أبسط المركبات التي تمت دراستها في دورات الكيمياء العضوية هي الهيدروكربونات المشبعة أو البارافينات ، وتسمى أيضًا الألكانات. يتم تمثيل تكوينها النوعي بواسطة ذرات عنصرين فقط: الكربون والهيدروجين. تحتوي جزيئات المركبات على نوع واحد فقط من الروابط الكيميائية - أحادية أو بسيطة. في مقالتنا ، سوف ندرس الهيكل ، وكذلك طرق الحصول على الألكانات وخصائصها.
ممثلو المسلسل و اسمائهم
أول مركب من فئة البارافين هو الميثان. صيغته الجزيئية هي CH4، وهي تتوافق مع الصيغة العامة للمواد ، وهي كما يلي: C H2 + 2. أول أربعة ألكانات لها أسماء فردية ، مثل الميثان والإيثان. بدءًا من المركب الخامس ، تم بناء التسمية باستخدام الأرقام اليونانية. على سبيل المثال ، مادة بها خمس ذرات كربون في الجزيء C5H12تسمى pentane (من الكلمة اليونانية "penta" - خمسة). وفقًا للتسمية العقلانية ، الألكانات ،يمكن تمثيل الخصائص الكيميائية وإنتاجها التي ندرسها في شكل مواد - مشتقات الميثان. في جزيءه ، يتم استبدال ذرة هيدروجين واحدة أو أكثر بجذور الهيدروكربون. وفقًا للتسمية المنهجية ، يجب عليك اختيار أطول سلسلة من ذرات الكربون ، والتي يتم ترقيمها من النهاية التي تكون الجذور أقرب إليها. ثم يتم تحديد عدد ذرة الكربون المرتبطة برابطة سيجما بالجسيم الجذري ، ويتم تنقية الجذر بإضافة اسم الألكان نفسه إليه ، على سبيل المثال ، 3-ميثيل بوتان.
إنتاج الألكانات
المصدر الرئيسي والأكثر شيوعًا لإنتاج البارافين هو المعادن: الغاز الطبيعي والنفط. يمكن العثور على آثار الميثان مع الهيدروجين والنيتروجين في غاز المستنقعات. الألكانات الصلبة التي تحتوي على عدد كبير من ذرات الكربون في الجزيء موجودة في الأوزوسريت. هذا شمع جبلي به مجموعة كاملة من الخصائص الفريدة ، يتم تطوير رواسبه ، على سبيل المثال ، في غرب أوكرانيا. هناك أيضًا عدد من الطرق التركيبية لاستخراج الهيدروكربونات المشبعة ، على وجه الخصوص ، عن طريق تفاعل الاختزال. في الصناعة ، يمكن تمييز عدة طرق لإنتاج الألكانات باستخدام تفاعلات الأكسدة والاختزال ، على سبيل المثال ، بين هالو ألكيل ويوديد الهيدروجين أو ملغم الصوديوم. الأمر الأكثر بساطة هو اختزال الألكينات أو الألكينات أو الألكاديين مع الهيدروجين في وجود محفز نيكل. سيكون ناتج التفاعل هو البارافين المقابل. يمكن التعبير عن العملية بالمعادلة التاليةردود الفعل:
CH2=CH2+ H2=H3C-CH3(إيثان)
الذوبان القلوي لأملاح الأحماض الكربوكسيلية
إذا قمت بتسخين ملح الصوديوم CH3COONa أو مواد أخرى من هذه الفئة ، والتي تشمل ذرات المعادن النشطة ، مع هيدروكسيد الصوديوم أو الجير الصودا ، يمكنك الحصول على الهيدروكربونات المشبعة. غالبًا ما يستخدم النوع الأول من التفاعل في المختبر ، ويستخدم النوع الثاني لتحليل بنية حمض الكربوكسيل الذي يمثل جزءًا من الملح بدقة. تسمح لك طريقة الحصول على الألكانات هذه بملاحظة انقسام سلسلة الكربون في الكاشف وانخفاض عدد ذرات الكربون فيه.
رد فعل Wurtz
المواد التي هي مشتقات من البارافينات ، حيث تم استبدال ذرات الهيدروجين بجزيئات من الكلور أو البروم أو اليود ، يمكن أن تتفاعل مع الصوديوم المعدني الناعم المشتت. ستكون معادلة التفاعل العامة:
2RHal + 2Na → R-R + 2NaHal ،
تم اكتشاف هذه العملية في عام 1870 من قبل الكيميائي الفرنسي F. Würz. في وقت لاحق ، أوضح P. Sharygin آليته المؤدية إلى إنتاج الألكان. اتضح أن ذرة الهالوجين يتم استبدالها أولاً بمعدن. ثم تتفاعل مادة الصوديوم العضوية الناتجة مع جزيء هالوكاني آخر. وجد رد الفعل هذا تطبيقًا في تقنية تخليق البارافينات الأعلى.
خصائص الهيدروكربونات المشبعة
يتم تحديد الخصائص الفيزيائية لكل فئة من المركبات العضويةالخصائص التي تتغير بشكل طبيعي وتعتمد على بنية جزيئات المواد. لذا ، فإن المتجانسات الأربعة الأولى للألكانات ، التي تناولناها في السابق ردود فعلها ، هي الغازات. توجد البارافينات التي تحتوي في تركيبها من 5 إلى 14 ذرة كربون في المرحلة السائلة ، بينما الألكانات المتبقية عبارة عن مركبات صلبة. المواد الغازية والصلبة عديمة الرائحة ، ورائحة البارافينات السائلة مثل الكيروسين أو البنزين. أهم الخصائص الكيميائية للمواد تشمل ، على سبيل المثال ، الأكسدة الصلبة - الاحتراق ، ونتيجة لذلك يتم إطلاق كمية كبيرة من الحرارة:
CH4+ 2O2=CO2+ 2H2O
تذكر أن الميثان هو المكون الرئيسي للوقود الرئيسي - الغاز الطبيعي.
تفاعلات الاستبدال
الهالوجين بواسطة آلية الجذور الحرة هي ميزة أخرى للألكانات. يشير إلى تفاعلات الاستبدال ويؤدي إلى تكوين مركبات - مشتقات الهالوجين من البارافينات:
C5H12+ Cl2=HCl + C5H11Cl (كلوروبنتان).
النترات هي تفاعل الألكانات مع حمض النترات المخفف في وجود محفز وتحت ضغط ، اكتشفه ن. إم. كونوفالوف في عام 1889. مركبات نيترو البارافين لها مجموعة واسعة من التطبيقات كمواد خام لإنتاج وقود الصواريخ والمتفجرات ، وكذلك لاستخراج الأحماض الكربوكسيلية والأمينات.
أكسدة الأعضاء العليا من سلسلة الألكانات المتماثلة في وجود محفز يؤدي إلى إنتاج الكحوليات والكربوكسيلالأحماض المستخدمة في تصنيع الملدنات المستخدمة في صناعة البلاستيك والمنظفات.
في مقالنا درسنا خصائص الهيدروكربونات المشبعة ودرسنا كيفية الحصول عليها.
