الهيدروكربونات المهلجنة: الإنتاج ، الخصائص الكيميائية ، التطبيق

2024 مؤلف: Angel Austin | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 05:16

الهيدروكربونات فئة كبيرة جدًا من المركبات العضوية. وهي تشمل عدة مجموعات رئيسية من المواد ، من بينها يستخدم كل منها على نطاق واسع في الصناعة والحياة اليومية والطبيعة. تعتبر الهيدروكربونات المهلجنة ذات أهمية خاصة ، والتي سيتم مناقشتها في المقالة. فهي ليست ذات أهمية صناعية عالية فحسب ، بل هي أيضًا مواد خام مهمة للعديد من التركيبات الكيميائية ، والحصول على الأدوية والمركبات المهمة الأخرى. دعونا نولي اهتمامًا خاصًا لتركيب جزيئاتها وخصائصها وميزاتها الأخرى.

الهيدروكربونات المهلجنة: الخصائص العامة

من وجهة نظر العلوم الكيميائية ، تشتمل هذه الفئة من المركبات على كل تلك الهيدروكربونات التي يتم فيها استبدال ذرة أو أكثر من ذرات الهيدروجين بهالوجين أو بآخر. هذه فئة واسعة جدًا من المواد ، لأنها ذات أهمية صناعية كبيرة. لوقت قصير جدا الناستعلمت كيفية تصنيع جميع مشتقات الهالوجين تقريبًا من الهيدروكربونات ، والتي يعد استخدامها ضروريًا في الطب والصناعة الكيميائية وصناعة الأغذية والحياة اليومية.

الطريقة الرئيسية للحصول على هذه المركبات هي الطريقة الاصطناعية في المختبر والصناعة ، حيث لا يوجد أي منها تقريبًا في الطبيعة. نظرًا لوجود ذرة هالوجين ، فهي شديدة التفاعل. هذا يحدد إلى حد كبير نطاق تطبيقها في التوليفات الكيميائية كمواد وسيطة.

نظرًا لوجود العديد من ممثلي الهيدروكربونات المهلجنة ، فمن المعتاد تصنيفها وفقًا لمعايير مختلفة. يعتمد على كل من بنية السلسلة وتعدد الروابط ، والاختلاف في ذرات الهالوجين وموضعها.

مشتقات الهالوجين من الهيدروكربونات: التصنيف

يعتمد خيار الفصل الأول على المبادئ المقبولة عمومًا والتي تنطبق على جميع المركبات العضوية. يعتمد التصنيف على الاختلاف في نوع سلسلة الكربون ودورتها. على هذا الأساس يميزون:

• هيدروكربونات مهلجنة محدودة ؛
• غير محدود ؛
• عطري ؛
• أليفاتية ؛
• لا دوري.

يعتمد التقسيم التالي على نوع ذرة الهالوجين ومحتواها الكمي في الجزيء. لذلك ، خصص:

• مشتقات أحادية ؛
• المشتقات ؛
• ثلاثة - ؛
• تترا - ؛
• مشتقات البنتا وهكذا

إذا تحدثنا عن نوع الهالوجين ، فإن اسم المجموعة الفرعية يتكون من كلمتين. على سبيل المثال ، مشتق أحادي الكلور ،مشتق ثلاثي اليود ، رباعي البروم هالو ألكين وهلم جرا.

هناك أيضًا خيار تصنيف آخر ، والذي بموجبه يتم بشكل أساسي فصل مشتقات الهالوجين من الهيدروكربونات المشبعة. هذا هو عدد ذرة الكربون التي يرتبط بها الهالوجين. لذلك ، خصص:

• المشتقات الأولية ؛
• ثانوي
• التعليم العالي وهلم جرا.

