Галогенді көмірсутектер: алынуы, химиялық қасиеттері, қолданылуы

2024 Автор: Angel Austin | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-17 05:33

Көмірсутектер – органикалық қосылыстардың өте үлкен класы. Олар заттардың бірнеше негізгі топтарын қамтиды, олардың әрқайсысы дерлік өнеркәсіпте, күнделікті өмірде және табиғатта кеңінен қолданылады. Мақалада талқыланатын галогенді көмірсутектер ерекше маңызға ие. Олар жоғары өндірістік маңызы ғана емес, сонымен қатар көптеген химиялық синтездер, дәрілік заттар және басқа да маңызды қосылыстарды алу үшін маңызды шикізат болып табылады. Олардың молекулаларының құрылымына, қасиеттеріне және басқа ерекшеліктеріне ерекше назар аударайық.

Галогенді көмірсутектер: жалпы сипаттамалар

Химия ғылымы тұрғысынан бұл қосылыстар класына бір немесе бірнеше сутегі атомдары сол немесе басқа галогенмен ауыстырылатын барлық көмірсутектер кіреді. Бұл заттардың өте кең категориясы, өйткені олардың өнеркәсіптік маңызы зор. Адамдар өте қысқа уақытқаМедицинада, химия өнеркәсібінде, тамақ өнеркәсібінде және күнделікті өмірде қолданылуы қажет көмірсутектердің барлық дерлік галогендік туындыларын синтездеуді үйренді.

Бұл қосылыстарды алудың негізгі әдісі - зертханада және өнеркәсіпте синтетикалық жол, өйткені олардың ешқайсысы табиғатта кездеспейді. Галоген атомының болуына байланысты олар жоғары реактивті. Бұл негізінен олардың химиялық синтезде аралық өнім ретінде қолданылу аясын анықтайды.

Галогенді көмірсутектердің көптеген өкілдері болғандықтан, оларды әртүрлі критерийлер бойынша жіктеу әдетке айналған. Ол тізбектің құрылымына да, байланыстардың көптігіне де, галоген атомдарының айырмашылығына және олардың орналасуына негізделген.

Көмірсутектердің галогендік туындылары: классификация

Бірінші бөлу опциясы барлық органикалық қосылыстарға қолданылатын жалпы қабылданған принциптерге негізделген. Классификация көміртегі тізбегінің түрінің айырмашылығына, оның циклділігіне негізделген. Осы негізде олар мыналарды ажыратады:

• шектелген галогенді көмірсутектер;
• шексіз;
• хош иісті;
• алифатикалық;
• ациклды.

Келесі бөлу галоген атомының түріне және оның молекуладағы сандық мазмұнына негізделген. Сонымен, бөліңіз:

• моно туындылар;
• туындылар;
• үш-;
• тетра-;
• пента туындылары және т.б.

Егер галогеннің түрі туралы айтатын болсақ, онда топшаның атауы екі сөзден тұрады. Мысалы, монохлор туындысы,трийод туындысы, тетрабромогалоалкен және т.б.

Сонымен қатар классификацияның тағы бір нұсқасы бар, оған сәйкес негізінен қаныққан көмірсутектердің галогендік туындылары бөлінеді. Бұл галоген қосылған көміртегі атомының саны. Сонымен, бөліңіз:

• бастапқы туындылар;
• екінші;
• үшінші және т.б.

Әрбір нақты өкілді барлық белгілер бойынша жіктеуге және органикалық қосылыстар жүйесіндегі толық орнын анықтауға болады. Мысалы, CH₃ - CH₂-CH=CH-CCL_{3 құрамы бар қосылысосылай жіктей алады. Бұл пентеннің қанықпаған алифатты трихлор туындысы.}

Молекуланың құрылымы

Галоген атомдарының болуы молекуланың физикалық және химиялық қасиеттеріне де, жалпы құрылымының ерекшеліктеріне де әсер етпей алмайды. Бұл қосылыстар класының жалпы формуласы R-Hal, мұнда R - кез келген құрылымның бос көмірсутек радикалы, ал Hal - бір немесе бірнеше галоген атомы. Көміртек пен галоген арасындағы байланыс күшті поляризацияланған, нәтижесінде молекула тұтастай екі әсерге бейім болады:

• теріс индуктивті;
• мезомерлі оң.

