Программа дисциплины (Syllabus) Органикалық химия Оқу пәнінің атауы / Наименование учебной дисциплины 6В05304
жүктеу/скачать 7,81 Mb.
|
|
С.АМАНЖОЛОВ АТЫНДАҒЫ ШЫҒЫС ҚАЗАҚСТАН МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ С. АМАНЖОЛОВА Пән бағдарламасы (Syllabus) Программа дисциплины (Syllabus) Органикалық химия Оқу пәнінің атауы / Наименование учебной дисциплины 6В05304 - Химиялық криминалистикалық сараптама (БББ атауы және коды/код и название ОП) Оқу түрі / Форма обучения / _күндізгі__ Курс/Курс _2_ Семестр/Семестр _3__ Кредиттер саны/Количество кредитов_8_ Дәрістер/Лекции___30____ Практикалық (семинар) сабақтар/ Практические (семинар) занятия __3__ Зертханалық сабақтар/ 50 Лабораторные занятия _____ БОӨЖ / СРОП __40___ БӨЖ / СРС_____120___ Емтихан / Экзамен __3__ семестр Өскемен, 2020 ж/г. 1. Пән туралы ақпарат
2. Пәннің қысқаша сипаттамасы. «Органикалық химия" курсының негізгі міндеті органикалық қосылыстардың қасиеті мен құрылысын байланыстыратын жалпы заңдар және заңдылықтарды зерттеу, оларды синтездеу жолдары және қолдану болып табылады. «Органикалық химия» пәнінің мақсаты мен міндеті: Органикалық қосылыстарды бөліп алу, тазалау және идентификациялаудың жалпы әдістері мен тәжірибе техникасының негізгі тәсілдерін меңгеруді үйрету; Тәжірибе нәтижесін сауатты өңдеуді, сараптауды және рәсімдеуді үйрету; Студенттердің алған теориялық білімдерін нақтылы практикалық мәселелерді шешуге пайдалануды үйрету; Ғылыми-зерттеу жұмыстарға қабілетін дамытып, химиядан өз бетімен білім алуға ынтасын арттыру. Оқыту негізінде студент:
Пререквизиттер тізімі
Постреквизиттер тізімі
5. Күнтізбелік-тақырыптық жоспар.
6. Дәріс сабақтарының мазмұныТақырып 1. Органикалық химия пәні және оның даму кезеңдері. А.М.Бутлеровтың орг. қосылыстардың құрылыс теориясы. Органикалық химия – бұл, көміртегінің қосылыстары, олардың құрылысы, қасиеттері, алыну жолдары және практикалық қолданылуы қарастырылатын, химия ғылымының бөлімі. Құрамына көміртегі кіретін қосылыстарды, органикалық қосылыстар деп атаймыз. Көміртегіден басқа, олардың құрамында ылғи да сутегі, сондай-ақ жиі кездесетін – оттегі, азот және галогендер, сирек кездесетін – фосфор, күкірт және басқа да элементтер болады. Бірақ көміртегінің өзі және оның кейбір қарапайым қосылыстары, көміртегі (ІІ) оксиді, көміртегі (ІV) оксиді, көмір қышқылы, карбонаттар, карбиттер және тағы да басқа қосылыстары сияқты, қасиеттерінің сипаттамалары бойынша неорганикалық қосылыстарға жатады. Органикалық қосылыстар – бұл көмірсутектер (көміртегі мен сутегінің қосылыстары) және олардың туындылары. Көміртегі элементінің ерекше қасиеттеріне байланысты, органикалық қосылыстардың түрлері сан алуан. Қазіргі уақытта синтетикалық және табиғи органикалық заттардың 20 миллионнан аса түрлері белгілі, сондай-ақ олардың саны күннен күнге артуда. Қосылыстардың органикалық және бейорганикалық болып бөліну критерииі ретінде олардың элементтік құрамы алынады. Органикалық қосылыстарға құрамында көміртегісі бар химиялық заттар жатады Бутлеровтың құрылыс теориясы – органикалық қосылыстардағы атомдардың өзара байланысу тәртібін көрсететін теория. Оның негізін 1861 жылы Қазан университетінің профессоры А.М. Бутлеров қалаған. Бұл теория бойынша 4 негізгі ережеге сүйенуге болады: 1) Молекуладағы атомдар өзара валенттіліктеріне сай өзара белгілі бір тәртіппен байланысады.Көміртек 4 валентті. Н Н Н
Н – С – Н Н – С – С – Н | | | Н Н Н метан этан Органикалық заттардың қасиеттері олардың құрамына қандай атомдар және қанша мөлшерде кіретіндіктеріне тәуелді болуымен қатар, ондағы атомдардың өзара байланысу ретіне де тәуелді болады. Н Н Н Н | | | | Н – С – О – С – Н Н – С – С – О – Н | | | | Н Н Н Н диметил эфирі этил спирті қайнау темп. -23,7°С қайнау темп. +78,7°С 3) молекула түзетін атомдар немесе атомдар тобы өзара бір-біріне әсер етеді, молекуланың химиялық реакцияларға түсу қабілеті осыған байланысты; 4) құрамы мен молекулалық массасы бірдей, бірақ молекула құрылысы әр түрлі, сондықтан да қасиеттері де әр түрлі заттар изомерлердеп аталады. Мыс., изобутан, изопропан, т.б. Атомдар молекулаға біріккенде бір-біріне әсер ететіндігін бейорганикалық заттардан да байқауға болады. «Химиялық құрылыс» терминін А.М.