ظهر الأول في بداية القرن التاسع عشر. نظرية جذرية(ج. جاي لوساك، ف. ويهلر، ج. ليبيج). الجذور هي مجموعات من الذرات التي تنتقل دون تغيير أثناء التفاعلات الكيميائية من مركب إلى آخر. لقد تم الحفاظ على مفهوم المتطرفين هذا، ولكن تبين أن معظم الأحكام الأخرى لنظرية المتطرفين غير صحيحة.
وفق نظريات النوع(سي جيرارد) يمكن تقسيم جميع المواد العضوية إلى أنواع تتوافق مع بعض المواد غير العضوية. على سبيل المثال، تعتبر الكحولات R-OH والإيثرات R-O-R ممثلين لنوع الماء H-OH، حيث يتم استبدال ذرات الهيدروجين بالجذور. خلقت نظرية الأنواع تصنيفًا للمواد العضوية، والتي تُستخدم بعض مبادئها اليوم.
تم إنشاء النظرية الحديثة لتركيب المركبات العضوية بواسطة العالم الروسي المتميز أ.م. بتليروف.
المبادئ الأساسية لنظرية بنية المركبات العضوية بقلم أ.م. بتليروف
1. يتم ترتيب الذرات في الجزيء بتسلسل معين حسب تكافؤها. تكافؤ ذرة الكربون في المركبات العضوية هو أربعة.
2. لا تعتمد خصائص المواد فقط على الذرات والكميات الموجودة في الجزيء، ولكن أيضًا على ترتيب ارتباطها ببعضها البعض.
3. الذرات أو مجموعات الذرات التي تشكل الجزيء تؤثر بشكل متبادل على بعضها البعض، مما يحدد النشاط الكيميائي وتفاعلية الجزيئات.
4. دراسة خصائص المواد تسمح لنا بتحديد تركيبها الكيميائي.
يعد التأثير المتبادل للذرات المجاورة في الجزيئات من أهم خصائص المركبات العضوية. وينتقل هذا التأثير إما من خلال سلسلة من الروابط البسيطة أو من خلال سلسلة من الروابط البسيطة والمزدوجة (المتناوبة).
تصنيف المركبات العضويةيعتمد على تحليل جانبين من بنية الجزيئات - بنية الهيكل العظمي للكربون ووجود المجموعات الوظيفية.
مركبات العضوية
الهيدروكربونات مركبات حلقية غير متجانسة
الحد – غير المسبوق – الرائحة –
عملية فعالة
الأليفاتية الكربونية الحلقية
عطري غير مشبع نهائي غير مشبع
(الألكانات) (الألكانات الحلقية) (الساحات)
مع صح 2 ص+2 ج صح 2 صمع صح 2 ص -6
الألكينات والبوليينات والألكينات
مع صح 2 صبولينيس ج صح 2 ص -2
أرز. 1. تصنيف المركبات العضوية حسب بنية الهيكل الكربوني
فئات المشتقات الهيدروكربونية بناءً على وجود المجموعات الوظيفية:
مشتقات الهالوجين R-Gal: CH 3 CH 2 Cl (كلوروإيثان)، C 6 H 5 Br (بروموبنزين)؛
الكحوليات والفينولات R-OH: CH 3 CH 2 OH (الإيثانول)، C 6 H 5 OH (الفينول)؛
الثيول R–SH: CH 3 CH 2 SH (إيثانثيول)، C 6 H 5 SH (ثيوفينول)؛
الإثيرات R–O–R: CH 3 CH 2 –O – CH 2 CH 3 (ثنائي إيثيل الأثير)،
مركب R–CO–O–R: CH 3 CH 2 COOCH 2 CH 3 (حمض أسيتيك الإيثيل)؛
مركبات الكربونيل: الألدهيدات R-CHO:
الكيتونات R–СО–R: CH 3 COCH 3 (بروبانون)، C 6 H 5 COCH 3 (ميثيل فينيل كيتون)؛
الأحماض الكربوكسيلية R-COOH: (حمض الأسيتيك)، (حمض البنزويك)
أحماض السلفونيك R–SO 3 H: CH 3 SO 3 H (حمض الميثان سلفونيك)، C 6 H 5 SO 3 H (حمض البنزين سلفونيك)
الأمينات R-NH 2: CH 3 CH 2 NH 2 (إيثيل أمين)، CH 3 NHCH 3 (ثنائي ميثيل أمين)، C 6 H 5 NH 2 (أنيلين)؛
مركبات النيترو R–NO 2 CH 3 CH 2 NO 2 (النيتروإيثان)، C 6 H 5 NO 2 (النيتروبنزين)؛
المركبات المعدنية العضوية (العناصر العضوية): CH 3 CH 2 Na (إيثيل الصوديوم).
تسمى سلسلة من المركبات المتشابهة في البنية، ولها خواص كيميائية متشابهة، حيث يختلف أعضاء السلسلة عن بعضهم البعض فقط في عدد مجموعات -CH 2 سلسلة متماثلةومجموعة -CH 2 هي فرق متماثل . بالنسبة لأعضاء السلسلة المتماثلة، فإن الغالبية العظمى من ردود الفعل تسير بنفس الطريقة (باستثناء الأعضاء الأوائل فقط في السلسلة). وبالتالي، بمعرفة التفاعلات الكيميائية لعضو واحد فقط من السلسلة، يمكن القول بدرجة عالية من الاحتمال أن نفس النوع من التحول يحدث مع الأعضاء المتبقين في السلسلة المتماثلة.
بالنسبة لأي سلسلة متماثلة، يمكن استخلاص صيغة عامة تعكس العلاقة بين ذرات الكربون والهيدروجين لأعضاء هذه السلسلة؛ مثله تسمى الصيغة الصيغة العامة للسلسلة المتماثلة.نعم س صح 2 ص+2 – صيغة الألكانات C صح 2 ص+1 OH - كحولات أحادية الهيدريك أليفاتية.
تسميات المركبات العضوية: تسميات تافهة وعقلانية ومنهجية. التسميات التافهة هي مجموعة من الأسماء المثبتة تاريخيا. لذلك، من الاسم يتضح على الفور مكان عزل حمض الماليك أو السكسينيك أو الستريك، وكيف تم الحصول على حمض البيروفيك (التحلل الحراري لحمض العنب)، وسوف يخمن خبراء اللغة اليونانية بسهولة أن حمض الأسيتيك شيء حامض، والجلسرين حلو. . ومع تصنيع مركبات عضوية جديدة وتطور نظرية بنيتها، تم إنشاء تسميات أخرى تعكس بنية المركب (انتماءه إلى فئة معينة).
تقوم التسميات المنطقية ببناء اسم المركب بناءً على بنية مركب أبسط (العضو الأول في سلسلة متماثلة). الفصل 3 هو- كاربينول، CH 3 الفصل 2 هو– ميثيل كاربينول، CH 3 CH(يا) CH3 - ثنائي ميثيل كاربينول، الخ.
تسميات IUPAC (التسميات المنهجية). وفقًا لتسمية IUPAC (الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية)، تعتمد أسماء الهيدروكربونات ومشتقاتها الوظيفية على اسم الهيدروكربون المقابل مع إضافة البادئات واللواحق المتأصلة في هذه السلسلة المتماثلة.
