Bezpłatna biblioteka techniczna

Chemia organiczna. Ściągawka: krótko, najważniejsza

Katalog / Notatki z wykładów, ściągawki

Komentarze do artykułu

Spis treści

1. Chemia bioorganiczna
2. Izomery
3. Powiązane systemy
4. Efekt mezomeryczny
5. Kwasy Bronsted
6. Alkohole
7. Właściwości chemiczne alkoholi
8. Alkohole wielowodorotlenowe
9. Limit (nasyconych) węglowodorów
10. Nomenklatura krajowa i międzynarodowa
11. Pojęcie konformacji
12. Naturalne źródła węglowodorów nasyconych
13. Rafinacja ropy naftowej
14. Proces krakingu, ozoceryt
15. Interakcja limitów węglowodorów z halogenami
16. Węglowodory nienasycone (nienasycone)
17. Izomeria, naturalne źródła i metody wytwarzania olefin
18. Odwodnienie pierwszorzędowych alkoholi, właściwości fizyczne i mechaniczne olefin
19. Zasady Markownikowa. Metoda Wagnera
20. Polimeryzacja olefin
21. węglowodory dienowe
22. Koniugacja dienów
23. Guma
24. Alkins
25. Właściwości fizyczne alkinów
26. Węglowodory acykliczne
27. Cykloheksan, metan, terpeny
28. Ogólne właściwości terpenów
29. Aromatyczne węglowodory
30. Nomenklatura i izomeria węglowodorów aromatycznych
31. Produkcja węglowodorów aromatycznych. naturalne źródła
32. Synteza, właściwości fizyczne i chemiczne węglowodorów aromatycznych
33. Zasady orientacji w jądrze benzenu
34. Zasady substytucji w pierścieniu benzenowym
35. Grupa naftalenowa
36. Grupa antracenowa, fenantren
37. Niebenzenowe związki aromatyczne
38. Systemy aromatyczne z siedmioczłonowym pierścieniem
39. Fenole jednoatomowe
40. Właściwości chemiczne fenoli
41. Poszczególni przedstawiciele fenoli
42. Żywice fenolowo-formaldehydowe
43. Fenole dwuatomowe
44. Fenole trójwodorotlenowe
45. Aldehydy
46. Metody otrzymywania aldehydów
47. Właściwości chemiczne aldehydów
48. Dodatek wodoru, wody, alkoholu, kwasu cyjanowodorowego, podsiarczynu
49. Addycja kwasu fuksiarawego do aldehydów, polimeryzacja aldehydów
50. Poszczególni przedstawiciele aldehydów
51. Rongalit, acetalhyd, glioksol
52. Ketony
53. Właściwości chemiczne ketonów
54. Oddzielni przedstawiciele ketonów
55. Chinony
56. Węglowodory

1. Chemia bioorganiczna

Jest to nauka badająca biologiczną funkcję substancji organicznych w ciele. Powstał w drugiej połowie XX wieku. Przedmiotem jej badań są biopolimery, bioregulatory i poszczególne metabolity.

Biopolimery to wysokocząsteczkowe naturalne związki, które są podstawą wszystkich organizmów. Są to peptydy, białka, polisacharydy, kwasy nukleinowe (NA), lipidy.

Bioregulatory to związki, które chemicznie regulują metabolizm. Są to witaminy, hormony, antybiotyki, alkaloidy, leki itp.

Znajomość budowy i właściwości biopolimerów i bioregulatorów pozwala zrozumieć istotę procesów biologicznych. Tak więc ustalenie struktury białek i NA umożliwiło opracowanie koncepcji biosyntezy białek macierzy i roli NA w zachowywaniu i przekazywaniu informacji genetycznej.

Głównym zadaniem chemii bioorganicznej jest wyjaśnienie związku między budową a mechanizmem działania związków.

To nauka badająca związki węgla. Obecnie istnieje 16 milionów substancji organicznych.

Przyczyny różnorodności substancji organicznych.

1. Związki atomów węgla (C) ze sobą i innymi elementami układu okresowego D. I. Mendelejewa. W takim przypadku powstają łańcuchy i cykle.

2. Atom węgla może znajdować się w trzech różnych stanach hybrydowych. Konfiguracja czworościenna atomu C → konfiguracja planarna atomu C.

3. Homologia to istnienie substancji o podobnych właściwościach, gdzie każdy członek serii homologicznej różni się od poprzedniego o grupę - CH₂-.

4. Izomeria to istnienie substancji, które mają ten sam skład jakościowy i ilościowy, ale inną strukturę.

AM Butlerov (1861) stworzył teorię budowy związków organicznych, która do dziś służy jako naukowa podstawa chemii organicznej. Główne postanowienia teorii budowy związków organicznych:

1) atomy w cząsteczkach są połączone ze sobą wiązaniami chemicznymi zgodnie z ich wartościowością;

2) atomy w cząsteczkach związków organicznych są połączone w określonej kolejności, która określa strukturę chemiczną cząsteczki;

3) właściwości związków organicznych zależą nie tylko od liczby i charakteru ich atomów składowych, ale także od budowy chemicznej cząsteczek;

4) w cząsteczkach występuje wzajemny wpływ zarówno połączonych, jak i niepowiązanych atomów bezpośrednio ze sobą;

5) strukturę chemiczną substancji można określić w wyniku badania jej przemian chemicznych i odwrotnie, jej właściwości można scharakteryzować za pomocą struktury substancji.

2. Izomery

Izomery przestrzenne dzielą się na dwa typy: konformacyjne i konfiguracyjne.

1. Nazywa się izomery konformacyjne, których formy cząsteczek przechodzą w siebie w wyniku swobodnej rotacji atomów i grup atomów wokół jednego lub więcej wiązań β. Pierwszym związkiem, dla którego znane jest istnienie izomerów konformacyjnych, jest etan. Jego strukturę w przestrzeni reprezentuje formuła perspektywiczna lub formuła Newmana.

2. Izomery konfiguracyjne. Są to stereoizomery, których cząsteczki mają inny układ atomów w przestrzeni bez uwzględniania konformacji.

Reoizomery dzielą się na enancjomery i diastereoizomery.

Enantomery (izomery optyczne, izomery zwierciadlane antypodów) to stereoizomery, których cząsteczki są ze sobą spokrewnione, jak przedmiot i niekompatybilny z nim obraz lustrzany. Zjawisko to nazywa się enancjomeryzmem.

Wszystkie właściwości chemiczne i fizyczne enancjomerów są takie same, z wyjątkiem dwóch: rotacji płaszczyzny światła spolaryzowanego (w urządzeniu polarymetrycznym) oraz aktywności biologicznej.

Terminy enancjomeryczne:

1) atom C jest w stanie hybrydyzacji sp3;

2) brak jakiejkolwiek symetrii;

3) obecność asymetrycznego (chiralnego) atomu C, atomu posiadającego cztery różne podstawniki.

Wiele hydroksy i aminokwasów ma zdolność obracania płaszczyzny polaryzacji wiązki światła w lewo lub w prawo. Zjawisko to nazywa się aktywnością optyczną 2b, a same cząsteczki są aktywne optycznie. Odchylenie wiązki światła w prawo oznaczamy znakiem „+”, w lewo – „-” i wskazujemy kąt obrotu w stopniach.

Konfiguracja absolutna cząsteczek jest określana złożonymi metodami fizykochemicznymi.

Względną konfigurację związków optycznie czynnych określa się przez porównanie ze wzorcem aldehydu glicerynowego. Substancje optycznie czynne o konfiguracji prawoskrętnego lub lewoskrętnego aldehydu glicerynowego (M. Rozanov, 1906) nazywane są substancjami serii D i L. Równa mieszanina prawych i lewych izomerów jednego związku nazywana jest racematem i jest optycznie nieaktywna.

Enancjomery przedstawiono za pomocą wzorów Fishera. Wśród enancjomerów mogą znajdować się cząsteczki symetryczne, które nie wykazują aktywności optycznej, zwane mezoizomerami. Izomery optyczne, które nie są izomerami lustrzanymi, różniącymi się konfiguracją kilku, ale nie wszystkich, asymetrycznych atomów C, o różnych właściwościach fizycznych i chemicznych, nazywane są s-dia-stereo-izomerami.

p-diastereoizomery (izomery geometryczne) to stereomery, które mają wiązanie p w cząsteczce. Występują w alkenach, nienasyconych wyższych kwasach karboksylowych, nienasyconych kwasach dikarboksylowych. Aktywność biologiczna substancji organicznych związana jest z ich strukturą.

3. Systemy sprzężone

W najprostszym przypadku systemy sprzężone to

Są to systemy z naprzemiennymi wiązaniami podwójnymi i pojedynczymi. Mogą być otwarte i zamknięte. W węglowodorach dienowych (HC) istnieje układ otwarty.

Wszystkie atomy C są w stanie hybrydyzacji sp. Cztery niehybrydowe orbity p, zachodzące na siebie, tworzą jeden układ elektroniczny. Ten rodzaj koniugacji nazywa się koniugacją p, p.

Istnieje sprzężenie elektronów p z elektronami S. Ten rodzaj koniugacji nazywa się koniugacją p, p. W węglowodorach aromatycznych istnieje układ zamknięty.

Koniugacja jest procesem korzystnym energetycznie, w tym przypadku uwalniana jest energia (E). Energia koniugacji butadienu - 1,3 wynosi 15 kJ/mol, energia koniugacji benzenu wynosi 228 kJ/mol.

2. Aromatyczność

To pojęcie, które obejmuje różne właściwości związków aromatycznych. Warunki aromatyczne:

1) płaski cykl zamknięty;

2) wszystkie atomy C są w hybrydyzacji sp2;

3) powstaje jeden sprzężony układ wszystkich atomów cyklu;

4) spełniona jest reguła Hückla: 4n + 2 elektrony p uczestniczą w koniugacji, gdzie n = 1, 2, 3…

Najprostszym przedstawicielem węglowodorów aromatycznych jest benzen. Spełnia wszystkie cztery warunki aromatyczności. Reguła Hückla: 4n + 2 = 6, n = 1.

Naftalen jest związkiem aromatycznym 4n + 2 = 10, n = 2.

Pirydyna jest aromatycznym związkiem heterocyklicznym. Wzajemny wpływ atomów w cząsteczce

W 1861 r. Rosyjski naukowiec AM Butlerov wysunął stanowisko: „Atomy w cząsteczkach wzajemnie na siebie wpływają”. Obecnie wpływ ten jest przenoszony na dwa sposoby: efekty indukcyjne i mezomeryczne.

Efektem indukcyjnym jest przeniesienie wpływu elektronicznego wzdłuż łańcucha p-bond. Wiadomo, że wiązanie między atomami o różnej elektroujemności (EO) jest spolaryzowane, przesunięte do bardziej elektroujemnego atomu. Prowadzi to do pojawienia się na atomach ładunków efektywnych (rzeczywistych) (d). Takie przesunięcie elektroniczne nazywa się indukcyjnym i jest oznaczone literą „I” i strzałką „→”.

δ+δ-

CH₃ - CH₂ → X, X = Hal-, HO-, HS-, NH₂- itd.

Efekt indukcyjny może być pozytywny lub negatywny. Jeśli podstawnik X przyciąga elektrony wiązania chemicznego silniej niż atom H, to wykazuje - II (H) \u0d XNUMX. W naszym przykładzie X wykazuje - I.

Jeśli podstawnik X przyciąga elektrony wiązania słabsze niż atom H, to wykazuje +I. Wszystkie alkile (R=CH₃-, C₂H₅- itd.), Mężczyźni+ pokaż +I.

4. Efekt mezomeryczny

Efekt mezomeryczny (efekt koniugacji) to wpływ podstawnika przenoszonego przez sprzężony układ wiązań p. Oznaczony literą ́ „M” i zakrzywioną strzałką. Efekt mezomeryczny może być „+” lub „-”. Powiedziano powyżej, że istnieją dwa rodzaje koniugacji p, p i p, p. Klasyfikacja reakcji organicznych Reakcje chemiczne to procesy, którym towarzyszy zmiana rozkładu elektronów w zewnętrznych powłokach atomów reagujących substancji. W wyniku reakcji niektóre wiązania chemiczne ulegają zerwaniu w reagujących cząsteczkach substancji, a inne powstają. Reakcja przebiega w kierunku powstawania cząstek stabilnych, czyli o mniejszej energii wewnętrznej.

Reakcje można klasyfikować według różnych kryteriów.

1. W zależności od rodzaju zerwania wiązań chemicznych w reagujących cząstkach (podłoże i odczynnik). Substrat jest reagentem, reagent jest substancją czynną. Ten podział jest warunkowy.

Istnieją trzy rodzaje odczynników:

1) rodniki (R) to obojętne atomy lub cząstki z niesparowanym elektronem (H-, C₁-.-OH, -CH3, itd.);

2) nukleofile (Nu - „kochające jądra”) - są to cząstki, które mają parę elektronów na zewnętrznym poziomie elektronowym atomu;

3) elektrofile (E - "kochające elektrony") - są to cząstki, które mają brak elektronów - niewypełniony poziom elektronowy walencyjny.

W reakcjach nukleofil atakuje centrum reakcji z niedoborem elektronów w podłożu, podczas gdy elektrofil atakuje centrum reakcji nadmiarem elektronów. W związku z tym wyróżniają:

1) reakcje rodnikowe;

2) reakcje elektrofilowe;

3) reakcje nukleofilowe.

2. W zależności od liczby i charakteru produktów początkowych i końcowych rozróżnia się rodzaje reakcji:

1) substytucja; są jak reakcje wymiany w chemii nieorganicznej;

2) połączenia;

3) rozszczepienie (eliminacja) to rozszczepienie dwóch atomów lub grup atomów od sąsiednich atomów węgla z utworzeniem między nimi wiązania p;

4) rearanżacje.

Biorąc pod uwagę charakter odczynników, reakcje podstawienia i addycji mogą być nukleofilowe, elektrofilowe i rodnikowe i są oznaczane w następujący sposób:

1) reakcje podstawienia nukleofilowego;

2) reakcje podstawienia elektrofilowego;

3) reakcje podstawienia rodnikowego;

4) reakcje addycji elektrofilowej;

5) reakcje addycji nukleofilowej;

6) reakcje addycji oadowej.

5. Kwasy Bronsted

Do scharakteryzowania kwasowości i zasadowości związków organicznych stosuje się teorię Bronsteda.

Główne postanowienia tej teorii.

Kwas to cząstka, która oddaje proton (donor H+); zasada to cząstka, która przyjmuje proton (akceptor H-).

Kwasowość zawsze charakteryzuje obecność zasad i odwrotnie.

A-H (kwas) + B (zasada) - A (skoniugowana zasada) + B-H + (skoniugowany kwas).

Kwasy Bronsted dzielą się na 4 typy w zależności od centrum kwasowego:

1) kwasy SH (tiole);

2) kwasy OH (alkohole, fenole, kwasy karbolowe);

3) kwasy NC (aminy, amidy);

4) F-CH-kwasy (HC).

W tym rzędzie od góry do dołu kwasowość spada. Siła kwasu zależy od stabilności powstałego anionu. Im stabilniejszy anion, tym silniejszy kwas. Stabilność anionu zależy od delokalizacji (rozmieszczenia) ładunku „ujemnego” w cząstce (anionie). Im bardziej zdelokalizowany ładunek „ujemny”, tym stabilniejszy anion i silniejszy kwas.

Delokalizacja opłaty uzależniona jest od:

1) na elektroujemność (EO) heteroatomu. Im więcej EO heteroatomu, tym silniejszy odpowiedni kwas. Na przykład: R-OH i R-NH₂.

Alkohole są silniejszymi kwasami niż aminy, ponieważ EO (0) → 30(N);

2) na polaryzowalność heteroatomu. Im większa polaryzowalność heteroatomu, tym silniejszy odpowiedni kwas. Na przykład: R-SH i R-OH.

Tiole są mocniejszymi kwasami niż alkohole, ponieważ atom S jest bardziej spolaryzowany niż atom O;

3) o charakterze podstawnika R (jego długość, obecność układu sprzężonego, delokalizacja gęstości elektronowej).

Na przykład: CH₃-OH, CH₃-CH₂-OH, CH₃-CH₂-CH₂-ON. Kwasowość maleje wraz ze wzrostem długości rodnika.

Przy tym samym centrum kwasowym siła alkoholi, fenoli i kwasów karboksylowych nie jest taka sama. Fenole są silniejszymi kwasami niż alkohole dzięki koniugacji p, s (+ M) grupy (-OH). Wiązanie O-H jest bardziej spolaryzowane w fenolach. Fenole mogą nawet wchodzić w interakcje z solami (FeC₁₃) jest jakościową reakcją na fenole. W porównaniu z alkoholami zawierającymi to samo R, kwasy karboksylowe są silniejszymi kwasami, ponieważ wiązanie O-H jest znacznie spolaryzowane z powodu efektu M grupy> C \uXNUMXd O. Ponadto anion karboksylanowy jest bardziej stabilny niż anion alkoholu z powodu to p, s-koniugacje w grupie karboksylowej;

4) od wprowadzenia podstawników do rodnika. Podstawniki EA zwiększają kwasowość, podstawniki ED zmniejszają kwasowość;

5) o rodzaju rozpuszczalnika.

6. Alkohole

Alkohole to pochodne węglowodorów, w których jeden lub więcej atomów H jest zastąpionych grupą -OH. Klasyfikacja.

1. Przez liczbę grup OH rozróżnia się alkohole jednowodorotlenowe, dwuwodorotlenowe i wielowodorotlenowe:

CH₃ -CH₂ -OH (etanol);

CH₂OH-CH₂OH (glikol etylenowy);

CH₂OH-CHON-CH₂OH (gliceryna).

2. Z natury R rozróżnia się alkohole: nasycone, nienasycone, cykliczne, aromatyczne.

3. W zależności od pozycji grupy (-OH) rozróżnia się alkohole pierwszorzędowe, drugorzędowe i trzeciorzędowe.

4. Według liczby atomów C rozróżnia się niską masę cząsteczkową i wysoką masę cząsteczkową:

CH₃(CH₂)₁₄-CH₂-OH albo (C₁₆ H₃₃OH);

alkohol cetylowy

CH₃-(CH₂)₂₉-CH₂ON JEST Z₃₁Н₆₃, ON).

alkohol mirycylowy

Palmitynian cetylu - podstawa spermacetu, palmitynianu mirycylu - znajduje się w wosku pszczelim. Nomenklatura

Trywialne, wymierne, MN (korzeń + końcówka "-ol" + cyfra arabska). izomeria

Możliwe są opcje: izomeria łańcuchowa, pozycje grupowe - OH, izomeria optyczna.

Alkohole to słabe kwasy.

Alkohole to słabe zasady. Dołącz H+ tylko z mocnych kwasów, ale są silniejsze Nu.

(-I) działanie grupy (-OH) zwiększa ruchliwość H przy sąsiednim atomie węgla. Węgiel nabywa d+ (centrum elektrofilowe, SE) i staje się centrum ataku nukleofilowego (Nu). Wiązanie C-O pęka łatwiej niż H-O, więc reakcje SN są charakterystyczne dla alkoholi. Mają tendencję do działania w środowisku kwaśnym, ponieważ protonowanie atomu tlenu zwiększa d+ atomu węgla i ułatwia zerwanie wiązania. Ten typ obejmuje reakcje tworzenia eterów, pochodnych halogenów.

Przesunięcie gęstości elektronowej z H w ​​rodniku prowadzi do pojawienia się centrum kwasu CH. W tym przypadku zachodzą reakcje utleniania i eliminacji.

właściwości fizyczne

Niższe alkohole (C₁-C₁₂) - ciecze, wyższe - ciała stałe.

właściwości chemiczne

Kwasowo-zasadowa.

Alkohole są słabymi związkami amfoterycznymi.

Alkoholeny łatwo hydrolizują, co dowodzi, że alkohole są słabszymi kwasami niż woda:

R-ONa + HOH → R-OH + NaOH.

7. Właściwości chemiczne alkoholi

Grupa -OH jest „słabą grupą opuszczającą” (wiązanie ma niską polarność), więc większość reakcji prowadzi się w środowisku kwaśnym.

Mechanizm reakcji:

CH₃ -CH₂ -OH+ H+ → CH₃ -CH₂ + H₂O.

karbokacja

Jeśli reakcja przebiega z halogenkami wodoru, wówczas jon halogenkowy połączy się: CH₃ -CH₂ + Cl → CH₃ -CH₂ CI₁.

Aniony w takich reakcjach działają jak nukleofile (Nu) ze względu na ładunek „-” lub samotną parę elektronów. Aniony są silniejszymi zasadami i odczynnikami nukleofilowymi niż same alkohole. Dlatego w praktyce do otrzymywania eterów i estrów stosuje się alkoholany, a nie same alkohole. Jeśli nukleofil jest inną cząsteczką alkoholu, to przyłącza się do karbokationu:

CH₃ -CH₂ + R-0- H → CH₃ -CH₂ -LUB.

eter

Reakcje E (rozszczepienie lub eliminacja). Reakcje te konkurują z reakcjami SN.

CH₃ -CH₂ -OH + H⁺ → CH₃ -CH₂ -O - ​​​​H → CH₃ -CH₂ + H₂O.

Reakcja przebiega w podwyższonej temperaturze i katalizatorze H₂SO₄.

Z nadmiarem H₂SO₄ i wyższej temperaturze niż w przypadku reakcji tworzenia eterów, katalizator ulega regeneracji i powstaje alken:

CH₃ -CH₂ +HS₀₄ → CH₂ = CH₂ + H₂SO₄.

Reakcja E jest łatwiejsza dla trzeciorzędowych alkoholi, trudniejsza dla drugorzędowych i pierwszorzędowych, ponieważ w tych ostatnich tworzą się mniej trwałe kationy. W tych reakcjach spełniona jest zasada A. M. Zajcewa: „Podczas odwadniania alkoholi atom H jest oddzielany od sąsiedniego atomu C o mniejszej zawartości atomów H”.

W organizmie grupa - OH pod wpływem enzymu przekształca się w łatwo opuszczającą grupę poprzez tworzenie estrów z H₃RO₄.

CH₃-CH₂-OH + NO-RO₃Н₂ → CH₃-CH₂-ORO₃Н₂.

Reakcje utleniania:

1. Alkohole pierwszorzędowe i drugorzędowe są utleniane przez roztwory CuO, KMnO₄К₂Cr₂O₇ po podgrzaniu z wytworzeniem odpowiednich związków zawierających karbonyl.

CH₃ -CH₂ -CH₂ -OH + O → CH₃ -CH₂ -HC \uXNUMXd O + H₂O;

CH₃-HSON-CH₃ + O → CH₃-CO-CH₃ + H₂O.