يمكن تصنيف كل ممثل محدد بكل العلامات وتحديد المكان الكامل في نظام المركبات العضوية. لذلك ، على سبيل المثال ، مركب مع التركيبة CH₃- CH₂-CH=CH-CCL_{3 يمكن أن يصنف على هذا النحو. وهو مشتق ثلاثي كلورو أليفاتي غير مشبع من البنتين.}

هيكل الجزيء

لا يمكن لوجود ذرات الهالوجين إلا أن يؤثر على كل من الخصائص الفيزيائية والكيميائية ، والسمات العامة لتركيب الجزيء. الصيغة العامة لهذه الفئة من المركبات هي R-Hal ، حيث R هو جذر هيدروكربوني حر لأي بنية ، والهال هو ذرة هالوجين ، واحد أو أكثر. الرابطة بين الكربون والهالوجين مستقطبة بقوة ، ونتيجة لذلك يكون الجزيء ككل عرضة لتأثيرين:

• استقرائي سلبي ؛
• متوسط موجب.

أولهما أكثر وضوحًا ، لذا فإن ذرة الهال تعرض دائمًا خصائص بديل سحب الإلكترون.

بخلاف ذلك ، لا تختلف جميع السمات الهيكلية للجزيء عن تلك الموجودة في الهيدروكربونات العادية. يتم شرح الخصائص من خلال هيكل السلسلة وخصائصهاالمتفرعة ، عدد ذرات الكربون ، قوة الخصائص العطرية.

تسمية مشتقات الهالوجين من الهيدروكربونات تستحق اهتماما خاصا. ما هو الاسم الصحيح لهذه الاتصالات؟ للقيام بذلك ، عليك اتباع بعض القواعد.

1. يبدأ ترقيم السلسلة من الحافة الأقرب إلى ذرة الهالوجين. إذا كان هناك أي رابطة متعددة ، فإن العد التنازلي يبدأ منها ، وليس من بديل سحب الإلكترون.
2. يشار إلى اسم Hal في البادئة ، كما يجب الإشارة إلى رقم ذرة الكربون التي ينطلق منها.
3. الخطوة الأخيرة هي تسمية السلسلة الرئيسية للذرات (أو الحلقة).

مثال على اسم مشابه: CH₂=CH-CHCL₂- 3-dichloropropene-1.

أيضًا ، يمكن إعطاء الاسم وفقًا للتسمية المنطقية. في هذه الحالة ، يتم نطق اسم الراديكالية ، ثم يتم نطق اسم الهالوجين مع اللاحقة -id. مثال: CH₃-CH₂-CH₂Br - بروميد البروبيل.

مثل الفئات الأخرى من المركبات العضوية ، فإن الهيدروكربونات المهلجنة لها هيكل خاص. يسمح هذا للعديد من الممثلين بالتسمية بأسماء تاريخية. على سبيل المثال ، هالوثان CF₃CBrClH. إن وجود ثلاث هالوجينات دفعة واحدة في تكوين الجزيء يوفر لهذه المادة خصائص خاصة. يتم استخدامه في الطب ، لذلك فهو الاسم التاريخي الأكثر استخدامًا.

طرق التجميع

طرق الحصول على مشتقات الهالوجين من الهيدروكربونات كافيةمتنوع. هناك خمس طرق رئيسية لتركيب هذه المركبات في المختبر والصناعة.