Бутлеров ұсынды. Құрылыс- бұл молекуладағы атомдардың валенттігіне сәйкес тәртәппен байланысуын көрсетеді. Изомерлену –молекула бірдей сапалық және сандық құрамы бар,бірақ құрылысы, қасиеттері әртүрлі болатын құбылыс ,ал ол заттар -изомерлер СН3 – СН2 – СН2 – СН3 СН3 – СН – СН3 | СН3 нормаль бутан изобутан Қалыпты бутан мен изобутанның молекулалық формулалары бірдей С4Н10 болғанымен физикалық және химиялық қасиеттері бір-бірінен өзгеше әр түрлі заттар. Мысалы, бутанның қайнау температурасы -0,5°С, изобутанның қайнау температурасы 11,7°С. Бұл заттар бір-біріне изомер болып табылады Молекуладағы көмірсутек атомының саны өскен сайын,изомерлнрдіңде саны өседі.Мысалы: формуласы С10 Н22 болатын заттың 75 изомері , формуласы С14 Н30 болатын заттың 1858 изомері бар. 4.Қасиетіне қарай заттың молекуласының құрылысын ,құрылысына қарай –қасиетін болжап айтуға болады. А.М.Бутлеровтың орг. қосылыстардың құрылыс теориясы. маңызы: теория табиғатты диалектико – материалистік тұрғыдан түсіндіруге болатынын дәләлдеді теория заттарды атом-молекулалық ілім негізінде терең қарастыруға мүмкіндік берді. теория химиядағы жинақталған деректерді түсіндірді және жүйеледі,жаңа заттардың бар екендігін болжауға және олардың құрылысын анықтауға,химия өнеркәсібінің дамуына көмектесті теория көміртек тізбегінің құрылыс негізінде заттарды ғылыми негізде классификациялауға мүмкіндік береді теория ары қарай екі бағытта дамыды : стереохимия, атомның электрондық құрылысы туралы білім алу. XIX ғасырдың басында жануарлар мен өсімдіктер организмдерінің негізі көміртекті заттар екені анықталды. Органикалық химияның ғылымның жеке саласы ретінде бөлінуінің бесты себебі, сол кездегі минералды және органикалық заттардың тегіне деген көзқарас болды. 1808 жылы швед ғалымы Я.Берцелиус организмнен алынатын заттарды «органикалық заттар» деп, ал оларды зерттейтін химияның саласын «органикалық химия» деп атауды ұсынды. Сол кездегі кейбір ғалымдар органикалық заттар тек тірі организмде ғана «тіршілік күші» әсерінен түзіледі, оларды бейорганикалық заттар сияқты лабораториялық әдіспен алуға болмайды деп есептеді Бірақ XIX ғасырдың басында Фридрих Велер дициан мен судан қымыздық қышқылын, несепнәрді ; 1845 жылы Кольбе көміртектен сірке қышқылын; Бертло -1854 жылы этиленнен этил спиртін синтездеп алды,бұл органикалық заттардың организмнен тыс бейорганикалық заттардан синтезделуі органикалық және бейорганикалық заттарды жеке бөлуге болмайтынын көрсетті. Органикалық химияның жеке ғылым саласы болу себебтері: Органикалық заттардың көп түрлілігі; Көміртек қосылыстарының іс –жүзіндегі өте жоғары маңыздылығы; Органикалық қосылыстардың құрамы мен қасиеттерінің ерекшеліктері; Көптеген органикалық заттар жанғыш, қыздырғанда салыстырмалы түрде оңай ыдырайды: тәжірибе: (спирттің, балауыздың жануы,қанттың көмірленуі) Органикалық заттардың ерекшеліктері: Көміртек-, атомдары бір-бірімен байланысып ұзын тізбек түзетін жалғыз химиялық элемент . Маңыздысы- көміртектің сутекпен қосылысы (көмірсутектер) Кең тараған байланыс типі – ковалентті байланыс, молекулалық кристалл торы Изомерлену –молекула бірдей сапалық және сандық құрамы бар,бірақ құрылысы, қасиеттері әртүрлі заттар,бұл бейорганикалық химияда өте сирек кездеседі. Органикалық химияның ғылым ретінде пайда болуы : 1. этерин теориясы: Жан Батист Дюма,19 ғасыр 20-шы жылдар; 2. радикалдар теориясы: Велер, Либих, 19 ғасыр; 3. типтер теориясы: Лоран және Жерар, 19 ғасыр; 4.Одлинг 19 ғасырдың ортасында«валенттік» ұғымын енгізді; 5. валенттік туралы түсінікті Фридрих Август Кекуле ары қарай дамытты; 6.біртіндеп жинақталған эксперименттік зерттеулер және оларды теориялық жолмен дәләлдеу А.М.Бутлеровтың органикалық қосылыстардың құрылыс теориясының ашылуына негіз болды. Органикалық химияның маңызы: 1. Қазіргі кезде 18 млн-ға жуық табиғи және синтетикалық органикалық заттар белгілі және олардың саны өсуде,ал белгілі бейорганикалық қосылыстардың саны 100 мыңдай. 2.Қазіргі химия өндірісіндегі процестер- органикалық заттар алу немесе сол заттардың қатысуымен жүретін реакциялар. Сол сияқты, табиғатта кездеспейтін көптеген органикалық заттар жасанды түрде синтезделіп алынды. Оларға әр түрлі дәрі-дәрмектер, бояулар, пластмассалар мен синтетикалық талшықтар, т.б. жатады. 3. Бейорганикалық химия бұл өзінше әдемі ,бірақ ол органикалық химиясыз пайдасы аз өлі денемен бірдей.Тірі организмдегі олардың тіршілік етуін қамтамасыз ететін көптеген процесстер -бұл органикалық заттардың химиялық реакциясы . 