Олардың біріншісі анағұрлым айқынырақ, сондықтан Хал атомы әрқашан электрон тартып алатын орынбасушы қасиеттерін көрсетеді.

Әйтпесе, молекуланың барлық құрылымдық ерекшеліктері қарапайым көмірсутектерден еш айырмашылығы жоқ. Қасиеттері тізбектің және оның құрылымымен түсіндіріледітармақталу, көміртек атомдарының саны, ароматты қасиеттердің күші.

Көмірсутектердің галогендік туындыларының номенклатурасы ерекше назар аударуды қажет етеді. Бұл қосылыстардың дұрыс атауы қандай? Ол үшін бірнеше ережені сақтау керек.

1. Тізбектің нөмірленуі галоген атомына ең жақын шетінен басталады. Егер қандай да бір көп байланыс болса, онда кері санақ электрон тартып алатын орынбасушыдан емес, одан басталады.
2. Префиксте Hal атауы көрсетілген, ол шығатын көміртегі атомының нөмірі де көрсетілуі керек.
3. Соңғы қадам - атомдардың (немесе сақиналардың) негізгі тізбегін атау.

Ұқсас атаудың мысалы: CH₂=CH-CHCL₂ - 3-дихлоропропен-1.

Сонымен қатар атауды рационалды номенклатура бойынша беруге болады. Бұл жағдайда радикалдың аты айтылады, содан кейін -id жұрнағы бар галогеннің аты айтылады. Мысал: CH₃-CH₂-CH₂Br - пропил бромиді.

Органикалық қосылыстардың басқа кластары сияқты галогенді көмірсутектер ерекше құрылымға ие. Бұл көптеген өкілдерді тарихи атаулармен белгілеуге мүмкіндік береді. Мысалы, галотан CF₃CBrClH. Молекуланың құрамында бірден үш галогеннің болуы бұл затты ерекше қасиеттермен қамтамасыз етеді. Ол медицинада қолданылады, сондықтан ең жиі қолданылатын тарихи атау.

Синтез әдістері

Көмірсутектердің галогендік туындыларын алу әдістері жеткіліктіәртүрлі. Зертханада және өнеркәсіпте осы қосылыстарды синтездеудің бес негізгі әдісі бар.

1. Кәдімгі қалыпты көмірсутектерді галогендеу. Жалпы реакция схемасы: R-H + Hal₂ → R-Hal + HHal. Процестің ерекшеліктері келесідей: хлор мен броммен ультракүлгін сәулелену қажет, йодпен реакция дерлік мүмкін емес немесе өте баяу. Фтормен әрекеттесу тым белсенді, сондықтан бұл галогенді оның таза түрінде қолдануға болмайды. Сонымен қатар, ароматты туындыларды галогендеу кезінде арнайы технологиялық катализаторларды – Льюис қышқылдарын қолдану қажет. Мысалы, темір немесе алюминий хлориді.
2. Көмірсутектердің галогендік туындыларын алу да гидрогалогендеу арқылы жүзеге асады. Дегенмен, бұл үшін бастапқы қосылыс міндетті түрде қанықпаған көмірсутек болуы керек. Мысалы: R=R-R + HHal → R-R-RHal. Көбінесе мұндай электрофильді қоспа хлорэтилен немесе винилхлорид алу үшін қолданылады, өйткені бұл қосылыс өнеркәсіптік синтез үшін маңызды шикізат болып табылады.
3. Гидрогалогендердің спирттерге әсері. Реакцияның жалпы көрінісі: R-OH + HHal→R-Hal + H₂O. Ерекшелік - катализатордың міндетті түрде болуы. Пайдаланылуы мүмкін технологиялық үдеткіштердің мысалдары фосфор, күкірт, мырыш немесе темір хлоридтері, күкірт қышқылы, мырыш хлоридінің тұз қышқылындағы ерітіндісі – Лукас реагенті.
4. Қышқыл тұздарының тотықтырғышпен декарбоксилденуі. Әдістің тағы бір атауы - Бородин-Хунсдикер реакциясы. Төменгі жол - көмірқышқыл газының молекуласын жоютотықтырғыш – галогенмен әсер еткенде карбон қышқылдарының күміс туындыларынан. Нәтижесінде көмірсутектердің галогендік туындылары түзіледі. Жалпы реакциялар келесідей: R-COOAg + Hal → R-Hal + CO₂ + AgHal.
5. Галоформалардың синтезі. Басқаша айтқанда, бұл метанның тригалогендік туындыларын алу. Оларды өндірудің ең оңай жолы - ацетонды галогендердің сілтілі ерітіндісімен өңдеу. Нәтижесінде галоформды молекулалардың түзілуі орын алады. Ароматты көмірсутектердің галогендік туындылары өнеркәсіпте дәл осылай синтезделеді.

