هیدروکربن های هالوژنه: تولید، خواص شیمیایی، کاربرد

2024 نویسنده: Angel Austin | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 05:24

هیدروکربن ها دسته بسیار بزرگی از ترکیبات آلی هستند. آنها شامل چندین گروه اصلی از مواد هستند که در میان آنها تقریباً هر یک به طور گسترده در صنعت، زندگی روزمره و طبیعت استفاده می شود. هیدروکربن های هالوژنه از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند که در مقاله مورد بحث قرار خواهند گرفت. آنها نه تنها از اهمیت صنعتی بالایی برخوردارند، بلکه مواد اولیه مهمی برای بسیاری از سنتزهای شیمیایی، به دست آوردن داروها و سایر ترکیبات مهم هستند. بیایید به ساختار مولکول ها، خواص و سایر ویژگی های آنها توجه ویژه ای داشته باشیم.

هیدروکربن های هالوژنه: مشخصات کلی

از دیدگاه علم شیمی، این دسته از ترکیبات شامل تمام هیدروکربن هایی است که در آنها یک یا چند اتم هیدروژن با یک یا آن هالوژن جایگزین می شود. این یک دسته بسیار گسترده از مواد است، زیرا از اهمیت صنعتی بالایی برخوردار هستند. برای مدت بسیار کوتاهی مردمیاد گرفت که چگونه تقریباً تمام مشتقات هالوژن هیدروکربن ها را که استفاده از آنها در پزشکی، صنایع شیمیایی، صنایع غذایی و زندگی روزمره ضروری است، سنتز کند.

روش اصلی برای به دست آوردن این ترکیبات، روش مصنوعی در آزمایشگاه و صنعت است، زیرا تقریباً هیچ یک از آنها در طبیعت وجود ندارد. به دلیل وجود یک اتم هالوژن، آنها بسیار واکنش پذیر هستند. این تا حد زیادی دامنه کاربرد آنها را در سنتزهای شیمیایی به عنوان مواد واسطه تعیین می کند.

از آنجایی که نمایندگان زیادی از هیدروکربن های هالوژنه وجود دارد، مرسوم است که آنها را بر اساس معیارهای مختلف طبقه بندی کنیم. بر اساس ساختار زنجیره و تعدد پیوندها و تفاوت در اتم های هالوژن و موقعیت آنها است.

مشتقات هالوژنی هیدروکربن ها: طبقه بندی

اولین گزینه جداسازی بر اساس اصول پذیرفته شده ای است که برای همه ترکیبات آلی اعمال می شود. طبقه بندی بر اساس تفاوت در نوع زنجیره کربن، چرخه آن است. بر این اساس، آنها تشخیص می دهند:

• هیدروکربن های هالوژنه محدود؛
• نامحدود؛
• معطر؛
• aliphatic;
• غیر حلقوی.

تقسیم زیر بر اساس نوع اتم هالوژن و محتوای کمی آن در مولکول است. بنابراین، اختصاص دهید:

• مشتقات تک؛
• مشتقات;
• three-;
• tetra-;
• مشتقات پنتا و غیره.

اگر در مورد نوع هالوژن صحبت کنیم، نام زیر گروه از دو کلمه تشکیل شده است. به عنوان مثال، مشتق تک کلرو،مشتقات تری ید، تترابرومهالوآلکن و غیره.

گزینه طبقه بندی دیگری نیز وجود دارد که بر اساس آن عمدتا مشتقات هالوژنی هیدروکربن های اشباع شده جدا می شوند. این تعداد اتم کربنی است که هالوژن به آن متصل است. بنابراین، اختصاص دهید:

• مشتقات اولیه;
• ثانویه;
• سوال و غیره.

هر نماینده خاص را می توان با همه علائم رتبه بندی کرد و جایگاه کامل را در سیستم ترکیبات آلی تعیین کرد. بنابراین، برای مثال، ترکیبی با ترکیب CH₃ - CH₂-CH=CH-CCL_{3می تواند اینگونه طبقه بندی کند. این یک مشتق تری کلرو آلیفاتیک غیراشباع پنتن است.}

ساختار مولکول

حضور اتم های هالوژن نمی تواند بر خواص فیزیکی و شیمیایی و ویژگی های کلی ساختار مولکول تأثیر بگذارد. فرمول کلی این دسته از ترکیبات R-Hal است، که در آن R یک رادیکال هیدروکربنی آزاد از هر ساختاری است، و هال یک اتم هالوژن است، یک یا چند. پیوند بین کربن و هالوژن به شدت قطبی شده است، در نتیجه مولکول به عنوان یک کل مستعد دو اثر است:

• استقرایی منفی؛
• مزومر مثبت.

