به دست آوردن آلکان از آلکن ها ساختار، به دست آوردن، کاربرد. خواص شیمیایی آلکین ها

هیدروکربن‌های کلاس‌های مختلف (آلکان‌ها، آلکن‌ها، آلکین‌ها، آلکادین‌ها، آرن‌ها) را می‌توان به روش‌های مختلفی به‌دست آورد.

به دست آوردن آلکان

ترک خوردگی آلکان ها از ابتدا ب در بارهطول زنجیره بلندتر

فرآیند مورد استفاده در صنعت در محدوده دمایی 450-500 درجه سانتیگراد در حضور کاتالیزور و در دمای 500-700 درجه سانتیگراد در غیاب کاتالیزور انجام می شود:

اهمیت فرآیند کراکینگ صنعتی در این واقعیت نهفته است که به شما امکان می دهد بازده بنزین را از بخش های سنگین نفت افزایش دهید که به خودی خود ارزش قابل توجهی ندارند.

هیدروژناسیون هیدروکربن های غیر اشباع

• آلکن ها:

• آلکین ها و آلکادین ها:

تبدیل به گاز زغال سنگ

در حضور کاتالیزور نیکل در دما و فشار بالا می توان برای تولید متان استفاده کرد:

فرآیند فیشر-تروپش

با استفاده از این روش می توان هیدروکربن های اشباع با ساختار معمولی را به دست آورد. آلکان ها سنتز آلکان ها با استفاده از گاز سنتز (مخلوطی از مونوکسید کربن CO و هیدروژن H 2) انجام می شود که از طریق کاتالیزورها در دما و فشار بالا عبور می کند:

واکنش ورتز

به کمک این واکنش، هیدروکربن های با ب در بارهتعداد بیشتری از اتم های کربن در زنجیره نسبت به هیدروکربن های اصلی. واکنش تحت تأثیر سدیم فلزی بر روی هالوآلکان ها انجام می شود:

دکربوکسیلاسیون نمک های کربوکسیلیک اسیدها

ادغام نمک های جامد اسیدهای کربوکسیلیک با مواد قلیایی منجر به واکنش دکربوکسیلاسیون می شود، با تشکیل یک هیدروکربن با تعداد کمتری اتم کربن و یک کربنات فلز (واکنش دوماس):

هیدرولیز کاربید آلومینیوم

برهمکنش کاربید آلومینیوم با آب، و همچنین اسیدهای غیر اکسید کننده، منجر به تشکیل متان می شود:

Al 4 C 3 + 12H 2 O \u003d 4Al (OH) 3 + 3CH 4

Al 4 C 3 + 12HCl \u003d 4AlCl 3 + 3CH 4

به دست آوردن آلکن

ترک خوردگی آلکان ها

واکنش به شکل کلی قبلاً در بالا مورد بحث قرار گرفته است (به دست آوردن آلکان). نمونه ای از واکنش ترک خوردگی:

هیدرو هالوژن زدایی هالوآلکان ها

هیدروهالوژن زدایی هالوآلکان ها تحت تأثیر محلول الکلی قلیایی روی آنها انجام می شود:

کم آبی الکل ها

این فرآیند در حضور اسید سولفوریک غلیظ و حرارت دادن به دمای بیش از 140 درجه سانتیگراد ادامه می یابد:

توجه داشته باشید که هم در مورد کم آبی و هم در مورد هالوژن زدایی، حذف یک محصول با وزن مولکولی کم (آب یا هالید هیدروژن) طبق قانون Zaitsev انجام می شود: هیدروژن از اتم کربن کمتر هیدروژنه جدا می شود.

هالوژن زدایی دی هالوآلکان های مجاور

دی هالوآلکان های مجاور مشتقاتی از هیدروکربن ها هستند که در آنها اتم های کلر به اتم های مجاور زنجیره کربن متصل می شوند.

هیدروهالوژن زدایی هالوآلکان های همسایه را می توان با استفاده از روی یا منیزیم انجام داد:

هیدروژن زدایی آلکان ها

عبور آلکان ها از روی یک کاتالیزور (Ni، Pt، Pd، Al 2 O 3 یا Cr 2 O 3) در دمای بالا (400-600 درجه سانتیگراد) منجر به تشکیل آلکن های مربوطه می شود:

به دست آوردن آلکادین ها

هیدروژن زدایی بوتان و بوتن-1

در حال حاضر، روش اصلی برای تولید بوتادین-1،3 (دیوینیل) هیدروژن زدایی کاتالیزوری بوتان و همچنین بوتن-1 موجود در گازهای پالایش نفت ثانویه است. این فرآیند در حضور یک کاتالیزور مبتنی بر اکسید کروم (III) در دمای 500-650 درجه سانتیگراد انجام می شود:

عمل دماهای بالا در حضور کاتالیزورها بر روی ایزوپنتان (2-متیل بوتان) یک محصول مهم صنعتی - ایزوپرن (ماده اولیه برای تولید لاستیک به اصطلاح "طبیعی") تولید می کند.

