Halojenləşdirilmiş karbohidrogenlər: istehsalı, kimyəvi xassələri, tətbiqi

2024 Müəllif: Angel Austin | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2023-12-17 05:16

Karbohidrogenlər üzvi birləşmələrin çox böyük sinfidir. Bunlara bir neçə əsas maddələr qrupu daxildir, bunların arasında demək olar ki, hər biri sənayedə, gündəlik həyatda və təbiətdə geniş istifadə olunur. Xüsusi əhəmiyyəti məqalədə müzakirə olunacaq halogenləşdirilmiş karbohidrogenlərdir. Onlar yüksək sənaye əhəmiyyətinə malik olmaqla yanaşı, həm də bir çox kimyəvi sintezlər, dərman preparatları və digər mühüm birləşmələrin alınması üçün vacib xammaldır. Onların molekullarının quruluşuna, xassələrinə və digər xüsusiyyətlərinə xüsusi diqqət yetirək.

Halojenləşdirilmiş karbohidrogenlər: ümumi xarakteristikalar

Kimya elmi nöqteyi-nəzərindən bu birləşmələr sinfinə bir və ya bir neçə hidrogen atomunun bu və ya digər halogenlə əvəz olunduğu bütün karbohidrogenlər daxildir. Bu maddələrin çox geniş kateqoriyasıdır, çünki onlar böyük sənaye əhəmiyyətinə malikdirlər. Çox qısa müddətə insanlarkarbohidrogenlərin demək olar ki, bütün halogen törəmələrinin sintezini öyrəndi, onlardan tibbdə, kimya sənayesində, qida sənayesində və gündəlik həyatda istifadəsi zəruridir.

Bu birləşmələri əldə etməyin əsas üsulu laboratoriyada və sənayedə sintetik yoldur, çünki onların demək olar ki, heç biri təbiətdə baş vermir. Bir halogen atomunun olması səbəbindən onlar yüksək reaktivdirlər. Bu, onların kimyəvi sintezlərdə ara məhsullar kimi tətbiq dairəsini böyük ölçüdə müəyyən edir.

Halogenləşdirilmiş karbohidrogenlərin çoxlu nümayəndələri olduğundan, onları müxtəlif meyarlara görə təsnif etmək adətdir. Bu, həm zəncirin quruluşuna, həm də bağların çoxluğuna, həm də halogen atomlarındakı fərqə və onların mövqeyinə əsaslanır.

Karbohidrogenlərin halogen törəmələri: təsnifat

Birinci ayırma variantı bütün üzvi birləşmələrə aid olan ümumi qəbul edilmiş prinsiplərə əsaslanır. Təsnifat karbon zəncirinin tipindəki fərqə, onun dövriyyəsinə əsaslanır. Bu əsasda onlar fərqləndirirlər:

• məhdud halogenləşdirilmiş karbohidrogenlər;
• limitsiz;
• aromatik;
• alifatik;
• asiklik.

Aşağıdakı bölmə halogen atomunun növünə və onun molekuldakı kəmiyyət tərkibinə əsaslanır. Beləliklə, ayırın:

• mono törəmələri;
• törəmələr;
• üç-;
• tetra-;
• penta törəmələri və s.

Halojenin növündən danışırıqsa, onda alt qrupun adı iki sözdən ibarətdir. Məsələn, monoxloro törəməsi,triyod törəməsi, tetrabromohaloalken və s.

Digər təsnifat variantı da var ki, ona əsasən doymuş karbohidrogenlərin əsasən halogen törəmələri ayrılır. Bu, halogenin bağlandığı karbon atomunun sayıdır. Beləliklə, ayırın:

• ilkin törəmələr;
• ikinci;
• üçüncü və s.

Hər bir spesifik nümayəndə bütün əlamətlərə görə sıralana və üzvi birləşmələr sistemində tam yeri müəyyən edə bilər. Beləliklə, məsələn, CH₃ - CH₂-CH=CH-CCL_{3 tərkibli birləşməbelə təsnif edə bilər. Pentenin doymamış alifatik trikloro törəməsidir.}

Molekulun quruluşu

Halojen atomlarının olması həm fiziki, həm kimyəvi xassələrə, həm də molekulun quruluşunun ümumi xüsusiyyətlərinə təsir etməyə bilməz. Bu sinif birləşmələr üçün ümumi düstur R-Hal-dır, burada R istənilən strukturun sərbəst karbohidrogen radikalıdır və Hal bir və ya daha çox halogen atomudur. Karbon və halogen arasındakı əlaqə güclü qütbləşir, nəticədə molekul bütövlükdə iki təsirə meyllidir:

• mənfi induktiv;
• mesomeric müsbət.