Қарастырылған кластың шексіз өкілдерінің синтезіне ерекше назар аудару керек. Негізгі әдіс – алкиндерді сынап және мыс тұздарымен галогендердің қатысуымен өңдеу, бұл тізбекте қос байланысы бар өнім түзілуіне әкеледі.

Ароматты көмірсутектердің галогендік туындылары арендердің немесе алкиларендердің бүйірлік тізбекке галогендеу реакциялары арқылы алынады. Бұл маңызды өнеркәсіп өнімдері, өйткені олар ауыл шаруашылығында инсектицидтер ретінде пайдаланылады.

Физикалық қасиеттері

Көмірсутектердің галоген туындыларының физикалық қасиеттері тікелей молекуланың құрылымына байланысты. Қайнау және балқу нүктелері, агрегация күйіне тізбектегі көміртегі атомдарының саны және бүйірдегі мүмкін тармақтары әсер етеді. Олар неғұрлым көп болса, соғұрлым жоғары ұпайлар болады. Жалпы, физикалық параметрлерді бірнеше нүктеде сипаттауға болады.

1. Жиынтық күй: бірінші ең төменгіөкілдері - газдар, С₁₂ -дан кейінгі - сұйықтар, жоғары - қатты заттар.
2. Өкілдердің барлығында дерлік өткір жағымсыз ерекше иіс бар.
3. Суда өте нашар ериді, бірақ өздері тамаша еріткіштер. Олар органикалық қосылыстарда өте жақсы ериді.
4. Қайнау және балқу температуралары негізгі тізбектегі көміртек атомдарының санына қарай артады.
5. Фтор туындыларынан басқа барлық қосылыстар судан ауыр.
6. Негізгі тізбектегі тармақтар неғұрлым көп болса, соғұрлым заттың қайнау температурасы төмен болады.

Көптеген ортақ ұқсастықтарды анықтау қиын, өйткені өкілдер құрамы мен құрылымы жағынан айтарлықтай ерекшеленеді. Сондықтан көмірсутектердің берілген сериясынан әрбір нақты қосылыс үшін мәндерді берген дұрыс.

Химиялық қасиеттері

Химия өнеркәсібінде және синтез реакцияларында ескеру қажет ең маңызды параметрлердің бірі галогенді көмірсутектердің химиялық қасиеттері болып табылады. Олар барлық өкілдер үшін бірдей емес, себебі айырмашылықтың бірнеше себептері бар.

1. Көміртек тізбегінің құрылымы. Ең қарапайым орынбасу реакциялары (нуклеофильді типті) екіншілік және үшіншілік галоалкилдермен жүреді.
2. Галоген атомының түрі де маңызды. Көміртек пен Hal арасындағы байланыс күшті поляризацияланған, бұл бос радикалдардың бөлінуімен үзілуін жеңілдетеді. Дегенмен, йод пен көміртегі арасындағы байланыс ең оңай үзіледі, бұл қатардағы байланыс энергиясының тұрақты өзгеруімен (азаюымен) түсіндіріледі: F-Cl-Br-I.
3. Хош иісті заттардың болуырадикалды немесе бірнеше байланыстар.
4. Радикалдың құрылымы мен тармақталуы.

Жалпы, галогенді алкилдер нуклеофильді алмастырумен жақсы әрекеттеседі. Өйткені галогенмен байланысты үзгеннен кейін көміртегі атомында жартылай оң заряд шоғырланған. Бұл радикалдың тұтастай алғанда электртеріс бөлшектердің акцепторына айналуына мүмкіндік береді. Мысалы:

• OH^-;
• SO₄^2-;
• ЖОҚ₂^-;
• CN^- және т.б.

Бұл көмірсутектердің галогендік туындыларынан органикалық қосылыстардың кез келген дерлік класына өтуге болатынын түсіндіреді, тек қажетті функционалды топты қамтамасыз ететін сәйкес реагентті таңдау керек.

Жалпы, көмірсутектердің галоген туындыларының химиялық қасиеттері келесі өзара әрекеттесулерге түсу қабілеті деп айта аламыз.