1. هالوجين الهيدروكربونات العادية التقليدية. مخطط التفاعل العام: R-H + Hal₂→ R-Hal + HHal. ميزات العملية هي كما يلي: مع الكلور والبروم ، يكون التشعيع فوق البنفسجي ضروريًا ، مع اليود يكون التفاعل شبه مستحيل أو بطيئًا جدًا. يكون التفاعل مع الفلور نشطًا جدًا ، لذلك لا يمكن استخدام هذا الهالوجين في شكله النقي. بالإضافة إلى ذلك ، عند هالوجين المشتقات العطرية ، من الضروري استخدام محفزات عملية خاصة - أحماض لويس. على سبيل المثال ، الحديد أو كلوريد الألومنيوم.
2. يتم أيضًا الحصول على مشتقات الهالوجين من الهيدروكربونات عن طريق الهالوجين المائي. ومع ذلك ، لهذا ، يجب أن يكون مركب البداية بالضرورة هيدروكربون غير مشبع. مثال: R=R-R + HHal → R-R-RHal. في أغلب الأحيان ، يتم استخدام مثل هذه الإضافة المحبة للكهرباء للحصول على كلوريد الإيثيلين أو كلوريد الفينيل ، لأن هذا المركب مادة خام مهمة للتركيبات الصناعية.
3. تأثير الهيدروالوجينات على الكحول. منظر عام للتفاعل: R-OH + HHal → R-Hal + H₂O. الميزة هي الوجود الإلزامي للمحفز. أمثلة على مسرعات العمليات التي يمكن استخدامها هي الفوسفور ، الكبريت ، الزنك أو كلوريد الحديد ، حامض الكبريتيك ، محلول كلوريد الزنك في حمض الهيدروكلوريك - كاشف لوكاس.
4. نزع الكربوكسيل من الأملاح الحمضية بعامل مؤكسد. اسم آخر لهذه الطريقة هو تفاعل Borodin-Hunsdicker. المحصلة النهائية هي إزالة جزيء ثاني أكسيد الكربونمن مشتقات الفضة من الأحماض الكربوكسيلية عند تعرضها لعامل مؤكسد - هالوجين. نتيجة لذلك ، يتم تكوين مشتقات الهالوجين من الهيدروكربونات. تبدو ردود الفعل بشكل عام كما يلي: R-COOAg + Hal → R-Hal + CO₂+ AgHal.
5. توليف الأشكال الهلالية. بمعنى آخر ، هذا هو إنتاج مشتقات ثلاثي الهالوجين من الميثان. أسهل طريقة لإنتاجها هي معالجة الأسيتون بمحلول قلوي من الهالوجينات. نتيجة لذلك ، يحدث تكوين جزيئات الهالوفورم. مشتقات الهالوجين من الهيدروكربونات العطرية يتم تصنيعها في الصناعة بنفس الطريقة.

يجب إيلاء اهتمام خاص لتركيب عدد غير محدود من الممثلين للفئة المدروسة. الطريقة الرئيسية هي معالجة الألكينات بالزئبق وأملاح النحاس في وجود الهالوجينات ، مما يؤدي إلى تكوين منتج برابطة مزدوجة في السلسلة.

مشتقات الهالوجين للهيدروكربونات العطرية يتم الحصول عليها عن طريق تفاعلات الهالوجين للأرينات أو الألكيلارين في سلسلة جانبية. هذه منتجات صناعية مهمة لأنها تستخدم كمبيدات حشرية في الزراعة.

الخصائص الفيزيائية

الخصائص الفيزيائية لمشتقات الهالوجين للهيدروكربونات تعتمد بشكل مباشر على بنية الجزيء. تتأثر نقاط الغليان والانصهار وحالة التجميع بعدد ذرات الكربون في السلسلة والفروع المحتملة على الجانب. كلما زاد عددهم ، زادت الدرجات. بشكل عام ، من الممكن وصف المعلمات المادية في عدة نقاط.

1. الحالة الإجمالية: أول أدنىالممثلين - الغازات ، بعد С₁₂- السوائل ، فوق - المواد الصلبة.
2. جميع الممثلين تقريبًا لديهم رائحة محددة كريهة حادة.
3. ضعيف جدا للذوبان في الماء ، ولكن المذيبات ممتازة نفسها. تذوب جيدًا في المركبات العضوية.
4. نقاط الغليان والانصهار تزداد مع زيادة عدد ذرات الكربون في السلسلة الرئيسية
5. جميع المركبات ما عدا مشتقات الفلور أثقل من الماء
6. كلما زاد عدد الفروع في السلسلة الرئيسية ، انخفضت نقطة غليان المادة.

