Mavzu: Uglevodorodlarning sinflanishi, olinishi va xossalarini о‘rganish

Mavzu: Uglevodorodlarning sinflanishi, olinishi va xossalarini о‘rganish
Uglevodorodlar deb uglerod va vodoroddan tashkil topgan organik birikma-larga aytiladi. Uglerod-uglerod orasidagi bog’lanishning xarakteri va uglerod bilan vodorodlam ing miqdoriy nisbatiga qarab ular to‘yingan va to‘yinmagan uglevodorodlarga bo’linadi. Alkanlar. To‘yingan uglevodorodlar To‘yingan uglevodorodlar deb uglerod qo‘shni uglerod atomlari bilan bog’lanishga o‘zining faqat bir valentligini sarflab, qolganlari vodorod atomlari bilan bog’langan birikmalarga aytiladi. Bunday birikmalarda barcha uglerod atomlari sp3-gibridlangan holatda bo’ladi. To‘yingan uglevodorodlar CnH_2n+2 umumiy formu-laga muvofiq keladigan gomologik qatorni hosil qiladi. Izomeriyasi va nomlanishi. CnH_2n+2 formulada n = 1, 2 va 3 ga teng bo’lgan uglevodorodlar uchun faqat bitta tuzilish formulalari mavjud:

Bularning boshqa tuzilish formulalari yo‘q. Gomologik qatorning to‘rtinchi vakilidan boshlab struktura izomeriya hodisasi boshlanadi. CnH_2n+2 (n = 4) tarkibli uglevodorodlarni ikki xil ko‘rinishda yozish mumKin:

Uglerod atomlari soni 5 ga teng bo’lganda izomerlar soni 3 ta, uglerod atomlari soni 6 bo’lganda izomerlar soni 5 ta bo’ladi. To‘yingan uglevodorodlardagi uglerod atomlarining soni ortib borishi bilan ularning izomerlarining soni ham ortib boradi. Izomerlarning ko‘p bo‘lishligi ularni nomlashda aniq bir qoidaga amal qilishni taqozo etadi. Organik birikmalarni nomlash - nomenklatura deb ataladi. Organik kimyoda uch xil - empirik (tarixiy, tasodifiy), ratsional hamda sistematik nomenklaturadan foydalaniladi. Empirik nomenklatura. Organik birimalarni bu nomeklatura bo‘yicha nomlashda ularning tabiiy birikmalardan nimalarda uchrashi (limon kislotasi, vino spirti, sirka kislotasi, yog'och spirti va h.k.) asos qilib olingan. Ko‘pchilik hollarda bu nomlar tasodifiy bo‘lib, hech qanday ma’noga ega bo‘lmasligi ham mumkin (metan, etan, atseton va h.k.). Ratsional nomenklatura. Birikmalarni bu nomenklatura bo‘yicha nomlashda ularning tuzilishi hisobga olinadi. Organik birikmalarni bu nomenklatura bo‘yicha nomlaganda har bir sinf birikmalarining birinchi (aldegid va kislotalarda ikkinchi) vakili asos qilib olinadi. Qolganlari esa bu birinchi vakilining hosilasi deb qaraladi. To‘yingan uglevodorodlarning birinchi vakili metan bo'lganligi uchun qolganlari uning hosilasi deb qaraladi. Masalan:

To‘yingan uglevodorodlarning dastlabki to‘g‘ri zanjir hosil qilib tuzilgan vakillari - metan, etan, propan va butan - empirik nomenklatura bo‘yicha nomlanadi. Uglevodorodlarning keyingi vakillarining nomi uglerod soniga to‘g‘ri keladigan raqamlarning grekcha va lotincha nomi oxiriga an qo‘shimchasi qo‘yib hosil qilinadi.

To‘yingan uglevodorodlarni olinish usullarini uchga bo‘lish mumkin: a) Tabiiy birikmalardan ajratib olish. To‘yingan uglevodorodlarni CnH_2n 4 gacha bo‘l-ganlari neftdan va uni qayta ishlash mahsulotlaridan, tabiiy gaz, tog‘ mumi, gazokondensatdan olinadi. b) Sanoat usuli. Sanoatda to ‘yingan uglevodorodlarni CO va vodoroddan, neftni krekinglab, to‘yinmagan uglevodorodlarga vodorod biriktirib olish mumkin

Katalizator sifatida CuO; CrО va boshqalar ishlatilganda vodorodning birikish jarayoni bosim ostida olib boriladi. d) To‘yingan uglevodorodlarni laboratoriya sharoitida olishning bir necha usullari ishlab chiqilgan. Ularni to‘yingan uglevodorodlarni galogenli hosilalarini vodorod bilan katalizator ishtirokida qaytarib olish mumkin. Bunda vodorod Pd, Pt, yoki Ni metallari yuzasida yutilib qo‘zg‘algan (faol) holatga o‘tadi:

To‘yingan uglevodorodlarning yodli hosilalarini vodorod yodid bilan qaytarib ham olish mumkin. e) To‘yingan uglevodorodlarni organik karbon kislotalarning natriyli yoki kaliyli tuzlarini o‘yuvchi ishqorlar bilan qizdirish orqali ham olish mumkin (Kolbe reaksiyasi):
R – CH₂ - COONa + NaOH ------► R – CH₃ + Na₂CO₃
Bu reaksiya dekarboksillash reaksiyasi deyiladi. To‘yingan uglevodorodlarni laboratoriyada olishda nemis olimi Vyurts kashf etgan usul katta ahamiyatga ega. Bu usul bilan uglevodorodlarni tuzilishi oldindan belgilangan holda hosil qilish mumkin. Bu reaksiya to‘yingan uglevodorodlarning galogenli - yodli, bromli ayrim hollarda esa xlorli hosilalari (galoid alkillar)ga natriy metali ta ’sir ettirish orqali amalga oshiriladi.
СН₃ - I + 2Na + I – CH₃ ---- ► CH₃ – CH₃ + 2NaI
Agar reaksiya uchun bir xil galoid alkil olinsa unda bitta uglevodorod hosil bo’ladi:
R —I + 2Na + I —R ----► R - R + 2NaI
Bu reaksiyaning mexanizmini rus olimi P.P. Shorigin o‘rgangan bo’lib, bunga ko‘ra reaksiya ikki bosqichda boradi: Dastlab galoid alkil natriy metali bilan oraliq mahsulot natriy organik birikmani hosil qiladi:
R – CH₂ - Br + 2Na -------► [ R – CH₂ :]"Na⁺ + NaBr
Oraliq mahsulot galoid alkilning ikkinchi molekulasi bilan ta’sir etib, to‘yingan uglevodorodlarni hosil qiladi:
R – CH₂:Na+R – CH₂ - Br-------► R – CH₂ – CH₂ - R + NaBr"
Bu reaksiya birlamchi galoid alkillar bilan o‘tkazilganda yaxshi natija beradi. Ikkilamchi, uchlamchi galoid alkillardan foydalanilganda esa qo‘shimcha mah-sulotlar hosil bo’lishi hisobiga kerakli uglevodorodning hosil bo’lish miqdori kam ayib ketadi. Natriy metali o‘rniga litiy, rux, magniy kabi metallardan ham foydalanish mumkin. Bulardan tashqari, to‘yingan uglevodorodlarni metali karbidlariga suv ta’sir ettirib, karbon kislotlar va ularning tuzlarini elektroliz qilib, metali organik birikmalardan ham olish mumkin. To‘yingan uglevodorodlar neftni qayta ishlash vaqtida ko‘p miqdorda hosil boiganligi va tabiatda tayyor holda mavjud bo’lganligi sababli yuqoridagi usullar bilan deyarli olinmaydi. Fizik xossalari. To‘yingan uglevodorodlarning dastlabki vakillari gazsimon, C₅H₁₂ dan C₁₆H₃₄ gacha suyuqlik, С₁₆H₃₄ dan boshlab esa qattiq moddalardir. Ularning molekular massalari ortib borishi bilan qaynash va suyuqlanish haroratlari, zichligi, nur sindirish ko‘rsatkichi ortib boradi. To‘g‘ri zanjir hosil qilib tuzilgan uglevodorodlar tarmoqlangan zanjir hosil qilib tuzilgan izomerlariga nisbatan yuqori haroratda qaynaydi. To‘yingan uglevodorodlar suvda juda kam eriydilar.
To‘yingan uglevodorodlardagi atomlar o'zaro — C -C bog’lanish hosil qilib birikkan. Ulardagi uglerod-uglerod orasidagi masofa 1,54 A (0,154 nm) ga teng. Qisqa zanjir hosil qilib tuzilgan to‘yingan uglevodorodlarda - C -C bog’lanish aylanish (C atomi atrofida) xususiyatiga ega. To‘yingan uglevodorodlar ult-rabinafsha nurlanish to’lqinlarini 200 nm dan kichik sohalarday utadi. Infraqizil spektrlarda ular uchun 2800 -3000 sm^-1 da - C -H bog’lanishning valent tebranishlari va 1380-1470 sm^-1 da esa deformatsiya tebranishi xarakterlidir. YaMR -spektrlarida (yadro-magnit rezonansi) to‘yingan uglevodorodlardagi turli proton 0,5-2,0 m.q. o‘rtasida yutilishni namoyon qiladi. To'yingan uglevodorodlarning molekular massalari ortib borishi bilan ularning xossalari o‘zgarib borishi dialektikaning miqdor o‘zgarishlarining sifat o‘zgarishlariga olib kelishi haqidagi qonikining yorqin dalilidir.
Kimyoviy xossalari. To‘yingan uglevodorodlar kimyoviy jihatdan deyarli inert birikmalar bo‘lib tegishli sharoit yaratilgandagina parchalanish va al-mashinish jarayonlariga kirisha oladi. C - C orasidagi δ-bog’lanishni uzish uchun 350 kJ/m ol energiya talab qilinadi. C -H orasidagi bog‘ni uzish uchun esa nisbatan katta 413 kJ/mol energiya sarf etish talab etiladi. Lekin, shunga qaramay ko‘pchilik reaksiyalar C - H orasidagi bog’lanishning uzilishi, ya’ni vodorodning boshqa atom yoki atom guruhlariga almashinishi hisobiga sodir bo’ladi. C - C va C - H orasidagi bog’lanishni uzish uchun katta energiya sarf etishni talab etganligi uchun ularni oddiy sharoitda faqat katalizatorlar ishtirokidagina uzish mumkin. Oddiy sharoitda to‘yingan uglevodorodlarga konsentrlangan mineral kislotalar va oksidlovchilar ta’sir etmaydi (HNO₃, H₂SO₄, KMnO₄)
Almashinish uchlamchi uglerod atom i tutgan uglevodorodlarda juda oson, ikkilamchi uglerod atomi tutgan uglevodorodlarda sekinroq, birlamchi uglerod ato-mi tutgan uglevodorodlarda qiyinchilik bilan boradi. Chunki uchlamchi uglerod atomi bilan bog’langan vodorodning uzilishi oson. Uning uzilishi uchun 372,6 kJ/mol energiya sarf etish kifoya. Buning natijasida nisbatan barqaror uglevodorod radikali hosil bo’ladi. Birlamchi uglerod atomi bilan bog’langan vodorodni uzish uchun 423 kJ/mol energiya sarf etish kerak.