2. Alkohole trzeciorzędowe są trudne do utlenienia.

Reakcje utleniania obejmują również reakcje odwodornienia.

CH₃ -CH₂ -OH ־ CH₃ → HC = O + H₂.

IV. Reakcje charakterystyczne dla odpowiednich węglowodorów (HC) przebiegają wzdłuż rodnika (R).

CH₃-CH₂-OH + 3Br₂ → SVr₃-CH₂-OH + ZNBrg;

CH₂ = CH-CH₂-OH + Br₂- → CH₂Vg-SNVg-SN₂HE.

8. Alkohole wielowodorotlenowe

Alkohole te charakteryzują się wszystkimi reakcjami alkoholi jednowodorotlenowych, ale istnieje szereg cech.

Ze względu na grupę (-I) (-OH) alkohole wielowodorotlenowe mają wyraźniejsze właściwości kwasowe.

Tworzą alkoholany nie tylko z metalami alkalicznymi, ale także z alkaliami:

Jakościową reakcją na alkohole dwu- i wielowodorotlenowe (fragment diolowy) jest reakcja z Cu(OH)2 w środowisku alkalicznym, w wyniku której w roztworze powstaje kompleksowy związek glikolanu miedzi, który nadaje niebieski kolor.

Reakcje alkoholi wielowodorotlenowych mogą zachodzić na jednej lub wszystkich grupach (-OH). Tworzą alkoholany, etery i estry, odwadniają się, utleniają.

Nitrogliceryna jest bezbarwną oleistą cieczą. W postaci rozcieńczonych roztworów alkoholu (1%), jest stosowany w dusznicy bolesnej, ponieważ ma działanie rozszerzające naczynia krwionośne. Nitrogliceryna jest silnym materiałem wybuchowym, który może wybuchnąć przy uderzeniu lub po podgrzaniu. W tym przypadku w niewielkiej objętości zajmowanej przez płynną substancję natychmiast powstaje bardzo duża objętość gazów, co powoduje silną falę uderzeniową. Nitrogliceryna jest częścią dynamitu, prochu strzelniczego.

Przedstawiciele pentytów i heksytów - odpowiednio ksylitolu i sorbitolu - alkoholi penta- i sześcioatomowych o otwartym łańcuchu. Nagromadzenie grup (-OH) - prowadzi do pojawienia się słodkiego smaku. Ksylitol i sorbitol to substytuty cukru dla diabetyków.

Glicerofosforany - strukturalne fragmenty fosfolipidów, stosowane są jako ogólny tonik. W wyniku działania H3PO4 na glicerol powstaje mieszanina glicerofosforanów. Glicerofosforany

Glicerofosforan żelaza (III) stosuje się w anemii, osłabieniu, ogólnej utracie siły. Dzieci 0,3-0,5 g 2-3 razy dziennie, dorośli 1 g 3-4 razy.

Glicerofosforan wapnia - przy przepracowaniu, krzywicy, spadku wartości odżywczych. Dzieci 0,05-0,2 g na przyjęcie, dorośli 0,2-0,5.

1. Kiedy KHSO4 działa na glicerynę i po podgrzaniu powstaje akroleina.

2. Podczas utleniania glicerolu powstaje szereg produktów. Z łagodnym utlenianiem - aldehyd glicerynowy i dihydroksyaceton. Podczas utleniania w ciężkich warunkach powstaje 1,3-dioksoaceton.

9. Ogranicz (nasycone) węglowodory

Najprostszym przedstawicielem podgrupy węglowodorów nasyconych jest metan (CH4). I3 metanu można otrzymać wszystkie inne węglowodory nasycone i w związku z tym wszystkie węglowodory nasycone są często nazywane węglowodorami serii metanowej.

Aby uzyskać inne węglowodory z metanu, metan musi być najpierw potraktowany chlorem. W tym przypadku atom wodoru w metanie zastępuje się atomem chloru i otrzymuje się chlorek metylu.

Jeśli teraz zadziałamy na powstały chlorek metylu metalicznym sodem, to sód zabierze chlor i utworzone grupy CH₃, tak zwane rodniki metylowe, połączą się w pary ze względu na uwolnione wartościowości.

Odporność chemiczna węglowodorów nasyconych na szereg silnych odczynników, takich jak mocne kwasy i zasady, obejmuje parafiny (z łac. parum affinis - „małe powinowactwo”). W wyniku reakcji powstanie nasycony węglowodór z dwoma atomami węgla - etan (C₂Н₆).

Jeśli, działając na etan chlorem, otrzymamy chlorek etylu C₂H₅Cl₁ a następnie mieszając go z chlorkiem metylu odejmujemy chlor sodu, otrzymujemy kolejnego przedstawiciela węglowodorów nasyconych zawierających trzy atomy węgla - propan C₃Н₈.

Jak widać z podanych przykładów, obie reakcje ostatecznie redukują się do zastąpienia atomu wodoru w początkowym węglowodorze grupą metylową. Podobnie w dwóch etapach można otrzymać następujących przedstawicieli węglowodorów nasyconych: butan C₄Н₁₀ , pentan С₅Н₁₂.

Węglowodory te reprezentują tak zwaną serię homologiczną. W takiej serii każdy kolejny związek można otrzymać z poprzedniego za pomocą tych samych reakcji chemicznych. Ponadto wszystkie związki z serii homologicznej mają podobne właściwości. Wzór każdego związku różni się od wzoru poprzedniego tą samą grupą atomów CH₂, który nazywa się różnicą homologiczną. Związki należące do szeregu homologicznego nazywane są homologami. Nazewnictwo i izomeria

Chcąc pokazać podobieństwo wszystkich węglowodorów nasyconych do metanu ich przodka, węglowodorom tym nadano nazwy kończące się na -an. Jeśli chodzi o początkową część nazw, powstały one na różne sposoby. Nazwy pierwszych trzech homologów metanu - etanu (C₂Н₆), propan (C₃Н₈) i butan (C₄Н₁₀) - powstały mniej więcej przypadkowo. Począwszy od C₅Н₁₂, nazwy węglowodorów pochodzą od greckich (lub w niektórych przypadkach łacińskich) nazw liczb odpowiadających liczbie atomów węgla w danym związku. Tak więc węglowodór o pięciu atomach węgla nazywany jest pentanem (od greckiego penta - pięć); węglowodór o sześciu atomach węgla nazywany jest heksanem (z greckiego hexa - „sześć”); węglowodór o siedmiu atomach węgla nazywany jest heptanem (od greckiego hepta - „siedem”) itp.

Po usunięciu jednego atomu wodoru z węglowodorów powstają pozostałości węglowodorów nasyconych, zwane rodnikami jednowartościowymi, a czasem po prostu rodnikami.

10. Nomenklatura krajowa i międzynarodowa

Nawet w połowie XIX wieku. poszczególni chemicy próbowali stworzyć taką nomenklaturę, która mówiłaby o strukturze wymienionych substancji; taka nomenklatura nazywana jest racjonalną. W tym przypadku, na przykład, nazwy węglowodorów pochodzą od nazw pierwszego przedstawiciela tej grupy węglowodorów. Tak więc, dla wielu metanu, nazwa metanu służyła jako podstawa nazwy. Na przykład jeden z izomerów pentanu można nazwać dimetyloetylometanem, tj. tę substancję można przedstawić jako pochodną metanu, w której dwa atomy wodoru są zastąpione grupami metylu CH3, a jeden atom wodoru jest zastąpiony grupą etylową C₂Н₅.

Nomenklatura międzynarodowa

Chcąc stworzyć jak najbardziej racjonalną nomenklaturę związków organicznych, która byłaby akceptowana we wszystkich krajach świata, najwięksi chemicy - przedstawiciele towarzystw chemicznych z różnych krajów - zebrali się w 1892 roku w Genewie (Szwajcaria). Na tym spotkaniu opracowano systematyczną nomenklaturę naukową, która obecnie nazywana jest zwykle nomenklaturą genewską lub międzynarodową.

Aby nazwać dowolny związek zgodnie z nomenklaturą genewską, należy przestrzegać następujących zasad.

Biorąc pod uwagę wzór strukturalny związku, wybiera się najdłuższy łańcuch atomów węgla i numeruje się atomy, zaczynając od końca, do którego podstawnik jest bliżej (gałąź boczna).

Związek jest uważany zgodnie z zasadami nomenklatury genewskiej jako pochodna normalnego węglowodoru o tym samym odpowiednim łańcuchu o numeracji.

Miejsce podstawnika (rozgałęzienia łańcucha) wskazuje liczba odpowiadająca numerowi atomu węgla, przy którym znajduje się podstawnik, następnie podstawnik jest wywoływany, a na końcu węglowodór, z którego wytworzony jest cały związek wzdłuż najdłużej przenumerowanej łańcuch.

W przypadkach, gdy w łańcuchu występuje kilka rozgałęzień, położenie każdego z nich jest wskazywane oddzielnie odpowiednimi numerami, a każdy podstawnik jest oddzielnie nazywany. Jeśli związek ma kilka identycznych podstawników, na przykład dwie grupy metylowe, to po dwóch cyfrach oznaczających ich miejsca mówią „dimetyl” (z greckiego di – „dwa”); w obecności trzech grup metylowych mówią „tri-metyl” itp.

Po stworzeniu nomenklatury genewskiej wielokrotnie próbowali ją ulepszać - uzupełniać, poprawiać. Tak więc w mieście Liege (Belgia) rozważano „zasady Liège”, które jednak nie były akceptowane przez wielu chemików.

W 1957, a następnie w 1965 Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej, w skrócie IUPAC (lub IUPAC), zatwierdziła zasady nomenklatury związków organicznych. Zasady te zasadniczo odpowiadają nomenklaturze genewskiej, ale wprowadzają do niej pewne poprawki. W przyszłości, prezentując Międzynarodową Nomenklaturę różnych klas związków, uwzględniono również zalecenia IUPAC.

11. Pojęcie konformacji

Grupy metaliczne i metylenowe w węglowodorach (a także w innych związkach) mogą swobodnie obracać się wokół łączących je pojedynczych wiązań, tak jak wokół osi, dzięki czemu atomy wodoru mogą zajmować różne pozycje przestrzenne. Powstałe różne formy nazywane są konformacjami lub konformerami. Na przykład etan, dzięki swobodnej rotacji grup metylowych, może istnieć w postaci niezliczonej liczby konformacji. Najmniej stabilną konformacją jest tak zwana konformacja przyćmiona, w której atomy wodoru dwóch grup metylowych znajdują się jeden nad drugim. Niestabilność tej konformacji wynika z małych odległości między atomami wodoru, które mają tendencję do wzajemnego odpychania się. Kiedy te atomy są odpychane, zaćmiona konformacja etanu przechodzi w inne i ostatecznie przekształca się w najbardziej stabilną konformację, w której atomy wodoru jednej grupy metylowej znajdują się jak najdalej od atomów wodoru drugiej grupy metylowej. Konformację tę nazywamy utrudnioną, ponieważ podczas swobodnej rotacji grup metylowych cząsteczka metanu przebywa w tej konformacji najdłużej.

Węglowodory i inne związki organiczne zawierające cztery lub więcej atomów węgla mogą występować w różnych konformacjach, mieć nie tylko różne pozycje atomów wodoru, ale także różne kształty łańcucha węglowego. Na przykład łańcuch n-butanowy może mieć kształt zygzaka lub półpierścienia.

Konformery różnią się od izomerów przede wszystkim tym, że powstają spontanicznie, bez zrywania wiązań chemicznych łączących atomy.

Wyróżnienie jakiejkolwiek konformacji jest prawie niemożliwe, ponieważ rotacja grup atomowych następuje dość szybko i jedna konformacja przechodzi w drugą. Wystarczająco dokładne wyobrażenia o konformacjach można było sformułować tylko za pomocą subtelnych metod fizycznych, takich jak na przykład metoda NMR (Nuclear Magnetic Resonance).

Ogólny wzór węglowodorów nasyconych. W chemii organicznej skład każdej grupy związków można wyrazić ogólnym wzorem cząsteczkowym.

Wyprowadzenie ogólnego wzoru węglowodorów nasyconych. Musimy wziąć pod uwagę wzór dowolnego węglowodoru o prostym łańcuchu. Jak widać ze wzoru, na każdy atom węgla przypada dwa atomy wodoru, z wyjątkiem dwóch atomów wodoru związanych z skrajnymi atomami węgla. Jeśli oznaczymy liczbę atomów węgla w cząsteczce węglowodoru literą N, to liczba atomów wodoru będzie równa 2N, do czego należy dodać kolejne 2 (trzecie atomy wodoru na skrajnych atomach węgla). Zatem ogólny wzór węglowodorów nasyconych Spn₂P + 2.

Wyprowadzona ogólna formuła SPN₂P + 2 wyraża również skład wszystkich nasyconych węglowodorów o rozgałęzionym łańcuchu, ponieważ związki izo różnią się od odpowiednich normalnych związków tylko w kolejności połączenia atomów.

Ogólny wzór jednowartościowych rodników węglowodorów nasyconych - alkile - SpN₂P + 1.

12. Naturalne źródła węglowodorów nasyconych

W przyrodzie szeroko rozpowszechnione są węglowodory gazowe, ciekłe i stałe, w większości przypadków występują nie w postaci czystych związków, ale w postaci różnych, niekiedy bardzo złożonych mieszanin. Są to gazy naturalne, ropa i wosk górski.

Gazowe mieszaniny węglowodorów. W bardzo wielu miejscach na kuli ziemskiej z pęknięć w ziemi emitowany jest palny tzw. gaz ziemny lub ropa naftowy, składający się głównie z metanu. W Rosji takie pola gazowe są dostępne w Groznym, Dagestanie, Saratowie, regionie Tiumeń i innych miejscach. Gaz z ropy naftowej uwalniany bezpośrednio z gruntu, oprócz metanu, zawiera opary benzyny, które mogą się z niego uwolnić. Gaz ziemny, podobnie jak ten pozyskiwany z ropy naftowej, służy jako surowiec dla przemysłu tworzyw sztucznych.

Gazy „bagienne” i „kopalne”, składające się prawie wyłącznie z metanu, są również naturalnymi źródłami węglowodorów nasyconych. Powstają z różnych roślinnych pozostałości organicznych, które ulegają powolnemu rozkładowi przy braku tlenu (na przykład na dnie bagien).

olej

Olej to żółta lub jasnobrązowa do czarnej ciecz o charakterystycznym zapachu, składająca się głównie z mieszaniny węglowodorów; W skład oleju wchodzi również niewielka ilość substancji zawierających tlen, siarkę i azot.

Olej jest lżejszy od wody: gęstość różnych rodzajów oleju waha się od 0,73 do 0,97 cm³ .

W zależności od pola ropa ma różny skład (zarówno jakościowy, jak i ilościowy). Większość węglowodorów nasyconych znajduje się w ropie naftowej produkowanej w stanie Pensylwania (USA).

Pochodzenie oleju. Nie ma zgody co do pochodzenia ropy. Niektórzy naukowcy, do których należał D. I. Mendelejew, zakładali, że olej ma pochodzenie nieorganiczne: powstał pod wpływem wody na węgliki metali. Inni naukowcy, jak np. Engler, uważali, że olej jest pochodzenia organicznego, to znaczy powstał w wyniku powolnego rozkładu różnych szczątków martwych zwierząt oraz szczątków martwych roślin przy niewystarczającym dostępie powietrza. W kolejnych latach w licznych próbkach olejów znaleziono różne porfiryny - związki powstałe podczas rozkładu zielonej substancji roślin - chlorofilu i barwnika krwi - hemoglobiny. Świadczy to o udziale roślin i zwierząt w tworzeniu oleju.

Wysuwane są bardziej złożone teorie, zgodnie z którymi głównym źródłem powstawania ropy były szczątki zwierząt i roślin; powstały z nich „pierwotny olej” ulegał dalszym przemianom wtórnym, polegającym głównie na dodawaniu wodoru – uwodornianiu. Procesy te mogły przebiegać z udziałem katalizatorów nieorganicznych.

13. Rafinacja ropy naftowej

Jeśli olej jest stopniowo podgrzewany w aparacie destylacyjnym, to najpierw przechodzi w stan pary wraz ze wzrostem temperatury, destylowane są węglowodory o coraz wyższej temperaturze wrzenia. W ten sposób można zbierać poszczególne części lub, jak mówią, frakcje oleju. Zwykle otrzymuje się trzy główne frakcje, takie jak:

1) frakcja zebrana do 150°C i zwana frakcją benzynową lub frakcją benzynową; frakcja ta zawiera węglowodory o liczbie atomów węgla od 5 do 9;

2) frakcja zebrana w zakresie od 150 do 300 °C i po oczyszczeniu dająca naftę zawiera węglowodory z C₉Н₂₀ do C.₁₆Н₃₄;

3) pozostałość olejowa, zwana olejem opałowym, zawiera węglowodory o dużej liczbie atomów węgla - do kilkudziesięciu.

Każda z tych trzech frakcji poddawana jest dokładniejszej destylacji w celu uzyskania frakcji o mniej złożonym składzie. Tak więc frakcja benzyny jest rozproszona do:

1) n-pentan, wrzący w 38°C (znajdujący się głównie w oleju pensylwańskim);

2) benzyna lub eter naftowy (frakcja o temperaturze wrzenia od 40 do 70 ° C);

3) sama benzyna (frakcja o temperaturze wrzenia od 70 do 120 °C); istnieje kilka rodzajów benzyny: lotnicza, samochodowa itp.;

4) benzyna (od 120 do 140 °C).

Olej opałowy dzieli się na frakcje, niektóre frakcje destylowane z oleju opałowego bez rozkładu powyżej w temperaturze 300 ° C nazywane są olejami słonecznymi. Są używane jako paliwo silnikowe. Stosowany w medycynie olej wazelinowy pozyskiwany jest również z oleju solarnego poprzez dokładne oczyszczenie.

Aby uniknąć rozkładu substancji w temperaturach powyżej 300 ° C, przy rozdzielaniu oleju opałowego na frakcje stosuje się destylację z parą wodną i destylację próżniową. Z oleju opałowego przez takie rozdzielanie i oczyszczanie frakcji, oprócz olejów solarnych, otrzymuje się różne oleje smarowe, wazelinę i parafinę.

Wazelina, otrzymywana z oleju opałowego przez destylację przegrzaną parą wodną, ​​jest mieszaniną ciekłych i stałych węglowodorów i jest szeroko stosowana w medycynie jako podstawa maści.

Parafina - mieszanina stałych węglowodorów - jest oddzielana poprzez ich krystalizację z tzw. masy parafinowej - mieszaniny stałych i ciekłych węglowodorów, które otrzymuje się w wyniku destylacji z parą wodną oleju opałowego z niektórych rodzajów olejów bogatych w odpowiednie stałe węglowodory. Parafina jest obecnie szeroko stosowana nie tylko w przemyśle, ale także w medycynie (terapia parafinowa). Pozostałość po destylacji wymienionych frakcji z oleju opałowego, zwana smołą lub pakem naftowym, po pewnym przetworzeniu, znajduje szerokie zastosowanie w budownictwie drogowym (ropa naftowa lub sztuczny asfalt).

14. Proces pękania, ozokeryt

Proces pękania (od angielskiego cracking - "splitting"). Istotą procesu krakingu, czyli krakingu ciężkich frakcji ropy naftowej, jest wystawienie produktów naftowych na działanie wysokiej temperatury i ciśnienia. Duże cząsteczki węglowodorów o dużej liczbie atomów węgla rozkładają się na mniejsze cząsteczki węglowodorów nasyconych i nienasyconych, identycznych lub zbliżonych do tych zawartych w benzynie, oraz gazy krakingowe, składające się głównie z gazowych węglowodorów nienasyconych o niewielkiej liczbie atomów węgla. Gazy krakingowe poddawane są dodatkowej obróbce, w której cząsteczki łączą się w większe (zachodzi polimeryzacja), w wyniku czego powstaje również benzyna. Kraking produktów naftowych z polimeryzacją gazów odlotowych z krakingu zwiększa uzysk benzyny z ropy naftowej do 65-70%, czyli około 3-krotnie.

Wosk górski lub ozokeryt to stała naturalna mieszanina węglowodorów. Przez topienie i rafinację ozokerytu wytwarzana jest cerezyna, która w niektórych przypadkach służy jako dobry substytut wosku.

Naturalnymi źródłami węglowodorów nasyconych są również niektóre produkty suchej destylacji drewna, torfu, węgla brunatnego i kamiennego, łupków bitumicznych.

Syntetyczne metody otrzymywania węglowodorów nasyconych.

1. Dodatek wodoru (uwodornienie) w obecności katalizatorów – platyny i palladu – do węglowodorów nienasyconych.

2. Reakcja usuwania halogenu z pochodnych monohalogenowych za pomocą metalicznego sodu z kombinacją rodników (reakcja Wurtza).

3. Rozkład soli odpowiednich kwasów (przez ogrzewanie NaOH):

C&H₂n + 1 COONa + NaOH - "CnH₂n+2+Na₂CO₃.

właściwości fizyczne

Ogranicz węglowodory o liczbie atomów węgla od 1 do 4 w normalnych warunkach to gazy; węglowodory o liczbie atomów od 5 do 15 - ciecze; węglowodory o 16 lub więcej atomach są ciałami stałymi. Temperatura topnienia i wrzenia węglowodorów wzrasta wraz z powiększaniem się cząsteczek. Widać tu wyraźnie manifestację prawa dialektyki o przejściu ilości w jakość.

Węglowodory limit są praktycznie nierozpuszczalne w wodzie; są rozpuszczalne w większości rozpuszczalników organicznych.

Pierwsi przedstawiciele wielu węglowodorów nasyconych - metanu i etanu - nie mają zapachu. Wysoce lotne niższe węglowodory mają zapach benzyny. Najwyżsi przedstawiciele tej serii, wchodzący w skład olejów naftowych i parafiny, są również bezwonne, posiadając bardzo niską lotność.

właściwości chemiczne

Na początku rozdziału wskazano już, że węglowodory nasycone w normalnych warunkach mają wysoką obojętność chemiczną.

15. Oddziaływanie granic węglowodorów z halogenami

Halogeny nie łączą się z węglowodorami nasyconymi. Jednak wchodzą z nimi w reakcje podstawienia, szczególnie łatwo w świetle słonecznym. W takim przypadku nie jeden, ale kilka atomów wodoru może być kolejno zastąpionych przez halogen. Tak więc metan, oddziałując z chlorem, może dawać kilka różnych produktów substytucyjnych:

CH₄ + C → CH₃CI₁ + HCI₁;

chlorek metylu

CH₃CI + C₁₂ → CH₂CI₁₂ + HCI₁ itp.

chlorek metylenu

Węglowodory, w których jeden lub więcej atomów wodoru zastąpiono halogenem, nazywane są pochodnymi halogenowymi.