روش لبدف

قبلا (در اتحاد جماهیر شوروی) بوتادین-1،3 با روش لبدف از اتانول به دست می آمد:

هیدروهالوژناسیون آلکان های دی هالوژنه

این با عمل بر روی مشتقات هالوژن محلول الکلی قلیایی انجام می شود:

به دست آوردن آلکین ها

دریافت استیلن

پیرولیز متان

هنگامی که به دمای 1200-1500 درجه سانتیگراد گرم می شود، متان تحت یک واکنش هیدروژن زدایی با دو برابر شدن همزمان زنجیره کربن - استیلن و هیدروژن تشکیل می شود:

هیدرولیز کاربیدهای فلز قلیایی و قلیایی خاکی

استیلن از اثر آب یا اسیدهای غیر اکسید کننده بر روی کاربیدهای فلزات قلیایی و قلیایی خاکی در آزمایشگاه به دست می آید. ارزان ترین و در نتیجه در دسترس ترین کاربید کلسیم است:

دی هالوژن زدایی دی هالوآلکان ها

تهیه همولوگ استیلن

دی هالوژن زدایی دی هالوآلکان ها:

هیدروژن زدایی آلکان ها و آلکن ها:

تولید هیدروکربن های آروماتیک (آرن)

دکربوکسیلاسیون نمکهای اسیدهای کربوکسیلیک معطر

با ادغام نمک‌های اسیدهای کربوکسیلیک معطر با مواد قلیایی، می‌توان هیدروکربن‌های معطر با تعداد اتم‌های کربن کمتری در مولکول نسبت به نمک اصلی بدست آورد:

تریمریزاسیون استیلن

هنگامی که استیلن در دمای 400 درجه سانتیگراد از روی کربن فعال عبور داده می شود، بنزن با عملکرد خوب تشکیل می شود:

به روشی مشابه، بنزن های متقارن جایگزین شده با تری آلکیل را می توان از همولوگ های استیلن به دست آورد. مثلا:

هیدروژن زدایی همولوگ های سیکلوهگزان

هنگام عمل بر روی سیکلوآلکان ها با 6 اتم کربن در یک چرخه دمای بالا در حضور پلاتین، هیدروژن زدایی با تشکیل هیدروکربن آروماتیک مربوطه اتفاق می افتد:

چرخه زدایی آب

همچنین می توان هیدروکربن های آروماتیک را از هیدروکربن های غیر حلقوی در حضور یک زنجیره کربنی با طول 6 اتم کربن یا بیشتر به دست آورد (هیدروسیکل زدایی). این فرآیند در دماهای بالا در حضور پلاتین یا هر کاتالیزور هیدروژناسیون-دهیدروژناسیون دیگر (Pd, Ni) انجام می شود:

آلکیلاسیون

تهیه همولوگ های بنزن با آلکیلاسیون هیدروکربن های آروماتیک با مشتقات کلر آلکان ها، آلکن ها یا الکل ها.

وزارت آموزش و پرورش R.F.

کشاورزی ایالت کورسک

آکادمی پروفسور I. I. Ivanova

چکیده در

شیمی ارگانیک

به دست آوردن آلکان، آلکن، آلکین.

نمایندگان کلیدی

کاربرد در صنعت.

تکمیل شد:

KURSK-2001

طرح.

1.1 ALKANE (هیدروکربن های اشباع شده).

1.2 روشهای به دست آوردن آلکان

1.3 نمایندگان ALKANE.

2.1 آلکن ها (هیدروکربن های اتیلن).

2.2 روشهای به دست آوردن آلکن

2.3 نمایندگان آلکن ها.

3.1 ALKYNES (هیدروکربن های استیلن).

3.2 روش های بدست آوردن آلکین ها

3.3 نمایندگان ALKYNE.

4. کاربرد آلکان، آلکن ها، آلکین ها.

1.1 هیدروکربن های محدود (آلکان).

هیدروکربن های اشباع (آلکان ها) ترکیباتی متشکل از اتم های کربن و هیدروژن هستند که فقط با پیوندهای Q به هم متصل شده اند و حاوی چرخه نیستند. در آلکان ها، اتم های کربن در درجه هیبریداسیون قرار دارند sp3.

1.2 روشهای بدست آوردن آلکانها.

منبع طبیعی اصلی هیدروکربن های اشباع نفت و برای اولین اعضای سری همولوگ گاز طبیعی است. با این حال، جداسازی ترکیبات منفرد از روغن یا محصولات کراکینگ آن یک کار بسیار پر زحمت و اغلب غیرممکن است، بنابراین باید به روش‌های تولید مصنوعی متوسل شد.

1. آلکان ها تشکیل می شوند تحت تأثیر سدیم فلزی بر روی مشتقات مونو هالوژن - واکنش ورتز:

H3C-CH2-Br + Br-CH2-CH3 CH3-CH2-CH2-CH3 + 2NaBr

اگر مشتقات هالوژن مختلف گرفته شود، مخلوطی از سه آلکان مختلف تشکیل می شود، زیرا احتمال ملاقات مولکول های یکسان یا متفاوت در مجتمع واکنش برابر است و واکنش پذیری آنها نزدیک است:

3C2H5I + 3CH3CH2CH2IC4H10 + C5H12 + C6H14 + 6NaI

2. آلکان ها را می توان به دست آورد در احیای آلکن ها یا آلکین ها با هیدروژندر حضور کاتالیزورها:

NzS-CH \u003d CH-CH3NzS-CH2-CH2-CH3

3. طیف گسترده ای از مشتقات آلکان می تواند باشد در دمای بالا با اسید هیدرویدیک کاهش می یابد:

CHBr + 2HI CH2 + HBr + I2

با این حال، در این موارد، گاهی اوقات ایزومریزاسیون جزئی اسکلت کربن مشاهده می شود - آلکان های منشعب بیشتری تشکیل می شوند.

