Hóa học hữu cơ. Cheat sheet: ngắn gọn, quan trọng nhất

Thư viện kỹ thuật miễn phí

Ghi chú bài giảng, phiếu đánh giá
Thư viện miễn phí / Cẩm nang / Ghi chú bài giảng, phiếu đánh giá

Hóa học hữu cơ. Cheat sheet: ngắn gọn, quan trọng nhất

Ghi chú bài giảng, phiếu đánh giá

Cẩm nang / Ghi chú bài giảng, phiếu đánh giá

Bình luận bài viết

Mục lục

Hóa học sinh vật
Chất đồng phân
Hệ thống liên quan
hiệu ứng mê hoặc
Axit Bronsted
Rượu
Tính chất hóa học của rượu
Rượu polyhydric
Giới hạn hydrocacbon (bão hòa)
Danh pháp quốc gia và quốc tế
Khái niệm về sự phù hợp
Nguồn tự nhiên của hydrocacbon bão hòa
Lọc dầu
Quá trình bẻ khóa, ozokerite
Tương tác của giới hạn hydrocacbon với halogen
Hydrocacbon không no (không no)
Chủ nghĩa đồng phân, các nguồn tự nhiên và phương pháp sản xuất olefin
Sự khử nước của rượu chính, các tính chất vật lý và cơ học của olefin
Quy tắc của Markovnikov. Phương pháp Wagner
Sự trùng hợp olefin
hydrocacbon diene
Sự kết hợp của dienes
Cao su, tẩy
Alkynes
Tính chất vật lý của ankin
Hydrocacbon mạch hở
Cyclohexan, mêtan, tecpen
Tính chất chung của tecpen
hydrocacbon thơm
Danh pháp và đồng phân của hydrocacbon thơm
Sản xuất hiđrocacbon thơm. suối tự nhiên
Tổng hợp, tính chất vật lý và hóa học của hiđrocacbon thơm
Quy tắc định hướng trong nhân benzen
Quy tắc thế trong vòng benzen
Nhóm naphtalen
Nhóm anthracen, phenanthrene
Hợp chất thơm không benzen
Hệ thống thơm có vòng bảy ghi nhớ
Các phenol giải phẫu
Tính chất hóa học của phenol
Các đại diện riêng lẻ của phenol
Nhựa phenol-fomanđehit
Phenol diatomic
Phenol trihydric
Anđehit
Các phương pháp thu nhận anđehit
Tính chất hóa học của anđehit
Bổ sung hydro, nước, rượu, axit hydrocyanic, hydrosulfit
Thêm axit fuchsulfur vào anđehit, phản ứng trùng hợp của anđehit
Các đại diện riêng của anđehit
Rongalit, acetalhyd, glyoxol
xeton
Tính chất hóa học của xeton
Các đại diện riêng biệt của xeton
Quinones
Hydrocacbon

1. Hóa học sinh vật

Đây là môn khoa học nghiên cứu chức năng sinh học của các chất hữu cơ trong cơ thể. Nó có nguồn gốc từ nửa sau của thế kỷ XNUMX. Đối tượng nghiên cứu của nó là chất tạo màng sinh học, chất điều hòa sinh học và các chất chuyển hóa riêng lẻ.

Biopolyme là các hợp chất tự nhiên cao phân tử là cơ sở của tất cả các sinh vật. Đó là các peptit, protein, polysaccharid, axit nucleic (NA), lipid.

Chất điều hòa sinh học là các hợp chất điều chỉnh sự trao đổi chất về mặt hóa học. Đó là vitamin, nội tiết tố, kháng sinh, ancaloit, thuốc, v.v.

Kiến thức về cấu trúc và đặc tính của chất tạo màng sinh học và chất điều hòa sinh học giúp chúng ta có thể hiểu được bản chất của các quá trình sinh học. Do đó, việc thiết lập cấu trúc của protein và NA đã giúp chúng ta có thể phát triển các ý tưởng về sinh tổng hợp protein nền và vai trò của NA trong việc lưu giữ và truyền tải thông tin di truyền.

Nhiệm vụ chính của hóa học hữu cơ sinh học là làm sáng tỏ mối quan hệ giữa cấu trúc và cơ chế hoạt động của các hợp chất.

Đây là ngành khoa học nghiên cứu các hợp chất của cacbon. Hiện nay, có 16 triệu chất hữu cơ.

Lý do tạo nên sự đa dạng của các chất hữu cơ.

1. Hợp chất của nguyên tử cacbon (C) với nhau và các nguyên tố khác trong hệ thống tuần hoàn D. I. Mendeleev. Trong trường hợp này, các chuỗi và chu kỳ được hình thành.

2. Một nguyên tử cacbon có thể ở ba trạng thái lai hóa khác nhau. Cấu hình tứ diện của nguyên tử C → cấu hình phẳng của nguyên tử C.

3. Đồng đẳng là sự tồn tại của các chất có tính chất tương tự nhau, trong đó mỗi chất của dãy đồng đẳng khác với chất trước đó bởi một nhóm - CH₂-.

4. Đồng phân là sự tồn tại của các chất có thành phần định tính và định lượng giống nhau, nhưng cấu tạo khác nhau.

AM Butlerov (1861) đã tạo ra một lý thuyết về cấu trúc của các hợp chất hữu cơ, cho đến ngày nay, lý thuyết này được coi là cơ sở khoa học của hóa học hữu cơ. Các quy định chính của lý thuyết về cấu tạo của hợp chất hữu cơ:

1) các nguyên tử trong phân tử liên kết với nhau bằng liên kết hóa học phù hợp với hóa trị của chúng;

2) Các nguyên tử trong phân tử hợp chất hữu cơ liên kết với nhau theo một trình tự nhất định, yếu tố này quyết định cấu trúc hóa học của phân tử;

3) Tính chất của các hợp chất hữu cơ không chỉ phụ thuộc vào số lượng và bản chất của các nguyên tử cấu thành chúng, mà còn phụ thuộc vào cấu trúc hóa học của các phân tử;

4) trong phân tử có sự ảnh hưởng lẫn nhau của cả nguyên tử liên kết và không liên kết trực tiếp với nhau;

5) cấu trúc hóa học của một chất có thể được xác định là kết quả của việc nghiên cứu các biến đổi hóa học của nó và ngược lại, các tính chất của nó có thể được đặc trưng bởi cấu trúc của một chất.

2. Đồng phân

Đồng phân không gian được chia thành hai loại: đồng dạng cấu hình và cấu hình.

1. Đồng phân cấu tạo được gọi là dạng các phân tử chuyển vào nhau do chuyển động quay tự do của các nguyên tử và nhóm nguyên tử xung quanh một hay nhiều liên kết b. Hợp chất đầu tiên mà sự tồn tại của các đồng phân cấu tạo được biết đến là etan. Cấu trúc của nó trong không gian được biểu diễn bằng công thức phối cảnh hoặc công thức Newman.

2. Đồng phân cấu hình. Đây là những chất đồng phân lập thể, các phân tử có sự sắp xếp khác nhau của các nguyên tử trong không gian mà không tính đến sự phù hợp.

Đồng phân đồng phân được chia thành đồng phân đối quang và đồng phân không đối quang.

Đồng phân đối quang (đồng phân quang học, đồng phân phản gương) là đồng phân lập thể, các phân tử của chúng có liên quan với nhau, giống như một vật thể và một hình ảnh phản chiếu không tương thích với nó. Hiện tượng này được gọi là enantiomerism.

Tất cả các tính chất hóa học và vật lý của các chất đối quang đều giống nhau, ngoại trừ hai: chuyển động quay của mặt phẳng ánh sáng phân cực (trong thiết bị đo phân cực) và hoạt tính sinh học.

Điều khoản về chủ nghĩa đối tượng:

1) nguyên tử C ở trạng thái lai hóa sp3;

2) sự vắng mặt của bất kỳ đối xứng nào;

3) sự hiện diện của một nguyên tử C không đối xứng (bất đối xứng), một nguyên tử có bốn nhóm thế khác nhau.

Nhiều hydroxy và axit amin có khả năng xoay mặt phẳng phân cực của chùm sáng sang trái hoặc phải. Hiện tượng này được gọi là hoạt động quang học 2b, và bản thân các phân tử cũng hoạt động quang học. Độ lệch của chùm sáng sang phải được đánh dấu "+", sang trái - "-" và biểu thị góc quay theo độ.

Cấu hình tuyệt đối của phân tử được xác định bằng các phương pháp hóa lý phức tạp.

Cấu hình tương đối của các hợp chất hoạt động quang học được xác định bằng cách so sánh với chất chuẩn glyceraldehyd. Các chất hoạt động về mặt quang học có cấu hình của glyceraldehyde dextrorotatory hoặc levorotatory (M. Rozanov, 1906) được gọi là các chất thuộc dòng D- và L. Một hỗn hợp đồng phân bên phải và bên trái bằng nhau của một hợp chất được gọi là đồng phân và không hoạt động về mặt quang học.

Các đối tượng sinh tồn được mô tả bằng công thức của Fisher. Trong số các chất đối quang, có thể có những phân tử đối xứng không có hoạt tính quang học, những chất này được gọi là chất đồng phân trung gian. Các đồng phân quang học không phải là đồng phân gương, khác nhau về cấu hình của một số, nhưng không phải tất cả, nguyên tử C không đối xứng, với các tính chất vật lý và hóa học khác nhau, được gọi là đồng phân s-dia-stereo-.

đồng phân hình học p (đồng phân hình học) là đồng phân lập thể có một liên kết p trong phân tử. Chúng có trong các anken, axit cacboxylic bậc cao không no, axit đicacboxylic không no. Hoạt động sinh học của các chất hữu cơ có liên quan đến cấu trúc của chúng.

3. Hệ thống ghép nối

Trong trường hợp đơn giản nhất, hệ thống liên hợp là

Đây là những hệ thống có liên kết đôi và đơn xen kẽ. Chúng có thể mở và đóng. Một hệ thống mở tồn tại trong hydrocacbon đien (HC).

Tất cả các nguyên tử C đều ở trạng thái lai hoá sp. Bốn obitan p không lai tạp, chồng chéo lên nhau, tạo thành một hệ thống điện tử duy nhất. Loại liên hợp này được gọi là liên hợp p, liên hợp p.

Có sự liên hợp electron p với electron S. Loại liên hợp này được gọi là liên hợp p, liên hợp p. Hệ kín tồn tại ở dạng hiđrocacbon thơm.

Sự kết hợp là một quá trình thuận lợi về mặt năng lượng, năng lượng (E) được giải phóng trong trường hợp này. Năng lượng liên hợp của butadien - 1,3 là 15 kJ / mol, năng lượng liên hợp của benzen là 228 kJ / mol.

2. Độ thơm

Đây là một khái niệm bao gồm các tính chất khác nhau của các hợp chất thơm. Điều kiện thơm:

1) chu trình khép kín phẳng;

2) tất cả các nguyên tử C đều ở dạng lai hóa sp2;

3) một hệ thống liên hợp duy nhất của tất cả các nguyên tử của chu kỳ được hình thành;

4) quy tắc Hückel được thực hiện: 4n + 2 điện tử p tham gia liên hợp, trong đó n = 1, 2, 3…

Đại diện đơn giản nhất của hiđrocacbon thơm là benzen. Nó đáp ứng tất cả bốn điều kiện về độ thơm. Quy tắc Hückel: 4n + 2 = 6, n = 1.

Naphtalen là một hợp chất thơm 4n + 2 = 10, n = 2.

Pyridine là một hợp chất dị vòng thơm. Ảnh hưởng lẫn nhau của các nguyên tử trong phân tử

Năm 1861, nhà khoa học người Nga AM Butlerov đã đưa ra quan điểm: "Các nguyên tử trong phân tử ảnh hưởng lẫn nhau." Hiện tại, ảnh hưởng này được truyền theo hai cách: hiệu ứng cảm ứng và tác động mê đạo.

Hiệu ứng cảm ứng là sự chuyển ảnh hưởng điện tử dọc theo chuỗi liên kết p. Biết rằng liên kết giữa các nguyên tử có độ âm điện khác nhau (EO) bị phân cực, chuyển sang nguyên tử có độ âm điện lớn hơn. Điều này dẫn đến sự xuất hiện của các điện tích hiệu dụng (thực) (d) trên các nguyên tử. Sự dịch chuyển điện tử như vậy được gọi là quy nạp và được ký hiệu bằng chữ cái "I" và mũi tên "→".

δ + δ-

CH₃ - CH₂ → X, X = Hal-, HO-, HS-, NH₂- và vân vân.

Hiệu ứng quy nạp có thể là tích cực hoặc tiêu cực. Nếu nhóm thế X hút các electron của liên kết hóa học mạnh hơn nguyên tử H thì nó thể hiện - II (H) \ u0d XNUMX. Trong ví dụ của chúng ta, X thể hiện - I.

Nếu nhóm thế X hút các electron liên kết yếu hơn nguyên tử H thì nó thể hiện + I. Tất cả các alkyls (R = CH₃-, C₂H₅- vv), Men + show + I.

4. Hiệu ứng Mesomeric

Hiệu ứng mesomeric (hiệu ứng liên hợp) là ảnh hưởng của một nhóm thế được truyền qua hệ thống liên hợp các liên kết p. Được biểu thị bằng chữ ́ "M" và một mũi tên cong. Hiệu ứng mesomeric có thể là "+" hoặc "-". Ở trên đã nói rằng có hai loại liên hợp p, p và p, p. Phân loại phản ứng hữu cơ Phản ứng hóa học là quá trình kèm theo sự thay đổi sự phân bố electron ở các lớp vỏ ngoài cùng của nguyên tử các chất tham gia phản ứng. Kết quả của phản ứng, một số liên kết hóa học bị phá vỡ trong các phân tử phản ứng của các chất và những liên kết khác được hình thành. Phản ứng đi theo hướng hình thành các hạt ổn định, tức là những hạt có nội năng ít hơn.

Các phản ứng có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau.

1. Theo kiểu bẻ gãy liên kết hóa học trong các hạt phản ứng (cơ chất và thuốc thử). Cơ chất là chất phản ứng, chất phản ứng là chất hoạt động. Sự phân chia này là có điều kiện.

Có ba loại thuốc thử:

1) gốc (R) là các nguyên tử hoặc hạt trung hòa với một điện tử chưa ghép đôi (H-, C₁-.- OH, - CH3, v.v.);

2) nucleophile (Nu - "hạt nhân yêu thương") - đây là những hạt có một cặp điện tử ở mức điện tử ngoài cùng của nguyên tử;

3) Electrophiles (E - "electron yêu") - đây là những hạt thiếu electron - mức điện tử hóa trị chưa được lấp đầy.

Trong các phản ứng, nucleophile tấn công trung tâm phản ứng thiếu điện tử trong chất nền, trong khi electrophin tấn công trung tâm phản ứng với lượng điện tử dư thừa. Theo đó, họ phân biệt:

1) phản ứng triệt để;

2) phản ứng electrophin;

3) phản ứng nucleophin.

2. Theo số lượng và tính chất của sản phẩm ban đầu và sản phẩm cuối cùng, người ta phân biệt các loại phản ứng:

1) sự thay thế; chúng giống như phản ứng trao đổi trong hóa học vô cơ;

2) kết nối;

3) sự phân cắt (loại bỏ) là sự phân cắt của hai nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử từ các nguyên tử cacbon lân cận với sự hình thành liên kết p giữa chúng;

4) sự sắp xếp lại.

Có tính đến bản chất của thuốc thử, phản ứng thế và phản ứng cộng có thể là phản ứng nucleophin, ái điện tử và phản ứng gốc và được ký hiệu như sau:

1) phản ứng thay thế nucleophin;

2) phản ứng thế electrophin;

3) phản ứng thay thế gốc;

4) phản ứng cộng electrophin;

5) phản ứng cộng nucleophin;

6) phản ứng cộng oadical.

5. Axit Bronsted

Để mô tả tính axit và tính bazơ của các hợp chất hữu cơ, người ta sử dụng lý thuyết Bronsted.

Các quy định chính của lý thuyết này.

Axit là một hạt cho một proton (một chất cho H +); một cơ sở là một hạt nhận một proton (chất nhận H-).

Tính axit luôn được đặc trưng khi có mặt của bazơ và ngược lại.

A-H (axit) + B (bazơ) - A (bazơ liên hợp) + B-H + (axit liên hợp).

Axit Bronsted được chia thành 4 loại tùy thuộc vào trung tâm axit:

1) SH-axit (thiols);

2) OH-axit (rượu, phenol, axit cacbolic);

3) Axit NC (amin, amit);

4) Các axit F-CH (HC).

Trong hàng này, từ trên xuống dưới, độ chua giảm dần. Độ mạnh của axit được xác định bởi độ ổn định của anion tạo thành. Anion càng bền thì axit càng mạnh. Tính ổn định của anion phụ thuộc vào sự phân chia (phân bố) của điện tích "âm" trong toàn bộ hạt (anion). Điện tích "âm" càng bị phân chia, thì anion càng bền và axit càng mạnh.

Việc phân chia phí phụ thuộc vào:

1) về độ âm điện (EO) của dị nguyên tử. Càng nhiều EO của một dị nguyên tử thì axit tương ứng càng mạnh. Ví dụ: R-OH và R-NH₂.

Ancol là axit mạnh hơn amin, vì EO (0) → 30 (N);

2) về tính phân cực của dị nguyên tử. Độ phân cực của dị nguyên tử càng lớn thì axit tương ứng càng mạnh. Ví dụ: R-SH và R-OH.

Thiols là axit mạnh hơn rượu vì nguyên tử S phân cực hơn nguyên tử O;

3) về bản chất của nhóm thế R (độ dài của nó, sự hiện diện của hệ liên hợp, sự phân chia mật độ electron).

Ví dụ: CH₃-OH, CH₃-CH₂-OH, CH₃-CH₂-CH₂-ANH TA. Tính axit ít hơn, khi chiều dài của gốc tăng lên.

Với cùng một tâm axit, độ mạnh của ancol, phenol và axit cacboxylic không giống nhau. Phenol là axit mạnh hơn rượu do liên hợp p, s (+ M) của nhóm (-OH). Liên kết O-H phân cực hơn trong phenol. Phenol thậm chí có thể tương tác với muối (FeC₁₃) là một phản ứng định tính với phenol. So với các ancol chứa cùng R, axit cacboxylic là axit mạnh hơn, vì liên kết O-H bị phân cực đáng kể do hiệu ứng M> C \ uXNUMXd O. Ngoài ra, anion cacboxylat bền hơn anion ancol do liên hợp đến p, s trong nhóm cacboxyl;

4) từ việc giới thiệu các nhóm thế trong gốc. Nhóm thế EA làm tăng tính axit, nhóm thế ED làm giảm tính axit;

5) về bản chất của dung môi.

6. Cồn

Ancol là dẫn xuất của hiđrocacbon trong đó một hoặc nhiều nguyên tử H được thay thế bằng nhóm -OH. Phân loại.

1. Theo số nhóm OH, hãy phân biệt ancol đơn chức, ancol đa chức và ancol đa chức:

CH₃ -CH₂ -OH (etanol);

CH₂OH-CH₂OH (etylen glicol);

CH₂OH-CHOH-CH₂OH (glixerin).

2. Theo tính chất của R, người ta phân biệt các ancol: no, không no, mạch hở, thơm.

3. Theo vị trí của nhóm (-OH), rượu bậc một, bậc hai và bậc ba được phân biệt.

4. Theo số lượng nguyên tử C, phân tử khối lượng thấp và khối lượng phân tử cao được phân biệt:

CH₃(CH₂)₁₄-CH₂-OH cũng được (C₁₆ H₃₃Ồ);

cetyl alcohol

CH₃- (CH₂)₂₉-CH₂ANH ẤY VỚI₃₁Н₆₃, ANH TA).

rượu myricyl

Cetyl palmitate - cơ sở của tinh trùng, myricyl palmitate - được tìm thấy trong sáp ong. Danh pháp

Tầm thường, hợp lý, MN (gốc + tận cùng "-ol" + chữ số Ả Rập). chủ nghĩa đồng phân

Có thể có các lựa chọn: đồng phân mạch, vị trí nhóm - OH, đồng phân quang học.

Ancol là axit yếu.

Ancol là bazơ yếu. Chỉ gắn H + từ axit mạnh, nhưng chúng là Nu mạnh hơn.

(-I) ảnh hưởng của nhóm (-OH) làm tăng độ linh động của H ở nguyên tử cacbon liền kề. Carbon thu nhận d + (tâm electrophin, SE) và trở thành trung tâm tấn công nucleophin (Nu). Liên kết C-O dễ đứt hơn H-O, do đó phản ứng SN là đặc trưng của rượu. Chúng có xu hướng chạy trong môi trường axit, vì sự proton hóa nguyên tử oxy làm tăng d + của nguyên tử cacbon và làm cho liên kết dễ phá vỡ hơn. Loại này bao gồm các phản ứng tạo thành ete, dẫn xuất halogen.

Sự dịch chuyển mật độ electron từ H trong gốc dẫn đến sự xuất hiện của tâm CH-axit. Trong trường hợp này, các phản ứng oxi hóa và khử diễn ra.

Tính chất vật lý

Rượu thấp hơn (C₁-TỪ₁₂) - chất lỏng, cao hơn - chất rắn.

Tính chất hóa học

Axit-bazơ.

Ancol là những hợp chất lưỡng tính yếu.

Ancol dễ bị thủy phân, điều này chứng tỏ ancol là axit yếu hơn nước:

R-ONa + HOH → R-OH + NaOH.

7. Tính chất hóa học của rượu

Nhóm -OH là một "nhóm rời khỏi kém" (liên kết có độ phân cực thấp), vì vậy hầu hết các phản ứng được thực hiện trong môi trường axit.

Cơ chế phản ứng:

CH₃ -CH₂ -OH + H + → CH₃ -CH₂ + H₂O.

cacbocation

Nếu phản ứng xảy ra với hiđro halogenua thì ion halogenua sẽ tham gia: CH₃ -CH₂ + Cl → CH₃ -CH₂ CI₁.

Các anion trong các phản ứng này hoạt động như nucleophile (Nu) do điện tích "-" hoặc cặp electron đơn độc. Anion là bazơ mạnh hơn và thuốc thử nucleophin hơn là rượu. Do đó, trong thực tế, các rượu được sử dụng để thu được ete và este, chứ không phải là rượu. Nếu nucleophile là một phân tử rượu khác, thì nó sẽ gắn vào cacbocation:

CH₃ -CH₂ + R-0- H → CH₃ -CH₂ -HOẶC.

ête

Các phản ứng E (phân cắt hoặc loại bỏ). Các phản ứng này cạnh tranh với các phản ứng SN.

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

Phản ứng tiến hành ở nhiệt độ cao và xúc tác H₂SO₄.

Với lượng H vượt quá₂SO₄ và nhiệt độ cao hơn trong trường hợp phản ứng tạo thành ete, chất xúc tác được tái sinh và một anken được tạo thành:

CH₃ -CH₂ +HS₀₄ → CH₂ = CH₂ + H₂SO₄.

Phản ứng E dễ dàng hơn đối với rượu bậc ba, khó hơn đối với rượu bậc hai và bậc một, vì trong các trường hợp sau, các cation kém bền được hình thành. Trong các phản ứng này, quy tắc của A. M. Zaitsev được thực hiện: "Trong quá trình khử nước của rượu, nguyên tử H bị tách ra khỏi nguyên tử C lân cận có hàm lượng nguyên tử H thấp hơn."

Trong cơ thể, nhóm - OH, dưới tác dụng của enzim, được chuyển thành nhóm dễ dàng rời khỏi cơ thể bằng cách tạo thành các este với H₃RO₄.

CH₃-CH₂-OH + KHÔNG-RO₃Н₂ → CH₃-CH₂-ORO₃Н₂.

Phản ứng oxy hóa:

1. Ancol bậc một và ancol bậc hai đều bị oxi hóa bởi dung dịch CuO, KMnO₄К₂Cr₂O₇ khi đun nóng tạo thành các hợp chất chứa cacbonyl tương ứng.

CH₃ -CH₂ -CH₂ -OH + O → CH₃ -CH₂ -HC \ uXNUMXd O + H₂Ô;

CH₃-HSON-CH₃ + O → CH₃-CO-CH₃ + H₂O.

2. Ancol bậc ba khó bị oxi hóa.

Phản ứng oxy hóa cũng bao gồm phản ứng dehydro hóa.

CH₃ -CH₂ -OH - CH₃ → HC = O + H₂.