اولین آنها بسیار بارزتر است، بنابراین اتم هال همیشه خواص یک جانشین الکترون کش را نشان می دهد.

در غیر این صورت، تمام ویژگی های ساختاری مولکول هیچ تفاوتی با ویژگی های هیدروکربن های معمولی ندارد. خواص با ساختار زنجیره و آن توضیح داده می شودانشعاب، تعداد اتم‌های کربن، قدرت ویژگی‌های معطر.

نامگذاری مشتقات هالوژن هیدروکربن ها سزاوار توجه ویژه است. نام صحیح این اتصالات چیست؟ برای انجام این کار، باید چند قانون را دنبال کنید.

1. شماره‌گذاری زنجیره از نزدیک‌ترین لبه به اتم هالوژن شروع می‌شود. اگر پیوند چندگانه وجود داشته باشد، شمارش معکوس از آن شروع می‌شود و نه از جانشین الکترون‌کشنده.
2. نام Hal در پیشوند مشخص شده است، تعداد اتم کربنی که از آن خارج می شود نیز باید نشان داده شود.
3. آخرین مرحله نامگذاری زنجیره اصلی اتم ها (یا حلقه) است.

نمونه‌ای از نام مشابه: CH₂=CH-CHCL₂ - 3-dichloropropene-1.

همچنین، نام را می توان با توجه به نامگذاری عقلانی داد. در این حالت نام رادیکال و سپس نام هالوژن با پسوند -id تلفظ می شود. مثال: CH₃-CH₂-CH₂Br - پروپیل بروماید.

هیدروکربن های هالوژنه مانند سایر کلاس های ترکیبات آلی ساختار خاصی دارند. این اجازه می دهد تا بسیاری از نمایندگان با نام های تاریخی تعیین شوند. به عنوان مثال، هالوتان CF₃CBrClH. وجود سه هالوژن به طور همزمان در ترکیب مولکول خواص ویژه ای را برای این ماده فراهم می کند. در پزشکی استفاده می شود، بنابراین، این نام تاریخی است که بیشتر استفاده می شود.

روشهای سنتز

روش های بدست آوردن مشتقات هالوژن هیدروکربن ها کافی است.متنوع. پنج روش اصلی برای سنتز این ترکیبات در آزمایشگاه و صنعت وجود دارد.

1. هالوژناسیون هیدروکربن های معمولی معمولی. طرح واکنش عمومی: R-H + Hal₂ → R-Hal + HHal. ویژگی های فرآیند به شرح زیر است: با کلر و برم، تابش اشعه ماوراء بنفش ضروری است، با ید واکنش تقریبا غیرممکن یا بسیار آهسته است. برهمکنش با فلوئور بیش از حد فعال است، بنابراین این هالوژن را نمی توان به شکل خالص آن استفاده کرد. علاوه بر این، هنگام هالوژن کردن مشتقات معطر، لازم است از کاتالیزورهای فرآیندی ویژه - اسیدهای لوئیس استفاده شود. به عنوان مثال، کلرید آهن یا آلومینیوم.
2. به دست آوردن مشتقات هالوژن هیدروکربن ها نیز با هیدروهالوژناسیون انجام می شود. با این حال، برای این، ترکیب اولیه لزوما باید یک هیدروکربن غیر اشباع باشد. مثال: R=R-R + HHal → R-R-RHal. اغلب، چنین افزودنی الکتروفیلی برای به دست آوردن کلرواتیلن یا وینیل کلرید استفاده می شود، زیرا این ترکیب یک ماده خام مهم برای سنتزهای صنعتی است.
3. اثر هیدرو هالوژن ها بر الکل ها. نمای کلی واکنش: R-OH + HHal→R-Hal + H₂O. یک ویژگی وجود اجباری یک کاتالیزور است. نمونه‌هایی از شتاب‌دهنده‌های فرآیندی که می‌توان از آنها استفاده کرد عبارتند از: کلریدهای فسفر، گوگرد، روی یا آهن، اسید سولفوریک، محلولی از کلرید روی در اسید هیدروکلریک - معرف لوکاس.
4. دکربوکسیلاسیون نمکهای اسیدی با یک عامل اکسید کننده. نام دیگر این روش واکنش بورودین-هانسدیکر است. نکته اصلی حذف یک مولکول دی اکسید کربن استاز مشتقات نقره اسیدهای کربوکسیلیک هنگامی که در معرض یک عامل اکسید کننده - هالوژن قرار می گیرند. در نتیجه مشتقات هالوژنی هیدروکربن ها تشکیل می شود. واکنش ها به طور کلی به این صورت است: R-COOAg + Hal → R-Hal + CO₂ + AgHal.
5. سنتز هالوفرم ها. به عبارت دیگر، این تولید مشتقات تری هالوژن متان است. ساده ترین راه برای تولید آنها، درمان استون با محلول قلیایی هالوژن است. در نتیجه، تشکیل مولکول های هالوفرم رخ می دهد. مشتقات هالوژن هیدروکربن های آروماتیک در صنعت به همین روش سنتز می شوند.

