Мүмкін болатын изомерлердің сандарын есептеп шығару үшін математикалық формулалар қолданылады. 7 – таблицадағы және одан кейін келетін таблицалардағы сандар сол формулалардың көмегімен табылған. Мысалы С14Н30 парафині үшін екі мыңға жуық изомерлі құрылыс формулалары бар екені есептеп шығарылған.
Алайда, бүгінде белгілі болып отырған изомерлердің саны, теориялық түрде мүмкін болатын изомерлер санынан мүлдем аз. Әдетте гомологтық қатардағы С4 – С9 аралығындағы заттардың ғана изомерлері біршама барлығы табылды деуге болады.
Бұл изомерлердің барлығы тек көміртегі қаңқасының молекулалардағы өзгерістері арқылы ғана түзілген изомерлер. Басқа гомологтық қатарларда изомерлердің саны тіпті жылдам өседі; себебі бұларда көміртегі қаңқасының изомерлерімен қатар құрылымдық изомерлердің басқа түрлері де келіп қосылады. Оны 8 – таблицада келтірілген спирттердің изомерлерінің мүмкін болатын сандарынан жақсы байқауға болады.
Егер құрылымдық изомериясынан басқа кеңістіктік изомериясын да еске алсақ, онда қай кластың болмасын гомологтық қатарындағы изомерлердің саны әлденеше есе артады. Мысалы, С20Н42 құрамы қаныққан көмірсутегінің құрылымдық және кеңістіктік изомерлердің жалпы саны 3 395 694 болып шығады.
1. Органикалық қосылыстардың қандай сыныптарын білесіз?
2. Изомерия дегеніміз не?
3. Гомология дегеніміз не?
Тармақталмаған алкандардың аталуы ескі қалыптасқан, тривиалды атаулар: метан, этан, пропан, бутан. Ал С5Н12 – ден бастап латын сандарына сәйкес: С5Н12 – пентан (бес), С6Н14 – гексан (алты)…………….. С10Н22 – декан (он).
Рационалды номенклатура бойынша алкандарды бір немесе бірнеше (екі, үш, төрт) сутегі атомдары алкил топтарына алмасқан метанның туындысы деп қарастырады.
+ +
Орны санмен көрсетілген алкил тобының аталуы
Басты көміртегі тізбегі – ең ұзын көміртегі тізбегі
2 – метилпентан 3 - метилгептан
Орынбасарлар екі немесе одан көп болғанда басты көміртегі тізбегін орынбасарлар жақын жағынан бастап нөмірлейді.
СН3
8 7 6 5 4 3 2 1
СН3 ― СН2― СН2― СН ― СН2― С ― СН2― СН3
СН3 СН2
СН3
3,5 – диметил – 3 этилоктан
Егер бірдей бірнеше орынбасарлар бар болса: ди, три, тетра….. көбейткіш қосымшалар жалғанады.
1 2 3 4 5
С Н3 ― СН ― СН ― СН ― СН3
СН3 СН3 СН3
2, 3, 4 – триметилпентан
Структуралық изомерия органикалық қосылыстардың барлық кластарына тән изомерия, көміртегі қаңқасының (тізбегінің) өзгеруі арқылы түзіледі.
Алкандардың структуралық изомериясы бутаннан басталады.
СН3 СН2СН2 СН3 СН3 ― СН ― СН3
СН3
бутан 2- метилпропан (изобутан)
ТҚ ═ - 0,50С ТҚ ═ - 120С
СН3
СН3―СН2―СН2―СН3 СН3―СН―СН2―СН3 СН3―С― СН3
СН3 СН3
пентан 2 – метилбутан 2,2 - Диметилпропан
(изопентан) (неопентан)
ТҚ ═ -360С ТҚ ═ - 280С ТҚ ═ - 9,50С
Алкандардың структуралық изомерлері
Көміртек атомдарының саны
|
Изомерлер
саны
|
Көміртек атомдарының саны
|
Изомерлер
саны
|
1
|
1
|
8
|
18
|
2
|
1
|
9
|
35
|
3
|
1
|
10
|
75
|
4
|
2
|
15
|
4 347
|
5
|
3
|
20
|
336 319
|
6
|
5
|
25
|
36 797588
|
7
|
9
|
30
|
4 111 846763
|
1.3. АЛУ ӘДІСТЕРІ
1. Табиғи көздері
Алкандарды табиғи газдардан, мұнайдан және көмірден алуға болады.
2. Лабораториялық әдістер.
2.1 Қанықпаған көмірсутектерді сутектендіру
Pd; Pt; Ni
R – CH ═ CH2 + H2 R – CH2 – CH3
2.2. Галогентуындылардан алу
- галогентуындыларды тотықсыздандыру
Pd
СН3 – СН2 – СІ + Н2 СН3 – СН3 + НСІ
СН3СН2 – І + НІ СН3 – СН3 + І2
- Вюрц реакциясы
СН3І + 2Na + I – СН3 СН3 – СН3 + 2 NaI
Вюрц реакциясының бірінші сатысында натрийалкилдер түзіледі:
СН3І + 2Na СН3Na + 2NaI
метилнатрий
Екінші сатыда натрийалкил галогеналкилдермен әрекеттеседі.