Węglowodory nasycone są mniej stabilne w wysokich temperaturach, zwłaszcza w obecności różnych katalizatorów.

Utlenianie węglowodorów nasyconych w podwyższonej temperaturze. Pierwsi przedstawiciele serii metanowej są najtrudniej utlenieni; jednak wyższe limitujące węglowodory, które są częścią parafiny, mogą zostać utlenione tlenem już w 100-160°C z wytworzeniem kwasów tłuszczowych. Oprócz kwasów tłuszczowych wiele innych substancji zawierających tlen otrzymuje się z węglowodorów poprzez utlenianie węglowodorów nasyconych różnymi metodami.

Rozszczepianie łańcucha węglowego węglowodorów nasyconych w wysokiej temperaturze i ciśnieniu. W temperaturze 450-550°C zachodzą reakcje procesu krakingu. Najważniejszym z nich jest reakcja rozszczepienia dużych cząsteczek węglowodorów nasyconych na mniejsze cząsteczki węglowodorów nasyconych i nienasyconych. Indywidualni przedstawiciele

Metan (CH₄) stanowi 86-90% „ziemi”, „bagien” i „kopalni”; w dużych ilościach wchodzi w skład „świecącego” gazu (około 35%); rozpuszczony w oleju.

Metan powstaje z celulozy pod wpływem mikroorganizmów („fermentacja metanowa”), wchodzi w skład gazów jelitowych przeżuwaczy i ludzi.

Syntetyczny metan można uzyskać na kilka sposobów, takich jak bezpośrednie oddziaływanie węgla i wodoru w wysokiej temperaturze.

Metan nie ma koloru ani zapachu. Po spaleniu wytwarza prawie bezbarwny płomień o słabym niebieskim odcieniu.

Gdy metan zmiesza się z powietrzem, powstaje niezwykle niebezpieczna mieszanina wybuchowa.

Metan jest słabo rozpuszczalny w wodzie.

Izooktan (C₈H₁₈) (2,2,4-trimetylopentan) – bardzo cenny składnik benzyn lotniczych, uznawany jest za standardowe paliwo płynne.

16. Nienasycone (nienasycone) węglowodory

Nienasycone lub nienasycone węglowodory nazywane są węglowodorami zawierającymi mniej atomów wodoru niż węglowodory nasycone o tej samej liczbie atomów węgla i znacznie różnią się od ograniczających zdolnością do łatwego wchodzenia w różne reakcje addycji (na przykład łatwo dodają halogeny) .

W zależności od zawartości wodoru węglowodory nienasycone dzielą się na różne podgrupy lub serie. Skład związków należących do różnych podgrup jest dogodnie wyrażany za pomocą ogólnych wzorów.

Jeżeli skład węglowodorów nasyconych jest oznaczony wzorem ogólnym SpN₂n + 2, to różne serie węglowodorów nienasyconych można wyrazić wzorami ogólnymi: CnH₂n, C&H₂n - 2 itd.

Ten kurs będzie uwzględniał tylko węglowodory nienasycone o wzorze SpH₂n, - alkeny lub olefiny lub węglowodory z serii etylenów i mające wzór SpH₂n-2, które obejmują diolefiny lub węglowodory dienowe, a także węglowodory serii acetylenowej.

1. Węglowodory serii etylenowej, czyli alkeny (olefiny).

Węglowodory serii etylenu o wzorze ogólnym SpH₂n, zostały nazwane na cześć pierwszego najprostszego przedstawiciela etylenu (C₂Н₄). Inna nazwa dla tej grupy substancji - olefiny - powstała historycznie: podczas początkowego odkrycia i znajomości etylenu stwierdzono, że w połączeniu z chlorem tworzy ciekłą substancję oleistą (chlorek etylenu (C₂Н₄CI₁₂)), co było powodem nazywania olefiantem gazu etylenowego (z łac. „gaz rodzimy”). W naszym kraju coraz szerzej stosuje się nazwę „olefiny”. Olefiny są również nazywane alkenami.

2. Struktura, nazewnictwo i izomeria Etylen C₂Н₄ można otrzymać z chlorku etylu (C₂Н₅CI₁), zabierając z niego cząsteczkę HCl₁ działanie alkaliczne.

Założenie istnienia wiązania podwójnego w olefinach odpowiada głównemu stanowisku teorii budowy o tetrawalencji węgla i dobrze wyjaśnia dodanie halogenów i innych substancji do dwóch sąsiednich atomów węgla w wyniku uwolnienia wartościowości po zerwaniu podwójne wiązanie.

Zgodnie ze współczesnymi pomysłami, jak już wspomniano, dwa wiązania łączące dwa nienasycone atomy węgla nie są takie same: jedno z nich to wiązanie s, drugie to wiązanie p. To ostatnie wiązanie jest słabsze i pęka podczas reakcji addycji.

Na nierównoważność dwóch wiązań w związkach nienasyconych wskazuje w szczególności porównanie energii tworzenia wiązań pojedynczych i podwójnych. Energia tworzenia wiązania pojedynczego wynosi 340 kJ/mol, a wiązania podwójnego 615 kJ/mol. Zatem tworzenie wiązania podwójnego nie wymaga dwa razy więcej energii niż tworzenie pojedynczego wiązania s, ale tylko 275 kJ/mol więcej. Oczywiście do zerwania wiązania p zużywa się mniej energii niż do zerwania wiązania s.

17. Izomeria, naturalne źródła i metody wytwarzania olefin

Izomeria olefin zależy od izomerii łańcucha atomów węgla, to znaczy od tego, czy łańcuch jest prosty czy rozgałęziony, oraz od położenia wiązania podwójnego w łańcuchu. Istnieje jeszcze trzecia przyczyna izomerii olefin: inny układ atomów i grup atomowych w przestrzeni, czyli stereoizomeria. Jednak ten typ izomerii zostanie rozważony dalej na przykładzie związków z wiązaniem podwójnym.

Aby wskazać miejsce wiązania podwójnego (a także miejsce rozgałęzień w łańcuchu), zgodnie z nomenklaturą międzynarodową atomy węgla o najdłuższym łańcuchu są numerowane, zaczynając od końca, do którego wiązanie podwójne jest bliżej. Zatem dwa izomery butylenu o prostym łańcuchu będą określane jako 1-buten i 2-buten.

Według nomenklatury genewskiej pierwszeństwo miał szkielet węglowy, a numeracja we wzorze tego pentenu zaczęła się po lewej stronie, ponieważ gałąź łańcucha węglowego znajduje się bliżej lewego końca wzoru. Zgodnie z nomenklaturą pierwszeństwo mają grupy funkcyjne, a więc numeracja zaczyna się od prawego końca, który jest bliższy podwójnemu wiązaniu określającemu główne właściwości (funkcje) olefin.

Radykalny N₂C=CH- wytworzony z etylenu jest zwykle nazywany winylem; rodnik H₂C=CH-CH₂- pochodzący z propylenu nazywany jest allilem.

Naturalne źródła i metody produkcji olefin

Etylen i jego homologi występują w bardzo małych ilościach w gazach ziemnych, a także w oleju (w stanie rozpuszczonym). Jak wspomniano, olefiny powstają podczas krakingu ropy naftowej, a także w niewielkich ilościach podczas suchej destylacji drewna i węgla.

Pobieranie wody z alkoholi nasyconych to odwodnienie. To jeden z najczęstszych sposobów pozyskiwania olefin.

W warunkach przemysłowych para alkoholu o temperaturze 350-500 ° C przepuszczana jest przez katalizator, który jest używany jako tlenek glinu, grafit lub inne substancje.

W warunkach laboratoryjnych, w celu uzyskania olefin, alkohole ogrzewa się substancjami usuwającymi wodę, na przykład stężonym kwasem siarkowym, chlorkiem cynku itp.

W przypadku stosowania kwasu siarkowego reakcja rozszczepiania wody przebiega dwuetapowo:

1) alkohol, wchodząc w interakcję z kwasem siarkowym, tworzy tak zwany ester, na przykład etylowy kwas siarkowy powstaje z alkoholu etylowego;

2) kwas etylosiarkowy rozkłada się po podgrzaniu, tworząc olefinę i kwas siarkowy.

Rozważany mechanizm reakcji nie jest jedyny, ponieważ nie tylko kwas siarkowy, ale także inne kwasy, takie jak kwas solny, które nie mogą tworzyć łatwo rozkładającego się produktu pośredniego, takiego jak kwas etylosiarkowy, powodują odwodnienie alkoholi (odwadnianie). Ustalono, że mechanizm powstawania etylenu z alkoholi zależy w pewnym stopniu od struktury alkoholu.

18. Odwodnienie pierwszorzędowych alkoholi, właściwości fizyczne i mechaniczne olefin

Przy odwadnianiu pierwszorzędowych alkoholi (w których atom węgla związany z hydroksylem jest połączony tylko z jednym rodnikiem) zakłada się następujący mechanizm:

1) proton (z dowolnego kwasu) jest przyłączony do wolnej pary elektronów atomu tlenu, tworząc podstawiony jon oksoniowy;

2) dalej po podgrzaniu woda odszczepia się od podstawionego jonu oksoniowego, w wyniku czego powinien powstać karbokation CH₃ -CH₂ +, ale ponieważ taki jon jest bardzo kruchy, jest stabilizowany przez utratę protonu i tworzenie wiązania podwójnego. W praktyce utrata wody i protonu (podczas odwadniania pierwszorzędowych alkoholi) zachodzi prawie jednocześnie i powstaje olefina.

Odszczepienie halogenowodoru od pochodnej halogenu.

Alkoholowy roztwór zasady jest zwykle używany do usuwania halogenowodoru: Właściwości fizyczne

Pierwszymi trzema przedstawicielami serii olefin w normalnych warunkach są gazy, zaczynając od amylenów (C₅Н₁₀), - płyny; wyższe olefiny, zaczynając od C₁₉Н₃₈, są ciałami sztywnymi.

właściwości chemiczne

Wszystkie olefiny charakteryzują się licznymi reakcjami addycji, które rozbijają wiązanie podwójne i zamieniają je w proste.

W większości przypadków pierwszym etapem reakcji jest dodanie kationu (np. H+) lub kationu (Br^b+: Vg^b-), a ponieważ ten etap jest decydujący, wiele tego rodzaju reakcji uważa się za addycję elektrofilową.

1. Dodatek wodoru - uwodornienie. Reakcja ta łatwo zachodzi w obecności katalizatorów takich jak platyna i pallad w temperaturze pokojowej oraz w obecności pokruszonego niklu w podwyższonych temperaturach.

2. Dodatek halogenów C₁₂, br₂, JA.

Najłatwiej dodać chlor, najtwardszy.

Dodawanie halogenów może następować (w zależności od warunków) zarówno przez mechanizm rodnikowy, jak i jonowy. Ponieważ reakcja często przebiega w warunkach, w których zachodzi mechanizm jonowy, powinniśmy zastanowić się nad tym drugim.

Polaryzacja zachodzi w szczególności pod wpływem p-elektronów; w tym przypadku dodatnio naładowany atom bromu oddziałuje z p-elektronami podwójnego wiązania z utworzeniem niestabilnego kompleksu p: następuje addycja elektrofilowa.

Kompleks, w wyniku zerwania wiązania p i dodania dodatnio naładowanego jonu bromu, zamienia się w karbokation. Uwolniony anion bromu dodaje się do karbokationu w celu wytworzenia końcowego produktu addycji.

19. Zasady Markownikowa. Metoda wagnerowska

V. V. Markovnikov zbadał reakcje addycji do olefin i ustalił następujący wzór: w przypadku addycji substancji zawierających wodór do związków nienasyconych ten ostatni jest przyłączony do najbardziej uwodornionego atomu węgla (tj. związany z największą liczbą atomów wodoru) .

Ta prawidłowość nazywana jest regułą Markownikowa.

Tak więc, gdy HI dodaje się do propylenu, wodór jest przyłączony do skrajnie nienasyconego atomu węgla (jako bardziej uwodorniony), a jod jest przyłączony do środkowego atomu węgla.

Zgodnie ze współczesnymi koncepcjami wzajemny wpływ atomów z reguły wynika ze zmiany rozkładu gęstości chmur elektronowych, które tworzą wiązania chemiczne.

Zastąpienie atomu wodoru w etylenie grupą metylową prowadzi do zmiany rozkładu gęstości elektronowej, więc cząsteczka propylenu jest dipolem: pierwszy atom węgla jest bardziej elektroujemny w porównaniu z drugim (związanym z grupą metylową).

Jasne jest, że pod działaniem halogenowodoru, na przykład HI, elektrododatni wodór jest przyłączony do ujemnie naładowanego skrajnie nienasyconego atomu węgla propylenu, a elektroujemny atom halogenu do drugiego atomu węgla cząsteczki propylenu.

Ponieważ kolejność przyłączania jest faktycznie określona przez rozkład gęstości elektronów, reguła Markownikowa nie ma wartości bezwzględnej, znane są wyjątki od tej reguły.

Przywiązanie do olefin wodnych. Reakcja przebiega w obecności katalizatorów, takich jak kwas siarkowy, chlorek cynku.

Ta reakcja jest odwrotnością reakcji wytwarzania olefin z alkoholi. Reguła Markownikowa ma również zastosowanie do reakcji dodawania wody.

Utlenianie olefin. W warunkach łagodnego utleniania, na przykład pod wpływem zimnego roztworu wodnego KMnO₄ w środowisku zasadowym lub obojętnym następuje zerwanie wiązania podwójnego olefin i do dwóch uwolnionych wartościowości dodawane są dwie grupy hydroksylowe – powstają tzw. alkohole dwuwodorotlenowe.

W tym przypadku rozwiązanie KMnO₄, który oddaje swój tlen, staje się bezbarwny lub (przy nadmiarze KMnO₄) brązowieje (tworząc MnO₄). Ta reakcja jest bardzo często wykorzystywana do wykrywania nienasycenia badanej substancji. Metoda utleniania olefin słabym roztworem KMnO₄ został opracowany przez rosyjskiego naukowca E. E. Wagnera i jest znany w literaturze jako metoda Wagnera.

W warunkach intensywnego utleniania olefin (na przykład pod działaniem kwasu chromowego lub manganowego) ich łańcuch węglowy jest całkowicie zerwany w miejscu podwójnego wiązania i dwie cząsteczki substancji zawierających tlen (kwasy organiczne, ketony itp. .) są tworzone.

Badanie produktów utleniania olefin powstających podczas rozszczepiania cząsteczki w miejscu wiązań podwójnych.

20. Polimeryzacja olefin

polimeryzacja olefin. Podczas polimeryzacji następuje kolejne przyłączanie innych cząsteczek do jednej cząsteczki olefiny na skutek zerwania wiązania podwójnego (w jednej lub kilku cząsteczkach).

Gdy dwie cząsteczki monomeru są połączone w jedną, powstają tak zwane dimery, gdy łączy się trzy cząsteczki, trimery itp.

Po II wojnie światowej zaczęto produkować na dużą skalę polietylen (polietylen).

Jak wszystkie polimery o dużej masie cząsteczkowej – polimery wysokie, polietylen jest mieszaniną cząsteczek o różnej wielkości, zbudowanych według tego samego typu – homologów polimerowych. Dlatego masę cząsteczkową polimerów o wysokiej zawartości można tylko warunkowo określić jako średnią masę cząsteczkową. Zazwyczaj stosuje się stały polimer etylenu o średniej masie cząsteczkowej około 6000-12 000 amu. Polietylen wykorzystywany jest do produkcji folii, naczyń, fajek wodnych, materiałów opakowaniowych itp.

Duże znaczenie praktyczne ma polimer propylenowy – polipropylen, który można otrzymać podobnie jak polietylen.

Polipropylen to bardzo mocny polimer stosowany w szczególności do produkcji włókien. Włókna polipropylenowe wykorzystywane są do produkcji lin, siatek, tkanin o różnym przeznaczeniu.

Reakcje polimeryzacji olefin są generalnie bardzo ważne w technologii, przykładem jest produkcja benzyny z gazów odlotowych procesu krakingu.

Mechanizm reakcji polimeryzacji olefin Równanie polimeryzacji etylenu jest podsumowaniem. Jak obecnie wiadomo, polimeryzacja przebiega znacznie bardziej skomplikowanie. Polimeryzacja może przebiegać zarówno przez mechanizmy rodnikowe, jak i jonowe. Mechanizm radykalny zostanie uznany za mechanizm o większym znaczeniu praktycznym.

Wolne rodniki, które powstają jako niestabilne produkty pośrednie reakcji, są bardzo aktywne. Nie tylko łączą się ze sobą, ale także oddziałują z całymi cząsteczkami. W tym przypadku powstają inne wolne rodniki, które działają na inne cząsteczki, z których ponownie powstają wolne rodniki. W ten sposób zachodzi reakcja łańcuchowa. Teoria reakcji łańcuchowych została stworzona przez radzieckiego naukowca akademika N. N. Semenova i angielskiego naukowca S. Hinshelwooda, którzy pracowali w bliskim kontakcie (obaj naukowcy otrzymali Nagrodę Nobla).

Wszystkie reakcje łańcuchowe, w tym polimeryzacja, zwykle rozpoczynają się od etapu inicjacji, w którym powstają pierwsze wolne rodniki, po których następuje główny łańcuch reakcji.

W reakcji inicjacji zwykle stosuje się katalitycznie działające niestabilne substancje, które łatwo dają początek wolnym rodnikom.

21. Węglowodory dienowe

Diolefiny, węglowodory dienowe lub dieny to nienasycone węglowodory zawierające dwa wiązania podwójne, o ogólnym wzorze CnH₂n - 2.

Do nazw związków zawierających wiązanie podwójne dodaje się końcówki - ene, ale jeśli w cząsteczce węglowodoru znajdują się dwa wiązania podwójne, to ich nazwa powstaje z końcówką - dien (z greckiego di - „dwa”).

Dwa podwójne wiązania w cząsteczce węglowodoru mogą być ułożone na różne sposoby. Jeśli są skoncentrowane na jednym atomie węgla, nazywa się je skumulowanymi.

Jeśli dwa wiązania podwójne są oddzielone jednym wiązaniem pojedynczym, nazywa się je sprzężonymi lub sprzężonymi.

Jeśli podwójne wiązania są oddzielone dwoma lub więcej prostymi wiązaniami, nazywa się je izolowanymi.

Pozycja wiązań podwójnych zgodnie z międzynarodową nomenklaturą IUPAC jest wyznaczona przez liczbę tych atomów węgla, od których zaczynają się te wiązania podwójne.

Dieny z skumulowanymi i izolowanymi wiązaniami podwójnymi mają właściwości zbliżone do olefin. Podobnie jak te ostatnie, łatwo wchodzą w liczne reakcje addycyjne.

Bardziej szczegółowo omówimy dieny ze sprzężonymi wiązaniami podwójnymi, ponieważ po pierwsze różnią się one istotnymi właściwościami od olefin, a po drugie niektórzy z ich przedstawicieli mają duże znaczenie jako produkty wyjściowe do produkcji kauczuku syntetycznego.

Najważniejszą cechą związków z wiązaniami sprzężonymi jest ich wyższa reaktywność w porównaniu ze związkami posiadającymi wiązania izolowane, a reakcje addycji do nich przebiegają zwykle w bardzo osobliwy sposób. Tak więc, jeśli działasz na 1,3-butadien z chlorem, to ten ostatni będzie się głównie przyłączać nie do dwóch sąsiednich atomów węgla, które są połączone podwójnym wiązaniem, ale w przeciwnym razie: atomy chloru będą przyłączać się do końców łańcucha, a zamiast tego z dwóch wiązań podwójnych, jedno pojawia się w miejscu prostego .

Wyjaśnienie szczególnego przywiązania do końców sprzężonego systemu wiązań dają współczesne koncepcje elektroniczne.

Badanie dyfrakcji elektronów 1,3-butadienu pokazuje, że odległości między pierwszym i drugim, a także trzecim i czwartym atomem węgla są nieco większe niż odległość między atomami związanymi konwencjonalnymi wiązaniami podwójnymi. Odległość między drugim i trzecim atomem jest mniejsza niż odległość między atomami połączonymi konwencjonalnym pojedynczym wiązaniem. Tak więc w butadienach odległości między atomami węgla związanymi wiązaniami podwójnymi i pojedynczymi są w pewnym stopniu wyrównane. To już pokazuje, że wiązania pojedyncze i podwójne w butadienach różnią się nieco od zwykłych. Powodem tej różnicy jest to, że chmury elektronów dwóch blisko położonych wiązań p częściowo nakładają się na siebie. Jest to główny powód odchyleń odległości międzyatomowych od zwykłych.

Mechanika kwantowa pozwala określić kolejność wiązań (P) łączących atomy węgla w butadienie.

22. Koniugacja dienów

Sprzężenie wiązań w niereagującej cząsteczce nazywa się efektem koniugacji statycznej.

Jeżeli w reakcję wchodzi związek z układem wiązań sprzężonych, to z powodu wzajemnego nakładania się chmur p-elektronowych w czasie reakcji w całym układzie zachodzi redystrybucja gęstości elektronów, co nazywa się dynamicznym efektem sprzężenia . Charakterystyczną cechą systemu wiązań sprzężonych jest to, że redystrybucja gęstości elektronowych ze wskazanych powodów jest transmitowana przez cały system bez zauważalnego osłabienia. Dlatego też, gdy następuje przyłączenie do pierwszego atomu układu sprzężonego, wówczas następuje redystrybucja gęstości elektronowej w całym układzie i ostatecznie ostatni, czwarty atom układu sprzężonego okazuje się być nienasycony (a zatem przyłączony). Tak więc sprzężone wiązania podwójne są pojedynczym układem, który zachowuje się podobnie do pojedynczego wiązania podwójnego.

Drugą bardzo ważną cechą dienów ze sprzężonymi wiązaniami podwójnymi jest ich niezwykła łatwość polimeryzacji.

W wyniku polimeryzacji powstają zarówno produkty cykliczne, jak i acykliczne. Podczas polimeryzacji niektórych dienów powstają bardzo długie łańcuchy związków o właściwościach gumowych. W tym przypadku, zgodnie z rozważanym mechanizmem, oba wiązania podwójne są zerwane w każdej cząsteczce, cząsteczki są połączone na swoich końcach, a wiązanie podwójne pojawia się w środku wcześniej istniejącego układu sprzężonego.

Reakcje polimeryzacji tego typu mają ogromne znaczenie, ponieważ stanowią podstawę do produkcji kauczuku syntetycznego.

Spośród różnych przedstawicieli węglowodorów dienowych ze sprzężonymi wiązaniami podwójnymi najważniejsze są 1,3-butadien i jego homologi: 2-metylo-1,3-butadien lub izopren itp.