4. آلکان ها را می توان به دست آورد هنگام ترکیب نمک های کربوکسیلیک اسید با قلیایی.آلکان به دست آمده حاوی یک اتم کربن کمتر از اسید کربوکسیلیک اصلی است:

CH3-C + NaOH CH4 + Na2C03

1.3 نمایندگان آلکان ها

طبق نظریه ساختار A. M. Butlerov، خواص فیزیکی مواد به ترکیب و ساختار آنها بستگی دارد. با استفاده از مثال هیدروکربن های اشباع، تغییر خواص فیزیکی در سری همولوگ را در نظر بگیرید.

چهار عضو اول سری همولوگ، که با متان شروع می شوند، مواد گازی هستند. از پنتان به بالا، هیدروکربن های معمولی مایع هستند. متان تنها در دمای 162- درجه سانتیگراد به مایع تبدیل می شود. در اعضای بعدی سری، نقطه جوش افزایش می یابد و هنگام رفتن به همولوگ بعدی، تقریباً 25 درجه افزایش می یابد.

چگالی هیدروکربن ها در نقطه جوش برای اعضای پایینی سری ابتدا به سرعت و سپس با کندی افزایش می یابد: از 0.416 برای متان به مقدار کمی بیشتر از 0.78 نقطه ذوب هیدروکربن های معمولی در سری همولوگ به آرامی افزایش می یابد. با شروع با هیدروکربن C16H34، بالاترین همولوگ در دمای معمولی مواد جامد هستند.

نقطه جوش همه آلکان های شاخه دار کمتر از آلکان های معمولی است و علاوه بر این، هر چه کمتر، زنجیره کربنی مولکول منشعب تر باشد. این را می توان برای مثال از مقایسه نقاط جوش سه پنتان ایزومر مشاهده کرد. برعکس، نقطه ذوب برای ایزومرهایی با بیشترین زنجیره کربنی منشعب است. بنابراین، از بین تمام اکتان های ایزومر، تنها مرحله هگزا متیل (CH3)3C-C (CH3)3 حتی در دمای معمولی (mp 104 درجه سانتی گراد) جامد است. این الگوها با دلایل زیر توضیح داده می شوند.

از تبدیل مایع به گاز توسط نیروهای واندروالسی برهمکنش بین اتم های مولکول های منفرد جلوگیری می شود. بنابراین، هر چه تعداد اتم های موجود در مولکول بیشتر باشد، نقطه جوش ماده بالاتر است، بنابراین در سری های همولوگ، نقطه جوش باید به طور یکنواخت افزایش یابد. اگر نیروهای برهمکنش مولکول ها را با هم مقایسه کنیم nپنتان و نئوپنتان، واضح است که این نیروها برای مولکولی با زنجیره معمولی اتم‌های کربن بیشتر از اتم‌های شاخه‌دار است، زیرا در یک مولکول نئوپنتان، اتم مرکزی به طور کلی از برهمکنش حذف می‌شود.

عامل اصلی موثر بر نقطه ذوب یک ماده، چگالی بسته شدن مولکول در شبکه کریستالی است. هرچه مولکول متقارن تر باشد، بسته بندی آن در کریستال متراکم تر و نقطه ذوب بالاتر است (در n-پنتان -132 درجه سانتیگراد، نئوپنتان -20 درجه سانتیگراد)

2.1 آلکن ها (هیدروکربن های اتیلن، الفین ها)

هیدروکربن هایی که در مولکول آنها علاوه بر پیوندهای Q ساده کربن-کربن و کربن-هیدروژن، کربن-کربن نیز وجود دارد.

اتصالات نامیده می شود نامحدوداز آنجایی که تشکیل یک پیوند به طور رسمی معادل از دست دادن دو اتم هیدروژن توسط یک مولکول است، هیدروکربن های غیراشباع حاوی 2pاتم های هیدروژن کمتر از حد مجاز است که n تعداد پیوندها است

C6H14C6H12C6H10C6H8C6H6

سری هایی که اعضای آن با (2Н)n با یکدیگر تفاوت دارند نامیده می شود جنبه ایزولوژیکبنابراین، در طرح بالا، ایزولوگ ها هگزان، هگزن ها، هگزادین ها، هگزین ها، هگزاترین ها و بنزن هستند.

