Alkanların yapısı
Alkanlar, moleküllerindeki atomların tekli bağlarla bağlandığı ve genel formüle karşılık gelen hidrokarbonlardır. C n H 2n+2. Alkan moleküllerinde tüm karbon atomları bu haldedir. sp3 -hibridizasyon.
Bu, karbon atomunun dört hibrit yörüngesinin hepsinin şekil ve enerji açısından aynı olduğu ve eşkenar üçgen piramidin köşelerine doğru yönlendirildiği anlamına gelir. dörtyüzlü. Yörüngeler arasındaki açılar 109° 28'dir. Tek bir karbon-karbon bağı etrafında neredeyse serbest dönüş mümkündür ve alkan molekülleri, örneğin n-pentan molekülünde tetrahedrale yakın (109° 28′) karbon atomlarındaki açılarla çok çeşitli şekiller alabilir.
Alkan moleküllerindeki bağları özellikle hatırlamakta fayda var. Doymuş hidrokarbon moleküllerindeki tüm bağlar tektir. Örtüşme, atom çekirdeklerini birbirine bağlayan eksen boyunca meydana gelir, yani. σ bağları. Karbon-karbon bağları polar değildir ve zayıf polarize edilebilir. Alkanlardaki C-C bağının uzunluğu 0,154 nm'dir (1,54 10 10 m). C-H bağları biraz daha kısadır. Elektron yoğunluğu hafifçe daha elektronegatif karbon atomuna doğru kayar, yani C-H bağı zayıf polar.
Homolog metan serisi
Homologlar- Yapı ve özellik bakımından benzer ve farklılık gösteren maddeler bir veya daha fazla CH grubu 2 .
Doymuş hidrokarbonlar metan'ın homolog serisini oluşturur.
Alkanların izomerizmi ve isimlendirilmesi
Alkanlar sözde ile karakterize edilir yapısal izomerizm. Yapısal izomerler karbon iskeletinin yapısında birbirinden farklıdır. Yapısal izomerlerle karakterize edilen en basit alkan bütandır.
Alkanların temel isimlendirmesini daha ayrıntılı olarak ele alalım. IUPAC.
1. Ana devre seçimi. Bir hidrokarbon adının oluşumu, ana zincirin tanımıyla başlar - moleküldeki en uzun karbon atomu zinciri, sanki onun temelidir.
2. Ana zincir atomlarının numaralandırılması. Ana zincirin atomlarına numaralar verilmiştir. Ana zincirin atomlarının numaralandırılması, ikame edicinin en yakın olduğu uçtan (A, B yapıları) başlar. İkame ediciler zincirin ucundan eşit uzaklıkta bulunuyorsa, numaralandırma bunların daha fazla olduğu uçtan başlar (B yapısı). Farklı ikame ediciler zincirin uçlarından eşit uzaklıkta bulunuyorsa, numaralandırma kıdemli olanın en yakın olduğu uçtan başlar (yapı D). Hidrokarbon ikame edicilerinin kıdemi, adlarının başladığı harfin alfabede görünme sırasına göre belirlenir: metil (-CH3), ardından propil (-CH2-CH2-CH3), etil (-CH2) -CH3), vb.
İkame edicinin adının, karşılık gelen alkan adındaki -an son ekinin -yl son ekiyle değiştirilmesiyle oluşturulduğunu unutmayın.
3. İsmin oluşumu. İsmin başında sayılar belirtilir - ikame edicilerin bulunduğu karbon atomlarının sayıları. Belirli bir atomda birden fazla ikame edici varsa, isimdeki karşılık gelen sayı, virgülle (2,2-) ayrılarak iki kez tekrarlanır. Sayıdan sonra bir kısa çizgi, ikame edicilerin sayısını (di - iki, üç - üç, tetra - dört, penta - beş) ve ikame edicinin adını (metil, etil, propil) gösterir. Daha sonra boşluk veya kısa çizgi olmadan ana zincirin adı. Ana zincire hidrokarbon denir - homolog metan serisinin (metan, etan, propan, vb.) bir üyesi.
Yukarıda yapısal formülleri verilen maddelerin isimleri aşağıdaki gibidir:
Yapı A: 2-metilpropan;
Yapı B: 3-etilheksan;
Yapı B: 2,2,4-trimetilpentan;
Yapı D: 2-metil 4-etilheksan.
Moleküllerde doymuş hidrokarbonların bulunmaması kutupsal bağlar onlara yol açar suda az çözünür, yüklü parçacıklarla (iyonlarla) etkileşime girmez. Alkanlar için en karakteristik reaksiyonlar aşağıdakileri içerenlerdir: serbest radikaller.
Alkanların fiziksel özellikleri
Homolog metan serisinin ilk dört temsilcisi gazlar. Bunlardan en basiti metandır - renksiz, tatsız ve kokusuz bir gazdır (04 olarak adlandırmanız gereken "gaz" kokusu, evlerde kullanılan metana özel olarak eklenen kükürt içeren bileşikler olan merkaptanların kokusuyla belirlenir) ve endüstriyel gazlı cihazlar, böylece yanlarında bulunan kişiler sızıntıyı koku yoluyla tespit edebilirler).
Bileşimin hidrokarbonları İLE 5 N 12 ile İLE 15 N 32 - sıvılar; Daha ağır hidrokarbonlar katıdır. Alkanların kaynama ve erime noktaları, karbon zinciri uzunluğunun artmasıyla birlikte giderek artar. Tüm hidrokarbonlar suda az çözünür; sıvı hidrokarbonlar yaygın organik çözücülerdir.
Alkanların kimyasal özellikleri
Yer değiştirme reaksiyonları.
Alkanlar için en karakteristik reaksiyonlar şunlardır: serbest radikal ikamesi, bu sırada bir hidrojen atomunun bir halojen atomu veya bir grup ile değiştirilmesi.
Karakteristik denklemleri sunalım halojenasyon reaksiyonları:
Halojenin fazla olması durumunda klorlama daha da ileri gidebilir, tüm hidrojen atomlarının tamamen klor ile değiştirilmesine kadar:
Ortaya çıkan maddeler, organik sentezlerde çözücüler ve başlangıç malzemeleri olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır.
Dehidrojenasyon reaksiyonu(hidrojen çıkarımı).
