الألكينات نادرة في الطبيعة. يمكن تقسيم طرق إنتاج الألكينات إلى صناعية ومختبرية.
أ.طرق الإنتاج الصناعي:
عادة، يتم عزل الألكينات الغازية (الإيثيلين، البروبيلين، البيوتين) من غازات تكرير النفط المدمر (هذا هو التكسير الحراري والحفزي)، وتفاعلات الانحلال الحراري، ومن غازات فحم الكوك. اعتمادًا على أنواع المواد الخام والظروف، يمكن أن يختلف محتوى الألكين من 15 إلى 55%.
1. تفاعل نزع الهيدروجين من الألكانات..
ب.الطرق المخبرية:
2. الهدرجة الجزئية لهيدروكربونات الأسيتيلين
2. إزالة هاليدات الهيدروجين من هاليدات الألكيل تحت تأثير محلول قلوي كحولي عليها:
قاعدة زايتسيف:عند إزالة الهالوجين، تتم إزالة ذرة الهيدروجين بسهولة من ذرة الكربون المجاورة الأقل هدرجة.
3. تجفيف الكحوليات (إزالة الماء).
هناك نوعان من الجفاف:
أ) طريقة حمض الكبريتيك H2SO4 المركز.
ب) الطريقة التحفيزية، في وجود Al 2 O 3 (عند درجة حرارة 350-400 درجة مئوية)
تتفاعل الكحوليات الثلاثية بسهولة أكبر، ثم تتفاعل الكحوليات الثانوية، ويصبح التفاعل مع الكحوليات الأولية أكثر صعوبة.
على عكس الألكانات، تتمتع الألكينات بتفاعلية كبيرة، والتي يتم تحديدها من خلال وجودها رابطة مزدوجة.
1. الهلجنة(إضافة الهالوجينات). تضاف الهالوجينات بسهولة في موقع انقسام الرابطة المزدوجة لتكوين مشتقات الديهالوجين:
3. الهلجنة الهيدروجينية (إضافة هاليدات الهيدروجين)
حكم ماركوفنيكوف:
في تفاعل إضافة هاليد الهيدروجين إلى الألكينات غير المتماثلة في الظروف العادية، يضاف الهيدروجين إلى ذرة الكربون الأكثر هدرجة في موقع الرابطة المزدوجة.
ويتم شرح القاعدة من وجهة نظر النظرية الإلكترونية، أو نظرية استقرار الكاتيون الكربوني المتوسط
يحدث الانحراف في تفاعل الهلجنة الهيدروجينية في وجود بيروكسيد الهيدروجين H 2 O 2 أو الأكسجين. يتغير ترتيب التفاعل من الأيوني إلى الجذري والإضافة تتعارض مع تفاعل ماركوفنيكوف، أي. لديه ترتيب عكسي. رد الفعل هذا له اسمه الخاص:
الهلجنة الهيدروجينية. تأثير بيروكسيد كاراش.
4. الترطيب– تتم إضافة الماء في وجود حامض الكبريتيك مع تكوين الكحولات.
أكسدة
أ) الأكسدة في ظل ظروف معتدلة - تفاعل فاغنر (محلول مخفف من KMnO 4 عند ظروف الصفر)
ب) الأكسدة الصلبة، تحدث مع تمزق الروابط σ و π، مع التكوين الأحماض الكربوكسيليةأو الكيتونات.
البلمرة
ن- درجة البلمرة، ن= 100 – 10 000
دين
الكاديين– غير حلقية الهيدروكربونات غير المشبعة، في جزيئاتها، بالإضافة إلى الروابط المفردة، هناك رابطتان مزدوجتان بين ذرات الكربون.
صيغة عامةالقلدينات C n H 2 n-2.
بناء. اعتمادا علي الموقف النسبيالروابط المزدوجة، هناك ثلاثة أنواع من الداينات:
القلدين مع تراكميترتيب الروابط المزدوجة
القلديات ذات الروابط المزدوجة المترافقة
CH 2 = CH-CH = CH 2
القلديات ذات الروابط المزدوجة المعزولة
CH 2 = CH-CH 2 -CH 2 -CH = CH 2
طرق الاستلام.
1. نزع الهيدروجين من البيوتان (عملية تحفيزية على مرحلتين).
يتم تحضير الأيزوبرين (2-ميثيل بيوتادين-1،3) بطريقة مماثلة.
2. طريقة ليبيديف. للحصول على البيوتادين من الكحول الإيثيلي، في هذه الطريقة يحدث تفاعلان في وقت واحد: الجفاف ونزع الهيدروجين.
3. نزع الهلجنة.
عندما تتعرض ثنائي برومو ألكانات لمحلول كحولي قلوي، يتم التخلص من جزيئين هاليد الهيدروجين وتكوين رابطتين مزدوجتين.
الخصائص الكيميائية.
تختلف خصائص الألكاديين ذات الروابط المزدوجة المعزولة قليلًا عن الألكينات العادية. سنركز على الديينات ذات الروابط المترافقة، والتي لها بعض الميزات الخاصة.
أ. تفاعلات الإضافة. ديين قادر على إضافة الهيدروجين والهالوجينات وهاليدات الهيدروجين. من السمات الخاصة للإضافة إلى الديينات هي القدرة على إضافة جزيئات إلى الموضعين 1،2 و1،4.
1. الهدرجة.
2. الهلجنة.
3. الهدرجة.
ب. تفاعلات البلمرة.