Erythren (diwinyl) lub 1,3-butadien (C₄Н₆), w normalnych warunkach jest gazem. Syntezę diwinylu na skalę przemysłową przeprowadza się z alkoholu zgodnie z metodą S.V. Lebedev. Pary alkoholu przepuszcza się przez ogrzany katalizator zawierający tlenek glinu i tlenek cynku. W tym przypadku zachodzi szereg reakcji, z których główna prowadzi do powstania diwinylu, wodoru i wody.

Drugą ważną metodą otrzymywania diwinylu jest odwodornienie butanu, który otrzymuje się w znacznych ilościach podczas krakingu oleju.

Metoda ta zastępuje metodę pozyskiwania diwinylu (i gumy) z alkoholu, oszczędzając w ten sposób cenne produkty spożywcze, takie jak ziemniaki i pszenica, które musiałyby zostać wykorzystane do produkcji alkoholu do celów przemysłowych.

Izopren lub 2-metylo-1,3-butadien (C₅Н₈) w normalnych warunkach - ciecz o temperaturze wrzenia +37 ° C.

Izopren powstaje w pewnych ilościach podczas suchej destylacji kauczuku naturalnego, która niegdyś służyła jako początek wyjaśnienia struktury kauczuku, a następnie doprowadziła do opracowania różnych metod syntezy kauczuku sztucznego.

23. Guma

Guma ma ogromne znaczenie, ponieważ znajduje szerokie zastosowanie w produkcji samochodów, samolotów, dętek i opon rowerowych, butów gumowych, izolacji przewodów elektrycznych, licznych wyrobów medycznych (podgrzewacze i pęcherzyki chłodzące, gumowe sondy i cewniki) itp.

Kauczuk pozyskiwany jest z mlecznego soku niektórych drzew tropikalnych. Guma wyizolowana z soku mlecznego jest wulkanizowana, czyli poddawana działaniu siarki lub chlorku siarki, natomiast guma absorbuje pewną ilość siarki, co znacznie poprawia jej jakość: staje się bardziej elastyczna, nabywa zdolność do utrzymania elastyczności przy znacznej temperaturze wahania, a także staje się bardziej odporny na wpływy chemiczne. Jeżeli w procesie wulkanizacji zostanie zastosowana większa ilość siarki (25-40%), to otrzymamy produkt stały – ebonit, który jest bardzo cennym materiałem izolacyjnym.

Kauczuk naturalny jest polimerem izoprenu (C₅Н₈)n. Liczba n nie jest wartością stałą; różni się ona znacznie w zależności od przetwarzania gumy, a poza tym, jak w przypadku każdego polimeru o wysokiej zawartości, liczba ta jest tylko wartością średnią.

W przypadku gumy konwencjonalnej stosowanej do celów technicznych stopień polimeryzacji, tj. liczba reszt monomeru, które tworzą cząsteczkę polimeru, wynosi około 400.

Synteza kauczuku składa się z dwóch głównych etapów: synteza butadienu, jego homologów lub dowolnych pochodnych; polimeryzacja dienów w długie łańcuchy.

Omówiono już pierwszy etap syntezy i zastosowania butadienu i izoprenu do produkcji kauczuku syntetycznego. W tym miejscu należy dodać, że obok wymienionych węglowodorów dienowych dogodnym produktem wyjściowym do syntezy kauczuku okazała się halogenowa pochodna butadienu, chloroprenu lub 2-chloro-1,3-butadienu:

Н₂C=CCI-CH=CH₂.

chloropren

Chloropren uzyskany z acetylenu polimeryzuje, podobnie jak butadien lub izopren, w długie łańcuchy gumowatej substancji o wzorze (C₄Н₅CI₁). Ta substancja nazywa się nairytem.

Drugi etap syntezy kauczuku – polimeryzacja dienów – odbywa się w obecności katalizatorów, np. niewielkiej ilości metalicznego sodu.

Obecnie szeroko stosowane są różnorodne kauczuki syntetyczne, otrzymywane przez polimeryzację dienów (na przykład diwinylu) z innymi związkami nienasyconymi: styrenem C₆Н₅CH=CH₂, akrylonitryl H₂C=CH-CM, itd. Proces ten nazywa się kopolimeryzacją.

Wiele z tych kauczuków posiada cenne specyficzne właściwości, które korzystnie odróżniają je od kauczuków naturalnych.

24. Alkiny

Węglowodory serii acetylenowej o wzorze ogólnym SpN₂n-2, zawierają cztery atomy wodoru mniej niż odpowiednie węglowodory z serii metanowej, dwa atomy wodoru mniej niż olefiny i taką samą ilość wodoru jak dieny, tj. są izomerami tych ostatnich.

1. Struktura, nazewnictwo i izomeria

Pierwszym najprostszym węglowodorem z tej serii jest acetylen (C₂Н₂). Acetylen, podobnie jak inne węglowodory z tej serii, zawiera wiązanie potrójne. Rzeczywiście, cztery atomy halogenu (lub wodoru) są dodawane do acetylenu i łatwo jest zweryfikować, że dodanie dotyczy obu atomów węgla. Dlatego strukturę acetylenu należy wyrazić wzorem H-C≡C-H. Podczas reakcji addycji wiązanie potrójne pęka, każdy z atomów węgla uwalnia dwie wartościowości, do których dodawane są atomy wodoru, halogenu itp.

Wysoka reaktywność wiązania potrójnego jest łatwo wytłumaczona z punktu widzenia reprezentacji elektronicznych. Struktura elektronowa wiązania potrójnego została już omówiona. Wśród trzech wiązań łączących atomy węgla w acetylenie jedno wiązanie s i dwa wiązania p. Energia tworzenia wiązania potrójnego wynosi 840 kJ/mol, podczas gdy energia tworzenia wiązania pojedynczego wynosi 340 kJ/mol. Gdyby trzy wiązania w cząsteczce acetylenu były takie same, można by oczekiwać, że energia tworzenia wiązania potrójnego będzie wynosić 1020 kJ/mol. Dlatego natura dwóch wiązań w wiązaniu potrójnym jest inna niż w wiązaniu pojedynczym.

Nazwy serii węglowodorowych acetylenu według nomenklatury genewskiej pochodzą od nazw odpowiednich węglowodorów nasyconych, ale końcówka - an jest zastąpiona końcówką - in. Sam acetylen nazywany jest etynem według nomenklatury genewskiej.

Numeracja atomów we wzorze węglowodoru acetylenowego zaczyna się od końca, do którego wiązanie potrójne jest bliższe.

Miejsce wiązania potrójnego wskazuje liczba - numer atomu węgla, od którego zaczyna się wiązanie potrójne.

Izomeria węglowodorów szeregu acetylenowego zależy od izomerii łańcucha atomów węgla i położenia wiązania potrójnego.

2. Metody pozyskiwania

Prostą i rozpowszechnioną metodą produkcji acetylenu jest węglik wapnia (CaC₂). Węglik wapnia jest produkowany na skalę przemysłową poprzez podgrzewanie węgla w piecach elektrycznych wapnem palonym w temperaturze około 2500 ° C:

Jeśli węglik wapnia, który zwykle jest stałą szarawo-brązową masą, zostanie wystawiony na działanie wody, szybko rozkłada się z uwolnieniem gazu - acetylenu:

Nowszą metodą produkcji acetylenu jest piroliza węglowodorów, w szczególności metanu, który w temperaturze 1400°C daje mieszaninę acetylenu z wodorem:

2CH₄ → H - C \u3d C - H + XNUMXH₂

Ogólną metodą otrzymywania węglowodorów z szeregu acetylenowego jest ich synteza z pochodnych dihalogenowych przez odszczepienie pierwiastków halogenowodorowych alkoholowym roztworem zasady.

25. Właściwości fizyczne alkinów

Węglowodory z C₂Н₂ do C.₄Н₆ są gazami w normalnych warunkach, zaczynając od węglowodoru z pięcioma atomami węgla w cząsteczce - ciecze, a zaczynając od C₁₆Н₃₀ - ciała stałe. Wzorce w odniesieniu do temperatur wrzenia i topnienia w tej serii są takie same jak dla węglowodorów serii metanowej i serii etylenowej.

właściwości chemiczne

Węglowodory z serii acetylenowej są jeszcze bardziej nienasycone niż olefiny. Charakteryzują się następującymi reakcjami.

1. Dodanie wodoru. W tej reakcji, podobnie jak w wielu innych reakcjach, proces dodawania przebiega dwuetapowo. Reakcja, podobnie jak w przypadku olefin, przebiega w obecności katalizatorów Pt i Ni.

2. Dodatek halogenów. Mechanizm addycji halogenów do acetylenu jest taki sam jak do etylenu.

Dwa etapy dodawania chlorowców do acetylenu przebiegają z różnymi szybkościami: pierwszy etap przebiega wolniej niż po dodaniu do olefin, tj. w praktyce acetylen jest chlorowcowany wolniej niż etylen. Wynika to z mniejszej odległości międzyatomowej między nienasyconymi atomami w cząsteczce acetylenu oraz bliskości dodatnio naładowanych jąder zdolnych do odpychania zbliżających się kationów.

3. Przyłącze wody. Reakcja dodawania wody do acetylenu, przebiegająca pod katalitycznym działaniem soli rtęci, została odkryta przez rosyjskiego naukowca M.G. Kucherowa i zwykle nosi jego imię. Reakcja ta ma ogromne znaczenie praktyczne, ponieważ aldehyd octowy jest używany w technologii w dużych ilościach do produkcji kwasu octowego, alkoholu etylowego i szeregu innych substancji.

4. Polimeryzacja węglowodorów acetylenowych. Reakcja przebiega różnie w zależności od warunków. Tak więc acetylen po przepuszczeniu przez roztwór CuCl i NH₄Cl₁ w kwasie solnym w temperaturze 80 °C tworzy winyloacetylen.

Ta reakcja ma duże znaczenie praktyczne, ponieważ winyloacetylen, łatwo dodając HCl, zamienia się w chloropren.

Opisane reakcje addycji są charakterystyczne dla wszystkich nienasyconych węglowodorów, zarówno etylenu, jak i acetylenu. Istnieją jednak reakcje, które są unikalne dla węglowodorów acetylenowych i wyraźnie odróżniają je od węglowodorów etylenowych.

5. Reakcja powstawania związków metaloorganicznych. Atomy wodoru stojące przy atomach węgla połączone wiązaniem potrójnym mają możliwość zastąpienia przez metal. Jeśli na przykład acetylen przepuszcza się przez amoniakalny roztwór chlorku miedzi (I), wówczas powstaje czerwonobrązowy osad acetylenu miedzi (acetylenku miedzi):

H-C≡C-H + 2CuCl₂ +2NH₃ → Cu-С≡С-Cu + 2NH₄kl.

26. Węglowodory acykliczne

Nazwa związków alicyklicznych powstała ze względu na to, że zawierają one cykle, ale mają podobne właściwości do substancji z serii tłuszczowej - związków alifatycznych. Związki alicykliczne nie zawierają wiązań aromatycznych charakterystycznych dla pochodnych benzenu.

Wyjątkowo dużą rolę w badaniu związków alicyklicznych mają naukowcy rosyjscy. Założycielem chemii związków alicyklicznych jest VV Markovnikov.

Duża grupa węglowodorów serii alicyklicznej to cykl składający się z kilku grup metylenowych; te węglowodory nazywane są polimetylenem. Drugą dużą grupę węglowodorów alicyklicznych stanowią pochodne mentanu, którym bliskie są terpeny.

Węglowodory polimetylenowe lub cykloalkany

Węglowodory polimetylenowe składają się z kilku grup metylenowych (CH₂), mają wzór ogólny SpN₂ n, tj. są izomeryczne do olefin. Węglowodory polimetylenowe nazywane są również cykloparafinami, ponieważ posiadają one strukturę cykliczną, w większości przypadków mają właściwości podobne do parafin. Bardzo często te węglowodory, zgodnie z sugestią V. V. Markovnikova, nazywane są również naftenami (co wiąże się z izolacją wielu ich przedstawicieli z ropy naftowej).

Poszczególni przedstawiciele

Poszczególni przedstawiciele węglowodorów polimetylenowych są zwykle nazywani od odpowiednich nasyconych węglowodorów tłuszczowych z przedrostkiem cyklo-. Zatem najprostszy węglowodór polimetylenowy C₃Н₆ zwany cyklopropanem; węglowodór C₄Н₈ - cyklobutan, węglowodór C₅Н₁₀ - cyklopentan itp. Metody produkcji

Cykloparafiny, takie jak cyklopentan i cykloheksan, oraz ich podstawione alkile występują w dużych ilościach w niektórych rodzajach oleju, na przykład w oleju kaukaskim. Ponadto istnieje szereg sposobów ich syntetycznego wytwarzania, na przykład eliminacja dwóch atomów fluorowca z fluorowcowych pochodnych węglowodorów tłuszczowych zawierających atomy fluorowca przy odpowiednich różnych atomach.

Właściwości fizyczne i chemiczne

Cyklopropan i cyklobutan w zwykłej temperaturze to gazy, cyklopentan i cyklooktan to ciecze, najwyższymi przedstawicielami są ciała stałe.

Właściwości chemiczne cykloparafin są podobne do parafin. Są to dość stabilne chemicznie substancje, które wchodzą w reakcje podstawienia z halogenami. Wyjątkiem są dwaj pierwsi przedstawiciele - cyklopropan i cyklobutan. Substancje te, zwłaszcza cyklopropan, zachowują się jak nienasycone związki tłuszczowe - są zdolne do przyłączania halogenów z pęknięciem pierścienia i tworzeniem tłuszczowych pochodnych dihalogenów. Różnice w zachowaniu cyklopropanu i cyklobutanu oraz innych przedstawicieli cykloparafin wyjaśnia teoria stresu Bayera.

27. Cykloheksan, metan, terpeny

Cykloheksan (C₆Н₁₂) ma bardzo bliski związek z aromatycznym węglowodorem benzenem, z którego można go łatwo otrzymać przez uwodornienie:

С₆Н₆ + 6H → C₆Н₁₂.

W związku z tym cykloheksan jest często określany jako heksahydrobenzen, uznając go za związek hydroaromatyczny.

Związki hydroaromatyczne to związki powstałe w wyniku całkowitego lub częściowego uwodornienia pierścienia benzenowego w związkach aromatycznych.

Cykloheksan występuje w znacznych ilościach w oleju kaukaskim. Jak wykazał N. D. Zelinsky, cykloheksan w temperaturze 300 ° C w obecności odwodornionych czarnych palladu (drobno rozdrobniony pallad), zamieniających się w benzen:

С₆Н₁₂ → C₆Н₆ + 6 godz.

Ta reakcja leży u podstaw procesu aromatyzacji oleju, co ma duże znaczenie gospodarcze.

Po utlenieniu kwasem azotowym pierścień cykloheksanu pęka i powstaje kwas adypinowy:

HOOS-(CH₂)₄ - COOH.

Mentan, terpeny

Mentan lub p-metyloizopropylocykloheksan można uważać za w pełni uwodorniony cymen lub p-metyloizopropylobenzen.

Mentan nie występuje w naturze, ale jest otrzymywany syntetycznie przez uwodornienie cymenu.

Aby ułatwić oznaczenie licznych pochodnych mentanu, atomy węgla w jego wzorze są ponumerowane, jak pokazano.

Terpeny to grupa węglowodorów o ogólnym wzorze C₁₀Н₁₆ i podobny w budowie do menta-well i cymolu. Terpeny różnią się od mentanu niższą zawartością wodoru (tj. mają nienasycenie), a od cymenu wysoką zawartością wodoru (tj. są uwodornionymi, choć nie całkowicie pochodnymi cymenu).

Tak więc terpeny zajmują pozycję pośrednią między cymenem, substancją aromatyczną, a mentanem, w pełni uwodornioną pochodną cymenu: C₁₀Н₁₄- cymol, C₁₀Н₁₆ - terpeny, C₁₀Н₂₀ - mentan.

Terpeny występują naturalnie w soku i żywicy drzew iglastych, a także w wielu olejkach eterycznych wielu roślin. Olejki eteryczne pozyskiwane są z różnych części roślin, a najlepsze olejki eteryczne pozyskiwane są z kwiatów. Do uzyskania olejków eterycznych stosuje się różne metody; najczęściej oddestylowuje się je parą wodną, ​​rzadziej ekstrahuje rozpuszczalnikami organicznymi; są inne sposoby, aby to uzyskać. Olejki eteryczne wraz z terpenami zawierają szeroką gamę substancji związanych z alkoholami, aldehydami, ketonami i innymi grupami związków organicznych.

28. Ogólne właściwości terpenów

Wszystkie terpeny są płynami. Będąc niecałkowicie uwodornionymi pochodnymi cymenu, zawierają w swoich cząsteczkach wiązania podwójne (jedno lub dwa) i dlatego są w stanie dodawać brom, chlorowodór itp. Ważną właściwością terpenów jest ich zdolność do utleniania przez tlen atmosferyczny. Proces utleniania terpenów jest bardzo złożony i przebiega różnie w suchym i wilgotnym powietrzu. W suchym powietrzu powstają związki nadtlenkowe, które następnie oddają swój tlen, zamieniając się w związki tlenkowe. Właściwości utleniające długoletniej terpentyny ozonowanej, oparte na obecności w niej związków nadtlenkowych, były wykorzystywane wcześniej, gdy taką terpentynę stosowano jako antidotum np. w przypadku zatrucia fosforem.

Terpeny w zależności od budowy dzielą się na kilka grup, z których najważniejsze to terpeny monocykliczne i bicykliczne.

Terpeny monocykliczne

Terpeny monocykliczne zawierają jeden pierścień na cząsteczkę. Przyłączają cztery atomy bromu, czyli mają dwa podwójne wiązania. Limonen może służyć jako przedstawiciel monocyklicznych terpenów.

Limonen posiada jedno wiązanie podwójne w rdzeniu – pomiędzy pierwszym a drugim atomem węgla – drugie – w bocznym łańcuchu trójwęglowym. Limonen znajduje się w wielu olejkach eterycznych, w szczególności w olejku cytrynowym. Przyjemny zapach cytryn zależy od limonenu znajdującego się w olejku cytrynowym; stąd nazwa „limonen”.

Limonen występuje również w olejkach eterycznych niektórych roślin iglastych, takich jak olejek eteryczny z igieł sosnowych. Igły sosny i jodły destylowane parą wodną uzyskują „wodę leśną” - ciecz o przyjemnym aromatycznym zapachu. Bicykliczne terpeny

Terpeny bicykliczne zawierają dwa pierścienie na cząsteczkę. Ich cząsteczki przyłączają dwa atomy bromu, dlatego bicykliczne terpeny mają jedno podwójne wiązanie.

Różne grupy bicyklicznych terpenów są zwykle pochodnymi węglowodorów, które nie zawierają wiązań podwójnych - karanu, pinanu i kamfanu, które oprócz pierścienia sześcioczłonowego zawierają pierścienie trzy-, cztero- i pięcioczłonowe. W związku z tym rozróżnia się bicykliczne terpeny z grup caran, pinan i camphan.

Bliższe zbadanie wzorów bicyklicznych terpenów pokazuje, że grupa izopropylowa H bierze udział w budowie ich mniejszego pierścienia.₃C-C-CH₃, który znajduje się również w mentanie.

Najważniejszym z bicyklicznych terpenów jest pinen, który należy do grupy pinan.

Pinen jest głównym składnikiem terpentyn, czyli olejków terpentynowych pozyskiwanych z roślin iglastych. Nazwa "pinen" pochodzi od łacińskiej nazwy pinus - sosna.

29. Węglowodory aromatyczne

Nazwa „związki aromatyczne” powstała we wczesnych stadiach rozwoju chemii organicznej. W grupie związków aromatycznych znalazło się szereg substancji pozyskiwanych z naturalnych żywic, balsamów i olejków eterycznych o przyjemnym zapachu. Następnie okazało się, że wiele z tych związków jest opartych na jądrze węglowodoru benzenu C6 H6. W związku z tym wszystkie związki będące pochodnymi benzenu zaczęto nazywać związkami aromatycznymi. Znana jest ogromna liczba związków aromatycznych, z których tylko niewielka część ma przyjemny aromatyczny zapach.

Benzen i jego homologi

Tak jak metan jest „przodkiem” wszystkich węglowodorów nasyconych, benzen uważany jest za „przodka” wszystkich węglowodorów aromatycznych. Węglowodory aromatyczne to benzen i pochodne benzenu, w których jeden lub więcej atomów wodoru jest zastąpionych przez rodniki.

Struktura benzenu

Od kilkudziesięciu lat struktura benzenu jest przedmiotem ożywionej debaty naukowej. Wzór cząsteczkowy benzenu C₆Н₆ jakby mówić o dużym nienasyceniu benzenu, odpowiadającym nienasyceniu acetylenu (C₂Н₂). Niemniej jednak w normalnych warunkach benzen nie wchodzi w reakcje addycyjne charakterystyczne dla węglowodorów nienasyconych: nie dodaje halogenów, nie odbarwia roztworów KMnO₄. W przypadku benzenu reakcje podstawienia są bardziej charakterystyczne, na ogół charakterystyczne dla węglowodorów nasyconych.

Na przykład atomy wodoru w benzenie są zastępowane przez halogeny:

С₆Н₆ + Vr₂ → C₆Н₅Vg + HBg.

bromobenzen

Ważnym krokiem w wyjaśnianiu budowy benzenu była teoria cyklicznej budowy jego cząsteczki, wyrażona przez A. Kekule w latach 60. ubiegłego wieku. Dane eksperymentalne dla tej teorii uzyskali nasz rodak F. F. Beilstein i inni naukowcy. Udowodniono, że monopodstawione benzeny nie zawierają izomerów. Na przykład jest tylko jeden bromobenzen (C₆Н₅Br), jeden nitrobenzen (C₆Н₅NIE₂) itp.

Gdyby atomy węgla w benzenie były połączone w postaci otwartego łańcucha, to byłyby co najmniej trzy izomery monopodstawionego benzenu, izomery te różniłyby się pozycją podstawnika (na przykład bromu) na pierwszym, drugim lub trzeci atom węgla.

Jest całkiem jasne, że jeśli atomy węgla w benzenie są połączone w cykl, to nie ma „początku” łańcucha, wszystkie atomy węgla są równoważne, a monopodstawiony benzen nie może mieć izomerów.

Cykliczna struktura benzenu była rozpoznawana przez większość chemików, ale kwestia wartościowości atomów węgla i charakteru ich wzajemnych wiązań była nadal przedmiotem kontrowersji. We wzorze cyklicznym każdy atom węgla ma wolną czwartą wartościowość. Ponieważ stabilne związki o wolnych wartościowościach są nieznane, należało założyć, że czwarta wartościowość wszystkich sześciu atomów węgla jest w jakiś sposób nasycona sobą.