IV. Các phản ứng đặc trưng của các hydrocacbon (HC) tương ứng tiến hành dọc theo gốc (R).

CH₃-CH₂-OH + 3Br₂ → SVr₃-CH₂-OH + ZNBrg;

CH₂ = CH-CH₂-OH + Br₂- → CH₂Vg-SNVg-CH₂ANH TA.

8. Rượu polyhydric

Các rượu này được đặc trưng bởi tất cả các phản ứng của rượu đơn chức, nhưng có một số đặc điểm.

Do có nhóm (-I) (-OH), rượu đa chức có tính axit rõ rệt hơn.

Chúng tạo thành rượu không chỉ với kim loại kiềm mà còn với kiềm:

Phản ứng định tính đối với rượu diol và rượu đa chức (đoạn diol) là phản ứng với Cu (OH) 2 trong môi trường kiềm, kết quả là một hợp chất phức của đồng glycolat được tạo thành trong một dung dịch có màu xanh lam.

Phản ứng của rượu đa chức có thể tiến hành trên một hoặc tất cả các nhóm (-OH). Chúng tạo thành rượu, ete và este, khử nước, oxy hóa.

Nitroglycerin là một chất lỏng nhờn không màu. Ở dạng dung dịch cồn loãng (1%), nó được sử dụng để điều trị cơn đau thắt ngực, vì nó có tác dụng giãn mạch. Nitroglycerin là một chất nổ mạnh có thể phát nổ khi va chạm hoặc khi đun nóng. Trong trường hợp này, trong một thể tích nhỏ bị chiếm giữ bởi một chất lỏng, một thể tích khí rất lớn được hình thành ngay lập tức, gây ra một làn sóng nổ mạnh. Nitroglycerin là một phần của thuốc nổ, thuốc súng.

Các đại diện của pentit và hexit - xylitol và sorbitol - tương ứng, penta- và rượu sáu nguyên tử có mạch hở. Sự tích tụ của (-OH) - các nhóm dẫn đến sự xuất hiện của một vị ngọt. Xylitol và sorbitol là chất thay thế đường cho bệnh nhân tiểu đường.

Glycerophosphates - các đoạn cấu trúc của phospholipid, được sử dụng như một loại thuốc bổ nói chung. Khi cho H3PO4 tác dụng với glixerol, ta thu được hỗn hợp các glixerophotphat. Glycerophosphates

Glycerophosphate của sắt (III) được sử dụng cho bệnh thiếu máu, suy nhược, mất sức nói chung. Trẻ em 0,3-0,5 g ngày 2-3 lần, người lớn 1 g ngày 3-4 lần.

Canxi glycerophosphat - làm việc quá sức, còi xương, suy giảm dinh dưỡng. Trẻ em 0,05-0,2 g mỗi lần tiếp nhận, người lớn 0,2-0,5.

1. Khi KHSO4 tác dụng với glixerin và khi đun nóng thì tạo thành acrolein.

2. Trong quá trình oxi hóa glixerol, một số sản phẩm được tạo thành. Với quá trình oxy hóa nhẹ - glyceraldehyde và dihydroxyacetone. Khi bị oxy hóa trong điều kiện khắc nghiệt, 1,3-dioxoacetone được hình thành.

9. Giới hạn hydrocacbon (bão hòa)

Đại diện đơn giản nhất của phân nhóm hydrocacbon no là metan (CH4). I3 của metan, tất cả các hiđrocacbon no khác đều có thể thu được và về mặt này, tất cả các hiđrocacbon no thường được gọi là hiđrocacbon của dãy metan.

Để thu được các hydrocacbon khác từ metan, trước hết metan phải được xử lý bằng clo. Trong trường hợp này, nguyên tử hydro trong metan được thay thế bằng nguyên tử clo và thu được metyl clorua.

Nếu bây giờ chúng ta tác dụng với metyl clorua tạo thành với natri kim loại, thì natri sẽ lấy đi clo và các nhóm CH được hình thành₃, cái gọi là gốc metyl, sẽ kết hợp thành từng cặp với nhau do các hóa trị được giải phóng.

Khả năng kháng hóa học của các hydrocacbon bão hòa đối với một số thuốc thử mạnh, chẳng hạn như axit mạnh và kiềm, bao gồm parafin (từ tiếng Latinh parum affinis - "ít ái lực"). Phản ứng sẽ tạo ra một hiđrocacbon no có hai nguyên tử cacbon - etan (C₂Н₆).

Nếu cho etan tác dụng với clo, ta được etyl clorua C₂H₅Cl₁ và sau đó, trộn nó với metyl clorua, chúng tôi trừ natri clo, chúng tôi nhận được đại diện tiếp theo của các hiđrocacbon no chứa ba nguyên tử cacbon - propan C₃Н₈.

Như có thể thấy từ các ví dụ đã cho, cả hai phản ứng cuối cùng đều giảm sự thay thế một nguyên tử hydro trong hydrocacbon ban đầu bằng một nhóm metyl. Tương tự, trong hai giai đoạn, có thể thu được các đại diện sau của hiđrocacbon no: butan C₄Н₁₀, pentan C₅Н₁₂.

Các hydrocacbon này đại diện cho cái gọi là dãy đồng đẳng. Trong một chuỗi như vậy, mỗi hợp chất tiếp theo có thể thu được từ hợp chất trước đó bằng các phản ứng hóa học giống nhau. Ngoài ra, tất cả các hợp chất của dãy đồng đẳng đều giống nhau về tính chất của chúng. Công thức của mỗi hợp chất khác với công thức của hợp chất trước bởi cùng một nhóm nguyên tử CH₂, được gọi là sự khác biệt tương đồng. Các hợp chất là thành viên của một chuỗi tương đồng được gọi là chất tương đồng. Danh pháp và đồng phân

Với mong muốn thể hiện sự giống nhau của tất cả các hiđrocacbon no với metan tổ tiên của chúng, các hiđrocacbon này được đặt tên kết thúc bằng -an. Về phần ban đầu của những cái tên, chúng phát sinh theo những cách khác nhau. Tên của ba chất đồng đẳng đầu tiên của metan - etan (C₂Н₆), propan (C₃Н₈) và butan (C₄Н₁₀) - nảy sinh ít nhiều một cách tình cờ. Bắt đầu từ C₅Н₁₂, tên của các hydrocacbon bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp (hoặc trong một số trường hợp là tiếng Latinh) của các con số tương ứng với số nguyên tử cacbon trong một hợp chất nhất định. Vì vậy, một hydrocacbon có năm nguyên tử cacbon được gọi là pentan (từ tiếng Hy Lạp penta - năm); một hydrocacbon có sáu nguyên tử cacbon được gọi là hexan (từ tiếng Hy Lạp hexa - "sáu"); một hydrocacbon có bảy nguyên tử cacbon được gọi là heptan (từ tiếng Hy Lạp hepta - "bảy"), v.v.

Khi một nguyên tử hydro được lấy đi khỏi hydrocacbon, phần dư của hydrocacbon no sẽ thu được, được gọi là gốc hóa trị đơn, hoặc đôi khi đơn giản là gốc.

10. Danh pháp quốc gia và quốc tế

Ngay cả vào giữa TK XIX. các nhà hóa học riêng lẻ đã cố gắng tạo ra một danh pháp để nói về cấu trúc của các chất được đặt tên; một danh pháp như vậy được gọi là duy lý. Trong trường hợp này, ví dụ, tên của hydrocacbon được lấy từ tên của đại diện đầu tiên của nhóm hydrocacbon này. Vì vậy, đối với một số khí mêtan, tên của mêtan được dùng làm cơ sở cho tên gọi. Ví dụ, một trong những đồng phân của pentan có thể được gọi là đimetyletetylmetan, tức là chất này có thể được biểu diễn dưới dạng dẫn xuất của metan, trong đó hai nguyên tử hydro được thay thế bằng nhóm metyl CH3 và một nguyên tử hydro được thay thế bằng nhóm etyl C.₂Н₅.

Danh pháp quốc tế

Với mong muốn tạo ra một danh pháp hợp lý nhất của các hợp chất hữu cơ sẽ được chấp nhận ở tất cả các quốc gia trên thế giới, các nhà hóa học lớn nhất - đại diện của các xã hội hóa học từ các quốc gia khác nhau - đã tập hợp vào năm 1892 tại Geneva (Thụy Sĩ). Tại cuộc họp này, một danh pháp khoa học có hệ thống đã được phát triển, mà ngày nay thường được gọi là Geneva hoặc danh pháp quốc tế.

Để đặt tên cho bất kỳ hợp chất nào theo danh pháp Giơ-ne-vơ, người ta tuân thủ các quy tắc sau.

Xét công thức cấu tạo của hợp chất, người ta chọn chuỗi nguyên tử cacbon dài nhất và đánh số thứ tự các nguyên tử, bắt đầu từ cuối mà nhóm thế gần hơn (nhánh bên).

Theo các nguyên tắc của danh pháp Geneva, hợp chất được coi là dẫn xuất của một hydrocacbon thông thường có cùng một chuỗi được đánh số lại tương ứng.

Vị trí của nhóm thế (nhánh chuỗi) được biểu thị bằng một số tương ứng với số nguyên tử cacbon mà nhóm thế nằm ở đó, sau đó gọi là nhóm thế, và cuối cùng là hiđrocacbon mà từ đó toàn bộ hợp chất được tạo ra dọc theo cách đánh số lại dài nhất. chuỗi.

Trong trường hợp có nhiều nhánh trong chuỗi, vị trí của mỗi nhánh được chỉ ra riêng biệt bằng các số tương ứng và mỗi nhóm thế được đặt tên riêng biệt. Nếu hợp chất có một số nhóm thế giống hệt nhau, ví dụ, hai nhóm metyl, thì sau hai chữ số biểu thị vị trí của chúng, chúng sẽ nói là "đimetyl" (từ tiếng Hy Lạp di - "hai"); với sự hiện diện của ba nhóm metyl, họ nói "tri-metyl", v.v.

Sau khi tạo ra danh pháp Geneva, họ đã nhiều lần cố gắng cải tiến nó - bổ sung, sửa chữa nó. Vì vậy, ở Liege (Bỉ), "Quy tắc Liège" đã được xem xét, tuy nhiên, điều này đã không được nhiều nhà hóa học chấp nhận.

Năm 1957, và sau đó là năm 1965, Liên minh Hóa học Ứng dụng và Tinh khiết Quốc tế, viết tắt là IUPAC (hoặc IUPAC), đã phê duyệt các quy tắc về danh pháp của các hợp chất hữu cơ. Các quy tắc này về cơ bản tương ứng với danh pháp Geneva, nhưng thực hiện một số sửa đổi cho nó. Trong tương lai, khi trình bày Danh pháp quốc tế của các nhóm hợp chất khác nhau, các khuyến nghị của IUPAC cũng đã được tính đến.

11. Khái niệm về sự phù hợp

Các nhóm kim loại và metylen trong hydrocacbon (cũng như trong các hợp chất khác) có thể tự do quay xung quanh các liên kết đơn nối chúng, như quanh trục, do đó các nguyên tử hydro có thể chiếm các vị trí không gian khác nhau. Các dạng kết quả khác nhau được gọi là sự phù hợp hoặc bộ định hình. Vì vậy, ví dụ, etan, do sự quay tự do của các nhóm metyl, có thể tồn tại ở dạng vô số cấu tạo. Cấu trúc kém ổn định nhất là cái gọi là cấu trúc bị che khuất, trong đó các nguyên tử hydro của hai nhóm metyl nằm trên nhóm kia. Sự không ổn định của cấu trúc này là do khoảng cách nhỏ giữa các nguyên tử hydro, chúng có xu hướng đẩy nhau. Khi những nguyên tử này bị đẩy lùi, cấu trúc bị che khuất của etan sẽ truyền sang những nguyên tử khác và cuối cùng, biến thành cấu trúc ổn định nhất, trong đó các nguyên tử hydro của một nhóm metyl này càng xa nguyên tử hydro của nhóm metyl kia càng tốt. Cấu trúc này được gọi là bị cản trở, bởi vì trong quá trình quay tự do của các nhóm metyl, phân tử mêtan dành thời gian lâu nhất trong cấu trúc này.

Các hydrocacbon và các hợp chất hữu cơ khác có chứa bốn nguyên tử cacbon trở lên có thể ở nhiều dạng khác nhau, không chỉ có các vị trí khác nhau của nguyên tử hydro mà còn có các hình dạng khác nhau của chuỗi cacbon. Ví dụ, chuỗi n-butan có thể có hình dạng ngoằn ngoèo hoặc nửa vòng.

Các chất đồng phân khác với các chất đồng phân chủ yếu ở chỗ chúng được hình thành một cách tự nhiên, không phá vỡ các liên kết hóa học kết nối các nguyên tử.

Hầu như không thể xác định được bất kỳ một cấu trúc nào, vì sự quay của các nhóm nguyên tử xảy ra khá nhanh và cấu trúc này chuyển sang cấu trúc khác. Chỉ với sự trợ giúp của các phương pháp vật lý tinh vi, chẳng hạn như phương pháp NMR (Cộng hưởng từ hạt nhân), người ta có thể đưa ra những ý tưởng đủ chính xác về các quy định.

Công thức tổng quát của hiđrocacbon no. Trong hóa học hữu cơ, thành phần của mỗi nhóm hợp chất có thể được biểu thị bằng một công thức phân tử chung.

Công thức tổng quát của các hiđrocacbon no. Chúng ta cần xem xét công thức của bất kỳ hiđrocacbon nào có mạch thẳng. Như có thể thấy từ công thức, có hai nguyên tử hydro cho mỗi nguyên tử carbon, ngoại trừ hai nguyên tử hydro liên kết với các nguyên tử carbon cực đoan. Nếu chúng ta ký hiệu số nguyên tử cacbon trong phân tử hiđrocacbon bằng chữ N, thì số nguyên tử hiđro sẽ bằng 2N, mà phải thêm 2 nguyên tử nữa (nguyên tử hiđro thứ ba ở cực nguyên tử cacbon). Như vậy, công thức chung của các hiđrocacbon no Spn₂P + 2.

Công thức chung dẫn xuất của SPN₂P + 2 cũng sẽ biểu thị thành phần của tất cả các hydrocacbon no mạch nhánh, vì các hợp chất iso khác với các hợp chất bình thường tương ứng chỉ ở thứ tự liên kết của các nguyên tử.

Công thức tổng quát của gốc hóa trị đơn của hiđrocacbon no - ankin - SpN₂P + 1.

12. Nguồn tự nhiên của hydrocacbon no

Trong tự nhiên, hydrocacbon ở thể khí, lỏng và rắn phổ biến rộng rãi, trong hầu hết các trường hợp, chúng xảy ra không phải ở dạng hợp chất tinh khiết, mà ở dạng hỗn hợp khác nhau, đôi khi rất phức tạp. Đây là khí tự nhiên, dầu và sáp núi.

Hỗn hợp hydrocacbon ở thể khí tự nhiên. Ở rất nhiều nơi trên thế giới, khí dễ cháy, được gọi là đất hoặc khí dầu, bao gồm chủ yếu là mêtan, được phát ra từ các vết nứt trên trái đất. Ở Nga, các mỏ khí đốt như vậy có ở Grozny, Dagestan, Saratov, vùng Tyumen và những nơi khác. Khí dầu mỏ thoát ra trực tiếp từ lòng đất, ngoài khí mêtan, có chứa hơi xăng, có thể thoát ra từ đó. Khí tự nhiên, cùng với khí thu được từ dầu mỏ, được dùng làm nguyên liệu cho ngành công nghiệp vật liệu tổng hợp.

Khí "đầm lầy" và "mỏ", hầu như chỉ bao gồm mêtan, cũng là nguồn tự nhiên của hydrocacbon bão hòa. Chúng được hình thành từ các tàn dư hữu cơ thực vật khác nhau trải qua quá trình phân hủy chậm do thiếu oxy (ví dụ, ở đáy đầm lầy).

Dầu

Dầu là chất lỏng màu vàng hoặc nâu nhạt đến đen, có mùi đặc trưng, bao gồm chủ yếu là hỗn hợp các hydrocacbon; Thành phần của dầu cũng bao gồm một lượng nhỏ các chất có chứa oxy, lưu huỳnh và nitơ.

Dầu nhẹ hơn nước: tỷ trọng của các loại dầu dao động từ 0,73 đến 0,97 cm³.

Tùy theo lĩnh vực mà dầu có thành phần khác nhau (cả định tính và định lượng). Hầu hết các hydrocacbon bão hòa được tìm thấy trong dầu mỏ sản xuất ở bang Pennsylvania (Mỹ).

Nguồn gốc của dầu. Không có sự thống nhất về nguồn gốc của dầu. Một số nhà khoa học mà D. I. Mendeleev thuộc về, cho rằng dầu có nguồn gốc vô cơ: nó sinh ra dưới tác dụng của nước với cacbua kim loại. Các nhà khoa học khác, chẳng hạn như Engler, tin rằng dầu có nguồn gốc hữu cơ, tức là, nó được hình thành do sự phân hủy chậm của nhiều xác động vật chết và xác thực vật chết không đủ không khí tiếp cận. Trong những năm tiếp theo, người ta đã tìm thấy nhiều porphyrin khác nhau trong nhiều mẫu dầu - hợp chất được hình thành trong quá trình phân hủy chất xanh của thực vật - chất diệp lục và chất tạo màu của máu - hemoglobin. Điều này chứng tỏ sự tham gia của động thực vật vào quá trình hình thành dầu.

Nhiều giả thuyết phức tạp hơn đang được đưa ra, theo đó nguồn gốc chính của sự hình thành dầu là xác động vật và thực vật; "dầu chính" được hình thành từ chúng trải qua những thay đổi thứ cấp hơn nữa, chủ yếu bao gồm việc bổ sung hydro - hydro hóa. Các quá trình này có thể tiến hành với sự tham gia của các chất xúc tác vô cơ.

13. Lọc dầu

Nếu dầu được đun nóng dần dần trong thiết bị chưng cất, thì lúc đầu dầu chuyển sang trạng thái hơi khi nhiệt độ tăng, các hydrocacbon được chưng cất, có nhiệt độ sôi ngày càng cao. Bằng cách này, các bộ phận riêng lẻ hoặc như người ta nói, có thể được thu gom. Thông thường thu được ba phân số chính, chẳng hạn như:

1) phần được thu thập đến 150 ° C và được gọi là phần xăng, hoặc phần xăng; phần này chứa các hydrocacbon có số nguyên tử cacbon từ 5 đến 9;

2) phần thu được trong khoảng từ 150 đến 300 ° C và sau khi tinh chế tạo ra dầu hỏa chứa hydrocacbon từ C.₉Н₂₀ đến C₁₆Н₃₄;

3) cặn dầu, được gọi là dầu nhiên liệu, chứa các hydrocacbon với một số lượng lớn các nguyên tử cacbon - lên đến hàng chục.

Mỗi phần trong số ba phần này trải qua một quá trình chưng cất kỹ lưỡng hơn để thu được các phần của chế phẩm ít phức tạp hơn. Vì vậy, phần xăng được phân tán thành:

1) n-pentan, sôi ở 38 ° C (được tìm thấy chủ yếu trong dầu Pennsylvania);

2) xăng, hoặc ete dầu mỏ (phần có nhiệt độ sôi từ 40 đến 70 ° C);

3) bản thân xăng (phân đoạn có nhiệt độ sôi từ 70 đến 120 ° C); có một số loại xăng: hàng không, ô tô, vv;

4) naphtha (từ 120 đến 140 ° C).

Dầu nhiên liệu được chia thành các phần nhỏ, một số phần nhỏ được chưng cất từ dầu nhiên liệu mà không bị phân hủy ở trên ở nhiệt độ 300 ° C được gọi là dầu mặt trời. Chúng được sử dụng làm nhiên liệu động cơ. Dầu vaseline, được sử dụng trong y học, cũng được lấy từ dầu mặt trời bằng cách tinh chế kỹ lưỡng.

Để tránh sự phân hủy của các chất ở nhiệt độ trên 300 ° C, khi tách dầu đốt thành các phần nhỏ, người ta sử dụng phương pháp chưng cất hơi nước và chưng cất chân không. Từ dầu nhiên liệu bằng cách tách và tinh chế các phân đoạn như vậy, ngoài dầu mặt trời, người ta thu được nhiều loại dầu bôi trơn khác nhau, dầu hỏa và parafin.

Vaseline, thu được từ dầu nhiên liệu bằng cách chưng cất với hơi nước quá nhiệt, là một hỗn hợp của hydrocacbon lỏng và rắn và được sử dụng rộng rãi trong y học làm cơ sở cho thuốc mỡ.

Parafin - hỗn hợp hydrocacbon rắn - được phân lập bằng cách kết tinh từ cái gọi là khối lượng parafin - một hỗn hợp của hydrocacbon rắn và lỏng, thu được bằng cách chưng cất hơi nước dầu nhiên liệu từ một số loại dầu giàu hydrocacbon rắn tương ứng. Parafin hiện đang được sử dụng rộng rãi không chỉ trong công nghiệp, mà còn trong y học (liệu pháp parafin). Phần cặn sau khi chưng cất các phân đoạn đã đề cập từ dầu nhiên liệu, được gọi là hắc ín hoặc cao dầu, sau một số quá trình xử lý, được sử dụng rộng rãi trong xây dựng đường (dầu mỏ hoặc nhựa đường nhân tạo).

14. Quy trình bẻ khóa, ozokerite

Quá trình bẻ khóa (từ tiếng Anh là crackinh - "splitting"). Bản chất của quá trình crackinh hay còn gọi là cracking các phần nặng của dầu là các sản phẩm dầu tiếp xúc với nhiệt độ và áp suất cao. Các phân tử lớn của hiđrocacbon có số lượng nguyên tử cacbon lớn được tách thành các phân tử nhỏ hơn của hiđrocacbon no và không no, giống hoặc gần giống với phân tử chứa trong xăng và khí cracking, chủ yếu bao gồm các hiđrocacbon không no ở thể khí với một số nguyên tử cacbon nhỏ. Khí crackinh phải qua quá trình xử lý bổ sung, trong đó các phân tử được kết hợp thành những phân tử lớn hơn (xảy ra phản ứng trùng hợp), điều này cũng dẫn đến xăng. Việc crackinh các sản phẩm dầu mỏ với sự trùng hợp của quá trình crackinh khí làm tăng sản lượng xăng từ dầu thô lên 65-70%, tức là xấp xỉ 3 lần.

Sáp núi, hay ozocerit, là một hỗn hợp tự nhiên rắn của các hydrocacbon. Bằng cách nấu chảy và tinh chế ozokerite, ceresin được điều chế, trong một số trường hợp, chất này được dùng như một chất thay thế tốt cho sáp.

Các nguồn hydrocacbon bão hòa tự nhiên cũng là một số sản phẩm của quá trình chưng cất khô từ gỗ, than bùn, than nâu và đen, đá phiến dầu.

Các phương pháp tổng hợp để thu được các hiđrocacbon no.

1. Bổ sung hydro (hydro hóa) với sự có mặt của chất xúc tác - platin và paladi - thành các hydrocacbon không no.

2. Phản ứng loại bỏ halogen từ dẫn xuất monohalogen bằng natri kim loại có sự kết hợp của các gốc (phản ứng Wurtz).

3. Sự phân hủy muối của các axit tương ứng (bằng cách đun nóng với NaOH):

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

Tính chất vật lý

Giới hạn hiđrocacbon có số nguyên tử cacbon từ 1 đến 4 ở điều kiện thường là chất khí; hiđrocacbon có số nguyên tử từ 5 đến 15 - chất lỏng; hiđrocacbon có từ 16 nguyên tử trở lên là chất rắn. Điểm nóng chảy và điểm sôi của các hiđrocacbon tăng lên khi các phân tử trở nên thô hơn. Ở đây có thể thấy rõ sự biểu hiện của quy luật biện chứng về sự chuyển hoá lượng thành chất.

Giới hạn hydrocacbon thực tế không tan trong nước; chúng có thể hòa tan trong hầu hết các dung môi hữu cơ.

Các đại diện đầu tiên của một số hiđrocacbon no - metan và etan - không có mùi. Các hydrocacbon thấp hơn dễ bay hơi có mùi xăng. Các đại diện cao nhất của loạt này, là một phần của dầu mỏ và parafin, cũng không mùi, có độ bay hơi rất thấp.