هیدروکربن های حاوی یک پیوند (یعنی پیوند دوگانه) نامیده می شوند آلکن ها (الفین ها)یا به گفته اولین عضو سری - اتیلن، هیدروکربن های اتیلنفرمول کلی سری همولوگ آنها CnH2n است

2.2 روش های کسبآلکن ها

تحت تأثیر محلول های الکلی قلیایی های سوزاننده روی هالوژنمشتقات:هیدروژن هالید جدا می شود و یک پیوند دوگانه تشکیل می شود:

H3C-CH2-CH2BrH3C-CH=CH2+NaBr+H2O

پروپیل بروماید پروپیلن

اگر اتم های هیدروژن سوم، ثانویه و اولیه در موقعیت α نسبت به اتم کربن متصل به هالوژن باشند، آنگاه اتم هیدروژن سوم عمدتاً جدا می شود، تا حدی ثانویه و حتی بیشتر اولیه. (قانون زایتسف):

H3C-C-CI H3C-C + KCL + H2O

2،3-دی متیل-3-کلروپنتان 2،3-دی متیل پنتن-2

این به دلیل پایداری ترمودینامیکی آلکن های حاصل است. هر چه یک آلکن روی اتم های کربن وینیل جایگزین بیشتری داشته باشد، پایداری آن بیشتر است.

2. تاثیر عوامل حذف آب بر الکل ها:الف) هنگام عبور الکل ها از روی اکسید آلومینیوم در دمای 300-400 درجه سانتیگراد.

NzS-CH-CH2.-CHzNzS-CH \u003d CH-CH3

دوتایی-بوتیل الکل

ب) هنگامی که اسید سولفوریک بر روی الکل ها در شرایط ملایم عمل می کند، واکنش از طریق تشکیل واسطه استرهای اسید سولفوریک انجام می شود:

H3C-CH-CH3 H3C-CH-CH3 H3C-CH=CH2

ایزوپروپیل الکل

در طول آبگیری الکل ها در شرایط سخت در محیط های اسیدی، همان الگوی در حذف اتم های هیدروژن از انواع مختلف، مانند حذف هالید هیدروژن مشاهده می شود.

اولین مرحله از این فرآیند پروتونه شدن الکل است که پس از آن یک مولکول آب جدا شده و یک کربوکاتیون تشکیل می شود:

CH3-CH2-CH-CH3 + H CH3-CH2-CH-CH3 CH3-CH-CH-

CH3CH3-CH-CH-CH3CH3-CH=CH-CH3

کربوکاتیون حاصل با پرتاب یک پروتون از موقعیت همسایه با تشکیل یک پیوند دوگانه (β-حذف) تثبیت می شود. در این حالت شاخه ای ترین آلکن نیز تشکیل می شود (از نظر ترمودینامیکی پایدارتر). در طی این فرآیند، بازآرایی کربوکاتیون های مرتبط با ایزومریزاسیون اسکلت کربن اغلب مشاهده می شود:

CH3 C-CH – CH3 CH3 C-CH-CH3

3. تحت عمل روی یا منیزیم روی مشتقات دی هالوژن با دو

اتم های هالوژن در اتم های کربن همسایه:

H3C – C CH2CIH3C - C - CH2+MgCI2

1،2-دی کلرو-2-فلز-ایزوبوتیلن

4. هیدروژناسیون هیدروکربن های استیلن بر روی کاتالیزورهابا فعالیت کاهش یافته (آهن یا "مسموم"، یعنی تیمار شده با ترکیبات حاوی گوگرد برای کاهش فعالیت کاتالیزوری، Pt و Pd):

HCC-CH(CH3)2H2C=CH-CH(CH3)2

2.3 نمایندگان آلکن ها.

مانند alkaii، همولوگ های پایینی تعدادی از ساده ترین آلکن ها در شرایط عادی گاز هستند و از C5 شروع به مایعات کم جوش می کنند (جدول را ببینید).

همه آلکن ها، مانند آلکان ها، عملاً در آب نامحلول هستند و به آسانی در سایر حلال های آلی محلول هستند، به استثنای متیل الکل. همه آنها چگالی کمتری نسبت به آب دارند.

الکل ها در طبیعت رایج هستند. اکثر مردم با الکل اتیلیک (اتانول)، ماده فعال در نوشیدنی های الکلی آشنا هستند، اما این فقط یکی از خانواده های آن است. ترکیبات آلیبه عنوان الکل شناخته می شود. بدست آوردن آنها، به ویژه اتیل (شراب) در نتیجه تخمیر آنزیمی آب انگور، یکی از اولین فرآیندهای شیمیایی بود که توسط بشر تسلط یافت.

نامگذاری الکل ها

الکل ها ترکیبات آلی از گروه عاملی هیدروکسیل (OH) با اتم کربن آلیفاتیک هستند. از آنجایی که OH وابستگی مولکول های همه الکل ها است، آنها اغلب به عنوان مشتقات آب با فرمول کلی ROH نشان داده می شوند که در آن R یک گروه آلکیل را نشان می دهد.

تولید الکل های متانول (CH 3 OH ) و اتانول ( CH 3 CH 2 OH ) که دو عضو اول سری همولوگ آنها هستند ، وظیفه مهمی برای صنایع شیمیایی در بسیاری از کشورها است. هنگامی که حاوی یک تا چهار اتم کربن هستند، اغلب با نام‌های رایجی که در آن نام گروه آلکیل با کلمه الکل همراه می‌شود، شناخته می‌شوند:

مشاهده می شود که هر چهار (دو مورد آخر ایزومرهای یک ماده هستند) مولکول الکل ارائه شده در بالا حاوی یک گروه هیدروکسیل هستند. بر این اساس، همه آنها به کلاس الکل های مونوهیدریک تعلق دارند (الکل های دو، سه، چهار و پلی هیدریک نیز وجود دارد). علاوه بر این، همه آنها مشتقات هیدروکربن های اشباع شده از تعدادی آلکان هستند: متان، اتان، پروپان (نام الکل ها با افزودن پایان "-ol" به نام آلکن به دست می آید). از این رو به آنها الکل های تک هیدریک اشباع نیز می گویند.