توجه ویژه باید به ترکیب نمایندگان نامحدود طبقه در نظر گرفته شود. روش اصلی درمان آلکین ها با نمک های جیوه و مس در حضور هالوژن است که منجر به تشکیل محصولی با پیوند دوگانه در زنجیره می شود.

مشتقات هالوژن هیدروکربن های آروماتیک از واکنش های هالوژناسیون آرن ها یا آلکیلارن ها در یک زنجیره جانبی به دست می آیند. اینها محصولات صنعتی مهمی هستند زیرا به عنوان حشره کش در کشاورزی استفاده می شوند.

خواص فیزیکی

خواص فیزیکی مشتقات هالوژن هیدروکربن ها به طور مستقیم به ساختار مولکول بستگی دارد. نقاط جوش و ذوب، وضعیت تجمع تحت تأثیر تعداد اتم‌های کربن در زنجیره و شاخه‌های احتمالی به طرفین است. هرچه تعداد آنها بیشتر باشد، نمرات بالاتری خواهد داشت. به طور کلی، می توان پارامترهای فیزیکی را در چندین نقطه مشخص کرد.

1. حالت مجموع: اولین کمتریننمایندگان - گازها، متعاقب ₁₂ - مایعات، بالاتر - جامدات.
2. تقریباً همه نمایندگان بوی خاص و نامطبوع دارند.
3. بسیار ضعیف در آب حل می شود، اما خود حلال عالی است. آنها به خوبی در ترکیبات آلی حل می شوند.
4. نقطه جوش و ذوب با تعداد اتم های کربن در زنجیره اصلی افزایش می یابد.
5. همه ترکیبات به جز مشتقات فلوئور سنگین تر از آب هستند.
6. هر چه تعداد شاخه ها در زنجیره اصلی بیشتر باشد، نقطه جوش ماده کمتر می شود.

تشخیص بسیاری از شباهت های مشترک دشوار است، زیرا نمایندگان در ترکیب و ساختار تفاوت زیادی دارند. بنابراین، بهتر است مقادیری برای هر ترکیب خاص از یک سری هیدروکربن معین داده شود.

خواص شیمیایی

یکی از مهم ترین پارامترهایی که باید در صنایع شیمیایی و واکنش های سنتز مورد توجه قرار گیرد، خواص شیمیایی هیدروکربن های هالوژنه است. آنها برای همه نمایندگان یکسان نیستند، زیرا دلایل مختلفی برای تفاوت وجود دارد.

1. ساختار زنجیره کربن. ساده‌ترین واکنش‌های جانشینی (از نوع نوکلئوفیلیک) با هالوآلکیل‌های ثانویه و ثانویه رخ می‌دهد.
2. نوع اتم هالوژن نیز مهم است. پیوند بین کربن و هال به شدت قطبی شده است، که باعث می شود با انتشار رادیکال های آزاد شکسته شود. با این حال، پیوند بین ید و کربن به راحتی شکسته می شود، که با تغییر منظم (کاهش) انرژی پیوند در سری توضیح داده می شود: F-Cl-Br-I.
3. وجود معطرپیوندهای رادیکال یا چندگانه.
4. ساختار و انشعاب خود رادیکال.

به طور کلی، آلکیل های هالوژنه بهترین واکنش را با جایگزینی نوکلئوفیل نشان می دهند. از این گذشته، پس از شکستن پیوند با هالوژن، یک بار تا حدی مثبت روی اتم کربن متمرکز می شود. این به رادیکال به عنوان یک کل اجازه می دهد تا پذیرنده ذرات الکترونگاتیو شود. به عنوان مثال:

• OH^-;
• SO₄^2-;
• نه₂^-;
• CN^- و دیگران.

این واقعیت را توضیح می دهد که می توان از مشتقات هالوژنی هیدروکربن ها به تقریباً هر کلاسی از ترکیبات آلی رفت، فقط باید معرف مناسبی را انتخاب کنید که گروه عملکردی مورد نظر را فراهم کند.

به طور کلی می توان گفت که خواص شیمیایی مشتقات هالوژن هیدروکربن ها توانایی وارد شدن به برهمکنش های زیر است.