Alkanlar yüksek sıcaklıklarda (400-600 °C) bir katalizör (Pt, Ni, Al 2 O 3, Cr 2 O 3) üzerinden geçirildiğinde, bir hidrojen molekülü elimine edilir ve alken:
Karbon zincirinin tahribatının eşlik ettiği reaksiyonlar. Tüm doymuş hidrokarbonlar yanıyor karbondioksit ve su oluşumu ile. Belirli oranlarda havayla karışan gaz halindeki hidrokarbonlar patlayabilir.
1. Doymuş hidrokarbonların yanması alkanları yakıt olarak kullanırken çok önemli olan serbest radikal ekzotermik bir reaksiyondur:
Alkanların yanma reaksiyonları genel olarak şu şekilde yazılabilir:
2. Hidrokarbonların termal bölünmesi.
Süreç ona göre ilerliyor serbest radikal mekanizması. Sıcaklıktaki bir artış, karbon-karbon bağının homolitik bölünmesine ve serbest radikallerin oluşumuna yol açar.
Bu radikaller birbirleriyle etkileşime girerek bir hidrojen atomu alışverişi yaparak bir molekül oluştururlar. alkan ve alken molekülü:
Termal ayrışma reaksiyonları endüstriyel prosesin temelini oluşturur - hidrokarbon çatlaması. Bu işlem petrol rafinasyonunun en önemli aşamasıdır.
3. Piroliz. Metan 1000°C sıcaklığa ısıtıldığında metan pirolizi- basit maddelere ayrışma:
1500 °C sıcaklığa ısıtıldığında, asetilen:
4. İzomerizasyon. Doğrusal hidrokarbonlar bir izomerizasyon katalizörü (alüminyum klorür) ile ısıtıldığında, dallanmış karbon iskeleti:
5. Aromatizasyon. Zincirde altı veya daha fazla karbon atomu bulunan alkanlar, benzen ve türevlerini oluşturmak üzere bir katalizör varlığında siklize olur:
Alkan moleküllerindeki tüm karbon atomları sp3 hibridizasyonu durumunda olduğundan, alkanlar serbest radikal mekanizması yoluyla ilerleyen reaksiyonlara girerler. Bu maddelerin molekülleri, kovalent polar olmayan C-C (karbon-karbon) bağları ve zayıf polar C-H (karbon-hidrojen) bağları kullanılarak oluşturulur. Elektron yoğunluğunun arttığı veya azaldığı alanlar, kolayca polarize olabilen bağlar, yani elektron yoğunluğunun dış faktörlerin etkisi altında (iyonların elektrostatik alanları) değişebileceği bağlar içermezler. Sonuç olarak alkan moleküllerindeki bağlar heterolitik mekanizma tarafından kırılmadığından alkanlar yüklü parçacıklarla reaksiyona girmeyecektir.
Alkanların yapısı
En basit alkanların (metan, etan ve propan) kimyasal yapısı (moleküllerdeki atomların bağlantı sırası), bölüm 2'de verilen yapısal formülleriyle gösterilir. Bu formüllerden, iki tür kimyasal bağın olduğu açıktır. alkanlar:
S–S ve S–N.
C-C bağı kovalent olup polar değildir. C-H bağı kovalent ve zayıf polardır çünkü karbon ve hidrojen elektronegatiflik açısından birbirine yakındır (karbon için 2,5 ve hidrojen için 2,1). Karbon ve hidrojen atomlarının paylaşılan elektron çiftleri nedeniyle alkanlarda kovalent bağların oluşumu elektronik formüller kullanılarak gösterilebilir:
Elektronik ve yapısal formüller kimyasal yapıyı yansıtır ancak moleküllerin uzaysal yapısı hakkında fikir vermez, bu da maddenin özelliklerini önemli ölçüde etkiler.
Mekansal yapı, yani. Bir molekülün atomlarının uzaydaki göreceli düzeni, bu atomların atomik yörüngelerinin (AO) yönüne bağlıdır. Hidrokarbonlarda, hidrojen atomunun küresel 1s-AO'su belirli bir yönelimden yoksun olduğundan, ana rol, karbonun atomik yörüngelerinin uzaysal yönelimi tarafından oynanır.
Karbon AO'nun uzaysal düzeni ise hibridizasyonunun türüne bağlıdır (Bölüm I, Bölüm 4.3). Alkanlardaki doymuş karbon atomu diğer dört atoma bağlanır. Bu nedenle durumu sp3 hibridizasyonuna karşılık gelir (Bölüm I, bölüm 4.3.1). Bu durumda, dört sp3-hibrit karbon AO'nun her biri, hidrojenin s-AO'su veya başka bir karbon atomunun sp3-AO'su ile eksenel (σ-) örtüşmeye katılarak σ-CH veya C-C bağları oluşturur.
Karbonun dört σ-bağı, uzayda 109°28" açıyla yönlendirilir; bu, elektronların en az itmesine karşılık gelir. Bu nedenle, alkanların en basit temsilcisinin molekülü - metan CH4 - bir tetrahedron şekline sahiptir, merkezinde bir karbon atomu vardır ve köşelerde hidrojen atomları vardır:
H-C-H bağ açısı 109°28"dir. Metanın uzaysal yapısı hacimsel (ölçek) ve top ve çubuk modelleri kullanılarak gösterilebilir.
Kayıt için uzaysal (stereokimyasal) bir formülün kullanılması uygundur.
Bir sonraki homolog olan etan C2H6 molekülünde, iki tetrahedral sp3 karbon atomu daha karmaşık bir uzaysal yapı oluşturur:
2'den fazla karbon atomu içeren alkan molekülleri kavisli şekillerle karakterize edilir. Bu, n-bütan (VRML modeli) veya n-pentan örneği kullanılarak gösterilebilir:
Alkanların izomerizmi
İzomerizm, aynı bileşime (aynı moleküler formüle) ancak farklı yapılara sahip bileşiklerin varlığı olgusudur. Bu tür bağlantılara denir izomerler.
Moleküllerde (yani kimyasal yapıda) atomların bir araya gelme sırasındaki farklılıklar, yapısal izomerizm. Yapısal izomerlerin yapısı yapısal formüllerle yansıtılır. Alkan serilerinde yapısal izomerlik, zincir 4 veya daha fazla karbon atomu içerdiğinde kendini gösterir; bütan C 4 H 10 ile başlayarak. Aynı bileşime ve aynı kimyasal yapıya sahip moleküllerde atomların uzayda farklı göreceli konumları mümkünse, o zaman şunu gözlemleriz: uzaysal izomerizm (stereoizomerizm). Bu durumda yapısal formüllerin kullanımı yeterli olmayıp moleküler modeller veya özel formüller (stereokimyasal (uzaysal) veya projeksiyon) kullanılmalıdır.
