Halogenirani ogljikovodiki: proizvodnja, kemične lastnosti, uporaba

Ogljikovodiki so zelo velik razred spojin, povezanih z organskimi spojinami. Vključujejo več osnovnih skupin snovi, med katerimi skoraj vsakdo najde široko uporabo v industriji, življenju, naravi. Posebno pomembni so halogenirani ogljikovodiki, o katerih bomo razpravljali v članku. Niso samo visoki industrijski pomen, ampak tudi pomembna surovina za različne kemične sinteze, proizvodnjo zdravil in druge pomembne sestavine. Posebno pozornost bomo posvetili strukturi njihovih molekul, lastnosti in drugih lastnosti.

Halogenirani ogljikovodiki: splošna značilnost

Z vidika kemijske znanosti ta razred spojin vključuje vse tiste ogljikovodike, v katerih je eden ali več atomov vodika nadomeščenih z enim ali drugim halogenom. To je zelo obsežno kategorijo snovi, saj so zelo pomembne za industrijsko uporabo. Ljudje so kratek čas naučili sintetizirati skoraj vse halogenirane ogljikovodike, katerih uporaba je potrebna v medicini, kemični industriji, živilski industriji in vsakdanjem življenju.

Glavna metoda pridobivanja teh spojin je sintetična pot v laboratoriju in industriji, saj praktično nobena od njih ni v naravi. Zaradi prisotnosti atoma halogena imajo visoko reaktivnost. To v veliki meri določa področje njihove uporabe v kemični sintezi kot vmesnih proizvodov.

Ker imajo predstavniki halogeniranih ogljikovodikov veliko, jih je običajno razvrstiti glede na različne značilnosti. Osnova je struktura verige in množina vezave, pa tudi razlika v atomih halogenov in lokacija njihovega položaja.

Halogenirani ogljikovodiki: razvrstitev

Prva možnost temelji na splošno sprejetih načelih, ki veljajo za vse organske spojine. Razvrstitev temelji na razliki v vrsti verige ogljika, njeni cikličnosti. Glede na to značilnost so:

• omejevanje halogeniranih ogljikovodikov;
• nenasičen;
• aromatični;
• alifatski;
• acikličen.

Naslednja delitev temelji na obliki atoma halogena in njegove količinske vsebnosti v molekuli. Torej, dodelite:

• mono derivati;
• di-derivati;
• tri-;
• tetra-;
• penta derivatov in tako naprej.

Če govorimo o obliki halogena, potem ime podskupine vsebuje dve besedi. Na primer, monokloro derivat, triiodo derivat, tetrabromo-haloalken in tako naprej.

Obstaja tudi druga možnost razvrstitve, po kateri so halogenirani derivati ​​končnih ogljikovodikov ločeni. To je število ogljikovega atoma, na katerega je vezan halogen. Torej, dodelite:

• primarni derivati;
• sekundarno;
• terciarno in tako naprej.

Vsak določen predstavnik se lahko razvrsti po vseh znakih in določi skupno mesto v sistemu organskih spojin. Tako npr. Spojino s sestavo CH₃ - CH₂-CH = CH-CCL₃ se lahko razvrstijo, kot sledi. To je nenasičen alifatski trikloro derivat pentena.

Struktura molekule

Prisotnost atomov halogenov ne more vplivati ​​na fizikalne in kemijske lastnosti ter na splošne obrise strukture molekule. Splošna formula za ta razred spojin je R-Hal, kjer je R brez ogljikovodikovega ostanka katerekoli strukture in Hal je atom halogena, eden ali več. Povezava med ogljikom in halogenom je zelo polarizirana, tako da je molekula kot celota podvržena dvema učinkom:

• negativni induktivni;
• mesomerno pozitivno.

V tem primeru je prvi od njih izražen veliko močnejši, zato atom Hal vedno razkriva lastnosti substituenta, ki odvzema elektrone.

V nasprotnem primeru se vse značilnosti strukture molekule ne razlikujejo od tistih iz navadnih ogljikovodikov. Lastnosti so razložene s strukturo verige in njene razvejitve, s številom atomov ogljika, z močjo aromatskih lastnosti.

Posebno pozornost si zasluži nomenklatura halogeniranih ogljikovodikov. Kako pravilno bi morali imenovati te povezave? Če želite to narediti, morate upoštevati več pravil.

1. Številčenje verig se začne na robu, do katere je atom halogena bližji. Če obstaja večkratna vez, potem se število začne s tem in ne z elektronskim odjemalcem.
2. Ime Hal je navedeno v predpono, prav tako pa je treba navesti številko atoma ogljika, od koder odhaja.
3. Zadnji korak daje ime glavne verige atomov (ali obroča).

