Halogeninti angliavandeniliai: gamyba, cheminės savybės, taikymas

2024 Autorius: Angel Austin | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 05:34

Angliavandeniliai yra labai didelė organinių junginių klasė. Jie apima keletą pagrindinių medžiagų grupių, iš kurių beveik kiekviena plačiai naudojama pramonėje, kasdieniame gyvenime ir gamtoje. Ypač svarbūs yra halogeninti angliavandeniliai, kurie bus aptariami straipsnyje. Jie turi ne tik didelę pramoninę reikšmę, bet ir yra svarbios žaliavos daugeliui cheminių sintezių, vaistų ir kitų svarbių junginių gavimo. Ypatingą dėmesį kreipkime į jų molekulių struktūrą, savybes ir kitas savybes.

Halogeninti angliavandeniliai: bendrosios charakteristikos

Chemijos mokslo požiūriu, šiai junginių klasei priskiriami visi tie angliavandeniliai, kuriuose vienas ar keli vandenilio atomai pakeisti vienu ar kitu halogenu. Tai labai plati medžiagų kategorija, nes jos turi didelę pramoninę reikšmę. Gana trumpam žmonėmsišmoko sintetinti beveik visus angliavandenilių halogeninius darinius, kuriuos būtina naudoti medicinoje, chemijos pramonėje, maisto pramonėje ir kasdieniame gyvenime.

Pagrindinis šių junginių gavimo būdas yra sintetinis būdas laboratorijoje ir pramonėje, nes gamtoje jų beveik nėra. Dėl halogeno atomo jie yra labai reaktyvūs. Tai iš esmės lemia jų, kaip tarpinių produktų, panaudojimo cheminėje sintezėje apimtį.

Kadangi yra daug halogenintų angliavandenilių atstovų, įprasta juos klasifikuoti pagal skirtingus kriterijus. Jis pagrįstas ir grandinės struktūra, ir ryšių daugybe, ir halogeno atomų skirtumais bei jų padėtimi.

Halogeniniai angliavandenilių dariniai: klasifikacija

Pirmoji atskyrimo parinktis pagrįsta visuotinai priimtais principais, kurie taikomi visiems organiniams junginiams. Klasifikavimas grindžiamas anglies grandinės tipo skirtumu, jos cikliškumu. Tuo remiantis jie išskiria:

• ribotas halogenintų angliavandenilių kiekis;
• neribotas;
• aromatinis;
• alifatinis;
• aciklinis.

Toliau pateiktas skirstymas pagrįstas halogeno atomo tipu ir kiekybiniu jo kiekiu molekulėje. Taigi, paskirkite:

• mono dariniai;
• diderivatai;
• trys-;
• tetra-;
• penta dariniai ir pan.

Jei kalbame apie halogeno tipą, pogrupio pavadinimą sudaro du žodžiai. Pavyzdžiui, monochloro darinys,trijodo darinys, tetrabromhalogenalkenas ir pan.

Yra ir kita klasifikavimo parinktis, pagal kurią daugiausia atskiriami sočiųjų angliavandenilių halogeniniai dariniai. Tai yra anglies atomo, prie kurio prijungtas halogenas, skaičius. Taigi, paskirkite:

• pagrindinės išvestinės finansinės priemonės;
• antrinis;
• aukštasis ir pan.

Kiekvienas konkretus atstovas gali būti reitinguojamas pagal visus ženklus ir nustatyti visą vietą organinių junginių sistemoje. Taigi, pavyzdžiui, junginys, kurio sudėtis yra CH₃ - CH₂-CH=CH-CCL_{3gali klasifikuoti taip. Tai nesotusis alifatinis penteno trichloro darinys.}

Molekulės struktūra

Halogeno atomų buvimas turi įtakos fizinėms ir cheminėms savybėms bei bendroms molekulės struktūros savybėms. Bendra šios klasės junginių formulė yra R-Hal, kur R yra bet kokios struktūros laisvas angliavandenilio radikalas, o Hal yra halogeno atomas, vienas ar daugiau. Ryšys tarp anglies ir halogeno yra stipriai poliarizuotas, todėl visa molekulė yra linkusi į du efektus:

• neigiamas indukcinis;
• mesomeriškai teigiamas.