الخاصية الأكثر أهمية للدين هي القدرة على البلمرة تحت تأثير الكاتيونات أو الجذور الحرة. هذا التفاعل هو الأساس لإنتاج المطاط الصناعي.
موضوع الدرس:الألكينات. التحضير والخواص الكيميائية وتطبيقات الألكينات.
أهداف وغايات الدرس:
- النظر في الخصائص الكيميائية المحددة للإيثيلين و الخصائص العامةالألكينات.
- تعميق وتجسيد مفاهيم؟-الاتصال والآليات التفاعلات الكيميائية;
- إعطاء أفكار أولية حول تفاعلات البلمرة وبنية البوليمرات.
- تحليل الطرق المخبرية والصناعية العامة لإنتاج الألكينات؛
- الاستمرار في تطوير القدرة على العمل مع الكتاب المدرسي.
معدات:جهاز لإنتاج الغازات محلول KMnO4 كحول إيثيلي مركز حمض الكبريتيك، أعواد الثقاب، مصباح الكحول، الرمل، جداول "تركيب جزيء الإيثيلين"، "الخصائص الكيميائية الأساسية للألكينات"، عينات توضيحية "البوليمرات".
تقدم الدرس
I. اللحظة التنظيمية
نواصل دراسة سلسلة الألكينات المتماثلة. اليوم علينا أن ننظر إلى طرق التحضير والخصائص الكيميائية وتطبيقات الألكينات. يجب علينا توصيف الخواص الكيميائية الناتجة عن الرابطة المزدوجة، واكتساب فهم أولي لتفاعلات البلمرة، ومراجعة المختبر و الطرق الصناعيةالحصول على الألكينات.
ثانيا. تفعيل معارف الطلاب
- ما هي الهيدروكربونات التي تسمى الألكينات؟
- ما هي ملامح هيكلها؟
- في أي حالة هجينة توجد ذرات الكربون التي تشكل رابطة مزدوجة في جزيء الألكين؟
خلاصة القول: تختلف الألكينات عن الألكانات بوجود رابطة مزدوجة واحدة في جزيئاتها، والتي تحدد خصوصيات الخواص الكيميائية للألكينات وطرق تحضيرها واستخدامها.
ثالثا. تعلم مواد جديدة
1. طرق إنتاج الألكينات
ارسم معادلات التفاعل التي تؤكد طرق إنتاج الألكينات
– تكسير الألكانات C 8 H 18 ––> ج 4 ح 8 + ج 4 ح 10 ; (تكسير حراري عند 400-700 درجة مئوية)
أوكتان بيوتين بيوتان
– نزع الهيدروجين من الألكانات C 4 H 10 ––> C 4 H 8 + H 2; (ر، ني)
البيوتان البيوتين الهيدروجين
– إزالة الهلجنة الهالوجينية من الألكانات C 4 H 9 Cl + KOH – –> C 4 H 8 + KCl + H 2 O؛
ماء كلوريد الكلوروبوتان وهيدروكسيد البيوتين
البوتاسيوم البوتاسيوم
– إزالة الهلجنة من ثنائي الهالوكانات 
– تجفيف الكحوليات C2H5OH ––>C2H4 + H2O (عند تسخينها في وجود حمض الكبريتيك المركز)
يتذكر!
في تفاعلات نزع الهيدروجين، والجفاف، ونزع الهدرجة، ونزع الهالوجين، يجب أن نتذكر أن الهيدروجين يتم استخلاصه بشكل تفضيلي من ذرات الكربون الأقل هدرجة (قاعدة زايتسيف، 1875).
2. الخواص الكيميائية للألكينات
تحدد طبيعة الرابطة بين الكربون والكربون نوع التفاعلات الكيميائية التي تتم فيها مادة عضوية. يحدد وجود رابطة كربون-كربون مزدوجة في جزيئات هيدروكربونات الإيثيلين السمات التالية لهذه المركبات:
– وجود رابطة مزدوجة يسمح بتصنيف الألكينات على أنها مركبات غير مشبعة. لا يمكن تحويلها إلى مشبعة إلا نتيجة تفاعلات الإضافة، وهي السمة الرئيسية للسلوك الكيميائي للأوليفينات؛
– تمثل الرابطة المزدوجة تركيزًا كبيرًا لكثافة الإلكترون، وبالتالي فإن تفاعلات الإضافة تكون محبة للكهرباء بطبيعتها؛
- تتكون الرابطة المزدوجة من رابطة واحدة ورابطة واحدة، وهي سهلة الاستقطاب.
معادلات التفاعل التي تميز الخواص الكيميائية للألكينات
أ) تفاعلات الإضافة
يتذكر! تفاعلات الاستبدال هي سمة من سمات الألكانات والألكانات الحلقية الأعلى، التي لها روابط مفردة فقط؛ وتفاعلات الإضافة هي سمة من سمات الألكينات والديينات والألكينات، التي لها روابط مزدوجة وثلاثية.
يتذكر! الآليات التالية لكسر الرابطة ممكنة:
أ) إذا كانت الألكينات والكاشف مركبات غير قطبية، فإن الرابطة تنكسر لتشكل جذرًا حرًا:
ح 2 ج = CH 2 + ح: ح ––> + +
ب) إذا كان الألكين والكاشف مركبين قطبيين، فإن انقسام الرابطة يؤدي إلى تكوين الأيونات:
ج) عندما تنضم الكواشف التي تحتوي على ذرات الهيدروجين في الجزيء في موقع الرابطة المكسورة، يرتبط الهيدروجين دائمًا بذرة كربون أكثر هدرجة (قاعدة موركوفنيكوف، 1869).