4.Химиктер өте күрделі табиғи заттарды алуды үйренді: көмірсулар, белоктар, нуклеин қышқылдары. Бұл кезде органикалық синтезге көмекке биотехнология келеді. Негізгі әдебиеттер: 1-5 Қосымша әдебиеттер:1-9 Тақырып 2. Қаныққан көмірсутектер. Алкандар. Қаныққан көмірсутектер деп молекулаларындағы әрбір көміртек атомдары өзімен көршілес көміртек атомымен байланысуға бір ғана валенттігін жұмсап, қалған бос валенттіктері (көміртектермен байланысуға жұмсалмаған) сутекпен қаныққан көміртек пен сутектің қосылыстарын атайды.Барлық көмірсутек атомдары sp3- күйінде болады. Қаныққан көмірсутектер жалпы фолмуласы CnH2n+2. Бұл қатардың негізі – метан. Бутаннан бастап структуралық изомерия басталады. С4Н10 – 2 изомер; С5Н12 – 3 изомер; С6Н14 – 5 изомер; С7Н16 – 9 изомер болса, ары қарай изомер саны тез өседі. Изомерлер – құрамы бірдей, құрылысы әр түрлі, сондықтан қасиеттері әр түрлі заттар. Структуралық изомерияда молекуладағы атомдар арасындағы байланыс валенттіліктеріне сәйкес болады. Номенклатура – органикалық қосылыстарды атау. Органикалық химияда қосылыстарды атау үшін тривиальды, рациональды, систематикалық (жүйелік) номенклатуралар қолданылады. Алдымен ең ұзын негізгі тізбекті анықтайды, көмір атомын нөмірлеу кіші радикалдан басталады. Барлық көмірсутектердің метанмен ұқсас екенін көрсету үшін, олардың барлығының аттарына «ан» деген жалғау жалғанады. Қаныққан көмірсутектердің бір сутегісін алғанда, қалған қалдықты радикалдар деп атайды. Бір валентті радикалдарда – ан суффиксі – ил ауысады, метан-метил СН3 − ; этан-этил С2Н5 – ; пентан-пентил (амил) С5Н9– т.б. Қаныққан көмірсутектердегі С−С және С−Н арасындағы байланыстары σ- байланыс болып табылады. Мұндай байланыстар берік және аз поляризацияланған, сондықтан қаныққан көмірсутектердің реакцияласу қабілеттілігі төмен. Қаныққан көмірсутектер қосылу реакциясына қатыспайды, тек қана орын басу реакциясына түседі. Алкандарды алу 1. Көміртегі атомы 11-ге дейінгі алкандарды (С11) табиғи газды не мұнайдың бензинді фракциясын айдау арқылы алады. 2. Қанықпаған көмірсутектерді гидрлеу. Катализатор (Рd, Pt, Ni,CuO, Cr2О3) қатысында: бутен-1 бутан 3. Галоген туындыларды сутегімен тотықсыздандырып кат кат RHal + H2 → RН + НHal, мысалы С2Н5Сl + Н2 → С2Н6 + НСl 4. Галоген туындыларға магниймен әсер етіп, магний органикалық қосылыс алып, оған сумен әсер етіп алкан алады. С2Н5Сl + Мg → С2Н5МgСl; С2Н5Сl + Н2О → С2Н6 + МgОНСl 5. Галоген туындыларға натриймен әсер етіп - Вюрца реакциясы: 2С2Н5Сl + 2Na → C4H10 + 2NaCl 6. Карбон қышқылдары тұздарының электролизі арқылы алады - Кольбе реакциясы: RCOONa « RCOO- + Na+ – қышқыл радикалы, олар күрделірек қаныққан көмірсутектерге айналады: RCOO. → R . + CO2; 2R . → R˸R (R−R) 7. Зертханада көбінесе қаныққан көмірсутектеріне сәйкес келетін карбон қышқылдарының тұздарына күйдіргіш сілті (натронды ізбес) қосып, қыздыру арқылы алады: RCOONa + NaOH ® RH + Na2CO3 8.Зертханада қаныққан көмірсутектерді сәйкес келетін этилен көмірсутектерін гидрлеу арқылы алады: R – CH = CH2 + H2 → R – CH – CH3 Физикалық қасиеттері. Алкандардың молекулалық массаларының өсуіне қарай олардың қайнау, балқу температуралары да артады. Алғашқы төрт зат (С1 — С4) кәдімгі жағдайда — газдар, келесі 11 көмірсутек (С5 — С15) — сұйық заттар, ал С16—-Н34-тен бастап — қатты заттар. Қаныққан көмірсутектердің барлығы да суда ерімейді, органикалық еріткіштерде ериді. Химиялық қасиеттері. Алкандар молекулаларындағы атомдар арасында берік о-байланыстар болғандықтан, оларға кеңістікте көбірек полюстенген С — Н байланысын үзу мүмкіндігін беретін орынбасу реакциялары тән болып есептеледі. 1. Орынбасу реакциялары. Алкандардың орынбасу реакциясы — тізбекті радикалды реакцияның классикалық мысалы. Тізбекті реакция теориясын жасап шығарған еңбегі үшін академик Н.Н. Семеновқа Нобель сыйлығы берілген. Хлорлау реакциясы жүру үшін жарық (hү-жарық) немесе температура қажет: СН4+Сl2—CH3 CL+HCl Екі ыдысқа метан мен хлорды қосып, біреуін қараңғы жерге, екіншісін жарық түсетін жерге қойды. Қараңғы жерге қойған ыдыста ешқандай өзгеріс байқалмайды, ал жарық түскен ыдыстағы қоспаның түсінің сарғайғанын байқауға болады: СН4+Сl.—CH3 ,+HCl CH3 .+ Сl2—CH3 CL+Cl. I. Галогендеу реакциясы — қаныкқан көмірсутектердің маңызды реакцияларының бірі ,бұл реакция хлорметан түзілген сатыда тоқтап қалмайды. СН4+Сl2—CH3 CL+HCl CH3 CL+Сl2 —CH2 CL2+HCl CH2 CL2 +Сl2 —CH CL3+HCl CH CL3+Сl2 —C CL4+HCl Сульфохлорлау және сульфототықтыру Концентрлі күкірт қышқылы жоғары парафиндермен сульфоқышқылын береді. Сульфоқышқылды және оның туындыларын мына реакциялар арқылы алу – үлкен практикалық мәні бар:
Бұл реакциялар жарық әсерінен не катализаторлар қатысында бос радикалдар түзілу механизмі бойынша жүреді. Сульфоқышқылдар жуғыш заттар алу үшін қолданылады. Нитрлеу 2. Тотыгу реакциясы. Метан жартылай (толық емес) тотыққанда, метанол немесе формальдегид түзіледі: Кат.р 2СН4 + О2 Кат.р O СН4 + О2 \H Қаныққан көмірсутектер — алкандардың реакцияға түсу қабілеттіліктері төмен, салғырт болады. Қалыпты жағдайда концентрлі қышкылдармен жөне сілтілермен әрекеттеспейді. Реакция жүру үшін белгілі жағдай тудыру керек, мысалы, жоғары температура, жарық, өршіткі (катализатор) және т.б 3.Жануы (толық тотығуы). Алкандар жанған кезде көп мөлшерде жылу бөлініп, көмірқышқыл газы және су түзіледі. Мысалы, үйдегі газ пилитасында пропанның жануы: С3Н8 + 5О2 ------- ЗСО2 + 4Н2О + Q Көмірсутектер адам өміріне қажетті энергия көзі болып табылады. Жану кезінде ауа жетіспегенде, одан резеңке өндірісінде қолданылатьш ұлпа көміртек — күйе алады: СН4 + О2 ----С + 2Н2О Алкандардың ауамен немесе оттекпен қоспасы қопарылыс береді. 1:10 жагдай терең шахталарда айтарлықтай қауіп туғызады. 4. Сумен әрекеттесуі. Метанды су буымен никель өршіткісі үстінен 800-850°С-та өткізгенде, көміртек (II) оксиді мен сутек түзіледі.Өршіткі ретінде Сг2О3 алуға да болады: Ni СН4 + Н2O > СО + ЗН2 800—850С 5.Айырылу реакциясы. Алкандар ауа қатыстырмай қатты қыздыру арқылы айырылады: СН4 > С + 2Н2 Одан да жоғары температурада реакция басқаша жүреді. Сондықтан метан өндірісте ацетилен алу процесінің негізгі шикізат болып табылады:(1500С) 2СН4 > НС = СН + ЗН2 6. Дегидрлену. а) Алкандарды жоғары температурада (400—600°С) катализатор қатысында (Р1,А12О3, Сг2О3) қыздырғанда сутек пішіні, алкендер түзіледі: сн3 - сн3 ----- сн2 = сн2 + н2 Циклоалкандар. Ашық тізбекті қаныққан көмірсутектердеп басқа тұйық тізбекті қаныққан көмірсутектер де болады. Оларды циклопарафиндер деп атайды. Жалпы формуласы: СпН2п Циклопарафиндер өздеріне сәйкес алкандар атауы алдына "цикло" қосымшасы қосылып аталады Екі орынбасушысы бар циклоалкандарда кеңістікте орынбасушылар әр түрлі орналасып, кеңістік изомерлерін түзеді. Орынбасушы цикл жазықтығының бір жағында жатса — цис-изомер, қарама-қарсы жағында жатса — транс-изомер болады. Екі орынбасушысы бар циклоалкандарда кеңістікте орынбасушылар әр түрлі орналасып, кеңістік изомерлерін түзеді. Орынбасушы цикл жазықтығының бір жағында жатса — цис-изомер, қарама-қарсы жағында жатса — транс-изомер болБес, алты көміртек атомдары бар циклопарафиндерді А.М. Бутлеровтың шәкірті, Москва университетінің профессор В.В. Марковников алғаш рет мұнайдан тапқан.Сондықтан нафтендер деп те атайды. Қасиеттері. Циклоалкандар алкандарға ұқсас қасиеттер көрсетеді. 1.Жанады: С 3Н6+9О2---6СО2+6Н2О+Q 2.Орынбасу реакциясына қатысады. С 3Н6 +СІ2----- С 3Н5 СІ+Н СІ 3.Қосылу реакциясы. С 3Н6+Н 2----- С 3Н8 Қаныққан көмірсутектерінің қолданылуы. Көмірсутектер жанған кезде көп жылу бөліп шығаратын болғандықтан, олар тұрмыста және өндірісте жанармай ретінде пайдаланылады. Табиғи газ құрамындағы метан осы мақсатқа кең қолданылады. Сондай-ақ әсіресе табиғи газ жеткізілмеген жерлерде «сұйылтылған газ» ретінде пропан мен бутан кеңінен қолданылатын болды. Сұйық көмірсутектер автомашиналарға, самолетте т.б іштен жанатын двигательдер үшін жанармай ретінде пайдаланылады.Метан өте оңай өндірілетін көмірсутектер ретінде химиялық шикізат орнына көбірек пайдаланы.