1. Нуклеофильді бөлшектердің әртүрлі түрлерімен - орын басу реакциялары. Нәтиже келесідей болуы мүмкін: спирттер, эфирлер және күрделі эфирлер, нитроқосылыстар, аминдер, нитрилдер, карбон қышқылдары.
2. Элиминация немесе дегидрогалогендеу реакциялары. Сілтінің спирттік ерітіндісімен әсер ету нәтижесінде галогенсутек молекуласы ыдырайды. Осылайша алкен түзіледі, төмен молекулалық қосымша өнімдер – тұз және су. Реакция мысалы: CH₃-CH₂-CH₂-CH₂ Br + NaOH _(спирт) →CH₃-CH₂-CH=CH ₂ + NaBr + H₂O. Бұл процестер маңызды алкендерді синтездеудің негізгі тәсілдерінің бірі болып табылады. Процесс әрқашан жоғары температурамен бірге жүреді.
3. Вурц синтезі әдісімен қалыпты құрылымдағы алкандарды алу. Реакцияның мәні галогенмен алмастырылған көмірсутекке (екі молекулалы) металдық натриймен әсер етеді. Күшті электропозитивті ион ретінде натрий қосылыстан галоген атомдарын қабылдайды. Нәтижесінде бөлінген көмірсутекті радикалдар өзара байланыс арқылы байланысып, жаңа құрылымның алканын құрайды. Мысал: CH₃-CH₂Cl + CH₃-CH₂ Cl + 2Na →CH₃-CH₂-CH₂-CH 3 _{+ 2NaCl.}
4. Фридель-Крафтс әдісі бойынша ароматты көмірсутектердің гомологтарының синтезі. Процестің мәні алюминий хлоридінің қатысында галоалкилдің бензолға әсері. Орынбасу реакциясы нәтижесінде толуол мен хлорсутек түзіледі. Бұл жағдайда катализатордың болуы қажет. Бензолдың өзінен басқа, оның гомологтарын да осылай тотықтыруға болады.
5. Гринард сұйықтығын алу. Бұл реагент құрамында магний ионы бар галогенмен алмастырылған көмірсутек. Бастапқыда эфирдегі металл магний галоалкил туындысына әсер етеді. Нәтижесінде RMgHal жалпы формуласы бар күрделі қосылыс түзіледі, ол Грейнард реактиві деп аталады.
6. Алканға тотықсыздану реакциялары (алкен, арена). Сутегімен әсер еткенде орындалады. Нәтижесінде көмірсутек және қосымша өнім галогенсутек түзіледі. Жалпы мысал: R-Hal + H₂ →R-H + HHal.

Бұл негізгі өзара әрекеттесулерәртүрлі құрылымдағы көмірсутектердің галогендік туындылары оңай енеді. Әрине, әрбір жеке өкіл үшін ескеру қажет нақты реакциялар бар.

Молекулалардың изомериясы

Галогенді көмірсутектердің изомериясы – әбден табиғи құбылыс. Өйткені, тізбектегі көміртегі атомдары неғұрлым көп болса, соғұрлым изомерлік формалардың саны да көп болатыны белгілі. Сонымен қатар, қанықпаған өкілдердің бірнеше байланыстары бар, бұл да изомерлердің пайда болуына себеп болады.

Бұл қосылыстар класы үшін бұл құбылыстың екі негізгі түрі бар.

1. Радикал және негізгі тізбектің көміртек қаңқасының изомериясы. Бұған, егер ол молекулада болса, көптік байланыстың орны да кіреді. Қарапайым көмірсутектер сияқты, үшінші өкілден бастап, бірдей молекулалық, бірақ құрылымдық формулалары әртүрлі қосылыстардың формулаларын жазуға болады. Сонымен қатар, галогенмен алмастырылған көмірсутектер үшін изомерлі формалардың саны олардың сәйкес алкандарынан (алкендер, алкиндер, арендер және т.б.) шамадан жоғары.
2. Галогеннің молекуладағы орны. Оның атаудағы орны санмен көрсетіледі және ол тек біреуге өзгерсе де, мұндай изомерлердің қасиеттері қазірдің өзінде мүлде басқаша болады.

Бұл жерде кеңістіктік изомерия сөз болмайды, өйткені галоген атомдары оны мүмкін емес етеді. Барлық басқа органикалық қосылыстар сияқты галоалкил изомерлер құрылымы жағынан ғана емес, физикалық және химиялық қасиеттерімен де ерекшеленеді.сипаттамалар.