Primer podobnega imena: CH₂= CH-CHCL₂ - 3-dikloropropen-1.

Ime se lahko navede tudi na racionalni nomenklaturi. V tem primeru je izpisano ime radikala, nato pa halogen s pripono -id. Primer: SN₃-CH₂-CH₂Br je propil bromid.

Tako kot drugi razredi organskih spojin imajo halogenirani ogljikovodiki posebno strukturo. To omogoča številnim predstavnikom, da imenujejo zgodovinsko oblikovana imena. Na primer, CF fluoroogljik₃CBrClH. Prisotnost treh halogenov v sestavi molekule daje tej snovi posebne lastnosti. Uporablja se v medicini, zato se pogosto uporablja zgodovinsko oblikovano ime.

Metode sinteze

Metode za proizvodnjo halogeniranih ogljikovodikov so precej raznolike. Obstaja pet glavnih metod za sintetiziranje teh spojin v laboratoriju in industriji.

1. Halogeniranje normalnih ogljikovodikov normalne strukture. Splošna reakcijska shema: R-H + Hal₂ → R-Hal + HHal. Značilnosti procesa so naslednje: s klorom in bromom je potrebno ultravijolično obsevanje, z jodom je reakcija praktično nemogoča ali zelo počasna. S fluorom je interakcija preveč aktivna, zato tega halogena ne morete uporabiti v čisti obliki. Poleg tega je treba pri halogeniranju aromatskih derivatov uporabiti posebne katalizatorje kislin Lewis. Na primer, železo ali aluminijev klorid.
2. Proizvodnja halogeniranih ogljikovodikov se izvaja tudi s hidrokalidacijo. Za to pa mora biti izhodna spojina nujno nenasičen ogljikovodik. Primer: R = R-R + HHal → R-R-RHal. Ta elektrofilni dodatek se najpogosteje uporablja za proizvodnjo kloroetilena ali vinil klorida, saj je ta spojina pomembna surovina za industrijske sinteze.
3. Učinek hidrohalogena na alkohole. Splošna oblika reakcije: R-OH + HHal → R-Hal + H₂O. Posebna značilnost je obvezna prisotnost katalizatorja. Primeri procesnih pospeševalcev, ki jih lahko uporabimo, so: fosfor, žveplo, cink ali železov klorid, žveplova kislina, raztopina cinkov klorid v klorovodikovi kislini - Lucasov reagent.
4. Decarboksilacija kislih soli z oksidacijskim sredstvom. Drugo ime za metodo je Borodin-Hunsdikkerjeva reakcija. Bistvo je v odcejanju molekule ogljikovega dioksida iz derivatov srebra karboksilne kisline kadar so izpostavljeni oksidantu - halogenu. Tako nastanejo halogenirani ogljikovodiki. Reakcije v splošni obliki izgledajo takole: R-COOAg + Hal → R-Hal + CO₂ + AgHal.
5. Sinteza haloform. Z drugimi besedami, to je proizvodnja trihalogeniranih metanskih derivatov. Najenostavnejši način za njihovo pripravo je uporaba acetala v alkalni raztopini halogena. Posledično nastanejo molekule, ki tvorijo halogen. Halogenirani aromatični ogljikovodiki se sintetizirajo na enak način v industriji.

Posebno pozornost je treba posvetiti sintezi nenasičenih predstavnikov zadevnega razreda. Glavna metoda je učinek na alkine soli živega srebra in bakra v prisotnosti halogenov, kar vodi v nastanek proizvoda z dvojno vezjo v verigi.

Halogenski derivati ​​aromatskih ogljikovodikov so pridobljeni z reakcijami halogeniranja aren ali alkilarenov v stranski verigi. To so pomembni industrijski izdelki, ker se uporabljajo kot insekticidi v kmetijstvu.

Fizične lastnosti

Fizične lastnosti halogenirani ogljikovodiki so neposredno odvisni od strukture molekule. Na vrelišču in tališču agregatno stanje vpliva število atomov ogljika v verigi in možne veje na stran. Več od njih, večje so številke. Na splošno so fizikalni parametri lahko označeni v več točkah.

1. Agregatno stanje: prvi nižji predstavniki so plini, po C_{12. mesto} - tekočine, nad - trdne snovi.
2. Imajo oster, neprijeten vonj, skoraj vsi predstavniki.
3. Zelo slabo topen v vodi, vendar sami - odlična topila. V organskih spojinah se zelo dobro raztopi.
4. Vrelišča in tališča se povečajo s številom atomov ogljika v glavni verigi.
5. Vse spojine razen derivatov fluorida so težje od vode.
6. Več veje v glavni verigi, nižja je vrelišče snovi.

Težko je identificirati veliko podobnih podobnosti, saj se predstavniki močno razlikujejo po sestavi in ​​strukturi. Zato je za vsako posamezno spojino iz dane vrste ogljikovodikov bolje dati vrednosti.