Метанның жану және айрылу реакциялары каучуктан жасалатын баспахана бояуы мен резина бұйымдарын алуға жұмсалатын күйе өндіру ісінде пайдаланылады. Бұл үшін арнаулы пештерге метан мен оның тек бір бөлігі жанатыидай мөлшерде ауа жіберіледі. Ол өте жоғары температурада жанғанда газдың екінші бөлігі айрылып, жұқа дисперсті күйе түзіледі. Метан — аммиак және бірқатар басқа да органикалық қосылыстардың синтезіне қажетті сутегін өнеркәсіпте алудың негізгі көзі. Метаннан сутегің алудың ең көп таралған әдісі — оның су буымен өзара әрекеттесуі. Бұл реакцияны никель катализаторын қатыстырып, 800° С температурада жүргізеді: СН4 + Н2О----ЗН2 + СО Кейбір синтездер үшін тікелей түзілген газ қоспасын пайдаланады, Егер келесі процестерге таза сутегі қажет болса (аммиак алу кезіндегідей), көміртегі (II) оксидін су буымен катализдеп тотықтыру арқылы бөліп шығарады: СО + Н2О->СО2+Н2 Хлорландыру реакциясы арқылы метанның хлор туындыларын алады. Олардың бәрі іс- жүзінде қолданылады. Хлорметан СН3С1 — газ. Сұйық күйге оңай айналып, одан кейін буланған кезде көп мөлшерде жылу сіңіретін заттардын бірі ретінде тоңазытқыш қондырғыларда пайдаланылады. Дихлорметан СН2СІ2, трихлорметан (хлороформ) СНС13 және тетрахлорметан СС14— сұйықтық, олар еріткіш ретінде пайдаланылады. Тетрахлорметанды өрт сөндіру үшін де пайдаланады (әсіресе өрт сөндіруге су пайдаланылмаса), өйткені бұл заттың сұйықтық буланған кезде түзілетін жанбайтын ауыр буы жанып жатқан нәрсені ауадағы оттегінен тез бөліп тастайды. Метанды хлорлағанда кептеген хлорсутек түзіледі (теңдеуді қара). Оны суда ерітіп, тұз қышқылын алады. Соңғы кезде метаннан көптеген органикалық заттарды синтездеуге арналған ацетилен алады. Тармақталған құрылысты көмірсутектерді метан гомологтарынан изомерлену реакциясы арқылы алады. Олар каучуктар мен бензиннің жоғары сапалы сорттарын өндіруге пайдаланы-лады. Ауыр көмірсутектер синтетикалық жуғыш заттарды алуға арналған бастапқы заттар қызметін атқарады. Қаныққан көмірсутектерді химиялық өңдеу жолымен көбінесе қанықпаған көмірсутектерге айналдырады, олар едәуір активті, сондықтан олардаң көп мөлшерде органикалық заттар синтезделеді. Негізгі әдебиеттер: 1-5 Қосымша әдебиеттер:1-9 Тақырып 3. Қанықпаған көмірсутектер. Алкендер. Қанықпаған көмірсутектер деп молекулаларында өзімен жалғас көміртек атомымен байланысуға екі валенттіктен жұмсаған көміртек атомдары бар көміртексутектерді, яғни қос байланыс түзетін көмірсутектерді атайды. Этилендік көмірсутектер гомологтық қатарының жалпы формуласы СnH2n, бұлардың ең бастапқы негізі этилен, СН2=СН2 болады. Алкендерде көміртек атомдары sр2-гибридтенген күйде болады. Этилен молекуласындағы әр көміртек атомының бір s-және екі р-электрон орбитальдары гибридтенуге қатысады. Яғни, әр көміртек атомында үш гибридтенген электрон бұлты және бір гибридтенбеген р-электрон орбиталь болады. Үш гибридтенген орбитальдың екеуі сутек атомдарының s-электрон бұлттарымен екі σ-байланыс, ал үшінші гибридтенген орбиталь екінші көміртек атомының осындай орбиталімен қаптасып тағы бір σ-байланыс барлығы бес σ-байланыс [бір sp2 — sp2 (С — С) және төрт sp2— s (С — Н)] түзеді. Гибридтенбеген р- электрон орбитальдары σ-байланыстар орналасқан жазықтыққа перпендикуляр орналасып, бір-бірімен жазықтықтың екі жағында (астында және үстінде) каптасып, екі π-электрондар арасында (С — С) бір π-байланыс түзеді. Яғни, этеннің молекуласындағы көміртек атомдары өзара бір σ-және бір π-байланыстар арқылы жалғасады. Қос байланыстың ұзындығы 0,134 нм, байланыс энергиясы 612 кДж/моль болады. π-байланыс σ-байланысқа қарағанда әлсіз болады да, реакцияға түскенде оңай үзіледі. Алкендердің аталуы мен изомерлері: Нормальді алкендерді атағанда көбіне сәйкес алканның -ан жұрнағын -илен жұрнағына алмастырады: этанға сай алкен — этилен, пропанға сай — пропилен және т.б. Халықаралық номенклатура бойынша атағанда, сәйкес алканның -ан жұрнағы -ен жұрнағына алмастырылады: алкан — алкен, этан — этен, пропан— пропен және т.с.с.Алкендерді халықаралық номенклатура бойынша атауды қарастырайық: 1. Алкеннің құрылымдық формуласынан қос байланысы бар ең ұзын тізбек таңдап алынады. Тізбекті нөмірлеу қос байланыс жақын орналасқан шетінен басталады. 2. Орынбасар байланысқан көміртек атомының нөмірі көрсетіліп, содан кейін орынбасар аталады. Бірнеше радикал болса, әрқайсысының орны мен аты аталады. 3. Ұзын тізбек аталады да, атаудың соңында қос байланысы бар көміртек атомының нөмірі көрсетіледі. Алкендердің радикалдары алкандар радикалдарына ұқсас аталады: СН2 = СН — этенил (винил). Алкендерге изомерленудің бірнеше түрі тән: 1. Алкендерде қаныққан көмірсутектердегі сияқты көміртек қаңқасының изомерлері болады. 2. Еселі байланыстың орнына қарай изомерлену. Бутен молекуласындағы еселі байланыстың орнына сәйкес екі түрлі изомерлері болады. Қос байланыс шеткі көміртекатомында немесе ортаңғы көміртек атомында орналасуы мүмкін. 