Etan H3C–CH3 ile başlayan alkanlar çeşitli uzaysal formlarda bulunur ( konformasyonlar), C – C σ bağları boyunca molekül içi rotasyonun neden olduğu ve sözde sergileyen rotasyonel (konformasyonel) izomerizm.
Ek olarak, bir molekül 4 farklı ikame ediciye bağlı bir karbon atomu içeriyorsa, iki stereoizomer birbiriyle bir nesne ve onun ayna görüntüsü olarak ilişki kurduğunda (sol elin sağ el ile ilişkisine benzer şekilde) başka türde bir uzaysal izomerizm mümkündür. . Moleküllerin yapısındaki bu tür farklılıklara denir optik izomerizm.
. Alkanların yapısal izomerizmi
Yapısal izomerler, atomların bağlanma sırasına göre farklılık gösteren aynı bileşime sahip bileşiklerdir; Moleküllerin kimyasal yapısı.
Alkan dizilerinde yapısal izomerizmin ortaya çıkmasının nedeni, karbon atomlarının farklı yapılarda zincirler oluşturabilme yeteneğidir. Bu tür yapısal izomerizm denir. karbon iskelet izomerizmi.
Örneğin, C4H10 bileşimindeki bir alkan şu formda mevcut olabilir: iki yapısal izomerler:
ve alkan C5H12 - formunda üç karbon zincirinin yapısında farklılık gösteren yapısal izomerler:
Moleküllerdeki karbon atomlarının sayısı arttıkça zincir dallanma olasılıkları da artar. Karbon atomlarının sayısı arttıkça izomerlerin sayısı da artar.
Yapısal izomerler fiziksel özelliklerde farklılık gösterir. Dallanmış yapıya sahip alkanlar, moleküllerin daha az yoğun paketlenmesi ve buna bağlı olarak moleküller arası etkileşimlerin daha küçük olması nedeniyle, dallanmamış izomerlerinden daha düşük bir sıcaklıkta kaynar.
İzomerlerin yapısal formüllerini oluşturma teknikleri
Bir alkan örneğine bakalım İLE 6 N 14 .
1. İlk önce doğrusal izomer molekülünü (karbon iskeletini) tasvir ediyoruz.
2. Daha sonra zinciri 1 karbon atomu kadar kısaltırız ve bu atomu, aşırı konumlar hariç, zincirin herhangi bir karbon atomuna bir dal olarak bağlarız:
(2) veya (3)
Uç konumlardan birine bir karbon atomu bağlarsanız zincirin kimyasal yapısı değişmez:
Ayrıca tekrarlanmadığından emin olmanız gerekir. Dolayısıyla yapı yapı (2) ile aynıdır.
3. Ana zincirin tüm pozisyonları tükendiğinde zinciri 1 karbon atomu daha kısaltırız:
Artık yan dallarda 2 karbon atomu olacak. Burada aşağıdaki atom kombinasyonları mümkündür:
Bir yan ikame edici seri olarak bağlanmış 2 veya daha fazla karbon atomundan oluşabilir, ancak heksan için bu tür yan dallara sahip izomerler yoktur ve yapı, yapı (3) ile aynıdır.
Yan ikame edici - C-C yalnızca en az 5 karbon atomu içeren bir zincire yerleştirilebilir ve yalnızca zincirin ucundan itibaren 3. ve sonraki atoma bağlanabilir.
4. İzomerin karbon iskeletini oluşturduktan sonra, karbonun dört değerlikli olması nedeniyle moleküldeki tüm karbon atomlarının hidrojen bağlarıyla desteklenmesi gerekir.
Yani, kompozisyon İLE 6
N 14
5 izomere karşılık gelir: 1) 2) 
3) 
4) 
5) 
Alkanlar reforme edilirken izomerizasyona, dehidrosiklizasyona ve hidrokrakinge uğrarlar.
Alkanların izomerizasyonu, reformasyon koşulları altında termodinamik açıdan en kararlı olan hafif dallanmış izomerlerin oluşumuyla karbokasyon mekanizması yoluyla gerçekleşir. Alkanın molekül ağırlığının artmasıyla izomerizasyon hızı artar.
Dehidrosiklizasyon, alkanların arene dönüştürülmesini içeren en önemli reform reaksiyonlarından biridir:
Dehidrosiklizasyon ısının emilmesiyle (yaklaşık 250 kJ/mol) meydana gelir, dolayısıyla reaksiyonun denge sabiti sıcaklık arttıkça artar. Basınç, reaksiyonun dengesini sola, yani arenlerin hidrojenasyonuna doğru kaydırır. Ancak pratikte katalizör üzerindeki kok birikintilerini azaltmak için işlem artan hidrojen basıncı altında gerçekleştirilir. 1,5-1,7 MPa hidrojen basıncı altında 500 °C sıcaklıkta, n-heptanın toluene dönüşümünün denge derecesi %95'tir.
Alkanların aromatizasyon mekanizması tam olarak açık değildir. Aşağıdaki yollar mümkündür:
Platin üzerindeki alkanların triene dehidrojenasyonu ve ardından platin veya alümina üzerinde siklizasyon:
Döngüsel bir geçiş kompleksi yoluyla platin üzerinde C5 siklizasyonu
Alkanların platin üzerindeki alkenlere dehidrojenasyonu ve alkenlerin alüminyum oksit üzerinde siklizasyonu ve ayrıca beş üyeli bir halkanın oluşumu. Reaksiyon, çift bağın asit bölgesi tarafından protonlanmasını ve zincirdeki bir karbon atomundan bir protonun eş zamanlı olarak çıkarılmasını içeren uyumlu bir mekanizma ile ilerler:
Sonuçta elde edilen beş üyeli halkalar, asit bölgelerinde altı üyeli olanlara izomerleştirilir ve daha sonra metal üzerinde arenlere dehidrojenlenir.
Deneysel veriler, aromatizasyonun dikkate alınan tüm yönlerde meydana geldiğini göstermektedir.