الکل های مونوهیدریک

آماده‌سازی، خواص (هم فیزیکی و هم شیمیایی) این ترکیبات به تعداد اتم‌های کربن متصل به اتم خود که مستقیماً به گروه OH متصل است بستگی دارد. بنابراین الکل های مونوهیدریک را می توان بر این اساس به سه دسته دسته بندی کرد.

به دست آوردن الکل های مونوهیدریک در صنعت به روش های مختلفی امکان پذیر است که در ادامه به آن ها پرداخته می شود.

متانول به عنوان محصول گاز طبیعی

متانول از اختلاط گاز هیدروژن و مونوکسید کربن در دما و فشار بالا (200 atm, 350) تولید می شود. ° ج) در حضور یک کاتالیزور متشکل از اکسید روی (ZnO) و اکسید کروم (Cr 2 O 3) به عنوان کاتالیزور: 2H 2 + CO → CH 3 OH.

در عین حال، گاز طبیعی و بخار آب مواد اولیه برای به دست آوردن معرف ها هستند که با مخلوط کردن آن گاز سنتز تولید می شود که مخلوطی از CO و H 2 است.

متانول یک حلال مهم است و به عنوان سوخت خودرو استفاده می شود، یا به عنوان مایع شفاف در برخی از اتومبیل های مسابقه ای یا به عنوان یک افزودنی بنزین با اکتان بالا. تولید و استفاده از الکل ها در جهان و به ویژه متانول با میلیون ها تن اندازه گیری می شود. بر اساس نتایج سال 2013، 66 میلیون تن متانول در جهان مصرف شده است که 65 درصد آن در آسیا، 17 درصد در اروپا و 11 درصد در آمریکا مصرف شده است.

به دست آوردن الکل های اشباع از آلکن ها

بسیاری از الکل های وزن ساده با اهمیت صنعتی با هیدراتاسیون (افزودن آب) آلکن ها (اتیلن، پروپیلن، بوتن) تولید می شوند. اتانول، ایزوپروپانول، بوتانول (ثانویه و سوم) از این واکنش بدست می آید.

روش های شناخته شده مستقیم و غیرمستقیم بدست آوردن الکل ها از طریق هیدراتاسیون. مستقیم از تشکیل واسطه های پایدار معمولاً با کمک کاتالیزورهای اسیدی جلوگیری می کند.

کاتالیزور معمولاً اسید فسفریک است که روی یک تکیه گاه متخلخل مانند سیلیکاژل یا خاک دیاتومه جذب می شود. این کاتالیزور اولین بار برای تولید اتانول در مقیاس بزرگ در ایالات متحده توسط شل در سال 1947 استفاده شد. این واکنش در حضور بخار فشار بالا در دمای 300 درجه سانتی گراد، با نسبت 1.0:0.6 بین اتیلن و بخار انجام می شود.

واکنش مشابه برای تولید ایزوپروپیل الکل از کاتالیزورها به شکل اسید سولفوریک به شرح زیر است.

روش غیر مستقیم هیدراتاسیون اتیلن

به روشی غیرمستقیم، که برای اولین بار در مقیاس صنعتی در سال 1930 اعمال شد، اما امروزه تقریباً کاملاً منسوخ شده است، واکنش برای به دست آوردن الکل ها شامل تبدیل یک آلکن به استرهای سولفات است که سپس هیدرولیز می شوند. به طور سنتی، آلکن با اسید سولفوریک درمان می شود تا استرهای آلکیل سولفات تولید کند. در مورد تولید اتانول، این مرحله را می توان به صورت زیر نوشت: H 2 SO 4 + C 2 H 4 → C 2 H 5 -O-SO 3 H

پس از آن، این سولفات استر هیدرولیز می شود تا اسید سولفوریک را بازسازی کند و اتانول آزاد کند: C 2 H 5 -O-SO 3 H + H 2 O → H 2 SO 4 + C 2 H 5 OH.

روش‌های به دست آوردن الکل‌ها بسیار متنوع است، اما فرآیندی که در زیر توضیح داده می‌شود، احتمالاً برای هر خواننده شناخته شده است.

تخمیر الکلی

این یک فرآیند بیولوژیکی است که در آن مولکول هایی مانند گلوکز، فروکتوز و ساکارز با تولید اتانول و دی اکسید کربن به عنوان محصولات متابولیکی به طور موازی به انرژی سلولی تبدیل می شوند. تخمیر توسط آنزیم های موجود در مخمر کاتالیز می شود و از طریق یک مکانیسم پیچیده چند مرحله ای انجام می شود که به طور کلی شامل تبدیل (در مرحله اول) نشاسته موجود در دانه های گیاهی به گلوکز و به دنبال آن تولید اتانول از آن است. از آنجایی که مخمر این تبدیل را در غیاب اکسیژن انجام می دهد، تخمیر الکلی یک فرآیند بی هوازی در نظر گرفته می شود.