3. Класаралық изомерлену. Алкендер мен циклоалкандардың жалпы формулалары бірдей СnН2n. Бутеннің С4Н8 класаралық изомері — циклобутан және метилциклопропан. 4. Кеңістіктік изомерлері (геометриялық немесе цис-, транс- изомер деп те аталады). Қаныққан көмірсутектердің молекулаларында көміртек атомдары σσ-байланыс айналасында еркін айнала алады. Ал алкендерде көміртек атомдары өзара қос (σ- және π-) байланыс арқылы жалғасқан жағдайда π-байланыс үзілмейінше еркін айналу мүмкін емес. Қос байланыспен жалғаскан көміртек атомдары осы байланыс осі арқылы еркін айнала алмайды. Сондықтан бутен-2-нің орынбасарлары — метил топтары кеңістікте екі түрлі жағдайда орналаса алады. Бірдей орынбасушы топтары қос байланыстың бір жағында орналасқаны цис-изомер деп, ал екі жағында орналасқаны транс-изомер деп аталады (лат. cis— біржақта, trans — басқа жақта) Физикалық қасиеттері: Алкендердің гомологтық қатарындағы жалпы заңдылықтар (сан өзгерісінің сапа өзгерісіне ауысуы) алкендердің қатарында да байқалады. Гомологтардың молекулалықмасcаларының өсулеріне байланысты балқу және қайнау температуралары мен тығыздықтары артады. Алкендердің алғашқы үш мүшесі (этен, пропен, бутен) газдар, пентеннен С5Н10 бастап сұйық, ал С18Н36-дан бастап қатты заттар. Нормальді құрылымды алкендер тармақты изомерлерінен жоғарырақ температурада қайнайды. Цис- және транс- изомерлердің қайнау және балқу температураларында айырмашылықтар болатыны туралы өткен тақырыпта қарастырылды. Алкендер судан жеңіл, суда нашар, органикалық еріткіштерде жақсы ериді. Химиялық қасиеттері: Құрамында қос байланыс болғандықтан, алкендер едәуір белсенді қосылыстар. Алкендердің химиялық қасиеттері, негізінен, молекула құрамындағы қос байланыспен анықталады. Қос байланыс екі молекулалық орбитальдан тұрады: біреуі σ-, ал екіншісі π-типті. Әр түрлі реагенттердің әсерінен әлсіздеу π-байланыс үзіледі. Алкендердегі қос байланыстың электрондары бір-бірінен тебілуі нәтижесінде π-байланыстың электрон тығыздығы көміртек атомдарының ортасындағы осьтің бойынан қашығырақ орналасады. Сондықтан электрон беретін реагенттердің (теріс зарядты) жақындаулары қиын болады да, ал электрон қабылдайтын реагенттердің әсерінен әлсіздеу π-байланыс үзіледі. Этилен мен оның гомологтары қосылу, полимерлену және тотығу реакцияларына түседі. Қанықпаған көмірсутектерге қосылу реакциялары тән. Еселі — қанықпаған (қос) байланысы бойынша алкендер қосылу реакцияларына жеңіл түседі. Себебі σ-байланысқа қарағанда әлсіз π-байланысы оңай үзіліп, көміртек атомының босаған валенттіктеріне әрекеттесуші реагент молекуласының атомдары мен атом топтары қосылады. Реакция нәтижесіне көмірсутек молекуласындағы қос байланыстың біреуі — дара (σ-) байланыс қалып, алкандар немесе олардың туындылары түзіледі. Қосылу реакциялары: 1. Гидрленуі (сутектің қосылуы). Алкендер сутекті қосып алып, сәйкес алкандарға айналады. Реакция металл катализаторлар Ni, Pt, Pd қатысында жүреді. Мысалы, пропенге сутек косылғанда, пропан түзіледі: CH3—CH = CH2 + H — H → CH3 — CH2 — CH3 Немесе осы реакцияны ықшамдап жазсақ: C3H6 + H2 → C3H8 Сутек қосыла журетін реакцияларды гидрлену реакциясы деп атайды. Гидрлену реакциясын зерттеуде Д. В. Сокольскийдің еңбегі зор. 2. Галогенденуі (галогендердің қосылуы). Алкендер галогендермен әрекеттескенде, реакция қос байланыс бойынша жүріп, нәтижесінде, алкандардың дигалогентуындылары түзіледі. Реакция алкенді галогеннің ерітіндісімен кәдімгі температурада әрекеттестіргенде жүреді. Алкендерді бромды сумен (бромның судағы ерітіндісі) әрекеттестіргенде, ерітіндідегі бромның қызыл қоңыр түсі жойылып, түссіз дибромалкандар (СnН2nВг2) түзіледі: Н2С = СН2 + Вг2 → ВгН2С - СН2Вr Бромдау реакциясы алкендердің сапалық реакциясы болып табылады, бромның түссізденуі бойынша алкендерді сапальщ анықтауға болады. Алкендердің фтормен әрекеттесуі шабытты жүреді, ал йодпен әрекеттесуі баяу жүреді. Этиленге хлор қосып, дихлорэтан С2Н4С12 алуға да болады. 