– تفاعل البلمرة nCH 2 = CH 2 ––> ن – CH 2 – CH 2 ––> (– CH 2 – CH 2 –)n
البولي ايثيلين الإيثين
ب) تفاعل الأكسدة
خبرة مختبرية.الحصول على الإيثيلين ودراسة خواصه (تعليمات على مكاتب الطلاب)
تعليمات للحصول على الإيثيلين وتجاربه
1. ضع 2 مل من حمض الكبريتيك المركز و1 مل من الكحول وكمية صغيرة من الرمل في أنبوب اختبار.
2. أغلق أنبوب الاختبار بسدادة بأنبوب مخرج الغاز وقم بتسخينه في لهب مصباح الكحول.
3. مرر الغاز المنطلق عبر محلول برمنجنات البوتاسيوم. لاحظ التغير في لون المحلول.
4. قم بإشعال الغاز في نهاية أنبوب مخرج الغاز. انتبه إلى لون اللهب.
- الألكينات تحترق بلهب مضيء . (لماذا؟)
C 2 H 4 + 3O 2 ––> 2CO 2 + 2H 2 O (عند أكسدة كاملةمنتجات التفاعل هي ثاني أكسيد الكربون والماء)
التفاعل النوعي: "أكسدة خفيفة (في محلول مائي)"
- الألكينات تزيل اللون بمحلول برمنجنات البوتاسيوم (تفاعل فاغنر)
في ظل ظروف أكثر شدة في بيئة حمضية، يمكن أن تكون منتجات التفاعل عبارة عن أحماض كربوكسيلية، على سبيل المثال (في وجود الأحماض):
CH 3 – CH = CH 2 + 4 [O] ––> CH 3 COOH + HCOOH
- الأكسدة الحفزية
تذكر الشيء الرئيسي!
1. تشارك الهيدروكربونات غير المشبعة بنشاط في تفاعلات الإضافة.
2. ترجع تفاعلية الألكينات إلى حقيقة أن الرابطة تنكسر بسهولة تحت تأثير الكواشف.
3. نتيجة الإضافة يحدث انتقال ذرات الكربون من sp 2 إلى sp 3 - تحدث حالة هجينة. منتج التفاعل له طابع مقيد.
4. عند تسخين الإيثيلين والبروبيلين والألكينات الأخرى تحت الضغط أو في وجود محفز، يتم دمج جزيئاتها الفردية في سلاسل طويلة - بوليمرات. البوليمرات (البولي ايثيلين والبولي بروبيلين) لها حجم كبير أهمية عملية.
3. تطبيق الألكينات(رسالة الطالب وفق الخطة التالية).
1 – إنتاج الوقود ذو رقم الأوكتان العالي.
2 - البلاستيك.
3 – المتفجرات;
4 - مضاد للتجمد.
5 – المذيبات.
6- لتسريع نضج الثمار؛
7 – إنتاج الأسيتالديهيد.
8- المطاط الصناعي.
ثالثا. تعزيز المواد المستفادة
العمل في المنزل:§§ 15، 16، السابقين. 1، 2، 3 ص 90، السابق. 4، 5 ص 95.
الألكان (الهيدروكربونات المشبعة).
طرق إنتاج الألكانات.
ممثلو الألكانات.
الألكينات (هيدروكربونات الإيثيلين).
طرق الحصول على الألكينات
ممثلو الألكينات.
الألكينات (هيدروكربونات الأسيتيلين).
طرق إنتاج الألكينات.
ممثلو الكين.
تطبيقات الألكانات، الألكينات، الألكينات.
1.1 الهيدروكربونات الطبيعية (الألكانات).
الهيدروكربونات المشبعة (الألكانات) هي مركبات تتكون من ذرات الكربون والهيدروجين المرتبطة ببعضها البعض فقط بواسطة روابط Q ولا تحتوي على حلقات. في الألكانات تكون ذرات الكربون في درجة التهجين sp3.
1.2 طرق الحصول على الألكانات.
المصدر الطبيعي الرئيسي الهيدروكربونات المشبعةهو النفط، وللأعضاء الأوائل في السلسلة المتماثلة - الغاز الطبيعي. ومع ذلك، فإن عزل المركبات الفردية من النفط أو منتجات تكسيره يعد مهمة كثيفة العمالة وغالبًا ما تكون مستحيلة، لذلك يتعين على المرء اللجوء إلى طرق التحضير الاصطناعية.
1. تتشكل الألكانات على تأثير الصوديوم المعدني على مشتقات الهالوجين الأحادي - رد فعل فورتز:
H3C-CH2-Br + Br-CH2-CH3 CH3-CH2-CH2-CH3 + 2NaBr
إذا تم أخذ مشتقات هالوجين مختلفة، فإنه يتكون خليط من ثلاثة ألكانات مختلفة، حيث أن احتمال مواجهة جزيئات متطابقة أو مختلفة في مجمع التفاعل متساوي، وتفاعلها قريب:
3C2H5I + 3CH3CH2CH2IC4H10 + C5H12 + C6H14 + 6NaI
2. يمكن إنتاج الألكانات عند اختزال الألكينات أو الألكاينات بالهيدروجينفي وجود المحفزات:
NZC-CH=CH-CH3 NZC-CH2-CH2-CH3
3. يمكن وجود مجموعة واسعة من مشتقات الألكان يتم تخفيضه عند درجة حرارة عالية مع حمض الهيدروديك:
CHBr +2HI CH2 + HBr + I2
ومع ذلك، في هذه الحالات، يتم ملاحظة الأيزومرة الجزئية للهيكل العظمي الكربوني في بعض الأحيان - حيث يتم تشكيل المزيد من الألكانات المتفرعة.
