Алкандар активдүү эмес экендигине карабастан, галогендер же башка эркин радикалдар менен өз ара аракеттенгенде чоң көлөмдөгү энергияны бөлүп чыгарууга жөндөмдүү. Алкандар жана алар менен болгон реакциялар көптөгөн тармактарда дайыма колдонулат.
Алкан фактылары
Алкандар органикалык химияда маанилүү орунду ээлейт. Химиядагы алкандардын формуласы C H2n+2. Бензол шакеги бар ароматтиктерден айырмаланып, алкандар алифаттык (ациклдик) болуп эсептелет.
Кандайдыр бир алкандын молекуласында бардык элементтер бир байланыш менен байланышкан. Демек, бул заттардын тобунун «-ан» аягы бар. Демек, алкендерде бир кош байланыш, алкиндерде бир үчтүк байланыш бар. Мисалы, алкодиендерде эки кош байланыш бар.
Алкандар каныккан углеводороддор. Башкача айтканда, алар H (суутек) атомдорунун максималдуу санын камтыйт. Алкандагы бардык көмүртек атомдору sp3 – гибриддештирүү абалында. Бул алкан молекуласы тетраэдрдик эрежеге ылайык курулган дегенди билдирет. Метан молекуласы (CH4) тетраэдрге окшош,ал эми калган алкандар зигзагдуу түзүлүшкө ээ.
Алкандардагы бардык С атомдору ơ - байланыштар (сигма - байланыштар) аркылуу байланышкан. C–C байланыштары полярдуу эмес, C–H байланыштары начар полярдуу.
Алкандардын касиеттери
Жогоруда айтылгандай, алкандар тобу аз активдүүлүккө ээ. Эки С атомунун ортосундагы жана С жана Н атомдорунун ортосундагы байланыштар күчтүү, ошондуктан аларды тышкы таасирлер менен жок кылуу кыйын. Алкандардагы бардык байланыштар ơ байланыштар, ошондуктан алар үзүлсө, адатта радикалдар пайда болот.
Алкандардын галогендеши
Атомдордун байланыштарынын өзгөчө касиеттеринен улам алкандар алмаштыруу жана ажыроо реакцияларына мүнөздүү. Алкандардагы алмаштыруу реакцияларында суутек атомдору башка атомдорду же молекулаларды алмаштырат. Алкандар галогендер - Менделеевдин мезгилдик системасынын 17-тобуна кирген заттар менен жакшы аракеттенишет. Галогендер фтор (F), бром (Br), хлор (Cl), йод (I), астатин (At) жана теннесин (Ц) болуп саналат. Галогендер абдан күчтүү кычкылдандыргыч заттар. Алар Д. И. Менделеевдин таблицасындагы дээрлик бардык заттар менен реакцияга кирет.
Алкандардын хлордоо реакциялары
Практикада көбүнчө бром жана хлор алкандарды галогендештирүүгө катышат. Фтор өтө активдүү элемент - аны менен реакция жарылуучу болот. Йод алсыз, ошондуктан алмаштыруу реакциясы аны менен жүрбөйт. Ал эми астатин табиятта өтө сейрек кездешет, андыктан эксперименттер үчүн аны жетиштүү өлчөмдө чогултуу кыйын.
Галогендөө кадамдары
Бардык алкандар галогендөөнүн үч баскычынан өтөт:
- Чынжырдын же демилгенин келип чыгышы. Таасир астындакүн нуру, жылуулук же ультра кызгылт көк нурланууда хлор молекуласы Cl2 эки эркин радикалга ажырайт. Ар биринин сырткы катмарында жупташтырылбаган бирден электрон бар.
- Чынжырдын өнүгүшү же өсүшү. Радикалдар метан молекулалары менен өз ара аракеттенишет.
- Чынжырды токтотуу алкан галогендөөнүн акыркы бөлүгү. Бардык радикалдар бири-бири менен биригип, акыры толугу менен жок болот.
Алкандардын бромдалуусу
Жогорку алкандарды этандан кийин галогендөөдө изомерлердин пайда болушу кыйын. Күн нурунун таасири астында бир заттан түрдүү изомерлер пайда болушу мүмкүн. Бул алмаштыруу реакциясынын натыйжасында болот. Бул галогендөө учурунда алкандагы каалаган Н атому эркин радикал менен алмаштырылышы мүмкүн экендигинин далили. Комплекстүү алкан эки затка ажырайт, алардын пайызы реакция шарттарына жараша абдан өзгөрүшү мүмкүн.
Пропан броминациясы (2-бромопропан). Жогорку температуранын жана күн нурунун таасири астында пропанды Br2 молекуласы менен галогендөө реакциясында 1-бромопропан - 3% жана 2-бромопропан - 97% бөлүнөт.
Бутандын бромациясы. Бутан жарыктын жана жогорку температуранын таасири астында бромдолгондо 2% 1-бромобутан жана 98% 2-бромобутан чыгат.