Pirmasis iš jų yra daug ryškesnis, todėl Hal atomas visada pasižymi elektronus ištraukiančio pakaitalo savybėmis.

Priešingu atveju visos molekulės struktūrinės savybės niekuo nesiskiria nuo įprastų angliavandenilių. Savybės paaiškinamos grandinės sandara ir josišsišakojimas, anglies atomų skaičius, aromatinių savybių stiprumas.

Angliavandenilių halogenų darinių nomenklatūra nusipelno ypatingo dėmesio. Koks yra teisingas šių jungčių pavadinimas? Norėdami tai padaryti, turite laikytis kelių taisyklių.

1. Grandinės numeracija prasideda nuo krašto, esančio arčiausiai halogeno atomo. Jei yra daugkartinė jungtis, tada atgalinis skaičiavimas prasideda nuo jo, o ne nuo elektronus ištraukiančio pakaitalo.
2. Pavadinimas Hal nurodytas priešdėlyje, taip pat turėtų būti nurodytas anglies atomo, nuo kurio jis nukrypsta, skaičius.
3. Paskutinis žingsnis – pavadinti pagrindinę atomų grandinę (arba žiedą).

Panašaus pavadinimo pavyzdys: CH₂=CH-CHCL₂ - 3-dichlorpropenas-1.

Be to, pavadinimas gali būti suteiktas pagal racionalią nomenklatūrą. Šiuo atveju tariamas radikalo pavadinimas, o po to halogeno pavadinimas su priesaga -id. Pavyzdys: CH₃-CH₂-CH₂Br – propilbromidas.

Kaip ir kitos organinių junginių klasės, halogeninti angliavandeniliai turi ypatingą struktūrą. Tai leidžia daugelį atstovų pavadinti istoriniais vardais. Pavyzdžiui, halotanas CF₃CBrClH. Trijų halogenų buvimas vienu metu molekulės sudėtyje suteikia šiai medžiagai ypatingų savybių. Jis naudojamas medicinoje, todėl dažniausiai vartojamas istorinis pavadinimas.

Sintezės metodai

Angliavandenilių halogeninių darinių gavimo metodų pakankaįvairus. Yra penki pagrindiniai šių junginių sintezės metodai laboratorijoje ir pramonėje.

1. Įprastų įprastų angliavandenilių halogeninimas. Bendra reakcijos schema: R-H + Hal₂ → R-Hal + HHal. Proceso ypatumai yra tokie: su chloru ir bromu būtinas ultravioletinis švitinimas, su jodu reakcija beveik neįmanoma arba labai lėta. Sąveika su fluoru yra per aktyvi, todėl šis halogenas negali būti naudojamas gryna forma. Be to, halogeninant aromatinius darinius, būtina naudoti specialius proceso katalizatorius – Lewis rūgštis. Pavyzdžiui, geležies arba aliuminio chloridas.
2. Angliavandenilių halogenų dariniai taip pat gaunami hidrohalogeninant. Tačiau tam pradinis junginys būtinai turi būti nesotusis angliavandenilis. Pavyzdys: R=R-R + HHal → R-R-RHal. Dažniausiai toks elektrofilinis priedas naudojamas chloretilenui arba vinilo chloridui gauti, kadangi šis junginys yra svarbi pramoninės sintezės žaliava.
3. Hidrohalogenų poveikis alkoholiams. Bendras reakcijos vaizdas: R-OH + HHal→R-Hal + H₂O. Ypatybė yra privalomas katalizatoriaus buvimas. Proceso greitintuvai, kuriuos galima naudoti, yra fosforo, sieros, cinko arba geležies chloridai, sieros rūgštis, cinko chlorido tirpalas druskos rūgštyje – Lucas reagentas.
4. Rūgščių druskų dekarboksilinimas oksiduojančiu agentu. Kitas metodo pavadinimas yra Borodino-Hunsdikerio reakcija. Esmė yra anglies dioksido molekulės pašalinimasiš karboksirūgščių sidabro darinių, veikiant oksiduojančia medžiaga – halogenu. Dėl to susidaro angliavandenilių halogeniniai dariniai. Reakcijos apskritai atrodo taip: R-COOAg + Hal → R-Hal + CO₂ + AgHal.
5. Haloformų sintezė. Kitaip tariant, tai yra metano trihalogeninių darinių gamyba. Lengviausias būdas juos pagaminti – acetoną apdoroti šarminiu halogenų tirpalu. Dėl to susidaro haloformų molekulės. Aromatinių angliavandenilių halogeniniai dariniai pramonėje sintetinami tokiu pačiu būdu.

