באופן נרחב בטבע וממלאות תפקיד חשוב מאוד בחיי האדם. הם חלק מהמזון, ובדרך כלל הצורך של האדם באנרגיה מכוסה כשאוכלים לרוב דווקא בגלל פחמימות.

החשיבות יוצאת הדופן של קבוצת תרכובות זו התבררה במיוחד בשנים האחרונות. אז, חומצות הגרעין הנחוצות לביו-סינתזה של חלבונים ולהעברת תכונות תורשתיות בנויות מנגזרות של פחמימות - נוקלאוטידים. לפחמימות רבות תפקיד חשוב בתהליכים המונעים קרישת דם, חדירת פתוגנים למקרו-אורגניזמים, בחיזוק חסינות ועוד. לנגזרות הפחמימות חשיבות רבה בתהליך הפוטוסינתזה.

סוגים מסוימים של פחמימות הם חלק מהקליפות של תאי הצמח וממלאים תפקיד מכני ותומך. מפחמימות מסוג זה, בעיבוד כימי, מכין אדם בדים (משי מלאכותי), חומרי נפץ (ניטרוצלולוזה) וכו'.

פחמימות רבות ונגזרותיהן הן תרופות.

שם החומרים "פחמימות" הופיע על בסיס נתונים מניתוח הנציגים הראשונים הידועים של קבוצת תרכובות זו, החומרים של קבוצה זו מורכבים מפחמן, מימן וחמצן, והיחס בין מספרי המימן והחמצן. אטומי החמצן בהם זהים כמו במים, כלומר על כל שני אטומי מימן מהווים אטום חמצן אחד. לפעמים משתמשים בשם חדש יותר - גליצידים; פורמולת פחמימות כללית מופחתת C_m(H_2nO)_n נשאר נכון עבור הרוב המכריע של הנציגים.

מחלקה גדולה של פחמימות מחולקת לשתי קבוצות: פשוטות ומורכבות.

פחמימות פשוטות (חד סוכרים או מונו) נקראות פחמימות שאינן מסוגלות לעבור הידרוליזה ליצירת פחמימות פשוטות יותר. לרוב החומרים הללו יש הרכב המתאים לנוסחה הכללית C_n(ח_2nO)_n כלומר, יש להם אותו מספר של אטומי פחמן כמו מספר אטומי החמצן.

פחמימות מורכבות (פוליסכרידים, או פוליאוזות) הן פחמימות שניתן לבצע הידרוליזה ליצירת פחמימות פשוטות. לרוב החומרים הללו יש הרכב המתאים לנוסחה הכללית C_mH_2nO_n, כלומר, מספר אטומי הפחמן שלהם אינו שווה למספר אטומי החמצן.

לביו-פולימרים המכילים פחמימות - גליקופרוטאין, גליקוליפידים ואחרים המבצעים את התפקידים המורכבים ביותר בגוף - יש מבנה מורכב במיוחד.

מחברים: Drozdov A.A., Drozdova M.V.

אנו ממליצים על מאמרים מעניינים סעיף הערות הרצאה, דפי רמאות:

▪ החוק החוקתי של הפדרציה הרוסית. עריסה

▪ חוק ההליך הפלילי של הפדרציה הרוסית. עריסה

▪ מחלות זיהומיות של ילדים. הערות הרצאה

ראה מאמרים אחרים סעיף הערות הרצאה, דפי רמאות.

תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה.

<< חזרה

חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:

עור מלאכותי לחיקוי מגע 15.04.2024

בעולם טכנולוגי מודרני בו המרחק הופך להיות נפוץ יותר ויותר, חשוב לשמור על קשר ותחושת קרבה. ההתפתחויות האחרונות בעור מלאכותי על ידי מדענים גרמנים מאוניברסיטת Saarland מייצגים עידן חדש באינטראקציות וירטואליות. חוקרים גרמנים מאוניברסיטת Saarland פיתחו סרטים דקים במיוחד שיכולים להעביר את תחושת המגע למרחקים. טכנולוגיה חדשנית זו מספקת הזדמנויות חדשות לתקשורת וירטואלית, במיוחד עבור אלה שמוצאים את עצמם רחוקים מיקיריהם. הסרטים הדקים במיוחד שפיתחו החוקרים, בעובי של 50 מיקרומטר בלבד, ניתנים לשילוב בטקסטיל וללבוש כמו עור שני. סרטים אלה פועלים כחיישנים המזהים אותות מישוש מאמא או אבא, וכמפעילים המשדרים את התנועות הללו לתינוק. הורים הנוגעים בבד מפעילים חיישנים המגיבים ללחץ ומעוותים את הסרט הדק במיוחד. זֶה ... >>

