Алканууд идэвхгүй хэдий ч галоген болон бусад чөлөөт радикалуудтай харилцан үйлчлэх үед их хэмжээний энерги ялгаруулах чадвартай. Алканууд ба тэдгээртэй хийсэн урвалыг олон салбарт байнга ашигладаг.
Алканы баримтууд
Алканууд органик химид чухал байр эзэлдэг. Химийн алканы томъёо нь C H2n+2. Бензолын цагирагтай үнэрт бодисуудаас ялгаатай нь алкануудыг алифатик (ациклик) гэж үздэг.
Аливаа алканы молекулд бүх элементүүд нэг холбоогоор холбогддог. Тиймээс энэ бүлгийн бодисууд нь "-an" төгсгөлтэй байдаг. Үүний дагуу алкенууд нь нэг давхар холбоо, алкин нь нэг гурвалсан холбоо байдаг. Жишээлбэл, алкодиенүүд хоёр давхар холбоотой байдаг.
Алканууд нь ханасан нүүрсустөрөгч юм. Өөрөөр хэлбэл тэдгээр нь хамгийн их тооны H (устөрөгч) атом агуулдаг. Алкан дахь бүх нүүрстөрөгчийн атомууд sp3 байрлалд байна – эрлийзжилт. Энэ нь алканы молекул нь тетраэдр дүрмийн дагуу баригдсан гэсэн үг юм. Метан молекул (CH4) нь тетраэдртэй төстэй,үлдсэн алканууд нь зигзаг бүтэцтэй.
Алкан дахь бүх С атомууд ơ - холбоо (сигма - холбоо) ашиглан холбогддог. C–C холбоо нь туйлшралгүй, C–H холбоо нь сул туйлттай.
Алкануудын шинж чанарууд
Дээр дурьдсанчлан алканы бүлэгт үйл ажиллагаа бага байдаг. Хоёр С атомын хоорондын холбоо, С ба Н атомын хоорондох холбоо хүчтэй байдаг тул гадны нөлөөгөөр тэдгээрийг устгахад хэцүү байдаг. Алкан дахь бүх холбоо нь ơ бонд тул тасарвал ихэвчлэн радикалууд үүсдэг.
Алкануудын галогенжилт
Атомуудын холбооны онцгой шинж чанаруудын улмаас алканууд нь орлуулах болон задрах урвалд ордог. Алкан дахь орлуулах урвалын үед устөрөгчийн атомууд бусад атом эсвэл молекулуудыг орлоно. Алканууд нь Менделеевийн үелэх системийн 17-р бүлэгт багтдаг галогентэй сайн урвалд ордог. Галоген нь фтор (F), бром (Br), хлор (Cl), иод (I), астатин (At) ба теннесин (Ц) юм. Галоген бол маш хүчтэй исэлдүүлэгч бодис юм. Тэд Д. И. Менделеевийн хүснэгтийн бараг бүх бодисуудтай урвалд ордог.
Алканы хлоржуулах урвал
Практикт бром, хлор нь ихэвчлэн алканыг галогенжүүлэхэд оролцдог. Фтор бол хэт идэвхтэй элемент бөгөөд үүнтэй хамт урвал нь тэсрэх болно. Иод нь сул тул орлуулах урвал түүнтэй хамт явахгүй. Мөн астатин нь байгальд маш ховор байдаг тул туршилт хийхэд хангалттай хэмжээгээр цуглуулахад хэцүү байдаг.
Галогенжүүлэх алхам
Бүх алканууд галогенжих гурван үе шат дамждаг:
- Гинжингийн гарал үүсэл эсвэл эхлэл. Нөлөөллийн дорнарны гэрэл, дулаан, хэт ягаан туяанд хлорын молекул Cl2 нь хоёр чөлөөт радикал болж задардаг. Гаднах давхаргад тус бүр нэг хосгүй электронтой.
- Гинжин хэлхээний хөгжил эсвэл өсөлт. Радикалууд метан молекулуудтай харилцан үйлчилдэг.
- Гинжийг таслах нь алканы галогенжилтийн эцсийн хэсэг юм. Бүх радикалууд бие биетэйгээ нэгдэж, эцэст нь бүрмөсөн алга болдог.
Алканы бромжилт
Этаны дараа өндөр алкануудыг галогенжүүлэхэд хүндрэлтэй зүйл нь изомер үүсэх явдал юм. Нарны гэрлийн нөлөөн дор нэг бодисоос өөр өөр изомер үүсч болно. Энэ нь орлуулах урвалын үр дүнд тохиолддог. Энэ нь галогенжилтийн үед алкан дахь аль ч H атомыг чөлөөт радикалаар сольж болохыг нотолж байна. Нарийн төвөгтэй алкан нь хоёр бодис болж задардаг бөгөөд тэдгээрийн хувь нь урвалын нөхцлөөс хамааран ихээхэн ялгаатай байж болно.
Пропан бромжуулах (2-бромопропан). Өндөр температур, нарны гэрлийн нөлөөн дор пропаныг Br2 молекултай галогенжүүлэх урвалд 1-бромопропан - 3%, 2-бромопропан - 97% ялгардаг.
Бутаны бромжилт. Бутаныг гэрлийн болон өндөр температурын нөлөөн дор бромжуулахад 2% 1-бромбутан, 98% 2-бромбутан ялгардаг.