30. Nazewnictwo i izomeria węglowodorów aromatycznych

Nomenklatura. Racjonalne nazwy węglowodorów aromatycznych zwykle wywodzą się od nazwy „benzen”, dodając nazwę jednego lub więcej rodników zastępujących atomy wodoru w cząsteczce benzenu. Więc węglowodór C₆Н₈CH₃ zwany metylobenzenem; węglowodór C₆Н₄(CH₃)(Z₂Н₅) - metyloetylobenzen itp.

Wraz z tą metodą nazewnictwa czasami stosuje się inną: homolog benzenowy jest uważany za pochodną węglowodoru tłuszczowego, w którym atom wodoru jest zastąpiony przez resztę benzenową C₆Н₅który nazywa się fenylem. Następnie węglowodór C₆Н₅-CH₃ tą metodą nazywa się fenylometanem.

Niektóre homologi benzenu, które są szeroko stosowane w praktyce, mają ugruntowane nazwy empiryczne. Na przykład metylobenzen C₆Н₅-CH₃ zwany toluenem; dimetylobenzen - C₆Н₄(CH₃)₂ - ksylen itp.

Reszty węglowodorów aromatycznych, ich rodniki, noszą ogólną nazwę arylów, analogicznie do nazwy tłuszczowych reszt węglowodorowych - alkile.

Izomeria. W wielu związkach aromatycznych często spotyka się izomerię, zależną od ułożenia dwóch lub więcej podstawników względem siebie. Tak więc w dipodstawionej cząsteczce benzenu dwa podstawniki mogą znajdować się w różnych pozycjach, co daje trzy izomery:

1) podstawniki mogą znajdować się przy sąsiednich atomach węgla: izomery o takim ułożeniu nazywane są ortoizomerami;

2) podstawniki mogą znajdować się przy atomach węgla rozdzielonych jeszcze jednym atomem węgla - metaizomery;

3) podstawniki mogą znajdować się przy atomach węgla rozdzielonych dwoma atomami węgla, czyli ukośnie - paraizomery. W przypadku trójpodstawionego benzenu możliwe są również trzy różne układy podstawników:

1) wszystkie trzy podstawniki mogą znajdować się przy trzech sąsiednich atomach węgla; izomer z takim układem podstawników nazywany jest zwykłym lub wicynalnym;

2) trzy podstawniki mogą być ułożone w taki sposób, że dwa z nich znajdują się przy sąsiednich atomach węgla, a trzeci znajduje się w pozycji meta względem jednego z nich; taki izomer nazywa się niesymetrycznym;

3) wszystkie trzy podstawniki mogą znajdować się w pozycji meta jeden do jednego; taki układ nazywa się symetrycznym.

Oprócz rozpatrywanej izomerii, która zależy od umiejscowienia podstawników w pierścieniu, w grupie węglowodorów aromatycznych mogą występować inne typy izomerii. Na przykład rodniki zastępujące atomy wodoru w pierścieniu benzenowym mogą mieć prosty łańcuch atomów węgla i łańcuch mniej lub bardziej rozgałęziony. Ponadto izomeria może zależeć od liczby rodników zawierających dla różnych izomerów łącznie z resztą benzenową taką samą liczbę atomów węgla i wodoru.

31. Otrzymywanie węglowodorów aromatycznych. naturalne źródła

Sucha destylacja węgla.

Węglowodory aromatyczne pozyskiwane są głównie z suchej destylacji węgla. Gdy węgiel jest podgrzewany w retortach lub piecach koksowniczych bez powietrza w temperaturze 1000-1300 °C, materia organiczna węgla rozkłada się na produkty stałe, płynne i gazowe.

Stały produkt suchej destylacji - koks - to porowata masa składająca się z węgla zmieszanego z popiołem. Koks jest produkowany w ogromnych ilościach i zużywany głównie przez przemysł metalurgiczny jako reduktor w produkcji metali (przede wszystkim żelaza) z rud.

Ciekłymi produktami suchej destylacji są czarna lepka smoła (smoła węglowa), a warstwa wodna zawierająca amoniak to woda amoniakalna. Smołę węglową uzyskuje się średnio 3% masy pierwotnego węgla. Woda amoniakalna jest jednym z ważnych źródeł produkcji amoniaku. Gazowe produkty suchej destylacji węgla nazywane są gazem koksowniczym. Gaz koksowniczy ma różny skład w zależności od gatunku węgla, sposobu koksowania itp. Gaz koksowniczy wytwarzany w bateriach koksowniczych jest przepuszczany przez szereg absorberów, które zatrzymują opary smoły, amoniaku i lekkiego oleju. Lekki olej otrzymywany przez kondensację z gazu koksowniczego zawiera 60% benzenu, toluenu i innych węglowodorów. Większość benzenu (do 90%) uzyskuje się w ten sposób, a tylko niewiele - przez frakcjonowanie smoły węglowej.

Przeróbka smoły węglowej. Smoła węglowa ma wygląd czarnej masy żywicznej o charakterystycznym zapachu. Obecnie ze smoły węglowej wyizolowano ponad 120 różnych produktów. Wśród nich są aromatyczne węglowodory, a także aromatyczne substancje zawierające tlen o charakterze kwasowym (fenole), substancje zawierające azot o charakterze zasadowym (pirydyna, chinolina), substancje zawierające siarkę (tiofen) itp.

Smoła węglowa poddawana jest destylacji frakcyjnej, w wyniku której otrzymuje się kilka frakcji.

Lekki olej zawiera benzen, toluen, ksyleny i niektóre inne węglowodory.

Średni lub karbolowy olej zawiera wiele fenoli.

Olej ciężki lub kreozotowy: Spośród węglowodorów zawartych w oleju ciężkim zawarty jest naftalen.

Produkcja węglowodorów z ropy naftowej

Olej jest jednym z głównych źródeł węglowodorów aromatycznych. Większość olejów zawiera tylko bardzo małe ilości węglowodorów aromatycznych. Z krajowego oleju bogatego w węglowodory aromatyczne pochodzi olej z pola Ural (Perm). Olej „Drugiego Baku” zawiera do 60% węglowodorów aromatycznych.

Ze względu na niedobór węglowodorów aromatycznych stosuje się obecnie „aromat olejowy”: produkty olejowe są podgrzewane w temperaturze około 700 ° C, w wyniku czego z produktów rozkładu oleju można uzyskać 15-18% węglowodorów aromatycznych .

32. Synteza, właściwości fizyczne i chemiczne węglowodorów aromatycznych

1. Synteza węglowodorów aromatycznych i pochodnych halogenowych szeregu tłuszczowego w obecności katalizatorów (synteza Friedela-Craftsa).

2. Synteza z soli kwasów aromatycznych.

Gdy suche sole kwasów aromatycznych są ogrzewane z wapnem sodowanym, sole rozkładają się, tworząc węglowodory. Ta metoda jest podobna do produkcji węglowodorów tłuszczowych.

3. Synteza z acetylenu. Ta reakcja jest interesująca jako przykład syntezy benzenu z węglowodorów tłuszczowych.

Kiedy acetylen przechodzi przez podgrzewany katalizator (w temperaturze 500 ° C), potrójne wiązania acetylenu zostają zerwane, a trzy jego cząsteczki polimeryzują w jedną cząsteczkę benzenu.

właściwości fizyczne

Węglowodory aromatyczne to ciecze lub ciała stałe o charakterystycznym zapachu. Węglowodory z nie więcej niż jednym pierścieniem benzenowym w swoich cząsteczkach są lżejsze od wody. Węglowodory aromatyczne są słabo rozpuszczalne w wodzie.

Widma IR węglowodorów aromatycznych charakteryzują się przede wszystkim trzema obszarami:

1) około 3000 cm^-1, ze względu na drgania rozciągające C-H;

2) obszar 1600-1500 cm^-1, związane z drganiami szkieletowymi aromatycznych wiązań węgiel-węgiel i znacznie różniące się położeniem pików w zależności od struktury;

3) obszar poniżej 900 cm^-1, odnoszący się do drgań zginających C-H pierścienia aromatycznego.

właściwości chemiczne

Najważniejszymi ogólnymi właściwościami chemicznymi węglowodorów aromatycznych są ich skłonność do reakcji substytucji oraz wysoka wytrzymałość pierścienia benzenowego.

Homologi benzenowe mają rdzeń benzenowy i łańcuch boczny w swojej cząsteczce, na przykład w węglowodorze C₆Н₅-C₂Н₅ grupa C₆Н₅ jest jądrem benzenu, a C₂Н₅ - łańcuch boczny. Właściwości rdzenia benzenowego w cząsteczkach homologów benzenowych zbliżają się do właściwości samego benzenu. Właściwości łańcuchów bocznych, które są pozostałościami węglowodorów tłuszczowych, zbliżają się do właściwości węglowodorów tłuszczowych.

Reakcje węglowodorów benzenowych można podzielić na cztery grupy.

33. Reguły orientacji w jądrze benzenu

Podczas badania reakcji podstawienia w jądrze benzenowym stwierdzono, że jeśli jądro benzenowe zawiera już dowolną grupę podstawnikową, to druga grupa wchodzi w określoną pozycję w zależności od charakteru pierwszego podstawnika. Tak więc każdy podstawnik w jądrze benzenowym ma określone działanie kierujące lub orientujące.

Na pozycję nowo wprowadzonego podstawnika ma również wpływ charakter samego podstawnika, tj. elektrofilowy lub nukleofilowy charakter aktywnego reagenta. Zdecydowana większość najważniejszych reakcji podstawienia w pierścieniu benzenowym to reakcje podstawienia elektrofilowego (zastąpienie atomu wodoru odszczepionego w postaci protonu przez cząstkę naładowaną dodatnio) - reakcje halogenowania, sulfonowania, nitrowania itp.

Wszystkie substytuty są podzielone na dwie grupy w zależności od charakteru ich działania przewodniego.

1. Podstawniki pierwszego rodzaju w reakcjach podstawienia elektrofilowego kierują kolejne wprowadzane grupy na pozycje orto i para.

Podstawnikami tego rodzaju są na przykład następujące grupy, ułożone w porządku malejącym ich mocy kierującej: -NH₂, -OH, -CH3.

2. Podstawniki drugiego rodzaju w reakcjach podstawienia elektrofilowego kierują kolejne wprowadzone grupy do pozycji meta.

Podstawniki tego rodzaju obejmują następujące grupy, ułożone w porządku malejącym ich mocy kierującej: -NO₂, -C≡N, -SO₃H.

Podstawniki pierwszego rodzaju zawierają wiązania pojedyncze; podstawniki drugiego rodzaju charakteryzują się obecnością wiązań podwójnych lub potrójnych.

Podstawniki pierwszego rodzaju w przeważającej większości przypadków ułatwiają reakcje podstawienia. Na przykład, aby azotować benzen, trzeba go podgrzać mieszaniną stężonego kwasu azotowego i siarkowego, natomiast fenol C₆Н₅OH można z powodzeniem nitrować rozcieńczonym kwasem azotowym w temperaturze pokojowej, tworząc orto- i paranitrofenol.

Podstawniki drugiego rodzaju na ogół całkowicie utrudniają reakcje podstawienia. Substytucja w pozycjach orto i para jest szczególnie trudna, a substytucja w pozycji meta jest stosunkowo łatwiejsza.

Obecnie wpływ podstawników tłumaczy się tym, że podstawniki pierwszego rodzaju oddają elektrony (oddają elektrony), tj. ich chmury elektronowe są przesunięte w kierunku jądra benzenu, co zwiększa reaktywność atomów wodoru.

Wzrost reaktywności atomów wodoru w pierścieniu ułatwia przebieg reakcji podstawienia elektrofilowego. Czyli np. w obecności hydroksylu swobodne elektrony atomu tlenu są przesunięte w kierunku pierścienia, co zwiększa gęstość elektronową w pierścieniu, a gęstość elektronową atomów węgla w pozycjach orto i para do podstawnika szczególnie wzrasta.

34. Zasady substytucji w pierścieniu benzenowym

Zasady substytucji w pierścieniu benzenowym mają duże znaczenie praktyczne, ponieważ pozwalają przewidzieć przebieg reakcji i wybrać właściwą ścieżkę syntezy tej lub innej pożądanej substancji.

Mechanizm reakcji podstawienia elektrofilowego w szeregach aromatycznych. Nowoczesne metody badawcze pozwoliły w dużym stopniu wyjaśnić mechanizm substytucji w szeregach aromatycznych. Co ciekawe, pod wieloma względami, zwłaszcza na pierwszych etapach, mechanizm substytucji elektrofilowej w szeregu aromatycznym okazał się podobny do mechanizmu addycji elektrofilowej w szeregu tłuszczowym.

Pierwszym krokiem w substytucji elektrofilowej jest (podobnie jak w przypadku addycji elektrofilowej) utworzenie kompleksu p. Elektrofilowa cząstka Xd+ wiąże się ze wszystkimi sześcioma elektronami p pierścienia benzenowego.

Drugim etapem jest tworzenie kompleksu p. W tym przypadku elektrofilowa cząstka „ciągnie” dwa elektrony z sześciu p-elektronów, tworząc zwykłe wiązanie kowalencyjne. Powstały p-kompleks nie ma już struktury aromatycznej: jest to niestabilna karbokation, w której cztery p-elektrony w stanie zdelokalizowanym są rozdzielone między pięć atomów węgla, podczas gdy szósty atom węgla przechodzi w stan nasycony. Wprowadzony podstawnik X i atom wodoru leżą w płaszczyźnie prostopadłej do płaszczyzny sześcioczłonowego pierścienia. Kompleks S jest półproduktem, którego tworzenie i strukturę potwierdzono wieloma metodami, w szczególności spektroskopią.

Trzecim etapem podstawienia elektrofilowego jest stabilizacja kompleksu S, którą osiąga się poprzez eliminację atomu wodoru w postaci protonu. Dwa elektrony zaangażowane w tworzenie wiązania C-H, po usunięciu protonu, wraz z czterema zdelokalizowanymi elektronami o pięciu atomach węgla, dają zwykle stabilną strukturę aromatyczną podstawionego benzenu. Rola katalizatora (zwykle A₁Cl₃) w tym procesie polega na wzmocnieniu polaryzacji haloalkilu z utworzeniem dodatnio naładowanej cząstki, która wchodzi w reakcję podstawienia elektrofilowego.

Reakcje dodawania

Węglowodory benzenowe z dużym trudem wchodzą w reakcję addycji - nie odbarwiają wody bromowej i roztworu KMnO₄. Jednak w specjalnych warunkach reakcje addycji są nadal możliwe.

1. Dodatek halogenów.

Tlen w tej reakcji pełni rolę katalizatora ujemnego: w jego obecności reakcja nie przebiega. Dodatek wodoru w obecności katalizatora:

C₆H₆ + 3H₂ → C.₆H₁₂

2. Utlenianie węglowodorów aromatycznych.

Sam benzen jest wyjątkowo odporny na utlenianie – bardziej odporny niż parafiny. Pod wpływem energetycznych środków utleniających (KMnO4 w środowisku kwaśnym itp.) na homologi benzenowe rdzeń benzenowy nie ulega utlenieniu, natomiast łańcuchy boczne ulegają utlenieniu z wytworzeniem kwasów aromatycznych.

35. Grupa naftalenowa

Przodkiem związków z grupy naftalenu jest węglowodór naftalen C10 H8. Formuła cząsteczkowa naftalenu została po raz pierwszy ustalona przez A. A. Voskresensky'ego.

Struktura naftalenu jest bardzo podobna do struktury benzenu. Badania rentgenowskie wskazują, że cząsteczka naftalenu jest płaska, podobnie jak cząsteczka benzenu, ale odległości międzyatomowe nie są tak wyrównane jak w cząsteczce benzenu i wynoszą od 1,356 do 1,425 A.

Izomeria pochodnych naftalenu

Benzyny monopodstawione nie zawierają izomerów. Sytuacja wygląda inaczej w przypadku monopodstawionego naftalenu. W cząsteczce naftalenu znajdują się dwa atomy węgla, należące jednocześnie do obu jąder benzenu; z pozostałych ośmiu węgli naftalenu cztery są związane bezpośrednio ze zwykłymi węglami – te cztery węgle są zwykle oznaczane literą A. Pozostałe cztery węgle są oddzielone od dwóch zwykłych węgli atomami a; usunięte atomy węgla są oznaczone literą b.

W związku z tym każdy monopodstawiony naftalen może występować w postaci izomeru a i b, w zależności od tego, który z atomów węgla został zastąpiony.

Uzyskiwanie naftalenu

Głównym źródłem produkcji naftalenu jest smoła węglowa zawierająca 8-10% naftalenu. Podczas frakcjonowania smoły węglowej naftalen wraz z fenolami przechodzi głównie do frakcji oleju karbolowego. Fenole są oddzielane od naftalenu za pomocą zasady rozpuszczającej fenole, a następnie naftalen jest oczyszczany przez destylację próżniową i sublimację. Naftalen w postaci wielu pochodnych znajduje szerokie zastosowanie w produkcji barwników, leków, materiałów wybuchowych, rozpuszczalników itp. Właściwości fizyczne

Naftalen jest stałą substancją krystaliczną o charakterystycznym zapachu; lotne i łatwopalne. Naftalen jest nierozpuszczalny w wodzie, ale rozpuszczalny w gorącym alkoholu, eterze i benzenie. Właściwości chemiczne

Naftalen, podobnie jak benzen w swojej strukturze, ma charakter aromatyczny, tj. jest łatwo nitrowany, sulfonowany itp.

1. Dodanie wodoru (uwodornienie). Do podwójnych wiązań naftalenu można dodać wodór. W zależności od warunków uwodornienia otrzymuje się dihydronaftalen, tetrahydronaftalen i dekahydronaftalen. Produkty redukcji naftalenu - tetralina i dekalina - są szeroko stosowane w technologii jako rozpuszczalniki, paliwa itp.

2. Podstawienie atomów wodoru.

Atomy wodoru w naftalenie są łatwo zastępowane, aw większości przypadków łatwiej jest otrzymać pochodne α. W wielu przypadkach b-pochodne uzyskuje się w dłuższym czasie.

3. Utlenianie.

Gwałtowne utlenianie naftalenu lub łatwiej zachodzące utlenianie jego oksy- i aminowych pochodnych prowadzi do powstania naftochinonów.

36. Antracen, grupa fenantrenowa

Antracen i fenantren o tym samym wzorze cząsteczkowym C₁₄Н₁₀, zawarty w smole węglowej; są one izolowane z frakcji oleju antracenowego.

Antracen to połączenie trzech sześcioczłonowych pierścieni. Badanie antracenu za pomocą analizy dyfrakcji rentgenowskiej pokazuje, że wszystkie 14 atomów węgla cząsteczki antracenu leżą w tej samej płaszczyźnie. Jest substancją krystaliczną, dobrze rozpuszczalną w gorącym benzenie, słabo rozpuszczalną w alkoholu i eterze oraz nierozpuszczalną w wodzie. Szczególnie ruchliwe w cząsteczce antracenu są atomy wodoru w pozycjach 9 i 10, czyli w środkowej, tzw. mezopozycja.

Ruchliwość atomów wodoru w mezopozycji przejawia się w szczególności tym, że pod wpływem czynników utleniających utleniają się one znacznie łatwiej niż inne atomy z wytworzeniem antrachinonu.

Najważniejszymi pochodnymi antracenu są antrachinon i alizaryna.

Grupa fenantrenowa i inne układy skondensowane

Fenantren jest izomerem antracenu (C₁₄Н₁₀,) to skondensowany układ składający się z trzech sześcioczłonowych pierścieni.

Aby oznaczyć pochodne fenantrenu, jego atomy we wzorze ponumerowano jak pokazano powyżej.

Fenantren - błyszczące bezbarwne kryształy, łatwo rozpuszczalne w benzenie i jego homologach.

Skrajne jądra fenantrenu mają charakter aromatyczny podobny do benzenu. W jądrze środkowym 9-ty i 10-ty atom węgla, połączone wiązaniem podwójnym, zachowują się jak łańcuchy węglowodorów nienasyconych, łatwo dodając brom (z przerwaniem wiązania podwójnego), łatwo ulegając utlenieniu itp.

Fenantren nie znalazł tak szerokiego zastosowania technicznego jak antracen. Jednak jego znaczenie jest bardzo duże. Okazało się, że rdzeń fenantrenu leży u podstaw dużej liczby związków o działaniu fizjologicznym. Na przykład rdzeń fenantrenu (częściowo uwodorniony, to znaczy posiadający mniejszą liczbę wiązań podwójnych) leży u podstaw tak ważnych alkaloidów, jak morfina i kodeina.

Całkowicie uwodorniony rdzeń fenantrenowy skondensowany z pięcioczłonowym pierścieniem cyklopentanowym nazywa się cyklopentanoperhydrofenantrenem. Ten rdzeń leży u podstaw cząsteczek steroidowych, które obejmują sterole, witaminy D, kwasy żółciowe, hormony płciowe, aglikony glikozydów nasercowych i szereg innych substancji o znaczeniu biologicznym.

Inne systemy skondensowane

Oprócz naftalenu, antracenu i fenantrenu smoła węglowa zawiera wiele innych węglowodorów o obiegach skondensowanych.

Wiele węglowodorów aromatycznych z lutowanymi pierścieniami jest rakotwórczych, to znaczy mają zdolność wywoływania raka. Tak zwany metylocholantren ma szczególnie silne działanie rakotwórcze.

37. Niebenzenowe związki aromatyczne

Główne cechy charakterystyczne związków aromatycznych: odporność na utlenianie, łatwość reakcji podstawienia elektrofilowego – nitrowanie, sulfonowanie, halogenowanie, bardzo niska skłonność do reakcji addycji. Dużym zainteresowaniem cieszą się związki, które nie są pochodnymi benzenu, ale mają właściwości aromatyczne, czyli niebenzenowe związki aromatyczne.

Prace Robinsona i innych badaczy wykazały, że do manifestacji właściwości aromatycznych konieczne jest posiadanie w pierścieniu (niekoniecznie sześcioczłonowego) tak zwanego aromatycznego sekstetu elektronów - sześciu sprzężonych p-elektronów. Aby nastąpiło sprzężenie p-elektronów, ich osie muszą być równoległe, a zatem cały pierścień musi znajdować się w tej samej płaszczyźnie - współpłaszczyznowej. Nie wszystkie cząsteczki mogą być współpłaszczyznowe, ale te, których kąty wiązania są bliskie 120° (kąty wiązania benzenu). Takie warunki spełniają przede wszystkim pierścienie pięcio- i siedmioczłonowe. Następnie obliczenia mechaniki kwantowej wykazały możliwość istnienia znacznie większej liczby układów aromatycznych, które obejmują nie tylko pierścienie pięcio- i siedmioczłonowe.