1. با انواع مختلف ذرات هسته دوست - واکنش های جایگزینی. نتیجه می تواند این باشد: الکل ها، اترها و استرها، ترکیبات نیترو، آمین ها، نیتریل ها، اسیدهای کربوکسیلیک.
2. واکنش های حذف یا هیدروهالوژناسیون. در نتیجه قرار گرفتن در معرض محلول الکلی قلیایی، یک مولکول هیدروژن هالید شکافته می شود. به این ترتیب یک آلکن تشکیل می شود، محصولات جانبی با وزن مولکولی کم - نمک و آب. مثال واکنش: CH₃-CH₂-CH₂-CH₂ Br + NaOH _(الکل) →CH₃-CH₂-CH=CH ₂ + NaBr + H₂O. این فرآیندها یکی از راه های اصلی سنتز آلکن های مهم هستند.این فرآیند همیشه با دمای بالا همراه است.
3. به دست آوردن آلکان با ساختار معمولی به روش سنتز ورتز. ماهیت واکنش اثر روی یک هیدروکربن جایگزین هالوژن (دو مولکول) با سدیم فلزی است. سدیم به عنوان یک یون به شدت الکترومثبت، اتم های هالوژن را از ترکیب می پذیرد. در نتیجه، رادیکال‌های هیدروکربنی آزاد شده توسط یک پیوند به هم متصل می‌شوند و یک آلکان با ساختار جدید را تشکیل می‌دهند. مثال: CH₃-CH₂Cl + CH₃-CH₂ Cl + 2Na →CH₃-CH₂-CH₂-CH 3 _{+ 2NaCl.}
4. سنتز همولوگ های هیدروکربن های آروماتیک به روش فریدل کرافت. ماهیت این فرآیند، عمل هالوآلکیل بر روی بنزن در حضور کلرید آلومینیوم است. در نتیجه واکنش جایگزینی، تشکیل تولوئن و کلرید هیدروژن رخ می دهد. در این حالت وجود کاتالیزور ضروری است. علاوه بر خود بنزن، همولوگ های آن نیز می توانند از این طریق اکسید شوند.
5. دریافت مایع Greignard. این معرف یک هیدروکربن جایگزین هالوژن با یون منیزیم در ترکیب است. در ابتدا، منیزیم فلزی موجود در اتر بر روی مشتقات هالوآلکیل عمل می کند. در نتیجه، یک ترکیب پیچیده با فرمول کلی RMgHal به نام معرف Greignard تشکیل می‌شود.
6. واکنش های کاهشی به آلکان (آلکن، آرنا). هنگام قرار گرفتن در معرض هیدروژن انجام می شود. در نتیجه، یک هیدروکربن و یک محصول جانبی، هیدروژن هالید، تشکیل می شود. مثال کلی: R-Hal + H₂ →R-H + HHal.

اینها تعاملات اصلی هستند که در آنمشتقات هالوژن هیدروکربن های ساختارهای مختلف به راحتی می توانند وارد شوند. البته، واکنش های خاصی وجود دارد که باید برای هر نماینده در نظر گرفته شود.

ایزومری مولکولها

ایزومری هیدروکربن های هالوژنه یک پدیده کاملا طبیعی است. از این گذشته ، مشخص است که هرچه اتم های کربن در زنجیره بیشتر باشد ، تعداد اشکال ایزومر بیشتر است. علاوه بر این، نمایندگان غیر اشباع دارای پیوندهای متعددی هستند که باعث ظاهر شدن ایزومرها نیز می شود.

دو نوع اصلی از این پدیده برای این دسته از ترکیبات وجود دارد.

1. ایزومری اسکلت کربنی رادیکال و زنجیره اصلی. این همچنین شامل موقعیت پیوند چندگانه، در صورتی که در مولکول وجود داشته باشد، می شود. مانند هیدروکربن های ساده، با شروع از سومین نماینده، فرمول ترکیباتی که دارای عبارات فرمول مولکولی یکسان اما ساختاری متفاوت هستند را می توان نوشت. علاوه بر این، برای هیدروکربن‌های جایگزین شده با هالوژن، تعداد اشکال ایزومر مرتبه‌ای بزرگ‌تر از آلکان‌های مربوطه آنها (آلکن‌ها، آلکین‌ها، آرن‌ها و غیره) است.
2. موقعیت هالوژن در مولکول. مکان آن در نام با یک عدد نشان داده شده است، و حتی اگر تنها با یک تغییر کند، خواص این گونه ایزومرها کاملاً متفاوت خواهد بود.