لتسمية مركب عضوي بشكل صحيح (وبلا لبس) باستخدام التسميات المنهجية، يجب عليك:
1) تحديد التسلسل الأطول لذرات الكربون (البنية الأبوية) باعتباره الهيكل العظمي الرئيسي للكربون وإعطاء اسمه، مع الانتباه إلى درجة عدم تشبع المركب؛
2) تحديد الجميعالمجموعات الوظيفية الموجودة في المجمع؛
3) تحديد المجموعة الأقدم (انظر الجدول)، وينعكس اسم هذه المجموعة في اسم المركب على شكل لاحقة وتوضع في نهاية اسم المركب؛ يتم إعطاء جميع المجموعات الأخرى في الاسم في شكل بادئات؛
4) ترقيم ذرات الكربون في السلسلة الرئيسية، مع إعطاء المجموعة الأعلى العدد الأقل؛
5) قم بإدراج البادئات بالترتيب الأبجدي (في هذه الحالة، لا يتم أخذ البادئات المضاعفة di-، tri-، tetra-، وما إلى ذلك) في الاعتبار)؛
6) اكتب الاسم الكامل للمجمع.
|
فئة الاتصال |
صيغة المجموعة الوظيفية |
اللاحقة أو النهاية |
|
|
الأحماض الكربوكسيلية |
كربوكسي- |
حمض الأويك |
|
|
أحماض السلفونيك |
حمض السلفونيك |
||
|
الألدهيدات | |||
|
هيدروكسي- | |||
|
ميركابتو- | |||
|
С≡≡С | |||
|
مشتقات الهالوجين |
Br، I، F، Cl |
البروم-، اليود-، الفلور-، الكلور- |
-بروميد، -يوديد، -فلورايد، -كلوريد |
|
مركبات النيترو |
من الضروري أن نتذكر:
في أسماء الكحوليات، الألدهيدات، الكيتونات، الأحماض الكربوكسيلية، الأميدات، النتريل، هاليدات الحمض، اللاحقة التي تحدد الفئة تتبع لاحقة درجة عدم التشبع: على سبيل المثال، 2-بوتينال؛
تسمى المركبات التي تحتوي على مجموعات وظيفية أخرى بالمشتقات الهيدروكربونية. يتم وضع أسماء هذه المجموعات الوظيفية كبادئات قبل اسم الهيدروكربون الأصلي: على سبيل المثال، 1-كلوروبروبان.
وتوضع أسماء المجموعات الوظيفية الحمضية، مثل حمض السلفونيك أو حمض الفوسفينيك، بعد اسم الهيكل الهيدروكربوني: مثل حمض البنزين سلفونيك.
غالبًا ما تتم تسمية مشتقات الألدهيدات والكيتونات على اسم مركب الكربونيل الأصلي.
تسمى استرات الأحماض الكربوكسيلية مشتقات الأحماض الأم. يتم استبدال حمض -oic النهائي بـ -oate: على سبيل المثال، بروبيونات الميثيل هو إستر الميثيل لحمض البروبانويك.
للإشارة إلى أن البديل مرتبط بذرة النيتروجين في البنية الأم، استخدم حرفًا كبيرًا N قبل اسم البديل: N-ميثيلانيلين.
أولئك. عليك أن تبدأ باسم التركيب الأصلي، والذي من الضروري للغاية أن تحفظ عن ظهر قلب أسماء الأعضاء العشرة الأوائل في سلسلة الألكانات المتماثلة (الميثان، الإيثان، البروبان، البيوتان، البنتان، الهكسان، الهيبتان، الأوكتان، النونان، الديكان). تحتاج أيضًا إلى معرفة أسماء الجذور المتكونة منها - في هذه الحالة، تتغير النهاية إلى -il.
فكر في مركب يدخل في الأدوية المستخدمة لعلاج أمراض العيون:
CH 3 – C(CH 3) = CH – CH 2 – CH 2 – C(CH 3) = CH – CHO
الهيكل الأصلي الأساسي عبارة عن سلسلة من 8 ذرات كربون، بما في ذلك مجموعة الألدهيد وكلا الرابطتين المزدوجتين. ثماني ذرات كربون هي أوكتان. ولكن هناك رابطتين مزدوجتين - بين الذرات الثانية والثالثة وبين الذرات السادسة والسابعة. رابطة مزدوجة واحدة - النهاية -an يجب استبدالها بـ -ene، هناك رابطتان مزدوجتان، مما يعني -diene، أي. الأوكتاديين، وفي البداية نشير إلى موقعها، ونسمي الذرات بأرقام أقل - 2,6-أوكتاديين. لقد تعاملنا مع الهيكل الأصلي والغموض.
لكن المركب يحتوي على مجموعة ألدهيد، فهو ليس هيدروكربون، بل ألدهيد، لذلك نضيف اللاحقة -al، بدون رقم، فهي دائمًا الأولى - 2,6-octadienal.
البديلان الآخران هما جذور الميثيل في الذرات الثالثة والسابعة. لذلك، في النهاية نحصل على: 3،7-ثنائي ميثيل - 2،6-ثماني.
المبادئ الأساسية لنظرية التركيب الكيميائي لـ A.M. بتليروف
1. ترتبط الذرات الموجودة في الجزيئات ببعضها البعض بتسلسل معين حسب تكافؤها. يُطلق على تسلسل الروابط بين الذرات في الجزيء تركيبه الكيميائي وينعكس بصيغة هيكلية واحدة (صيغة البنية).
2. يمكن تحديد التركيب الكيميائي باستخدام الطرق الكيميائية. (وتستخدم حاليا الأساليب الفيزيائية الحديثة أيضا).
3. تعتمد خصائص المواد على تركيبها الكيميائي.
4. بناءً على خصائص مادة معينة، يمكن تحديد بنية جزيئها، وبناءً على بنية الجزيء، يمكن التنبؤ بالخصائص.
5. الذرات ومجموعات الذرات الموجودة في الجزيء لها تأثير متبادل على بعضها البعض.
كانت نظرية بتلروف هي الأساس العلمي للكيمياء العضوية وساهمت في تطورها السريع. واستنادا إلى أحكام النظرية، أ.م. وأوضح بتلروف ظاهرة الأيزومرية، وتنبأ بوجود أيزومرات مختلفة وحصل على بعضها لأول مرة.
تم تسهيل تطوير نظرية البنية من خلال عمل كيكولي، كولبي، كوبر وفانت هوف. ومع ذلك، فإن مواقفهم النظرية لم تكن ذات طبيعة عامة وعملت بشكل أساسي على شرح المواد التجريبية.
2. الصيغ الهيكلية
تصف الصيغة الهيكلية (الصيغة الهيكلية) ترتيب اتصال الذرات في الجزيء، أي. تركيبها الكيميائي. يتم تمثيل الروابط الكيميائية في الصيغة الهيكلية بشرطات. عادة لا يتم الإشارة إلى الرابطة بين الهيدروجين والذرات الأخرى (تسمى هذه الصيغ الصيغ الهيكلية المختصرة).
على سبيل المثال، الصيغ البنائية الكاملة (الموسعة) والمختصرة لـ n-بيوتان C4H10 لها الشكل:
مثال آخر هو صيغ الأيزوبيوتان.
