Ogljikovodiki
Yüklə 112,47 Kb.
|
|
OGLJIKOVODIKI Ogljikovodiki so najenostavnejše organske spojine. Sestavljeni so iz ogljika in vodika. Poznamo ogljikovodike alifatske in ciklične vrste. Alifatski ogljikovodiki se delijo na nasičene in nenasičene ogljikovodike. 1. Nasičeni alifatski ogljikovodiki ali ALKANI (parafini) Število alkanov je zelo veliko. Sem štejemo ogljikovodike, katerih ogljikov skelet sestoji izključno iz enostavnih C-C vezi. Veriga C-C atomov je sicer lahko poljubno razvejana, vendar ne sklenjena. Znani so alkani z do 70 C-atomov v molekuli. Nekaj primerov najenostavnejših alkanov : strukturna molekulska ime : formula : formula : ------------------------------------------------------------------------------------------  metan
  etan
  propan
  butan
  pentan
  heksan
  heptan
  oktan
  nonan
  dekan
Prvi štirje členi imajo trivialna imena, ostali pa se imenujejo po številu ogljikovih atomov (v grščini, razen nonana). Če označimo število C-atomov z n, se glasi splošna formula za alkane :
Posameznemu alkanu lahko odcepimo enega ali več vodikovih atomov in dobimo neobstojne tvorbe s prostimi valencami. Nastale tvorbe imenujemo radikale. Z odcepitvijo enega H-atoma nastanejo enovalentni radikali, z odcepitvijo dveh H-atomov nastanejo dvovalentni radikali. Nekaj primerov enovalentnih radikalov :
Nekaj primerov dvovalentnih radikalov :  metilen,  ali  etilen
Splošna formula enovalentnih radikalov je Metan, etan in propan nastopajo le v eni obliki, imajo le eno izomero, butana pa poznamo dva : n-butan in neo-butan.
Alkane z enostavno razpotegnjeno verigo C-atomov imenujemo normalne, ostale pa poimenujemo z ozirom na značilne skupine in njihov položaj v osnovni verigi. V ta namen oštevilčimo posamezne C-atome osnovne verige z zaporednimi številkami. Nato poimenujemo glavno verigo C-atomov (izberemo najdaljšo verigo) po ogljikovodiku z istim številom C-atomov, pred tem pa postavimo ime stranske skupine in številko C-atoma, na katerem se stranska skupina nahaja. Primer : izomere heksana
normalni heksan, n-heksan 
2-metil pentan, izo-pentan 
3-metil pentan, izo-pentan 
2,2-dimetil butan, neo-butan 
2-metil-3-metil butan Vsi ogljiki alkanov niso enakovredni, kajti nosijo različno število H-atomov in so lahko vezani na sosednje ogljike z različnim številom vezi. C-atom, ki je vezan le z enim C-atomom in ima torej tri H-atome, imenujemo primarni C-atom. Če je C-atom vezan z dvema C-atomoma in nosi torej dva H-atoma, se imenuje sekundarni C-atom, če je vezan s tremi C-atomi in ima le en H-atom, se imenuje terciarni C-atom. V primeru, ko je C-atom neposredno vezan na štiri C-atome, se imenuje kvarterni C-atom. Nahajališča alkanov Metan nastopa kot zameljski plin v področjih nafte in tudi v rudnikih kalijevih soli. Najdemo ga tudi v močvirnih področjih, kjer nastaja pri brezračnem razkroju celuloze (močvirni plin). Srednji in višji alkani se nahajajo v zemeljskem olju ali nafti. Najvišji alkani se nahajajo v zemeljskem vosku ali ozokeritu, ki ponekod spremlja nafto. Čiščen in beljen ozokerit se imenuje cerezin. Metan najdemo tudi tudi v živih organizmih, in sicer v črevesnem plinu kot posledica “metanskega vrenja” celuloze. Fizikalne in kemijske lastnosti alkanov Prvi štirje alkani so pri sobni temperaturi plini, alkani z C5 do C16 so pri navadni temperaturi tekoči, višji alkani pa so trdni. Vrelišča in tališča so odvisna od molekulske mase, in sicer se višajo z rastočo molekulsko maso. Če primerjamo normalne alkane in njihove razvejane izomere, ugotovimo, da imajo normalne spojine brez izjeme najvišje vrelišče. Tabela 2.5.1.2 : Vrelišča in tališča nižjih alkanov