Kemijske lastnosti

Eden od najpomembnejših parametrov, ki je nujno upoštevan v kemični industriji in sinteznih reakcijah, so kemične lastnosti halogeniranih ogljikovodikov. Za vse predstavnike niso enaki, saj obstaja več razlogov za razliko.

1. Struktura ogljikove verige. Najenostavnejše substitucijske reakcije (nukleofilni tip) se pojavljajo pri sekundarnih in terciarnih haloalkilih.
2. Pomembna je tudi oblika atoma halogena. Vez med ogljikom in Halom je močno polariziran, kar omogoča enostavno prekinitev s sproščanjem prostih radikalov. Vendar je najlažja povezava ravno med jodom in ogljikom, kar se razloži z naravno spremembo (zmanjšanjem) vezne energije v seriji: F-Cl-Br-I.
3. Prisotnost aromatskega radikala ali večkratnih vezi.
4. Struktura in razvejanje radikalov samega.

Na splošno so halogenoalkili najbolje uporabiti za specifično reakcijo na nukleofilno substitucijo. Konec koncev se delno pozitivna naboj koncentrira na atom ogljika po prekinitvi vezi s halogenom. To omogoča, da radikal kot celota postane akceptor elektronsko negativnih delcev. Na primer:

• HE^-;
• Tako₄^2-;
• NE₂^-;
• CN^- in drugi.

To pojasnjuje dejstvo, da se lahko halogenirani ogljikovodiki pretvorijo v skoraj vse vrste organskih spojin, zato je treba samo izbrati ustrezen reagent, ki bo zagotovil želeno funkcionalno skupino.

Na splošno lahko rečemo, da so kemične lastnosti halogeniranem ogljikovodiku v sposobnosti, da se vključijo v naslednjih interakcije.

1. Z nukleofilnimi delci vseh vrst - reakcije substitucije. Kot rezultat, lahko dobite: alkohole, preproste in estri, nitro spojine, amini, nitrili, karboksilne kisline.
2. Izločanje ali dehidrohalogenacijske reakcije. Kot posledica delovanja raztopine alkalijskega alkohola se molekula vodikovega halogena razcepi. Tako nastane alken, nizkomolekularni stranski produkti - sol in voda. Primer reakcije: CH₃-CH₂-CH₂-CH₂Br + NaOH _(alkohol) → CH₃-CH₂-CH = CH₂ + NaBr + H₂O_. Ti procesi so ena od glavnih metod za sintezo pomembnih alkenov. Proces vedno spremljajo visoke temperature.
3. Priprava alkanov normalne strukture po Würzovi sintezni metodi. Bistvo reakcije je izpostavljenost halogeniranemu ogljikovodiku (dve molekuli) z kovinskim natrijem. Kot močno elektropozitivni ion natrij sprejema atome halogenov iz spojine. Kot rezultat, so osvobojeni ogljikovodični radikali zaprti skupaj z vezjo, ki tvori alkan nove strukture. Primer: CH₃-CH₂Cl + CH₃-CH₂Cl + 2Na → CH₃-CH₂-CH₂-CH₃ + 2NaCl.
   
4. Sinteza homologov aromatskih ogljikovodikov po metodi Friedel-Crafts. Bistvo postopka je v delovanju benzena s haloalkilom v prisotnosti aluminijevega klorida. Kot posledica reakcije substitucije pride do nastanka toluena in vodikovega klorida. V tem primeru je potrebna prisotnost katalizatorja. Poleg benzena je tudi mogoče oksidirati svoje homologe na ta način.
5. Priprava tekočine Greniard. Ta reagent je halogenirani ogljikovodik z magnezijevim ionom v sestavi. Na začetku je kovinski magnezij v etru izpostavljen haloalkilnemu derivatu. Posledično se tvori kompleksna spojina s splošno formulo RMgHal, ki se imenuje Grenyarjev reagent.
6. Reakcija redukcije na alkan (alken, aren). Izvajajo se pod vplivom vodika. Tako nastane ogljikovodik in stranski produkt, vodikov halogenid. Primer v splošni obliki: R-Hal + H₂ → R-H + HHal.

To so glavne interakcije, v katere lahko zlahka vstopijo halogenski derivati ​​ogljikovodikov različnih struktur. Seveda obstajajo posebne reakcije, ki jih je treba upoštevati pri vsakem posameznem predstavniku.

Izomerizem molekul

Izomernost halogeniranih ogljikovodikov je precej naravna. Znano je, da več atomov ogljika v verigi, večje je število izomernih oblik. Poleg tega imajo nenasičeni predstavniki večkratne vezi, kar povzroči tudi pojav izomerov.