في كثير من الأحيان يتم استخدام تدوين أقصر للصيغة، عندما لا يتم تصوير الروابط مع ذرة الهيدروجين فحسب، بل أيضًا رموز ذرات الكربون والهيدروجين. على سبيل المثال، تنعكس بنية البنزين C6H6 في الصيغ التالية:
تختلف الصيغ الهيكلية عن الصيغ الجزيئية (الإجمالية)، التي توضح فقط العناصر وبأي نسبة يتم تضمينها في تكوين المادة (أي التركيب العنصري النوعي والكمي)، ولكنها لا تعكس ترتيب ترابط الذرات.
على سبيل المثال، البيوتان والأيزوبيوتان لهما نفس الصيغة الجزيئية C4H10، لكن بتسلسل مختلف من الروابط.
وبالتالي، فإن الاختلاف في المواد لا يرجع فقط إلى اختلاف التركيبات النوعية والكمية للعناصر، ولكن أيضًا إلى الهياكل الكيميائية المختلفة، والتي لا يمكن أن تنعكس إلا من خلال الصيغ الهيكلية.
3. مفهوم الايزومرية
حتى قبل إنشاء نظرية البنية، كانت المواد التي لها نفس التركيب العنصري، ولكن بخصائص مختلفة، معروفة. كانت تسمى هذه المواد الأيزومرات، وهذه الظاهرة نفسها كانت تسمى الأيزومرية.
أساس الأيزومرية، كما أظهرها أ.م. بتلروف، يكمن الاختلاف في بنية الجزيئات التي تتكون من نفس مجموعة الذرات. هكذا،
الأيزومرية هي ظاهرة وجود مركبات لها نفس التركيب النوعي والكمي، ولكن هياكل مختلفة، وبالتالي خصائص مختلفة.
على سبيل المثال، عندما يحتوي الجزيء على 4 ذرات كربون و10 ذرات هيدروجين، فمن الممكن وجود مركبين متصاوغين:
اعتمادًا على طبيعة الاختلافات في بنية الأيزومرات، يتم تمييز الأيزومرية الهيكلية والمكانية.
4. الايزومرات الهيكلية
الأيزومرات الهيكلية هي مركبات لها نفس التركيب النوعي والكمي، وتختلف في ترتيب ترابط الذرات، أي التركيب الكيميائي.
على سبيل المثال، يتوافق التركيب C5H12 مع 3 أيزومرات هيكلية:
مثال آخر:
5. المتصاوغات المجسمة
الأيزومرات المكانية (الأيزومرات المجسمة)، لها نفس التركيب ونفس التركيب الكيميائي، تختلف في الترتيب المكاني للذرات في الجزيء.
الأيزومرات المكانية هي أيزومرات بصرية ورابطة الدول المستقلة (كرات ملونة مختلفة تمثل ذرات أو مجموعات ذرية مختلفة):
جزيئات هذه الأيزومرات غير متوافقة مكانيا.
تلعب الأيزومرية الفراغية دورًا مهمًا في الكيمياء العضوية. سيتم النظر في هذه القضايا بمزيد من التفصيل عند دراسة مركبات الفئات الفردية.
6. التمثيلات الإلكترونية في الكيمياء العضوية
كان تطبيق النظرية الإلكترونية للتركيب الذري والروابط الكيميائية في الكيمياء العضوية من أهم المراحل في تطور نظرية تركيب المركبات العضوية. تم استكمال مفهوم التركيب الكيميائي كسلسلة من الروابط بين الذرات (A.M. Butlerov) بالنظرية الإلكترونية بمفاهيم التركيب الإلكتروني والمكاني وتأثيرها على خصائص المركبات العضوية. هذه الأفكار هي التي تجعل من الممكن فهم طرق نقل التأثير المتبادل للذرات في الجزيئات (التأثيرات الإلكترونية والمكانية) وسلوك الجزيئات في التفاعلات الكيميائية.
ووفقاً للمفاهيم الحديثة يتم تحديد خواص المركبات العضوية من خلال:
الطبيعة والبنية الإلكترونية للذرات.
نوع المدارات الذرية وطبيعة تفاعلها؛
نوع الروابط الكيميائية
التركيب الكيميائي والإلكتروني والمكاني للجزيئات.
7. خصائص الإلكترون
الإلكترون له طبيعة مزدوجة. في تجارب مختلفة يمكن أن تظهر خصائص كل من الجسيم والموجة. تخضع حركة الإلكترون لقوانين ميكانيكا الكم. العلاقة بين الخصائص الموجية والجسيمية للإلكترون تعكس علاقة دي برولي.
لا يمكن قياس طاقة وإحداثيات الإلكترون، مثل الجسيمات الأولية الأخرى، في نفس الوقت بنفس الدقة (مبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ). لذلك، لا يمكن وصف حركة الإلكترون في الذرة أو الجزيء باستخدام المسار. يمكن للإلكترون أن يتواجد في أي نقطة في الفضاء، ولكن باحتمالات مختلفة.
يسمى الجزء من الفضاء الذي يوجد فيه احتمال كبير للعثور على إلكترون بالسحابة المدارية أو الإلكترونية.
على سبيل المثال:
8. المدارات الذرية
المدار الذري (AO) هي المنطقة التي من المرجح أن يتواجد فيها الإلكترون (سحابة الإلكترون) في المجال الكهربائي للنواة الذرية.
يحدد موضع العنصر في الجدول الدوري نوع مدارات ذراته (s-، p-، d-، f-AO، وما إلى ذلك)، والتي تختلف في الطاقة والشكل والحجم والاتجاه المكاني.
تتميز عناصر الفترة الأولى (H، He) بواحد AO - 1s.
في عناصر الدورة الثانية، تشغل الإلكترونات خمس AOs عند مستويين للطاقة: المستوى الأول 1s؛ المستوى الثاني - 2s، 2px، 2py، 2pz. (الأرقام تشير إلى رقم مستوى الطاقة، والحروف تشير إلى شكل المدار).
يتم وصف حالة الإلكترون في الذرة بشكل كامل من خلال أرقام الكم.
تم إنشاؤها بواسطة أ.م. بتليروف في الستينيات من القرن التاسع عشر، جلبت نظرية التركيب الكيميائي للمركبات العضوية الوضوح اللازم لأسباب تنوع المركبات العضوية، وكشفت عن العلاقة بين بنية وخصائص هذه المواد، وجعلت من الممكن شرح خصائص معروفة بالفعل والتنبؤ بخصائص المركبات العضوية غير المكتشفة بعد.
الاكتشافات في مجال الكيمياء العضوية (رباعي الكربون، والقدرة على تكوين سلاسل طويلة) سمحت لبتلروف في عام 1861 بصياغة الأجيال الرئيسية للنظرية:
1) ترتبط الذرات في الجزيئات حسب تكافؤها (الكربون-IV، الأكسجين-II، الهيدروجين-I)، وينعكس تسلسل اتصالات الذرة في الصيغ الهيكلية.
2) لا تعتمد خصائص المواد على التركيب الكيميائي فحسب، بل تعتمد أيضًا على ترتيب ارتباط الذرات في الجزيء (التركيب الكيميائي). يخرج نظائر، أي المواد التي لها نفس التركيب الكمي والنوعي، ولكن هياكل مختلفة، وبالتالي، خصائص مختلفة.