Plinasti in trdni alkani so brez vonja, tekoči pa imajo bencinski vonj. V vodi so slabo topni. Na splošno so alkani malo reaktivni. Vendar se z nekaterimi elementi radi spajajo. Tako se spajajo s halogeni že pri sobni temperaturi. V metanu lahko zamenjamo vse štiri H-atome s klorom : CH4 + Cl2 HCl + CH3Cl CH3Cl + Cl2 HCl + CH2Cl2 CH2Cl2 + Cl2 HCl + CHCl3 CHCl3 + Cl2 HCl + CCl4 Ta proces imenujemo substitucijsko halogeniranje. Ni lahko voditi kloriranje tako, da bi nastali posamezni ločeni produkti in največkrat nastane zmes različno kloriranih spojin. Pri nižjih ogljikovodikih poteka kloriranje ali bromiranje običajno tako, da zasedejo Cl ali Br-atomi zaporedno sosednje C-atome. Primer : CH3-CHBr-CH2Br Značilna reakcija za srednje in višje alkane je sulfoniranje. Sulfoniranje pomeni uvajanje enovalentne -SO3H skupine v organsko spojino, kjer običajno nadomesti H-atom. Reakcija poteka pri višji temperaturi. Primer : R-H + HO-SO3H R-SO3H + H2O Pomembna reakcija je katalitična oksidacija trdnih alkanov do maščobnih kislin. Primer : R-CH2-CH2-R1 R-CO-CH2-R1 R-COOH + R1-COOH Oksidacijsko sredstvo deluje na sekundarnem in ne na primarnem ogljiku, torej se oksidira -CH2- skupina. Pri tem najprej nastanejo ketoni (-C=O skupina). -C=O skupini sosednja C-C vez je nekoliko nestabilna in se pri nadaljnji oksidaciji razcepi, tako da nastaneta dve karboksilni kislini. Na ta način je že uspelo dobiti maščobne kisline srednjih molekulskih mas (C10 do C20). Pojav, da se pri zadosti visoki temperaturi ogljikovodiki razgrajujejo brez prisotnosti zraka, imenujemo piroliza ali krekiranje. Za pirolizo metana je potrebna temperatura nad 1200 C, da bi potekala reakcija z zadostno hitrostjo. Propan se razgrajuje pri 600 C in da štiri produkte. Primer : 2CH3-CH2-CH3 C3H6 + C2H4 + CH4 + H2 propen eten metan
CnH2n, CnH2n-2, CnH2n-4 itd. ALKENI ali olefini Njihova splošna formula je CnH2n. Enako splošno formulo imajo tudi nafteni, le da so slednji ciklične spojine, alkeni pa imajo odprto verigo. Alkeni imajo izrazit značaj nenasičene spojine, kar je posledica dvojne vezi med C-atomoma, -C=C- . Nekaj najenostavnejših alkenov : strukturna molekulska ime : formula : formula : ------------------------------------------------------------------------------------ H2C=CH2 C2H4 eten H2C=CH-CH3 C3H6 propen H2C=CH-CH2-CH3 C4H8 buten H2C=CH-CH2-CH2-CH3 C5H10 penten H2C=CH-CH2-CH2-CH2-CH3 C6H12 heksen
Prvi trije alkeni so plini, nato so tekoči, ki se z vodo ne mešajo, najvišji alkeni so trdni. Gorijo s sajastim plamenom. Zaradi svojega nenasičenega značaja so zelo reaktivni in kažejo nagnjenje do adicijskih in polimerizacijskih reakcij. Oksidacijska sredstva lahko oksidirajo alkene. Pri previdni oksidaciji etena nastane dvovalentni alkohol glikol. Primer : CH2=CH2 + O + H2O CH2OH-CH2OH
1. kumulirane dvojne vezi 
2. konjugirane dvojne vezi 
3. izolirane dvojne vezi 
Kumulirane dvojne vezi so nakopičene okoli ogljikovih atomov, so si sosednje. Konjugirane dvojne vezi so takšne, kjer je vsaka druga vez v molekuli dvojna. Izolirane dvojne vezi pa so oddaljene druga od druge, vmes pa je krajša ali daljša veriga enostavno vezanih C-atomov. Alen, CH2=C=CH2, je najenostavnejša spojina s kumuliranimi dvojnimi vezmi. Dobimo ga iz trivalentnega alkohola glicerola, ki ga najprej prevedemo v tribromopropan, nato v dibromopropen, kateremu končno odvzamemo brom s cinkom : CH2=CBr-CH2Br + Zn CH2=C=CH2 + ZnBr2 dibromopropen
Nenasičene ogljikovodike z dvema dvojnima vezema poimenujemo tako, da ime spojine dobi končnico -dien (ena dvojna vez -en, dve dvojni vezi -dien, tri trojne vezi -trien ...). Ti ogljikovodiki so pomembni zaradi tega, ker so v polpretekli dobi iz njih s pomočjo polimerizacije začeli izdelovati kavčuku podobne mase, npr. umetni kavčuk buna.