4. يمكن إنتاج الألكانات عند دمج أملاح الأحماض الكربوكسيلية مع القلويات.يحتوي الألكان الناتج على ذرة كربون أقل من الحمض الكربوكسيلي الأصلي:
CH3-C + هيدروكسيد الصوديوم CH4 + Na2C03
1.3 ممثلو الألكانات
وفقا لنظرية هيكل A.M. Butlerov، تعتمد الخصائص الفيزيائية للمواد على تكوينها وبنيتها. دعونا نفكر، باستخدام مثال الهيدروكربونات المشبعة، في التغير الخصائص الفيزيائيةفي السلسلة المتماثلة.
الأعضاء الأربعة الأولى في السلسلة المتماثلة، بدءًا من الميثان، هي مواد غازية. بدءًا من البنتان فصاعدًا، تصبح الهيدروكربونات العادية سوائل. يتكثف الميثان إلى سائل فقط عند -162 درجة مئوية. تزداد نقطة غليان الأعضاء اللاحقة في السلسلة، وعند الانتقال إلى المتماثل التالي تزيد بمقدار 25 درجة تقريبًا.
تزداد كثافة الهيدروكربونات عند نقطة الغليان للأعضاء السفلية في السلسلة أولاً بسرعة، ثم ببطء أكثر فأكثر: من 0.416 للميثان إلى قيمة أكبر قليلاً من 0.78. وتزداد نقطة انصهار الهيدروكربونات العادية في السلسلة المتماثلة ببطء . بدءًا من الهيدروكربون C16H34، فإن المتجانسات الأعلى في درجات الحرارة العادية هي مواد صلبة.
درجة غليان جميع الألكانات المتفرعة أقل من درجة غليان الألكانات العادية، وعلاوة على ذلك، كلما كانت سلسلة الكربون في الجزيء أكثر تفرعًا كلما كانت أقل. ويمكن ملاحظة ذلك، على سبيل المثال، من خلال مقارنة نقاط غليان ثلاثة بنتانات متصاوغة. على العكس من ذلك، تكون نقطة الانصهار هي الأعلى بالنسبة للأيزومرات ذات السلسلة الكربونية الأكثر تشعبا. وبالتالي، من بين جميع الأوكتانات الأيزوميرية، تكون مرحلة سداسي الميثيل فقط (CH3)3C-C (CH3)3 هي صلببالفعل في درجة الحرارة العادية (النائب 104 درجة مئوية). يتم تفسير هذه الأنماط بالأسباب التالية.
يتم منع تحول السائل إلى غاز بواسطة قوى فان دير فالس للتفاعل بين ذرات الجزيئات الفردية. لذلك، كلما زاد عدد الذرات في الجزيء، زادت درجة غليان المادة، وبالتالي، في السلسلة المتماثلة، يجب أن تزيد نقطة الغليان بشكل موحد. إذا قارنا قوى التفاعل بين الجزيئات ن-البنتان والنيوبنتان، من الواضح أن هذه القوى أكبر بالنسبة للجزيء الذي يحتوي على سلسلة طبيعية من ذرات الكربون مقارنة بالجزيئات المتفرعة، كما هو الحال في جزيء النيوبنتان الذرة المركزيةمستبعد تماما من التفاعل.
العامل الرئيسي الذي يؤثر على نقطة انصهار المادة هو كثافة تعبئة الجزيء فيها شعرية الكريستال. كلما كان الجزيء أكثر تناسقًا، زادت كثافة تعبئته في البلورة وارتفعت نقطة الانصهار (عند ن-بنتان -132 درجة مئوية، نيوبنتان -20 درجة مئوية)
2.1 الألكينات (هيدروكربونات الإيثيلين والأوليفينات)
الهيدروكربونات، في جزيئها، بالإضافة إلى روابط الكربون البسيطة - الكربون والكربون - الهيدروجين، هناك كربون كربون
يتم استدعاء الاتصالات غير محدود.وبما أن تكوين الرابطة يعادل رسميًا فقدان ذرتي هيدروجين بواسطة الجزيء، فإن الهيدروكربونات غير المشبعة تحتوي على 2 صذرات الهيدروجين أقل من تلك المحددة، حيث n هو عدد الروابط
C6H14 C6H12C6H10C6H8C6H6
تسمى السلسلة التي يختلف أعضاؤها عن بعضهم البعض بـ (2H)n سلسلة إيديولوجية.وبالتالي، في المخطط أعلاه، فإن الأيزولوجات هي الهكسان، والهكسين، والهيكساديين، والهيكسين، والهكساترين والبنزين.
تسمى الهيدروكربونات التي تحتوي على رابطة واحدة (أي رابطة مزدوجة). الألكينات (الأوليفينات)أو حسب العضو الأول في السلسلة - الإيثيلين، هيدروكربونات الإيثيلين.الصيغة العامة لسلسلتها المتماثلة هي CnH2n
2.2 طرق تحضير الألكينات
عندما تعمل المحاليل الكحولية للقلويات الكاوية على مشتقات الهالوجين:
يتم التخلص من هاليد الهيدروجين وتكوين رابطة مزدوجة:
H3C-CH2-CH2BrH3C-CH=CH2+NaBr+H2O
بروبيل بروميد البروبيلين
إذا كانت هناك ذرات هيدروجين ثالثي وثانوي وأولي في موضع α لذرة الكربون المرتبطة بالهالوجين، فإن ذرة الهيدروجين الثالثي تنفصل في الغالب، وبدرجة أقل ذرة الهيدروجين الثانوية وبشكل أكبر ذرة الهيدروجين الأولية (قاعدة زايتسيف):
H3C-C-CI H3C-C + بوكل + H2O
2،3-ثنائي ميثيل-3-كلوروبنتان.2،3-ديميثلبنتين-2
ويرجع ذلك إلى الاستقرار الديناميكي الحراري للألكينات الناتجة. كلما زاد عدد بدائل الألكين على ذرات كربون الفينيل، زاد استقراره.