Zgodnie z regułą Hückla wszystkie pierścienie ze sprzężonymi wiązaniami o liczbie sprzężonych elektronów p równej 4n + 2 (gdzie n = 0, 1, 2, 3 itd.) mają właściwości aromatyczne. Dla benzenu n = 1. Liczba sprzężonych elektronów p wynosi 4n + 2 = 4 + 2 = 6.

Wiele niebenzenowych układów aromatycznych przewidzianych w teorii zostało zsyntetyzowanych.

System aromatyczny z pięcioczłonowym pierścieniem

Anion cyklopentadienylowy. Anion cyklopentadienylowy można otrzymać z cyklopentadienu, substancji należącej do szeregu alicyklicznego. Atomy wodoru w grupie metylenowej tej substancji są bardzo ruchliwe. Pod działaniem sproszkowanego metalicznego sodu we wrzącym ksylenie wodór odszczepia się od tej grupy metylenowej i powstaje cyklopentadienylosód.

W procesie odszczepiania atomu wodoru i tworzenia jonu cyklopentadienylowego, atomowi węgla pozostały dwa elektrony (z których jeden jest własnym elektronem węgla, a drugi pochodzi z odszczepionego wodoru). Nastąpiła zmiana w hybrydyzacji orbitali elektronowych. Z dwóch pozostałych elektronów, jeden w postaci chmury p-elektronowej nakłada się na dwa sąsiednie p-elektrony, tworząc pojedynczy sprzężony system pięciu p-orbitali, a drugi elektron jest równomiernie rozłożony między pięcioma p-orbitalami, tj. z takim samym prawdopodobieństwem może znajdować się na każdym z nich. W ten sposób, kosztem pięciu własnych elektronów atomów węgla i jednego dodatkowego, powstaje sekstet sprzężonych elektronów p, który jest niezbędny do manifestacji właściwości aromatycznych.

38. Układy aromatyczne o siedmioczłonowym cyklu

Kation tropilium. W anionie cyklopentadienylowym sekstet aromatyczny jest tworzony przez pięć elektronów z atomów węgla pięcioczłonowego pierścienia i jeden dodatkowy elektron. Ale możliwy jest też inny sposób formowania sekstetu aromatycznego - z utratą jednego elektronu z siedmiu atomów węgla siedmioczłonowego pierścienia (jest to typowe dla kationu tropylium). Kation tropiliowy można otrzymać przez działanie cząsteczkowego bromu na węglowodór, tropiliden lub cykloheksatrien, siedmioczłonowy układ z trzema podwójnymi wiązaniami.

Ostatecznie istotą reakcji jest eliminacja z grupy metylenowej.

W ten sposób powstaje pojedynczy system siedmiu sprzężonych orbitali p o tych samych odległościach C-C. Jednak te siedem orbitali jest wypełnionych tylko sześcioma elektronami. Brak jednego elektronu w tym układzie jest przyczyną dodatniego ładunku kationu tropylium.

Sole tropilium są dobrze rozpuszczalne w wodzie i nierozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych. Jony tropilium, które mają ładunek dodatni, łatwo wchodzą w reakcje podstawienia nukleofilowego, w wyniku czego powstają obojętne pochodne tropilidenu.

Układ aromatyczny zawierający stopione pierścienie pięcioczłonowe i siedmioczłonowe

Azulen. Azulen był wcześniej prezentowany jako układ skondensowany zawierający pięcioczłonowy pierścień cyklopentadienowy i siedmioczłonowy pierścień cykloheksatrienowy lub układ cyklopentadienocykloheptatrienowy.

Według współczesnych danych bardziej poprawne jest przedstawianie azulenu jako skondensowanego układu anionu cyklopentadienylowego i kationu tropiliowego. Każdy z 10 atomów węgla azulenu ma orbital p, wszystkie tworzą jeden układ elektroniczny. Jednak gęstość elektronowa w pierścieniach pięcio- i siedmioczłonowych nie jest taka sama. Ponieważ każdy pierścień ma zwykle aromatyczny sekstet elektronów, siedmioczłonowy pierścień oddaje jeden elektron pięcioczłonowemu pierścieniowi. W rezultacie w pięcioczłonowym pierścieniu sześć elektronów znajduje się na pięciu p-orbitalach (ten pierścień będzie miał ładunek ujemny), a w siedmioczłonowym pierścieniu pozostałe sześć elektronów będzie znajdować się na siedmiu p-orbitalach (ten pierścień będzie miał ładunek dodatni).

Azulen jest niebieską substancją krystaliczną. Pochodne azulenu mają również kolor niebieski lub niebiesko-fioletowy. Kolor wynika z obecności wystarczająco długiego sprzężonego układu elektronów p w cząsteczce.

Azulene łatwo izomeryzuje do naftalenu. Pochodne azulenu, w szczególności różne podstawione alkilem, znajdują się w olejkach eterycznych wielu roślin, w tym leczniczych (rumianek rzymski, eukaliptus, niektóre rodzaje piołunu), co tłumaczy działanie przeciwzapalne tych roślin.

39. Fenole jednoatomowe

Sposoby na zdobycie

1. Otrzymywanie ze smoły węglowej. Ta metoda jest najważniejszą techniczną metodą otrzymywania fenoli. Polega na tym, że najpierw frakcje smoły traktuje się alkaliami. Fenole, które są dobrze rozpuszczalne w wodnych roztworach zasad z tworzeniem się fenolanów, łatwo oddziela się od węglowodorów smołowych, które z kolei nie rozpuszczają się ani w wodzie, ani w wodnych roztworach zasad. Powstałe roztwory alkaliczne traktuje się kwasem siarkowym, który rozkłada fenolany, w wyniku czego ponownie uwalniane są fenole, na przykład:

C₆H₅ONa + H₂SO₄ → NaHSO₄ + C.₆H₅OH

Wyizolowane fenole do rozdziału poddaje się wielokrotnej destylacji frakcyjnej i dalszemu oczyszczaniu.

2. Otrzymywanie z soli kwasów sulfonowych. Gdy sole kwasów sulfonowych są skondensowane z zasadami, powstają fenol i siarczyn potasu:

C₆H₅SO₃K + KOH → C₆Н₅OH + K₂SO₄.

Powstały fenol w obecności KOH przekształca się w fenolan:

С₆Н₅OH + KOH → C₆Н₅OK+H₂O.

Fenolan jest dalej rozkładany kwasem siarkowym i powstaje wolny fenol:

С₆Н₅OK+H₂SO₄ → C₆Н₅OH + KHSO₄.

3. Otrzymywanie z kumenu (izopropylobenzenu).

Kumen jest utleniany tlenem atmosferycznym; powstały wodoronadtlenek kumenu pod działaniem kwasu siarkowego daje fenol i inny cenny produkt - aceton:

kumen → wodoronadtlenek kumenu → fenol.

4. Otrzymywanie z soli diazoniowych jest ważnym sposobem wprowadzania hydroksylu fenolowego.

Kumen otrzymuje się przez alkilowanie benzenu propylenem (oddzielonym od gazów odlotowych z krakingu) w obecności katalizatorów (na przykład AICl₁₃).

właściwości fizyczne

Fenole w większości przypadków są stałymi substancjami krystalicznymi, bardzo słabo rozpuszczalnymi w wodzie. Mają silny charakterystyczny zapach.

właściwości chemiczne

Najważniejszą właściwością fenoli, odróżniającą je od alkoholi, jest ich kwasowość. Jednocześnie, mając wspólną strukturę z alkoholami (R-OH), fenole wchodzą w reakcje charakterystyczne również dla alkoholi.

Wszystkie fenole mają właściwości lekko kwaśne, co przejawia się ich zdolnością do rozpuszczania się w alkaliach z utworzeniem fenolanu.

Kwasowe właściwości fenoli są bardzo słabo wyrażone. Tak więc fenole nie plami papierka lakmusowego. Najsłabszy kwas nieorganiczny – węglowy – wypiera fenole z ich związków solnopodobnych – fenolanów:

40. Właściwości chemiczne fenoli

Powstawanie eterów. Fenole, podobnie jak alkohole, są zdolne do wytwarzania związków takich jak etery. W praktyce, aby otrzymać etery fenoli, fenolany traktuje się haloalkilami (1) lub haloarylami (2):

C₆H₅ONa+IC₂H₅ → C.₆H₅-OC₂H₅ + NaI(1)

C₆H₅ONa + BrC₆H₅ → C.₆H₅-OC₆H₅ + NaBr (2)

W pierwszym przypadku (1) otrzymuje się eter zawierający rodnik fenolowy i rodnik alkoholowy, tj. mieszany aromatyczny eter tłuszczowy. W drugim przypadku (2) otrzymuje się eter zawierający dwie reszty fenolowe, to jest eter czysto aromatyczny.

Powstawanie estrów. Podobnie jak alkohole, fenole mogą dawać związki takie jak estry. W praktyce, aby otrzymać estry fenoli, fenolany zwykle traktuje się halogenkami kwasowymi. Fenole dają estry zarówno z kwasami organicznymi, jak i mineralnymi. Na przykład sól potasowa estru siarczanowo-fenolowego jest wydalana z moczem ludzkim.

Reakcja barwienia z chlorkiem żelazowym. Wszystko

fenole z chlorkiem żelazowym tworzą związki barwne; fenole jednowodorotlenowe zwykle dają kolor fioletowy lub niebieski.

Podstawienie atomów wodoru w jądrze benzenu. Pozostałość benzenowa w fenolach wpływa na grupę hydroksylową, nadając jej właściwości kwasowe. Jednak hydroksyl wprowadzony do cząsteczki benzenu wpływa również na resztę benzenową, zwiększając reaktywność atomów wodoru w jądrze benzenu. W rezultacie atomy wodoru w rdzeniu cząsteczki fenolu są wymieniane znacznie łatwiej niż w węglowodorach aromatycznych:

1) zastąpienie halogenami. Pod działaniem halogenów, nawet wody bromowej, na fenolach trzy atomy są bardzo łatwo zastępowane i otrzymuje się fenole podstawione trihalogenem. Atomy bromu zastępują atomy wodoru znajdujące się w pozycjach orto i para względem grupy hydroksylowej. Tribromofenol jest słabo rozpuszczalny w wodzie i wytrąca się, dlatego reakcja jego powstawania może służyć do wykrywania fenolu;

2) substytucja pozostałą częścią kwasu azotowego. Fenole bardzo łatwo ulegają nitrowaniu. W ten sposób pod działaniem nawet bardzo rozcieńczonego kwasu azotowego otrzymuje się mieszaninę nitrofenolu;

3) zastąpienie resztą kwasu siarkowego. Fenole są łatwo sulfonowane; z fenolu otrzymuje się mieszaninę kwasów o- i p-fenolosulfonowych.

Przewaga jednego lub drugiego izomeru zależy od temperatury: w 25 °C powstaje głównie ortoizomer, w 100 °C powstaje paraizomer.

Utlenianie fenoli. Fenole łatwo utleniają się nawet pod wpływem tlenu atmosferycznego. Jednocześnie zmieniają kolor, zmieniając kolor na różowy, czerwono-różowy lub ciemnoczerwony. Zanieczyszczenia w fenolach przyspieszają utlenianie, dlatego nieoczyszczone fenole zwykle bardzo mocno i szybko ciemnieją.

Właściwości antyseptyczne. Fenole zabijają wiele mikroorganizmów, właściwość ta jest wykorzystywana w medycynie, wykorzystując fenole i ich pochodne jako środki dezynfekujące i antyseptyczne. Fenol (kwas karbolowy) był pierwszym środkiem antyseptycznym wprowadzonym do chirurgii przez Listera w 1867 roku. Właściwości antyseptyczne fenoli opierają się na ich zdolności do fałdowania białek.

41. Indywidualni przedstawiciele fenoli

Fenol lub kwas karbolowy, ACldum carboli-cum, C₆H₅OH jest substancją krystaliczną o charakterystycznym zapachu, który w wyniku utleniania zmienia kolor na różowy w powietrzu. Tworzy z wodą krystaliczny hydrat₆Н₅OH, topnienie w 16°C. W wodzie fenol rozpuszcza się w stosunku 1:15 (w 20 ° C). Roztwory fenolowe z FeCl₃ dać fioletowy kolor. Kryształy fenolu w powietrzu pochłaniają wilgoć z powietrza i rozprzestrzeniają się, tworząc roztwór wody w fenolu.

Zastosowanie fenolu w medycynie ze względu na jego toksyczność jest ograniczone i stosuje się go jedynie jako środek zewnętrzny. Duża ilość fenolu jest wykorzystywana do syntezy barwników, kwasu pikrynowego, kwasu salicylowego i innych substancji leczniczych, a także do produkcji sztucznych żywic - żywic fenolowych, takich jak bakelit.

Etery fenolowe. Estry metylowe i etylowe fenolu nazywane są odpowiednio anizolem i fenetolem.

Obie substancje są płynne.

Nitrofenole. Istnieją mono-, di- i trinitrofenole. Wprowadzenie grupy nitrowej do cząsteczki fenolu znacznie zwiększa jego właściwości kwasowe: w przeciwieństwie do fenoli, nitrofenole są zdolne do rozkładu soli węglowych, wypierając kwas węglowy. Ta właściwość nitrofenoli jest związana z ich zdolnością do występowania w dwóch formach tautomerycznych - benzenoidowej i chinoidowej lub formie aci.

Gdy forma acy się tworzy, atom wodoru z grupy hydroksylowej fenolu przechodzi do atomu tlenu w grupie nitrowej, czemu towarzyszy redystrybucja sił powinowactwa chemicznego. Wolne nitrofenole mają zazwyczaj żółtą barwę o różnym natężeniu i odcieniach lub są prawie bezbarwne. Zależy to od ilościowego stosunku dwóch form tautomerycznych nitrofenoli: bezbarwnego benzenoidu i jasnożółtego kwasu acydowego. Stosunek ten zależy nie tylko od charakteru nitrofenolu, ale także od stężenia jonów wodorowych i wodorotlenowych.

Ze względu na zmianę barwy nitrofenoli w zależności od odczynu ośrodka, tj. stężenia jonów wodorowych, niektóre nitrofenole są wykorzystywane jako wskaźniki.

Duże znaczenie ma trinitrofenol, potocznie nazywany kwasem pikrynowym. Kwas pikrynowy można otrzymać przez nitrowanie fenolu mieszaniną stężonego kwasu azotowego i siarkowego; istnieją inne opłacalne metody.

Podobnie jak inne nitrofenole, kwas pikrynowy występuje w dwóch formach tautomerycznych.

Jest to żółta substancja krystaliczna o gorzkim smaku. Po podgrzaniu łatwo wybucha. Kwas pikrynowy, ze względu na obecność trzech reszt kwasu azotowego, jest dość mocnym kwasem, zbliżającym się stopniem dysocjacji do kwasów mineralnych.

Kwas pikrynowy jest szeroko stosowany jako materiał wybuchowy w stanie wolnym oraz w postaci soli potasowej i amonowej, a także jako środek barwiący. Stosowany jest w leczeniu oparzeń.

42. Żywice fenolowo-formaldehydowe

Oddziaływanie fenolu z formaldehydem w celu wytworzenia produktów żywicznych stało się znane już w XIX wieku. (Bayer, 1872). Mechanizm powstawania żywic fenolowo-formaldehydowych jest bardzo złożony.

Podczas oddziaływania fenolu i formaldehydu jako główny produkt powstaje alkohol fenolowy - alkohol o-hydroksybenzylowy lub saligenina, a także, zgodnie z zasadami podstawienia w pierścieniu benzenowym, jego p-izomer. Powstałe izomery o i p ulegają kondensacji z uwolnieniem wody.

Te dimery z kolei mogą kondensować ze sobą, jak również z cząsteczkami formaldehydu i fenolu (w zależności od warunków reakcji, w szczególności od ilości produktów wyjściowych). Ostatecznie mogą powstawać produkty o złożonej strukturze sieciowej, w której reszty hydroksyfenylowe są połączone mostkami metylenowymi.

Żywice fenolowo-formaldehydowe stosowane w połączeniu z innymi materiałami (wypełniaczami) są zbiorczo określane jako żywice fenolowe. Należą do nich karbolit (żywica + mączka drzewna), tekstolit (żywica + tkanina bawełniana), getinax (żywica + papier), włókno szklane (żywica + włókno szklane) itp. Produkty wykonane z tworzyw fenolowych są niezwykle różnorodne: ciche przekładnie i inne części maszyny, części budowlane, karoserie samochodowe, artykuły gospodarstwa domowego itp.

Jako podstawę wymieniaczy jonowych stosuje się żywice fenolowo-formaldehydowe. Jonity lub żywice jonowymienne to żywice wysokocząsteczkowe (fenolowo-formaldehydowe, polistyrenowe itp.) zawierające grupy funkcyjne, które mogą łatwo wymienić swój kation lub anion na odpowiedni jon zawarty w roztworze. W zależności od wymienianego jonu wymieniacze jonowe dzielą się na wymieniacze kationowe i anionity. Jako grupy jonowymienne kationów zwykle stosuje się grupy - SO₃H, - COOH; w anionitach - grupy czwartorzędowych zasad takich jak [Ar-NR3]OH, itp.

Zastosowanie wymieniaczy jonowych jest niezwykle różnorodne. Podczas przepuszczania wody zawierającej sole kolejno przez wymieniacze kationowe, a następnie wymieniacze anionowe, wszystkie kationy soli są najpierw zastępowane przez H⁺, a następnie wszystkie aniony soli na OH^-, czyli odsalanie wody.

Jonity umożliwiają w pracy naukowej i przemyśle izolację różnych substancji organicznych ze złożonych mieszanin, na przykład witamin z grupy B, C. Jonity są również wykorzystywane do izolowania w fabryce alkaloidów, streptomycyny i innych antybiotyków.

Kationity, oddając swoje jony wodorowe, zastępują katalizatory kwasowe, działając łagodniej i nie wymagając neutralizacji pod koniec procesu.

Jonity są również stosowane jako leki (np. o zwiększonej kwasowości soku żołądkowego).

43. Dwuatomowe fenole

Istnieją trzy najprostsze fenole dwuwodorotlenowe: o-dioksybenzen lub katechol, m-dioksybenzen lub rezorcynol, p-dioksybenzen lub hydrochinon.

Niektóre fenole dwuwodorotlenowe najczęściej występują w postaci pochodnych w produktach roślinnych - garbniki, żywice itp. Fenole dwuatomowe otrzymuje się zwykle syntetycznie przez fuzję soli kwasów dwusulfonowych lub soli kwasów fenolomonosulfonowych z alkaliami. Fenole dwuwodorotlenowe mają właściwości podobne do już rozważanych fenoli jednowodorotlenowych: tworzą fenolany, etery i estry oraz są barwione FeCl₃, podać produkty podstawienia atomów wodoru itp.

Jednak obecność dwóch hydroksyli fenolowych wpływa na właściwości fenoli dwuatomowych. Tak więc fenole dwuwodorotlenowe są znacznie łatwiej rozpuszczalne w wodzie niż fenole jednowodorotlenowe. Fenole jednoatomowe są stosunkowo łatwe do utlenienia; w dwuatomowych fenolach ta zdolność jest bardziej wyraźna: niektóre dwuatomowe fenole utleniają się tak łatwo, że są stosowane jako czynniki redukujące (wywoływacze) w fotografii (hydrochinon). Fenole dwuwodorotlenowe są mniej toksyczne niż fenole jednowodorotlenowe. Z FeCl₈ Fenole dwuwodorotlenowe nadają charakterystyczny kolor, co umożliwia ich rozróżnienie po kolorze.

Pirokatechina, czyli ortodioksybenzen, znajduje się w garbnikach i żywicach. Z FeCl₈ katechol nadaje kolor zielony. Łatwo się utlenia. Tak więc pirokatechina pod wpływem zimna przywraca srebro z amoniakalnego roztworu AgNO₃.

Adrenalina, czyli metyloaminoetanolopirokatechina, jest wytwarzana w nadnerczach i jest hormonem, który ma zdolność zwężania naczyń krwionośnych. Jest często stosowany jako środek hemostatyczny. Pozyskiwana jest z nadnerczy, a także syntetycznie z katecholi.

Co ciekawe, tylko lewoskrętna (naturalna) adrenalina ma aktywność biologiczną, podczas gdy prawoskrętna jest biologicznie nieaktywna.

Rezorcynol lub m-dioksybenzen. Rezorcynol można otrzymać z kwasu benzenodisulfonowego przez stopienie z zasadą.

W obecności zasady rezorcynol jest natychmiast przekształcany w fenolan, który jest następnie rozkładany przez kwas.

Z FeCl rezorcynol nadaje fioletową barwę. Utlenia się dość łatwo, ale jest znacznie bardziej stabilny niż katechol. Czyli np. przywraca amoniakowy roztwór AgNO₈ tylko po podgrzaniu, a nie na zimno, jak katechol. Rezorcynol jest znacznie mniej toksyczny niż katechol i hydrochinon, dlatego jest stosowany w medycynie jako środek antyseptyczny (np. w postaci maści).

Hydrochinon lub p-dioksybenzen. W warunkach naturalnych występuje w niektórych roślinach (np. w roślinie leczniczej Uvae ursi) w postaci glukozydu arbutyny. W przemyśle hydrochinon jest zwykle wytwarzany przez redukcję chinonu.

Hydrochinon bardzo szybko przywraca sole srebra na zimno. Ze względu na dużą skłonność do utleniania hydrochinon jest stosowany w fotografii jako wywoływacz.

44. Fenole trójatomowe

Istnieją trzy izomery trójatomowych fenoli, pochodnych benzenu, o zwykłym, symetrycznym i asymetrycznym układzie grup hydroksylowych: pirogalol, hydroksyhydrochinon, floroglucynol.

Najważniejsze z nich to fenole trójatomowe ze zwykłym i symetrycznym układem hydroksylo - pirogalolu i floroglucyny.

Pirogalol lub p-trioksybenzen. Otrzymywany przez ogrzewanie kwasu galusowego.

Z FeCl₃ pirogalol daje czerwony kolor. Pirogallol bardzo łatwo się utlenia. Na przykład jego roztwory alkaliczne w powietrzu szybko brązowieją z powodu utleniania. Pyrogallol natychmiast uwalnia metaliczne srebro z soli srebra. Ze względu na niezwykle wysoką skłonność do utleniania w analizie gazów stosuje się alkaliczne roztwory pirogalolu: pirogalol pochłania tlen z mieszaniny gazów. Pyrogallol jest również wykorzystywany w fotografii oraz w syntezie barwników.

Phloroglucinum występuje w dwóch formach tautomerycznych: formie z trzema grupami hydroksylowymi i formie z trzema grupami ketonowymi.