واکنش های بدست آوردن الکل ها از طریق تخمیر را می توان به صورت زیر نشان داد:

روش های تهیه مشروبات الکلی

تمام اتانول موجود در نوشیدنی های الکلی از طریق تخمیر ناشی از مخمر تولید می شود.

شراب از طریق تخمیر از قندهای طبیعی موجود در انگور ساخته می شود. سيدر از تخمير مشابهي از قند طبيعي به ترتيب در سيب و گلابي بدست مي آيد. و سایر شراب های میوه ای از تخمیر قندهای موجود در هر نوع میوه دیگری ساخته می شوند. مشروبات الکلی براندی و کنیاک (به عنوان مثال، اسلیوویتز) از تقطیر نوشیدنی های بدست آمده از تخمیر قندهای میوه تولید می شود.

نوشیدنی های عسل از طریق تخمیر از قندهای طبیعی موجود در عسل ساخته می شوند.

آبجو، ویسکی و ودکا از تخمیر دانه‌های نشاسته ساخته می‌شوند که با عمل آنزیم آمیلاز به قند تبدیل می‌شوند، موجود در دانه‌هایی که تحت جوانه زدن مالت قرار گرفته‌اند. منابع دیگر نشاسته (مانند سیب زمینی و غلات غیر مالت دار) را می توان به مخلوط اضافه کرد زیرا آمیلاز روی نشاسته آنها نیز اثر می گذارد.

شراب‌های برنج (از جمله ساکی) از تخمیر نشاسته‌های دانه‌ای ساخته می‌شوند که توسط قارچ Aspergillus ogugae به قند تبدیل می‌شوند.

رام و برخی نوشیدنی های دیگر از تخمیر و تقطیر نیشکر به دست می آیند. رام معمولا از محصول نیشکر، ملاس تهیه می شود.

در همه موارد، تخمیر باید در ظرفی انجام شود که به دی اکسید کربن اجازه خروج بدهد اما از ورود هوای بیرون جلوگیری کند. این امر ضروری است زیرا قرار گرفتن در معرض اکسیژن از تشکیل اتانول جلوگیری می کند و تجمع دی اکسید کربن خطر پارگی رگ را ایجاد می کند.

واکنش جایگزینی هسته دوست

تولید الکل ها در آزمایشگاه ها با روش هایی انجام می شود که از مواد شیمیایی با طیف گسترده ای از طبقات به عنوان محصولات شروع واکنش ها، از هیدروکربن ها تا ترکیبات کربونیل، استفاده می شود. راه های مختلفی وجود دارد که به چند واکنش اساسی خلاصه می شود.

هالوآلکان های اولیه با محلول های آبی NaOH یا قلیاهای KOH واکنش داده و الکل های اولیه را در یک واکنش جایگزینی آلیفاتیک هسته دوست تشکیل می دهند. به عنوان مثال، هنگامی که متیل بروماید با محلول هیدروکسید سدیم واکنش می دهد، گروه های هیدروکسیل تشکیل شده در طی تفکیک قلیایی جایگزین یون های برم می شوند و متانول را تشکیل می دهند.

چندین واکنش که امکان تهیه الکل ها را در آزمایشگاه ها فراهم می کند در زیر آورده شده است.

افزودن هسته دوست

معرف های گریگنارد (ترکیبات منیزیم با آلکیل هالیدها - یدیدها یا برومیدها) و همچنین ترکیبات آلی فلزی مس و لیتیوم با گروه های کربونیل (C = O) آلدئیدها واکنش داده و بسته به مکانیسم افزودن الکل های اولیه و ثانویه تشکیل می دهند. واکنش های مشابه. با کتون ها منجر به الکل های سوم می شود.

واکنش باربیه بین یک هالوآلکان و یک گروه کربونیل به عنوان یک بستر الکتروفیل در حضور منیزیم، آلومینیوم، روی، ایندیم، قلع یا نمک های آن انجام می شود. محصول واکنش یک الکل اولیه، ثانویه یا سوم است. مکانیسم آن مشابه واکنش گریگنارد است، با این تفاوت که واکنش باربیه سنتز یک گلدانی است، در حالی که معرف گریگنارد قبل از افزودن ترکیب کربونیل به طور جداگانه تهیه می شود.

به عنوان یک واکنش افزودنی هسته دوست، برخلاف واکنشگرهای گریگنارد یا ارگانولیتیوم، با فلزات نسبتاً ارزان و مقاوم در برابر آب یا ترکیبات آنها رخ می دهد. به همین دلیل، در بسیاری از موارد می توان آن را در آب اجرا کرد و فرآیند را به بخشی از شیمی سبز تبدیل کرد. واکنش باربی به نام فیلیپ باربیه، معلم ویکتور گریگنارد نامگذاری شده است.

واکنش بازیابی

آلدئیدها یا کتون ها با سدیم بوروهیدرید (NaBH 4) یا (پس از تیمار اسیدی) با لیتیوم آلومینیوم هیدرید (LiAlH) به الکل احیا می شوند.