Orijinal alkan, ana zincirde altıdan az karbon atomu içeriyorsa, aromatizasyondan önce, ana zincirin uzatılmasıyla alkanın izomerizasyonu yapılır. Alkan zincir uzunluğunun artmasıyla aromatizasyon hızı artar. On veya daha fazla karbon atomu içeren alkanlar, kaynaşmış halkalara sahip arenler oluşturur. Yeterince uzun yan zincirlere sahip arenalar ek döngüleri tamamlayabilir:
Alkanların dehidrosiklizasyonu sonucunda, orijinal alkanın yapısının izin verdiği çekirdekteki maksimum metil ikame edici içeriği ile benzen ve naftalinin homologları oluşur.
Alkanların hidrokrakingi, düşük moleküler ağırlıklı bileşiklerin oluşumuna yol açar:
Reformasyon sürecinde hidrokrakingin rolü açık değildir. Bir yandan alkanların moleküler ağırlığındaki azalma oktan sayısında bir artışa yol açarken, diğer yandan hidrokraking sonucunda önemli miktarda gazlı ürün oluşur ve bu da benzin verimini azaltır. Bu nedenle hidrokrakingin rolü sınırlı olmalıdır. Aşağıda 0,7 MPa sıcaklığa ve 2 saat-1 hacimsel besleme hızına bağlı olarak n-hekzanın yeniden düzenlenmesinin sonuçları verilmiştir:
4740С5000С5250СDönüşüm derecesi, %80,286,690,4 Dönüştürülen alkan başına verim, % (mol.) Arenes (benzen) 16,624,127,4 İzomerizasyon ürünleri 58,036,923,4 Hidrokraking ürünleri 25,038,049,0
Hidrokrakingin rolünü azaltmak için, işlemin mümkün olan en düşük basınçta gerçekleştirilmesi tavsiye edilir, bu da aynı anda arenlerin denge veriminde bir artışa yol açar. 510 °C sıcaklıkta, 1,5 saat-1 uzay hızında ve çeşitli basınçlarda (orijinal nonanın %'si olarak) n-nonan reformasyonunun sonuçları:
0,7 MPa2.1 MPaC1-C410.521.5 Aromatik olmayan C5 ve üzeri 19.020.0 Arenalar: C6 C7 C8 C9 1,6 3,1 6,2 54,6 2,0 5,8 10,1 36,4
Sikloalkanların dönüşümü
Reform koşulları altında, sikloalkanlar ayrıca izomerizasyona, arenlere dehidrojenasyona ve hidrokrakinge de uğrar.
Altı üyeli sikloalkanlar, karbokatyon mekanizması ile beş üyeli olanlara izomerleşir:
Sikloheksanın metilsiklopentan ve benzene dönüşümünün seçiciliği sonuçta reaksiyon hızlarının oranıyla belirlenir ve katalizör bileşenlerinin aktivitesine bağlıdır. İzomerizasyon, karbokasyon mekanizmasına göre asit bölgelerinde meydana gelir, bu nedenle katalizörün yüksek asitliği ile metilsiklopentan verimi artacaktır. Katalizörün metal bileşeninde dehidrojenasyon meydana gelir ve metalin aktivitesi arttıkça benzen oluşum hızı da artacaktır. Altı üyeli bir sikloalkanın bir metal üzerinde adsorpsiyonuna, altı C-H bağının eşzamanlı ayrışması veya hidrojen atomlarının ardışık hızlı eliminasyonu eşlik edebilir:
Reaksiyon endotermiktir, bu nedenle artan sıcaklıkla birlikte arenlerin denge verimi artar.
Bisiklik altı üyeli sikloalkanlar, monosiklik olanlar kadar kolay bir şekilde hidrojeni gidererek naftalin türevleri oluşturur.
Altı üyeli sikloalkanların hidrokrakingi, alkanlar için açıklanan şemaya göre küçük bir ölçüde meydana gelir. Reform koşulları altında, altı üyeli sikloalkanların arenlere dehidrojenasyon hızı, diğer reaksiyonların hızından (beş üyelilere izomerizasyon ve hidrokraking) önemli ölçüde daha yüksektir. Bu nedenle sikloalkanların arene dönüşümünün seçiciliği neredeyse %100'dür.
Beş üyeli ikame edilmiş sikloalkanlar, reformasyon koşulları altında aşağıdaki reaksiyonlara girer:
İkame edicilerin pozisyonuna göre izomerizasyon (ara karbokatyonlar yoluyla):
Dehidroizomerizasyon:
İlk reaksiyon katalizörün asit bölgelerinde, ikincisi ise metal bölgelerinde meydana gelir. Benzen verimi artan sıcaklık ve azalan basınçla artar. 500 °C sıcaklıkta, basınçta 3,6 MPa'dan 1,5 MPa'ya bir düşüş, benzen veriminde %45'ten %90'a (ağırlıkça) bir artışa yol açar. Siklopentanın siklopenten ve siklopentadiene dehidrojenasyonu pratikte gerçekleşmez, çünkü bu reaksiyonun hızı dehidroizomerizasyon hızından çok daha düşüktür. Siklopentadien metale güçlü bir şekilde adsorbe edilir ve katalizörü zehirler.
Halka açılması (hidrokraking):
Çeşitli C-C bağlarının göreceli hidrojenoliz hızı, başlangıç hidrokarbonunun yapısına, katalizörün özelliklerine ve reaksiyon koşullarına bağlıdır. Taze bir alümina-platin katalizöründe, platin üzerinde hidrojenoliz meydana gelir ve (1), (2) ve (3) reaksiyonlarındaki ürünlerin oranı 2,4:2,1:1'dir. Proses koşulları altında, platinin kısmi deaktivasyonu meydana gelir ve hidrojenoliz, karbokasyon mekanizmasına göre asit bölgelerinde daha da ilerler:
Reaksiyonun ana ürünü n-heksandır.
Metilsiklopentanların dehidroizomerizasyonunun reaksiyon hızı, izomerizasyon ve hidrokrakingden daha yüksektir, bu nedenle metilsiklopentanın yeniden düzenlenmesi sırasında benzen verimi% 60-70'e ulaşır.
Moleküllerindeki atomların tekli bağlarla bağlandığı ve CnH2n+2 genel formülüne karşılık gelen hidrokarbonlar.
Alkan moleküllerinde tüm karbon atomları sp3 hibridizasyonu durumundadır. Bu, karbon atomunun dört hibrit yörüngesinin hepsinin şekil ve enerji açısından aynı olduğu ve eşkenar üçgen piramidin (bir tetrahedron) köşelerine yönlendirildiği anlamına gelir. Yörüngeler arasındaki açılar 109° 28'dir.