Za ta razred spojin lahko razlikujemo dve glavni vrsti tega pojava.

1. Izomerizem ogljikovega ogrodja radikala in hrbtenice. To vključuje tudi položaj večkratne vezi, če obstaja v molekuli. Kot pri preprostih ogljikovodikih, ki izhajajo iz tretjega predstavnika, je možno zapisati formule spojin z enakimi molekularnimi, vendar različnimi izrazi strukturne formule. Poleg tega je za halogenirane ogljikovodike število izomernih oblik večji kot za ustrezne alkane (alkene, alkine, arene itd.).
2. Položaj halogena v molekuli. Njeno mesto v naslovu je označeno s številko, in tudi če se spremeni samo za eno, bodo lastnosti takšnih izomerov popolnoma drugačne.

Ne gre za vprašanje prostorskega izomerizma, ker to omogočajo atomi halogenov. Tako kot vse druge organske spojine se halogenoalkilni izomeri razlikujejo ne samo v strukturi, temveč tudi po njihovih fizikalnih in kemijskih lastnostih.

Derivati ​​nenasičenih ogljikovodikov

Seveda obstaja veliko takšnih povezav. Vendar nas zanimajo halogenski derivati ​​nenasičenih ogljikovodikov. Lahko jih razdelimo tudi v tri glavne skupine.

1. Vinil - kadar se atom Hal nahaja neposredno na atom ogljika večkratne vezi. Molekula Primer: CH₂= CCL_2.
2. Z izoliranim položajem. Atomi halogena in večkratna vez se nahajajo v nasprotnih delih molekule. Primer: SN₂= CH-CH₂-CH₂-Cl.
3. Alil derivati ​​- atom halogena dvojna vez leži z enim atomom ogljika, ki je shranjena v položaju alfa. Primer: SN₂= CH-CH₂-CL.

Posebno pomembna je spojina, kot je vinil klorid CH₂= CHCL. Je zmožen polimerizacijske reakcije z oblikovanjem pomembnih izdelkov, kot so izolacijski materiali, vodotesne tkanine in tako naprej.

Drugi predstavnik nenasičenih derivatov halogenov je kloropren. Njena formula je CH2 = CCL-CH = CH2. Ta spojina je izhodiščni material za sintezo dragocenih vrst gume, ki se razlikujejo glede na požarno odpornost, dolgo življenjsko dobo, slabo prepustnost plinov.

Tetrafluoroetilen (ali Teflon) je polimer, ki ima kakovostne tehnične parametre. Uporablja se za izdelavo dragocene pokritosti tehničnih delov, posode, različnih naprav. Formula - CF₂= CF₂.

Aromatični ogljikovodiki in njihovi derivati

Aromatske so tiste spojine, ki vključujejo benzenski obroč. Med njimi je tudi celotna skupina derivatov halogenov. V strukturi lahko razlikujemo dve glavni vrsti.

1. Če je atom Atoma neposredno pritrjen na jedro, to je aromatični obroč, potem se spojine običajno imenujejo haloareni.
2. Halogenski atom ni vezan na obroč, ampak na stransko verigo atomov, to je ostanek, ki se razteza v stransko vejo. Take spojine imenujemo arilalkil halide.

Med obravnavanimi snovmi se lahko imenuje več predstavnikov z največjim praktičnim pomenom.

1. Heksaklorobenzen-C₆Cl₆. Od začetka 20. stoletja se uporablja kot močan fungicid in insekticid. Ima dober učinek razkuževanja, zato je bil uporabljen za luženje semen pred spravilom. Ima neprijeten vonj, tekočina je precej kavstična, prozorna, lahko povzroči lahkotnost.
2. Benzil C benzil bromid₆H₅CH₂Br. Uporablja se kot pomemben reagent pri sintezi organokovinskih spojin.
3. Klorobenzen C₆H₅CL. Tekoča brezbarvna snov s posebnim vonjem. Uporablja se pri proizvodnji barvil, pesticidov. To je eno najboljših organskih topil.

Uporaba v industriji

Halogenirani ogljikovodiki se zelo pogosto uporabljajo v industriji in kemični sintezi. O nenasičenih in aromatičnih predstavnikih smo že govorili. Sedaj bomo na splošno označili področja uporabe vseh spojin te serije.

1. V gradbeništvu.
2. Kot topila.
3. Pri proizvodnji tekstila, gume, gume, barvil, polimernih materialov.
4. Za sintezo številnih organskih spojin.
5. Fluoridni derivati ​​(freoni) so hladilna sredstva v hladilnih obratih.
6. Uporabljajo se kot pesticidi, insekticidi, fungicidi, olja, sušilna olja, smole, maziva.
7. Pojdite na izdelavo izolacijskih materialov itd.