ایزومری فضایی در اینجا قابل بحث نیست، زیرا اتم های هالوژن آن را غیرممکن می کنند. مانند سایر ترکیبات آلی، ایزومرهای هالوآلکیل نه تنها در ساختار، بلکه از نظر خواص فیزیکی و شیمیایی نیز متفاوت هستند.خصوصیات.

مشتقات هیدروکربن های غیراشباع

البته، چنین ارتباطی زیادی وجود دارد. با این حال، ما به مشتقات هالوژن هیدروکربن های غیراشباع علاقه مند هستیم. آنها همچنین می توانند به سه گروه اصلی تقسیم شوند.

1. وینیل - وقتی اتم هال مستقیماً در اتم کربن پیوند چندگانه قرار دارد. مثال مولکول: CH₂=CCL_2.
2. با موقعیت عایق. اتم هالوژن و پیوند چندگانه در قسمت های مخالف مولکول قرار دارند. مثال: CH₂=CH-CH₂-CH₂-Cl.
3. مشتقات آلیل - اتم هالوژن از طریق یک اتم کربن به پیوند دوگانه قرار دارد، یعنی در موقعیت آلفا قرار دارد. مثال: CH₂=CH-CH₂-CL.

از اهمیت ویژه ای وینیل کلرید CH₂=CHCL است. قادر به واکنش های پلیمریزاسیون برای تشکیل محصولات مهم مانند مواد عایق، پارچه های ضد آب و موارد دیگر است.

نماینده دیگر مشتقات هالوژن غیراشباع کلروپرن است. فرمول آن CH2=CCL-CH=CH2 است. این ترکیب ماده خام برای سنتز انواع ارزشمند لاستیک است که با مقاومت در برابر آتش، عمر طولانی و نفوذپذیری ضعیف گاز متمایز می شوند.

تترافلوئورواتیلن (یا تفلون) پلیمری است که پارامترهای فنی با کیفیت بالایی دارد. برای ساخت یک پوشش با ارزش از قطعات فنی، ظروف، لوازم مختلف استفاده می شود. فرمول - CF₂=CF₂.

معطرهیدروکربن ها و مشتقات آنها

ترکیبات معطر ترکیباتی هستند که شامل یک حلقه بنزن هستند. در میان آنها همچنین یک گروه کامل از مشتقات هالوژن وجود دارد. دو نوع اصلی را می توان با ساختار آنها تشخیص داد.

1. اگر اتم هال مستقیماً به هسته، یعنی حلقه معطر پیوند خورده باشد، آنگاه این ترکیبات هالوآرن نامیده می شوند.
2. اتم هالوژن به حلقه متصل نیست، بلکه به زنجیره جانبی اتم ها متصل است، یعنی رادیکال به شاخه جانبی می رود. چنین ترکیباتی را آریلالکیل هالیدها می نامند.

در میان مواد مورد بررسی، چندین نماینده از بیشترین اهمیت عملی برخوردارند.

1. هگزاکلروبنزن - C₆Cl₆. از آغاز قرن بیستم به عنوان یک قارچ کش قوی و همچنین یک حشره کش استفاده شده است. خاصیت ضد عفونی کنندگی خوبی دارد، بنابراین برای پانسمان بذرها قبل از کاشت استفاده می شد. بوی نامطبوع دارد، مایع کاملاً سوزاننده، شفاف است و می تواند باعث اشک ریزش شود.
2. بنزیل بروماید С₆Н₅CH₂Br. به عنوان یک معرف مهم در سنتز ترکیبات آلی فلزی استفاده می شود.
3. کلروبنزن C₆H₅CL. ماده بی رنگ مایع با بوی خاص. در تولید رنگ ها، آفت کش ها استفاده می شود. این یکی از بهترین حلال های آلی است.

کاربرد صنعتی

مشتقات هالوژن هیدروکربن ها در صنعت و سنتز شیمیایی استفاده می شوند.خیلی عریض. قبلاً در مورد نمایندگان غیر اشباع و معطر صحبت کرده ایم. حال بیایید به طور کلی مناطق استفاده از تمام ترکیبات این سری را مشخص کنیم.

1. در ساخت و ساز.
2. به عنوان حلال.
3. در تولید پارچه، لاستیک، لاستیک، رنگ، مواد پلیمری.
4. برای سنتز بسیاری از ترکیبات آلی.
5. مشتقات فلوئور (فریون) مبرد در واحدهای تبرید هستند.
6. به عنوان آفت کش، حشره کش، قارچ کش، روغن، روغن خشک کن، رزین، روان کننده استفاده می شود.
7. بروید سراغ ساخت مواد عایق و غیره.