2. تأثير المواد المزيله للماء على الكحولات :
أ) عند تمرير الكحول على أكسيد الألومنيوم عند درجة حرارة 300-400 درجة مئوية.
НзС-СН-СН2.-НзНзС-СН=СН-СНз
كحول البوتيل
ب) عندما تتعرض الكحوليات لحمض الكبريتيك في ظروف معتدلة، يحدث التفاعل من خلال التكوين الوسيط لاسترات حمض الكبريتيك:
H3C-CH-CH3 H3C-CH=CH2
كحول الأيزوبروبيل
أثناء تجفيف الكحوليات تحت ظروف قاسية في البيئات الحمضية، لوحظ نفس النمط في تجريد ذرات الهيدروجين أنواع مختلفةكما هو الحال في إزالة هاليد الهيدروجين.
المرحلة الأولى من هذه العملية هي بروتون الكحول، وبعد ذلك ينفصل جزيء الماء ويتشكل الكاتيون الكربوني:
CH3-CH2-CH-CH3 + ح CH3-CH2-CH-CH3 CH3-CH-CH-
CH3CH3-CH-CH-CH3CH3-CH=CH-CH3
يتم تثبيت الكاربوكاتيون الناتج عن طريق إطلاق بروتون من موضع مجاور لتكوين رابطة مزدوجة (إزالة β). في هذه الحالة، يتم أيضًا تشكيل الألكين الأكثر تشعبًا (أكثر استقرارًا من الناحية الديناميكية الحرارية). خلال هذه العملية، غالبًا ما يتم ملاحظة إعادة ترتيب الكاتيونات الكربونية المرتبطة بآزومرة الهيكل الكربوني:
CH3 C-CH – CH3 CH3 C-CH-CH3
3. عندما يؤثر Zn أو Mg على مشتقات ثنائي الهالوجين مع اثنين
ذرات الهالوجين مع ذرات الكربون المجاورة:
H3C - C CH2CIH3C - C - CH2+MgCI2
1،2-ثنائي كلورو-2-معدن-أيزوبيوتيلين
4. هدرجة هيدروكربونات الأسيتيلين فوق المحفزات
ذات نشاط منخفض (Fe أو "مسموم"، أي تمت معالجتها بمركبات تحتوي على الكبريت لتقليل النشاط التحفيزي، Pt وPd):
HCC-CH(CH3)2H2C=CH-CH(CH3)2
2.3 ممثلو الألكينات.
مثل القلويات، فإن المتجانسات السفلية لعدد من أبسط الألكينات هي غازات في الظروف العادية، وبدءًا من C5 فهي سوائل منخفضة الغليان (انظر الجدول).
|
اسم |
||||
|
0.5660 (عند -102 درجة مئوية) |
||||
|
البروبيلين |
0.6090 (عند -47 بوصة مئوية) |
|||
|
CH3CHZCH=CH2 CH3-CH=CH-CHZ |
(رابطة الدول المستقلة) البيوتين-1 |
0.6696 (عند -5 درجة مئوية) 0.6352 (عند درجة مئوية) |
||
|
СНз-СН=СН-СНз |
(عبر)-بوتيب-2 |
0.6361 (عند 0 درجة مئوية) |
||
|
(CH3) 3C = CH2 |
أيوبوتيلين |
0.6407 (عند 0 درجة مئوية) |
||
جميع الألكينات، مثل الألكانات، غير قابلة للذوبان عمليًا في الماء وقابلة للذوبان بدرجة عالية في المذيبات العضوية الأخرى، باستثناء كحول الميثيل؛ جميعها أقل كثافة من الماء.
3.1 الألكينات (هيدروكربونات الأسيتيلين)
الألكينات عبارة عن هيدروكربونات تحتوي، بالإضافة إلى روابط Q، على اثنين
روابط (روابط ثلاثية) على زوج واحد من ذرات الكربون. الصيغة العامة للسلسلة المتماثلة من هيدروكربونات الأسيتيلين هي CnH2n-2. إن تكوين رابطة واحدة يعادل رسميًا فقدان ذرتين من الهيدروجين.
متنوع بالطرق الفيزيائيةلقد ثبت أن الأسيتيلين C2H2 - أبسط ممثل لسلسلة الألكينات المتماثلة - له جزيء خطي يبلغ طول الرابطة الثلاثية بين الكربون والكربون فيه 1.20 أ، وطول روابط الكربون والهيدروجين 1.06 أ.
روابط C-H في الأسيتيلين هي من بين روابط Q التي تتكون من تداخل مدار الهيدروجين مع مدار مهجن س-مدار الكربون؛ يحتوي الجزيء على رابطة كربون - كربون واحدة (تتكون من تداخل رابطتين مهجنتين sp-orbi-روابط الكربون) واثنين من روابط الكربون - نتيجة تداخل زوجين متعامدين بشكل متبادل من المدارات "النقية" (صو ف)ذرات الكربون المجاورة . زوايا الارتباط في الأسيتيلين بناءً على هذا النموذج تساوي 180 درجة والجزيء له شكل خطي، مما يجعل ذلك مستحيلًا رابطة الدول المستقلة عبرالايزومرية في الرابطة الثلاثية.