Ypatingas dėmesys turėtų būti skiriamas neriboto nagrinėjamos klasės atstovų sintezei. Pagrindinis metodas yra alkinų apdorojimas gyvsidabrio ir vario druskomis, esant halogenams, todėl susidaro produktas, kurio grandinėje yra dviguba jungtis.

Aromatinių angliavandenilių halogeniniai dariniai gaunami halogeninant arenus arba alkilarenus į šoninę grandinę. Tai svarbūs pramonės produktai, nes jie naudojami kaip insekticidai žemės ūkyje.

Fizikinės savybės

Angliavandenilių halogeno darinių fizinės savybės tiesiogiai priklauso nuo molekulės struktūros. Virimo ir lydymosi temperatūrai, agregacijos būsenai įtakos turi anglies atomų skaičius grandinėje ir galimos šakos į šoną. Kuo jų daugiau, tuo aukštesni balai. Apskritai fizinius parametrus galima apibūdinti keliais taškais.

1. Suvestinė būsena: pirmoji žemiausiaatstovai - dujos, po С₁₂ - skysčiai, aukščiau - kietos medžiagos.
2. Beveik visi atstovai turi aštrų nemalonų specifinį kvapą.
3. Labai blogai tirpsta vandenyje, bet patys puikūs tirpikliai. Jie labai gerai tirpsta organiniuose junginiuose.
4. Virimo ir lydymosi temperatūra didėja didėjant anglies atomų skaičiui pagrindinėje grandinėje.
5. Visi junginiai, išskyrus fluoro darinius, yra sunkesni už vandenį.
6. Kuo daugiau šakų pagrindinėje grandinėje, tuo žemesnė medžiagos virimo temperatūra.

Sunku nustatyti daug bendrų panašumų, nes atstovai labai skiriasi sudėtimi ir struktūra. Todėl geriau pateikti kiekvieno konkretaus junginio reikšmes iš tam tikros angliavandenilių serijos.

Cheminės savybės

Vienas iš svarbiausių parametrų, į kurį būtina atsižvelgti chemijos pramonėje ir sintezės reakcijose, yra halogenintų angliavandenilių cheminės savybės. Jie nėra vienodi visiems atstovams, nes yra keletas skirtumų priežasčių.

1. Anglies grandinės struktūra. Paprasčiausios pakeitimo reakcijos (nukleofilinio tipo) vyksta su antriniais ir tretiniais halogenalkilais.
2. Halogeno atomo tipas taip pat yra svarbus. Ryšys tarp anglies ir Hal yra stipriai poliarizuotas, todėl jį lengva nutraukti išsiskiriant laisviesiems radikalams. Tačiau ryšys tarp jodo ir anglies nutrūksta lengviausiai, o tai paaiškinama reguliariu ryšio energijos pasikeitimu (sumažėjimu) serijoje: F-Cl-Br-I.
3. Aromatinių medžiagų buvimasradikalios arba daugybinės jungtys.
4. Pačio radikalo struktūra ir išsišakojimas.

Apskritai halogeninti alkilai geriausiai reaguoja su nukleofiliniais pakaitalais. Juk iš dalies teigiamas krūvis susikoncentruoja ant anglies atomo, nutraukus ryšį su halogenu. Tai leidžia radikalui kaip visumai tapti elektronegatyvių dalelių akceptoriumi. Pavyzdžiui:

• OH^-;
• SO₄^2-;
• NE₂^-;
• CN^- ir kt.

Tai paaiškina faktą, kad nuo halogeninių angliavandenilių darinių galima pereiti prie beveik bet kokios klasės organinių junginių, tereikia pasirinkti tinkamą reagentą, kuris sudarys norimą funkcinę grupę.

Apskritai galime teigti, kad angliavandenilių halogeno darinių cheminės savybės yra galimybė įsilieti į toliau nurodytas sąveikas.