Onlardan birincisi daha barizdir, ona görə də Hal atomu həmişə elektron çəkən əvəzedicinin xüsusiyyətlərini nümayiş etdirir.

Əks halda, molekulun bütün struktur xüsusiyyətləri adi karbohidrogenlərdən heç də fərqlənmir. Xassələri zəncirin quruluşu və onun xüsusiyyətləri ilə izah olunurbudaqlanma, karbon atomlarının sayı, aromatik xüsusiyyətlərin gücü.

Karbohidrogenlərin halogen törəmələrinin nomenklaturası xüsusi diqqətə layiqdir. Bu əlaqələr üçün düzgün ad nədir? Bunu etmək üçün bir neçə qaydaya əməl etməlisiniz.

1. Zəncirin nömrələnməsi halogen atomuna ən yaxın kənardan başlayır. Hər hansı bir çoxlu bağ varsa, geriyə sayma elektron çəkən əvəzedicidən deyil, ondan başlayır.
2. Hal adı prefiksdə göstərilib, onun ayrıldığı karbon atomunun sayı da göstərilməlidir.
3. Son addım əsas atom zəncirinin (və ya halqanın) adlandırılmasıdır.

Oxşar ada nümunə: CH₂=CH-CHCL₂ - 3-dikloropropen-1.

Həmçinin ad rasional nomenklaturaya görə verilə bilər. Bu zaman radikalın adı, sonra isə -id şəkilçisi ilə halogenin adı tələffüz olunur. Nümunə: CH₃-CH₂-CH₂Br - propil bromid.

Digər sinif üzvi birləşmələr kimi, halogenləşdirilmiş karbohidrogenlər də xüsusi quruluşa malikdir. Bu, bir çox nümayəndələrin tarixi adlarla təyin olunmasına imkan verir. Məsələn, halotan CF₃CBrClH. Molekulun tərkibində eyni anda üç halogenin olması bu maddəni xüsusi xüsusiyyətlərlə təmin edir. Tibbdə istifadə olunur, buna görə də ən çox istifadə edilən tarixi addır.

Sintez Metodları

Karbohidrogenlərin halogen törəmələrinin alınması üsulları kifayətdirmüxtəlifdir. Laboratoriyada və sənayedə bu birləşmələrin sintezi üçün beş əsas üsul var.

1. Adi normal karbohidrogenlərin halogenləşməsi. Ümumi reaksiya sxemi: R-H + Hal₂ → R-Hal + HHal. Prosesin xüsusiyyətləri aşağıdakılardır: xlor və brom ilə ultrabənövşəyi şüalanma lazımdır, yod ilə reaksiya demək olar ki, mümkün deyil və ya çox yavaşdır. Flüor ilə qarşılıqlı əlaqə çox aktivdir, buna görə də bu halogen təmiz formada istifadə edilə bilməz. Bundan əlavə, aromatik törəmələri halogenləşdirərkən, xüsusi proses katalizatorlarından - Lyuis turşularından istifadə etmək lazımdır. Məsələn, dəmir və ya alüminium xlorid.
2. Karbohidrogenlərin halogen törəmələrinin alınması da hidrohalogenləşmə yolu ilə həyata keçirilir. Lakin bunun üçün başlanğıc birləşmə mütləq doymamış karbohidrogen olmalıdır. Misal: R=R-R + HHal → R-R-RHal. Çox vaxt belə bir elektrofilik əlavə xloretilen və ya vinilxlorid əldə etmək üçün istifadə olunur, çünki bu birləşmə sənaye sintezi üçün vacib xammaldır.
3. Hidrohalogenlərin spirtlərə təsiri. Reaksiyanın ümumi görünüşü: R-OH + HHal→R-Hal + H₂O. Xüsusiyyət katalizatorun məcburi olmasıdır. İstifadə edilə bilən proses sürətləndiricilərinə misal olaraq fosfor, kükürd, sink və ya dəmir xloridləri, sulfat turşusu, sink xloridin xlorid turşusunda məhlulu - Lukas reagentini göstərmək olar.
4. Turşu duzlarının oksidləşdirici maddə ilə dekarboksilləşməsi. Metodun başqa bir adı Borodin-Hunsdicker reaksiyasıdır. Nəticə karbon dioksid molekulunun çıxarılmasıdıroksidləşdirici agentə - halogenə məruz qaldıqda karboksilik turşuların gümüş törəmələrindən. Nəticədə karbohidrogenlərin halogen törəmələri əmələ gəlir. Ümumilikdə reaksiyalar belə görünür: R-COOAg + Hal → R-Hal + CO₂ + AgHal.
5. Haloformların sintezi. Başqa sözlə, bu, metanın trihalogen törəmələrinin istehsalıdır. Onları istehsal etməyin ən asan yolu asetonu halogenlərin qələvi həlli ilə müalicə etməkdir. Nəticədə haloform molekulların əmələ gəlməsi baş verir. Aromatik karbohidrogenlərin halogen törəmələri sənayedə eyni şəkildə sintez olunur.