من الصعب تحديد العديد من أوجه التشابه المشتركة ، لأن الممثلين يختلفون بشكل كبير في التكوين والهيكل. لذلك ، من الأفضل إعطاء قيم لكل مركب معين من سلسلة معينة من الهيدروكربونات.

الخصائص الكيميائية

من أهم العوامل التي يجب مراعاتها في الصناعة الكيميائية والتفاعلات التركيبية هي الخصائص الكيميائية للهيدروكربونات المهلجنة. ليست هي نفسها بالنسبة لجميع الممثلين ، حيث توجد عدة أسباب للاختلاف.

1. هيكل سلسلة الكربون. تحدث تفاعلات الاستبدال الأبسط (من النوع المحبة للنووية) مع هالو ألكيل الثانوية والثالثية.
2. نوع ذرة الهالوجين مهم أيضًا. الرابطة بين الكربون والهال مستقطبة بشدة ، مما يجعل من السهل كسرها مع إطلاق الجذور الحرة. ومع ذلك ، فإن الرابطة بين اليود والكربون تنكسر بسهولة ، وهو ما يفسره التغيير المنتظم (النقص) في طاقة الرابطة في السلسلة: F-Cl-Br-I.
3. وجود عطريروابط جذرية أو متعددة.
4. هيكل وتفريع الراديكالية نفسها.

بشكل عام ، تتفاعل الألكيلات المهلجنة بشكل أفضل مع الإحلال النووى. بعد كل شيء ، تتركز شحنة موجبة جزئيًا على ذرة الكربون بعد كسر الرابطة مع الهالوجين. هذا يسمح للراديكالي ككل أن يصبح متقبلًا للجسيمات الكهربية. على سبيل المثال:

• OH^-؛
• SO₄^2-؛
• NO₂^-؛
• CN^-وغيرها.

هذا يفسر حقيقة أنه من الممكن الانتقال من مشتقات الهالوجين من الهيدروكربونات إلى أي فئة من المركبات العضوية تقريبًا ، ما عليك سوى اختيار الكاشف المناسب الذي سيوفر المجموعة الوظيفية المطلوبة.

بشكل عام ، يمكننا القول أن الخصائص الكيميائية لمشتقات الهالوجين للهيدروكربونات هي القدرة على الدخول في التفاعلات التالية.

1. مع أنواع مختلفة من الجزيئات nucleophilic - تفاعلات الاستبدال. يمكن أن تكون النتيجة: الكحولات ، والإيثرات ، والإسترات ، ومركبات النيترو ، والأمينات ، والنتريل ، والأحماض الكربوكسيلية.
2. تفاعلات القضاء أو نزع الهالوجين. نتيجة التعرض لمحلول قلوي كحولي ، ينقسم جزيء هاليد الهيدروجين. هذه هي الطريقة التي يتشكل بها الألكين ، والمنتجات الثانوية ذات الوزن الجزيئي المنخفض - الملح والماء. مثال على التفاعل: CH₃-CH₂-CH₂-CH₂Br + NaOH_(كحول)→ CH₃-CH₂-CH=CH₂+ NaBr + H₂O.هذه العمليات هي إحدى الطرق الرئيسية لتجميع الألكينات المهمة.العملية دائما مصحوبة بدرجات حرارة عالية
3. الحصول على ألكانات ذات بنية طبيعية بطريقة Wurtz synthesis. جوهر التفاعل هو التأثير على الهيدروكربون البديل بالهالوجين (جزيئين) مع الصوديوم المعدني. باعتباره أيونًا شديد الحساسية للكهرباء ، يقبل الصوديوم ذرات الهالوجين من المركب. ونتيجة لذلك ، فإن الجذور الهيدروكربونية المحررة مترابطة ببعضها البعض بواسطة رابطة ، وتشكل ألكانًا لهيكل جديد. مثال: CH₃-CH₂Cl + CH₃-CH₂Cl + 2Na → CH₃-CH₂-CH₂-CH3_{+ 2NaCl.}
4. توليف متماثلات الهيدروكربونات العطرية بطريقة فريدل كرافتس. جوهر العملية هو عمل هالو ألكيل على البنزين في وجود كلوريد الألومنيوم. نتيجة لتفاعل الاستبدال ، يحدث تكوين التولوين وكلوريد الهيدروجين. في هذه الحالة ، فإن وجود عامل حفاز ضروري. بالإضافة إلى البنزين نفسه ، يمكن أيضًا أكسدة متماثلاته بهذه الطريقة.
5. الحصول على سائل Greignard. هذا الكاشف عبارة عن هيدروكربون معوض بالهالوجين مع أيون مغنيسيوم في التركيبة. في البداية ، يعمل المغنيسيوم المعدني في الأثير على مشتق هالو ألكيل. نتيجة لذلك ، يتم تكوين مركب معقد مع الصيغة العامة RMgHal ، يسمى كاشف Greignard.
6. تفاعلات الاختزال للألكان (ألكين ، أرينا). تُنفذ عند تعرضها للهيدروجين. نتيجة لذلك ، يتم تكوين الهيدروكربون ومنتج ثانوي ، هاليد الهيدروجين. مثال عام: R-Hal + H₂→ R-H + HHal.