3.2 طرق الحصول على الألكينات
الطريقة الأكثر شيوعًا للحصول على هيدروكربونات الأسيتيلين هي عمل محلول كحولي من القلويات على مشتقات ثنائي الهالوجين من الهيدروكربونات المشبعة مع الترتيب المجاور (أ) أو الجيمي (ب) لذرات الهالوجين
ب) CH3-CH2-CHCl2 -> СНз-SN+2ИСl
CH3-CH2-CCl2-CH3 -> СНз-С С-СНз + 2НС1
بما أنه يتم عادة الحصول على مشتقات ثنائي الهالوجين المجاورة عن طريق إضافة الهالوجينات إلى هيدروكربونات الإيثيلين، يمكن اعتبار التفاعل (أ) بمثابة تفاعل لتحويل هيدروكربونات الإيثيلين إلى هيدروكربونات الأسيتيلين.
مشتقات ثنائي الهالوجين التوأم (ذرات الهالوجين على ذرة كربون واحدة) هي مشتقات من الكيتونات أو الألدهيدات، وبالتالي باستخدام التفاعلات (ب) من الممكن إجراء انتقال من مركبات الكربونيلإلى الألكينات. عند إزالة هاليدات الهيدروجين، تنطبق قاعدة زايتسيف المعروفة بالفعل: يتم التخلص من الهيدروجين من ذرة الكربون التي تحتوي على عدد أقل من ذرات الهيدروجين.
يمكن الحصول على الأسيتيلين مباشرة من التكسير عالي الحرارة (الحراري أو الكهروحراري) للميثان أو الهيدروكربونات الأكثر تعقيدًا:
2СН4Н-СС-Н + ЗН2
3.3 ممثلو الألكينات.
مثل الألكانات والألكينات، فإن الأعضاء السفلية في سلسلة الألكينات المتماثلة هي مواد غازية في الظروف العادية. بيانات الجدول يوضح الشكل 22 أن الخصائص الفيزيائية والكيميائية الرئيسية للهيدروكربونات من الفئات المعنية تختلف قليلاً عن بعضها البعض (انظر الجدول).
|
اسم |
درجة حرارة الغليان، درجة مئوية |
|||
|
HCC-CH2CH3 CH3CCCH3 |
الأسيتيلين بروبين |
(باستثناء -23) 9 |
0.6200 (عند -84 درجة مئوية) 0.6785 (عند -27 درجة مئوية) 0.669b (عند -10 درجة مئوية) 0.6880 (عند -25 درجة مئوية) |
|
4. تطبيق الألكانات، الألكينات، الألكينات
الألكينات مع الألكانات والأسيتيلين و الهيدروكربونات العطريةهي واحدة من المواد الخام الرئيسية لصناعة التخليق العضوي الثقيل (واسع النطاق).
يتم استخدام الإيثيلين بكميات كبيرة لمعالجته وتحويله إلى البولي إيثيلين والكحول الإيثيلي؛ ويتم معالجته وتحويله إلى إيثيلين جلايكول واستخدامه في البيوت الزجاجية لتسريع نضج الثمار.
تتم معالجة البروبيلين إلى مادة البولي بروبيلين والأسيتون وكحول الأيزوبروبيل.
يلعب الأسيتيلين دورًا مهمًا للغاية في الصناعة. ويبلغ إنتاجه العالمي عدة ملايين من الأطنان. تستخدم كميات هائلة من الأسيتيلين في لحام المعادن عندما تحترق
في الأكسجين تصل درجة الحرارة إلى 2800 درجة مئوية. وهذه درجة حرارة أعلى بكثير من احتراق الهيدروجين في الأكسجين، ناهيك عن احتراق الميثان. والسبب في ذلك هو السعة الحرارية الأقل بكثير لثاني أكسيد الكربون مقارنة بـ H2O، والذي يتشكل أثناء احتراق الألكانات أكثر من الألكينات:
2СзН6 + 7O2 -> 4СО2 + 6Н2О
2C2H2 + 5O2 -> 4СО2 + 3Н2О
تعود رائحة الأسيتيلين الكريهة التي يتم الحصول عليها من الكربيد إلى شوائب PH3 وAsH3؛ كما أن رائحة الأسيتيلين النقي تشبه رائحة جميع الهيدروكربونات السفلية (البنزين). الأسيتيلين ومخاليطه مع الهواء شديدة الانفجار؛ يتم تخزين الأسيتيلين ونقله في أسطوانات على شكل محاليل أسيتون تشريب المواد المسامية.
النفط ومعالجته
تكوين الزيت.
المصدر الطبيعي الرئيسي للهيدروكربونات المشبعة هو النفط. يختلف تركيب الزيوت حسب الحقل، ولكن عادة ما يتم فصل جميع الزيوت إلى الأجزاء التالية أثناء التقطير البسيط: جزء الغاز، البنزين، وقود الطائرات، الكيروسين، وقود الديزل، البارافين، قطران الزيت.
جزء الغاز
(درجة غليانها تصل إلى 40 درجة مئوية) تحتوي على ألكانات عادية ومتفرعة تصل إلى درجة مئوية، وبشكل رئيسي البروبان والبيوتان. الغاز الطبيعيتتكون رواسب الغاز بشكل رئيسي من الميثان والإيثان.