СН3Na + СН3І СН3 – СН3 + NaI
Вюрц синтезінде әртүрлі галогеналкилдер пайдаланса, алкандардың үш түрлі қоспасы түзіледі.
СН3 – СН3 + 2 NaI
этан
3 СН3І + 6 Na + 3 СН3СН2І СН3 – СН2 – СН3 + 2 NaI
пропан
СН3СН2 – СН2СН3 + 2 NaI
бутан
Мұндай қоспаны бөлу оңай емес, сондықтан Вюрц реакциясында бірдей галогеналкилдер қолданылады.
3. Магнийорганикалық қосылыстардан алу.
эфир
CH3CH2I + Mg CH3CH2MgI
иодтыэтилмагний
C H3CH2MgІ + НОН CH3CH3 + MgIОН
4. Карбон қышқылдарының тұздарынан алу.
- электролиз әдісі – Кольбе реакциясы
CH3CОО Na CH3CОО - + Na+
СH3CОО - – е- CH3CОО0
СH3CОО 0 CО2 + CH3
0 0
СH3 + CH3 CH3 – CH3
- карбон қышқылдарының тұздарын сілтілер қосып күйдіру.
Бақылау сұрақтары:
1. Көмірсутектер дегеніміз не?
2. Көмірсутектерді жіктеңіз?
3. Қаныққан көмірсутектерге сипаттама беріңіз?
3 – дәріс. Алкандардың химиялық қасиеттері
Дәрістің жоспары:
1. Химиялық қасиеттері
Дәрістің мақсаты: алкандардың химиялық қасиеттерін, оларға қандай реакциялар тән екендігін қарастыру
Дәрістің мазмұны:
Химиялық қасиеттері
Органикалық қосылыстардың химиялық қасиеттері олардың құрылысына тәуелді. Химиялық құрылыс теориясының қазіргі кездегі мәніне сәйкес – органикалық қосылыстардың физикалық химиялық қасиеттері – олардың құрамына сонымен бірге, химиялық, кеңістік және электрондық құрылысына байланысты.
Алкандардағы көміртек атомы SР3 – гибридтену күйінде болады. Мысалы, метандағы (СН4) төрт жай коваленттік (σ- сигма) байланыстар көміртек атомының төрт тетраэдрлік (гибридтелген) орбиталарының (SР3 – валенттік күйдегі) сутек атомының 1S орбиталдарымен бүркесуімен құрылады. Байланыстардың арасындағы валенттік бұрышы 1090281 тең.
Қалыпты жағдайда алкандар көп реагенттермен әрекеттеспейді. Өте инертті. Орыс химигі М.И. Коновалов алкандарды «химиялық өліктер» деп атаған.
Н2SO4
HNO3 (k)
СПН2П+2 + NаOH әрекеттеспейді.
KMnO4
K2Cr2O7
Оның себебін алкандардың электрондық құрылысынан, яғни С – С; С – Н байланыстардың табиғатынан іздеу керек. С – С, С – Н - σ (сигма) байланыстары өте берік, полюстенбеген, полюстенгіштігі аз. (№ 7 таблица)
С – С; С – Н байланыстары иондық ыдырауға бейім емес, бос радикалдар түзу арқылы, гомологтық бөлшектенеді. Алкандар орынбасу, ыдырау, тотығу (жану) реакцияларына тек ерекше жағдайлар жасағанда түседі (жарық – (hv) -; температура, катализатор).
1. Радикалды орынбасу реакциялары (SR)
Галогендеу.
С Н4 + СІ2 СН3СІ + СІ2 СН2СІ2 СНСІ3 ССІ4
- НСІ хлорлы - НСІ хлорлы - НСІ хлороформ төртхлорлы
метил метилен көміртек
Галогендеу реакциясының механизмін анықтаған академик Н.Н. Семенов. Бұл тізбекті реакция. Реакция басталуы үшін инициаторлар – жарық – керек. Жарықтың әсерінен хлордың молекуласы радикалға ыдырайды.
І. Тізбектің басталуы.
СІ2 2СІ˚
ІІ. Тізбектің өсуі.
СІ˚ - радикалы метан молекуласына шабуыл жасайды.
0
С Н3 – Н + СІ˚ СН3 + НСІ
0
СН3 + СІ – СІ СН3СІ + СІ˚
0
СН3СІ + СІ˚ СН2СІ + НСІ
0
СН2СІ + СІ – СІ СН2СІ2 + СІ˚
0 0
СН2СІ2 + СІ СНСІ2 + НСІ
0
СНСІ2 + СІ – СІ СНСІ3 + СІ˚
0 0
С НСІ3 + СІ ССІ3 + НСІ
0
ССІ3 + СІ – СІ ССІ4 + СІ˚
ІІІ. Тізбектің үзілуі.