1. Su įvairių rūšių nukleofilinėmis dalelėmis – pakeitimo reakcijos. Rezultatas gali būti: alkoholiai, eteriai ir esteriai, nitro junginiai, aminai, nitrilai, karboksirūgštys.
2. Pašalinimo arba dehidrohalogeninimo reakcijos. Veikiant alkoholio šarmo tirpalui, suskaidoma vandenilio halogenido molekulė. Taip susidaro alkenas, mažos molekulinės masės šalutiniai produktai – druska ir vanduo. Reakcijos pavyzdys: CH₃-CH₂-CH₂-CH₂ Br + NaOH _(alkoholis) →CH₃-CH₂-CH=CH ₂ + NaBr + H₂O. Šie procesai yra vienas iš pagrindinių svarbių alkenų sintezės būdų. Procesą visada lydi aukšta temperatūra.
3. Normalios struktūros alkanų gavimas Wurtz sintezės metodu. Reakcijos esmė yra poveikis halogenu pakeistam angliavandeniliui (dvi molekulės) su metaliniu natriu. Kaip stipriai elektroteigiamas jonas, natris iš junginio priima halogeno atomus. Dėl to išsiskyrę angliavandenilių radikalai yra tarpusavyje sujungti ryšiu, sudarydami naujos struktūros alkaną. Pavyzdys: CH₃-CH₂Cl + CH₃-CH₂ Cl + 2Na →CH₃-CH₂-CH₂-CH 3 _{+ 2NaCl.}
4. Aromatinių angliavandenilių homologų sintezė Friedel-Crafts metodu. Proceso esmė yra halogenalkilo poveikis benzenui, esant aliuminio chloridui. Dėl pakeitimo reakcijos susidaro toluenas ir vandenilio chloridas. Šiuo atveju būtinas katalizatoriaus buvimas. Be paties benzeno, tokiu būdu gali būti oksiduojami ir jo homologai.
5. Greignard skysčio gavimas. Šis reagentas yra halogenu pakeistas angliavandenilis, kurio sudėtyje yra magnio jonų. Iš pradžių eteryje esantis metalinis magnis veikia halogenalkilo darinį. Dėl to susidaro sudėtingas junginys, kurio bendra formulė RMgHal, vadinamas Greignardo reagentu.
6. Redukcijos reakcijos į alkaną (alkeną, areną). Atliekama veikiant vandeniliui. Dėl to susidaro angliavandenilis ir šalutinis produktas – vandenilio halogenidas. Bendras pavyzdys: R-Hal + H₂ → R-H + HHal.

Tai pagrindinės sąveikos, kurių metulengvai gali patekti įvairios struktūros angliavandenilių halogeniniai dariniai. Žinoma, yra specifinių reakcijų, į kurias reikėtų atsižvelgti kiekvienam atskiram atstovui.

Molekulių izomerizmas

Halogenintų angliavandenilių izomerija yra gana natūralus reiškinys. Juk žinoma, kad kuo daugiau anglies atomų grandinėje, tuo didesnis izomerinių formų skaičius. Be to, nesočiųjų junginių atstovai turi daug jungčių, dėl kurių taip pat atsiranda izomerų.

Šiai junginių klasei būdingos dvi pagrindinės šio reiškinio atmainos.

1. Radikalo ir pagrindinės grandinės anglies skeleto izomerija. Tai taip pat apima daugialypės jungties padėtį, jei ji egzistuoja molekulėje. Kaip ir paprastų angliavandenilių atveju, pradedant nuo trečiojo atstovo, galima rašyti junginių, turinčių identiškas molekulines, bet skirtingas struktūrines formulių išraiškas, formules. Be to, halogenais pakeistų angliavandenilių izomerinių formų skaičius yra eilės tvarka didesnis nei atitinkamų alkanų (alkenų, alkinų, arenų ir pan.).
2. Halogeno padėtis molekulėje. Jo vieta pavadinime nurodoma skaičiumi, o jei ir pasikeis tik vienu, tai tokių izomerų savybės jau bus visiškai kitokios.