بنزين الطيران
(درجة حرارة 40-180 درجة مئوية) تحتوي على هيدروكربونات C6 - C10 تم العثور على أكثر من 100 مركب فردي في البنزين، والتي تشمل الألكانات العادية والمتفرعة، والألكانات الحلقية وألكيل بنزين (أرين).
وقود الطائرات
(درجة حرارة 150-280 درجة مئوية).
جرار الكيروسين
(ر، نقطة الغليان 110-300 درجة مئوية) يحتوي على الهيدروكربونات C7-C14.
وقود الديزل
(درجة حرارة 200-330 درجة مئوية)، التي تحتوي على الهيدروكربونات C13 - C18، تتعرض للتشقق على نطاق واسع، وتتحول إلى ألكانات (وألكينات) ذات وزن جزيئي أقل (انظر أدناه).
زيوت التشحيم
(درجة حرارة 340-400 درجة مئوية) تحتوي على الهيدروكربونات C18 - C25.
البارافين البترولي
(درجة حرارة 320-500 درجة مئوية)، ويحتوي على الهيدروكربونات C26-C38، والتي يتم عزل الفازلين منها. وعادة ما تسمى البقايا بعد التقطير أسفلتأو قطران.
بالإضافة إلى الهيدروكربونات، أكثر من غيرها فئات مختلفةيحتوي الزيت على مواد تحتوي على الأكسجين والكبريت والنيتروجين. في بعض الأحيان يصل محتواها الإجمالي إلى عدة بالمائة.
النظرية الأكثر شهرة حاليًا هي الأصل العضوي للنفط كمنتج لتحويل المخلفات النباتية والحيوانية. وهذا ما تؤكده حقيقة أن عينات الزيت تحتوي على بقايا البورفيرينات، والمنشطات ذات الأصل النباتي والحيواني، وما يسمى بـ "الحفريات الكيميائية" - وهي مجموعة واسعة من الأجزاء الموجودة في العوالق.
على الرغم من أنه من المقبول عمومًا أن النفط هو المصدر الطبيعي الأكثر قيمة للمواد الخام الكيميائية، إلا أن الجزء الأكبر من النفط والمنتجات البترولية لا يزال يتم حرقه في محركات الاحتراق الداخلي (البنزين)، ومحركات الديزل، والمحركات النفاثة (الكيروسين).
وقود المحرك. رقم الأوكتان.
يتصرف البنزين من أصول مختلفة بشكل مختلف في محركات الاحتراق الداخلي.
في محاولة لزيادة قوة المحرك بأبعاد ووزن صغير، يحاولون زيادة درجة ضغط الخليط القابل للاحتراق في الاسطوانة. ومع ذلك، في المحركات رباعية الأشواط عالية السرعة التي تعمل بالإشعال القسري، يحدث أحيانًا اشتعال سابق لأوانه للخليط - تفجير.وهذا يقلل من قوة المحرك ويسرع التآكل. ترتبط هذه الظاهرة بتركيب الوقود السائل، حيث أن الهيدروكربونات ذات الهياكل المختلفة تتصرف بشكل مختلف عند استخدامها كوقود للمحركات. أسوأ المؤشرات هي للبارافينات ذات البنية الطبيعية.
يتم أخذ الهيبتان الطبيعي كمعيار للمادة القابلة للاشتعال ذات القدرة التفجيرية العالية. كلما كانت السلسلة الكربونية لهيدروكربون البارافين أكثر تشعبًا، كلما كان احتراقه في الأسطوانة أفضل وزادت درجة ضغط الخليط القابل للاحتراق. وقود المحرك القياسي هو 2، 2، 4 ثلاثي ميثيل بنتان (يسمى عادة إيزوأوكتان) مع خصائص جيدة ضد الخبط. ومن خلال تكوين مخاليط من هذا الأوكتان مع n-heptap بنسب مختلفة، تتم مقارنة سلوكها في المحرك بسلوك البنزين الذي تم اختباره. إذا كان خليط يحتوي على 70% إيزو أوكتان يتصرف بنفس طريقة البنزين الذي يتم اختباره، فيقال أن الأخير لديه رقم الأوكتان 70 (رقم الأوكتان للأيزو أوكتان يؤخذ على أنه 100؛ رقم الأوكتان ن-يفترض أن الهبتان صفر).
إحدى الطرق لزيادة مقاومة تفجير الوقود لمحركات الإشعال بالشرارة هي الاستخدام عوامل مضادة للخبط.
العوامل المضادة للخبط هي مواد تضاف إلى البنزين (لا تزيد عن 0.5%) لتحسين خصائص مقاومة الخبط. إنه عامل مضاد للخبط فعال إلى حد ما. رباعي إيثيل الرصاص(TES) الرصاص (C2H5)4
ومع ذلك، فإن البنزين الناتج عن محطات الطاقة الحرارية ومنتجات احتراقه سام للغاية. حاليًا، تم العثور على عوامل جديدة مضادة للخبط تعتمد على مركبات المنغنيز العضوية مثل cyclopC5H5Mn (CO)5: فهي أقل سمية ولها خصائص أفضل مضادة للخبط. إن إضافة هذه العوامل المضادة للخبط إلى درجات جيدة من البنزين يسمح لك بالحصول على وقود برقم أوكتان يصل إلى 135.