C 2 H 6 O: CH 3 CH 2 OH - الكحول الإيثيلي و CH 3 OCH 3 - ثنائي ميثيل الأثير
C 3 H 6 - البروبين والسيكلوبروبان - CH 2 =CH−CH 3
3) تؤثر الذرات بشكل متبادل على بعضها البعض، وهذا نتيجة لاختلاف السالبية الكهربية للذرات المكونة للجزيئات (O>N>C>H)، ولهذه العناصر تأثيرات مختلفة على إزاحة أزواج الإلكترونات المشتركة.
4) بناءً على بنية جزيء المادة العضوية يمكن التنبؤ بخصائصها، وبناءً على خصائصها يمكن تحديد بنيتها.
تلقى TSOS مزيدًا من التطوير بعد إنشاء بنية الذرة، واعتماد مفهوم أنواع الروابط الكيميائية، وأنواع التهجين، واكتشاف ظاهرة الأيزومرية المكانية (الكيمياء المجسمة).
التذكرة رقم 7 (2)
التحليل الكهربائي كعملية الأكسدة والاختزال. التحليل الكهربائي للمصهورات والمحاليل باستخدام كلوريد الصوديوم كمثال. التطبيق العملي للتحليل الكهربائي.
التحليل الكهربائيهي عملية الأكسدة والاختزال التي تحدث على الأقطاب الكهربائية عندما يمر تيار كهربائي مباشر من خلال محلول مصهور أو بالكهرباء
جوهر التحليل الكهربائي هو تنفيذ التفاعلات الكيميائية باستخدام الطاقة الكهربائية. التفاعلات هي الاختزال عند الكاثود والأكسدة عند الأنود.
الكاثود (-) يعطي الإلكترونات إلى الكاتيونات، والأنود (+) يقبل الإلكترونات من الأنيونات.
NaCl التحليل الكهربائي
كلوريد الصوديوم-―>نا + +Cl -
ك(-): نا + +1e-―>نا 0 | 2 بالمائة استعادة
A(+) :2Cl-2e-―>Cl 2 0 | 1 بالمائة أكسدة
2Na + +2Cl - -―>2Na+Cl 2
التحليل الكهربائي لمحلول كلوريد الصوديوم المائي
في التحليل الكهربائي لـ NaC| تشارك أيونات Na + و Cl - وكذلك جزيئات الماء في الماء. عند مرور التيار، تتحرك كاتيونات Na + نحو الكاثود، وتتحرك أنيونات الكلور نحو القطب الموجب. لكن عند الكاثودبدلا من أيونات الصوديوم، يتم تقليل جزيئات الماء:
2H2O + 2e-―> H2 +2OH -
وتتأكسد أيونات الكلوريد عند الأنود:
2Cl - -2e-―>Cl 2
ونتيجة لذلك، يوجد الهيدروجين عند الكاثود، والكلور عند الأنود، ويتراكم NaOH في المحلول
في الشكل الأيوني: 2H 2 O+2e-―>H 2 +2OH-
2Cl - -2e-―>Cl 2
التحليل الكهربائي
2H 2 O+2Cl - -―>H 2 +Cl 2 +2OH -
التحليل الكهربائي
في الشكل الجزيئي: 2H 2 O+2NaCl-―> 2NaOH+H 2 +Cl 2
تطبيق التحليل الكهربائي:
1) حماية المعادن من التآكل
2) الحصول على المعادن النشطة (الصوديوم، البوتاسيوم، التربة القلوية، الخ)
3) تنقية بعض المعادن من الشوائب (التكرير الكهربائي)
التذكرة رقم 8 (1)
معلومات ذات صله:
- أ) نظرية المعرفة هي علم يدرس أشكال وطرق وتقنيات ظهور وأنماط تطور المعرفة وعلاقتها بالواقع ومعايير حقيقتها.
المحاضرة 15
نظرية هيكل المواد العضوية. الفئات الرئيسية للمركبات العضوية.
الكيمياء العضوية -العلم الذي يهتم بدراسة المواد العضوية. وإلا فإنه يمكن تعريفها بأنها كيمياء مركبات الكربون. ويحتل الأخير مكانة خاصة في الجدول الدوري لـ D.I. Mendeleev لتنوع المركبات التي يُعرف منها حوالي 15 مليونًا، في حين يبلغ عدد المركبات غير العضوية خمسمائة ألف. المواد العضوية معروفة لدى الإنسان منذ زمن طويل، مثل السكر والدهون النباتية والحيوانية والأصباغ والمواد العطرية والطبية. تدريجيًا، تعلم الناس من خلال معالجة هذه المواد الحصول على مجموعة متنوعة من المنتجات العضوية القيمة: النبيذ والخل والصابون وما إلى ذلك. يعتمد التقدم في الكيمياء العضوية على الإنجازات في مجال كيمياء المواد البروتينية والأحماض النووية والفيتامينات وما إلى ذلك. للكيمياء أهمية كبيرة في تطوير الطب، حيث أن الغالبية العظمى من الأدوية عبارة عن مركبات عضوية ليس فقط من أصل طبيعي، ولكن يتم الحصول عليها أيضًا بشكل أساسي من خلال التوليف. الأهمية الاستثنائية لل وزن جزيئي مرتفعالمركبات العضوية (الراتنجات الاصطناعية، البلاستيك، الألياف، المطاط الصناعي، الأصباغ، مبيدات الأعشاب، المبيدات الحشرية، مبيدات الفطريات، مزيلات الأوراق...). للكيمياء العضوية أهمية كبيرة في إنتاج السلع الغذائية والصناعية.
لقد تغلغلت الكيمياء العضوية الحديثة بعمق في العمليات الكيميائية التي تحدث أثناء تخزين ومعالجة المنتجات الغذائية: عمليات تجفيف الزيوت وتزنخها وتصبنها، والتخمير، والخبز، والتخمير، وإنتاج المشروبات، وفي إنتاج منتجات الألبان، وما إلى ذلك. كما لعب اكتشاف ودراسة الإنزيمات والعطور ومستحضرات التجميل دورًا رئيسيًا.
أحد أسباب التنوع الكبير للمركبات العضوية هو تفرد بنيتها، والذي يتجلى في تكوين روابط وسلاسل تساهمية بواسطة ذرات الكربون، تختلف في النوع والطول. علاوة على ذلك، يمكن أن يصل عدد ذرات الكربون المرتبطة بها إلى عشرات الآلاف، ويمكن أن يكون تكوين سلاسل الكربون خطيًا أو دوريًا. بالإضافة إلى ذرات الكربون، قد تحتوي السلاسل على الأكسجين والنيتروجين والكبريت والفوسفور والزرنيخ والسيليكون والقصدير والرصاص والتيتانيوم والحديد وغيرها.
إن ظهور هذه الخصائص بواسطة الكربون يرجع إلى عدة أسباب. تم التأكيد على أن طاقات روابط C – C و C – O قابلة للمقارنة. يمتلك الكربون القدرة على تكوين ثلاثة أنواع من التهجين المداري: أربعة sp3 - مدارات هجينة، اتجاهها في الفضاء رباعي السطوح ويتوافق مع بسيطروابط تساهمية؛ ثلاثة مدارات هجينة sp 2 تقع في نفس المستوى، مع شكل مداري غير هجين مضاعفات مزدوجةالاتصالات (─С = С─)؛ أيضًا بمساعدة sp - تنشأ مدارات هجينة ذات اتجاه خطي ومدارات غير هجينة بين ذرات الكربون مضاعفات ثلاثيةالروابط (─ C ≡ C ─)، علاوة على ذلك، تشكل ذرات الكربون هذه الأنواع من الروابط ليس فقط مع بعضها البعض، ولكن أيضًا مع العناصر الأخرى. وهكذا، فإن النظرية الحديثة لبنية المادة تشرح ليس فقط عددا كبيرا من المركبات العضوية، ولكن أيضا تأثير تركيبها الكيميائي على خصائصها.