Tính chất hóa học

Ở đầu chương, người ta đã chỉ ra rằng các hiđrocacbon no ở điều kiện thường có tính trơ hóa học cao.

15. Tương tác giới hạn của hiđrocacbon với halogen

Các halogen không tham gia tạo hydrocacbon no. Tuy nhiên, chúng tham gia vào các phản ứng thay thế với chúng, đặc biệt dễ dàng dưới ánh sáng mặt trời. Trong trường hợp này, không phải một mà một số nguyên tử hydro có thể được thay thế liên tiếp bằng một halogen. Vì vậy, metan, tương tác với clo, có thể tạo ra một số sản phẩm thay thế khác nhau:

CH₄ + C → CH₃CI₁ + HCI₁;

metyl clorua

CH₃CI + C₁₂ → CH₂CI₁₂ + HCI₁ Vân vân.

metylen clorua

Các hydrocacbon trong đó một hoặc nhiều nguyên tử hydro được thay thế bằng một halogen được gọi là dẫn xuất halogen.

Các hydrocacbon bão hòa kém bền ở nhiệt độ cao, đặc biệt là khi có nhiều chất xúc tác khác nhau.

Quá trình oxy hóa các hydrocacbon no ở nhiệt độ cao. Các đại diện đầu tiên của dãy metan khó bị oxi hóa nhất; tuy nhiên, các hydrocacbon bão hòa cao nhất, là một phần của parafin, có thể bị oxy hóa với oxy ở 100-160 ° C để tạo thành các axit béo. Ngoài axit béo, người ta thu được nhiều chất khác có chứa oxi từ hiđrocacbon bằng cách oxi hóa hiđrocacbon no bằng nhiều phương pháp khác nhau.

Sự phân tách mạch cacbon của hydrocacbon no ở nhiệt độ và áp suất cao. Ở 450-550 ° C diễn ra các phản ứng của quá trình crackinh. Trong đó quan trọng nhất là phản ứng tách các phân tử lớn của hiđrocacbon no thành các phân tử nhỏ hơn của hiđrocacbon no và không no. Đại diện cá nhân

Mêtan (CH₄) là 86-90% khí "đất", "đầm lầy" và "mỏ"; với số lượng lớn, nó là một phần của khí "phát sáng" (khoảng 35%); tan trong dầu.

Mêtan được hình thành từ xenluloza dưới tác động của vi sinh vật ("lên men mêtan"), nó là một phần của khí đường ruột của động vật nhai lại và con người.

Metan tổng hợp có thể thu được bằng một số cách, chẳng hạn như tương tác trực tiếp của cacbon và hydro ở nhiệt độ cao.

Mêtan không có màu và không có mùi. Khi bị đốt cháy, nó tạo ra ngọn lửa gần như không màu với màu xanh nhạt.

Khi metan trộn lẫn với không khí sẽ tạo thành một hỗn hợp nổ cực kỳ nguy hiểm.

Mêtan hòa tan kém trong nước.

Isooctane (C₈H₁₈) (2,2,4-trimetylpentan) - một thành phần rất có giá trị của xăng hàng không, được coi là nhiên liệu lỏng tiêu chuẩn.

16. Hiđrocacbon không no (không no)

Các hydrocacbon không no, hoặc không no được gọi là hydrocacbon chứa ít nguyên tử hydro hơn các hydrocacbon no có cùng số nguyên tử cacbon và khác biệt rõ rệt với các hydrocacbon giới hạn ở khả năng dễ dàng tham gia vào các phản ứng cộng khác nhau (ví dụ, chúng dễ dàng thêm halogen) .

Tùy thuộc vào hàm lượng hydro, các hydrocacbon không no được chia thành nhiều nhóm con hoặc dãy khác nhau. Thành phần của các hợp chất thuộc các phân nhóm khác nhau được thể hiện một cách thuận tiện bằng các công thức chung.

Nếu thành phần của các hiđrocacbon no được ký hiệu bằng công thức chung SpN₂n + 2, thì dãy các hiđrocacbon không no khác nhau có thể được biểu thị bằng công thức tổng quát: CnH₂n, C&H₂n - 2, v.v.

Khóa học này sẽ chỉ xem xét các hydrocacbon không no có công thức SpH₂n, - anken, hoặc olefin, hoặc hydrocacbon thuộc dãy etylen, và có công thức SpH₂n - 2, bao gồm điolefin, hoặc hydrocacbon diene, cũng như các hydrocacbon thuộc dãy axetylen.

1. Hiđrocacbon thuộc dãy etylen, hoặc anken (olefin).

Các hydrocacbon của dãy etylen có công thức chung là SpH₂n, được đặt tên theo đại diện đơn giản nhất đầu tiên của ethylene (C₂Н₄). Một tên gọi khác của nhóm chất này - olefin - đã xuất hiện trong lịch sử: trong quá trình khám phá và làm quen ban đầu với etylen, người ta nhận thấy rằng khi kết hợp với clo, nó tạo thành một chất lỏng có dầu (etylen clorua (C₂Н₄CI₁₂)), đó là lý do để gọi ethylene gaz olefiant (từ tiếng Latinh - "khí đốt có nguồn gốc từ dầu mỏ"). Tên "olefin" đã được sử dụng rộng rãi hơn ở nước ta. Olefin còn được gọi là anken.

2. Cấu tạo, danh pháp và đồng phân Etylen C₂Н₄ có thể thu được từ etyl clorua (C₂Н₅CI₁), lấy đi phân tử HCl₁ tác dụng kiềm.

Giả thiết về sự tồn tại của một liên kết đôi trong olefin tương ứng với vị trí chính của lý thuyết cấu trúc về tứ hóa của cacbon và giải thích tốt việc bổ sung các halogen và các chất khác vào hai nguyên tử cacbon lân cận do sự giải phóng các hóa trị khi phá vỡ liên kết đôi.

Theo các khái niệm hiện đại, như đã đề cập, hai liên kết nối hai nguyên tử cacbon không bão hòa không giống nhau: một trong số chúng là liên kết s, liên kết còn lại là liên kết p. Liên kết thứ hai kém bền hơn và bị phá vỡ trong các phản ứng cộng.

Đặc biệt, sự không tương đương của hai liên kết trong các hợp chất không bão hòa được chỉ ra bằng cách so sánh năng lượng hình thành các liên kết đơn và liên kết đôi. Năng lượng hình thành liên kết đơn là 340 kJ / mol và liên kết đôi là 615 kJ / mol. Như vậy, sự hình thành liên kết đôi không cần gấp đôi năng lượng so với sự hình thành liên kết s đơn mà chỉ tốn thêm 275 kJ / mol. Đương nhiên, năng lượng tiêu tốn ít hơn để phá vỡ liên kết p hơn là phá vỡ liên kết s.

17. Chủ nghĩa đồng phân, các nguồn tự nhiên và phương pháp sản xuất olefin

Đồng phân của olefin phụ thuộc vào đồng phân của chuỗi nguyên tử cacbon, nghĩa là, chuỗi là thẳng hay phân nhánh và vào vị trí của liên kết đôi trong chuỗi. Ngoài ra còn có một lý do thứ ba cho thuyết đồng phân của olefin: một sự sắp xếp khác nhau của các nguyên tử và nhóm nguyên tử trong không gian, tức là chủ nghĩa đồng phân lập thể. Tuy nhiên, loại đồng phân này sẽ được xem xét thêm trên ví dụ về các hợp chất có một liên kết đôi.

Để chỉ vị trí của liên kết đôi (cũng như vị trí của các nhánh trong chuỗi), theo danh pháp quốc tế, các nguyên tử cacbon của chuỗi dài nhất được đánh số, bắt đầu từ cuối mà liên kết đôi gần hơn. Do đó, hai đồng phân mạch thẳng của butylene sẽ được gọi là 1-butene và 2-butene.

Theo danh pháp Genevan, ưu tiên được ưu tiên cho khung carbon và việc đánh số trong công thức của pentene này bắt đầu ở bên trái, vì nhánh của chuỗi carbon gần với đầu bên trái của công thức hơn. Theo danh pháp, ưu tiên cho các nhóm chức năng, vì vậy việc đánh số bắt đầu từ đầu bên phải, gần hơn với liên kết đôi xác định các thuộc tính chính (chức năng) của olefin.

Cấp tiến N₂C = CH- được tạo ra từ etilen thường được gọi là vinyl; căn bản H₂C = CH-CH₂- có nguồn gốc từ propylene được gọi là allyl.

Nguồn tự nhiên và phương pháp sản xuất olefin

Ethylene và các chất đồng đẳng của nó được tìm thấy với một lượng rất nhỏ trong khí tự nhiên, cũng như trong dầu (ở trạng thái hòa tan). Olefin, như đã đề cập, được hình thành trong quá trình nứt dầu, và cũng với một lượng nhỏ trong quá trình chưng cất khô của gỗ và than.

Rút nước khỏi rượu no là sự khử nước. Đây là một trong những cách phổ biến nhất để thu được olefin.

Trong điều kiện công nghiệp, hơi rượu ở 350-500 ° C được đi qua một chất xúc tác, được sử dụng như oxit nhôm, than chì hoặc một số chất khác.

Trong điều kiện phòng thí nghiệm, để thu được olefin, người ta đun nóng rượu với các chất loại bỏ nước, ví dụ, axit sunfuric đặc, clorua kẽm, v.v.

Khi sử dụng axit sunfuric, phản ứng tách nước diễn ra theo hai giai đoạn:

1) rượu, khi tương tác với axit sunfuric, tạo thành cái gọi là este, ví dụ, axit etyl sunfuric được tạo thành từ rượu etylic;

2) Axit etylsulfuric bị phân hủy khi đun nóng, tạo thành olefin và axit sunfuric.

Cơ chế phản ứng được xem xét không phải là cơ chế duy nhất, vì không chỉ axit sunfuric mà còn các axit khác, chẳng hạn như axit clohydric, không thể tạo thành sản phẩm trung gian dễ phân hủy như axit etylsulfuric, gây ra sự mất nước của rượu (loại bỏ nước). Người ta đã xác định được rằng cơ chế hình thành etylen từ rượu phụ thuộc ở một mức độ nhất định vào cấu trúc của rượu.

18. Sự khử nước của rượu chính, tính chất vật lý và cơ học của olefin

Trong quá trình khử nước của rượu chính (trong đó nguyên tử cacbon liên kết với hydroxyl chỉ được kết nối với một gốc), cơ chế sau được giả định:

1) một proton (từ bất kỳ axit nào) được gắn với một cặp electron tự do của nguyên tử oxy để tạo thành ion oxonium được thế;

2) hơn nữa, khi đun nóng, nước bị tách ra khỏi ion oxoni được thế, do đó, cacbocation CH sẽ được tạo thành₃ -CH₂ +, nhưng, vì một ion như vậy rất dễ vỡ, nó được ổn định khi mất một proton và sự hình thành liên kết đôi. Trong thực tế, sự mất nước và proton (trong quá trình khử nước của rượu chính) xảy ra gần như đồng thời và một olefin được hình thành.

Sự phân cắt một hydro halogenua từ một dẫn xuất halogen.

Để khử hiđro halogenua, người ta thường dùng dung dịch kiềm trong rượu:

Ba đại diện đầu tiên của một số olefin ở điều kiện thường là chất khí, bắt đầu bằng amin (C₅Н₁₀), - chất lỏng; olefin cao hơn, bắt đầu từ C₁₉Н₃₈, là những cơ quan cứng nhắc.

Tính chất hóa học

Tất cả các olefin đều được đặc trưng bởi nhiều phản ứng cộng làm phá vỡ liên kết đôi và biến nó thành một liên kết đơn giản.

Trong hầu hết các trường hợp, giai đoạn đầu tiên của phản ứng là thêm một cation (ví dụ, H +) hoặc một loại cationoid (Br^{b +}: Vg^b-), và vì giai đoạn này là quyết định, nhiều phản ứng thuộc loại này được coi là phản ứng cộng electrophin.

1. Sự cộng hiđro - sự hiđro hoá. Phản ứng này dễ dàng xảy ra khi có mặt các chất xúc tác như platin và palađi ở nhiệt độ phòng, và khi có mặt niken nghiền ở nhiệt độ cao.

2. Bổ sung halogen C₁₂, anh₂, TÔI.

Clo là chất dễ thêm vào nhất, khó nhất.

Việc bổ sung các halogen có thể tiến hành (tùy thuộc vào điều kiện) cả theo cơ chế gốc và cơ chế ion. Vì phản ứng thường được thực hiện trong các điều kiện mà cơ chế ion diễn ra, chúng ta nên tập trung vào điều kiện sau.

Đặc biệt, sự phân cực xảy ra dưới ảnh hưởng của p-electron; trong trường hợp này, một nguyên tử brom tích điện dương tương tác với các electron p của liên kết đôi tạo thành phức p không bền: xảy ra hiện tượng cộng electron.

Phức chất, do sự phá vỡ liên kết p và thêm vào một ion brom tích điện dương, biến thành một cacbocation. Anion brom được giải phóng được thêm vào cacbocation để tạo thành sản phẩm cộng cuối cùng.

19. Các quy tắc của Markovnikov. Phương pháp Wagner

V. V. Markovnikov đã tham gia vào nghiên cứu các phản ứng cộng olefin và thiết lập mô hình sau: trong trường hợp cộng các chất chứa hydro vào các hợp chất không bão hòa, chất sau được gắn với nguyên tử cacbon hydro hóa nhiều nhất (tức là liên kết với số lượng lớn nhất của nguyên tử hydro).

Sự đều đặn này được gọi là quy tắc Markovnikov.

Vì vậy, khi HI được thêm vào propylen, hiđro được gắn vào nguyên tử cacbon không bão hòa cực (vì càng bị hiđro hóa), và iốt được gắn vào nguyên tử cacbon ở giữa.

Theo các khái niệm hiện đại, ảnh hưởng lẫn nhau của các nguyên tử, như một quy luật, là do sự thay đổi trong phân bố mật độ của các đám mây electron tạo thành liên kết hóa học.

Sự thay thế một nguyên tử hydro trong etylen bằng một nhóm metyl dẫn đến sự thay đổi trong phân bố mật độ electron, do đó phân tử propylen là một lưỡng cực: nguyên tử cacbon thứ nhất có độ âm điện lớn hơn nguyên tử thứ hai (liên kết với nhóm metyl).

Rõ ràng là dưới tác dụng của một hiđro halogenua, ví dụ HI, hiđro nhiễm điện liên kết với nguyên tử cacbon không bão hòa cực mang điện tích âm của propylen và nguyên tử halogen âm điện với nguyên tử cacbon thứ hai của phân tử propylen.

Vì thứ tự gắn thực sự được xác định bởi sự phân bố của mật độ electron, quy tắc Markovnikov không có giá trị tuyệt đối, các ngoại lệ đối với quy tắc này đã được biết đến.

Gắn vào olefin nước. Phản ứng xảy ra với sự có mặt của các chất xúc tác như axit sunfuric, kẽm clorua.

Phản ứng này là ngược lại của phản ứng sản xuất olefin từ rượu. Quy tắc Markovnikov cũng có thể áp dụng cho phản ứng cộng nước.

Quá trình oxy hóa olefin. Trong điều kiện oxy hóa nhẹ, ví dụ, khi tiếp xúc với dung dịch nước lạnh của KMnO₄ trong môi trường kiềm hoặc trung tính, liên kết đôi của olefin bị phá vỡ và hai nhóm hydroxyl được thêm vào hai hóa trị được giải phóng - cái gọi là rượu dihydric được hình thành.

Trong trường hợp này, dung dịch KMnO₄, loại bỏ oxy của nó, trở nên không màu hoặc (với lượng dư KMnO₄) chuyển sang màu nâu (tạo thành MnO₄). Phản ứng này rất thường được sử dụng để phát hiện độ không bão hòa của chất thử. Phương pháp oxy hóa Olefin bằng dung dịch KMnO yếu₄ được phát triển bởi nhà khoa học Nga E. E. Wagner và được biết đến trong y văn là phương pháp Wagner.

Trong điều kiện oxy hóa mạnh mẽ olefin (ví dụ, dưới tác dụng của axit cromic hoặc axit mangan), chuỗi cacbon của chúng bị phá vỡ hoàn toàn tại vị trí của liên kết đôi và hai phân tử chất chứa oxy (axit hữu cơ, xeton, v.v. .) được hình thành.

Nghiên cứu các sản phẩm oxy hóa olefin được hình thành trong quá trình phân cắt của phân tử tại vị trí của các liên kết đôi.

20. Phản ứng trùng hợp olefin

trùng hợp olefin. Trong quá trình trùng hợp, xảy ra sự gắn liên tiếp của các phân tử khác vào một phân tử olefin do liên kết đôi bị đứt (trong một hoặc nhiều phân tử).

Khi hai phân tử monome được kết hợp thành một, cái gọi là chất dimer sẽ thu được, khi ba phân tử được kết hợp với nhau, bộ ba, v.v.

Sau Thế chiến II, polyetylen (polythene) bắt đầu được sản xuất trên quy mô lớn.

Giống như tất cả các polyme có khối lượng phân tử cao - polyme cao, polyetylen là hỗn hợp của các phân tử có kích thước khác nhau, được xây dựng theo cùng một loại - các đồng đẳng của polyme. Do đó, khối lượng phân tử của các polyme cao chỉ có thể được gọi một cách có điều kiện là khối lượng phân tử trung bình. Thông thường, một polyme rắn của ethylene với trọng lượng phân tử trung bình khoảng 6000-12 amu được sử dụng. Polyetylen được sử dụng để sản xuất màng, bát đĩa, ống dẫn nước, vật liệu đóng gói, v.v.

Có tầm quan trọng thực tế lớn là polyme propylen - polypropylen, có thể thu được tương tự như polyetylen.

Polypropylene là một loại polymer rất mạnh được sử dụng để sản xuất sợi. Sợi polypropylene được sử dụng để sản xuất dây thừng, lưới, vải cho các mục đích khác nhau.

Phản ứng trùng hợp olefin nói chung rất quan trọng trong công nghệ, một ví dụ là sản xuất xăng từ khí phụ của quá trình crackinh.

Cơ chế phản ứng trùng hợp olefin Phương trình trùng hợp etylen là một bản tóm tắt. Như đã biết, quá trình trùng hợp tiến hành phức tạp hơn nhiều. Quá trình trùng hợp có thể tiến hành theo cả cơ chế gốc và cơ chế ion. Cơ chế cấp tiến sẽ được coi là cơ chế có tầm quan trọng thực tế lớn hơn.

Các gốc tự do, được hình thành như các sản phẩm trung gian không ổn định của phản ứng, có hoạt tính cao. Chúng không chỉ kết nối với nhau mà còn tương tác với toàn bộ các phân tử. Trong trường hợp này, các gốc tự do khác được hình thành, chúng tác động lên các phân tử khác, từ đó các gốc tự do lại được hình thành. Do đó, một phản ứng dây chuyền xảy ra. Lý thuyết về phản ứng dây chuyền được tạo ra bởi nhà khoa học Liên Xô, Viện sĩ N. N. Semenov và nhà khoa học người Anh S. Hinshelwood, những người đã làm việc trong mối quan hệ chặt chẽ (cả hai nhà khoa học đều được trao giải Nobel).

Tất cả các phản ứng dây chuyền, bao gồm cả phản ứng trùng hợp, thường bắt đầu bằng bước khởi đầu, trong đó các gốc tự do đầu tiên được hình thành, tiếp theo là chuỗi phản ứng chính.

Trong phản ứng khơi mào thường sử dụng các chất không bền về mặt xúc tác, dễ làm phát sinh các gốc tự do.

21. Hiđrocacbon điêzen

Điolefin, hiđrocacbon đien, hoặc đien, là những hiđrocacbon không no có hai liên kết đôi, với công thức chung là CnH₂n - 2 .

Tên của các hợp chất có chứa một liên kết đôi được thêm vào bằng kết thúc - thụt vào, nhưng nếu có hai liên kết đôi trong phân tử hydrocacbon, thì tên của nó được hình thành với kết thúc - diene (từ tiếng Hy Lạp di - "hai").

Hai liên kết đôi trong phân tử hiđrocacbon có thể được sắp xếp theo những cách khác nhau. Nếu chúng tập trung ở một nguyên tử cacbon, chúng được gọi là tích lũy.

Nếu hai liên kết đôi cách nhau một liên kết đơn thì chúng được gọi là liên hợp hay liên hợp.

Nếu các liên kết đôi được phân tách bởi hai hoặc nhiều liên kết đơn giản, thì chúng được gọi là cô lập.

Vị trí của các liên kết đôi theo danh pháp IUPAC quốc tế được chỉ định bằng số nguyên tử cacbon mà các liên kết đôi này bắt đầu.

Dienes với các liên kết đôi được tích lũy và cô lập có các tính chất tương tự như của olefin. Giống như loại thứ hai, chúng dễ dàng tham gia vào nhiều phản ứng cộng.

Điêzen có liên kết đôi liên hợp sẽ được xem xét chi tiết hơn, vì thứ nhất, chúng có những điểm khác biệt quan trọng so với olefin về một số tính chất, và thứ hai, một số đại diện của chúng có tầm quan trọng lớn như là sản phẩm ban đầu để sản xuất cao su tổng hợp.

Đặc điểm quan trọng nhất của các hợp chất có liên kết liên hợp là khả năng phản ứng của chúng cao hơn so với các hợp chất có liên kết cô lập, và các phản ứng cộng với chúng thường diễn ra theo một cách rất đặc biệt. Vì vậy, nếu bạn tác dụng với 1,3-butadien với clo, thì nguyên tử sau chủ yếu sẽ không gắn vào hai nguyên tử cacbon lân cận được liên kết bằng một liên kết đôi, mà ngược lại: các nguyên tử clo sẽ gắn vào các đầu của chuỗi, và thay vào đó của hai liên kết đôi, một liên kết xuất hiện thay cho một liên kết đơn giản.

Các khái niệm điện tử hiện đại đã đưa ra lời giải thích cho sự gắn kết đặc biệt vào các đầu của hệ thống liên kết liên hợp.

Một nghiên cứu nhiễu xạ điện tử của 1,3-butadien cho thấy rằng khoảng cách giữa nguyên tử cacbon thứ nhất và thứ hai, cũng như nguyên tử cacbon thứ ba và thứ tư, phần nào lớn hơn khoảng cách giữa các nguyên tử liên kết đôi thông thường. Khoảng cách giữa nguyên tử thứ hai và thứ ba nhỏ hơn khoảng cách giữa các nguyên tử liên kết với nhau bằng liên kết đơn thông thường. Do đó, trong butadien, khoảng cách giữa các nguyên tử cacbon được liên kết bởi một liên kết đôi và một liên kết đơn, ở một mức độ nào đó, chênh lệch nhau. Điều này đã cho thấy rằng các liên kết đơn và đôi trong butadien hơi khác so với những liên kết thông thường. Lý do của sự khác biệt là do các đám mây electron của hai liên kết p gần nhau phủ một phần lên nhau. Đây là lý do chính cho sự sai lệch của khoảng cách giữa các nguyên tử so với những khoảng cách thông thường.

Cơ học lượng tử giúp xác định thứ tự liên kết (P) nối các nguyên tử cacbon trong butadien.

22. Sự kết hợp của dienes

Sự liên hợp của các liên kết trong phân tử không phản ứng được gọi là hiệu ứng liên hợp tĩnh.

Nếu một hợp chất có hệ liên kết liên hợp tham gia phản ứng, thì do sự xen phủ lẫn nhau của các đám mây electron p tại thời điểm phản ứng, sự phân bố lại mật độ electron xảy ra trong toàn bộ hệ, được gọi là hiệu ứng liên hợp động. . Một tính năng đặc trưng của hệ thống các liên kết liên hợp là sự phân bố lại mật độ điện tử vì những lý do đã chỉ ra được truyền trong toàn hệ thống mà không có sự suy yếu đáng chú ý. Do đó, khi sự gắn vào nguyên tử đầu tiên của hệ liên hợp xảy ra, thì sự phân bố lại mật độ electron xảy ra trong toàn hệ, và cuối cùng là nguyên tử cuối cùng, thứ tư của hệ liên hợp, hóa ra là không bão hòa (và do đó gắn vào). Do đó, liên kết đôi liên hợp là một hệ thống đơn hoạt động tương tự như liên kết đôi đơn.

Đặc điểm rất quan trọng thứ hai của đien có liên kết đôi liên hợp là tính dễ trùng hợp của chúng.