Baxılan sinfin qeyri-məhdud nümayəndələrinin sintezinə xüsusi diqqət yetirilməlidir. Əsas üsul alkinlərin halogenlərin iştirakı ilə civə və mis duzları ilə işlənməsidir ki, bu da zəncirdə ikiqat bağ olan məhsulun əmələ gəlməsinə səbəb olur.

Aromatik karbohidrogenlərin halogen törəmələri arenlərin və ya alkilarenlərin yan zəncirdə halogenləşmə reaksiyaları ilə əldə edilir. Bunlar kənd təsərrüfatında insektisid kimi istifadə edildiyi üçün mühüm sənaye məhsullarıdır.

Fiziki xüsusiyyətlər

Karbohidrogenlərin halogen törəmələrinin fiziki xassələri bilavasitə molekulun quruluşundan asılıdır. Qaynama və ərimə nöqtələrinə, aqreqasiya vəziyyətinə zəncirdəki karbon atomlarının sayı və yana doğru mümkün budaqlar təsir göstərir. Onlar nə qədər çox olsa, ballar bir o qədər yüksəkdir. Ümumiyyətlə, fiziki parametrləri bir neçə nöqtədə xarakterizə etmək olar.

1. Məcmu vəziyyət: ilk ən aşağınümayəndələr - qazlar, sonrakı S₁₂ - mayelər, yuxarıda - bərk maddələr.
2. Demək olar ki, bütün nümayəndələrin kəskin xoşagəlməz spesifik qoxusu var.
3. Suda çox zəif həll olunur, lakin özləri əla həlledicilərdir. Onlar üzvi birləşmələrdə çox yaxşı həll olunur.
4. Qaynama və ərimə nöqtələri əsas zəncirdəki karbon atomlarının sayı ilə artır.
5. Ftor törəmələrindən başqa bütün birləşmələr sudan ağırdır.
6. Əsas zəncirdə nə qədər çox budaq varsa, maddənin qaynama temperaturu bir o qədər aşağı olur.

Bir çox ümumi oxşarlıqları müəyyən etmək çətindir, çünki nümayəndələr tərkibində və quruluşunda çox fərqlənirlər. Buna görə də, karbohidrogenlərin verilmiş seriyasından hər bir xüsusi birləşmə üçün dəyərlər vermək daha yaxşıdır.

Kimyəvi xassələri

Kimya sənayesində və sintez reaksiyalarında nəzərə alınmalı olan ən mühüm parametrlərdən biri halogenləşdirilmiş karbohidrogenlərin kimyəvi xassələridir. Onlar bütün nümayəndələr üçün eyni deyil, çünki fərqin bir sıra səbəbləri var.

1. Karbon zəncirinin quruluşu. Ən sadə əvəzetmə reaksiyaları (nükleofil tipli) ikincili və üçüncülü haloalkillərlə baş verir.
2. Halojen atomunun növü də vacibdir. Karbon və Hal arasındakı bağ güclü qütblüdür, bu da sərbəst radikalların sərbəst buraxılması ilə qırılmağı asanlaşdırır. Bununla belə, yod və karbon arasındakı bağ ən asan qırılır, bu, sıradakı bağ enerjisinin müntəzəm dəyişməsi (azalması) ilə izah olunur: F-Cl-Br-I.
3. Aromatik varlığıradikal və ya çoxlu bağlar.
4. Radikalın özünün strukturu və budaqlanması.

Ümumiyyətlə, halogenləşdirilmiş alkillər nükleofilik əvəzetmə ilə ən yaxşı reaksiya verir. Axı, halogenlə əlaqəni pozduqdan sonra karbon atomunda qismən müsbət yük cəmlənir. Bu, bütövlükdə radikalın elektronmənfi hissəciklərin qəbuledicisinə çevrilməsinə imkan verir. Məsələn:

• OH^-;
• SO₄^2-;
• NO₂^-;
• CN^- və başqaları.

Bu, karbohidrogenlərin halogen törəmələrindən demək olar ki, istənilən növ üzvi birləşmələrə keçməyin mümkünlüyünü izah edir, sadəcə olaraq istədiyiniz funksional qrupu təmin edəcək uyğun reagent seçmək lazımdır.