To so ogljikovodiki z eno ali več trojnimi vezmi v molekuli. Splošna formula alkinov je CnH2n-2. Najenostavnejši ogljikovodik te vrste je etin ali acetilen HCCH. Če nadomestimo vodik v etinu z alkili, dobimo ostale alkine, npr. butin ali etilni acetilen CH3-CH2-CCH. Etin in njegovi monoalkilni derivati imajo lastnost, da zlahka vežejo kovine. Z enovalentno kovino, ki jo označimo z MeI dobimo spojine s splošno formulo R-CC-Me ter za etin HCC-Me in Me-CC-Me. Te spojine se imenujejo acetilenidi ali tudi karbidi.
2 CH4 + 3O C2H2 + 3H2O etin
CaO + 3C CaC2 + CO žgano apno koks CaC2 + 2H2O C2H2 + Ca(OH)2 Etin nastane tudi pri reakciji karbidov drugih zemljoalkalijskih in alkalijskih kovin z vodo. Čisti etin je brezbarven plin, skoraj brez vonja. Zoprni vonj je pokazatelj onečiščenja. V tehničnem kalcijevem karbidu se namreč vedno nahaja nekaj Ca-fosfida, Ca3P2, ki je nastal z redukcijo Ca-fosfata. Le-ta tvori z vodo fosfin, PH3, ki v glavnem povzroča neprijeten vonj tehničnega etina. Etin gori z močno svetlečim, sajastim plamenom. Zmesi z zrakom so izredno eksplozivne (bolj kot pokalni plin). Edini izmed ogljikovodikov je precej topen v vodi. Zaradi močno nenasičenega značaja sodeluje v mnogih kemijskih reakcijah. V prisotnosti CuCl in NH4Cl v kisli raztopini polimerizira v vinil-acetilen in divinil-acetilen : 2HCCH CH2CH-CCH vinil-acetilen CH2CH-CCH + HCCH CH2CH-CC-CHCH2 divinil-acetilen
Polivinil klorid je obstojen proti razredčenim mineralnim kislinam in razredčenim močnim hidroksidom. Uporablja se ga lahko v temperaturnem območju med -10 C do +60 C. Pri temperaturah nad 70 C se postopoma zmehča, pri 130 C do 140 C se ga da poljubno oblikovati (termoplast). V plamenu poogleni. Tehnično se pridobiva s polimerizacijo vinil klorida pod vplivom katalizatorjev (npr. benzoil peroksid) in v prisotnosti emulgatorjev v vodni raztopini. Polivinilklorid je izredno uporaben. Iz njega izdelujejo vlakna, folije in trdno PVC maso. Z vodo da etin neobstojni vinilalkohol, ki se dalje pretvarja v acetaldehid: HCCH + H2O CH2CHOH CH3-CHO vinilalkohol acetaldehid Če prevajamo etin skozi žareče steklene cevi, nastaja benzen :
Etin se je včasih uporabljal za razsvetljavo (acetilenke). Zaradi visoke sežigne toplote etina (1307,8 kJ) se lahko z njim dosežejo zelo visoke temperature in se zato uporablja za avtogeno varjenje. Zaradi številnih nesreč, posebno pri uporabi utekočinjenega etina v jeklenkah, so uporabo v te namene opustili. Sedaj ga zopet uporabljajo, kajti odkrili so, da se izredno dobro raztaplja v acetonu (približno tako kot NH3 v vodi) in da se lahko pri tlaku nekaj atmosfer pripravijo raztopine, ki vsebujejo do 50 % etina in se z njimi lahko ravna brez nevarnosti. Da je možnost eksplozij še manjša, dajo v jeklenke še kremenčevo peno. Takšne etinske raztopine se v praksi imenujejo Dissous plin. Etin se pod imenom narcilen uporablja tudi za narkozo, vendar mora biti za te namene še posebej čiščen.