3. Галогенсутпектперді қосу. Алкендерге галогенсутектердің қосылуы оңай жүріп, нәтижесінде, галогеналкандар түзіледі: H2C = CH2 + Н - Сl → H3C - СН2Сl Қосылу реакцияларының жылдамдығы, галогенсутек қышқылының күші өсуіне байланысты артады: HF < HCl < НВг < HI Галогенсутектердің симметриялы емес алкендерге қосылу реакциялары В. В. Марковников ережесі бойынша жүреді. Галогенсутектің сутек атомы сутек көп көміртекатомына, ал галоген сутек аз көміртпек атомына қосылады: H2С = СН3 - СН + Н - Вг → Н3C - СНВг - CH3 sp2-гибридтенген көміртек атомының электртерістігі sp3- гибридтенген көміртек атомына қарағанда жоғары. Сондықтан пропен молекуласындағы дара байланыстыңэлектрон тығыздығы ортаңгы sp2-гибридтенген көміртек атомына қарай ығысады. Соның әсерінен қозғалғыш π-байланыстың электрондары шеткі көміртек атомына қарай ауысады, яғни [δ2-] < [δ1-] Галогенсутек молекуласы полюсті Нδ+ — Xδ- болатынын білесіңдер. Теріс заряды көбірек көміртек атомына реагенттің оң зарядты бөлігі (галогенсутектегі сутек атомы) келіп қосылады. Ал қалған бөлігі қос байланыс жанындағы екінші көміртек атомына қосылады. 4. Гидраттану. Алкендер қос байланыс бойынша су молекуласын қосып алып, сәйкес спирттер түзеді: H2C=CH2 + H - OH —>H3C - CH2OH Бұл реакцияның өнеркәсіптік маңызы зор. Пропен молекуласына судың қосылуы Марковников ережесі бойынша жүріп, пропанол-1 емес, пропанол-2 түзіледі: СH3—СH =CH2 + H - OH —> H3C - CHOH-CH3 5. Этиленді полимерлеп, полиэтилен алады. Тотығу реакциялары. Алкендер алкандармен салыстырғанда оңай тотығады. 6. Алкендердің қалыпты жағдайда тотығуы. Этиленді калий перманганатының ерітіндісі арқылы өткізсе, оның күлгін түсі жойылып кетеді. Бұл перманганаттың этиленді тотықтыратындығын көрсетеді. Реакция нәтижесінде екіатомды спирт — этиленгликоль түзіледі. 7. Қатаң жағдайларда тотықтырғанда (күкірт қышқылы, перманганат немесе хром қоспасы катысында) алкен молекуласының қос байланысы үзіліп, оттекті органикалық қосылыстар түзіледі: HC3 - CH=CH - CH3 + /O/ → 2CH3 - COOH 8. Алкендердің жануы. Сапалық құрамы алкандардай — көміртек пен сутектен тұратын болғандықтан, алкендер де жанады. Бірақ алкендер алкандарға қарағанда шала жануға (CO немесе күйе түзе) бейім болады. Оттек жеткілікті болғанда, алкендердің толық жануы нәтижесінде су мен көміртек (IV) оксиді түзіледі. Мысалы, этилен ауадажаркырап, жылу бөле жанады: С2Н4 + 3О2 2СО2 + 2Н2О + Q Бірақ алкендерді отын ретінде пайдалану тиімсіз болғандықтан, олар энергия көзі ретінде қолданылмайды. Алкендердің жеке өкілдері және олардың қолданылуы Этилен (этен) Н2С=СН2 түссіз, иіссіз, суда нашар еритін, ауадан біраз жеңілдеу, жанғыш газ. Метан сияқты этилен де оттекпен және ауамен қопарылғыш қоспа түзеді. Этиленнің жеміс-жидектердің пісуін тездететін ерекше қасиеті бар. Алмұрт, қызанақ, қауын, лимон сияқты ауыл шаруашылығы өнімдерін жақсы сақтау үшін оларды піспей тұрғанда жинап алып, қоймада пісіреді. Ол үшін жабық қойма ауасына этилен жібереді. Құрамында еселі байланыстары бар, реакцияға түскіш қосылыстар болғандықтан, алкендерден бағалы химиялық қосылыстар алады. Этиленнен полиэтилен, синтездік каучук, этил спирті, этиламин, этилбензол, стирол, сірке альдегиді мен сірке қышқылын, т.б. заттар алады. Полиэтилен диэлектрик болғандықтан, электр сымдарын және кабельдерді оқшаулағыш материал ретінде электротехникада қолданылады. Су мен газды өткізбейтіндіктен, тағамдық өнімдер мен әр түрлі бұйымдарды орап сақтауға және жылыжайлар мен саяжайларда шынының орнына, сонымен қатар тұрмыста полиэтиленнің кеңінен қолданылатынын өздерің білесіңдер. Этил спирті — медицинада, тамақ және химия өнеркәсібінде кең пайдаланылатын зат. Одан каучук, резеңке, т.б. заттар алынады. Пропилен (пропен) СН3—СН=СН2 — суда нашар, спирт пен эфирде жақсы еритін түссіз газ. Пропиленнен полипропилен, глицерин, изопропил спиртін, ацетон, фенол, синтездік каучук, т.б. заттар алынады. Алкендер тұрмыс пен техникаға аса қажетті әр түрлі полимерлер (жоғары молекулалы қосылыстар) алуға қолданылады. Негізгі әдебиеттер: 1-5 Қосымша әдебиеттер:1-9 Тақырып4. Алкиндер. Алкадиендер. Ацетиленді көмірсутектер де молекуларындағы көміртек атомы қосылуға үш валенттіліктерін жұмсайтын көміртек атомдары бар көмірсутек қосылыстарын айтады, яғни көміртек атомдарының орбиталарының sp- гибридтенуінен құралған үш байланыстары бар көмірсутектермен сутектердің қосылыстарын айтады. Ацетиленді көмірсутектер гомологтық қатар құрады, формуласы . Бұл қатардың бастапқы мүшесі ацетилен болып есептеледі. Алкиндер – молекулаларында бір үш байланыс болатын қанықпаған алифатты көмірсутектер. Алкиндердің жалпы формуласы CnH2n-2. Олардың қарапайым өкілдері: - ацетилен Кәдімгі жағдайда алкиндер C2-C4 – газдар, С5-С15 – сұйықтық, С16- дан бастап қатты заттар. Сәйкес алкендерге