Phản ứng trùng hợp tạo ra cả sản phẩm mạch hở và mạch hở. Trong quá trình trùng hợp của một số đien, thu được các chuỗi hợp chất rất dài có tính chất cao su. Trong trường hợp này, theo cơ chế đã xét, cả hai liên kết đôi bị phá vỡ trong mỗi phân tử, các phân tử được nối ở đầu của chúng, và một liên kết đôi xuất hiện ở giữa hệ thống liên hợp đã tồn tại trước đó.

Các phản ứng trùng hợp thuộc loại này có tầm quan trọng lớn, vì chúng là cơ sở của việc sản xuất cao su tổng hợp.

Trong số các đại diện khác nhau của hydrocacbon đien có liên kết đôi liên hợp, quan trọng nhất là 1,3-butadien và các chất đồng đẳng của nó: 2-metyl-1,3-butadien, hoặc isopren, v.v.

Erythren (divinyl), hoặc 1,3-butadien (C₄Н₆), ở điều kiện thường là chất khí. Quá trình tổng hợp divinyl ở quy mô công nghiệp được thực hiện từ rượu theo phương pháp của S. V. Lebedev. Hơi rượu được dẫn qua chất xúc tác có chứa nhôm oxit và kẽm oxit được nung nóng. Trong trường hợp này, một số phản ứng xảy ra, trong đó phản ứng chính dẫn đến sự hình thành divinyl, hydro và nước.

Phương pháp quan trọng thứ hai để thu được divinyl là dehydro hóa butan, chất này thu được với số lượng đáng kể trong quá trình crackinh dầu.

Phương pháp này thay thế phương pháp thu được divinyl (và cao su) từ rượu, do đó tiết kiệm được những thực phẩm có giá trị, như khoai tây và lúa mì, vốn sẽ phải dùng để sản xuất rượu cho mục đích công nghiệp.

Isopren, hoặc 2-metyl-1,3-butadien (C₅Н₈) ở điều kiện bình thường - chất lỏng có nhiệt độ sôi +37 ° C.

Isoprene được hình thành với một số lượng trong quá trình chưng cất khô của cao su tự nhiên, một thời gian đóng vai trò là bước khởi đầu làm sáng tỏ cấu trúc của cao su, và sau đó dẫn đến sự phát triển của nhiều phương pháp khác nhau để tổng hợp cao su nhân tạo.

23. Cao su

Cao su có tầm quan trọng rất lớn, vì nó được sử dụng rộng rãi để sản xuất ô tô, máy bay, săm và lốp xe đạp, giày cao su, cách điện của dây điện, nhiều sản phẩm y tế (lò sưởi và bong bóng làm mát, đầu dò và ống thông cao su), v.v.

Cao su được lấy từ nhựa cây sữa của một số cây nhiệt đới. Cao su được phân lập từ nước sữa được lưu hóa, tức là được xử lý bằng lưu huỳnh hoặc clorua lưu huỳnh, trong khi cao su hấp thụ một lượng lưu huỳnh nhất định, điều này cải thiện đáng kể chất lượng của nó: nó trở nên đàn hồi hơn, có được khả năng duy trì độ đàn hồi của nó với nhiệt độ đáng kể biến động, và cũng trở nên bền hơn với các ảnh hưởng của hóa chất. Nếu lượng lưu huỳnh lớn hơn (25-40%) được sử dụng trong quá trình lưu hóa thì sẽ thu được sản phẩm rắn - ebonit, là vật liệu cách nhiệt rất có giá trị.

Cao su thiên nhiên là một polyme của isopren (C₅Н₈)N. Số n không phải là một giá trị hằng số; nó thay đổi rất nhiều trong quá trình xử lý cao su, và bên cạnh đó, như với bất kỳ loại polymer cao nào, con số này chỉ là giá trị trung bình.

Đối với cao su thông thường được sử dụng cho mục đích kỹ thuật, mức độ trùng hợp, tức là số gốc monome tạo thành phân tử polyme, là khoảng 400.

Quá trình tổng hợp cao su bao gồm hai giai đoạn chính: tổng hợp butadien, các chất đồng đẳng của nó hoặc bất kỳ dẫn xuất nào; trùng hợp đien thành chuỗi dài.

Bước đầu tiên trong quá trình tổng hợp và sử dụng butadien và isoprene để sản xuất cao su tổng hợp đã được thảo luận. Ở đây, cần phải nói thêm rằng, cùng với các hydrocacbon đien được đặt tên, một dẫn xuất halogen của butadien, cloropren, hoặc 2-clo-1,3-butadien, hóa ra là một sản phẩm khởi đầu thuận tiện cho quá trình tổng hợp cao su:

Н₂C = CCI-CH = CH₂.

chloroprene

Cloropren có nguồn gốc từ axetylen trùng hợp, như butadien hoặc isopren, thành các chuỗi dài của một chất cao su có công thức (C₄Н₅CI₁). Chất này được gọi là nairit.

Giai đoạn thứ hai của quá trình tổng hợp cao su - trùng hợp đien - được thực hiện với sự có mặt của chất xúc tác, ví dụ, một lượng nhỏ natri kim loại.

Hiện nay, nhiều loại cao su tổng hợp được sử dụng rộng rãi, thu được bằng cách trùng hợp diene (ví dụ, divinyl) với các hợp chất không bão hòa khác: styren C₆Н₅CH = CH₂, acrylonitrile H₂C = CH-CM, v.v ... Quá trình này được gọi là quá trình đồng trùng hợp.

Nhiều loại cao su trong số này có các đặc tính riêng có giá trị giúp phân biệt chúng một cách thuận lợi với các loại cao su tự nhiên.

24. Alkynes

Các hiđrocacbon thuộc dãy axetilen có công thức chung là SpN₂n - 2, chứa bốn nguyên tử hydro ít hơn các hydrocacbon tương ứng của dãy metan, hai nguyên tử hydro ít hơn olefin và cùng một lượng hydro như diene, tức là chúng là đồng phân của sau này.

1. Cấu trúc, danh pháp và đồng phân

Hiđrocacbon đơn giản đầu tiên của dãy này là axetilen (C₂Н₂). Axetylen, giống như các hiđrocacbon khác của dãy này, chứa một liên kết ba. Thật vậy, bốn nguyên tử halogen (hoặc hydro) được thêm vào axetylen, và dễ dàng xác minh rằng việc bổ sung này đi vào cả hai nguyên tử cacbon. Do đó, công thức cấu tạo của axetilen phải được biểu thị bằng công thức H-C≡C-H. Trong phản ứng cộng, liên kết ba bị đứt, mỗi nguyên tử cacbon giải phóng hai hóa trị, trong đó các nguyên tử hydro, halogen, v.v. được thêm vào.

Khả năng phản ứng cao của liên kết ba được giải thích dễ dàng theo quan điểm của biểu diễn điện tử. Cấu trúc điện tử của liên kết ba đã được xem xét. Trong số ba liên kết nối các nguyên tử cacbon trong axetilen, một liên kết s và hai liên kết p. Năng lượng hình thành liên kết ba là 840 kJ / mol, trong khi năng lượng hình thành liên kết đơn là 340 kJ / mol. Nếu ba liên kết trong phân tử axetilen giống nhau, thì người ta sẽ mong đợi năng lượng hình thành liên kết ba là 1020 kJ / mol. Do đó, bản chất của hai liên kết trong liên kết ba khác với liên kết đơn.

Tên của dãy hiđrocacbon của axetilen theo danh pháp Giơnevơ bắt nguồn từ tên của các hiđrocacbon no tương ứng, nhưng phần cuối - an được thay thế bằng phần tận cùng - in. Acetylene chính nó được gọi là ethyne theo danh pháp Geneva.

Việc đánh số nguyên tử trong công thức của hiđrocacbon axetilen bắt đầu từ cuối mà liên kết ba gần hơn.

Vị trí của liên kết ba được biểu thị bằng một số - số nguyên tử cacbon mà từ đó liên kết ba bắt đầu.

Đồng phân của hydrocacbon trong dãy axetilen phụ thuộc vào đồng phân của chuỗi nguyên tử cacbon và vị trí của liên kết ba.

2. Phương pháp lấy

Một phương pháp đơn giản và phổ biến để sản xuất axetylen là từ canxi cacbua (CaC₂). Canxi cacbua được sản xuất ở quy mô công nghiệp bằng cách đốt nóng than trong lò điện với vôi sống ở nhiệt độ khoảng 2500 ° C:

Nếu canxi cacbua, thường là một khối rắn màu nâu xám, tác dụng với nước, sau đó nó phân hủy nhanh chóng với sự giải phóng khí - axetylen:

Một phương pháp sản xuất mới hơn để sản xuất axetylen là nhiệt phân các hiđrocacbon, cụ thể là metan, ở 1400 ° C tạo ra hỗn hợp axetilen với hiđro:

2CH₄ → H - C \ u3d C - H + XNUMXH₂

Phương pháp chung để thu được các hiđrocacbon thuộc dãy axetylen là tổng hợp chúng từ các dẫn xuất dihalogen bằng cách tách các nguyên tố hiđro halogenua bằng dung dịch cồn kiềm.

25. Tính chất vật lý của ankin

Hydrocacbon từ C₂Н₂ đến C₄Н₆ là chất khí ở điều kiện thường, bắt đầu bằng một hiđrocacbon có năm nguyên tử cacbon trong phân tử - chất lỏng và bắt đầu bằng C₁₆Н₃₀ - thân rắn. Các dạng liên quan đến điểm sôi và điểm nóng chảy trong dãy này cũng giống như các hydrocacbon của dãy metan và dãy etylen.

Tính chất hóa học

Các hydrocacbon của dãy axetilen thậm chí còn không bão hòa hơn olefin. Chúng được đặc trưng bởi các phản ứng sau đây.

1. Phép cộng hiđro. Trong phản ứng này, cũng như trong một số phản ứng khác, quá trình cộng được tiến hành theo hai giai đoạn. Phản ứng, như trong trường hợp olefin, tiến hành với sự có mặt của xúc tác Pt và Ni.

2. Bổ sung các halogen. Cơ chế cộng halogen vào axetylen cũng giống như etylen.

Hai giai đoạn bổ sung halogen vào axetylen tiến hành với tốc độ khác nhau: giai đoạn đầu tiên tiến hành chậm hơn so với khi thêm olefin, tức là trong thực tế, axetylen được halogen hóa chậm hơn etylen. Điều này là do khoảng cách liên nguyên tử nhỏ hơn giữa các nguyên tử không bão hòa trong phân tử axetylen và khoảng cách gần của các hạt nhân mang điện tích dương có khả năng đẩy lùi các cation đến gần.

3. Kết nối nước. Phản ứng cộng nước với axetylen, tiến hành dưới sự xúc tác của muối thủy ngân, được phát hiện bởi nhà khoa học Nga M. G. Kucherov và thường được đặt theo tên của ông. Phản ứng này có tầm quan trọng thực tế rất lớn, vì acetaldehyde được sử dụng với số lượng lớn trong công nghệ sản xuất axit axetic, rượu etylic và một số chất khác.

4. Phản ứng trùng hợp của hiđrocacbon axetilen. Các phản ứng diễn ra khác nhau tùy thuộc vào các điều kiện. Như vậy, axetilen khi đi qua dung dịch CuCl và NH₄Cl₁ trong axit clohydric ở 80 ° C tạo thành vinyl-axetilen.

Phản ứng này có tầm quan trọng thực tế rất lớn, vì vinylaxetilen, dễ dàng thêm HCl, biến thành cloropren.

Các phản ứng cộng được mô tả là điển hình cho tất cả các hydrocacbon không no, cả etylen và axetilen. Tuy nhiên, có những phản ứng chỉ xảy ra với hiđrocacbon axetylen và phân biệt rõ ràng chúng với hiđrocacbon etylen.

5. Phản ứng tạo thành hợp chất cơ kim. Nguyên tử hydro đứng ở nguyên tử cacbon được nối với nhau bằng liên kết ba có khả năng bị thay thế bởi một kim loại. Ví dụ, nếu cho axetilen đi qua dung dịch amoniac của đồng (I) clorua, thì kết tủa màu nâu đỏ của đồng axetilen (đồng axetylen) được tạo thành:

H-C≡C-H + 2CuCl₂ + 2NH₃ → Cu-С≡С-Cu + 2NH₄cl.

26. Hiđrocacbon mạch hở

Tên của các hợp chất alicyclic xuất hiện do thực tế là chúng chứa các chu kỳ, nhưng có tính chất tương tự như các chất thuộc dãy chất béo - hợp chất béo. Hợp chất mạch hở không chứa liên kết thơm đặc trưng của dẫn xuất benzen.

Các nhà khoa học Nga có vai trò đặc biệt lớn trong việc nghiên cứu các hợp chất alicyclic. Người sáng lập ra hóa học của các hợp chất alicyclic là VV Markovnikov.

Một nhóm lớn các hydrocacbon của dãy alicyclic là một chu kỳ bao gồm một số nhóm metylen; những hydrocacbon này được gọi là polymethylene. Nhóm lớn thứ hai của các hydrocacbon mạch hở là các dẫn xuất của mentan, mà các tecpen là gần nhau.

Polymethylene hydrocacbon, hoặc xycloalkanes

Polymethylene hydrocacbon được cấu tạo từ một số nhóm metylen (CH₂), có công thức chung là SpN₂ n, tức là, là đồng phân của olefin. Các hydrocacbon polymethylene còn được gọi là xycloparafin, vì chúng có cấu trúc mạch vòng, trong hầu hết các trường hợp đều có các tính chất tương tự như parafin. Thông thường, các hydrocacbon này, theo gợi ý của V. V. Markovnikov, còn được gọi là naphthenes (có liên quan đến việc phân lập một số đại diện của chúng từ dầu mỏ).

Đại diện cá nhân

Các đại diện riêng lẻ của hydrocacbon polymethylene thường được đặt tên theo các hydrocacbon béo bão hòa tương ứng với tiền tố cyclo-. Do đó, polymethylene hydrocacbon đơn giản nhất C₃Н₆ gọi là xiclopropan; hydrocacbon C₄Н₈ - xiclobutan, hydrocacbon C₅Н₁₀ - xyclopentan, v.v. Phương pháp sản xuất

Các xycloparafin như xyclopentan và xyclohexan và các ankin thay thế của chúng được tìm thấy với số lượng lớn trong một số loại dầu, ví dụ, trong dầu Caucasian. Ngoài ra, có một số phương pháp để điều chế tổng hợp chúng, ví dụ, loại bỏ hai nguyên tử halogen từ dẫn xuất halogen của hydrocacbon béo có chứa nguyên tử halogen ở các nguyên tử khác nhau tương ứng.

Tính chất vật lý và hóa học

Xiclopropan và xiclobutan ở nhiệt độ thường là chất khí, xiclopentan và xiclooctan là chất lỏng, đại diện cao nhất là chất rắn.

Các tính chất hóa học của cycloparafin tương tự như parafin. Đây là những chất khá bền về mặt hóa học tham gia phản ứng thế với halogen. Ngoại lệ là hai đại diện đầu tiên - xiclopropan và xiclobutan. Những chất này, đặc biệt là xyclopropan, hoạt động giống như các hợp chất béo không bão hòa - chúng có thể thêm các halogen bằng cách phá vỡ vòng và hình thành các dẫn xuất dihalogen béo. Sự khác biệt trong hoạt động của xyclopropan và xyclobutan và các đại diện khác của xycloparafin được giải thích bằng lý thuyết ứng suất Bayer.

27. Xiclohexan, metan, tecpen

Cyclohexane (C₆Н₁₂) có mối quan hệ rất chặt chẽ với hiđrocacbon thơm benzen, từ đó có thể dễ dàng thu được chất này bằng cách hiđro hoá:

С₆Н₆ + 6H → C₆Н₁₂.

Về vấn đề này, xyclohexan thường được gọi là hexahydrobenzen, coi nó như một hợp chất hydro thơm.

Hợp chất hydro thơm là hợp chất tạo ra từ quá trình hydro hóa hoàn toàn hoặc một phần của vòng benzen trong các hợp chất thơm.

Cyclohexane được tìm thấy với một lượng đáng kể trong dầu Caucasian. Như N. D. Zelinsky đã chỉ ra, xyclohexan ở 300 ° C với sự hiện diện của các chất dehydrogenat đen của paladi (palladium được nghiền mịn), biến thành benzen:

С₆Н₁₂ → C₆Н₆ + 6 giờ.

Phản ứng này làm cơ sở cho quá trình thơm hóa dầu, một chất có tầm quan trọng kinh tế quốc gia.

Khi bị oxy hóa bằng axit nitric, vòng xyclohexan bị đứt và axit adipic được tạo thành:

HOOS- (CH₂)₄ -COOH.

Mentan, tecpen

Menthane, hoặc p-methylisopropylcyclohexane, có thể được coi là cymene hydro hóa hoàn toàn, hoặc p-methylisopropylbenzene.

Menthane không được tìm thấy trong tự nhiên, nhưng được tổng hợp bằng cách hydro hóa xymene.

Để thuận tiện cho việc ký hiệu vô số dẫn xuất của mentan, các nguyên tử cacbon trong công thức của nó được đánh số như hình minh họa.

Terpen là một nhóm các hiđrocacbon có công thức chung là C₁₀Н₁₆ và có cấu trúc tương tự như menta-well và cymol. Terpen khác với menthane ở hàm lượng hydro thấp hơn (tức là chúng có độ không bão hòa) và từ cymene có hàm lượng hydro cao (tức là chúng được hydro hóa, mặc dù không hoàn toàn, là dẫn xuất của cymene).

Do đó, tecpen chiếm vị trí trung gian giữa xymene, một chất thơm, và mentan, một dẫn xuất hydro hóa hoàn toàn của xymene: C₁₀Н₁₄- cymol, C₁₀Н₁₆ - tecpen, C₁₀Н₂₀ - menthan.

Terpene xuất hiện tự nhiên trong nhựa cây và nhựa của cây lá kim, cũng như trong nhiều loại tinh dầu của một số loài thực vật. Tinh dầu được lấy từ các bộ phận khác nhau của thực vật, với loại tinh dầu tốt nhất là thu được từ hoa. Các phương pháp khác nhau được sử dụng để thu được tinh dầu; hầu hết chúng thường được chưng cất bằng hơi nước, ít thường xuyên hơn chúng được chiết xuất bằng dung môi hữu cơ; có những cách khác để lấy nó. Tinh dầu, cùng với tecpen, chứa nhiều loại chất liên quan đến rượu, andehit, xeton và các nhóm hợp chất hữu cơ khác.

28. Tính chất chung của tecpen

Tất cả tecpen đều là chất lỏng. Là các dẫn xuất hydro hóa không hoàn toàn của cymene, chúng chứa liên kết đôi (một hoặc hai) trong phân tử của chúng và do đó có thể thêm brom, hydro clorua, v.v. Một tính chất quan trọng của tecpen là khả năng bị oxy hóa bởi oxy trong khí quyển. Quá trình oxy hóa terpene rất phức tạp và diễn ra khác nhau trong không khí khô và ẩm. Trong không khí khô, các hợp chất peroxit được hình thành, sau đó từ bỏ oxy của chúng, chuyển thành các hợp chất oxit. Đặc tính oxy hóa của nhựa thông được ozon hóa lâu đời, dựa trên sự hiện diện của các hợp chất peroxit trong nó, đã được sử dụng sớm hơn khi nhựa thông như vậy được sử dụng như một loại thuốc giải độc, ví dụ, trong ngộ độc phốt pho.

Terpenes, tùy thuộc vào cấu trúc, được chia thành nhiều nhóm, trong đó quan trọng nhất là terpen đơn vòng và hai vòng.

Tecpen đơn vòng

Các tecpen đơn chức chứa một vòng trên mỗi phân tử. Chúng gắn bốn nguyên tử brom, tức là chúng có hai liên kết đôi. Limonene có thể phục vụ như một đại diện của tecpen đơn vòng.

Limonene có một liên kết đôi trong lõi - giữa nguyên tử carbon thứ nhất và thứ hai - thứ hai - trong chuỗi ba carbon bên cạnh. Limonene được tìm thấy trong nhiều loại tinh dầu, đặc biệt là tinh dầu chanh. Mùi dễ chịu của chanh phụ thuộc vào chất limonene có trong tinh dầu của chanh; do đó có tên là "limonene".

Limonene cũng được tìm thấy trong tinh dầu của một số cây lá kim, chẳng hạn như tinh dầu của lá thông. Khi chưng cất bằng hơi nước, lá thông và linh sam thu được "nước rừng" - một chất lỏng có mùi thơm dễ chịu. Terpene hai vòng

Tecpen mạch hở chứa hai vòng mỗi phân tử. Phân tử của chúng gắn hai nguyên tử brom, do đó, tecpen hai vòng có một liên kết đôi.

Các nhóm tecpen hai vòng khác nhau thường có nguồn gốc từ các hydrocacbon không chứa liên kết đôi - caran, pinan và camphan, ngoài vòng sáu cạnh, còn chứa các vòng ba, bốn và năm cạnh. Theo đó, các tecpen hai vòng của các nhóm caran, pinan và camphan được phân biệt.

Kiểm tra kỹ công thức của tecpen hai vòng cho thấy nhóm isopropyl H tham gia vào cấu tạo của vòng nhỏ hơn của chúng.₃C-C-CH₃, cũng được tìm thấy trong menthan.

Quan trọng nhất của tecpen hai vòng là pinen, thuộc nhóm pinane.

Pinene là thành phần chính của nhựa thông, hay dầu nhựa thông, thu được từ cây lá kim. Cái tên "pinen" bắt nguồn từ tên tiếng Latinh là pinus - cây thông.

29. Hiđrocacbon thơm

Tên gọi "hợp chất thơm" xuất hiện trong giai đoạn đầu của sự phát triển của hóa học hữu cơ. Nhóm các hợp chất thơm bao gồm một số chất thu được từ nhựa tự nhiên, cây bìm bịp và tinh dầu có mùi dễ chịu. Sau đó, hóa ra một số hợp chất này dựa trên lõi hydrocacbon của benzen C6 H6. Về vấn đề này, tất cả các hợp chất là dẫn xuất của benzen bắt đầu được gọi là hợp chất thơm. Một số lượng lớn các hợp chất thơm đã được biết đến, trong đó chỉ một phần rất nhỏ có mùi thơm dễ chịu.

Benzen và các chất tương đồng của nó

Cũng như mêtan là "tổ tiên" của tất cả các hiđrocacbon no, benzen được coi là "tổ tiên" của tất cả các hiđrocacbon thơm. Hydrocacbon thơm là benzen và các dẫn xuất của benzen, trong đó một hoặc nhiều nguyên tử hydro bị thay thế bởi các gốc.

Cấu trúc của benzen

Trong vài thập kỷ, cấu trúc của benzen đã là một chủ đề tranh luận sôi nổi của giới khoa học. Công thức phân tử của benzen C₆Н₆ như thể nói về độ không bão hòa lớn của benzen, tương ứng với độ không bão hòa của axetilen (C₂Н₂). Tuy nhiên, ở điều kiện thường, benzen không tham gia phản ứng cộng đặc trưng của hiđrocacbon không no: không cộng halogen, không làm mất màu dung dịch KMnO₄. Đối với benzen, phản ứng thế đặc trưng hơn, nói chung là đặc trưng của các hiđrocacbon no.

Vì vậy, ví dụ, các nguyên tử hydro trong benzen được thay thế bằng các halogen:

С₆Н₆ + Vr₂ → C₆Н₅Vg + HBg.

bromobenzene

Một bước quan trọng trong việc làm sáng tỏ cấu trúc của benzen là lý thuyết về cấu trúc tuần hoàn của phân tử của nó, được A. Kekule đưa ra vào những năm 60 của thế kỷ trước. Dữ liệu thực nghiệm cho lý thuyết này được thu thập bởi đồng hương của chúng tôi là F. F. Beilstein và các nhà khoa học khác. Người ta đã chứng minh rằng benzen đơn phân không có đồng phân. Ví dụ, chỉ có một bromobenzene (C₆Н₅Br), một nitrobenzen (C₆Н₅KHÔNG₂) Vân vân.

Nếu các nguyên tử cacbon trong benzen được kết nối ở dạng mạch hở thì sẽ có ít nhất ba đồng phân của benzen được thế đơn, các đồng phân này sẽ khác nhau về vị trí của nhóm thế (ví dụ, brom) ở vị trí thứ nhất, thứ hai hoặc nguyên tử cacbon thứ ba.