Tek bir karbon-karbon bağı etrafında neredeyse serbest dönüş mümkündür ve alkan molekülleri, örneğin molekülde dört yüzlüye yakın (109° 28′) karbon atomlarındaki açılarla çok çeşitli şekiller alabilir. N-pentan.
Alkan moleküllerindeki bağları özellikle hatırlamakta fayda var. Doymuş hidrokarbon moleküllerindeki tüm bağlar tektir. Örtüşme eksen boyunca meydana gelir,
atomların çekirdeklerini birbirine bağlar, yani. bunlar σ bağlarıdır. Karbon-karbon bağları polar değildir ve zayıf polarize edilebilir. Alkanlardaki C-C bağının uzunluğu 0,154 nm'dir (1,54 · 10 - 10 m). C-H bağları biraz daha kısadır. Elektron yoğunluğu daha elektronegatif olan karbon atomuna doğru hafifçe kayar, yani C-H bağı zayıf polardır.
Doymuş hidrokarbon moleküllerinde polar bağların bulunmaması, bunların suda az çözünmelerine ve yüklü parçacıklar (iyonlar) ile etkileşime girmemelerine yol açar. Alkanlar için en karakteristik reaksiyonlar serbest radikalleri içeren reaksiyonlardır.
Homolog metan serisi
Homologlar- yapı ve özellik bakımından benzer olan ve bir veya daha fazla CH2 grubu bakımından farklılık gösteren maddeler.
İzomerizm ve isimlendirme
Alkanlar yapısal izomerizm olarak adlandırılan özelliklerle karakterize edilir. Yapısal izomerler karbon iskeletinin yapısında birbirinden farklıdır. Yapısal izomerlerle karakterize edilen en basit alkan bütandır. 
İsimlendirme Temelleri
1. Ana devrenin seçimi. Bir hidrokarbon adının oluşumu, ana zincirin tanımıyla başlar - moleküldeki en uzun karbon atomu zinciri, sanki onun temelidir.
2. Ana zincirdeki atomların numaralandırılması. Ana zincirin atomlarına numaralar verilmiştir. Ana zincirin atomlarının numaralandırılması, ikame edicinin en yakın olduğu uçtan (A, B yapıları) başlar. İkame ediciler zincirin ucundan eşit uzaklıkta bulunuyorsa, numaralandırma bunların daha fazla olduğu uçtan başlar (B yapısı). Farklı ikame ediciler zincirin uçlarından eşit uzaklıkta bulunuyorsa, numaralandırma kıdemli olanın en yakın olduğu uçtan başlar (yapı D). Hidrokarbon ikame edicilerinin kıdemi, adlarının başladığı harfin alfabede görünme sırasına göre belirlenir: metil (-CH3), ardından etil (-CH2-CH3), propil (-CH2-CH2) -CH3), vb.
İkame edicinin adının -an son ekinin - son ekiyle değiştirilmesiyle oluşturulduğunu lütfen unutmayın. silt karşılık gelen alkan adına.
3. İsmin oluşumu. İsmin başında sayılar belirtilir - ikame edicilerin bulunduğu karbon atomlarının sayıları. Belirli bir atomda birden fazla ikame edici varsa, isimdeki karşılık gelen sayı, virgülle (2,2-) ayrılarak iki kez tekrarlanır. Numaradan sonra, ikame edicilerin sayısı kısa çizgi ile gösterilir ( di- iki, üç- üç, dörtlü- dört, penta- beş) ve ikame edicinin adı (metil, etil, propil). Daha sonra boşluk veya kısa çizgi olmadan ana zincirin adı. Ana zincire, homolog metan serisinin bir üyesi olan hidrokarbon denir ( metan CH 4, etan C2H6, propan C3H8, C4H10, pentan C5H12, heksan C6H14, heptan C7H16, oktan C8H18, nonan S 9 H 20, dekan C10H22).
Alkanların fiziksel özellikleri
Homolog metan serisinin ilk dört temsilcisi gazlardır. Bunlardan en basiti metandır - renksiz, tatsız ve kokusuz bir gazdır (04 olarak adlandırmanız gereken "gaz" kokusu, evlerde kullanılan metana özel olarak eklenen kükürt içeren bileşikler olan merkaptanların kokusuyla belirlenir) ve endüstriyel gazlı cihazlar, böylece yakındaki kişiler sızıntıyı kokuyla tespit edebilirler).
C4H12 ila C15H32 arasındaki bileşimdeki hidrokarbonlar sıvıdır; Daha ağır hidrokarbonlar katıdır. Alkanların kaynama ve erime noktaları, karbon zinciri uzunluğunun artmasıyla birlikte giderek artar. Tüm hidrokarbonlar suda az çözünür; sıvı hidrokarbonlar yaygın organik çözücülerdir.
Alkanların kimyasal özellikleri
Yer değiştirme reaksiyonları.
Alkanlar için en karakteristik reaksiyonlar, bir hidrojen atomunun bir halojen atomu veya bir grup ile değiştirildiği serbest radikal ikame reaksiyonlarıdır. Karakteristik reaksiyonların denklemlerini sunalım halojenasyon: 
Halojenin fazla olması durumunda, klorlama daha da ileri giderek tüm hidrojen atomlarının tamamen klor ile değiştirilmesine kadar gidebilir: 
Ortaya çıkan maddeler, organik sentezlerde çözücüler ve başlangıç malzemeleri olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır.
Dehidrojenasyon reaksiyonu(hidrojen çıkarımı).
Alkanlar yüksek sıcaklıklarda (400-600 ° C) bir katalizör (Pt, Ni, Al 2 0 3, Cr 2 0 3) üzerinden geçirildiğinde, bir hidrojen molekülü elimine edilir ve bir alken oluşur:
Karbon zincirinin tahribatının eşlik ettiği reaksiyonlar.
Tüm doymuş hidrokarbonlar yanarak karbondioksit ve su oluşturur. Belirli oranlarda havayla karışan gaz halindeki hidrokarbonlar patlayabilir.
1. Doymuş hidrokarbonların yanması alkanları yakıt olarak kullanırken çok önemli olan serbest radikal ekzotermik bir reaksiyondur:
Alkanların yanma reaksiyonları genel olarak şu şekilde yazılabilir:
2. Hidrokarbonların termal bölünmesi.
Süreç serbest radikal mekanizması yoluyla gerçekleşir. Sıcaklıktaki bir artış, karbon-karbon bağının homolitik bölünmesine ve serbest radikallerin oluşumuna yol açar.