در واکنش Meerwein-Pondorf-Werli (MPV)، تولید الکل ها با احیای کتون ها و آلدئیدها با استفاده از یک کاتالیزور آلکوکسید آلومینیوم انجام می شود. از مزایای MPV می توان به انتخاب شیمیایی بالای آن و استفاده از کاتالیزور فلزی ارزان و سازگار با محیط زیست اشاره کرد. این واکنش توسط Meerwein و Schmidt و به طور مستقل توسط Wehrli در سال 1925 کشف شد. آنها دریافتند که مخلوطی از اتوکسید آلومینیوم و اتانول می تواند آلدئیدها را به الکل آنها کاهش دهد. پوندورف واکنش را روی کتون ها اعمال کرد و کاتالیزور را به ایزوپروپوکسید آلومینیوم (Al(O-i-Pr) 3 که در آن i-Pr یک گروه ایزوپروپیل است (CH(CH3)2) ارتقا داد تا ایزوپروپانول تولید کند.

معادله کلی برای بدست آوردن الکل با احیای MPV کتونها به الکل به شرح زیر است:

البته این تمام آن چیزی نیست که می توان در مورد الکل ها و خواص آنها گفت، اما امیدواریم که توانسته باشید یک ایده کلی از آنها به دست آورید.

تعریف

آلکن هاهیدروکربن های غیر اشباع نامیده می شوند که مولکول های آنها دارای یک پیوند دوگانه هستند. ساختار مولکول آلکن با استفاده از اتیلن به عنوان مثال در شکل نشان داده شده است. یکی

برنج. 1. ساختار مولکول اتیلن.

از نظر خواص فیزیکی، آلکن‌ها با آلکان‌هایی با تعداد اتم‌های کربن یکسان در مولکول تفاوت کمی دارند. همولوگ های پایینی C 2 - C 4 در شرایط عادی گاز هستند. C 5 - C 17 - مایعات; همولوگ های بالاتر جامد هستند. آلکن ها در آب نامحلول هستند. بسیار محلول در حلال های آلی.

به دست آوردن آلکن

در صنعت، آلکن ها در طی پالایش نفت به دست می آیند: از طریق کراکینگ و هیدروژن زدایی آلکان ها. روش های آزمایشگاهی برای به دست آوردن آلکن ها را به دو گروه تقسیم کردیم:

• واکنش های حذف (شکاف)

- کم آبی الکل ها

CH 3 -CH 2 -OH → CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O (H 2 SO 4 (conc)، t 0 \u003d 170).

- هیدرو هالوژن زدایی مونو هالوآلکان ها

CH 3 -CH (Br) -CH 2 -CH 3 + الکل NaOH → CH 3 -CH \u003d CH-CH 3 + NaBr + H 2 O (t 0).

- هالوژن زدایی دی هالوآلکان ها

CH 3 -CH (Cl) -CH (Cl) -CH 2 -CH 3 + روی (Mg) → CH 3 -CH \u003d CH-CH 2 -CH 3 + ZnCl 2 (MgCl 2).

• هیدروژناسیون ناقص آلکین ها

CH≡CH + H 2 → CH 2 = CH 2 (Pd، t 0).

خواص شیمیایی آلکن ها

آلکن ها ترکیبات آلی بسیار واکنش پذیر هستند. این به دلیل ساختار آنها است. شیمی آلکن شیمی پیوند دوگانه است. واکنش‌های معمولی برای آلکن‌ها، واکنش‌های افزودن الکتروفیلی هستند.

تبدیل شیمیایی آلکن ها با شکافتن انجام می شود:

1) پی -اتصالات C-C(افزودن، پلیمریزاسیون و اکسیداسیون)

- هیدروژناسیون

CH 3 -CH \u003d CH 2 + H 2 → CH 3 -CH 2 -CH 2 (kat \u003d Pt).

- هالوژناسیون

CH 3 -CH 2 -CH \u003d CH 2 + Br 2 → CH 3 -CH 2 -CH (Br) -CH 2 Br.

- هیدروهالوژناسیون (طبق قانون مارکوفنیکوف انجام می شود: اتم هیدروژن عمدتاً به اتم کربن هیدروژنه تر متصل می شود)

CH 3 -CH \u003d CH 2 + H-Cl → CH 3 -CH (Cl) -CH 3.

- هیدراتاسیون

CH 2 \u003d CH 2 + H-OH → CH 3 -CH 2 -OH (H +، t 0).

- بسپارش

nCH 2 \u003d CH 2 → -[-CH 2 -CH 2 -] - n (kat، t 0).

- اکسیداسیون

CH 2 \u003d CH 2 + 2KMnO 4 + 2KOH → HO-CH 2 -CH 2 -OH + 2K 2 MnO 4.

2CH 2 \u003d CH 2 + O 2 → 2C 2 OH 4 (اپاکسید) (kat \u003d Ag, t 0)؛

2CH 2 \u003d CH 2 + O 2 → 2CH 3 -C (O) H (kat \u003d PdCl 2، CuCl).

2) پیوندهای σ- و π - С-С

CH 3 -CH \u003d CH-CH 2 -CH 3 + 4 [O] → CH 3 COOH + CH 3 CH 2 COOH (KMnO 4، H +، t 0).