פסולת חתולים של Petgugu Global 15.04.2024

טיפול בחיות מחמד יכול להיות לעתים קרובות אתגר, במיוחד כשמדובר בשמירה על ניקיון הבית שלך. הוצג פתרון מעניין חדש של הסטארטאפ Petgugu Global, שיקל על בעלי החתולים ויעזור להם לשמור על ביתם נקי ומסודר בצורה מושלמת. הסטארט-אפ Petgugu Global חשפה אסלת חתולים ייחודית שיכולה לשטוף צואה אוטומטית, ולשמור על הבית שלכם נקי ורענן. מכשיר חדשני זה מצויד בחיישנים חכמים שונים המנטרים את פעילות האסלה של חיית המחמד שלכם ופועלים לניקוי אוטומטי לאחר השימוש. המכשיר מתחבר למערכת הביוב ומבטיח פינוי פסולת יעיל ללא צורך בהתערבות של הבעלים. בנוסף, לאסלה קיבולת אחסון גדולה הניתנת לשטיפה, מה שהופך אותה לאידיאלית עבור משקי בית מרובי חתולים. קערת המלטה לחתולים של Petgugu מיועדת לשימוש עם המלטה מסיסת במים ומציעה מגוון זרמים נוספים ... >>

האטרקטיביות של גברים אכפתיים 14.04.2024

הסטריאוטיפ שנשים מעדיפות "בנים רעים" כבר מזמן נפוץ. עם זאת, מחקר עדכני שנערך על ידי מדענים בריטים מאוניברסיטת מונאש מציע נקודת מבט חדשה בנושא זה. הם בדקו כיצד נשים הגיבו לאחריות הרגשית של גברים ולנכונותם לעזור לאחרים. ממצאי המחקר עשויים לשנות את ההבנה שלנו לגבי מה הופך גברים לאטרקטיביים לנשים. מחקר שנערך על ידי מדענים מאוניברסיטת מונאש מוביל לממצאים חדשים לגבי האטרקטיביות של גברים לנשים. בניסוי הראו לנשים תצלומים של גברים עם סיפורים קצרים על התנהגותם במצבים שונים, כולל תגובתם למפגש עם חסר בית. חלק מהגברים התעלמו מההומלס, בעוד שאחרים עזרו לו, כמו לקנות לו אוכל. מחקר מצא שגברים שהפגינו אמפתיה וטוב לב היו מושכים יותר לנשים בהשוואה לגברים שהפגינו אמפתיה וטוב לב. ... >>

חדשות אקראיות מהארכיון מקליטי DVD חדשים של TOSHIBA 26.03.2003 חברת TOSHIBA ELECTRONIC COMPONENT הודיעה על שחרורו של הדור השני של מקליטי DVD, D-R1. היחידה מאפשרת הקלטה והשמעה בו זמנית, ומאפשרת למשתמש לצרוב את התוכניות האהובות עליו ישירות ל-DVD. למכשיר יש גם עוד המון אפליקציות שירות (הכנסת מסכי הפתיחה וסימנים בהקלטות וכו').

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ חלק באתר חשמל למתחילים. בחירת מאמרים

▪ מאמר מאת צ'ארלס רוברט דרווין. פרשיות מפורסמות

▪ כתבה מתי ואיפה התקיים משחק הכדורגל בו התוצאה הייתה 2:2 וכל השערים הובקעו על ידי שחקן אחד? תשובה מפורטת

▪ מנתח מאמרים. תיאור משרה

▪ מאמר ניסויים משעשעים: כמה אפשרויות של טרנזיסטור אפקט שדה. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

▪ כתבה ממיר מתח Boost, 5-9/9-12 וולט. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

השאר את תגובתך למאמר זה:

כל השפות של דף זה

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר

www.diagram.com.ua
2000-2024