كما أنه يؤكد بشكل كامل الأساسيات نظريات التركيب الكيميائيالتي طورها العالم الروسي العظيم أ.م. الأحكام الرئيسية لها:
1) في الجزيئات العضوية، ترتبط الذرات ببعضها البعض بترتيب معين حسب تكافؤها، وهو ما يحدد بنية الجزيئات؛
2) تعتمد خصائص المركبات العضوية على طبيعة وعدد الذرات المكونة لها، وكذلك على التركيب الكيميائي للجزيئات؛
3) تتوافق كل صيغة كيميائية مع عدد معين من الهياكل المتصاوغة المحتملة؛
4) كل مركب عضوي له صيغة واحدة وله خصائص معينة؛
5) في الجزيئات يوجد تأثير متبادل للذرات على بعضها البعض.
فئات المركبات العضوية
وفقا للنظرية، تنقسم المركبات العضوية إلى سلسلتين - مركبات غير حلقية ودورية.
1. المركبات الحلقية.(الألكانات، الألكينات) تحتوي على سلسلة كربون مفتوحة وغير مغلقة - مستقيمة أو متفرعة:
ن ن ن ن ن ن
│ │ │ │ │ │ │
N─ S─S─S─S─ N H─S─S─S─N
│ │ │ │ │ │ │
ن ن ن ن │ ن
إيزوبيوتان البيوتان العادي (ميثيل بروبان)
2. أ) المركبات الحلقية– المركبات التي تحتوي على سلاسل كربون مغلقة (حلقية) في جزيئاتها:
سيكلوبوتان سيكلو هكسان
ب) المركبات العطرية،تحتوي جزيئاتها على هيكل بنزين - حلقة مكونة من ستة أعضاء مع روابط مفردة ومزدوجة متناوبة (أرين):
ج) المركبات الحلقية غير المتجانسة– مركبات حلقية تحتوي بالإضافة إلى ذرات الكربون على النيتروجين والكبريت والأكسجين والفوسفور وبعض العناصر النزرة والتي تسمى الذرات غير المتجانسة.
فوران بيرول بيريدين
في كل صف، يتم توزيع المواد العضوية إلى فئات - الهيدروكربونات والكحوليات والألدهيدات والكيتونات والأحماض والإسترات وفقًا لطبيعة المجموعات الوظيفية لجزيئاتها.
كما يوجد تصنيف حسب درجة التشبع والمجموعات الوظيفية. حسب درجة التشبع يتم تمييزها:
1. مشبعة للغاية- يحتوي الهيكل الكربوني على روابط مفردة فقط.
─С─С─С─
2. غير مشبعة غير مشبعة- يوجد في الهيكل الكربوني روابط متعددة (=، ≡).
─С=С─ ─С≡С─
3. عطرية- دورات غير مشبعة مع اقتران حلقة (4n + 2) إلكترونات.
بواسطة المجموعات الوظيفية
1. الكحوليات R-CH 2 OH
2. الفينولات 
3. الألدهيدات R─COH الكيتونات R─C─R
4. الأحماض الكربوكسيلية R─COOH O
5. استرات R─COOR 1
كان أكبر حدث في تطور الكيمياء العضوية هو ابتكار العالم الروسي العظيم عام 1961 أكون. بتليروفنظريات التركيب الكيميائي للمركبات العضوية.
قبل صباحا واعتبر بتلروف أنه من المستحيل معرفة بنية الجزيء، أي ترتيب الروابط الكيميائية بين الذرات. حتى أن العديد من العلماء أنكروا حقيقة الذرات والجزيئات.
أكون. ونفى بتليروف هذا الرأي. لقد جاء من المكان الصحيح ماديوأفكار فلسفية عن حقيقة وجود الذرات والجزيئات، وعن إمكانية معرفة الرابطة الكيميائية للذرات في الجزيء. وأظهر أنه يمكن إنشاء بنية الجزيء تجريبيا من خلال دراسة التحولات الكيميائية للمادة. وعلى العكس من ذلك، فبمعرفة بنية الجزيء، يمكن للمرء استنتاج الخواص الكيميائية للمركب.
تشرح نظرية التركيب الكيميائي تنوع المركبات العضوية. ويرجع ذلك إلى قدرة الكربون رباعي التكافؤ على تكوين سلاسل وحلقات كربونية واتحادها مع ذرات العناصر الأخرى ووجود الأيزومرية في التركيب الكيميائي للمركبات العضوية. وضعت هذه النظرية الأسس العلمية للكيمياء العضوية وشرحت أهم قوانينها. المبادئ الأساسية لنظريته أ.م. وقد أوضحها بتليروف في تقريره "حول نظرية التركيب الكيميائي".
المبادئ الرئيسية لنظرية البنية هي كما يلي:
1) في الجزيئات، ترتبط الذرات ببعضها البعض بتسلسل معين وفقًا لتكافؤها. الترتيب الذي يسمى به رابطة الذرات التركيب الكيميائي؛
2) لا تعتمد خصائص المادة فقط على الذرات والكمية الموجودة في جزيئها، ولكن أيضًا على ترتيب ارتباطها ببعضها البعض، أي على التركيب الكيميائي للجزيء؛
3) الذرات أو مجموعات الذرات التي تشكل الجزيء تؤثر بشكل متبادل على بعضها البعض.
في نظرية التركيب الكيميائي، يتم إيلاء الكثير من الاهتمام للتأثير المتبادل للذرات ومجموعات الذرات في الجزيء.
تسمى الصيغ الكيميائية التي تصور الترتيب الذي يتم به دمج الذرات في الجزيئات الصيغ الهيكليةأو صيغ الهيكل.
أهمية نظرية التركيب الكيميائي لـ A.M. بتلروفا:
1) هو الجزء الأكثر أهمية في الأساس النظري للكيمياء العضوية؛
2) من حيث الأهمية يمكن مقارنتها بالجدول الدوري للعناصر بواسطة D.I. مندليف.
3) جعل من الممكن تنظيم كمية هائلة من المواد العملية؛
4) جعل من الممكن التنبؤ مسبقا بوجود مواد جديدة، وكذلك الإشارة إلى طرق الحصول عليها.
تعتبر نظرية التركيب الكيميائي بمثابة الأساس التوجيهي لجميع الأبحاث في الكيمياء العضوية.