هذه هي التفاعلات الرئيسية التيمشتقات الهالوجين للهيدروكربونات ذات الهياكل المختلفة قادرة على الدخول بسهولة. بالطبع ، هناك ردود أفعال محددة يجب أخذها في الاعتبار لكل ممثل على حدة.

تماثل الجزيئات

تماثل الهيدروكربونات المهلجنة ظاهرة طبيعية تمامًا. بعد كل شيء ، من المعروف أنه كلما زاد عدد ذرات الكربون في السلسلة ، زاد عدد الأشكال المتزامنة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الممثلين غير المشبعين لديهم روابط متعددة ، مما يؤدي أيضًا إلى ظهور أيزومرات.

هناك نوعان رئيسيان من هذه الظاهرة لهذه الفئة من المركبات.

1. isomerism للهيكل الكربوني للراديكالية والسلسلة الرئيسية. يتضمن هذا أيضًا موضع الرابطة المتعددة ، إذا كانت موجودة في الجزيء. كما هو الحال مع الهيدروكربونات البسيطة ، بدءًا من الممثل الثالث ، يمكن كتابة صيغ المركبات التي لها نفس الصيغة الجزيئية ولكن بتعبيرات هيكلية مختلفة. علاوة على ذلك ، بالنسبة للهيدروكربونات المستبدلة بالهالوجين ، فإن عدد الأشكال المتزامنة هو ترتيب من حيث الحجم أعلى من الألكانات المقابلة لها (الألكينات ، والألكينات ، والأرينات ، وما إلى ذلك).
2. موضع الهالوجين في الجزيء. يُشار إلى مكانه في الاسم برقم ، وحتى إذا تغير بمقدار واحد فقط ، فإن خصائص هذه الأيزومرات ستكون بالفعل مختلفة تمامًا.

التماثل المكاني غير وارد هنا ، لأن ذرات الهالوجين تجعله مستحيلاً. مثل جميع المركبات العضوية الأخرى ، تختلف ايزومرات هالو ألكيل ليس فقط في التركيب ، ولكن أيضًا في الخصائص الفيزيائية والكيميائية.الخصائص

مشتقات الهيدروكربونات غير المشبعة

هناك بالطبع العديد من هذه الروابط. ومع ذلك ، نحن مهتمون بمشتقات الهالوجين من الهيدروكربونات غير المشبعة. يمكن أيضًا تقسيمها إلى ثلاث مجموعات رئيسية.