Bu radikaller birbirleriyle etkileşime girerek bir hidrojen atomu alışverişi yaparak bir alkan molekülü ve bir alken molekülü oluşturur:
Termal ayrışma reaksiyonları, endüstriyel hidrokarbon parçalama işleminin temelini oluşturur. Bu işlem petrol rafinasyonunun en önemli aşamasıdır.
3. Piroliz. Metan 1000 °C sıcaklığa ısıtıldığında metan pirolizi başlar - basit maddelere ayrışma: 
1500 °C sıcaklığa ısıtıldığında asetilen oluşumu mümkündür:
4. İzomerizasyon. Doğrusal hidrokarbonlar bir izomerizasyon katalizörü (alüminyum klorür) ile ısıtıldığında, dallanmış karbon iskeletine sahip maddeler oluşur: 
5. Aromatizasyon. Zincirde altı veya daha fazla karbon atomu bulunan alkanlar, benzen ve türevlerini oluşturmak üzere bir katalizör varlığında siklikleşir: 
Alkan moleküllerindeki tüm karbon atomları sp3 hibridizasyonu durumunda olduğundan alkanlar serbest radikal mekanizmasına göre ilerleyen reaksiyonlara girerler. Bu maddelerin molekülleri, kovalent polar olmayan C-C (karbon-karbon) bağları ve zayıf polar C-H (karbon-hidrojen) bağları kullanılarak oluşturulur. Elektron yoğunluğunun arttığı veya azaldığı alanlar, kolayca polarize olabilen bağlar, yani elektron yoğunluğunun dış faktörlerin etkisi altında (iyonların elektrostatik alanları) değişebileceği bağlar içermezler. Sonuç olarak alkan moleküllerindeki bağlar heterolitik mekanizma tarafından kırılmadığından alkanlar yüklü parçacıklarla reaksiyona girmeyecektir. 
Alkanların kimyasal özellikleri
Alkanlar (parafinler), moleküllerindeki tüm karbon atomlarının yalnızca tekli bağlarla bağlandığı siklik olmayan hidrokarbonlardır. Başka bir deyişle alkan moleküllerinde çoklu (ikili veya üçlü) bağ yoktur. Aslında alkanlar, mümkün olan maksimum sayıda hidrojen atomu içeren hidrokarbonlardır ve bu nedenle bunlara sınırlayıcı (doymuş) denir.
Doyma nedeniyle alkanlar katılma reaksiyonlarına giremezler.
Karbon ve hidrojen atomlarının oldukça yakın elektronegatifliğe sahip olması, moleküllerindeki C-H bağlarının son derece düşük kutuplu olmasına yol açar. Bu bakımdan alkanlar için S R sembolüyle gösterilen radikal ikame mekanizması yoluyla ilerleyen reaksiyonlar daha tipiktir.
1. Yer değiştirme reaksiyonları
Bu tür reaksiyonlarda karbon-hidrojen bağları kırılır.
RH + XY → RX + HY
Halojenasyon
Alkanlar, ultraviyole ışığa veya yüksek ısıya maruz kaldıklarında halojenlerle (klor ve brom) reaksiyona girer. Bu durumda, değişen derecelerde hidrojen atomu ikamesine sahip halojen türevlerinin bir karışımı oluşur - mono-, ditri-, vb. halojenle ikame edilmiş alkanlar.
Örnek olarak metanı kullanırsak şuna benzer:
Reaksiyon karışımındaki halojen/metan oranını değiştirerek, ürünlerin bileşiminde metan'ın belirli bir halojen türevinin baskın olmasını sağlamak mümkündür.
Reaksiyon mekanizması
Metan ve klorun etkileşimi örneğini kullanarak serbest radikal ikame reaksiyonunun mekanizmasını analiz edelim. Üç aşamadan oluşur:
- Başlatma (veya zincir çekirdeklenmesi), harici enerjinin (UV ışığı veya ısıtma ile ışınlama) etkisi altında serbest radikallerin oluşma sürecidir. Bu aşamada, klor molekülü, serbest radikallerin oluşumuyla Cl-Cl bağının homolitik bölünmesine uğrar:
Serbest radikaller, yukarıdaki şekilde görülebileceği gibi, bir veya daha fazla eşleşmemiş elektrona (Cl, H, CH3, CH2, vb.) sahip atomlar veya atom gruplarıdır;
2. Zincir geliştirme
Bu aşama aktif serbest radikallerin aktif olmayan moleküllerle etkileşimini içerir. Bu durumda yeni radikaller oluşur. Özellikle klor radikalleri alkan molekülleri üzerinde etki ettiğinde bir alkil radikali ve hidrojen klorür oluşur. Buna karşılık, alkil radikali, klor molekülleriyle çarpışarak bir klor türevi ve yeni bir klor radikali oluşturur:
3) Devrenin kopması (ölümü):
İki radikalin birbirleriyle inaktif moleküller halinde rekombinasyonu sonucu oluşur:
2. Oksidasyon reaksiyonları
Normal koşullar altında alkanlar, konsantre sülfürik ve nitrik asitler, potasyum permanganat ve dikromat (KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7) gibi güçlü oksitleyici maddelere karşı etkisizdir.
Oksijende yanma
A) Aşırı oksijenle tam yanma. Karbondioksit ve su oluşumuna yol açar:
CH4 + 2O2 = C02 + 2H2O
B) oksijen eksikliği nedeniyle eksik yanma:
2CH4 + 3O2 = 2CO + 4H2O
CH4 + O2 = C + 2H2O
Oksijenle katalitik oksidasyon
Alkanların katalizör varlığında oksijenle (~200 o C) ısıtılması sonucunda bunlardan çok çeşitli organik ürünler elde edilebilir: aldehitler, ketonlar, alkoller, karboksilik asitler.
Örneğin metan, katalizörün yapısına bağlı olarak metil alkol, formaldehit veya formik asit halinde oksitlenebilir:
3. Alkanların termal dönüşümleri
Çatlama
Çatlama (İngilizce'den çatlamaya - yırtılmaya), yüksek sıcaklıklarda meydana gelen, bunun sonucunda alkan moleküllerinin karbon iskeletinin, orijinal alkanlara göre daha düşük moleküler ağırlığa sahip alken molekülleri ve alkanların oluşmasıyla parçalanması sonucu oluşan kimyasal bir işlemdir. . Örneğin:
CH3 -CH2 -CH2 -CH2 -CH2 -CH2 -CH3 → CH3 -CH2 -CH2 -CH3 + CH3 -CH=CH2
Çatlama termal veya katalitik olabilir. Katalitik parçalamayı gerçekleştirmek için katalizör kullanımı sayesinde termal parçalamaya kıyasla önemli ölçüde daha düşük sıcaklıklar kullanılır.