Floroglucynol dość łatwo się utlenia, ale jest znacznie bardziej odporny na utlenianie niż pirogalol. Stosowany jest w praktyce analitycznej np. do ilościowego oznaczania pentoz: pentozy są przekształcane w furfural, który w roztworze kwasu solnego daje barwny produkt kondensacji z floroglucynolem.

Naftole - substancje podobne do fenoli - można uznać za produkty podstawienia atomów wodoru w rdzeniu naftalenu przez hydroksyl.

a-naftol - naftalen - b-naftol

Naftole można otrzymać stosując te same reakcje co fenole. Jedną z najważniejszych ogólnych metod otrzymywania naftoli jest metoda fuzji soli sodowych kwasów naftalenosulfonowych z NaOH.

Naftole to substancje krystaliczne, słabo rozpuszczalne w wodzie. Pod względem właściwości chemicznych naftole są podobne do fenoli. Na przykład łatwo rozpuszczają się w alkaliach, tworząc naftolany. Podobnie jak fenole reagują z roztworem chlorku żelazowego, dając kolorowe związki.

W reakcji z FeCl8 można rozróżnić a- i b-naftole: a-naftol daje z nim purpurowy osad, a b-naftol daje zielony kolor i osad.

Podobnie jak fenole, naftole mają właściwości dezynfekujące, a-naftol ze względu na swoją toksyczność nie jest stosowany w medycynie, natomiast b-naftol jest stosowany jako środek dezynfekujący w leczeniu chorób jelit, a- i b-naftole są stosowane w dużych ilościach w produkcji barwników.

45. Aldehydy

Aldehydy nazywane są produktami podstawienia w węglowodorach atomu wodoru grupą aldehydową - C (OH).

Ketony to substancje zawierające grupę karbonylową - C (O) - związaną z dwiema resztami węglowodorowymi.

Zatem obie grupy związków charakteryzują się obecnością grupy karbonylowej - C(O) -, ale w aldehydach jest ona związana z jednym rodnikiem i jednym atomem wodoru, natomiast w ketonach grupa karbonylowa jest związana z dwoma rodnikami.

Ogólny wzór aldehydów i ketonów wytwarzanych z węglowodorów nasyconych to SpH2PO, a aldehydy i ketony o tej samej liczbie atomów węgla są względem siebie izomeryczne. Na przykład formuła C₃Н₆₀ mieć aldehyd H₃C-CH₂-C(OH) i keton H₃ C-C(O) - CH₃.

Strukturę aldehydów wyraża wzór ogólny R-C(O)-H.

Struktura elektronowa podwójnego wiązania grupy karbonylowej aldehydów \uXNUMXd C \uXNUMXd O charakteryzuje się obecnością jednego wiązania s i jednego wiązania p, ponadto chmura elektronów wiązania p znajduje się w płaszczyźnie prostopadłej do płaszczyzny, w której znajdują się wiązania s danego atomu węgla.

Jednak podwójne wiązanie grupy karbonylowej różni się znacznie od podwójnego wiązania węglowodorów etylenowych. Główną różnicą jest to, że podwójne wiązanie grupy karbonylowej łączy atom węgla z elektroujemnym atomem tlenu, który silnie przyciąga elektrony, więc to wiązanie jest silnie spolaryzowane.

Obecność silnie spolaryzowanego wiązania podwójnego w grupach karbonylowych aldehydów i ketonów jest przyczyną wysokiej reaktywności tych związków, a w szczególności przyczyną licznych reakcji addycji.

Nazwa „aldehydy” pochodzi od ogólnej metody otrzymywania tych związków: aldehyd można uznać za produkt odwodornienia alkoholu, czyli usunięcia z niego wodoru. Połączenie dwóch skróconych łacińskich słów Alcohol dehydrogenatus (alkohol odwodorniony) dało nazwę aldehyd.

W zależności od charakteru rodnika rozróżnia się aldehydy nasycone lub nienasycone, aldehydy aromatyczne itp.

Aldehydy są najczęściej nazywane po kwasach, w które są przekształcane podczas utleniania. Tak więc pierwszy przedstawiciel aldehydów H-C (O) - H nazywany jest aldehydem mrówkowym (lub formaldehydem), ponieważ podczas utleniania zamienia się w kwas mrówkowy (ACldum formicum); następny homolog CH₃ -C (O) - H nazywany jest aldehydem octowym (lub aldehydem octowym), ponieważ po utlenieniu daje kwas octowy (ACldum aceticum) itp.

Najprostszy aromatyczny aldehyd C₆H5 -C (O) - H nazywany jest aldehydem benzoesowym lub benzaldehydem, ponieważ po utlenieniu daje kwas benzoesowy (ACldum benzoicum).

Według nomenklatury międzynarodowej nazwy aldehydów pochodzą od nazw odpowiednich węglowodorów, dodając do nich końcówkę - al. Na przykład aldehyd mrówkowy nazywany jest metanalem, aldehyd octowy jest nazywany etanalem, aldehyd benzoesowy nazywa się fenylometanalem.

Izomeria aldehydów wynika z izomerii łańcucha rodnika.

46. ​​​​Metody otrzymywania aldehydów

1. Utlenianie pierwszorzędowych alkoholi jest najważniejszym sposobem otrzymywania aldehydów:

1) utlenianie alkoholu dichromianem potasu stosuje się głównie w warunkach laboratoryjnych, np. do otrzymywania aldehydu octowego;

2) utlenianie alkoholu tlenem atmosferycznym w obecności katalizatorów metalicznych. Najbardziej aktywnym katalizatorem jest platyna, która działa już w temperaturze pokojowej. Mniej aktywna, ale znacznie tańsza jest miedź drobno mielona, ​​która pracuje w wysokiej temperaturze. Przez system odsysane są opary alkoholu metylowego zmieszane z powietrzem. Alkohol metylowy jest utleniany tlenkiem miedzi, a uzyskana metaliczna miedź jest ponownie utleniana tlenem atmosferycznym. Reakcje te są więc powtarzane nieograniczoną liczbę razy.

Reakcja utleniania alkoholu metylowego tlenkiem miedzi jest egzotermiczna, tzn. przebiega z wydzieleniem ciepła, dlatego ogrzewanie jest konieczne dopiero na początku reakcji. Ta metoda leży u podstaw technicznej produkcji niektórych aldehydów, takich jak formaldehyd.

2. Z pochodnych dihalogenowych zawierających oba halogeny przy tym samym pierwszorzędowym atomie węgla, w wyniku reakcji nukleofilowego podstawienia halogenów na hydroksyle otrzymuje się aldehydy. Ta metoda służy do otrzymywania aldehydu benzoesowego.

właściwości fizyczne

Najprostszym przedstawicielem grupy aldehydów - formaldehydem - w normalnych warunkach jest substancja gazowa. Kolejnym przedstawicielem jest aldehyd octowy – ciecz wrząca w temperaturze 20°C. Kolejnymi przedstawicielami są również płyny. Wyższe aldehydy, takie jak aldehyd palmitynowy, są ciałami stałymi. Temperatura wrzenia aldehydów jest niższa niż temperatura wrzenia odpowiadających im alkoholi. Niższe aldehydy mieszają się z wodą w każdym stosunku, kolejni przedstawiciele są mniej rozpuszczalni w wodzie. Aldehydy są dobrze rozpuszczalne w alkoholu i eterze. Niższe aldehydy mają ostry, duszący zapach; niektórzy kolejni przedstawiciele mają przyjemniejszy zapach, przypominający zapach kwiatów.

Grupa karbonylowa wszystkich związków zawierających karbonyl - aldehydów, ketonów i kwasów - daje intensywne (ze względu na silną polaryzację) pasmo absorpcji, a dla każdej grupy związków karbonylowych pasmo to mieści się w wąskim zakresie. Dla formaldehydu - przy 1745 cm^-1, dla pozostałych aldehydów alifatycznych - w okolicach 1740-1720 cm^-11.

Aldehydy, a także ketony, ze względu na obecność grupy karbonylowej =C=O, mają selektywną absorpcję w świetle ultrafioletowym, dając maksima absorpcji w zakresie 2800 A. Wiele aldehydów aromatycznych ma przyjemny zapach.

47. Właściwości chemiczne aldehydów

Aldehydy wchodzą w bardzo dużą liczbę reakcji, reprezentując jedną z najbardziej reaktywnych grup związku. Dla wygody rozważania reakcji aldehydów można je podzielić na grupy zgodnie z atomami i grupami atomów, które są obecne w cząsteczce aldehydu.

Reakcje utleniania.

Aldehydy bardzo łatwo się utleniają. Szczególnie charakterystyczne dla aldehydów jest to, że tak słabe utleniacze, jak niektóre tlenki i wodorotlenki metali ciężkich, które nie działają na szereg innych związków organicznych, łatwo utleniają aldehydy wolnych metali lub ich tlenki (reakcje aldehydowe):

1) utlenianie tlenkiem srebra (reakcja „srebrnego lustra”). Jeżeli roztwór aldehydu doda się do przezroczystego bezbarwnego amoniakalnego roztworu tlenku srebra i ciecz zostanie podgrzana, to na ściankach probówki o wystarczającej czystości tworzy się powłoka metalicznego srebra w postaci lustra; jeśli ścianki probówki nie są wystarczająco czyste, metaliczne srebro uwalnia się w postaci jasnoszarego osadu. W tym przypadku aldehyd utlenia się do kwasu o takiej samej liczbie atomów węgla jak w pierwotnym aldehydzie;

2) utlenianie wodorotlenkiem miedzi. Jeśli roztwór zawierający aldehyd zostanie dodany do cieczy z jasnoniebieskim osadem wodorotlenku miedzi i mieszanina zostanie podgrzana, to zamiast niebieskiego osadu pojawi się żółty osad wodorotlenku miedzi (I) CuOH. Aldehyd jest następnie przekształcany w kwas.

Po podgrzaniu żółty wodorotlenek miedzi (II) zamienia się w czerwony tlenek miedzi (I):

2CuOH → Cu₂O+H₂O;

3) tlen atmosferyczny utlenia tylko niektóre z najłatwiej utleniających się aldehydów, do których należą aldehydy aromatyczne, takie jak benzaldehyd. Jeśli cienka warstwa benzaldehydu zostanie nałożona na szkiełko zegarkowe i pozostawiona na kilka godzin, zamieni się w kryształki kwasu benzoesowego. Utlenianie benzaldehydu tlenem atmosferycznym przebiega jako złożony, wieloetapowy proces z powstawaniem wolnych rodników i produktu pośredniego łatwo rozkładającego się typu nadtlenku, tak zwanego kwasu nadbenzoesowego;

4) reakcja Cannizzaro, czyli reakcja dysmutacji, jest reakcją utleniania-redukcji (redukcji tlenku), w której jedna z dwóch cząsteczek aldehydu jest utleniana do kwasu, a druga do alkoholu. Reakcja ta, charakterystyczna głównie dla aldehydów aromatycznych, została odkryta w 1853 roku przez włoskiego naukowca Cannizzaro, który stwierdził, że w obecności stężonego roztworu alkalicznego (np. 60% roztworu KOH), benzaldehyd przekształca się w sól kwasu benzoesowego i alkohol benzylowy.

Tylko aldehydy, które nie mają atomu wodoru przy atomie węgla a aldehydu, wchodzą w reakcję Cannizzaro.

48. Dodatek wodoru, wody, alkoholu, kwasu cyjanowodorowego, podsiarczynu

Reakcje grupy karbonylowej:

Reakcje addycji do karbonylu aldehydów: w trakcie tych reakcji w większości przypadków pierwszym etapem jest dodanie do dodatnio naładowanego atomu węgla karbonylu \uXNUMXd C \uXNUMXd O ujemnie naładowanej cząstki (na przykład anion OH). Dlatego wiele reakcji z tej grupy należy do reakcji addycji nukleofilowej:

1) dodanie wodoru (uwodornienie) następuje wraz z rozerwaniem podwójnego wiązania grupy karbonylowej aldehydu. Aldehydy są przekształcane w alkohole pierwszorzędowe. W zależności od warunków, w szczególności od rodzaju odczynnika redukującego, mechanizm może być inny;

2) dodanie wody prowadzi do powstania wodzianów aldehydów.

Mechanizm reakcji jest następujący: następuje addycja nukleofilowa do atomu węgla anionu hydroksylowego wody; następnie do utworzonego anionu dołącza proton. Związki z dwoma hydroksylami na tym samym atomie węgla są kruche: tracą cząsteczkę wody i zamieniają się w aldehydy. Dlatego powyższa reakcja jest odwracalna. W większości przypadków hydraty aldehydów występują tylko w roztworach wodnych i nie można ich wyodrębnić w stanie wolnym. Ich istnienie potwierdza się metodami fizycznymi, w szczególności poprzez badanie widm w podczerwieni. Siła wiązania w wodnych hydratach aldehydowych zmienia się w zależności od charakteru rodników w różnych aldehydach;

3) dodanie alkoholu do aldehydów prowadzi do powstania hemiacetalu. Występuje tu również addycja nukleofilowa. Półacetale można uznać za częściowe etery, pochodne uwodnionej postaci aldehydu. Gdy aldehydy ogrzewa się z alkoholami w obecności śladów bezwodnego HCl, tworzą się acetale. Acetale można uznać za pełne etery, pochodne uwodnionej postaci aldehydów.

Acetale to zazwyczaj ciecze o przyjemnym zapachu, słabo rozpuszczalne w wodzie. Są łatwo hydrolizowane w obecności kwasów, ale nie są hydrolizowane przez zasady;

4) dodanie kwasu cyjanowodorowego do aldehydów daje oksynitryle lub cyjanohydryny. Następuje addycja nukleofilowa. Zasady w małych ilościach katalizują tę reakcję;

5) dodanie podsiarczynu sodu (wodorosiarczynu) następuje, gdy roztwory aldehydu wytrząsa się ze stężonym roztworem podsiarczynu sodu. Związki podsiarczynowe aldehydów są słabo rozpuszczalne w stężonym roztworze podsiarczynu sodu i są izolowane jako strącanie. Ta reakcja ma duże znaczenie praktyczne.

49. Addycja kwasu fuksiarawego do aldehydów, polimeryzacja aldehydów

Dodatek kwasu fuksiarawego do aldehydów stanowi podstawę charakterystycznej reakcji barwienia, która jest często stosowana do jakościowego wykrywania aldehydów. Jeśli dwutlenek siarki SO przechodzi przez roztwór czerwonej fuksyny₂, to otrzymuje się bezbarwny roztwór tzw. fuksyny kwasu siarkowego, czyli odczynnika Schiffa. Po dodaniu kwasu siarkowego fuksyny do roztworu aldehydu mieszanina nabiera koloru czerwonego lub czerwono-fioletowego. Wraz z późniejszym dodawaniem kwasów mineralnych to zabarwienie z reguły znika; wyjątkiem jest formaldehyd; Barwienie kwasem siarkawym fuksyny spowodowane przez formaldehyd nie znika po dodaniu kwasów.

polimeryzacja aldehydów. Nie tylko szereg substancji jest przyłączonych do aldehydów w miejscu ich grupy karbonylowej, ale same cząsteczki aldehydu są w stanie łączyć się ze sobą (z zerwaniem podwójnego wiązania ich grupy karbonylowej). Reakcje te obejmują polimeryzację i kondensację aldolową. W reakcji polimeryzacji reszta cząsteczek polimeru jest często związana przez atom tlenu, azotu lub innego pierwiastka (nie węgla). Polimeryzacja aldehydów jest katalitycznie przyspieszana przez kwasy mineralne (H₂SO₄H₂SO₃, HCXNUMX). W wyniku tej reakcji w niektórych przypadkach powstają stosunkowo małe cząsteczki cyklicznego polimeru. W innych przypadkach podczas polimeryzacji powstają otwarte łańcuchy cząsteczek o różnej długości. Reakcje polimeryzacji są odwracalne.

Kondensacja aldolowa. Gdy aldehydy są wystawione na działanie niewielkich ilości rozcieńczonych zasad, zachodzi polimeryzacja aldehydów, która ze względu na charakter połączenia początkowych cząsteczek, które wiążą się bezpośrednio z ich atomami węgla, jest często nazywana kondensacją. Produkt tej reakcji zawiera grupę aldehydową i alkoholową, czyli jest to alkohol aldehydowy. Poprzez skrócenie ostatniego terminu substancje te zaczęto nazywać aldolami, a reakcję, o której mowa, nazwano kondensacją aldolową. Reakcja kondensacji aldolowej ma ogromne znaczenie np. przy tworzeniu substancji cukrowych.

Mechanizm elektronowy reakcji kondensacji aldolowej jest następujący. Anion hydroksylowy (katalizujący tę reakcję) oddziela proton od węgla a (którego atomy wodoru są wysoce reaktywne ze względu na bliskość grupy aldehydowej). Powstały silnie nukleofilowy anion węgla dodaje się do elektrofilowego atomu węgla innej cząsteczki aldehydu. Powstały anion hydroksyaldehydowy jest stabilizowany przez dodanie protonu z wody, który uwalnia jon wodorotlenkowy (katalizator).

50. Oddzielni przedstawiciele aldehydów

Formaldehyd w normalnych warunkach jest gazem o ostrym nieprzyjemnym (ostrym) zapachu, dobrze rozpuszczalnym w wodzie; 40% wodny roztwór formaldehydu, zwany formaliną, jest szeroko stosowany w praktyce medycznej.

W stanie statycznym roztworu formaldehydu stopniowo zachodzą w nim procesy oksydacyjno-redukcyjne. Ze względu na dysmutację formalina zwykle zawiera alkohol metylowy i kwas mrówkowy wraz z formaldehydem. Reakcja dysmutacji jest katalizowana przez zasady.

Gdy formalina jest zatężona, a także podczas długotrwałego przechowywania formaldehydu, zwłaszcza w niskich temperaturach, tworzy się w nim biały osad polimeru formaldehydu zwanego paraformaldehydem lub po prostu paraformem.

nH₂C=O ↔ (H₂Kon

Polimeryzację formaldehydu można przedstawić następująco. Uwodnione cząsteczki formaldehydu oddzielają wodę i tworzą łańcuchy o większej lub mniejszej długości. Cząsteczki Paraform zawierają od trzech do ośmiu cząsteczek formaldehydu (jak pokazał A. M. Butlerov), aw pewnych warunkach (w bardzo niskich temperaturach) - znacznie więcej.

Niska temperatura sprzyja polimeryzacji formaldehydu, dlatego formaliny nie należy przechowywać w temperaturze poniżej 10-12°C. Jednocześnie wysoka temperatura przyczynia się do szybkiego ulatniania się formaldehydu z roztworu. Proces depolimeryzacji i polimeryzacji odwrotnej leży u podstaw sublimacji paraform.

Medyczne zastosowanie formaldehydu opiera się na jego zdolności do fałdowania białek. Substancje białkowe bakterii koagulują z formaldehydu, co powoduje ich śmierć. Jednym z najważniejszych medycznych zastosowań formaldehydu jest jego zastosowanie w celu dezynfekcji, czyli niszczenia patogenów. Opary formaliny (podczas gotowania) stosuje się do odkażania dezynfekowanych pomieszczeń, roztworami formaldehydu traktuje się ręce chirurgów, narzędzia chirurgiczne itp. Roztwory formaldehydu służą do konserwacji (konserwacji) preparatów anatomicznych. W syntezie tworzyw sztucznych wykorzystuje się duże ilości formaldehydu. Z formaldehydu otrzymuje się preparat medyczny heksametylenotetraminę, czyli urotropinę. Lek ten otrzymuje się w reakcji formaldehydu (lub paraformu) z amoniakiem:

6CH₂O + 4NH₃ → (CH₂)₆N₄ + 6H₂O.

Racjonalną nazwę „heksametylenotetramina” nadał A. M. Butlerov w związku z obecnością w cząsteczce sześciu grup metylenowych i czterech atomów azotu. A. M. Butlerov jako pierwszy otrzymał urotropinę i ją przestudiował.

Gdy roztwór urotropiny ogrzewa się w obecności kwasów, hydrolizuje z wytworzeniem produktów początkowych - formaldehydu i amoniaku:

(CH₂)₆N₄ + 6H₂O → 6CH₂O + 4NH₃.

51. Rongalit, acetalhyd, glioksol

Pochodną formaldehydu jest także rongalit, czyli sól sodowa sulfoksylanu formaldehydu, który jest wykorzystywany zarówno do syntezy leków (np. novarsenol), jak i w technologii jako środek redukujący. Aby uzyskać rongalit, formaldehyd traktuje się podsiarczynem sodu, w wyniku czego powstaje związek podsiarczynu formaldehydu. Następnie związek podsiarczynu formaldehydu jest redukowany pyłem cynkowym.

Aldehyd octowy (aldehyd octowy lub etanal) na skalę przemysłową zwykle otrzymuje się przez odwodornienie par alkoholu etylowego pod działaniem katalizatora (miedzi): dwa atomy wodoru są odszczepiane od alkoholu. Ważną metodą otrzymywania aldehydu octowego jest również reakcja Kucherova - dodanie wody do acetylenu.

W warunkach laboratoryjnych aldehyd octowy zwykle otrzymuje się z alkoholu przez utlenienie go dwuchromianem potasu w środowisku kwaśnym.

Aldehyd octowy jest lotną cieczą. W wysokich stężeniach ma nieprzyjemny duszący zapach; w niewielkich stężeniach ma przyjemny zapach jabłek (w których jest zawarty w niewielkiej ilości).

Gdy kropla kwasu zostanie dodana do aldehydu octowego w temperaturze pokojowej, polimeryzuje on do paraaldehydu; w niskich temperaturach aldehyd octowy polimeryzuje do metaldehydu, krystalicznego ciała stałego.

Paraldehyd jest cyklicznym trimerem (CH₃AtoN)₃, metaldehyd - cykliczny tetramer (CH₃AtoN)₄, bywa używany w życiu codziennym jako paliwo pod nazwą „suchy alkohol”. Paraldehyd był wcześniej używany jako środek nasenny.

Ważną pochodną aldehydu octowego jest trichloroacetaldehyd lub chloral. Chloral to ciężka ciecz. Dodaje wodę, tworząc krystaliczny stały hydrat chloralu lub hydrat chloralu. Hydrat chloralu jest jednym z nielicznych przykładów stabilnych hydratów aldehydów. Hydrat chloralu jest łatwo (już na zimno) rozkładany przez zasady z wytworzeniem chloroformu i soli kwasu mrówkowego. Jako środek nasenny stosuje się hydrat chloralu.

Glioksal jest najprostszym przedstawicielem dialdehydów – związków z dwiema grupami aldehydowymi.