Một điều khá rõ ràng là nếu các nguyên tử cacbon trong benzen liên kết theo chu trình thì không có "đầu" của chuỗi, tất cả các nguyên tử cacbon là tương đương và benzen đơn chức không thể có đồng phân.

Cấu trúc tuần hoàn của benzen đã được hầu hết các nhà hóa học công nhận, nhưng câu hỏi về hóa trị của các nguyên tử cacbon và bản chất của liên kết giữa chúng với nhau vẫn còn là một vấn đề gây tranh cãi. Trong công thức mạch vòng, mỗi nguyên tử cacbon có một hóa trị thứ tư tự do. Vì các hợp chất bền với hóa trị tự do chưa được biết, nên cần phải giả định rằng hóa trị thứ tư của tất cả sáu nguyên tử cacbon bằng cách nào đó bão hòa với nhau.

30. Danh pháp và đồng phân của hiđrocacbon thơm

Danh pháp. Tên hợp lý của hiđrocacbon thơm thường bắt nguồn từ tên “benzen”, thêm tên của một hoặc nhiều gốc thay thế nguyên tử hiđro trong phân tử benzen. Vì vậy, hiđrocacbon C₆Н₈CH₃ gọi là metyl benzen; hydrocacbon C₆Н₄(CH₃)(TỪ₂Н₅) - metyl-etylbenzen, v.v.

Cùng với phương pháp gọi tên này, một phương pháp khác đôi khi được sử dụng: đồng đẳng benzen được coi là dẫn xuất của dãy hydrocacbon béo, trong đó nguyên tử hydro được thay thế bằng dư benzen C.₆Н₅được gọi là phenyl. Khi đó hiđrocacbon C₆Н₅-CH₃ bằng phương pháp này được gọi là phenylmetan.

Một số chất đồng đẳng của benzen được sử dụng rộng rãi trong thực tế có tên gọi theo kinh nghiệm đã được xác định rõ. Ví dụ, metylbenzen C₆Н₅-CH₃ gọi là toluen; đimetylbenzen - C₆Н₄(CH₃)₂ - xylen, v.v.

Các gốc của hydrocacbon thơm, các gốc của chúng, có tên chung là aryls, tương tự với tên của các gốc hydrocacbon béo - ankyls.

Chủ nghĩa đẳng lập. Trong một số hợp chất thơm, người ta thường gặp đồng phân, tùy thuộc vào sự sắp xếp của hai hay nhiều nhóm thế tương đối với nhau. Vì vậy, trong một phân tử benzen không được thế, hai nhóm thế có thể ở các vị trí khác nhau, tạo ra ba đồng phân:

1) các nhóm thế có thể nằm ở các nguyên tử cacbon lân cận: các đồng phân có sự sắp xếp này được gọi là các đồng phân trực hình;

2) các nhóm thế có thể nằm ở các nguyên tử cacbon cách nhau bởi một nguyên tử cacbon nữa - metaisomers;

3) các nhóm thế có thể nằm ở các nguyên tử cacbon cách nhau bởi hai nguyên tử cacbon, tức là, nằm theo đường chéo - các chất đồng phân. Đối với benzen được thế ba nhóm, cũng có thể có ba cách sắp xếp nhóm thế khác nhau:

1) cả ba nhóm thế có thể nằm ở ba nguyên tử cacbon lân cận; một đồng phân với sự sắp xếp của các nhóm thế như vậy được gọi là chất thông thường hoặc chất dược liệu;

2) ba nhóm thế có thể được định vị theo cách mà hai trong số chúng nằm ở các nguyên tử cacbon lân cận, và nhóm thứ ba ở vị trí meta đối với một trong số chúng; một đồng phân như vậy được gọi là không đối xứng;

3) cả ba nhóm thế có thể nằm ở vị trí meta XNUMX-XNUMX; sự sắp xếp như vậy được gọi là đối xứng.

Ngoài đồng phân được coi là đồng phân phụ thuộc vào vị trí của các nhóm thế trong vòng, có thể có các loại đồng phân khác trong nhóm hiđrocacbon thơm. Ví dụ, các gốc thay thế nguyên tử hydro trong vòng benzen có thể có một chuỗi nguyên tử cacbon thẳng và một chuỗi ít nhiều phân nhánh. Hơn nữa, đồng phân có thể phụ thuộc vào số lượng các gốc chứa các đồng phân khác nhau trong tổng số dư benzen có cùng số nguyên tử cacbon và hydro.

31. thu được hiđrocacbon thơm. suối tự nhiên

Chưng cất than khô.

Hydrocacbon thơm thu được chủ yếu từ quá trình chưng cất than khô. Khi than được đun nóng trong lò nung hoặc lò luyện cốc mà không có không khí tiếp cận ở 1000-1300 ° C, các chất hữu cơ của than bị phân hủy tạo thành các sản phẩm rắn, lỏng và khí.

Sản phẩm rắn của quá trình chưng cất khô - than cốc - là một khối xốp bao gồm cacbon trộn với tro. Than cốc được sản xuất với số lượng lớn và được tiêu thụ chủ yếu bởi ngành công nghiệp luyện kim như một chất khử trong quá trình sản xuất kim loại (chủ yếu là sắt) từ quặng.

Sản phẩm lỏng của quá trình chưng cất khô là hắc ín đen nhớt (hắc ín than), và lớp nước chứa amoniac là nước amoniac. Nhựa than đá thu được trung bình 3% khối lượng của than ban đầu. Nước amoniac là một trong những nguồn quan trọng để sản xuất amoniac. Các sản phẩm khí của quá trình chưng cất than khô được gọi là khí cốc. Khí lò cốc có thành phần khác nhau tùy thuộc vào loại than, chế độ luyện cốc, v.v ... Khí cốc được tạo ra trong pin lò cốc được đi qua một loạt các chất hấp thụ bẫy hắc ín, amoniac và hơi dầu nhẹ. Dầu nhẹ thu được bằng cách ngưng tụ từ khí lò cốc chứa 60% benzen, toluen và các hydrocacbon khác. Hầu hết benzen (lên đến 90%) được thu nhận theo cách này và chỉ một ít - bằng cách chưng cất phân đoạn nhựa than đá.

Chế biến nhựa than đá. Nhựa than có dạng khối nhựa đen, có mùi đặc trưng. Hiện nay, hơn 120 sản phẩm khác nhau đã được phân lập từ nhựa than đá. Trong số đó có các hiđrocacbon thơm, cũng như các chất chứa ôxy thơm có bản chất axit (phenol), các chất chứa nitơ có tính chất bazơ (pyridin, quinolin), các chất chứa lưu huỳnh (thiophene), v.v.

Nhựa than đá được chưng cất phân đoạn, do đó thu được một số phân đoạn.

Dầu nhẹ chứa benzen, toluen, xylenes và một số hydrocacbon khác.

Dầu trung bình, hoặc carbolic, chứa một số phenol.

Dầu nặng, hoặc creosote: Trong số các hydrocacbon trong dầu nặng, có chứa naphthalene.

Sản xuất hydrocacbon từ dầu mỏ

Dầu là một trong những nguồn chính của hydrocacbon thơm. Hầu hết các loại dầu chỉ chứa một lượng rất nhỏ hydrocacbon thơm. Từ dầu trong nước giàu hydrocacbon thơm là dầu mỏ của mỏ Ural (Perm). Dầu của "Second Baku" chứa tới 60% hydrocacbon thơm.

Do sự khan hiếm của hydrocacbon thơm, "hương liệu dầu" ngày nay được sử dụng: các sản phẩm dầu được đun nóng ở nhiệt độ khoảng 700 ° C, kết quả là 15-18% hydrocacbon thơm có thể thu được từ các sản phẩm phân hủy của dầu. .

32. Tổng hợp, tính chất vật lý và hóa học của hiđrocacbon thơm

1. Tổng hợp từ hydrocacbon thơm và dẫn xuất halogen của dãy chất béo với sự có mặt của chất xúc tác (tổng hợp Friedel-Crafts).

2. Tổng hợp từ muối của axit thơm.

Khi đun nóng muối khô của axit thơm với vôi tôi xút, muối bị phân hủy tạo thành hiđrocacbon. Phương pháp này tương tự như sản xuất hydrocacbon béo.

3. Tổng hợp từ axetilen. Phản ứng này được quan tâm như một ví dụ về sự tổng hợp benzen từ các hydrocacbon béo.

Khi cho axetilen đi qua chất xúc tác đun nóng (ở 500 ° C), các liên kết ba của axetilen bị phá vỡ và ba trong số các phân tử của nó trùng hợp thành một phân tử benzen.

Tính chất vật lý

Hydrocacbon thơm là chất lỏng hoặc chất rắn có mùi đặc trưng. Các hiđrocacbon có không quá một vòng benzen trong phân tử của chúng nhẹ hơn nước. Các hiđrocacbon thơm ít tan trong nước.

Phổ IR của hydrocacbon thơm chủ yếu được đặc trưng bởi ba vùng:

1) khoảng 3000cm^-1, do dao động kéo dài C-H;

2) diện tích 1600-1500cm^-1, liên quan đến sự dao động bộ xương của các liên kết cacbon-cacbon thơm và thay đổi đáng kể về vị trí của các đỉnh tùy thuộc vào cấu trúc;

3) khu vực dưới 900cm^-1, liên quan đến dao động uốn cong của C-H của vòng thơm.

Tính chất hóa học

Các tính chất hóa học chung quan trọng nhất của hydrocacbon thơm là xu hướng tham gia phản ứng thế và độ bền cao của vòng benzen.

Các chất đồng đẳng của benzen có lõi benzen và một chuỗi bên trong phân tử của chúng, ví dụ, trong hiđrocacbon C₆Н₅-TỪ₂Н₅ nhóm C₆Н₅ là nhân benzen, và C₂Н₅ - chuỗi bên. Tính chất của nhân benzen trong phân tử của các đồng đẳng benzen tiến gần đến tính chất của chính benzen. Các thuộc tính của các chuỗi bên, là dư lượng của các hydrocacbon béo, tiếp cận với các tính chất của các hydrocacbon béo.

Các phản ứng của hydrocacbon benzen có thể được chia thành bốn nhóm.

33. Quy tắc định hướng trong nhân benzen

Khi nghiên cứu các phản ứng thế trong nhân benzen, người ta thấy rằng nếu nhân benzen đã chứa nhóm thế nào thì nhóm thứ hai vào một vị trí nhất định tùy theo bản chất của nhóm thế thứ nhất. Do đó, mỗi nhóm thế trong nhân benzen có một hướng hoặc một định hướng nhất định.

Vị trí của nhóm thế mới được đưa vào cũng bị ảnh hưởng bởi bản chất của chính nhóm thế, tức là bản chất ái điện hoặc nucleophin của thuốc thử hoạt động. Phần lớn các phản ứng thay thế quan trọng nhất trong vòng benzen là phản ứng thế electrophin (thay thế nguyên tử hydro bị tách ra ở dạng proton bằng một hạt mang điện tích dương) - phản ứng halogen hóa, sulfo hóa, nitrat hóa, v.v.

Tất cả các sản phẩm thay thế được chia thành hai nhóm theo bản chất của hành động hướng dẫn của chúng.

1. Nhóm thế loại đầu tiên trong phản ứng thế electrophin hướng các nhóm được giới thiệu tiếp theo đến vị trí ortho và para.

Các nhóm thay thế của loại này bao gồm, ví dụ, các nhóm sau, được sắp xếp theo thứ tự giảm dần về quyền chỉ đạo của chúng: -NH₂, -OH, -CH3.

2. Nhóm thế loại thứ hai trong phản ứng thế electrophin hướng các nhóm được giới thiệu tiếp theo đến vị trí meta.

Các nhóm thay thế của chi này bao gồm các nhóm sau, được sắp xếp theo thứ tự giảm dần về sức mạnh chỉ đạo của chúng: -NO₂, -C≡N, -SO₃H.

Các chất thay thế của loại thứ nhất chứa các liên kết đơn; nhóm thế của loại thứ hai được đặc trưng bởi sự hiện diện của các liên kết đôi hoặc ba.

Các chất thay thế thuộc loại đầu tiên trong phần lớn các trường hợp tạo điều kiện thuận lợi cho các phản ứng thay thế. Ví dụ, để nitrat hóa benzen, bạn cần đun nóng nó với hỗn hợp axit nitric và sunfuric đặc, trong khi phenol C₆Н₅OH có thể được nitrat hóa thành công bằng axit nitric loãng ở nhiệt độ phòng để tạo thành ortho- và paranitrophenol.

Các chất thay thế thuộc loại thứ hai thường cản trở hoàn toàn các phản ứng thay thế. Thay thế ở vị trí ortho và para là đặc biệt khó khăn, và thay thế ở vị trí meta tương đối dễ dàng hơn.

Hiện nay, ảnh hưởng của các nhóm thế được giải thích là do các nhóm thế của loại đầu tiên là các chất nhường electron (tặng các electron), tức là các đám mây electron của chúng bị dịch chuyển về phía nhân benzen, điều này làm tăng khả năng phản ứng của các nguyên tử hydro.

Sự gia tăng khả năng phản ứng của các nguyên tử hydro trong vòng tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phản ứng thế electrophin. Vì vậy, ví dụ, khi có mặt hydroxyl, các điện tử tự do của nguyên tử oxy bị dịch chuyển về phía vòng, làm tăng mật độ điện tử trong vòng, và mật độ điện tử tăng đặc biệt ở các nguyên tử cacbon ở vị trí ortho và para để nhóm thế.

34. Quy tắc thế trong nhân benzen

Các quy tắc thay thế trong vòng benzen có tầm quan trọng thực tế rất lớn, vì chúng có thể giúp dự đoán diễn biến của phản ứng và chọn con đường chính xác để tổng hợp một hoặc một chất mong muốn khác.

Cơ chế của phản ứng thế thế electrophin trong dãy thơm. Các phương pháp nghiên cứu hiện đại đã giúp làm sáng tỏ phần lớn cơ chế thay thế trong chuỗi chất thơm. Điều thú vị là ở nhiều khía cạnh, đặc biệt là ở giai đoạn đầu, cơ chế thay thế electrophin trong chuỗi thơm hóa ra lại tương tự như cơ chế thêm electrophin trong chuỗi chất béo.

Bước đầu tiên trong quá trình thay thế electrophin là (như trong quá trình cộng electrophin) là sự hình thành phức chất p. Hạt nhân Xd + liên kết với cả XNUMX electron p của vòng benzen.

Giai đoạn thứ hai là sự hình thành phức hợp p. Trong trường hợp này, hạt electrophin "hút" hai điện tử từ sáu điện tử p để tạo thành liên kết cộng hóa trị thông thường. Phức hợp p tạo thành không còn có cấu trúc thơm: nó là một cacbocation không ổn định trong đó bốn điện tử p ở trạng thái phân chia được phân bố giữa năm nguyên tử cacbon, trong khi nguyên tử cacbon thứ sáu chuyển sang trạng thái bão hòa. Nhóm thế X và nguyên tử hiđro được đưa vào nằm trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng của vòng sáu cạnh. Phức chất S là chất trung gian mà sự hình thành và cấu trúc đã được chứng minh bằng một số phương pháp, đặc biệt là bằng phương pháp quang phổ.

Giai đoạn thứ ba của sự thay thế electrophin là sự ổn định của phức chất S, đạt được bằng cách loại bỏ một nguyên tử hydro dưới dạng một proton. Hai điện tử tham gia vào việc hình thành liên kết C-H, sau khi loại bỏ một proton, cùng với bốn điện tử phân chia của năm nguyên tử cacbon, tạo ra cấu trúc thơm ổn định thông thường của benzen được thế. Vai trò của chất xúc tác (thường là A₁Cl₃) trong quá trình này bao gồm việc tăng cường sự phân cực của haloalkyl với sự hình thành của một hạt tích điện dương, hạt này tham gia vào phản ứng thế electrophin.

Phản ứng cộng

Các hiđrocacbon của benzen tham gia phản ứng cộng rất khó - chúng không làm mất màu nước brom và dung dịch KMnO₄. Tuy nhiên, trong những điều kiện đặc biệt, phản ứng cộng vẫn có thể xảy ra.

1. Bổ sung các halogen.

Oxy trong phản ứng này đóng vai trò của một chất xúc tác tiêu cực: khi có mặt của nó, phản ứng không tiến hành. Bổ sung hydro với sự có mặt của chất xúc tác:

C₆H₆ + 3 giờ₂ →C₆H₁₂

2. Tính oxi hoá của hiđrocacbon thơm.

Bản thân benzen có khả năng chống oxy hóa đặc biệt - bền hơn parafin. Dưới tác dụng của chất oxy hóa mạnh (KMnO4 trong môi trường axit, v.v.) trên các đồng đẳng của benzen, lõi benzen không bị oxy hóa, trong khi các chuỗi bên bị oxy hóa với sự tạo thành axit thơm.

35. Nhóm naphtalen

Tổ tiên của các hợp chất thuộc nhóm naphtalen là hydrocacbon naphtalen C10 H8. Công thức phân tử của naphtalen lần đầu tiên được thiết lập bởi A. A. Voskresensky.

Cấu trúc của naphtalen rất giống cấu trúc của benzen. Các nghiên cứu bằng tia X chỉ ra rằng phân tử naphtalen phẳng, giống như phân tử benzen, nhưng khoảng cách giữa các nguyên tử không thẳng hàng như trong phân tử benzen và nằm trong khoảng từ 1,356 đến 1,425 A.

Đồng phân của các dẫn xuất naphtalen

Benzen đơn chức không có đồng phân. Tình hình khác với naphthalene dạng monosubstit. Có hai nguyên tử cacbon trong phân tử naphtalen, thuộc đồng thời cả hai nhân benzen; trong số tám nguyên tử cacbon còn lại của naphthalene, bốn nguyên tử liên kết trực tiếp với các nguyên tử thông thường - bốn nguyên tử cacbon này thường được ký hiệu bằng chữ A. Bốn nguyên tử còn lại được phân tách từ hai nguyên tử cacbon thông thường; nguyên tử cacbon bị loại bỏ được ký hiệu bằng chữ b.

Về vấn đề này, mỗi naphtalen đơn phân có thể tồn tại ở dạng đồng phân a- và b, tùy thuộc vào nguyên tử cacbon nào đã được thay thế.

Nhận naphthalene

Nguồn naphthalene chính là nhựa than đá chứa 8-10% naphthalene. Khi phân đoạn nhựa than đá, naphtalen đi qua, cùng với phenol, chủ yếu đi vào phần dầu cacbônic. Phenol được tách ra từ naphtalen bằng cách sử dụng kiềm có thể hòa tan phenol, sau đó naphtalen được tinh chế bằng cách chưng cất chân không và thăng hoa. Naphthalene ở dạng nhiều dẫn xuất của nó được sử dụng rộng rãi để sản xuất thuốc nhuộm, thuốc, chất nổ, dung môi, v.v. Tính chất vật lý

Naphthalene là chất kết tinh rắn, có mùi đặc trưng; dễ bay hơi và dễ cháy. Naphtalen không tan trong nước, nhưng tan trong rượu nóng, ete và benzen. Tính chất hóa học

Naphthalene, tương tự như benzen trong cấu trúc của nó, có đặc tính thơm, tức là nó dễ bị nitrat hóa, sulfo hóa, v.v.

1. Cộng hiđro (hiđro hoá). Hydro có thể được thêm vào các liên kết đôi của naphtalen. Tùy thuộc vào điều kiện hydro hóa, thu được dihydronaphthalene, tetrahydronaphthalene và decahydronaphthalene. Các sản phẩm khử naphtalen - tetralin và decalin - được sử dụng rộng rãi trong công nghệ làm dung môi, nhiên liệu, v.v.

2. Sự thay thế của nguyên tử hiđro.

Nguyên tử hydro trong naphtalen dễ dàng bị thay thế, và trong hầu hết các trường hợp, dẫn xuất a dễ dàng thu được hơn. Trong nhiều trường hợp, dẫn xuất b thu được một cách dài hơn.

3. Sự oxi hóa.

Quá trình oxy hóa mạnh mẽ naphthalene hoặc quá trình oxy hóa dễ xảy ra hơn các dẫn xuất oxy và amin của nó dẫn đến sự hình thành naphthoquinone.

36. Anthracen, nhóm phenanthren

Anthracene và phenanthren có cùng công thức phân tử C₁₄Н₁₀, chứa trong nhựa than đá; chúng được phân lập từ phần dầu anthracene.

Anthracen là sự kết hợp của ba vòng sáu cạnh. Nghiên cứu về anthracene sử dụng phân tích nhiễu xạ tia X cho thấy tất cả 14 nguyên tử carbon của phân tử anthracene nằm trong cùng một mặt phẳng. Nó là một chất kết tinh, hòa tan nhiều trong benzen nóng, hòa tan kém trong rượu và ete, và không hòa tan trong nước. Đặc biệt di động trong phân tử anthracene là các nguyên tử hydro ở vị trí 9 và 10, tức là ở giữa, được gọi là trung phân.

Tính linh động của các nguyên tử hydro trong chất trung gian được thể hiện, cụ thể là ở chỗ, dưới tác dụng của các chất oxy hóa, chúng bị oxy hóa dễ dàng hơn nhiều so với các nguyên tử khác với sự hình thành anthraquinon.

Trong số các dẫn xuất của anthracene, anthraquinone và alizarin có tầm quan trọng lớn nhất.

Nhóm phenanthrene và các hệ thống cô đặc khác

Phenantrene là một đồng phân của anthracene (C₁₄Н₁₀,) là một hệ thống cô đặc bao gồm ba vòng sáu cạnh.

Để chỉ định các dẫn xuất phenanthren, các nguyên tử của nó trong công thức được đánh số như hình trên.

Phenantrene - tinh thể không màu rực rỡ, dễ hòa tan trong benzen và các chất đồng đẳng của nó.

Các hạt nhân cực đoan của phenanthrene có đặc tính thơm tương tự như benzen. Ở nhân giữa, các nguyên tử cacbon thứ 9 và thứ 10, liên kết với nhau bằng liên kết đôi, hoạt động giống như chuỗi hiđrocacbon không no, dễ cộng brom (liên kết đôi bị đứt), dễ bị oxi hóa, v.v.

Phenantrene đã không được tìm thấy một ứng dụng kỹ thuật rộng rãi như anthracene. Tuy nhiên, ý nghĩa của nó là rất lớn. Hóa ra là lõi của phenanthrene tạo nền tảng cho một số lượng lớn các hợp chất có tác dụng sinh lý. Vì vậy, ví dụ, lõi của phenanthren (được hydro hóa một phần, nghĩa là có số lượng liên kết đôi ít hơn) làm cơ sở cho các ancaloit quan trọng như morphin và codein.

Lõi phenanthrene đã hydro hóa hoàn toàn được hợp nhất với một vòng xyclopentan năm cạnh được gọi là cyclopentanoperhydrophenanthrene. Phần lõi này làm nền tảng cho các phân tử steroid, bao gồm sterol, vitamin D, axit mật, hormone sinh dục, aglycones của glycoside tim và một số chất sinh học quan trọng khác.

Các hệ thống cô đặc khác

Cùng với naphthalene, anthracene và phenanthrene, nhựa than đá chứa một số lượng lớn các hydrocacbon khác có chu trình ngưng tụ.

Nhiều hydrocacbon thơm có vòng hàn là chất gây ung thư, tức là chúng có khả năng gây ung thư. Cái gọi là methylcholanthrene có tác dụng gây ung thư đặc biệt mạnh.

37. Hợp chất thơm không benzen

Các tính năng đặc trưng chính của hợp chất thơm: khả năng chống oxy hóa, dễ phản ứng thế electrophin - nitrat hóa, sulfo hóa, halogen hóa, xu hướng phản ứng cộng rất thấp. Mối quan tâm lớn là các hợp chất không phải là dẫn xuất của benzen, nhưng có tính chất thơm, tức là các hợp chất thơm không phải benzen.

Các công trình của Robinson và các nhà nghiên cứu khác đã chỉ ra rằng để biểu hiện các đặc tính thơm, cần phải có trong vòng (không nhất thiết phải có sáu ghi nhớ) cái gọi là tập hợp electron thơm - sáu electron p liên hợp. Để sự liên hợp của các electron p xảy ra, trục của chúng phải song song, và do đó, toàn bộ vòng phải nằm trong cùng một mặt phẳng - đồng phẳng. Không phải tất cả các phân tử đều có thể là đồng phẳng, nhưng những phân tử có góc liên kết gần bằng 120 ° (góc liên kết của benzen). Các điều kiện như vậy được thỏa mãn chủ yếu bởi các vòng có năm và bảy ghi nhớ. Sau đó, các tính toán cơ học lượng tử cho thấy khả năng tồn tại của một số lượng lớn hơn nhiều hệ thơm, không chỉ bao gồm các vòng năm và bảy ghi nhớ.