Aromatski ogljikovodiki Ime “aromatski” so dali tej vrsti spojin zato, ker imajo mnoge aromatsko dišeče snovi, ki so jih pridobivali iz naravnih produktov (raznih smol, balzamov ...), enako osnovno strukturo. Kmalu se je ta pojem razširil na spojine benzena v najširšem smislu. Benzen in njegovi derivati se v primerjavi z alifatskimi spojinami razlikujejo po razmerju C : H. Razmerje C : H je v benzenu 1 : 1, ima torej splošno formulo CnHn. Glede na to bi moral biti močno nenasičena spojina, vendar je v resnici obstojna spojina, ki ima le zmerno nenasičen značaj. Kmalu so ugotovili, da vsebujejo vse enostavne aromatske spojine najmanj 6C atomov in da produkti razgradnje zapletenih aromatskih spojin često vsebujejo le 6C atomov v molekuli. Z rentgensko analizo so ugotovili tele dimenzije molekule benzena :
Slika 2.5.3.1 : Dimenzije molekule benzena Molekula benzena je ravninska, vse razdalje C-C in C-H so enake in obroč je pravilen šesterokotnik. Razdalja C-C kaže, da te vezi niso niti dvojne niti enojne. Vsak ogljikov atom je sp2 hibridiziran in zato benzen najbolje predstavimo kot resonančni hibrid dveh Kekuléjevih formul ali pa popolno delokalizacijo elektronov zaznamujemo s krogom. 
Slika 2.5.3.2 : Kekuléjeve formule benzena Strukture, ki imajo posebno stabilno zasedene -molekulske orbitale, imenujemo aromatske. Po enostavni Hücklovi teoriji so aromatski tisti planarni, ciklični in popolnoma konjugirani ogljikovodiki, kjer je v obroču (4n + 2)-elektronov, pri čemer n pomeni število obročev. Hücklovo pravilo velja tudi za karbokatione, karboanione ali radikale, kjer je zadoščeno navedenim pogojem. A. Substituirani benzenovi derivati V benzenu lahko nadomestimo vodike s kakršnimkoli elementom ali radikalom. V primeru nadomestitve enega vodika dobimo monosubstitucijske derivate. V primeru nadomestitve dveh, treh in vseh ostalih vodikov dobimo po vrsti, di-, tri-, tetra-, penta- in heksasubstitucijske derivate. Ker gre za razvrstitev atomov ogljika v ogljiščih pravilnega šesterokotnika so vsi C-atomi v obroču enakovredni.
Če oštevilčimo posamezne C-atome v obroču v smeri vrtenja urinega kazalca, pomeni orto-disubstituiran produkt substitucijo na 1. in 2. C-atomu, meta-disubstituiran produkt substitucijo na 1. in 3. C-atomu in para-disubstituiran produkt substitucijo na 1. in 4. C-atomu. 