Aldehyd benzoesowy, czyli benzaldehyd występuje w przyrodzie w postaci glikozydu amigdaliny, który znajduje się w gorzkich migdałach, liściach czereśni laurowej i czeremchy, pestkach brzoskwiń, moreli, śliwek itp. Pod wpływem enzymu emulsyny, jak podobnie jak podczas hydrolizy kwasowej, amigdalina jest rozbijana na kwas cyjanowodorowy, benzaldehyd i dwie cząsteczki glukozy.

Jako produkt pośredni hydrolizy amigdaliny można wyodrębnić cyjanohydrynę benzaldehydową, którą można uznać za produkt interakcji benzaldehydu i HCN.

W wodzie z gorzkich migdałów Aqim amuda agit atagarum, preparacie z gorzkich migdałów, kwas cyjanowodorowy występuje głównie w postaci dehydcyjanohydryny benzalowej.

52. Ketony

Ketony to substancje zawierające grupę karbonylową – C(O) – związaną z dwoma rodnikami. Ogólny wzór ketonów to RC(O)-R'.

Rodniki mogą być alifatyczne (ograniczające lub nienasycone), alicykliczne, aromatyczne.

Ketony aromatyczne można podzielić na dwie podgrupy:

1) mieszane tłuszczowo-aromatyczne zawierające jedną resztę aromatyczną;

2) czysto aromatyczne ketony zawierające dwie aromatyczne reszty.

Nazewnictwo i izomeria

Zazwyczaj ketony są nazywane rodnikami zawartymi w ich cząsteczce, dodając słowo keton. Tak więc najprostszy przedstawiciel H₃C-C(O) - CH₃ zwany ketonem dimetylowym, H₃C-C(O) - C₂Н₅ - keton metylowo-etylowy, N₃C-C(O) - C₆Н₅ - keton metylowo-fenylowy, C₆H-C(O) - C₆Н₅ - keton difenylowy itp.

Zgodnie z międzynarodową nomenklaturą nazwy ketonów pochodzą od nazw odpowiednich węglowodorów, dodając do tej nazwy końcówkę - on. Tak więc keton dimetylowy będzie nazywany pro-panonem, ketonem metylowo-etylowym - butanonem itp.

Aby wskazać pozycję grupy karbonylowej, atomy węgla są ponumerowane, zaczynając od końca, do którego grupa karbonylowa jest bliżej, i nazywając keton, pozycję karbonylową wskazuje się odpowiednią liczbą.

Niektóre ketony mają również swoje własne nazwy empiryczne. Na przykład, keton dimetylowy jest powszechnie określany jako aceton, keton metylowo-fenylowy jako acetofenon, a keton difenylowy jako benzofenon.

Izomeria ketonów zależy od położenia grupy karbonylowej w łańcuchu, a także od izomerii rodników. Jak dostać się do

Ketony można wytwarzać w sposób podobny do tych używanych do wytwarzania aldehydów.

1. Utlenianie drugorzędowych alkoholi.

2. Otrzymywanie z pochodnych dihalogenowych, w których oba atomy halogenu znajdują się na tym samym drugorzędowym atomie węgla.

3. Otrzymywanie kwasów karboksylowych z soli wapnia metodą ich suchej destylacji. Tak więc aceton otrzymuje się z octanu wapnia.

Aby uzyskać mieszane ketony (z różnymi rodnikami), pobiera się sole odpowiednich kwasów zawierających pożądane rodniki.

Sucha destylacja drewna wytwarza pewne ketony, takie jak aceton i keton metylowo-etylowy.

Ketony aromatyczne dogodnie wytwarza się w reakcji Friedela-Craftsa, traktując chlorek kwasu tłuszczowego lub aromatycznego węglowodorem aromatycznym w obecności chlorku glinu.

właściwości fizyczne

Najprostszy keton, aceton, jest cieczą. Kolejni przedstawiciele to także płyny. Wyższe ketony alifatyczne i aromatyczne są ciałami stałymi. Najprostsze ketony mieszają się z wodą. Wszystkie ketony są dobrze rozpuszczalne w alkoholu i eterze. Najprostsze ketony mają charakterystyczny zapach.

53. Właściwości chemiczne ketonów

Ketony posiadają szereg właściwości charakterystycznych dla grupy karbonylowej, które zbliżają je do aldehydów. Jednocześnie ketony nie mają atomu wodoru związanego z karbonylem, co jest charakterystyczne dla aldehydów, a zatem nie dają szeregu reakcji utleniania, które są bardzo charakterystyczne dla aldehydów. Ketony to substancje mniej reaktywne niż aldehydy. Jak wspomniano wcześniej, wiele reakcji addycji do aldehydów przebiega z powodu silnej polaryzacji grupy karbonylowej zgodnie z mechanizmem jonowym.

Rodniki związane z grupą karbonylową mają tak zwany pozytywny efekt indukcji: zwiększają gęstość elektronową wiązania rodnika z innymi grupami, tj. jakby gasiły dodatni ładunek atomu węgla karbonylku.

W rezultacie związki zawierające karbonyl, zgodnie ze spadkiem ich aktywności chemicznej, można uporządkować w następującym rzędzie:

formaldehyd - aldehyd octowy - aceton.

Jest jeszcze inny – stereochemiczny – powód niższej reaktywności ketonów w porównaniu z aldehydami. Dodatnio naładowany atom węgla grupy karbonylowej aldehydów jest związany z jednym rodnikiem i małym atomem wodoru. W ketonach ten atom węgla jest związany z dwoma rodnikami, z których oba są często bardzo nieporęczne. Tak więc cząsteczka nukleofilowa (OH, OR itp.), już zbliżająca się do grupy karbonylowej ketonów, może napotkać „przeszkody steryczne”. Ponadto, w wyniku dodania cząstki nukleofilowej do węgla karbonylowego i odpowiednich atomów lub grup atomów do tlenu karbonylowego, hybrydyzacja elektronów tego węgla zmienia się: sp₂ -sp₃. W przestrzeni trójwymiarowej trzy mniej lub bardziej obszerne grupy i atom wodoru powinny znajdować się w pobliżu „poprzedniego” węgla karbonylowego aldehydu.

Jednocześnie w przypadku ketonu wszystkie 4 grupy znajdujące się wokół tego atomu węgla będą dość masywne.

1. Związek z utlenianiem: ketony nie są utleniane przez te słabe środki utleniające, które łatwo utleniają aldehydy. Tak więc np. ketony nie dają „reakcji srebrnego lustra”, nie są utleniane przez wodorotlenek miedzi i roztwór Fehlinga. Jednak ketony mogą być utleniane przez takie silne środki utleniające jak KMn04 lub mieszanina chromu. W tym przypadku łańcuch węglowy ketonu zostaje zerwany na grupie karbonylowej z utworzeniem kwasów o mniejszej liczbie atomów węgla w porównaniu z pierwotnym ketonem. To również odróżnia ketony od aldehydów.

Reakcja utleniającego rozszczepienia ketonów ma ogromne znaczenie dla ustalenia ich struktury, ponieważ pozycję grupy karbonylowej w cząsteczce ketonu można ocenić na podstawie utworzonych kwasów.

2. Reakcje grupy karbonylowej: szereg reakcji charakterystycznych dla grupy karbonylowej aldehydów przebiega dokładnie tak samo jak w przypadku grupy karbonylowej ketonu.

54. Indywidualni przedstawiciele ketonów

Aceton (keton dimetylowy, propanon) H₃C-C(0) - CH₃ - najprostszy przedstawiciel grupy ketonowej. Jednym z najważniejszych źródeł pozyskiwania acetonu jest sucha destylacja drewna. Aceton otrzymuje się również przez suchą destylację octanu wapnia. Rozszczepianie podobne do rozszczepienia octanu wapnia jest również poddawane przez wolny kwas octowy, gdy jego para jest przepuszczana przez ogrzane katalizatory (AI₂O₃, Chociaż₂ et al.).

Ta reakcja jest również stosowana w inżynierii do produkcji acetonu. Ważną metodą otrzymywania acetonu jest kumen. Aceton pozyskiwany jest również biochemicznie – w wyniku tzw. acetonowej fermentacji skrobi, która zachodzi pod wpływem określonych bakterii.

Aceton to bezbarwna ciecz o charakterystycznym zapachu. Aceton jest całkowicie mieszalny z wodą. Aceton bardzo dobrze rozpuszcza szereg substancji organicznych (na przykład nitroceluloza, lakiery itp.), dlatego jest stosowany w dużych ilościach jako rozpuszczalnik (produkcja bezdymnego proszku, sztucznego jedwabiu itp.).

Aceton jest produktem wyjściowym do produkcji szeregu substancji leczniczych, m.in. jodoformu. Gdy aceton jest traktowany chlorem lub jodem w środowisku alkalicznym, aceton jest halogenowany:

Powstały trijodoaceton jest niezwykle łatwo rozszczepiany pod wpływem zasady z utworzeniem jodoformu i soli kwasu octowego.

Ta reakcja jest często używana do odkrycia acetonu, biorąc pod uwagę jednak, że w tych samych warunkach jodoform powstaje również z alkoholu etylowego, aldehydu octowego i kilku innych substancji. Jakościową reakcją barwną dla acetonu jest reakcja z nitroprusydkiem sodu Na₂[Fe (CN)₅(NO)], nadający intensywny winno-czerwony kolor z dodatkiem acetonu.

Aceton pojawia się w moczu w ciężkich przypadkach cukrzycy - choroby cukrowej. Mocz jednocześnie nabiera zapachu acetonu, przypominającego owocowy zapach. Do otwarcia acetonu w moczu stosuje się reakcję tworzenia jodoformów (test Libena) oraz reakcję barwienia nitroprusydkiem sodu (test Legala).

Aceton monochlorowcowany - bromoaceton i aceton chlorowany (СlН₂C-C(O) - CH₃) - są chemicznymi środkami bojowymi łzawiącymi (łzawicami).

Diacetyl (H₃C-C(O) - C(O) - CH₃) jest najprostszym przedstawicielem diketonów. To żółta ciecz. Ma silny zapach masła i jest w nim zawarty, powodując jego zapach; używany do nadawania przyjemnego zapachu margarynie.

Kamfora jest ketonem, podobnym w szkielecie węglowym do terpenów. Kamfora jest substancją krystaliczną o charakterystycznym zapachu i specyficznym palącym i gorzkim smaku; bardzo lotny i może być oczyszczony przez sublimację. Kamfora jest nierozpuszczalna w wodzie, ale łatwo rozpuszczalna w rozpuszczalnikach organicznych.

Najczęściej kamforę stosuje się jako środek na serce.

55. Chinony

Chinony to sześcioczłonowe cykliczne diketony z dwoma podwójnymi wiązaniami.

Spośród nich największe znaczenie praktyczne ma parachinon, otrzymywany przez utlenianie hydrochinonu lub aniliny. Parachinon jest produktem wyjściowym w syntezie hydrochinonu. Charakterystyczny dla chinonu układ wiązań podwójnych determinuje barwę wielu związków.

Naftochinony to pochodne naftalenu zawierające rdzeń quinoidowy. Najważniejszym jest 1,4-naftochinon, który można otrzymać poprzez utlenianie naftalenu.

Pod wieloma względami 1,4-naftochinon jest podobny do p-benzochinonu. Krystalizuje w postaci żółtych igiełek, jest lotny i ma ostry, drażniący zapach.

Rdzeń 1,4-naftochinonu jest podstawą witaminy K, czyli witaminy przeciwkrwotocznej (która zapobiega pojawianiu się krwotoków). Witamina K to 2-metylo-3-wick-1,4-naftochinon. Witamina K znajduje się w zielonych ziołach, liściach i warzywach. Jest to żółty olej, nierozpuszczalny w wodzie; destylowana w wysokiej próżni.

Okazało się, że grupa knotów (nienasyconych alkoholi z fitolu) nie jest niezbędna do manifestacji działania przeciwkrwotocznego. Takie działanie wykazuje szereg innych pochodnych 1,4-naftochinonu, np. 2-metylo-1,4-naftochinon, który jest łatwo otrzymywany syntetycznie iz powodzeniem stosowany zamiast witaminy K, zwykle w postaci rozpuszczalnych w wodzie pochodnych.

Niektóre pochodne chinonów odgrywają ważną rolę w pośrednich procesach biologicznego utleniania.

Antrachinony to pochodne antracenu zawierające rdzeń quinoidowy. Antrachinon można łatwo otrzymać poprzez utlenienie antracenu kwasem azotowym lub mieszaniną chromu. W tym przypadku w cząsteczce powstają dwie grupy ketonowe, a środkowy pierścień nabiera struktury chinonu. Antrachinon jest żółtą substancją krystaliczną, w przeciwieństwie do konwencjonalnych chinonów, jest dość odporny na szereg wpływów chemicznych, w szczególności na utlenianie.

Antrahydrochinon jest półproduktem w redukcji antrachinonu do antracenu. An-trahydrochinon w postaci wolnej to brązowe kryształy. Mając dwa hydroksyle fenolowe, antrahydrochinon rozpuszcza się w alkaliach; uzyskana substancja typu fenolanu ma jasnoczerwony kolor. Antrachinon jest zdolny do bromowania, azotanu i sulfonianu.

Alizaryna to 1,2-dioksantrachinon.

Emocje. W praktyce medycznej jako środki przeczyszczające często stosuje się preparaty (nalewki, wywary itp.) z aloesu, rabarbaru, kruszyny, liści senesu itp. Substancjami czynnymi tych roślin, jak się okazało, są pochodne antrachinonu, a mianowicie podstawione di- i trihydroksy-antrachinony, zawarte w roślinach częściowo w postaci wolnej, częściowo w postaci estrów i glikozydów. Te pochodne di- i trihydroksyantrachinonów są często łączone w grupę emodynów. Przykładem emodyny jest franguloemodyna, czyli 3-metylo-1,6,8-trihydroksyantrachinon. Franguloemodin występuje w kruszynie (Frangula).

56. Węglowodory

Węglowodany są szeroko rozpowszechnione w przyrodzie i odgrywają bardzo ważną rolę w życiu człowieka. Są one częścią pożywienia i zwykle zapotrzebowanie na energię jest pokrywane podczas jedzenia w większości właśnie dzięki węglowodanom.

Wyjątkowe znaczenie tej grupy związków stało się szczególnie widoczne w ostatnich latach. Tak więc kwasy nukleinowe niezbędne do biosyntezy białek i przenoszenia właściwości dziedzicznych są zbudowane z pochodnych węglowodanów - nukleotydów. Wiele węglowodanów odgrywa ważną rolę w procesach zapobiegających krzepnięciu krwi, wnikaniu patogenów do makroorganizmów, we wzmacnianiu odporności itp. Pochodne węglowodanów mają duże znaczenie w procesie fotosyntezy.

Niektóre rodzaje węglowodanów wchodzą w skład błon komórek roślinnych i pełnią mechaniczną, wspierającą rolę. Z węglowodanów tego typu, poprzez obróbkę chemiczną, przygotowuje się tkaniny (sztuczny jedwab), materiały wybuchowe (nitroceluloza) itp.

Wiele węglowodanów i ich pochodnych to leki.

Nazwa substancji „węglowodany” pojawiła się na podstawie danych z analizy pierwszych znanych przedstawicieli tej grupy związków, substancje z tej grupy składają się z węgla, wodoru i tlenu, a stosunek liczby wodoru do atomy tlenu w nich są takie same jak w wodzie, tzn. na każde dwa atomy wodoru przypada jeden atom tlenu. Czasami używana jest nowsza nazwa - glicydy; obniżona ogólna formuła węglowodanowa C_m(H_2nO)_n pozostaje prawdą dla zdecydowanej większości przedstawicieli.

Duża klasa węglowodanów dzieli się na dwie grupy: prostą i złożoną.

Węglowodany proste (monosacharydy lub mono) nazywane są węglowodanami, które nie są w stanie hydrolizować do prostszych węglowodanów. Większość z tych substancji ma skład odpowiadający wzorowi ogólnemu C_n(N_2nO)_n oznacza to, że mają taką samą liczbę atomów węgla jak liczba atomów tlenu.

Węglowodany złożone (polisacharydy lub poliozy) to węglowodany, które można hydrolizować do węglowodanów prostych. Większość z tych substancji ma skład odpowiadający wzorowi ogólnemu C_mH_2nO_n, tj. ich liczba atomów węgla nie jest równa liczbie atomów tlenu.

Biopolimery zawierające węglowodany - glikoproteiny, glikolipidy i inne, które pełnią najbardziej złożone funkcje w organizmie - mają szczególnie złożoną strukturę.

Autorzy: Drozdov A.A., Drozdova M.V.

Polecamy ciekawe artykuły Sekcja Notatki z wykładów, ściągawki:

▪ Historia religii. Notatki do wykładów

▪ Statystyka. Kołyska

▪ Zarządzanie finansami. Kołyska

Zobacz inne artykuły Sekcja Notatki z wykładów, ściągawki.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach 02.05.2024

We współczesnym rolnictwie postęp technologiczny ma na celu zwiększenie efektywności procesów pielęgnacji roślin. We Włoszech zaprezentowano innowacyjną maszynę do przerzedzania kwiatów Florix, zaprojektowaną z myślą o optymalizacji etapu zbioru. Narzędzie to zostało wyposażone w ruchome ramiona, co pozwala na łatwe dostosowanie go do potrzeb ogrodu. Operator może regulować prędkość cienkich drutów, sterując nimi z kabiny ciągnika za pomocą joysticka. Takie podejście znacznie zwiększa efektywność procesu przerzedzania kwiatów, dając możliwość indywidualnego dostosowania do specyficznych warunków ogrodu, a także odmiany i rodzaju uprawianych w nim owoców. Po dwóch latach testowania maszyny Florix na różnych rodzajach owoców wyniki były bardzo zachęcające. Rolnicy, tacy jak Filiberto Montanari, który używa maszyny Florix od kilku lat, zgłosili znaczną redukcję czasu i pracy potrzebnej do przerzedzania kwiatów. ... >>

Zaawansowany mikroskop na podczerwień 02.05.2024

Mikroskopy odgrywają ważną rolę w badaniach naukowych, umożliwiając naukowcom zagłębianie się w struktury i procesy niewidoczne dla oka. Jednak różne metody mikroskopii mają swoje ograniczenia, a wśród nich było ograniczenie rozdzielczości przy korzystaniu z zakresu podczerwieni. Jednak najnowsze osiągnięcia japońskich badaczy z Uniwersytetu Tokijskiego otwierają nowe perspektywy badania mikroświata. Naukowcy z Uniwersytetu Tokijskiego zaprezentowali nowy mikroskop, który zrewolucjonizuje możliwości mikroskopii w podczerwieni. Ten zaawansowany instrument pozwala zobaczyć wewnętrzne struktury żywych bakterii z niesamowitą wyrazistością w skali nanometrowej. Zazwyczaj ograniczenia mikroskopów średniej podczerwieni wynikają z niskiej rozdzielczości, ale najnowsze odkrycia japońskich badaczy przezwyciężają te ograniczenia. Zdaniem naukowców opracowany mikroskop umożliwia tworzenie obrazów o rozdzielczości do 120 nanometrów, czyli 30 razy większej niż rozdzielczość tradycyjnych mikroskopów. ... >>

Pułapka powietrzna na owady 01.05.2024

Rolnictwo jest jednym z kluczowych sektorów gospodarki, a zwalczanie szkodników stanowi integralną część tego procesu. Zespół naukowców z Indyjskiej Rady Badań Rolniczych i Centralnego Instytutu Badań nad Ziemniakami (ICAR-CPRI) w Shimla wymyślił innowacyjne rozwiązanie tego problemu – napędzaną wiatrem pułapkę powietrzną na owady. Urządzenie to eliminuje niedociągnięcia tradycyjnych metod zwalczania szkodników, dostarczając dane dotyczące populacji owadów w czasie rzeczywistym. Pułapka zasilana jest w całości energią wiatru, co czyni ją rozwiązaniem przyjaznym dla środowiska i niewymagającym zasilania. Jego unikalna konstrukcja umożliwia monitorowanie zarówno szkodliwych, jak i pożytecznych owadów, zapewniając pełny przegląd populacji na każdym obszarze rolniczym. „Oceniając docelowe szkodniki we właściwym czasie, możemy podjąć niezbędne środki w celu zwalczania zarówno szkodników, jak i chorób” – mówi Kapil ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum Smartfon zamiast prawa jazdy 15.12.2014 W 2015 roku Iowa planuje jako pierwsza w USA zastąpić plastikowe prawo jazdy aplikacją mobilną na smartfona – powiedział Paul Trombino, dyrektor Departamentu Transportu Iowa. Według The Des Moines Register zrobił to podczas dyskusji nad budżetem departamentu. W wydarzeniu wziął udział gubernator Terry Branstad. Początkowo na rozwój aplikacji planuje się wydać około 20 XNUMX dolarów, a kierowcy będą mogli pobrać ją za darmo. "Wyobraź sobie, że twoje prawo jazdy byłoby po prostu na twoim telefonie" - powiedział Paul Trombino. "W tempie, w jakim się teraz poruszamy, jako pierwsi w kraju wydamy takie prawo jazdy. Kierowcy nadal będą mogli korzystać z tradycyjnego plastiku karty, nosząc ją w portfelu lub torbie, jednak nie będzie już tak potrzebna jak teraz. Kierowcy będą mogli okazywać policjantom elektroniczny dowód zamiast plastikowego i dodatkowo używać go na punktach kontrolnych na lotniskach w stanie. Aplikacja będzie bardzo bezpieczna. Aby uzyskać do niej dostęp, użytkownik będzie musiał wprowadzić kod cyfrowy, dodał Trombino. Dzięki temu aplikacja będzie znacznie bezpieczniejsza niż zwykłe uprawnienia. Kierownik działu transportu oczekuje, że inne działy wyciągną wnioski z ich doświadczeń i ostatecznie wydadzą własne podobne cyfrowe certyfikaty. Obecnie ponad 30 stanów USA zezwala kierowcom samochodów na pokazywanie policyjnego ubezpieczenia elektronicznego na smartfonie zamiast wersji papierowej. Iowa jest jednym z tych stanów. Dodajmy, że w 2012 roku Stany Zjednoczone stały się pierwszym stanem, w którym samochody autonomiczne mogły poruszać się po drogach publicznych. Stan Nevada jako pierwszy wprowadził odpowiednie zmiany w ustawodawstwie. Floryda i Kalifornia poszły w ich ślady.

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ sekcja witryny Laboratorium naukowe dla dzieci. Wybór artykułu

▪ artykuł Zjedz z drzewa poznania dobra i zła. Popularne wyrażenie

▪ artykuł Co to jest ZEG? Szczegółowa odpowiedź

▪ artykuł Muszla na falach. Transport osobisty

▪ artykuł o metronomie. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

▪ artykuł Przysłowia i powiedzenia Karakalpak. Duży wybór

Zostaw swój komentarz do tego artykułu:

Wszystkie języki tej strony

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn

www.diagram.com.ua
2000-2024