Erdvinė izomerija čia nekyla, nes dėl halogeno atomų tai neįmanoma. Kaip ir visi kiti organiniai junginiai, halogenalkilo izomerai skiriasi ne tik struktūra, bet ir fizinėmis bei cheminėmis savybėmis.charakteristikos.

Nesočiųjų angliavandenilių dariniai

Žinoma, yra daug tokių ryšių. Tačiau mus domina nesočiųjų angliavandenilių halogeniniai dariniai. Juos taip pat galima suskirstyti į tris pagrindines grupes.

1. Vinilas – kai Hal atomas yra tiesiai prie daugialypės jungties anglies atomo. Molekulės pavyzdys: CH₂=CCL_2.
2. Su izoliuota padėtimi. Halogeno atomas ir daugybinė jungtis yra priešingose molekulės dalyse. Pavyzdys: CH₂=CH-CH₂-CH₂-Cl.
3. Alilo dariniai – halogeno atomas yra prie dvigubos jungties per vieną anglies atomą, tai yra, jis yra alfa padėtyje. Pavyzdys: CH₂=CH-CH₂-CL.

Ypač svarbus yra vinilo chloridas CH₂=CHCL. Jis gali polimerizacijos reakcijų metu sudaryti svarbius produktus, tokius kaip izoliacinės medžiagos, vandeniui atsparūs audiniai ir kt.

Kitas nesočiųjų halogeno darinių atstovas yra chloroprenas. Jo formulė yra CH₂=CCL-CH=CH₂. Šis junginys yra vertingų kaučiuko rūšių sintezės žaliava, kuri pasižymi atsparumu ugniai, ilgu tarnavimo laiku ir prastu dujų pralaidumu.

Tetrafluoretilenas (arba teflonas) yra polimeras, pasižymintis aukštos kokybės techniniais parametrais. Jis naudojamas vertingai techninių dalių, indų, įvairių prietaisų dangai gaminti. Formulė – CF₂=CF₂.

Aromatinisangliavandeniliai ir jų dariniai

Aromatiniai junginiai yra tie junginiai, kuriuose yra benzeno žiedas. Tarp jų taip pat yra visa halogeno darinių grupė. Pagal struktūrą galima išskirti du pagrindinius tipus.

1. Jei Hal atomas yra tiesiogiai prijungtas prie branduolio, tai yra, aromatinio žiedo, tada junginiai vadinami haloarenais.
2. Halogeno atomas yra prijungtas ne prie žiedo, o prie šoninės atomų grandinės, tai yra, radikalas, einantis į šoninę šaką. Tokie junginiai vadinami arilalkilhalogenidais.

Tarp svarstomų medžiagų yra keletas didžiausios praktinės svarbos atstovų.

1. Heksachlorbenzenas – C₆Cl₆. Nuo XX amžiaus pradžios jis buvo naudojamas kaip stiprus fungicidas, taip pat kaip insekticidas. Pasižymi geru dezinfekuojančiu poveikiu, todėl buvo naudojamas beicuojant sėklas prieš sėją. Jis turi nemalonų kvapą, skystis yra gana šarminis, skaidrus ir gali sukelti ašarojimą.
2. Benzilo bromidas С₆Н₅CH₂Br. Naudojamas kaip svarbus reagentas organinių metalų junginių sintezėje.
3. Chlorbenzenas C₆H₅CL. Skysta bespalvė specifinio kvapo medžiaga. Jis naudojamas dažų, pesticidų gamyboje. Tai vienas geriausių organinių tirpiklių.

Pramoninis naudojimas

Halogeniniai angliavandenilių dariniai naudojami pramonėje ir cheminėje sintezėjelabai platus. Apie nesočiuosius ir aromatingus atstovus jau kalbėjome. Dabar bendrai pažymėkime visų šios serijos junginių naudojimo sritis.

1. Statybose.
2. Kaip tirpikliai.
3. Audinių, gumos, gumos, dažų, polimerinių medžiagų gamyboje.
4. Daugelio organinių junginių sintezei.
5. Fluoro dariniai (freonai) yra š altnešiai šaldymo įrenginiuose.
6. Naudojamas kaip pesticidai, insekticidai, fungicidai, aliejai, džiovinimo alyvos, dervos, tepalai.
7. Eiti į izoliacinių medžiagų gamybą ir kt.