Алкандарды хлордоо жана бромдоо ортосундагы айырма
Хлордоо өнөр жайда көбүрөөк колдонулат. Мисалы, изомерлердин аралашмасын камтыган эриткичтерди өндүрүү үчүн. Галоалканды алгандан кийинбири-биринен ажыратуу кыйын, бирок рынокто аралашма таза продуктыдан арзаныраак. Лабораторияларда бромдоштуруу көбүрөөк кездешет. Бром хлорго караганда алсызыраак. Анын реакцияга жөндөмдүүлүгү төмөн, ошондуктан бром атомдору жогорку селективдүүлүккө ээ. Бул реакция учурунда атомдор кайсы суутек атомун алмаштырууну "тандайт" дегенди билдирет.
Хлорлоо реакциясынын мүнөзү
Алкандарды хлорлоодо изомерлер алардын масса үлүшү боюнча болжол менен бирдей өлчөмдө түзүлөт. Мисалы, температураны 454 градуска чейин жогорулатуу түрүндө катализатор менен пропанды хлорлоо бизге тиешелүүлүгүнө жараша 25% жана 75% катышында 2-хлоропропан жана 1-хлоропропан берет. Галогендөө реакциясы ультрафиолет нурлануунун жардамы менен гана жүрсө, 43% 1-хлоропропан, 57% 2-хлоропропан алынат. Реакция шарттарына жараша алынган изомерлердин катышы ар кандай болушу мүмкүн.
Бромдоо реакциясынын мүнөзү
Алкандардын бромдоо реакцияларынын натыйжасында дээрлик таза зат оңой бөлүнүп чыгат. Мисалы, 1-бромопропан – 3%, 2-бромопропан – 97% н-пропан молекуласы. Ошондуктан, бромдоо көбүнчө лабораторияларда белгилүү бир затты синтездөө үчүн колдонулат.
Алкандардын сульфациясы
Алкандар да радикалдуу алмаштыруу механизми аркылуу сульфондолот. Реакция жаралышы үчүн кычкылтек жана күкүрт оксиди SO2 (күкүрттүү ангидрид) алканга бир убакта таасир этет. Реакциянын натыйжасында алкан алкилсульфон кислотасына айланат. Бутан сульфонациясынын мисалы:
CH3CH2CH2CH3+ O2 +SO2 → CH3CH2CH2CH 2SO2OH
Алкандарды сульфоксидантуунун жалпы формуласы:
R―H + O2 + SO2 → R―SO2OH
Алкандарды сульфохлорлоо
Сульфохлорлоодо кычкылтектин ордуна хлор кычкылдандыргыч катары колдонулат. Алкансульфон хлориддери ушундай жол менен алынат. Сульфохлордоо реакциясы бардык углеводороддорго мүнөздүү. Бул бөлмө температурасында жана күн нурунда пайда болот. Катализатор катары органикалык пероксиддер да колдонулат. Мындай реакция көмүртек жана суутек атомдору менен байланышкан экинчилик жана биринчилик байланыштарга гана таасир этет. Реакция чынжыры үзүлгөндүктөн зат үчүнчү даражадагы атомдорго жетпейт.
Коноваловдун реакциясы
Нитрлөө реакциясы, алкандардын галогендөө реакциясы сыяктуу, эркин радикалдык механизм боюнча жүрөт. Реакция өтө суюлтулган (10 - 20%) азот кислотасын (HNO3) колдонуу менен жүргүзүлөт. Реакция механизми: реакциянын натыйжасында алкандар кошулмалардын аралашмасын түзөт. Реакцияны катализдөө үчүн температуранын 140⁰ чейин жогорулашы жана нормалдуу же жогорулатылган чөйрө басымы колдонулат. Нитрлөө учурунда мурунку алмаштыруу реакцияларынан айырмаланып, С–С байланыштары гана С–Н эмес, бузулат. Бул крекинг болуп жатат дегенди билдирет. Бул бөлүү реакциясы.
Кислиденүү жана күйүү реакциялары
Алкандар да эркин радикалдын түрүнө жараша кычкылданышат. Парафиндер үчүн кычкылдануу реакциясы аркылуу иштетүүнүн үч түрү бар.
- Газ фазасында. Ошентипальдегиддерди жана төмөнкү спирттерди алыңыз.
- Суюк фазада. бор кислотасын кошуу менен термикалык кычкылданууну колдонуу. Бул ыкма менен С10 баштап С20 чейин жогорку спирттер алынат.
- Суюк фазада. Алкандар карбон кислоталарын синтездөө үчүн кычкылданат.
Оксиденүү процессинде эркин радикал O2 суутек компонентин толук же жарым-жартылай алмаштырат. Толук кычкылдануу күйүү болуп саналат.
Жакшы күйүүчү алкандар ТЭЦ жана ичинен күйүүчү кыймылдаткычтар үчүн отун катары колдонулат. Алкандар күйгөндө көп жылуулук энергиясы пайда болот. Татаал алкандар ичтен күйүүчү кыймылдаткычтарга жайгаштырылат. Жөнөкөй алкандардагы кычкылтек менен өз ара аракеттенүү жарылууга алып келиши мүмкүн. Асфальт, парафин жана өнөр жай үчүн түрдүү майлоочу майлар алкандар менен реакциянын натыйжасында пайда болгон калдыктардан жасалат.