Ümumiyyətlə deyə bilərik ki, karbohidrogenlərin halogen törəmələrinin kimyəvi xassələri aşağıdakı qarşılıqlı təsirlərə girmək qabiliyyətidir.

1. Müxtəlif növ nukleofil hissəciklərlə - əvəzetmə reaksiyaları. Nəticə ola bilər: spirtlər, efirlər və efirlər, nitro birləşmələr, aminlər, nitrillər, karboksilik turşular.
2. Eliminasiya və ya dehidrohalogenləşmə reaksiyaları. Qələvi spirt məhluluna məruz qalma nəticəsində bir hidrogen halid molekulu parçalanır. Alken belə əmələ gəlir, aşağı molekulyar ağırlıqlı əlavə məhsullar - duz və su. Reaksiya nümunəsi: CH₃-CH₂-CH₂-CH₂ Br + NaOH _(spirt) →CH₃-CH₂-CH=CH ₂ + NaBr + H₂O. Bu proseslər mühüm alkenlərin sintezinin əsas üsullarından biridir. Proses həmişə yüksək temperaturla müşayiət olunur.
3. Wurtz sintez üsulu ilə normal quruluşlu alkanların alınması. Reaksiyanın mahiyyəti metal natrium ilə halogenlə əvəz edilmiş karbohidrogenə (iki molekul) təsiridir. Güclü elektropozitiv ion kimi natrium birləşmədən halogen atomlarını qəbul edir. Nəticədə, sərbəst buraxılan karbohidrogen radikalları bir-birinə bağlanaraq yeni strukturun alkanını əmələ gətirir. Nümunə: CH₃-CH₂Cl + CH₃-CH₂ Cl + 2Na →CH₃-CH₂-CH₂-CH 3 _{+ 2NaCl.}
4. Aromatik karbohidrogenlərin homoloqlarının Fridel-Krafts üsulu ilə sintezi. Prosesin mahiyyəti alüminium xloridin iştirakı ilə haloalkilin benzol üzərində təsiridir. Əvəzetmə reaksiyası nəticəsində toluol və hidrogen xloridin əmələ gəlməsi baş verir. Bu vəziyyətdə bir katalizatorun olması lazımdır. Benzolun özündən əlavə, onun homoloqları da bu şəkildə oksidləşə bilər.
5. Greignard mayesinin alınması. Bu reagent tərkibində maqnezium ionu olan halogenlə əvəz edilmiş karbohidrogendir. Əvvəlcə eterdəki metal maqnezium haloalkil törəməsi üzərində hərəkət edir. Nəticədə Greignard reagenti adlanan RMgHal ümumi formuluna malik mürəkkəb birləşmə əmələ gəlir.
6. Alkanlara reduksiya reaksiyaları (alken, arena). Hidrogenə məruz qaldıqda həyata keçirilir. Nəticədə karbohidrogen və əlavə məhsul olan hidrogen halid əmələ gəlir. Ümumi nümunə: R-Hal + H₂ →R-H + HHal.

Bunlar əsas qarşılıqlı əlaqədirmüxtəlif strukturlu karbohidrogenlərin halogen törəmələri asanlıqla daxil ola bilir. Əlbəttə, hər bir fərdi nümayəndə üçün nəzərə alınmalı olan spesifik reaksiyalar var.

Molekulların izomeriyası

Halogenləşdirilmiş karbohidrogenlərin izomerliyi tamamilə təbii hadisədir. Axı məlumdur ki, zəncirdə karbon atomları nə qədər çox olarsa, izomerik formaların sayı da bir o qədər çox olur. Bundan əlavə, doymamış nümayəndələr çoxlu bağlara malikdir və bu da izomerlərin görünməsinə səbəb olur.

Bu sinif birləşmələr üçün bu fenomenin iki əsas növü var.

1. Radikalın və əsas zəncirin karbon skeletinin izomerizmi. Bu, molekulda varsa, çoxlu bağın mövqeyini də əhatə edir. Sadə karbohidrogenlərdə olduğu kimi, üçüncü nümayəndədən başlayaraq, eyni molekulyar, lakin struktur formul ifadələri fərqli olan birləşmələrin düsturları yazıla bilər. Üstəlik, halogenlə əvəzlənmiş karbohidrogenlər üçün izomerik formaların sayı onların müvafiq alkanlarına (alkenlər, alkinlər, arenlər və s.) nisbətən böyüklükdə daha yüksəkdir.
2. Halogenin molekuldakı mövqeyi. Onun addakı yeri rəqəmlə göstərilir və yalnız bir dəyişsə belə, belə izomerlərin xassələri artıq tam fərqli olacaq.