Theo quy tắc Hückel, tất cả các vòng có liên kết liên hợp có số electron p liên hợp bằng 4n + 2 (trong đó n = 0, 1, 2, 3, v.v.) đều có đặc tính thơm. Đối với benzen, n = 1. Số electron p liên hợp là 4n + 2 = 4 + 2 = 6.

Nhiều hệ thống thơm không phải benzen theo dự đoán của lý thuyết đã được tổng hợp.

Hệ thống thơm có vòng năm ghi nhớ

Anion xiclopentadienyl. Có thể thu được anion xyclopentadienyl từ xiclopentadien, một chất thuộc dãy alicyclic. Các nguyên tử hydro trong nhóm metylen của chất này có tính di động cao. Dưới tác dụng của natri kim loại dạng bột trong xylen sôi, hydro bị tách ra khỏi nhóm metylen này và xiclopentadienyl natri được tạo thành.

Trong quá trình tách nguyên tử hydro và hình thành ion xiclopentadienyl, nguyên tử cacbon còn lại hai điện tử (trong đó một là điện tử riêng của cacbon, và điện tử kia là từ hydro bị tách ra). Có một sự thay đổi trong sự lai hóa của các obitan electron. Trong số hai electron còn lại, một electron ở dạng đám mây electron p xen phủ với hai electron p lân cận, tạo thành một hệ thống liên hợp đơn gồm năm obitan p, và electron còn lại được phân bố đều giữa năm obitan p, tức là với cùng một mức độ xác suất, nó có thể nằm trên mỗi người trong số họ. Do đó, với chi phí của năm điện tử riêng của nguyên tử cacbon và thêm một điện tử nữa, một loạt các điện tử p liên hợp được tạo ra, cần thiết cho sự biểu hiện của các đặc tính thơm.

38. Hệ thống thơm có chu kỳ bảy ghi nhớ

Cation Tropilium. Trong anion xiclopentadienyl, sextet thơm được tạo bởi năm điện tử từ các nguyên tử cacbon của vòng năm nhớ và một điện tử phụ. Nhưng một cách khác để hình thành một sextet thơm cũng có thể xảy ra - với việc mất đi một điện tử từ bảy nguyên tử cacbon của vòng bảy ghi nhớ (điều này là điển hình cho cation tropylium). Cation tropylium có thể thu được bằng cách tác dụng của phân tử brom với hydrocacbon, tropylidene hoặc cyclohexatriene, một hệ bảy mem với ba liên kết đôi.

Cuối cùng, bản chất của phản ứng là loại bỏ nhóm metylen.

Do đó, một hệ đơn gồm bảy obitan p liên hợp với cùng khoảng cách C-C được tạo ra. Tuy nhiên, bảy obitan này chỉ chứa đầy sáu electron. Việc thiếu một điện tử trong hệ thống này là lý do tạo ra điện tích dương của cation tropylium.

Các muối Tropilium hòa tan nhiều trong nước và không hòa tan trong các dung môi hữu cơ. Các ion Tropilium, mang điện tích dương, dễ dàng tham gia vào các phản ứng thay thế nucleophilic, dẫn đến việc hình thành các dẫn xuất trung tính của tropylidene.

Hệ thống thơm chứa các vòng năm nhớ và bảy cạnh được hợp nhất

Azulene. Azulene trước đây đã được trình bày dưới dạng một hệ thống cô đặc có chứa một vòng xyclopentadiene năm phần và một vòng cyclohexatriene bảy phần, hoặc một hệ thống cyclopentadienocycloheptatriene.

Theo dữ liệu hiện đại, đúng hơn là biểu diễn azulene như một hệ thống ngưng tụ của anion xyclopentadienyl và cation tropylium. Mỗi nguyên tử trong số 10 nguyên tử cacbon của azulene có một obitan p, tất cả chúng đều tạo thành một hệ thống điện tử duy nhất. Tuy nhiên, mật độ electron trong các vòng năm và bảy ghi nhớ không giống nhau. Bởi vì mỗi vòng có xu hướng có một tập hợp các electron thơm, một vòng bảy ghi nhớ nhường một điện tử cho một vòng năm ghi nhớ. Kết quả là, trong một vòng năm ghi nhớ, sáu điện tử nằm trong năm quỹ đạo p (vòng này sẽ mang điện tích âm), và trong một vòng bảy ghi nhớ, sáu điện tử còn lại sẽ nằm trong bảy quỹ đạo p. (chiếc vòng này sẽ mang điện tích dương).

Azulene là một chất kết tinh màu xanh lam. Các dẫn xuất của azulene cũng có màu xanh lam hoặc xanh tím. Màu sắc là do sự hiện diện của một hệ thống liên hợp đủ dài của các điện tử p trong phân tử.

Azulene dễ dàng đồng phân hóa thành naphthalene. Các dẫn xuất của azulene, đặc biệt là các dẫn xuất khác nhau được thay thế bằng alkyl, được tìm thấy trong tinh dầu của một số loại cây, bao gồm các loại cây thuốc (hoa cúc La mã, bạch đàn, một số loại cây ngải cứu), điều này giải thích tác dụng chống viêm của những loại cây này.

39. Phenol giải phẫu

Phương pháp thu thập

1. Lấy từ nhựa than đá. Phương pháp này là phương pháp kỹ thuật quan trọng nhất để thu nhận phenol. Nó bao gồm thực tế là lúc đầu các phân đoạn hắc ín được xử lý bằng chất kiềm. Phenol hòa tan nhiều trong dung dịch nước của kiềm với sự tạo thành phenolat, dễ dàng tách ra khỏi các hydrocacbon hắc ín, do đó, không tan trong nước hoặc trong dung dịch nước của kiềm. Các dung dịch kiềm tạo thành được xử lý bằng axit sulfuric, chất này phân hủy các phenolat, do đó các phenol lại được giải phóng, ví dụ:

C₆H₅ONa + H₂VÌ THẾ₄ → NaHSO₄ + C₆H₅Ồ.

Các phenol được phân lập để tách phải được chưng cất phân đoạn lặp lại và tinh chế thêm.

2. Thu được từ muối của axit sunfonic. Khi muối của axit sulfonic được dung hợp với kiềm, phenol và kali sulfit được tạo thành:

C₆H₅SO₃K + KOH → C₆Н₅OH + K₂VÌ THẾ₄.

Phenol tạo thành khi có mặt KOH được chuyển thành phenolat:

С₆Н₅OH + KOH → C₆Н₅OK + H₂O.

Phenolat tiếp tục bị phân hủy bằng axit sunfuric, và phenol tự do được tạo thành:

С₆Н₅OK + H₂VÌ THẾ₄ → C₆Н₅OH + KHSO₄.

3. Thu được từ cumene (isopropylbenzen).

Cumene bị oxy hóa bằng oxy trong khí quyển; Cumene hydroperoxide tạo thành dưới tác dụng của axit sulfuric tạo ra phenol và một sản phẩm có giá trị khác - axeton:

cumene → cumene hydroperoxide → phenol.

4. Thu nhận từ muối diazonium là một cách quan trọng để giới thiệu hydroxyl phenol.

Cumene thu được bằng cách alkyl hóa benzen với propylen (tách ra từ khí tách khỏi cracking) với sự có mặt của chất xúc tác (ví dụ, AICl₁₃).

Tính chất vật lý

Trong hầu hết các trường hợp, phenol là những chất kết tinh rắn, tan rất kém trong nước. Chúng có mùi đặc trưng mạnh.

Tính chất hóa học

Tính chất quan trọng nhất của phenol, giúp phân biệt chúng với rượu, là tính axit của chúng. Đồng thời, có cấu trúc chung với rượu (R-OH), phenol tham gia vào một số phản ứng cũng là đặc trưng của rượu.

Tất cả các phenol đều có tính axit nhẹ, thể hiện ở khả năng hòa tan trong kiềm và tạo thành phenolat.

Tính chất axit của phenol thể hiện rất yếu. Vì vậy, phenol không làm bẩn giấy quỳ. Axit vô cơ yếu nhất - cacbonic - thay thế phenol từ các hợp chất giống muối của chúng - phenolat:

40. Tính chất hóa học của phenol

Sự tạo thành ête. Phenol, giống như rượu, có khả năng tạo ra các hợp chất như ete. Trong thực tế, để thu được ete của phenol, người ta xử lý phenolat với haloalkyls (1) hoặc haloaryls (2):

C₆H₅ONa+IC₂H₅ →C₆H₅-OC₂H₅ + NaI(1)

C₆H₅ONa + BrC₆H₅ →C₆H₅-OC₆H₅ + NaBr (2)

Trong trường hợp đầu tiên (1), một ete thu được chứa một gốc phenol và một gốc rượu, tức là một ete béo thơm hỗn hợp. Trong trường hợp thứ hai (2), một ete chứa hai dư phenol thu được, tức là một ete thơm thuần túy.

Sự tạo thành các este. Giống như rượu, phenol có thể cho các hợp chất như este. Trong thực tế, để thu được este của phenol, người ta thường xử lý phenolat với axit halogenua. Phenol cho este với cả axit hữu cơ và axit khoáng. Ví dụ, muối kali của este phenol sunfat được bài tiết qua nước tiểu của con người.

Phản ứng nhuộm màu với clorua sắt. Tất cả các

phenol với clorua sắt tạo thành các hợp chất có màu; các phenol monohydric thường cho màu tím hoặc xanh lam.

Sự thay thế nguyên tử hiđro trong nhân benzen. Dư lượng benzen trong phenol ảnh hưởng đến nhóm hydroxyl, tạo cho nó tính axit. Tuy nhiên, hiđroxyl đưa vào phân tử benzen cũng ảnh hưởng đến gốc benzen, làm tăng khả năng phản ứng của nguyên tử hiđro trong nhân benzen. Do đó, các nguyên tử hydro trong lõi của phân tử phenol được thay thế dễ dàng hơn nhiều so với các hydrocacbon thơm:

1) thay thế bằng halogen. Dưới tác dụng của halogen, thậm chí cả nước brom, trên phenol, ba nguyên tử rất dễ bị thay thế và thu được phenol thế trihalogen. Các nguyên tử brom thay thế các nguyên tử hydro ở vị trí ortho và para đối với nhóm hydroxyl. Tribromophenol hòa tan kém trong nước và kết tủa, và do đó phản ứng hình thành nó có thể dùng để phát hiện phenol;

2) thay thế bằng phần còn lại của axit nitric. Phenol rất dễ bị nitrat hóa. Do đó, dưới tác dụng của axit nitric rất loãng, hỗn hợp nitrophenol thu được;

3) thay thế bằng phần còn lại của axit sunfuric. Phenol dễ bị sulfo hóa; từ phenol thu được hỗn hợp axit o- và p-phenolulfonic.

Ưu thế của một hoặc một đồng phân khác phụ thuộc vào nhiệt độ: ở 25 ° C, chất orthoisomer chủ yếu được hình thành, ở 100 ° C, paraisomer được hình thành.

Quá trình oxy hóa phenol. Phenol dễ dàng bị oxy hóa ngay cả dưới tác dụng của oxy trong khí quyển. Đồng thời, chúng thay đổi màu sắc, chuyển thành màu hồng, đỏ hồng hoặc đỏ sẫm. Các tạp chất trong phenol đẩy nhanh quá trình oxy hóa, và do đó các phenol chưa được tinh khiết thường sẫm màu rất mạnh và nhanh chóng.

Đặc tính khử trùng. Phenol tiêu diệt nhiều vi sinh vật, đặc tính này được sử dụng trong y tế, sử dụng phenol và các dẫn xuất của chúng làm chất khử trùng và chất khử trùng. Phenol (axit carbolic) là chất khử trùng đầu tiên được đưa vào phẫu thuật bởi Lister vào năm 1867. Tính chất khử trùng của phenol dựa trên khả năng gấp protein của chúng.

41. Các đại diện riêng lẻ của phenol

Phenol, hoặc axit carbolic, ACldum carboli-kiêm, C₆H₅OH là chất kết tinh, có mùi đặc trưng, chuyển sang màu hồng trong không khí do bị oxi hóa. Tạo thành hydrat kết tinh với nước₆Н₅OH, nóng chảy ở 16 ° C. Trong nước, phenol tan theo tỷ lệ 1: 15 (ở 20 ° C). Dung dịch phenol với FeCl₃ cho một màu tím. Các tinh thể phenol trong không khí hấp thụ độ ẩm trong không khí và phát tán, tạo thành dung dịch phenol trong nước.

Việc sử dụng phenol trong y tế do độc tính của nó bị hạn chế và nó chỉ được sử dụng như một tác nhân bên ngoài. Một lượng lớn phenol được sử dụng để tổng hợp thuốc nhuộm, axit picric, axit salicylic và các dược chất khác, cũng như để sản xuất nhựa nhân tạo - nhựa phenolic, chẳng hạn như bakelite.

Ete phenol. Các este metyl và etylic của phenol lần lượt được gọi là anisole và phenetol.

Cả hai chất đều là chất lỏng.

Nitrophenol. Có các mono-, di- và trinitro-phenol. Việc đưa một nhóm nitro vào phân tử phenol làm tăng đáng kể tính axit của nó: không giống như phenol, nitrophenol có khả năng phân hủy muối cacbonic, thay thế axit cacbonic. Đặc tính này của nitrophenol có liên quan đến khả năng tồn tại của chúng ở hai dạng tautomeric - benzenoid và quinoid, hoặc dạng aci.

Khi aciform được hình thành, nguyên tử hydro từ hydroxyl phenol chuyển sang nguyên tử oxy trong nhóm nitro, đi kèm với sự phân bố lại các lực ái lực hóa học. Các nitrophenol tự do thường có màu vàng với cường độ và sắc thái khác nhau, hoặc gần như không màu. Nó phụ thuộc vào tỷ lệ định lượng của hai dạng đồng phân của nitrophenol: một benzenoid không màu và một aciform màu vàng tươi. Tỷ lệ này không chỉ phụ thuộc vào bản chất của nitrophenol, mà còn phụ thuộc vào nồng độ của các ion hydro và hydroxit.

Do sự thay đổi màu sắc của nitrophenol tùy thuộc vào phản ứng của môi trường, tức là nồng độ của ion hydro, một số nitrophenol được sử dụng làm chất chỉ thị.

Có tầm quan trọng lớn là trinitrophenol, thường được gọi là axit picric. Axit picric có thể thu được bằng cách nitro hóa phenol với hỗn hợp axit nitric và axit sunfuric đặc; có những phương pháp hiệu quả về chi phí khác.

Giống như các nitrophenol khác, axit picric tồn tại ở hai dạng đồng phân.

Nó là một chất kết tinh màu vàng, có vị đắng. Khi đun nóng, nó dễ phát nổ. Axit picric, do sự hiện diện của ba gốc axit nitric, là một axit khá mạnh, tiến gần đến mức độ phân ly thành axit khoáng.

Axit picric được sử dụng rộng rãi như một chất nổ ở trạng thái tự do và ở dạng muối kali và amoni, và cũng như một chất tạo màu. Nó được sử dụng trong điều trị bỏng.

42. Nhựa phenol-fomanđehit

Sự tương tác của phenol với formaldehyde để tạo thành các sản phẩm nhựa đã được biết đến vào đầu thế kỷ 1872. (Bayer, XNUMX). Cơ chế hình thành nhựa phenol-formaldehyde rất phức tạp.

Trong quá trình tương tác của phenol và fomanđehit, một sản phẩm chính là rượu phenol được tạo thành - rượu o-hydroxybenzyl, hoặc saligenin, và theo quy tắc thay thế trong vòng benzen, đồng phân p của nó. Các đồng phân o và p tạo thành ngưng tụ với sự giải phóng nước.

Đến lượt mình, các chất dimer này có thể ngưng tụ với nhau, cũng như với các phân tử fomandehit và phenol (đặc biệt là tùy thuộc vào điều kiện phản ứng, vào lượng sản phẩm ban đầu). Cuối cùng, các sản phẩm có thể được hình thành có cấu trúc mạng phức tạp, trong đó các gốc hydroxyphenyl được nối với nhau bằng các cầu metylen.

Nhựa phenol-fomanđehit được sử dụng kết hợp với các vật liệu khác (chất độn) được gọi chung là nhựa phenolic. Chúng bao gồm carbolite (nhựa + bột gỗ), textolite (nhựa + vải bông), getinaks (nhựa + giấy), sợi thủy tinh (nhựa + sợi thủy tinh), v.v. Các sản phẩm làm từ nhựa phenolic rất đa dạng: bánh răng im lặng và các bộ phận khác của máy móc, bộ phận xây dựng, thùng xe, đồ gia dụng, v.v.

Nhựa phenol-fomanđehit được sử dụng làm cơ sở của chất trao đổi ion. Ionit hay nhựa trao đổi ion là loại nhựa cao phân tử (phenol-fomanđehit, polystyren, v.v.) có chứa các nhóm chức có thể dễ dàng trao đổi cation hoặc anion của chúng cho ion tương ứng có trong dung dịch. Tùy thuộc vào ion trao đổi, chất trao đổi ion được chia thành chất trao đổi cation và chất trao đổi anion. Là nhóm trao đổi ion của cation, các nhóm thường được sử dụng - SO₃H, - COOH; trong chất trao đổi anion - các nhóm bazơ bậc bốn như [Ar-NR3] OH, v.v.

Việc sử dụng các chất trao đổi ion là vô cùng đa dạng. Khi cho nước có chứa muối lần lượt đi qua bộ trao đổi cation, và sau đó là bộ trao đổi anion, tất cả các cation muối trước hết được thay thế bằng H⁺, và sau đó tất cả các anion muối trên OH^-, tức là khử muối của nước.

Ionit giúp cho công việc khoa học và công nghiệp có thể cô lập các chất hữu cơ khác nhau từ các hỗn hợp phức tạp, ví dụ, vitamin nhóm B, C. Ionit cũng được sử dụng để phân lập ancaloit, streptomycin và các kháng sinh khác trong nhà máy.

Các chất trao đổi cation, loại bỏ các ion hydro của chúng, thay thế các chất xúc tác axit, hoạt động nhẹ nhàng hơn và không yêu cầu trung hòa ở cuối quá trình.

Ionites cũng được sử dụng làm thuốc (ví dụ, làm tăng độ axit của dịch vị).

43. Phenol điatomic

Có ba phenol dihydric đơn giản nhất: o-dioxibenzene, hoặc catechol, m-dioxibenzene, hoặc resorcinol, p-dioxibenzene, hoặc hydroquinone.

Một số phenol dihydric thường được tìm thấy ở dạng dẫn xuất trong tự nhiên trong các sản phẩm thực vật - tannin, nhựa, vv Các phenol diatomic thường được tổng hợp bằng cách nung chảy muối của axit disulfonic hoặc muối của axit phenolomonosulfonic với kiềm. Các phenol lưỡng phân có các tính chất tương tự như các phenol đơn chức đã được xem xét: chúng tạo thành phenolat, ete và este, và được nhuộm bằng FeCl₃, đưa ra các sản phẩm thay thế các nguyên tử hydro, v.v.

Tuy nhiên, sự hiện diện của hai hydroxyl phenol ảnh hưởng đến các tính chất của phenol điatomic. Do đó, phenol dihydric dễ hòa tan trong nước hơn nhiều so với phenol monohydric. Các phenol cấu tạo tương đối dễ bị oxy hóa; ở phenol tảo cát, khả năng này rõ ràng hơn: một số phenol diatomic oxy hóa dễ dàng đến mức chúng được sử dụng làm chất khử (chất phát triển) trong nhiếp ảnh (hydroquinone). Các phenol dihydric ít độc hơn các phenol monohydric. Với FeCl₈ phenol dihydric cho màu sắc đặc trưng, có thể phân biệt chúng bằng màu sắc.

Pyrocatechin, hoặc orthodioxybenzene, được tìm thấy trong tanin và nhựa. Với FeCl₈ catechol cho màu xanh lục. Nó dễ bị oxy hóa. Vì vậy, pyrocatechin, khi tiếp xúc với lạnh, phục hồi bạc từ dung dịch amoniac của AgNO₃.

Adrenaline, hoặc methylaminoethanolpyrocatechin, được sản xuất trong tuyến thượng thận và là một loại hormone có khả năng co mạch máu. Nó thường được sử dụng như một chất cầm máu. Nó được lấy từ tuyến thượng thận, cũng như tổng hợp từ catechol.

Điều thú vị là chỉ adrenaline levorotatory (tự nhiên) có hoạt tính sinh học, trong khi dextrorotatory không hoạt động sinh học.

Resorcinol, hoặc m-dioxibenzene. Resorcinol có thể thu được từ axit disulfonic benzen bằng phản ứng tổng hợp với kiềm.

Khi có mặt kiềm, resorcinol ngay lập tức được chuyển thành phenolat, sau đó bị phân hủy bởi axit.

Với FeCl, resorcinol cho màu tím. Nó oxy hóa khá dễ dàng, nhưng ổn định hơn nhiều so với catechol. Vì vậy, ví dụ, nó phục hồi dung dịch amoniac của AgNO₈ chỉ khi được làm nóng, và không ở trong lạnh, như catechol. Resorcinol ít độc hơn nhiều so với catechol và hydroquinone, và do đó nó được sử dụng trong y tế như một chất khử trùng (ví dụ, ở dạng thuốc mỡ).

Hydroquinone, hoặc p-dioxibenzene. Trong điều kiện tự nhiên, nó xuất hiện ở một số thực vật (ví dụ, trong cây thuốc Uvae ursi) dưới dạng arbutin glucoside. Trong công nghiệp, hydroquinon thường được điều chế bằng cách khử quinon.

Hydroquinone rất nhanh chóng phục hồi muối bạc trong giá lạnh. Do có xu hướng oxy hóa cao, hydroquinone được sử dụng trong nhiếp ảnh như một chất phát triển.

44. Phenol ba nguyên tử

Có ba đồng phân của phenol triatomic, dẫn xuất của benzen, với sự sắp xếp thông thường, đối xứng và không đối xứng của hydroxyl: pyrogallol, hydroxyhydroquinone, phloroglucinol.

Quan trọng nhất là phenol triatomic với sự sắp xếp bình thường và đối xứng của hydroxyl - pyrogallol và phloroglucinum.

Pyrogallol, hoặc p-baxybenzen. Thu được bằng cách đun nóng axit gallic.

Với FeCl₃ pyrogallol cho màu đỏ. Pyrogallol rất dễ bị oxy hóa. Ví dụ, các dung dịch kiềm của nó trong không khí nhanh chóng chuyển sang màu nâu do quá trình oxy hóa. Pyrogallol ngay lập tức giải phóng bạc kim loại từ muối bạc. Do xu hướng oxy hóa rất cao, các dung dịch kiềm của pyrogallol được sử dụng trong phân tích khí: pyrogallol hấp thụ oxy từ hỗn hợp khí. Pyrogallol cũng được sử dụng trong nhiếp ảnh và tổng hợp thuốc nhuộm.

Phloroglucinum tồn tại ở hai dạng đồng phân: dạng có ba hydroxyl và dạng có ba nhóm xeton.

Phloroglucinol oxy hóa khá dễ dàng, nhưng có khả năng chống oxy hóa cao hơn nhiều so với pyrogallol. Nó được sử dụng trong thực hành phân tích, ví dụ, để xác định định lượng của pentose: pentoses được chuyển thành furfural, trong dung dịch axit clohydric tạo ra sản phẩm ngưng tụ có màu với phloroglucinum.

Naphthols - các chất tương tự như phenol - có thể được coi là sản phẩm của sự thay thế hydroxyl cho các nguyên tử hydro trong lõi naphtalen.

a-naphthol - naphthalene - b-naphthol

Naphthols có thể thu được bằng cách sử dụng các phản ứng tương tự như phenol. Một trong những phương pháp chung quan trọng nhất để thu được naphthols là phương pháp nung chảy muối natri của axit naphtalenulfonic với NaOH.

Naphthols là chất kết tinh, kém tan trong nước. Về tính chất hóa học của chúng, naphthols tương tự như phenol. Ví dụ, chúng dễ dàng hòa tan trong kiềm để tạo thành naphtholate. Giống như phenol, chúng phản ứng với dung dịch clorua sắt để tạo ra các hợp chất có màu.