Dehidrojenasyon
Hidrojenin ortadan kaldırılması, C-H bağlarının bölünmesinin bir sonucu olarak meydana gelir; yüksek sıcaklıklarda katalizörlerin varlığında gerçekleştirilir. Metanın hidrojeni giderildiğinde asetilen oluşur:
2CH4 → C2H2 + 3H2
Metanın 1200 °C'ye ısıtılması, metanın basit maddelere ayrışmasına yol açar:
CH 4 → C + 2H 2
Kalan alkanlar dehidrojene edildiğinde alkenler oluşur:
C 2 H 6 → C 2 H 4 + H 2
Hidrojen giderirken N-butan, buten-1 ve buten-2 oluşur (ikincisi formdadır) cis- Ve trans-izomerler):
Dehidrosiklizasyon
İzomerizasyon
Sikloalkanların kimyasal özellikleri
Halkalarında dörtten fazla karbon atomu bulunan sikloalkanların kimyasal özellikleri genel olarak alkanların özellikleriyle hemen hemen aynıdır. İşin garibi, siklopropan ve siklobütan, ekleme reaksiyonları ile karakterize edilir. Bunun nedeni döngü içindeki yüksek gerilimdir ve bu döngülerin kırılma eğiliminde olmasına neden olur. Dolayısıyla siklopropan ve siklobutan kolayca brom, hidrojen veya hidrojen klorür ekler:
Alkenlerin kimyasal özellikleri
1. İlave reaksiyonları
Alken moleküllerindeki çift bağ, bir güçlü sigma ve bir zayıf pi bağından oluştuğundan, kolayca katılma reaksiyonlarına girebilen oldukça aktif bileşiklerdir. Alkenler genellikle soğukta, sulu çözeltilerde ve organik çözücülerde, ılımlı koşullar altında bile bu tür reaksiyonlara girerler.
Alkenlerin hidrojenasyonu
Alkenler, katalizörlerin (platin, paladyum, nikel) varlığında hidrojen ekleyebilmektedir:
CH3 -CH = CH2 + H2 → CH3 -CH2 -CH3
Alkenlerin hidrojenasyonu normal basınçta ve hafif ısıtmada bile kolayca meydana gelir. İlginç bir gerçek şu ki, aynı katalizörler alkanların alkenlere dehidrojenasyonu için kullanılabilir, yalnızca dehidrojenasyon işlemi daha yüksek sıcaklıkta ve daha düşük basınçta gerçekleşir.
Halojenasyon
Alkenler, hem sulu çözeltilerde hem de organik çözücülerde brom ile kolayca katılma reaksiyonlarına girerler. Etkileşim sonucunda başlangıçta sarı brom çözeltileri rengini kaybeder, yani. rengi bozulur.
CH2 =CH2 + Br2 → CH2Br-CH2Br
Hidrohalojenasyon
Görülmesi kolay olduğu gibi, simetrik olmayan bir alken molekülüne hidrojen halojenürün eklenmesi teorik olarak iki izomerin karışımına yol açmalıdır. Örneğin propene hidrojen bromür eklendiğinde aşağıdaki ürünler elde edilmelidir:
Bununla birlikte, belirli koşulların yokluğunda (örneğin, reaksiyon karışımında peroksitlerin varlığı), bir hidrojen halojenür molekülünün eklenmesi, Markovnikov kuralına uygun olarak kesinlikle seçici olarak gerçekleşecektir:
Bir alkene hidrojen halojenürün eklenmesi, daha fazla sayıda hidrojen atomuna sahip (daha fazla hidrojenlenmiş) bir karbon atomuna bir hidrojen eklenecek ve daha az sayıda hidrojen içeren bir karbon atomuna bir halojen eklenecek şekilde gerçekleşir. atomlar (daha az hidrojenlenmiş).
Hidrasyon
Bu reaksiyon alkol oluşumuna yol açar ve aynı zamanda Markovnikov kuralına göre ilerler:
Kolayca tahmin edebileceğiniz gibi, bir alken molekülüne su eklenmesi Markovnikov kuralına göre gerçekleştiğinden, birincil alkol oluşumu yalnızca etilen hidrasyonu durumunda mümkündür:
CH2 =CH2 + H20 → CH3-CH2-OH
Büyük ölçekli endüstride etil alkolün büyük bir kısmı bu reaksiyon yoluyla gerçekleştirilir.
Polimerizasyon
Ekleme reaksiyonunun özel bir durumu, halojenasyon, hidrohalojenasyon ve hidrasyondan farklı olarak serbest radikal mekanizması yoluyla ilerleyen polimerizasyon reaksiyonudur:
Oksidasyon reaksiyonları
Diğer tüm hidrokarbonlar gibi alkenler de oksijen içinde kolaylıkla yanarak karbondioksit ve su oluştururlar. Alkenlerin aşırı oksijende yanmasına ilişkin denklem şu şekildedir:
C n H 2n + (3/2) nO 2 → nCO2 + nH2 O
Alkanların aksine alkenler kolayca oksitlenir. Alkenler sulu bir KMnO4 çözeltisine maruz bırakıldığında, organik madde moleküllerindeki çift ve üçlü CC bağlarına niteliksel bir reaksiyon olan renk değişikliği meydana gelir.
Alkenlerin nötr veya hafif alkali bir çözelti içinde potasyum permanganat ile oksidasyonu diollerin (dihidrik alkoller) oluşumuna yol açar:
C2H4 + 2KMnO4 + 2H2O → CH2OH–CH2OH + 2MnO2 + 2KOH (soğutma)
Asidik ortamda çift bağ tamamen kırılır ve çift bağı oluşturan karbon atomları karboksil gruplarına dönüşür:
5CH 3 CH=CHCH 2 CH 3 + 8KMnO 4 + 12H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5C 2 H 5 COOH + 8MnSO 4 + 4K 2 SO 4 + 17H 2 O (ısıtma)
Çift C=C bağı alken molekülünün ucunda bulunuyorsa, çift bağdaki en dıştaki karbon atomunun oksidasyonunun bir ürünü olarak karbondioksit oluşur. Bunun nedeni, ara oksidasyon ürünü olan formik asidin, aşırı oksitleyici madde içinde kendisini kolayca oksitlemesidir:
5CH 3 CH=CH 2 + 10KMnO 4 + 15H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5CO 2 + 10MnSO 4 + 5K 2 SO 4 + 20H 2 O (ısıtma)
Çift bağdaki C atomunun iki hidrokarbon ikame edicisi içerdiği alkenlerin oksidasyonu bir keton üretir. Örneğin 2-metilbüten-2'nin oksidasyonu aseton ve asetik asit üretir.