12 الفينولات،مشتقات الهيدروكسي المركبات العطريةتحتوي على واحدة أو أكثر من مجموعات الهيدروكسيل (–OH) المرتبطة بذرات الكربون في النواة العطرية. بناءً على عدد مجموعات OH، يتم التمييز بين المركبات أحادية الذرة، على سبيل المثال، أوكسي بنزين C 6 H 5 OH، ويسمى عادةً ببساطة الفينول، هيدروكسي تولوين CH 3 C 6 H 4 OH - ما يسمى كريسولأوكسينفثالين - النفثول، ثنائي الذرة، على سبيل المثال ديوكسي بنزين C 6 H 4 (OH) 2 ( الهيدروكينون, بيروكاتيشين, ريسورسينول)، متعدد الذرات، على سبيل المثال بيروجالول, الفلوروجلوسينول. واو - بلورات عديمة اللون ذات رائحة مميزة، وأقل سوائل في كثير من الأحيان؛ قابل للذوبان بدرجة عالية في المذيبات العضوية (الكحول، الأثير، أوينسول). يمتلك الفوسفور خصائص حمضية، ويشكل منتجات تشبه الملح - الفينولات: ArOH + NaOH (ArONa + H 2 O (Ar هو جذر عطري). تؤدي ألكلة وأسيلة الفينولات إلى استرات الفسفور - ArOR البسيط و ArOCOR المعقد (R هو مركب عضوي ويمكن الحصول على الاسترات عن طريق التفاعل المباشر للفوسفور مع الأحماض الكربوكسيلية وأنهيدريداتها وكلوريداتها، فعندما يتم تسخين الفينولات مع ثاني أكسيد الكربون، تتشكل الأحماض الفينولية، على سبيل المثال. حمض الصفصاف. على عكس الكحوليات، يتم استبدال مجموعة الهيدروكسيل من F. بالهالوجين بصعوبة كبيرة. يتم إجراء الاستبدال الإلكتروفيلي في نواة الفسفور (الهلجنة، النترات، السلفنة، الألكلة، وما إلى ذلك) بسهولة أكبر بكثير من الهيدروكربونات العطرية غير المستبدلة؛ يتم إرسال مجموعات الاستبدال إلى أورثو- و زوج-الموقع في مجموعة OH (انظر قواعد التوجيه). تؤدي الهدرجة الحفزية لـ F. إلى كحولات حلقية، على سبيل المثال يتم اختزال C 6 H 5 OH إلى سيكلوهكسانول. ويتميز الفوسفور أيضًا بتفاعلات التكثيف، على سبيل المثال، مع الألدهيدات والكيتونات، والتي تستخدم في الصناعة لإنتاج راتنجات الفينول والريسورسينول-فورمالدهايد، وثنائي فينيلول بروبان، وغيرها من المنتجات المهمة.
يتم الحصول على الفوسفات، على سبيل المثال، عن طريق التحلل المائي لمشتقات الهالوجين المقابلة، والذوبان القلوي لأحماض الأريل سلفونيك ArSO 2 OH، وعزله من قطران الفحم، وقطران الفحم البني، وما إلى ذلك. تعتبر الفيزياء مادة خام مهمة في إنتاج البوليمرات والمواد اللاصقة المختلفة. والدهانات والورنيشات والأصباغ والأدوية (الفينول فثالين، حمض الساليسيليك، السالول)، المواد الخافضة للتوتر السطحي والعطور. تستخدم بعض أنواع F. كمطهرات ومضادات للأكسدة (مثل البوليمرات وزيوت التشحيم). لتحديد النوعي لكلوريد الحديديك، يتم استخدام محاليل كلوريد الحديديك، والتي تشكل منتجات ملونة مع حمض الحديديك. F. سامة (انظر مياه الصرف.).
13 الألكانات
الخصائص العامة
الهيدروكربونات هي أبسط المركبات العضوية وتتكون من عنصرين: الكربون والهيدروجين. الهيدروكربونات المشبعة، أو الألكانات (الاسم العالمي)، هي مركبات يتم التعبير عن تركيبها بالصيغة العامة C n H 2n+2، حيث n هو عدد ذرات الكربون. في جزيئات الهيدروكربونات المشبعة، ترتبط ذرات الكربون ببعضها البعض بواسطة رابطة بسيطة (مفردة)، وجميع التكافؤات الأخرى مشبعة بذرات الهيدروجين. وتسمى الألكانات أيضًا بالهيدروكربونات المشبعة أو البارافينات (مصطلح "البارافينات" يعني "ألفة منخفضة").
العضو الأول في سلسلة الألكانات المتماثلة هو الميثان CH4. النهاية -an نموذجية لأسماء الهيدروكربونات المشبعة. ويتبع ذلك الإيثان C2H6، والبروبان C3H8، والبيوتان C4H10. بدءًا من الهيدروكربون الخامس، يتكون الاسم من الرقم اليوناني، الذي يشير إلى عدد ذرات الكربون في الجزيء، والنهاية -an. هذا هو البنتان C 5 H 12 الهكسان C 6 H 14، الهيبتان C 7 H 16، الأوكتان C 8 H 18، النونان C 9 H 20، الديكان C 10 H 22، إلخ.
في السلسلة المتماثلة، لوحظ تغير تدريجي في الخواص الفيزيائية للهيدروكربونات: زيادة نقاط الغليان والانصهار، وزيادة الكثافة. في الظروف العادية (درجة الحرارة ~ 22 درجة مئوية)، تكون العناصر الأربعة الأولى في السلسلة (الميثان والإيثان والبروبان والبيوتان) غازات، ومن C 5 H 12 إلى C 16 H 34 تكون سوائل، ومن C 17 H 36 تكون سوائل. المواد الصلبة.
الألكانات، بدءاً من العضو الرابع في السلسلة (البيوتان)، لها أيزومرات.
جميع الألكانات مشبعة بالهيدروجين إلى الحد الأقصى (الحد الأقصى). ذرات الكربون الخاصة بها تكون في حالة تهجين sp3، مما يعني أن لديهم روابط بسيطة (مفردة).
التسميات
لقد تم بالفعل تقديم أسماء الأعضاء العشرة الأوائل في سلسلة الهيدروكربونات المشبعة. للتأكيد على أن الألكان يحتوي على سلسلة كربون مستقيمة، غالبًا ما تتم إضافة كلمة عادية (n-) إلى الاسم، على سبيل المثال:
CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3
ن-بيوتان ن-هيبتان
(بيوتان عادي) (هيبتان عادي)
عند إزالة ذرة هيدروجين من جزيء ألكان، تتشكل جسيمات أحادية التكافؤ تسمى الجذور الهيدروكربونية (مختصرة بـ R). يتم اشتقاق أسماء الجذور الأحادية التكافؤ من أسماء الهيدروكربونات المقابلة لها مع نهاية -an بـ -yl. فيما يلي أمثلة ذات صلة:
تتشكل الجذور ليس فقط عن طريق المركبات العضوية، ولكن أيضًا عن طريق المركبات غير العضوية. لذلك، إذا قمت بطرح مجموعة الهيدروكسيل OH من حمض النيتريك، فستحصل على جذر أحادي التكافؤ - NO 2، يسمى مجموعة نيترو، وما إلى ذلك.
عند إزالة ذرتين هيدروجين من جزيء هيدروكربون، يتم الحصول على جذور ثنائية التكافؤ. أسماؤها مشتقة أيضًا من أسماء الهيدروكربونات المشبعة المقابلة مع استبدال النهاية -ane بـ -ylidene (إذا تم فصل ذرات الهيدروجين عن ذرة كربون واحدة) أو -ilene (إذا تمت إزالة ذرات الهيدروجين من ذرتي كربون متجاورتين). . الجذر CH 2 = يسمى الميثيلين.