Реакция шексіз кете бермейді, екі радикал кездескенде тоқтайды.
0 0
С Н3 + СІ СН3СІ
0 0
СН3СІ + СІ СН2СІ2 т.б…..
Біріншілік, екіншілік және үшіншілік көміртек атомдарындағы сутек атомдарының орынбасу реакциясына түсу жылдамдықтарының арақатысы:
Н СН3
СН3 – СН2 – Н < СН3 – С – Н < Н3С – С – Н
СН3 СН3
1 : 3.25 : 4.3
Оның себебі С – Н байланыстарының үзілу энергиясымен түсіндіріледі.
СН3 СН3
СН3 – СН2 – Н СН3 – СН – Н Н3С – С – Н
СН3
98 ккал/моль 94 ккал/моль 89 ккал/моль
Алкандар барлық галогендермен әрекеттеседі, бірақ реакцияның өту жағдайы әртрүлі: фтормен реакция қопарылыс береді, хлормен реакция жеңіл өтеді, иодпен реакция тепе – теңдікпен шектеледі.
2. Нитрлеу реакциясы.
Нитрлеу реакциясын 1888 ж. М.И. Коновалов жүргізген. («өліктерді» тірілту реакциясы).
Алкандар 12 – 15% - ті сұйытылған азот қышқылымен, 140 – 1500С температура арасында нитрленеді. Ал концентрлі азот қышқылымен қыздырғанда алкандар тотығады.
Нитрлеу реакциясының механизмі де радикалды (SR)
1400С
С Н3СН2СН3 + НNO3 (15%) СН3 – СН – СН3 + НOН
NО2
0
Бос радикал (NО2) азот қышқылымен бірге қоспа ретінде жүретін азотты қышқыл әрекеттесенде түзіледі.
НNO3 + НNO2 N2О4 + НОН
0
N2О4 2NО2
0 0
СН3СН2СН3 + NО2 СН3 – СН – СН3 + Н NО2
0 0
СН3 – СН – СН3 + NО2 СН3 – СН – СН3
NО2
Нитрлеу реакциясында қосымша азотты қышқылдың эфирі де түзіледі:
О – NО
0 0
СН3 – СН – СН3 + NО2 СН3 – СН – СН3
3. Сульфирлеу реакциясы.
Қалыпты жағдайда алкандар концентрлі күкірт қышқылының әсеріне тұрақты, ал жоғары температурада тотығады.
Түтінделген күкірт қышқылымен әсер еткенде сульфирлеу реакциясы жүреді:
(SO2)
СН3 – СН3 + H2SO4 СН3СH2SO3H + HOH
T0C
4. Сульфохлорлау реакциясы.
С Н3 – СН3 + SO2 + СІ2 СН3СH2SO2СІ + HСІ
Метансульфохлорид
Сульфохлорлау реакциясы тізбекті радикалды механизммен жүреді.
С І2 2СІ˚
R – H + CI˚ R˚ + HCI
R˚ + SO2 RSO˚2
RSO˚2 + CI2 RSO2CI + CI
Алкандарды сульфохлорлау арқылы 1939 – 1940 жылдарда сабынның орнына синтетикалық жуғыш заттар алынған.
Сульфохлоридтерді былғары, тоқыма өндірісінде де қолданады.
R – SO2CI + 2 NH3 R – SO2 – NH2 + NH4CI
сульфоамид
Сульфоамидтерді эмульгатор, ағартқыш заттар дайындауда пайдаланады.
ІІ. Алкандардың тотығу реакциялары.
Алкандарды тотықтыру арқылы: спирттер, альдегидтер, кетондар, карбон қышқылдарын алуға болады. Алкандардың тотығу реакциялары күрделі, көп сатылы процесс, радикалды, тізбекті механизммен жүреді.
[O] Кетон Карбон
Алкан Спирт қышқылдары
Альдегид
ІІІ. Ыдырау реакциялары.
Ы дырау реакциялары: С — Н байланыстарының үзілуімен (дегидрлеу),
н емесе С — С байланыстарының үзілуімен (крекинг) өтеді.
Дегидрлеу реакциясы.
Сч2О3
С 3Н8 С3Н6 + Н2
4600С
Крекинг процессінде көміртегі тізбегі гомолитикалық ыдырауға түседі, сонымен қатар изомеризация, циклизация, дегидрогенизация реакциялары жүреді, қанықпаған көмірсутектер түзіледі.
Н – бутанды крекинглеу процессінде келесі өнімдер түзілуі мүмкін.
С Н3 – СН2 – СН ═ СН2 + Н2
СН4 + СН3СН ═ СН2
СН2 ═ СН – СН2 – СН3 + СН3 – СН ═ СН – СН2 + Н2
С4Н10
СН2 ═ СН – СН ═ СН2 + 2Н2
СН3 – СН3 + СН4 + С
2СН ≡ СН + 3Н2
Мұнайды крекинглеу бірнеше түрлерге бөлінеді.