Dùng phản ứng với FeCl8 có thể phân biệt a- và b-naphthol: a-naphthol tạo kết tủa màu tím, b-naphthol cho kết tủa xanh lục.

Giống như phenol, naphthol có đặc tính khử trùng, a-naphthol, do độc tính nên không được sử dụng trong y học, nhưng b-naphthol được sử dụng như một chất khử trùng trong điều trị các bệnh đường ruột, a- và b-naphthol được sử dụng với số lượng lớn trong sản xuất thuốc nhuộm.

45. Anđehit

Anđehit được gọi là sản phẩm của sự thay thế trong hiđrocacbon của nguyên tử hiđro bởi nhóm anđehit - C (OH).

Xeton là chất chứa một nhóm cacbonyl - C (O) - liên kết với hai gốc hiđrocacbon.

Do đó, cả hai nhóm hợp chất đều được đặc trưng bởi sự có mặt của một nhóm cacbonyl - C (O) -, nhưng trong anđehit nó liên kết với một gốc và một nguyên tử hydro, trong khi ở xeton, nhóm cacbonyl liên kết với hai gốc.

Công thức chung của anđehit và xeton được tạo ra từ hiđrocacbon no là SpH2PO, và anđehit và xeton có cùng số nguyên tử cacbon là đồng phân của nhau. Vì vậy, ví dụ, công thức C₃Н₆₀ có anđehit H₃C-CH₂-C (OH) và xeton H₃ C-C (O) - CH₃.

Công thức cấu tạo của anđehit được biểu thị bằng công thức chung R-C (O) - H.

Cấu trúc điện tử của liên kết đôi của nhóm cacbonyl của andehit \ uXNUMXd C \ uXNUMXd O được đặc trưng bởi sự hiện diện của một liên kết s và một liên kết p, hơn nữa, đám mây electron của liên kết p nằm trong một mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng chứa các liên kết s của một nguyên tử cacbon đã cho.

Tuy nhiên, liên kết đôi của nhóm cacbonyl khác nhiều so với liên kết đôi của hydrocacbon etylen. Điểm khác biệt chính là liên kết đôi của nhóm cacbonyl nối nguyên tử cacbon với nguyên tử oxi có độ âm điện, hút electron mạnh nên liên kết này có tính phân cực cao.

Sự hiện diện của liên kết đôi phân cực mạnh trong các nhóm cacbonyl của anđehit và xeton là lý do cho khả năng phản ứng cao của các hợp chất này và đặc biệt là lý do cho nhiều phản ứng cộng.

Tên "aldehyde" xuất phát từ phương pháp chung để thu được các hợp chất này: aldehyde có thể được coi là sản phẩm của quá trình khử hydro của rượu, tức là loại bỏ hydro khỏi nó. Sự kết hợp của hai từ Latinh viết tắt Alcohol dehydrogenatus (rượu khử hydro) đã tạo ra tên aldehyde.

Tùy theo bản chất của gốc mà người ta phân biệt được anđehit no hay không no, anđehit thơm,….

Anđehit thường được đặt tên theo axit mà chúng được chuyển thành quá trình oxy hóa. Vì vậy, đại diện đầu tiên của andehit H-C (O) - H được gọi là andehit fomic (hoặc fomanđehit), vì trong quá trình oxy hóa nó biến thành axit fomic (ACldum formicum); tương đồng tiếp theo của CH₃ -C (O) - H được gọi là axetanđehit (hay axetanđehit), vì khi bị oxy hóa nó tạo ra axit axetic (ACldum aceticum), v.v.

Anđehit thơm C đơn giản nhất₆H5 -C (O) - H được gọi là anđehit benzoic hoặc anđehit benzoic, vì khi bị oxi hóa nó tạo ra axit benzoic (ACldum benzoicum).

Theo danh pháp quốc tế, tên của anđehit được lấy từ tên của các hiđrocacbon tương ứng, thêm vào chúng có đuôi - al. Vì vậy, ví dụ, anđehit fomic được gọi là metan, anđehit axetic được gọi là etanal, anđehit benzoic được gọi là phenylmetan.

Đồng phân của anđehit là do đồng phân của chuỗi của gốc.

46. Các phương pháp thu nhận anđehit

1. Oxi hóa ancol bậc một cách quan trọng nhất để thu được anđehit:

1) quá trình oxy hóa rượu bằng kali dicromat được sử dụng chủ yếu trong điều kiện phòng thí nghiệm, ví dụ, để thu được axetanđehit;

2) sự oxi hóa rượu bằng oxi trong khí quyển với sự có mặt của xúc tác kim loại. Chất xúc tác hoạt động nhất là platin, hoạt động ngay cả ở nhiệt độ phòng. Ít hoạt động hơn, nhưng rẻ hơn nhiều, là đồng được nghiền mịn, hoạt động ở nhiệt độ cao. Hơi rượu metylic có lẫn không khí được hút qua hệ thống. Rượu metylic bị oxi hóa bằng oxit đồng, và đồng kim loại thu được lại bị oxi hóa bằng oxi trong khí quyển. Do đó, các phản ứng này được lặp lại không giới hạn số lần.

Phản ứng oxi hóa rượu metylic với đồng oxit là phản ứng tỏa nhiệt, tức là nó xảy ra quá trình tỏa nhiệt, do đó chỉ cần đun nóng khi bắt đầu phản ứng. Phương pháp này làm nền tảng cho kỹ thuật sản xuất một số aldehyde, chẳng hạn như formaldehyde.

2. Từ các dẫn xuất đihalogen có cả hai halogen ở cùng một nguyên tử cacbon chính, thu được anđehit do phản ứng thế nucleophin của halogen cho hydroxyl. Phương pháp này dùng để thu được anđehit benzoic.

Tính chất vật lý

Đại diện đơn giản nhất của nhóm andehyt - formaldehyde - ở điều kiện bình thường là một chất khí. Đại diện tiếp theo là acetaldehyde - chất lỏng sôi ở 20°C. Các đại diện tiếp theo cũng là chất lỏng. Aldehyd cao hơn, chẳng hạn như aldehyd palmitic, là chất rắn. Điểm sôi của anđehit thấp hơn nhiệt độ sôi của ancol tương ứng. Các aldehyd thấp hơn có thể trộn với nước theo bất kỳ tỷ lệ nào, các đại diện tiếp theo ít hòa tan trong nước. Anđehit tan nhiều trong ancol và ete. Andehit thấp hơn có mùi sắc, ngột ngạt; một số đại diện tiếp theo có mùi dễ chịu hơn, gợi nhớ đến mùi hoa.

Nhóm cacbonyl của tất cả các hợp chất chứa cacbonyl - anđehit, xeton và axit - tạo ra một dải hấp thụ mạnh (do phân cực mạnh), và đối với mỗi nhóm hợp chất cacbonyl, dải này nằm trong một phạm vi hẹp. Đối với formaldehyde - ở 1745 cm^-1, đối với các andehit béo khác - trong vùng 1740-1720 cm^-11.

Anđehit cũng như xeton, do có nhóm cacbonyl = C = O nên hấp thụ chọn lọc dưới ánh sáng tử ngoại, tạo ra cực đại hấp thụ trong vùng 2800 A. Nhiều anđehit thơm có mùi dễ chịu.

47. Tính chất hóa học của anđehit

Anđehit tham gia vào một số lượng rất lớn các phản ứng, đại diện cho một trong những nhóm phản ứng mạnh nhất của hợp chất. Để thuận tiện cho việc xét các phản ứng của anđehit có thể chia chúng thành các nhóm phù hợp với nguyên tử và nhóm nguyên tử có trong phân tử anđehit.

Các phản ứng oxy hóa.

Anđehit rất dễ bị oxi hóa. Điều đặc biệt của anđehit là chất oxi hóa yếu như một số oxit và hiđroxit của kim loại nặng, không tác dụng với một số hợp chất hữu cơ khác nên dễ dàng oxi hóa anđehit của kim loại tự do hoặc oxit của chúng (phản ứng tạo anđehit):

1) sự oxi hóa bằng bạc oxit (phản ứng "tráng gương bạc"). Nếu cho dung dịch anđehit vào dung dịch amoniac không màu trong suốt của bạc oxit rồi đun nóng chất lỏng thì trên thành ống nghiệm có độ tinh khiết vừa đủ thấy một lớp tráng bạc kim loại có dạng như gương; Nếu thành ống nghiệm không đủ sạch, thì bạc kim loại được giải phóng dưới dạng kết tủa màu xám nhạt. Trong trường hợp này, anđehit bị oxi hóa thành axit có cùng số nguyên tử cacbon như trong anđehit ban đầu;

2) sự oxi hóa bằng đồng hiđroxit. Nếu cho dung dịch chứa anđehit vào chất lỏng có kết tủa đồng hiđroxit màu xanh nhạt rồi đun nóng hỗn hợp thì xuất hiện kết tủa màu vàng của đồng hiđroxit (I) CuOH thay vì kết tủa màu xanh lam. Sau đó, anđehit được chuyển thành axit.

Khi đun nóng, đồng (II) hiđroxit màu vàng chuyển thành đồng (I) oxit màu đỏ:

2CuOH → Cu₂O + H₂Ô;

3) Oxi trong khí quyển chỉ oxi hóa một số anđehit dễ bị oxi hóa nhất, bao gồm các anđehit thơm, chẳng hạn như benzen. Nếu một lớp mỏng benzaldehyde được phủ lên mặt kính đồng hồ và để trong vài giờ, nó sẽ biến thành các tinh thể của axit benzoic. Quá trình oxy hóa benzaldehyde bằng oxy trong khí quyển diễn ra như một quá trình phức tạp gồm nhiều giai đoạn với sự hình thành của các gốc tự do và một sản phẩm trung gian dạng peroxide dễ phân hủy, cái gọi là axit perbenzoic;

4) Phản ứng Cannizzaro, hay phản ứng khử phân tử, là một phản ứng oxi hóa - khử (khử oxit), trong đó một trong hai phân tử anđehit bị oxi hóa thành axit, còn phân tử kia bị khử thành rượu. Phản ứng này, đặc trưng chủ yếu của andehit thơm, được phát hiện vào năm 1853 bởi nhà khoa học người Ý Cannizzaro, người phát hiện ra rằng khi có mặt một dung dịch kiềm đậm đặc (ví dụ, dung dịch KOH 60%), benzaldehyde được chuyển thành muối của axit benzoic. và rượu benzyl.

Chỉ những anđehit không có nguyên tử hiđro ở nguyên tử cacbon của anđehit tham gia phản ứng Cannizzaro.

48. Bổ sung hydro, nước, rượu, axit hydrocyanic, hydrosulfit

Các phản ứng của nhóm cacbonyl:

Phản ứng cộng vào cacbonyl của andehit: trong quá trình của những phản ứng này, trong hầu hết các trường hợp, giai đoạn đầu tiên là sự cộng vào nguyên tử cacbon tích điện dương của cacbonyl \ uXNUMXd C \ uXNUMXd O của một hạt mang điện tích âm (ví dụ, Anion OH). Do đó, nhiều phản ứng thuộc nhóm này thuộc phản ứng cộng nucleophin:

1) quá trình cộng hiđro (hiđro hóa) xảy ra với sự phá vỡ liên kết đôi của nhóm cacbonyl của anđehit. Anđehit được chuyển thành rượu chính. Tùy thuộc vào điều kiện, cụ thể là vào bản chất của thuốc thử khử, cơ chế có thể khác nhau;

2) việc bổ sung nước dẫn đến sự hình thành các hydrat anđehit.

Cơ chế phản ứng như sau: xảy ra sự cộng nucleophin vào nguyên tử cacbon của anion hydroxyl của nước; sau đó một proton tham gia vào anion được tạo thành. Các hợp chất có hai hydroxyl trên cùng một nguyên tử cacbon rất dễ vỡ: chúng bị mất một phân tử nước và biến thành anđehit. Do đó, phản ứng trên là phản ứng thuận nghịch. Trong hầu hết các trường hợp, hydrat aldehyde chỉ tồn tại trong dung dịch nước và không thể phân lập chúng ở trạng thái tự do. Sự tồn tại của chúng được chứng minh bằng các phương pháp vật lý, cụ thể là bằng cách nghiên cứu quang phổ hồng ngoại. Độ bền liên kết trong nước aldehyde hydrat thay đổi tùy thuộc vào bản chất của các gốc trong các aldehyde khác nhau;

3) cộng một rượu vào anđehit dẫn đến sự hình thành một hemiacetal. Ngoài ra nucleophilic cũng xảy ra ở đây. Hemiacetals có thể được coi là ete một phần, dẫn xuất của dạng ngậm nước của aldehyde. Khi đun nóng anđehit với rượu trong dung dịch HCl khan tạo thành axetal. Axetan có thể được coi là ete đầy đủ, dẫn xuất ở dạng ngậm nước của anđehit.

Axeton thường là chất lỏng có mùi dễ chịu, kém tan trong nước. Chúng dễ dàng bị thủy phân khi có mặt axit, nhưng không bị thủy phân bởi kiềm;

4) việc thêm axit hydrocyanic vào anđehit tạo ra oxynitril, hoặc xyanohydrins. Xảy ra sự bổ sung nucleophin. Alkalis với số lượng nhỏ xúc tác phản ứng này;

5) Việc thêm natri hiđrosunfit (bisulfit) xảy ra khi lắc dung dịch anđehit với dung dịch natri hiđrosunfit đậm đặc. Hợp chất hydrosulfit của andehit hòa tan kém trong dung dịch natri hydrosulfit đậm đặc và bị kết tủa. Phản ứng này có tầm quan trọng thực tế rất lớn.

49. Cho axit fuchsulfur vào anđehit, phản ứng trùng hợp tạo anđehit.

Việc thêm axit fuchsulfur vào anđehit tạo nền tảng cho phản ứng nhuộm màu đặc trưng thường được sử dụng để phát hiện định tính các anđehit. Nếu cho lưu huỳnh đioxit SO qua dung dịch đỏ fuchsin₂, sau đó thu được một dung dịch không màu của cái gọi là axit fuchsine sulfuric, hoặc thuốc thử của Schiff. Khi cho axit sunfuric fuchsine vào dung dịch anđehit, hỗn hợp thu được màu đỏ hoặc đỏ tím. Với việc bổ sung các axit khoáng sau đó, màu sắc này, như một quy luật, sẽ biến mất; ngoại lệ là formaldehyde; Nhuộm axit fuchsine sulphur do formaldehyde gây ra không biến mất khi thêm axit.

trùng hợp anđehit. Không chỉ một số chất được gắn vào anđehit tại vị trí của nhóm cacbonyl của chúng, mà bản thân các phân tử anđehit có khả năng kết hợp với nhau (với sự phá vỡ liên kết đôi của nhóm cacbonyl của chúng). Các phản ứng này bao gồm phản ứng trùng hợp và ngưng tụ aldol. Trong phản ứng trùng hợp, phần còn lại của các phân tử trong polyme thường được liên kết thông qua một nguyên tử oxy, nitơ hoặc một nguyên tố khác (không phải carbon). Quá trình trùng hợp của andehit được xúc tác bởi các axit khoáng (H₂VÌ THẾ₄, H₂VÌ THẾ₃, HCl). Kết quả của phản ứng này, trong một số trường hợp, các phân tử tương đối nhỏ của một polyme mạch vòng được hình thành. Trong các trường hợp khác, trong quá trình trùng hợp, các chuỗi phân tử có độ dài khác nhau được hình thành. Phản ứng trùng hợp là phản ứng thuận nghịch.

Sự ngưng tụ aldol. Khi anđehit tiếp xúc với một lượng nhỏ kiềm loãng, phản ứng trùng hợp của anđehit xảy ra, theo bản chất của liên kết của các phân tử ban đầu liên kết trực tiếp với nguyên tử cacbon của chúng, thường được gọi là sự ngưng tụ. Sản phẩm của phản ứng này có một anđehit và một nhóm rượu, tức là một rượu anđehit. Bằng cách rút ngắn thuật ngữ cuối cùng, các chất này bắt đầu được gọi là aldol, và phản ứng được đề cập được gọi là ngưng tụ aldol. Phản ứng ngưng tụ aldol có tầm quan trọng lớn, ví dụ, trong việc hình thành các chất có đường.

Cơ chế điện tử của phản ứng ngưng tụ aldol như sau. Anion hydroxyl (xúc tác phản ứng này) tách một proton từ a-carbon (mà nguyên tử hydro có phản ứng mạnh do chúng ở gần nhóm aldehyde). Anion cacbon ưa nucleophin mạnh tạo thành cộng với nguyên tử cacbon ái điện của một phân tử anđehit khác. Anion hydroxyaldehyde tạo thành được ổn định bằng cách thêm một proton từ nước, chất này giải phóng một ion hydroxit (chất xúc tác).

50. Các đại diện riêng biệt của anđehit

Formaldehyde ở điều kiện thường là chất khí có mùi hắc (hắc) khó chịu, tan nhiều trong nước; Dung dịch nước 40% của formaldehyde, được gọi là formalin, được sử dụng rộng rãi trong thực hành y tế.

Ở trạng thái tĩnh của dung dịch fomanđehit, các quá trình oxi hóa - khử dần diễn ra trong nó. Do quá trình khử mùi, formalin thường chứa rượu metylic và axit fomic cùng với fomanđehit. Phản ứng khử trùng được xúc tác bởi chất kiềm.

Khi formalin cô đặc, cũng như trong quá trình bảo quản formaldehyde trong thời gian dài, đặc biệt là ở nhiệt độ thấp, một kết tủa trắng của polyme formaldehyde được gọi là paraformaldehyde hoặc đơn giản là paraform được hình thành trong đó.

nH₂C = O ↔ (H₂CO) n

Phản ứng trùng hợp của fomanđehit có thể được biểu diễn như sau. Các phân tử formaldehyde ngậm nước tách ra khỏi nước và tạo thành các chuỗi có chiều dài lớn hơn hoặc nhỏ hơn. Các phân tử dạng paraform chứa từ ba đến tám phân tử formaldehyde (như A. M. Butlerov đã chỉ ra), và trong những điều kiện nhất định (ở nhiệt độ rất thấp) - nhiều hơn nữa.

Nhiệt độ thấp thúc đẩy quá trình trùng hợp của formaldehyde và do đó, formaldehyde không nên được bảo quản ở nhiệt độ dưới 10-12°C. Đồng thời, nhiệt độ cao góp phần làm bay hơi nhanh formaldehyde khỏi dung dịch. Quá trình khử polyme hóa và trùng hợp ngược làm cơ sở cho sự thăng hoa paraform.

Việc sử dụng formaldehyde trong y tế dựa trên khả năng gấp protein của nó. Các chất protein của vi khuẩn đông tụ lại từ fomanđehit, là nguyên nhân gây ra cái chết của chúng. Một trong những ứng dụng y tế quan trọng nhất của formaldehyde là việc sử dụng nó cho mục đích khử trùng, tức là tiêu diệt mầm bệnh. Hơi formalin (khi đun sôi) được sử dụng để xông hơi khử trùng cơ sở, bàn tay của bác sĩ phẫu thuật, dụng cụ phẫu thuật, vv được xử lý bằng dung dịch formaldehyde. Dung dịch formaldehyde được sử dụng để bảo quản (bảo quản) các chế phẩm giải phẫu. Một lượng lớn formaldehyde được sử dụng trong quá trình tổng hợp chất dẻo. Từ formaldehyde, chế phẩm y tế hexamethylenetetramine, hoặc urotropin, thu được. Thuốc này thu được bằng cách phản ứng formaldehyde (hoặc paraform) với amoniac:

6CH₂O + 4NH₃ → (CH₂)₆N₄ + 6 giờ₂O.

Tên hợp lý "hexamethylenetetramine" được đặt bởi A. M. Butlerov liên quan đến sự hiện diện của sáu nhóm metylen và bốn nguyên tử nitơ trong phân tử. A. M. Butlerov là người đầu tiên nhận urotropin và nghiên cứu nó.

Khi đun nóng dung dịch urotropin với sự có mặt của axit, nó bị thủy phân với sự tạo thành các sản phẩm ban đầu - fomanđehit và amoniac:

(CH₂)₆N₄ + 6 giờ₂O → 6CH₂O + 4NH₃.

51. Rongalit, acetalhyd, glyoxol

Rongalit, hoặc natri formaldehyde sulfoxylate, được sử dụng cho cả quá trình tổng hợp thuốc (ví dụ, novarsenol) và trong công nghệ như một chất khử, cũng là một dẫn xuất của formaldehyde. Để thu được rongalit, người ta xử lý fomanđehit với natri hiđrosunfit, tạo ra hợp chất hiđrosunfit của fomanđehit. Tiếp theo, hợp chất hydrosulfite formaldehyde được khử bằng bụi kẽm.

Anđehit axetic (axetanđehit, hoặc etanal) ở quy mô công nghiệp thường thu được bằng cách khử hydro hơi rượu etylic dưới tác dụng của chất xúc tác (đồng): hai nguyên tử hydro được tách ra khỏi rượu. Một phương pháp quan trọng để thu được acetaldehyde cũng là phản ứng Kucherov - thêm nước vào axetylen.

Trong điều kiện phòng thí nghiệm, người ta thường thu được axetanđehit từ rượu bằng cách oxi hóa nó bằng kali đicromat trong môi trường axit.

Acetaldehyde là một chất lỏng dễ bay hơi. Ở nồng độ cao, nó có mùi ngột ngạt khó chịu; ở nồng độ nhỏ, nó có mùi táo dễ chịu (trong đó nó được chứa với một lượng nhỏ).

Khi nhỏ một giọt axit vào acetaldehyde ở nhiệt độ phòng, nó sẽ trùng hợp thành paraaldehyde; ở nhiệt độ thấp, acetaldehyde polyme hóa thành metaldehyde, một chất rắn kết tinh.

Paraldehyde là một trimer mạch vòng (CH₃Ở trên)₃, metaldehyde - tetrame mạch vòng (CH₃Ở trên)₄, nó đôi khi được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày như một loại nhiên liệu với tên gọi "cồn khô". Paraldehyde trước đây được sử dụng như một chất thôi miên.

Một dẫn xuất quan trọng của acetaldehyde là trichloroacetaldehyde, hoặc chloral. Chloral là một chất lỏng nặng. Nó thêm nước để tạo thành hydrat chloral rắn kết tinh, hoặc chloral hydrat. Hiđrat clorat là một trong số rất ít ví dụ về hiđrat anđehit ổn định. Clohydrat dễ dàng (đã ở trong điều kiện lạnh) bị kiềm phân hủy với sự tạo thành cloroform và một muối của axit formic. Chloral hydrat được dùng làm thuốc ngủ.

Glyoxal là đại diện đơn giản nhất của các anđehit - hợp chất có hai nhóm chức anđehit.

Benzoic aldehyde, hoặc benzaldehyde, xuất hiện trong tự nhiên dưới dạng amygdalin glycoside, được tìm thấy trong quả hạnh đắng, lá của cây nguyệt quế và anh đào chim, đào, mơ, mận, v.v. Dưới ảnh hưởng của enzym emulsin, như cũng như trong quá trình thủy phân bằng axit, amygdalin bị tách thành axit hydrocyanic, benzaldehyde và hai phân tử glucose.

Là sản phẩm trung gian của quá trình thủy phân amygdalin, có thể phân lập được benzaldehyde cyanohydrin, có thể coi đây là sản phẩm của sự tương tác giữa benzaldehyde và HCN.

Trong nước hạnh nhân đắng Aqim amuda agit atagarum, một chế phẩm của hạnh nhân đắng, axit hydrocyanic được tìm thấy chủ yếu ở dạng benzal mất nước.

52. Xeton

Xeton là chất có chứa nhóm cacbonyl - C (O) - liên kết với hai gốc. Công thức chung của xeton là RC (O) -R '.

Các chất gốc có thể béo (hạn chế hoặc không bão hòa), alicyclic, thơm.

Xeton thơm có thể được chia thành hai nhóm phụ:

1) hỗn hợp thơm béo có chứa một cặn thơm;

2) xeton thơm hoàn toàn chứa hai nhân thơm.

Danh pháp và đồng phân

Thông thường xeton được đặt tên theo các gốc có trong phân tử của chúng, thêm từ xeton. Vì vậy, đại diện đơn giản nhất của H₃C-C (O) - CH₃ được gọi là đimetyl xeton, H₃C-C (O) - C₂Н₅ - metyl etyl xeton, N₃C-C (O) - C₆Н₅ - metyl phenyl xeton, C₆H-C (O) - C₆Н₅ - diphenyl xeton, v.v.