تُستخدم أسماء الجذور في تسميات العديد من مشتقات الهيدروكربون. على سبيل المثال: CH 3 I - يوديد الميثيل، C 4 H 9 Cl - كلوريد البوتيل، CH 2 Cl 2 - كلوريد الميثيلين، C 2 H 4 Br 2 - بروميد الإيثيلين (إذا كانت ذرات البروم مرتبطة بذرات كربون مختلفة) أو بروميد الإيثيليدين (إذا كانت ذرات البروم مرتبطة بذرة كربون واحدة).
لتسمية الأيزومرات، يتم استخدام تسميتين على نطاق واسع: القديمة - العقلانية والحديثة - البديلة، والتي تسمى أيضًا نظامية أو دولية (مقترحة من قبل الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية IUPAC).
وفقا للتسمية العقلانية، تعتبر الهيدروكربونات مشتقات من الميثان، حيث يتم استبدال ذرة هيدروجين واحدة أو أكثر بالجذور. إذا تكررت نفس الجذور عدة مرات في الصيغة، فسيتم الإشارة إليها بالأرقام اليونانية: di - two، three - three، tetra - four، penta - five، hexa - six، إلخ. على سبيل المثال:
التسميات العقلانية مناسبة للاتصالات غير المعقدة للغاية.
وفقًا للتسمية البديلة، يعتمد الاسم على سلسلة كربون واحدة، وتعتبر جميع الأجزاء الأخرى من الجزيء بمثابة بدائل. وفي هذه الحالة يتم اختيار أطول سلسلة من ذرات الكربون ويتم ترقيم ذرات السلسلة من النهاية الأقرب إليها جذر الهيدروكربون. ثم يسمون: 1) عدد ذرة الكربون التي يرتبط بها الجذر (بدءاً من أبسط جذري)؛ 2) هيدروكربون ذو سلسلة طويلة. إذا كانت الصيغة تحتوي على العديد من الجذور المتطابقة، فقبل أن تشير أسمائهم إلى الرقم بالكلمات (di-، tri-، tetra-، وما إلى ذلك)، ويتم فصل أرقام الجذور بفواصل. إليك كيفية تسمية أيزومرات الهكسان وفقًا لهذه التسمية:
إليك مثال أكثر تعقيدًا:
يتم استخدام كل من التسميات البديلة والعقلانية ليس فقط للهيدروكربونات، ولكن أيضًا لفئات أخرى من المركبات العضوية. بالنسبة لبعض المركبات العضوية، يتم استخدام الأسماء المثبتة تاريخيا (التجريبية) أو ما يسمى بالأسماء التافهة (حمض الفورميك، الأثير الكبريتي، اليوريا، وغيرها).
عند كتابة صيغ الأيزومرات، من السهل ملاحظة أن ذرات الكربون تحتل مواقع مختلفة فيها. تسمى ذرة الكربون المرتبطة بذرة كربون واحدة فقط في السلسلة أولية، واثنتين تسمى ثانوية، وثلاثة ثالثية، وأربعة رباعية. لذلك، على سبيل المثال، في المثال الأخير، ذرات الكربون 1 و7 هي ذرات أولية، و4 و6 ثانوية، و2 و3 ثالثية، و5 رباعية. تعتمد خصائص ذرات الهيدروجين والذرات الأخرى والمجموعات الوظيفية على ما إذا كانت مرتبطة بذرة كربون أولية أو ثانوية أو ثالثية. وينبغي دائما أن يؤخذ هذا في الاعتبار.
إيصال. ملكيات.
الخصائص الفيزيائية. في الظروف العادية، تكون الأعضاء الأربعة الأولى في سلسلة الألكانات المتماثلة (C1 - C4) غازات. الألكانات العادية من البنتان إلى السباعيكان (C5 - C17) هي سوائل، ابتداء من C18 فما فوق تكون مواد صلبة. مع زيادة عدد ذرات الكربون في السلسلة، أي. مع زيادة الوزن الجزيئي النسبي، تزداد نقاط الغليان والانصهار للألكانات. مع وجود نفس العدد من ذرات الكربون في الجزيء، تكون للألكانات المتفرعة نقاط غليان أقل من الألكانات العادية.
الألكانات غير قابلة للذوبان في الماء عمليًا، نظرًا لأن جزيئاتها منخفضة القطبية ولا تتفاعل مع جزيئات الماء؛ فهي تذوب جيدًا في المذيبات العضوية غير القطبية مثل البنزين ورابع كلوريد الكربون وما إلى ذلك. ويمكن خلط الألكانات السائلة مع بعضها البعض بسهولة.
المصادر الطبيعية الرئيسية للألكانات هي النفط والغاز الطبيعي. تحتوي أجزاء الزيت المختلفة على ألكانات من C5H12 إلى C30H62. يتكون الغاز الطبيعي من غاز الميثان بنسبة (95%) مع خليط من الإيثان والبروبان.
ومن بين الطرق الاصطناعية لإنتاج الألكانات يمكن تمييز ما يلي:
1. يتم الحصول عليه من الهيدروكربونات غير المشبعة. يحدث تفاعل الألكينات أو الألكاينات مع الهيدروجين ("الهدرجة") في وجود محفزات معدنية (Ni, Pd) عند
التدفئة:
CH 3 -C≡CH + 2H 2 → CH 3 -CH 2 -CH 3.
2. التحضير من الموصلات المهلجنة. عندما يتم تسخين الألكانات أحادية المهلجنة مع معدن الصوديوم، يتم الحصول على ألكانات تحتوي على ضعف عدد ذرات الكربون (تفاعل ورتز):
C 2 H 5 Br + 2Na + Br-C 2 H 5 → C 2 H 5 -C 2 H 5 + 2NaBr.
لا يتم هذا التفاعل مع ألكانين مهلجنة مختلفتين لأنه ينتج عنه خليط من ثلاثة ألكانات مختلفة
3. تحضير من أملاح الأحماض الكربوكسيلية. عند دمج الأملاح اللامائية للأحماض الكربوكسيلية مع القلويات، يتم الحصول على ألكانات تحتوي على ذرة كربون أقل بمقدار ذرة كربون واحدة مقارنة بسلسلة الكربون للأحماض الكربوكسيلية الأصلية:
4. الحصول على غاز الميثان. في القوس الكهربائي المحترق في جو هيدروجيني، تتشكل كمية كبيرة من الميثان:
ج + 2 ح 2 → CH 4.
يحدث نفس التفاعل عندما يتم تسخين الكربون في جو هيدروجيني إلى 400-500 درجة مئوية عند ضغط مرتفع في وجود محفز.
في ظروف المختبر، غالبا ما يتم الحصول على الميثان من كربيد الألومنيوم:
آل 4 ج 3 + 12 ح 2 يا = ZSN 4 + 4 آل (أوه) 3.
الخواص الكيميائية. في الظروف العادية، تكون الألكانات خاملة كيميائيًا. إنها مقاومة لعمل العديد من الكواشف: فهي لا تتفاعل مع أحماض الكبريتيك والنيتريك المركزة، مع القلويات المركزة والمنصهرة، ولا تتأكسد بواسطة عوامل مؤكسدة قوية - برمنجنات البوتاسيوم KMnO 4، إلخ.