1. فينيل - عندما تقع ذرة الهال مباشرة عند ذرة الكربون للرابطة المتعددة. مثال على الجزيء: CH₂=CCL_2.
2. مع موقف معزول. توجد ذرة الهالوجين والرابطة المتعددة في أجزاء متقابلة من الجزيء. مثال: CH₂=CH-CH₂-CH₂-Cl.
3. مشتقات Allyl - تقع ذرة الهالوجين في الرابطة المزدوجة من خلال ذرة كربون واحدة ، أي أنها في وضع ألفا. مثال: CH₂=CH-CH₂-CL.

ذو أهمية خاصة هو كلوريد الفينيل CH₂=CHCL. إنه قادر على تفاعلات البلمرة لتشكيل منتجات مهمة مثل مواد العزل والأقمشة المقاومة للماء والمزيد.

ممثل آخر لمشتقات الهالوجين غير المشبعة هو الكلوروبرين. صيغتها هي CH₂=CCL-CH=CH₂. هذا المركب هو المادة الخام لتخليق أنواع قيّمة من المطاط ، والتي تتميز بمقاومة الحريق وعمر الخدمة الطويل ونفاذية الغاز السيئة.

Tetrafluoroethylene (أو Teflon) هو بوليمر يحتوي على معايير تقنية عالية الجودة. يتم استخدامه لتصنيع طلاء قيم للأجزاء التقنية والأواني والأجهزة المختلفة. الصيغة - CF₂=CF₂.

عطريالهيدروكربونات ومشتقاتها

المركبات العطرية هي تلك المركبات التي تحتوي على حلقة بنزين. من بينها أيضًا مجموعة كاملة من مشتقات الهالوجين. يمكن تمييز نوعين رئيسيين من خلال هيكلهما.

1. إذا كانت ذرة هال مرتبطة مباشرة بالنواة ، أي الحلقة العطرية ، فإن المركبات تسمى هالوارين.
2. ذرة الهالوجين ليست متصلة بالحلقة ، ولكن بسلسلة الذرات الجانبية ، أي أن الجذر يذهب إلى الفرع الجانبي. تسمى هذه المركبات هاليدات أريل ألكيل.

من بين المواد قيد الدراسة ، هناك العديد من الممثلين ذوي الأهمية العملية الأكبر.

1. Hexachlorobenzene - C₆Cl₆. منذ بداية القرن العشرين ، تم استخدامه كمبيد قوي للفطريات وكذلك كمبيد حشري. له تأثير مطهر جيد ، لذلك تم استخدامه لخلع البذور قبل البذر. لها رائحة كريهة ، والسائل مادة كاوية وشفافة ويمكن أن تسبب التمزق.
2. بروميد البنزيل С₆Н₅CH₂Br. يستخدم ككاشف مهم في تخليق المركبات العضوية المعدنية.
3. كلوروبنزين C₆H₅CL. مادة سائلة عديمة اللون لها رائحة معينة. يتم استخدامه في إنتاج الأصباغ ومبيدات الآفات. إنه من أفضل المذيبات العضوية.

الاستخدام الصناعي

تستخدم مشتقات الهالوجين من الهيدروكربونات في الصناعة والتوليف الكيميائيواسع جدا. لقد تحدثنا بالفعل عن الممثلين غير المشبعين والعطريين. الآن دعنا نشير بشكل عام إلى مجالات استخدام جميع مركبات هذه السلسلة.

1. في البناء.
2. كمذيبات.
3. في إنتاج الأقمشة والمطاط والمطاط والأصباغ والمواد البوليمرية.
4. لتوليف العديد من المركبات العضوية.
5. مشتقات الفلور (الفريونات) عبارة عن مبردات في وحدات التبريد.
6. تستخدم كمبيدات حشرية ومبيدات فطريات وزيوت وزيوت تجفيف وراتنجات ومواد تشحيم.
7. انتقل لتصنيع المواد العازلة وغيرها