3) پیوند با sp 3 -H (در موقعیت آلیل)

CH 2 \u003d CH 2 + Cl 2 → CH 2 \u003d CH-Cl + HCl (t 0 \u003d 400).

4) همه پیوندها را بشکنید

C 2 H 4 + 2O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O;

C n H 2n + 3n/2 O 2 → nCO 2 + nH 2 O.

کاربرد آلکن ها

آلکن ها در بخش های مختلف اقتصاد ملی کاربرد پیدا کرده اند. نمونه ای از نمایندگان فردی را در نظر بگیرید.

اتیلن به طور گسترده در سنتز آلی صنعتی برای به دست آوردن انواع ترکیبات آلی مانند مشتقات هالوژن، الکل ها (اتانول، اتیلن گلیکول)، استالدئید، اسید استیک و غیره استفاده می شود. اتیلن در مقادیر زیادی برای تولید پلیمرها مصرف می شود.

پروپیلن به عنوان ماده اولیه برای تولید الکل های خاص (مثلاً پروپانول-2، گلیسیرین)، استون و غیره استفاده می شود. پلی پروپیلن از پلیمریزاسیون پروپیلن به دست می آید.

نمونه هایی از حل مسئله

مثال 1

مثال 2

پیوند دوگانه آلکن ها اغلب در نتیجه واکنش های شکاف ایجاد می شود. هالوژن آلکان ها هالیدهای هیدروژن را تحت تأثیر بازهای قوی جدا می کنند. الکل ها آب را در دمای بالا یا تحت تأثیر معرف های اتصال دهنده آب جدا می کنند.

هیدروهالوژناسیون

در این واکنش‌ها، اتم‌های هیدروژن و هالوژن متصل به اتم‌های کربن همسایه با عمل معرف‌های قوی بازی مانند محلول هیدروکسید پتاسیم در الکل حذف می‌شوند:

مثلا:

اگر بتوان چندین آلکن مختلف را با حذف یک هالید هیدروژن تشکیل داد، مانند مثال بالا، آلکنی که جانشین‌های آلکیل بیشتری روی پیوند دوگانه دارد، عمدتاً تشکیل می‌شود (به فصل 5 مراجعه کنید).

کم آبی بدن

اصطلاح کم آبی به معنی از دست دادن یک مولکول آب توسط یک ترکیب است. الکل ها وقتی تحت تأثیر کاتالیزورهای اسیدی مانند اسیدهای سولفوریک و فسفریک گرم می شوند، آب را جدا می کنند:

در این حالت یک آلکن تشکیل می شود که نقطه جوش آن بسیار کمتر از الکل اولیه است که جداسازی آلکن را با تقطیر آسان می کند. دمای مخلوط واکنش بالاتر از نقطه جوش آلکن به دست آمده، اما پایین تر از نقطه جوش الکل شروع نگه داشته می شود. در این حالت، آلکن به هنگام تشکیل تقطیر می شود. به عنوان مثال، سیکلوهگزانول دارای نقطه جوش است و سیکلوهگزن تشکیل شده از آن در آن می جوشد.

نمونه های دیگر:

مانند هیدروهالوژن زدایی هالوآلکان ها، کم آبی الکل ها در برخی موارد می تواند منجر به مخلوطی از آلکن ها شود. ما این و جزئیات مکانیسم واکنش را با جزئیات بیشتر در فصل بحث خواهیم کرد. 7.

به دست آوردن آلکن ها از آلکین ها

علاوه بر واکنش های حذفی که در بالا توضیح داده شد، می توان از افزودن یک مول هیدروژن به آلکین ها برای سنتز آلکن ها استفاده کرد. برای به دست آوردن سیس آلکن، پالادیوم غیرفعال شده توسط کینولین روی سولفات باریم به عنوان کاتالیزور استفاده می شود. کینولین دارای ساختار زیر است:

ترانس آلکن ها از احیای آلکین ها با لیتیوم در آمونیاک مایع به دست می آیند:

در زیر دو مثال خاص آورده شده است:

باید درک کرد که پیشوندهای cis- و trans- می توانند به هندسه مولکول اشاره داشته باشند و می توانند برای توصیف ماهیت هر فرآیندی استفاده شوند.

اصطلاحات پیوست سیس (گاهی اوقات به آن پیوستگی syn-attachment) و ترانس پیوست (yagi-attachment) به این معنی است که اتم ها یا گروه های به هم پیوسته از یک یا به ترتیب از طرف های مختلف پیوند یا مولکول می آیند. در فصل 3 ما از این مفاهیم در هنگام بحث در مورد تبدیل آلکن ها به آلکان استفاده کردیم. در اینجا ما در مورد بدست آوردن آلکن از آلکین ها صحبت می کنیم، اما معنای اصطلاحات از این تغییر نمی کند.

آپکن ها از هیدروهالوژن زدایی هالوآلکان ها، کم آبی الکل ها یا افزودن هیدروژن به پیوند سه گانه آلکین ها به دست می آیند. در مورد دوم، با انتخاب یک معرف مناسب، می توان آلکن ها را با یک استریوشیمی پیوند دوگانه به دست آورد.