يتم تفسير الاستقرار الكيميائي للألكانات من خلال القوة العالية لروابط CC وCH، بالإضافة إلى عدم قطبيتها. الروابط غير القطبية CC وCH في الألكانات ليست عرضة للانقسام الأيوني، ولكنها قادرة على الانقسام المتماثل تحت تأثير الجذور الحرة النشطة. ولذلك تتميز الألكانات بتفاعلات جذرية، ينتج عنها مركبات يتم فيها استبدال ذرات الهيدروجين بذرات أو مجموعات ذرات أخرى. ونتيجة لذلك، تدخل الألكانات في تفاعلات تتم وفقًا لآلية الاستبدال الجذري، والتي يُشار إليها بالرمز S R (من الإنجليزية، جذري الاستبدال). ووفقا لهذه الآلية، يتم استبدال ذرات الهيدروجين بسهولة في المستوى الثالث، ثم في ذرات الكربون الثانوية والأولية.
1. الهلجنة. عندما تتفاعل الألكانات مع الهالوجينات (الكلور والبروم) تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية أو درجات الحرارة المرتفعة، يتكون خليط من المنتجات من الألكانات المستبدلة بأحادية الهالوجين إلى الألكانات المتعددة الهالوجين. يظهر المخطط العام لهذا التفاعل باستخدام الميثان كمثال:
ب) نمو السلسلة. يقوم جذر الكلور بإزالة ذرة الهيدروجين من جزيء الألكان:
الكلور + CH 4 → حمض الهيدروكلوريك + CH 3
في هذه الحالة، يتم تشكيل جذري الألكيل، الذي يزيل ذرة الكلور من جزيء الكلور:
CH 3 + Cl 2 →CH 3 Cl + Cl
تتكرر هذه التفاعلات حتى تنقطع السلسلة في أحد التفاعلات:
Cl + Cl → Cl 2، CH 3 + CH 3 → C 2 H 6، CH 3 + Cl → CH 3 Cl
معادلة التفاعل الشاملة:
في التفاعلات الجذرية (الهلجنة، النترات)، يتم خلط ذرات الهيدروجين عند ذرات الكربون الثالث أولاً، ثم عند ذرات الكربون الثانوية والأولية. ويفسر ذلك حقيقة أن الرابطة بين ذرة الكربون الثلاثية والهيدروجين تنكسر بسهولة بشكل متجانس (طاقة الرابطة 376 كيلوجول/مول)، ثم الرابطة الثانوية (390 كيلوجول/مول)، وبعدها فقط الرابطة الأولية (415 كيلوجول /مول).
3. الأيزومرية. يمكن للألكانات العادية، في ظل ظروف معينة، أن تتحول إلى ألكانات متفرعة السلسلة:
4. التكسير هو الانقسام الانحلالي لسندات CC، والذي يحدث عند تسخينه وتحت تأثير المحفزات.
عند تكسير الألكانات العليا، تتشكل الألكينات والألكانات السفلية، وعندما يتم تكسير الميثان والإيثان، يتكون الأسيتيلين:
ج 8 ح 18 → ج 4 ح 10 + ج 4 ح 8،
2CH 4 → C 2 H 2 + ZN 2،
ج 2 ح 6 → ج 2 ح 2 + 2 ح 2.
هذه التفاعلات لها أهمية صناعية كبيرة. وبهذه الطريقة، يتم تحويل أجزاء الزيت عالي الغليان (زيت الوقود) إلى بنزين وكيروسين ومنتجات قيمة أخرى.
5. الأكسدة. عن طريق الأكسدة الخفيفة للميثان مع الأكسجين الجوي في وجود محفزات مختلفة، يمكن الحصول على كحول الميثيل والفورمالدهيد وحمض الفورميك:
 |
تعد الأكسدة الحفزية الخفيفة للبيوتان مع الأكسجين الجوي إحدى الطرق الصناعية لإنتاج حمض الأسيتيك:
ر°
2C 4 H 10 + 5O 2 → 4CH 3 COOH + 2H 2 O.
قطة
في الهواء، تحترق الألكانات إلى CO 2 وH 2 O:
C n H 2n+2 + (3n+1)/2O 2 = nCO 2 + (n+1)H 2 O.
الألكينات
الألكينات (أو الأوليفينات أو هيدروكربونات الإيثيلين) عبارة عن هيدروكربونات غير مشبعة حلقية تحتوي على رابطة مزدوجة واحدة بين ذرات الكربون، وتشكل سلسلة متماثلة لها الصيغة العامة CnH2n. تكون ذرات الكربون الموجودة في الرابطة المزدوجة في حالة تهجين sp².
أبسط الألكين هو الإيثين (C2H4). وفقًا لتسمية الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC)، يتم تشكيل أسماء الألكينات من أسماء الألكانات المقابلة لها عن طريق استبدال اللاحقة "-ane" بـ "-ene"؛ تتم الإشارة إلى موضع الرابطة المزدوجة برقم عربي.
سلسلة متجانسة
الألكينات التي تحتوي على أكثر من ثلاث ذرات كربون لها أيزومرات. تتميز الألكينات بتصاوغ الهيكل الكربوني، ومواضع الروابط المزدوجة، والطبقات البينية والهندسية.
| الايثين | C2H4 |
| بروبين | C3H6 |
| ن- البيوتين | C4H8 |
| ن بنتين | C5H10 |
| ن-الهكسين | C6H12 |
| ن-هبتين | C7H14 |
| ن-أوكتين | C8H16 |
| نونين | C9H18 |
| ن-ديسين | C10H20 |
الخصائص الفيزيائية
تزداد نقاط الانصهار والغليان مع الوزن الجزيئي وطول العمود الفقري للكربون.
في الظروف العادية، تكون الألكينات من C2H4 إلى C4H8 غازات؛ من C5H10 إلى C17H34 - السوائل، بعد C18H36 - المواد الصلبة. الألكينات غير قابلة للذوبان في الماء، ولكنها قابلة للذوبان بسهولة في المذيبات العضوية.
الخواص الكيميائية
الألكينات نشطة كيميائيا. يتم تحديد خواصها الكيميائية من خلال وجود رابطة مزدوجة.
التحلل بالأوزون: يتأكسد الألكين إلى ألدهيدات (في حالة كربونات المجاورة أحادية الاستبدال)، أو كيتونات (في حالة كربونات مجاورة غير مستبدلة) أو خليط من الألدهيد والكيتون (في حالة ألكين ثلاثي الاستبدال عند الرابطة المزدوجة) :
R1–CH=CH–R2 + O3 → R1–C(H)=O + R2C(H)=O + H2O
R1–C(R2)=C(R3)–R4+ O3 → R1–C(R2)=O + R3–C(R4)=O + H2O
R1–C(R2)=CH–R3+ O3 → R1–C(R2)=O + R3–C(H)=O + H2O
التحلل بالأوزون في ظل ظروف قاسية - يتأكسد الألكين إلى حمض:
R"–CH=CH–R" + O3 → R"–COOH + R"–COOH + H2O
اتصال اتصال مزدوج:
CH2=CH2 +Br2 → CH2Br-CH2Br
الأكسدة مع البيراسيدس:
CH2=CH2 + CH3COOOH →
أو
CH2=CH2 + HCOOH → HOCH2CH2OH