orto-(1,2) meta-(1,3) para-(1,4) Trisubstitucijski derivati benzena nastopajo v treh izomernih oblikah, če so vsi substituenti enaki : 
vicinalna simetrična asimetrična oblika (1,2,3) (1,3,5) (1,2,4)
Vrelišče ima pri 80 C in tališče pri 4,5 C. V vodi je slabo topen, popolnoma topen pa je v večini organskih topil. Največje količine benzena uporabljajo za pripravo zmesi z višjimi homologi za gorilne namene, kot pogonsko sredstvo za motorje. Čisti benzen služi kot zelo važno lipofilno in hidrofobno topilo. Ogromne količine benzena porablja kemična industrija za pripravo številnih derivatov (npr. barvila in sredstva za zatiranje škodljivcev). Nekoliko nenasičen značaj benzena prihaja do izraza s tem, da benzenovo jedro prevzema vodik in se z njim veže, hidrogenira. Pri popolnem hidrogeniranju benzena nastane cikloheksan.
B. Homologi benzena Tako kot v alifatskih vrstah se tudi tu homologi razlikujejo za -CH2- skupino. Najpomembnejši izmed homologov benzena so toluen (toluol, metil benzen) C6H5-CH3, vsi trije ksileni (ksilol, dimetil benzen) C6H4-(CH3)2 in mesitilen (trimetil benzen) C6H3-(CH3)3. Razen iz katrana lahko dobimo te homologe s sintezami. Nižji alkilni homologi benzena so temu v fizikalnem in kemijskem pogledu zelo podobni. V vodi so skoraj netopni, vonj spominja na benzen. Vrelišča imajo med 110 C in 165 C. Proti HNO3 in H2SO4 se obnašajo kot benzen in se nitrirajo in sulfonirajo v jedru. Nitriranje je uvajanje enovalentne NO2-skupine (nitro skupine) v organske molekule. Izvaja se z dušikovo (V) kislino ali še bolje z zmesjo dušikove (V) in žveplove (VI) kisline. Proti kloru se homologi benzena obnašajo različno z ozirom na pogoje, pri katerih kloriramo. Pri višji temperaturi se klorira stranska veriga, pri nižji pa jedro :
C. Nenasičeni aromatski ogljikovodiki So aromatski ogljikovodiki s stransko verigo C-atomov, kjer se nahaja ena ali več dvojnih vezi. Vsi so zelo reaktivni. Stiren (stirol), C6H5-CH=CH2, se nahaja v storaksu (vrsti balzama). Dobimo ga tudi s počasno destilacijo cimetove kisline : C6H5-CH=CH-COOH C6H5-CH=CH2 + CO2 cimetova kislina ali z dehidrogenacijo etilbenzena s pomočjo oksidacijskih katalizatorjev : C6H5-CH2-CH3 C6H5-CH=CH2 + H2 etilbenzen Stiren je brezbarvna tekočina, ki ima podoben vonj kot benzen. V vodi je slabo topen, vrelišče ima pri 146 C. Zaradi izredno nenasičenega značaja zlahka prehaja v različne polimere, npr. metastiren in polistiren, ki so zmesi različno visoko polimeriziranih stirenov. Polimerizacijo pospešuje svetloba, toplota in kisik. Polistiren (stirofleks) je po zunanjem videzu parafinu podobna masa, ki je obstojna proti alkalijam, alkoholu, kislinam, oljem in vodi, neobstojna pa proti etru, benzenu, benzinu, raznim estrom, ketonom in kloriranim ogljikovodikom. V trgovinah ga najdemo v obliki folij, plošč, palic, cevi, zrn in prahu. Iz njega izdelujejo najrazličnejše galanterijsko blago (žlice, glavnike, čaše), ohišje za radijske aparate in televizorje, dele za hladilne omare, gramofonske plošče, izolirne folije za kable in kondenzatorje, filme, čolne, pohištvo. Predmeti so obstojni do približno 70 C, pri segrevanju se lahko vnamejo. D. Ogljikovodiki z nekondenziranimi benzenovimi jedri Bifenil, C6H5-C6H5, je najenostavnejši ogljikovodik te vrste. Nastane pri prevajanju benzenovih par skozi žarečo peč. Spojino sestavljata dva enovalentna radikala, C6H5- (fenil), ki sta povezana med seboj. Bifenil kristalizira