Алканы хлоржуулах болон бромжуулах хоорондын ялгаа
Хлоржуулалтыг үйлдвэрлэлд илүү өргөн ашигладаг. Жишээлбэл, изомерын холимог агуулсан уусгагчийг үйлдвэрлэхэд зориулагдсан. Галоалканыг хүлээн авсны дараабие биенээсээ салгахад хэцүү боловч зах зээл дээр хольц нь цэвэр бүтээгдэхүүнээс хямд байдаг. Лабораторид броминжилт илүү түгээмэл байдаг. Бром нь хлороос сул байдаг. Энэ нь бага урвалд ордог тул бромын атомууд өндөр сонгомол байдаг. Энэ нь урвалын явцад атомууд аль устөрөгчийн атомыг орлуулахаа "сонгодог" гэсэн үг.
Хлоржуулах урвалын шинж чанар
Алканыг хлоржуулах үед массын хувьд ойролцоогоор тэнцүү хэмжээгээр изомерууд үүсдэг. Жишээлбэл, пропаныг катализатороор 454 градус хүртэл температурыг нэмэгдүүлэх хэлбэрээр хлоржуулах нь 2-хлоропропан ба 1-хлоропропаныг тус тус 25% ба 75% -ийн харьцаагаар өгдөг. Хэрэв галогенжих урвал нь зөвхөн хэт ягаан туяаны тусламжтайгаар явагддаг бол 1-хлоропропан 43%, 2-хлоропропан 57% -ийг авна. Урвалын нөхцлөөс хамааран олж авсан изомеруудын харьцаа өөр байж болно.
Бромжуулах урвалын шинж чанар
Алкануудын бромжих урвалын үр дүнд бараг цэвэр бодис амархан ялгардаг. Жишээлбэл, n-пропан молекулын 1-бромопропан - 3%, 2-бромопропан - 97%. Тиймээс лабораторид броминжуулалтыг ихэвчлэн тодорхой бодисыг нэгтгэхэд ашигладаг.
Алканы сульфатжуулалт
Алканууд нь мөн радикал орлуулалтын механизмаар сульфонждог. Урвал үүсэхийн тулд хүчилтөрөгч ба хүхрийн исэл SO2 (хүхрийн ангидрид) алкан дээр нэгэн зэрэг үйлчилнэ. Урвалын үр дүнд алкан нь алкил сульфоны хүчил болж хувирдаг. Бутан сульфонжуулалтын жишээ:
CH3CH2CH2CH3+ O2 +SO2 → CH3CH2CH2CH 2SO2OH
Алканы сульфоксидын ерөнхий томъёо:
R―H + O2 + SO2 → R―SO2OH
Алканыг сульфохлоржуулах
Сульфохлоржуулалтын хувьд хүчилтөрөгчийн оронд хлорыг исэлдүүлэгч бодис болгон ашигладаг. Алкансульфон хлоридыг ийм аргаар гаргаж авдаг. Сульфохлоржуулах урвал нь бүх нүүрсустөрөгчид нийтлэг байдаг. Энэ нь өрөөний температур, нарны гэрэлд тохиолддог. Органик хэт ислийг мөн катализатор болгон ашигладаг. Ийм урвал нь зөвхөн нүүрстөрөгч ба устөрөгчийн атомуудтай холбоотой хоёрдогч ба анхдагч холбоонд нөлөөлдөг. Урвалын гинж тасарсан тул бодис гуравдагч атомуудад хүрдэггүй.
Коноваловын хариу үйлдэл
Нитрацийн урвал нь алкануудын галогенжих урвал шиг чөлөөт радикал механизмын дагуу явагддаг. Урвалыг маш шингэрүүлсэн (10 - 20%) азотын хүчил (HNO3) ашиглан гүйцэтгэдэг. Урвалын механизм: урвалын үр дүнд алканууд нэгдлүүдийн холимог үүсгэдэг. Урвалыг хурдасгахын тулд температурыг 140⁰ хүртэл нэмэгдүүлж, орчны хэвийн буюу өндөр даралтыг ашигладаг. Нитратжуулалтын явцад өмнөх орлуулах урвалаас ялгаатай нь зөвхөн C-H төдийгүй C-C холбоо устдаг. Энэ нь хагарал явагдаж байна гэсэн үг. Энэ бол хуваагдах урвал юм.
Исэлдүүлэх ба шаталтын урвал
Алканууд ч мөн чөлөөт радикалын төрлөөс хамаарч исэлддэг. Парафины хувьд исэлдэлтийн урвалыг ашиглан гурван төрлийн боловсруулалт хийдэг.
- Хийн үе шатанд. Тэгэхээральдегид болон бага хэмжээний спирт авна.
- Шингэн үе шатанд. Борын хүчил нэмэхэд дулааны исэлдэлтийг хэрэглэнэ. Энэ аргын тусламжтайгаар С10-аас С20 хүртэл өндөр спиртийг гаргаж авдаг.
- Шингэн үе шатанд. Алкануудыг исэлдүүлэн карбоксилын хүчлийг нэгтгэдэг.
Исэлдүүлэх явцад чөлөөт радикал O2 нь устөрөгчийн бүрэлдэхүүн хэсгийг бүрэн буюу хэсэгчлэн орлоно. Бүрэн исэлдэлт нь шаталт юм.
Сайн шатдаг алкануудыг дулааны цахилгаан станц болон дотоод шаталтат хөдөлгүүрт түлш болгон ашигладаг. Алканыг шатаах нь маш их дулааны энерги үүсгэдэг. Нарийн төвөгтэй алкануудыг дотоод шаталтат хөдөлгүүрт байрлуулна. Энгийн алкан дахь хүчилтөрөгчтэй харилцан үйлчлэлцэх нь дэлбэрэлтэд хүргэдэг. Асфальт, парафин болон үйлдвэрийн төрөл бүрийн тосолгооны материалыг алкантай урвалд орсны үр дүнд үүссэн хаягдал бүтээгдэхүүнээр хийдэг.