қарағанда алкиндердің қайнау және балқу температуралары жоғары. Алкиндер мұнай фракцияларының пиролизі процесі кезінде түзіледі, сондай ақ реакцияға түсу қабілетінің жоғары болуына байланысты органикалық және мұнай химиясының бағалы шикізаты бола отырып полимерлену, қосылу, конденсациялану және басқа да көптеген реакцияларға қатысады. Химиялық қасиеттері алкендерге ұқсас, олардың қанықпағандығымен сипатталады. Оларға тізбекті изомерия, үш байланыстың орналасу изомериясы, сонымен қатар алкиндер мен алкадиендер арасындағы аралық изомерия тән: Алкиндерге алкендер сияқты барлық қосылу реакциялары тән, бірақ оларға реагенттің бірінші молекуласы қосылғаннан кейін реагенттің екінші молекуласымен тағы да қосылу реакциясына түсуі мүмкін, бір π-байланыс қалады. Алкендер қосылу – сутектену, галогендеу, гидрогалогендеу және басқа да реакцияларға оңай түседі. Металл күйіндегі катализаторлар (Ni, Pt) қатысында алкиндер алкен, одан соң алкан түзе сутекті қосып алады: Судың қосылуы сынап (ІІ) тұзы катализаторының қатысында жүзеге асады да, сірке альдегидіне изомерленетін тұрақсыз қанықпаған спирт түзіледі немесе кетонға (басқа алкиндер жағдайында) айналу арқылы жүреді: Ацетиленді көмірсутектер үш байланыстың болу салдарынан бірнеше бағытта жүруі мүмкін, полимерлену реакциясына бейім болады: Ацетиленді белсендірілген көмір үстінде тримерлеу бензол түзілуіне әкеледі: Ацетиленнің сутекті атомдары ацетиленидтер түзе металдармен орын басуы мүмкін. Ацетиленге металл күйіндегі натриймен немесе натрий амидімен әсер еткенде натрий ацетилениді түзіледі. Егер үш байланыс тізбектің соңында болмаса, онда ол қышқылдық қасиет көрсетпейді де ацетиленид түзілмейді. Ацетилен ауада көп күйе боліп, ал оттекте көз қарықтыратын ақ жалын шығарып жанады және көп мөлшерде жылу бөліп шығарады. Ацетилен мен оттек қоспасы жанғанда температура 3150 0С-қа дейін жетеді, сондықтан да ацетиленді металдарды кесу және пісіруде қолданады. Бұдан басқа да ацетилен әртүрлі заттардың органикалық синтезінде, мысалы, сірке қышқылын, синтездеуде қолданылады. Синтездік көксағыз, поливинилхлорид және басқа да полимерлер алуда бастапқы шикізат ретінде пайдаланады. Алкадиендер – молекуласында екі қос байланыс болатын қанықпаған алифатты көмірсутектер. Алкадиендердің жалпы формуласы CnH2n-2. Қос байланыстың орналасуы бойынша алкадиендерді оқшауланған, кумулирленген және қосарланған деп бөледі
Бу фазасы крекингісі мен пиролиз өнімдерінің құрамында 5-тен 15%-ке дейін диолефиндер болуы мүмкін. Бұлар – бутадиен, циклопентадиен. Осы диолефиндердің барлығы қосарланған диолефиндер болып табылады. Халықаралық аталым бойынша алкадиендердегі қос байланыстың орналасуын атауының соңында, ал орынбасарлардың орнын атауының басында көрсетеді: Алкадиендердің ішінде маңызды орын алатыны қосарланған диендер. Олар полимерленуге және бағалы полимер материалдарын түзуге қабілетті. Қосарланған диендерге изомерленудің мынадай түрлері тән: Қосарланған қос байланыстың орналасу изомериясы: Гексадиен – 1,3 гексадиен-2,4 Көміртек қанқасының изомериясы: Пентадиен-1,3 2-метилбутадиен-1,3 (изопрен) Алкиндер және циклоалкендер арасындағы изомерия: Диендердің кеңістік изомерлері Химиялық қасиеттері. Қосарланған қос байланысты диендердің реакцияласу қабілеті жоғары. Оларға 1,4- немесе 1,2 – жағдайында қосылу реакциясы тән: Катализатор ролін атқаратын пероксидті қосылыстар қатысында қосылу 1,4 ал олардың қатысынсыз -1,2 жағдайында жүзеге асады: Мұнай химиясында көптеген тұйық қосылыстарды алу үшін қолданылатын маңызды реакциялардың бірі диен синтезі болып табылады: Дивинил және изопрен басқа қанықпаған қосылыстармен полимерленуге қатысып көксағыздар түзеді. Көксағыздар – иілгіш жоғары молекулалы материалдар (эластомерлер), вулканизациялау тәсілі арқылы олардан резеңке алады. Табиғи көксағыз өзінің химиялық құрамы жағынан жоғары молекулалы қанықпаған көмірсутек, оның құрамы (C5H8)n, мұндағы n мәні 1000-3000 аралығында. Ол қайталанып отыратын 1,4 – цис-изопрен тізбегінен тұрады және стереоретті құрылысты болады. Синтездік көксағызды дивинилді полимерлеу арқылы алады. Катализатор металл күйіндегі натрий қатысқанда жүретін полимерлену процесі 1,2 – және 1,4-қосылу арқылы жүреді: Негізгі әдебиеттер: 1-5 Қосымша әдебиеттер:1-9 жүктеу/скачать 7,81 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||