Қанықпаған көмірсутектердің туындылары

Әрине мұндай байланыстар көп. Дегенмен, бізді қанықпаған көмірсутектердің галогендік туындылары қызықтырады. Оларды үш негізгі топқа бөлуге болады.

1. Винил - Хал атомы көптік байланыстың көміртегі атомында тікелей орналасқанда. Молекула мысалы: CH₂=CCL_2.
2. Оқшауланған орнымен. Галоген атомы мен көптік байланыс молекуланың қарама-қарсы бөліктерінде орналасқан. Мысал: CH₂=CH-CH₂-CH₂-Cl.
3. Аллил туындылары - галоген атомы бір көміртек атомы арқылы қос байланысқа орналасады, яғни альфа күйінде. Мысал: CH₂=CH-CH₂-CL.

Винилхлорид CH₂=CHCL ерекше маңызға ие. Ол оқшаулағыш материалдар, су өткізбейтін маталар және т.б. сияқты маңызды өнімдерді қалыптастыру үшін полимерлеу реакцияларына қабілетті.

Қанықпаған галоген туындыларының тағы бір өкілі хлоропрен болып табылады. Оның формуласы CH₂=CCL-CH=CH₂. Бұл қосылыс отқа төзімділігімен, ұзақ қызмет ету мерзімімен және нашар газ өткізгіштігімен ерекшеленетін каучуктың бағалы түрлерін синтездеуге арналған шикізат болып табылады.

Тетрафторэтилен (немесе тефлон) – жоғары сапалы техникалық параметрлері бар полимер. Ол техникалық бөлшектердің, ыдыстардың, әртүрлі құрылғылардың бағалы жабындарын жасау үшін қолданылады. Формула - CF₂=CF₂.

Хош иістікөмірсутектер және олардың туындылары

Ароматты қосылыстар – құрамында бензол сақинасы бар қосылыстар. Олардың арасында галоген туындыларының тұтас тобы да бар. Құрылымы бойынша екі негізгі түрін ажыратуға болады.

1. Егер Hal атомы ядромен, яғни ароматты сақинамен тікелей байланысса, онда қосылыстар галоарендер деп аталады.
2. Галоген атомы сақинамен емес, атомдардың бүйірлік тізбегімен, яғни бүйірлік тармаққа баратын радикалмен байланысқан. Мұндай қосылыстар арилкилгалогенидтер деп аталады.

Қарастырылып отырған заттардың арасында практикалық маңызы зор бірнеше өкілдер бар.

1. Гексахлорбензол - C₆Cl₆. 20 ғасырдың басынан бастап ол күшті фунгицид, сонымен қатар инсектицид ретінде қолданылды. Ол жақсы дезинфекциялық әсерге ие, сондықтан оны себу алдында тұқымдарды байыту үшін пайдаланды. Оның жағымсыз иісі бар, сұйықтық жеткілікті күйдіргіш, мөлдір және лакримация тудыруы мүмкін.
2. Бензилбромиді С₆Н₅CH₂Бр. Металл органикалық қосылыстардың синтезінде маңызды реагент ретінде пайдаланылады.
3. Хлорбензол C₆H₅CL. Белгілі бір иісі бар түссіз сұйық зат. Ол бояғыштар, пестицидтер өндірісінде қолданылады. Бұл ең жақсы органикалық еріткіштердің бірі.

Өнеркәсіптік пайдалану

Көмірсутектердің галогендік туындылары өнеркәсіпте және химиялық синтезде қолданыладыөте кең. Біз қанықпаған және хош иісті өкілдер туралы айттық. Енді осы қатардағы барлық қосылыстардың қолданылу аймақтарын жалпы белгілейік.

1. Құрылыста.
2. Еріткіштер ретінде.
3. Мата, каучук, каучук, бояғыштар, полимерлі материалдар өндірісінде.
4. Көптеген органикалық қосылыстардың синтезі үшін.
5. Фтор туындылары (фреондар) тоңазытқыш қондырғылардағы хладагент болып табылады.
6. Пестицидтер, инсектицидтер, фунгицидтер, майлар, кептіру майлары, шайырлар, майлау материалдары ретінде пайдаланылады.
7. Оқшаулағыш материалдар, т.б. өндірісіне өтіңіз.