Məkan izomeriyasından burada söhbət gedə bilməz, çünki halogen atomları bunu qeyri-mümkün edir. Bütün digər üzvi birləşmələr kimi, haloalkil izomerləri də təkcə quruluşuna görə deyil, həm də fiziki və kimyəvi xassələrinə görə fərqlənirlər.xüsusiyyətlər.

Doymamış karbohidrogenlərin törəmələri

Əlbəttə ki, belə əlaqələr çoxdur. Bununla belə, bizi doymamış karbohidrogenlərin halogen törəmələri maraqlandırır. Onları da üç əsas qrupa bölmək olar.

1. Vinil - Hal atomu birbaşa çoxlu bağın karbon atomunda yerləşdikdə. Molekul nümunəsi: CH₂=CCL_2.
2. İzolyasiya edilmiş mövqe ilə. Halojen atomu və çoxsaylı bağ molekulun əks hissələrində yerləşir. Nümunə: CH₂=CH-CH₂-CH₂-Cl.
3. Allil törəmələri - halogen atomu bir karbon atomu vasitəsilə qoşa bağda yerləşir, yəni alfa mövqeyindədir. Nümunə: CH₂=CH-CH₂-CL.

Xüsusi əhəmiyyət kəsb edən vinilxlorid CH₂=CHCL. İzolyasiya materialları, suya davamlı parçalar və s. kimi mühüm məhsullar yaratmaq üçün polimerləşmə reaksiyaları verə bilir.

Doymamış halogen törəmələrinin digər nümayəndəsi xloroprendir. Onun formulu CH₂=CCL-CH=CH₂-dir. Bu birləşmə yanğına davamlılığı, uzun xidmət müddəti və zəif qaz keçiriciliyi ilə seçilən qiymətli rezin növlərinin sintezi üçün xammaldır.

Tetrafloroetilen (və ya Teflon) yüksək keyfiyyətli texniki parametrlərə malik polimerdir. Texniki hissələrin, qabların, müxtəlif cihazların qiymətli örtüyünün istehsalı üçün istifadə olunur. Formula - CF₂=CF₂.

Aromatikkarbohidrogenlər və onların törəmələri

Aromatik birləşmələr tərkibində benzol halqası olan birləşmələrdir. Onların arasında halogen törəmələrinin bütün qrupu da var. Quruluşuna görə iki əsas növ fərqləndirilə bilər.

1. Hal atomu birbaşa nüvəyə, yəni aromatik halqaya bağlıdırsa, o zaman birləşmələrə haloarenlər deyilir.
2. Halojen atomu halqaya deyil, atomların yan zəncirinə, yəni yan budağa gedən radikala bağlıdır. Belə birləşmələrə arilalkil halidləri deyilir.

Nəzərdə tutulan maddələr arasında ən böyük praktik əhəmiyyətə malik bir neçə nümayəndə var.

1. Heksaxlorbenzol - C₆Cl₆. 20-ci əsrin əvvəllərindən bəri güclü funqisid, həmçinin insektisid kimi istifadə edilmişdir. Yaxşı bir dezinfeksiyaedici təsirə malikdir, buna görə də əkmədən əvvəl toxumları sarmaq üçün istifadə olunurdu. Onun xoşagəlməz qoxusu var, maye kifayət qədər kostik, şəffafdır və lakrimasiyaya səbəb ola bilər.
2. Benzil bromid С₆Н₅CH₂Br. Metal orqanik birləşmələrin sintezində mühüm reagent kimi istifadə olunur.
3. Xlorobenzol C₆H₅CL. Xüsusi bir qoxu olan rəngsiz maye maddə. O, boyalar, pestisidlər istehsalında istifadə olunur. Ən yaxşı üzvi həlledicilərdən biridir.

Sənaye istifadəsi

Karbohidrogenlərin halogen törəmələri sənayedə və kimyəvi sintezdə istifadə olunurçox geniş. Artıq doymamış və aromatik nümayəndələr haqqında danışdıq. İndi gəlin ümumi olaraq bu seriyanın bütün birləşmələrinin istifadə sahələrini qeyd edək.

1. Tikintidədir.
2. Holventler kimi.
3. Parça, rezin, rezin, boyalar, polimer materialların istehsalında.
4. Bir çox üzvi birləşmələrin sintezi üçün.
5. Ftor törəmələri (freonlar) soyuducu qurğulardakı soyuducu maddələrdir.
6. Pestisidlər, insektisidlər, funqisidlər, yağlar, qurutma yağları, qatranlar, sürtkü yağları kimi istifadə olunur.
7. İzolyasiya materiallarının və s. istehsalına keçin.