Theo danh pháp quốc tế, tên của xeton có nguồn gốc từ tên của các hydrocacbon tương ứng, thêm vào tên này có đuôi - he. Vì vậy, đimetyl xeton sẽ được gọi là pro-panone, metyl etyl xeton - butanone, v.v.

Để chỉ ra vị trí của nhóm cacbonyl, các nguyên tử cacbon được đánh số, bắt đầu từ cuối mà nhóm cacbonyl gần hơn, và, khi đặt tên cho xeton, vị trí cacbonyl được chỉ ra bằng số tương ứng.

Một số xeton cũng có tên theo kinh nghiệm của riêng chúng. Ví dụ, đimetyl xeton thường được gọi là axeton, metyl phenyl xeton là acetophenone, và diphenyl xeton là benzophenone.

Đồng phân của xeton phụ thuộc vào vị trí của nhóm cacbonyl trong chuỗi, cũng như đồng phân của các gốc. Làm thế nào để có được

Xeton có thể được tạo ra theo những cách tương tự như những cách được sử dụng để tạo ra andehit.

1. Sự oxi hóa các ancol bậc hai.

2. Thu được từ dẫn xuất đihalogen trong đó cả hai nguyên tử halogen đều nằm ở cùng một nguyên tử cacbon thứ cấp.

3. Thu nhận axit cacboxylic từ muối canxi bằng cách chưng cất khô của chúng. Vì vậy, axeton thu được từ canxi axetat.

Để thu được các xeton hỗn hợp (với các gốc khác nhau), người ta lấy muối của các axit tương ứng có chứa các gốc mong muốn.

Chưng cất gỗ khô tạo ra một số xeton, chẳng hạn như axeton và metyl etyl xeton.

Xeton thơm được điều chế thuận tiện bằng phản ứng Friedel-Crafts bằng cách xử lý clorua axit béo hoặc axit thơm với một hiđrocacbon thơm với sự có mặt của nhôm clorua.

Tính chất vật lý

Xeton đơn giản nhất, axeton, là một chất lỏng. Các đại diện tiếp theo cũng là chất lỏng. Xeton thơm và béo cao hơn là chất rắn. Xeton đơn giản nhất có thể trộn lẫn với nước. Tất cả các xeton đều tan nhiều trong rượu và ete. Các xeton đơn giản nhất có mùi đặc trưng.

53. Tính chất hóa học của xeton

Xeton có một số tính chất đặc trưng của nhóm cacbonyl, khiến chúng gần với anđehit hơn. Đồng thời, xeton không có nguyên tử hiđro liên kết với cacbonyl là đặc trưng của anđehit, do đó không tạo ra một số phản ứng oxi hóa rất đặc trưng của anđehit. Xeton là chất ít phản ứng hơn anđehit. Như đã đề cập trước đó, nhiều phản ứng cộng với andehit xảy ra do sự phân cực mạnh của nhóm cacbonyl theo cơ chế ion.

Các gốc liên kết với nhóm cacbonyl có cái gọi là hiệu ứng cảm ứng dương: chúng làm tăng mật độ điện tử của liên kết của gốc với các nhóm khác, tức là, như thể dập tắt điện tích dương của nguyên tử cacbon của cacbonyl.

Kết quả là, các hợp chất chứa cacbonyl, theo mức độ giảm hoạt động hóa học của chúng, có thể được sắp xếp theo hàng sau:

anđehit fomic - axetanđehit - axeton.

Có một lý do khác - hóa lập thể - cho khả năng phản ứng của xeton thấp hơn so với andehit. Nguyên tử cacbon tích điện dương của nhóm cacbonyl của andehit được liên kết với một gốc và một nguyên tử hydro nhỏ. Trong xeton, nguyên tử cacbon này được liên kết với hai gốc, cả hai gốc này thường rất cồng kềnh. Do đó, một hạt nucleophin (OH, OR, v.v.), đã đến gần nhóm cacbonyl của xeton, có thể gặp phải "chướng ngại vật cứng". Hơn nữa, do kết quả của việc thêm một hạt nucleophin vào cacbon cacbonyl và các nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử tương ứng vào oxi cacbonyl, sự lai hóa các electron của cacbon này thay đổi: sp₂ -sp₃. Trong không gian ba chiều, ba nhóm cồng kềnh hơn hoặc ít hơn và một nguyên tử hydro nên nằm gần cacbon cacbonyl "cũ" của anđehit.

Đồng thời, trong trường hợp là xeton, cả 4 nhóm nằm xung quanh nguyên tử cacbon này sẽ khá cồng kềnh.

1. Liên quan đến sự oxi hoá: xeton không bị oxi hoá bởi những chất oxi hoá yếu đó dễ oxi hoá anđehit. Vì vậy, ví dụ, xeton không cho "phản ứng tráng gương bạc", chúng không bị oxi hóa bởi đồng hydroxit và dung dịch Fehling. Tuy nhiên, xeton có thể bị oxy hóa bởi các chất oxy hóa mạnh như KMn04 hoặc hỗn hợp crom. Trong trường hợp này, chuỗi cacbon của xeton bị phá vỡ ở nhóm cacbonyl với sự hình thành các axit có số nguyên tử cacbon nhỏ hơn so với xeton ban đầu. Điều này cũng phân biệt xeton với andehit.

Phản ứng phân cắt oxy hóa của xeton có tầm quan trọng lớn đối với việc thiết lập cấu trúc của chúng, vì vị trí của nhóm cacbonyl trong phân tử xeton có thể được đánh giá từ các axit được tạo thành.

2. Phản ứng của nhóm cacbonyl: một số phản ứng đặc trưng của nhóm cacbonyl của anđehit tiến hành hoàn toàn giống với nhóm cacbonyl xeton.

54. Các đại diện riêng lẻ của xeton

Axeton (đimetyl xeton, propanone) N₃C-C (0) - CH₃ - đại diện đơn giản nhất của nhóm xeton. Một trong những nguồn quan trọng nhất để thu được axeton là chưng cất gỗ khô. Axeton cũng thu được bằng cách chưng cất khô canxi axetat. Axit axetic tự do cũng trải qua quá trình phân tách tương tự như axit axetat canxi khi hơi của nó đi qua các chất xúc tác được nung nóng (AI₂O₃, THO₂ và những người khác).

Phản ứng này cũng được sử dụng trong kỹ thuật để sản xuất axeton. Một phương pháp quan trọng để thu được axeton là cumene. Axeton cũng được thu nhận về mặt sinh hóa - là kết quả của quá trình lên men axeton của tinh bột, xảy ra dưới ảnh hưởng của một số vi khuẩn.

Axeton là chất lỏng không màu, có mùi đặc trưng. Axeton hoàn toàn có thể trộn lẫn với nước. Axeton hòa tan rất tốt một số chất hữu cơ (ví dụ, nitrocellulose, vecni, ...), do đó, nó được sử dụng với số lượng lớn làm dung môi (sản xuất bột không khói, rayon, v.v.).

Axeton là sản phẩm khởi đầu để sản xuất một số dược chất, chẳng hạn như iodoform. Khi axeton được xử lý bằng clo hoặc iốt trong môi trường kiềm, axeton được halogen hóa:

Triiodoacetone tạo thành cực kỳ dễ bị phân cắt dưới ảnh hưởng của kiềm với sự tạo thành iodoform và muối của axit axetic.

Phản ứng này thường được sử dụng để phát hiện ra axeton, tuy nhiên, trong cùng điều kiện, iodoform cũng được tạo thành từ rượu etylic, axetanđehit và một số chất khác. Một phản ứng màu định tính đối với axeton là phản ứng với natri nitroprusside Na₂[Fe (CN)₅(NO)], tạo ra màu đỏ rượu vang đậm với axeton.

Acetone xuất hiện trong nước tiểu trong những trường hợp nặng của bệnh tiểu đường - bệnh đường. Nước tiểu đồng thời có mùi axeton, gợi nhớ đến mùi trái cây. Để mở axeton trong nước tiểu, phản ứng tạo thành iodoform (thử nghiệm của Liben) và phản ứng nhuộm với natri nitroprusside (thử nghiệm của Legal) được sử dụng.

Axeton monohalogenated - bromoacetone và clo axeton (СlН₂C-C (O) - CH₃) - là tác nhân chiến tranh hóa học xé rách (lacri-mators).

Diacetyl (H₃C-C (O) - C (O) - CH₃) là đại diện đơn giản nhất của diketones. Nó là một chất lỏng màu vàng. Nó có mùi thơm nồng của bơ và được chứa trong đó, gây ra mùi của nó; được sử dụng để tạo mùi dễ chịu cho bơ thực vật.

Long não là một xeton, tương tự như trong bộ xương cacbon với tecpen. Long não là một chất kết tinh, có mùi đặc trưng, vị đắng và khét đặc trưng; rất dễ bay hơi và có thể được tinh chế bằng cách thăng hoa. Long não không hòa tan trong nước, nhưng dễ hòa tan trong dung môi hữu cơ.

Thông thường, long não được sử dụng như một phương thuốc chữa bệnh tim.

55. Quinones

Quinones là các diketon chu kỳ sáu cạnh với hai liên kết đôi.

Trong số này, paraquinon, thu được bằng quá trình oxy hóa hydroquinon hoặc anilin, có tầm quan trọng thực tế lớn nhất. Paraquinone là sản phẩm khởi đầu trong quá trình tổng hợp hydroquinone. Sự sắp xếp các liên kết đôi đặc trưng của quinon quyết định màu sắc của một số hợp chất.

Naphthoquinon là các dẫn xuất naphtalen có chứa nhân quinoid. Quan trọng nhất là 1,4-naphthoquinone, có thể thu được bằng cách oxy hóa naphthalene.

Trong một số đặc tính của nó, 1,4-naphthoquinone tương tự như p-benzoquinone. Nó kết tinh dưới dạng hình kim màu vàng, dễ bay hơi và có mùi khó chịu.

Lõi của 1,4-naphthoquinone là cơ sở của vitamin K, hoặc vitamin chống xuất huyết (ngăn ngừa sự xuất hiện của xuất huyết). Vitamin K là 2-metyl-3-wick-1,4-naphthoquinone. Vitamin K được tìm thấy trong các loại thảo mộc xanh, lá và rau. Nó là một loại dầu màu vàng, không hòa tan trong nước; chưng cất trong chân không cao.

Nó chỉ ra rằng nhóm bấc (dư lượng cồn không bão hòa của phytol) không cần thiết cho sự biểu hiện của hành động chống xuất huyết. Một số dẫn xuất 1,4-naphthoquinone khác có tác dụng này, ví dụ, 2-metyl-1,4-naphthoquinone, được tổng hợp dễ dàng và được sử dụng thành công thay cho vitamin K, thường ở dạng dẫn xuất tan trong nước.

Một số dẫn xuất quinon đóng một vai trò quan trọng trong các quá trình trung gian của quá trình oxy hóa sinh học.

Anthraquinon là các dẫn xuất của anthracen có chứa một nhân quinoid. Anthraquinon có thể dễ dàng thu được bằng cách oxy hóa anthracen bằng axit nitric hoặc hỗn hợp crom. Trong trường hợp này, hai nhóm xeto được hình thành trong phân tử và vòng giữa có cấu trúc của quinon. Anthraquinon là một chất kết tinh màu vàng, không giống như quinon thông thường, nó có khả năng chống lại một số ảnh hưởng hóa học, đặc biệt là chống oxy hóa.

Anthrahydroquinone là chất trung gian trong quá trình khử anthraquinone thành anthracene. An-trahydroquinone ở dạng tự do là tinh thể màu nâu. Có hai hydroxyl phenol, anthrahydroquinon tan trong kiềm; chất tạo thành thuộc loại phenolat có màu đỏ tươi. Anthraquinon có thể tạo brom, nitrat và sulfonat.

Alizarin là 1,2-dioxanthraquinone.

Emodes. Trong thực hành y tế, các chế phẩm (cồn thuốc, thuốc sắc, v.v.) từ lô hội, đại hoàng, hắc mai, lá senna, v.v. thường được sử dụng làm thuốc nhuận tràng. di- và trihydroxy-anthraquinon, chứa trong thực vật một phần ở dạng tự do, một phần ở dạng este và glycosid. Các dẫn xuất này của di- và trihydroxyanthraquinon thường được kết hợp thành nhóm emodin. Một ví dụ về emodin là franguloemodin, là 3-metyl-1,6,8-trihydroxyanthraquinon. Franguloemodin được tìm thấy trong cây hắc mai (Frangula).

56. Hydrocacbon

Carbohydrate phân bố rộng rãi trong tự nhiên và có vai trò rất quan trọng đối với đời sống con người. Chúng là một phần của thực phẩm, và thông thường nhu cầu về năng lượng của một người được bao phủ khi ăn phần lớn chính là do carbohydrate.

Tầm quan trọng đặc biệt của nhóm hợp chất này đã trở nên đặc biệt rõ ràng trong những năm gần đây. Vì vậy, các axit nucleic cần thiết cho quá trình sinh tổng hợp protein và để chuyển các đặc tính di truyền được xây dựng từ các dẫn xuất của carbohydrate - nucleotide. Nhiều carbohydrate đóng một vai trò quan trọng trong các quá trình ngăn ngừa đông máu, sự xâm nhập của mầm bệnh vào vi sinh vật, tăng cường khả năng miễn dịch, ... Các dẫn xuất của carbohydrate có tầm quan trọng lớn trong quá trình quang hợp.

Một số loại carbohydrate là một phần của màng tế bào thực vật và đóng vai trò cơ học, hỗ trợ. Từ cacbohydrat loại này, bằng cách xử lý hóa học, một người điều chế vải (tơ nhân tạo), chất nổ (nitrocellulose), v.v.

Nhiều carbohydrate và các dẫn xuất của chúng là thuốc.

Tên của các chất "cacbohydrat" xuất hiện trên cơ sở dữ liệu từ việc phân tích các đại diện đầu tiên được biết đến của nhóm hợp chất này, các chất của nhóm này bao gồm cacbon, hydro và oxy, và tỷ lệ của số hydro và nguyên tử oxy trong chúng cũng giống như trong nước, tức là cứ hai nguyên tử hydro thì có một nguyên tử oxy. Đôi khi một tên mới hơn được sử dụng - glycides; công thức cacbohydrat tổng quát rút gọn C_m(H_2nO)_n vẫn đúng với đại đa số các đại diện.

Một nhóm lớn cacbohydrat được chia thành hai nhóm: đơn giản và phức tạp.

Carbohydrate đơn giản (monosaccharide hoặc monos) được gọi là carbohydrate không có khả năng thủy phân để tạo thành carbohydrate đơn giản hơn. Hầu hết các chất này đều có thành phần ứng với công thức chung là C_n(H_2nO)_n nghĩa là chúng có cùng số nguyên tử cacbon với số nguyên tử oxi.

Carbohydrate phức tạp (polysaccharid, hoặc polyoses) là những loại cacbohydrat có thể bị thủy phân để tạo thành cacbohydrat đơn giản. Hầu hết các chất này đều có thành phần ứng với công thức chung là C_mH_2nO_ntức là số nguyên tử cacbon của chúng không bằng số nguyên tử oxi.

Các chất tạo sinh học chứa carbohydrate - glycoprotein, glycolipid và những chất khác thực hiện các chức năng phức tạp nhất trong cơ thể - có cấu trúc đặc biệt phức tạp.

Các tác giả: Drozdov A.A., Drozdova M.V.

Chúng tôi giới thiệu các bài viết thú vị razdela Ghi chú bài giảng, phiếu đánh giá:

▪ Kiểm toán. Ghi chú bài giảng

▪ Pháp luật tố tụng hình sự. Phần đặc biệt. Giường cũi

▪ Sản khoa và Phụ khoa. Ghi chú bài giảng

Xem các bài viết khác razdela Ghi chú bài giảng, phiếu đánh giá.

Đọc và viết hữu ích bình luận về bài viết này.

<< Quay lại

Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất:

Máy tỉa hoa trong vườn 02.05.2024

Trong nền nông nghiệp hiện đại, tiến bộ công nghệ đang phát triển nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình chăm sóc cây trồng. Máy tỉa thưa hoa Florix cải tiến đã được giới thiệu tại Ý, được thiết kế để tối ưu hóa giai đoạn thu hoạch. Công cụ này được trang bị cánh tay di động, cho phép nó dễ dàng thích ứng với nhu cầu của khu vườn. Người vận hành có thể điều chỉnh tốc độ của các dây mỏng bằng cách điều khiển chúng từ cabin máy kéo bằng cần điều khiển. Cách tiếp cận này làm tăng đáng kể hiệu quả của quá trình tỉa thưa hoa, mang lại khả năng điều chỉnh riêng cho từng điều kiện cụ thể của khu vườn, cũng như sự đa dạng và loại trái cây được trồng trong đó. Sau hai năm thử nghiệm máy Florix trên nhiều loại trái cây khác nhau, kết quả rất đáng khích lệ. Những nông dân như Filiberto Montanari, người đã sử dụng máy Florix trong vài năm, đã báo cáo rằng thời gian và công sức cần thiết để tỉa hoa đã giảm đáng kể. ... >>

Kính hiển vi hồng ngoại tiên tiến 02.05.2024

Kính hiển vi đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu khoa học, cho phép các nhà khoa học đi sâu vào các cấu trúc và quá trình mà mắt thường không nhìn thấy được. Tuy nhiên, các phương pháp kính hiển vi khác nhau đều có những hạn chế, trong đó có hạn chế về độ phân giải khi sử dụng dải hồng ngoại. Nhưng những thành tựu mới nhất của các nhà nghiên cứu Nhật Bản tại Đại học Tokyo đã mở ra những triển vọng mới cho việc nghiên cứu thế giới vi mô. Các nhà khoa học từ Đại học Tokyo vừa công bố một loại kính hiển vi mới sẽ cách mạng hóa khả năng của kính hiển vi hồng ngoại. Thiết bị tiên tiến này cho phép bạn nhìn thấy cấu trúc bên trong của vi khuẩn sống với độ rõ nét đáng kinh ngạc ở quy mô nanomet. Thông thường, kính hiển vi hồng ngoại trung bị hạn chế bởi độ phân giải thấp, nhưng sự phát triển mới nhất của các nhà nghiên cứu Nhật Bản đã khắc phục được những hạn chế này. Theo các nhà khoa học, kính hiển vi được phát triển cho phép tạo ra hình ảnh có độ phân giải lên tới 120 nanomet, cao gấp 30 lần độ phân giải của kính hiển vi truyền thống. ... >>

Bẫy không khí cho côn trùng 01.05.2024

Nông nghiệp là một trong những lĩnh vực quan trọng của nền kinh tế và kiểm soát dịch hại là một phần không thể thiếu trong quá trình này. Một nhóm các nhà khoa học từ Viện nghiên cứu khoai tây trung tâm-Hội đồng nghiên cứu nông nghiệp Ấn Độ (ICAR-CPRI), Shimla, đã đưa ra một giải pháp sáng tạo cho vấn đề này - bẫy không khí côn trùng chạy bằng năng lượng gió. Thiết bị này giải quyết những thiếu sót của các phương pháp kiểm soát sinh vật gây hại truyền thống bằng cách cung cấp dữ liệu về số lượng côn trùng theo thời gian thực. Bẫy được cung cấp năng lượng hoàn toàn bằng năng lượng gió, khiến nó trở thành một giải pháp thân thiện với môi trường và không cần điện. Thiết kế độc đáo của nó cho phép giám sát cả côn trùng có hại và có ích, cung cấp cái nhìn tổng quan đầy đủ về quần thể ở bất kỳ khu vực nông nghiệp nào. Kapil cho biết: “Bằng cách đánh giá các loài gây hại mục tiêu vào đúng thời điểm, chúng tôi có thể thực hiện các biện pháp cần thiết để kiểm soát cả sâu bệnh và dịch bệnh”. ... >>

Tin tức ngẫu nhiên từ Kho lưu trữ

Phát triển một con chip có thể chịu được cái lạnh của không gian 22.03.2023

Công ty khởi nghiệp điện toán lượng tử SEEQC có trụ sở tại New York đã công bố một con chip kỹ thuật số có thể hoạt động ở nhiệt độ dưới mức lạnh của không gian. Điều này sẽ cho phép nó được sử dụng với các bộ xử lý lượng tử đặt trong các buồng đông lạnh.

Máy tính lượng tử sử dụng các tính năng của vật lý lượng tử để giải các bài toán không thể hoặc rất khó giải trên máy tính thông thường. Tuy nhiên, các bit lượng tử hoặc qubit, là thành phần chính của máy tính lượng tử, rất nhạy cảm với các tác động bên ngoài và có thể mất trạng thái. Do đó, chúng yêu cầu làm mát đến nhiệt độ gần bằng độ không tuyệt đối (khoảng -273°C).

Để quản lý và điều khiển qubit, cần phải có chip máy tính cổ điển có thể giao tiếp với bộ xử lý lượng tử. Tuy nhiên, hầu hết các chip cổ điển hiện có không thể hoạt động ở nhiệt độ thấp như vậy và phải được đặt bên ngoài buồng đông lạnh. Điều này cản trở việc truyền tín hiệu, tăng mức tiêu thụ điện năng và tiếng ồn.

Công ty khởi nghiệp SEEQC đã giải quyết vấn đề này - con chip mới của họ sẽ cho phép trao đổi thông tin nhanh chóng và đáng tin cậy giữa máy tính cổ điển và máy tính lượng tử. Ngoài ra, sự phát triển của các kỹ sư startup có khả năng thực thi các thuật toán phức tạp để kiểm soát và tối ưu hóa hoạt động của các qubit mà không cần gửi dữ liệu đến máy tính bên ngoài. Bộ xử lý cũng nhỏ hơn và tiêu thụ ít điện năng hơn.

Và mặc dù SEEQC tuyên bố đã tạo ra con chip đầu tiên trên thế giới có khả năng hoạt động trong cùng môi trường đông lạnh như qubit, công ty khởi nghiệp này có nhiều đối thủ cạnh tranh. Ví dụ: IBM, Google, Microsoft, Intel và Amazon có các chương trình và nền tảng riêng cho điện toán lượng tử. Ngoài ra còn có các công ty khởi nghiệp khác như IonQ, Rigetti Computing và D-Wave Systems cung cấp bộ xử lý lượng tử và dịch vụ đám mây.

Tuy nhiên, sự phát triển của SEEQC khác với những sự phát triển khác ở chỗ nó sử dụng một phương pháp gọi là Điện toán lượng tử kỹ thuật số. Điều này có nghĩa là các kỹ sư của dự án đang tích hợp một máy tính cổ điển và lượng tử vào một con chip duy nhất sử dụng công nghệ siêu dẫn. Điều này làm giảm sự phức tạp và chi phí tạo và vận hành máy tính lượng tử.

Công ty khởi nghiệp SEEQC cũng có Phòng thí nghiệm chế tạo và đúc chip của riêng mình ở New York, nơi nó có thể kiểm tra và tối ưu hóa chip của mình cho các loại qubit khác nhau. Ngoài ra, các chuyên gia của công ty hợp tác với nhiều đối tác khác nhau trên khắp thế giới để phát triển và trình diễn các chương trình dựa trên chip của họ.

SEEQC đang dẫn đầu một dự án có tên QCAT (Điện toán lượng tử cho các công nghệ tiên tiến) do chính phủ Vương quốc Anh tài trợ. Mục tiêu của dự án này là xây dựng một máy tính lượng tử chính thức dựa trên chip kỹ thuật số SEEQC và chứng minh ứng dụng của nó trong các lĩnh vực khác nhau như học máy, tối ưu hóa và nghiên cứu y học.

Nguồn cấp tin tức khoa học và công nghệ, điện tử mới

Tài liệu thú vị của Thư viện kỹ thuật miễn phí:

▪ phần trang web Bộ tiền khuếch đại. Lựa chọn bài viết

▪ bài viết của James Randi. câu cách ngôn nổi tiếng

▪ bài báo Những người bạn của nhà văn đã cho cô ấy một năm nghỉ có lương để ra mắt tác phẩm văn học của cô ấy? đáp án chi tiết

▪ Bài báo của nhà tuyển dụng. Mô tả công việc

▪ bài viết Máy dò kim loại trên một con chip. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện

▪ bài báo Ảnh đùa. bí mật tập trung

Để lại bình luận của bạn về bài viết này:

Tất cả các ngôn ngữ của trang này

Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web