v brezbarvnih ploščicah, podobnih sljudi ali pa v belih sjajnih lističih. Ima karakterističen vonj, v vodi je netopen, raztaplja pa se v alkoholu in etru. Nahaja se v težkem olju katrana črnega premoga. Uporablja se za konzerviranje limon in pomaranč. Sadeže namreč zavijajo v papir, ki je impregniran z bifenilom, kar jih ščiti pred plesnobo. Trifenilmetan, (C6H5)3CH, dobimo s sintezo iz benzena in kloroforma. Spojina je pomembna izhodna snov za sintezo barvil (trifenilmetanska barvila). E. Aromatski ogljikovodiki s kondenziranimi obroči Naftalen (naftalin), C10H8,  je najenostavnejša in obenem najpomembnejša spojina te vrste. V velikih količinah se nahaja v srednjem in težkem olju katrana ter se od tod tudi pridobiva. Vsi vodikovi atomi naftalena niso enakovredni, obstajata dve izomerni obliki monosubstitucijskih derivatov :
Naftalen kristalizira v belih lističih, ki imajo značilen vonj in sublimirajo. Uporaba samega naftalena je omejena. Tu in tam se še uporablja proti moljem. Uporablja se predvsem za pripravo naftalenovih derivatov. Z redukcijo naftalena dobimo tetrahidronaftalen (tetralin) in dekahidronaftalen (dekalin). Obe spojini se uporabljata kot dodatek h gorivom za avtomobile in tudi kot topilo v industriji lakov ter kot nadomestek za terpentinsko olje.
Antracen, C14H10,  je glavna sestavina antracenskega olja iz katerega se ga tehnično tudi pridobiva. Kristalizira v brezbarvnih ploščicah s tališčem pri 216 C. V vodi je netopen, slabo se topi tudi v običajnih topilih. Oksidacijska sredstva ga oksidirajo v antrakinon, (C6H4)2(CO)2.
Antracen je izhodna surovina za pridobivanje pomembnih alizarinskih in indantrenskih barvil. K antracenovim derivatom štejemo mnoga naravna barvila, alizarin, barvilo košenilje ... Fenantren, C14H10,  se nahaja v katranu. Pridobimo ga tudi sintetsko pri prevajanju bifenila in etena skozi žarečo cev :
Fenantren in antracen sta izomerni spojini. Oba imata kondenzirane tri benzenove obroče, le da so ti v antracenu razvrščeni linearno, v fenantrenu pa angularno. Fenantren kristalizira v belih ploščicah, ki se talijo pri 100 C in modro fluorescirajo. Tehnično ni posebno pomemben. Uporabljajo ga za sintezo nekaterih barvil, umetnih smol in zdravil. Zanimiv je, ker se pojavlja kot gradnik biokemijsko pomembnih spojin : derivatov sterana, tako imenovanih steroidov, kot so steroli, žolčne kisline, spolni hormoni, srčni glikozidi itd., ter tudi kot gradnik alkaloida morfina in njegovih derivatov. Poznane so tudi policiklične spojine s štirimi, petimi, šestimi in več obroči, povezanimi med seboj na različne načine. Mnoge med njimi so našli v katranu črnega in rjavega premoga. Med take spojine spada tudi piren, ki je zanimiv z medicinskega stališča. 3,4-benzoapiren, C20H12,  kristalizira v rumenih iglicah s stališčem pri 176 C. Nahaja se v katranu črnega premoga.
Yüklə 112,47 Kb. Dostları ilə paylaş:
|
skupino.
metil, 
etil, 
butil
in dvovalentnih radikalov 
.
butadien kloropren
je brezbarven, lahko gorljiv plin. Pridobimo ga iz 1,3-dibromopropana, tako da mu odvzamemo brom z Na ali Zn. S katalizatorji se ga lahko že pri 50 C prevede v propen. Uporablja se ga tudi za narkoze.
se nahaja v kavkaških naftah. Je obstojna brezbarvna, lahkohlapna tekočina z vreliščem 50 C.
je brezbarvna, lahko gorljiva tekočina z značilnim vonjem. Vrelišče ima pri 81 C. Nahaja se predvsem v galicijskih in kavkaških naftah. Uporablja se predvsem kot topilo.