وعلى العكس من ذلك، بالنسبة لمحركات الصواريخ والديزل، فإن أنواع الوقود الأكثر قيمة هي تلك التي تحتوي على سلسلة عادية من ذرات الكربون، والتي تتمتع بأقل درجة حرارة اشتعال. هذه الخاصية مقبولة
تقييم في أرقام السيتان.الرقم السيتاني 100 هو للهيدروكربون n-Sc,Nd4، والرقم السيتاني هو 0 لـ 1-ميثيلنفثالين.
تخليق الهيدروكربون
من ثاني أكسيد الكربون + H2وبتمرير خليط من أول أكسيد الكربون (II) والهيدروجين فوق النيكل المسحوق بدرجة حرارة 250 درجة مئوية، يمكن الحصول على الميثان:
ثاني أكسيد الكربون+3N2CH4+H2O
إذا تم تنفيذ هذا التفاعل عند ضغط 100-200 ضغط جوي ودرجة حرارة تصل إلى 400 درجة مئوية، يتم الحصول على خليط يتكون بشكل رئيسي من المنتجات المحتوية على الأكسجين، من بينها الكحوليات السائدة؛ تم تسمية هذا الخليط أرضية عالية الجودة.
عند استخدام محفزات الحديد والكوبالت ودرجة حرارة 200 درجة معيتكون خليط من الألكانات - سينتين.
nСО + (2n + 1) Н2 СnН2n + 2 + H2О
يعد Syntin و Synthol من منتجات التخليق العضوي على نطاق واسع ويستخدمان على نطاق واسع كمواد خام للعديد من الصناعات الكيميائية.
كلاثراتس.
تتكون أجزاء زيت السينتين والبنزين من خليط من الهيدروكربونات ذات البنية الطبيعية والسلاسل المتفرعة. في الآونة الأخيرة، تم العثور على طريقة فعالة لفصل المركبات العضوية ذات السلسلة المستقيمة والمتفرعة، وتسمى بشكل عام طريقة فصل الكالثرات .تم استخدام اليوريا لفصل الهيدروكربونات. يتم بناء بلورات اليوريا بحيث توجد قنوات سداسية ضيقة داخل البلورات. قطر هذه القنوات يمكن أن يمر فيها ويتأخر بسببها قوى الامتزازفقط الهيدروكربونات ذات البنية الطبيعية. لذلك، عندما تتم معالجة خليط من المركبات العضوية باليوريا (أو بعض المركبات الأخرى)، فإن المواد ذات السلسلة العادية من ذرات الكربون تتبلور معها على شكل مجمعات. هذه الطريقة، بالطبع، لها مستقبل عظيم جدًا - عندما يتم العثور على عدد أكبر من صانعي الكالثرات الفعالين.
3. تحضير الألكينات
من بين العدد الكبير من طرق تحضير الألكينات، من الضروري تسليط الضوء على الطرق الثلاث الأكثر شيوعًا لإنشاء رابطة مزدوجة بين الكربون والكربون. يعتمد أحدهما على إزالة مجموعتين من ذرات الكربون المجاورة (المجاورة) لمركب مشبع. هناك طريقة أخرى لتخليق الألكينات وهي الاختزال المجسم أو المجسم للرابطة الثلاثية بين الكربون والكربون في الألكينات إلى رابطة رابطة الدول المستقلة أو رابطة مزدوجة. نشوة-التكوينات. تعتمد الطريقة الثالثة لإنشاء رابطة مزدوجة بين الكربون والكربون على العديد من تفاعلات تكثيف الكربونيل-ميثيلين لمركبات الكربونيل مع مركبات تحتوي على "مجموعة ميثيلين نشطة". يوفر هذا التطور المنهجي ملخصًا موجزًا فقط للطرق الرئيسية لتخليق الألكينات.
1. إزالة الهلجنة من هاليدات الألكيل
على سبيل المثال:
2. جفاف الكحوليات
على سبيل المثال:
3. إزالة الهاليدات من ثنائيات الهاليدات المجاورة
على سبيل المثال:
4. التحلل الحراري لهيدروكسيدات رباعي ألكيل الأمونيوم وفقًا لـ A. هوفمان
على سبيل المثال:
5. نزع الهيدروجين من الألكانات
على سبيل المثال:
هذا التفاعل ذو أهمية عملية فقط للإنتاج الصناعي للألكينات السفلية: الإيثيلين من الإيثان، البروبيلين من البروبان، البيوتينات من ن- البوتان، وكذلك من منتجات التكسير الحراري الغازية.
6. التخفيض الانتقائي للألكينات رابطة الدول المستقلة- و نشوة- الألكينات
*محفز ليندلار عبارة عن البلاديوم الممتز على مادة داعمة محايدة BaSO 4 أو CaCO 3، ويتم إبطال مفعوله باستخدام الكينولين
على سبيل المثال:
*المحفز P-2-Ni هو Ni(OAc) 2؛ NaBH4؛ C2H5OH؛ NH 2 CH 2 CH 2 NH 2، نيكل غرواني يتم الحصول عليه عن طريق اختزال ثنائي أسيتات النيكل مع بوروهيدريد الصوديوم في نظام الإيثانول-إيثيلينديامين. يمنع الإيثيلينديامين المزيد من هدرجة الرابطة المزدوجة
على سبيل المثال:
على سبيل المثال:
7. مونوهيدروبوريشن الألكينات متبوعًا بتحلل فينيل بوران الناتج مع حمض الأسيتيك(يمكنك قراءة المزيد عن هذه الطريقة المكونة من خطوتين لاختزال الألكينات إلى ألكينات في هذا القسم