Karbon iskeletinin çift bağda kırıldığı alkenlerin oksidasyonu, yapılarını belirlemek için kullanılır.
Alkadienlerin kimyasal özellikleri
İlave reaksiyonları
Örneğin halojenlerin eklenmesi:
Bromlu suyun rengi değişir.
Normal koşullar altında, 1,3-butadien molekülünün uçlarında halojen atomlarının eklenmesi meydana gelir, π bağları kırılırken, ekstrem karbon atomlarına brom atomları eklenir ve serbest valanslar yeni bir π bağı oluşturur. . Böylece çift bağda bir "hareket" meydana gelir. Bromun fazla olması durumunda oluşan çift bağın bulunduğu yere başka bir molekül eklenebilir.
Polimerizasyon reaksiyonları
Alkinlerin kimyasal özellikleri
Alkinler doymamış (doymamış) hidrokarbonlardır ve bu nedenle katılma reaksiyonlarına girebilmektedirler. Alkinlerin katılma reaksiyonları arasında elektrofilik katılma en yaygın olanıdır.
Halojenasyon
Alkin moleküllerinin üçlü bağı bir güçlü sigma bağı ve iki zayıf pi bağından oluştuğu için bir veya iki halojen molekülünü bağlayabilirler. İki halojen molekülünün bir alkin molekülüne eklenmesi, elektrofilik bir mekanizma yoluyla ardışık olarak iki aşamada ilerler:
Hidrohalojenasyon
Hidrojen halojenür moleküllerinin eklenmesi de elektrofilik bir mekanizma yoluyla ve iki aşamada gerçekleşir. Her iki aşamada da katılım Markovnikov kuralına göre ilerliyor:
Hidrasyon
Alkinlere suyun eklenmesi, asidik bir ortamda ruti tuzlarının varlığında meydana gelir ve Kucherov reaksiyonu olarak adlandırılır.
Hidrasyon sonucunda asetilene su ilavesi asetaldehit (asetik aldehit) üretir:
Asetilen homologları için su eklenmesi keton oluşumuna yol açar:
Alkinlerin hidrojenasyonu
Alkinler hidrojenle iki aşamada reaksiyona girer. Katalizör olarak platin, paladyum ve nikel gibi metaller kullanılır:
Alkinlerin trimerizasyonu
Asetilen yüksek sıcaklıkta aktif karbonun üzerinden geçirildiğinde, esas olarak asetilen trimerizasyonunun bir ürünü olan benzen olan çeşitli ürünlerden oluşan bir karışım oluşur:
Alkinlerin dimerizasyonu
Asetilen ayrıca bir dimerizasyon reaksiyonuna da uğrar. İşlem, katalizör olarak bakır tuzlarının varlığında gerçekleşir:
Alkin oksidasyonu
Alkinler oksijende yanar:
C nH 2n-2 + (3n-1)/2 O 2 → nCO2 + (n-1)H 2 O
Alkinlerin bazlarla reaksiyonu
Molekül ucunda üçlü C≡C bulunan alkinler, diğer alkinlerden farklı olarak üçlü bağdaki hidrojen atomunun bir metalle yer değiştirdiği reaksiyonlara girebilmektedir. Örneğin asetilen, sıvı amonyakta sodyum amid ile reaksiyona girer:
HC≡CH + 2NaNH2 → NaC≡CNa + 2NH3,
ve ayrıca gümüş oksitin amonyak çözeltisiyle asetilenitler adı verilen çözünmeyen tuz benzeri maddeler oluşturur:
Bu reaksiyon sayesinde, terminal üçlü bağa sahip alkinleri tanımak ve ayrıca böyle bir alkini diğer alkinlerle karışımdan izole etmek mümkündür.
Tüm gümüş ve bakır asetilenitlerin patlayıcı madde olduğu unutulmamalıdır.
Asetilenidler, üçlü bağa sahip daha karmaşık organik bileşiklerin sentezinde kullanılan halojen türevleriyle reaksiyona girebilir:
CH3 -C≡CH + NaNH2 → CH3 -C≡CNa + NH3
CH3 -C≡CNa + CH3Br → CH3 -C≡C-CH3 + NaBr
Aromatik hidrokarbonların kimyasal özellikleri
Bağın aromatik yapısı benzenlerin ve diğer aromatik hidrokarbonların kimyasal özelliklerini etkiler.
Birleşik 6pi elektron sistemi sıradan pi bağlarından çok daha kararlıdır. Bu nedenle aromatik hidrokarbonlar için ekleme reaksiyonlarından ziyade ikame reaksiyonları daha tipiktir. Arenler elektrofilik bir mekanizma yoluyla ikame reaksiyonlarına girerler.
İkame reaksiyonları
Halojenasyon
nitrasyon
Nitratlama reaksiyonu en iyi şekilde saf nitrik asidin değil, bunun konsantre sülfürik asitle olan karışımının, yani nitratlama karışımının etkisi altında ilerler:
alkilasyon
Aromatik halkadaki hidrojen atomlarından birinin bir hidrokarbon radikaliyle yer değiştirdiği reaksiyon:
Halojenlenmiş alkanların yerine alkenler de kullanılabilir. Katalizör olarak alüminyum halojenürler, ferrik halojenürler veya inorganik asitler kullanılabilir.<
İlave reaksiyonları
Hidrojenasyon
Klor ilavesi
Ultraviyole ışıkla yoğun ışınlama üzerine radikal bir mekanizma yoluyla ilerler:
Benzer bir reaksiyon yalnızca klor ile meydana gelebilir.
Oksidasyon reaksiyonları
Yanma
2C 6 H 6 + 15O 2 = 12CO 2 + 6H 2 O + Q
Eksik oksidasyon
Benzen halkası, KMnO4 ve K2Cr207 gibi oksitleyici maddelere karşı dayanıklıdır. Hiçbir tepki yok.
Benzen halkasındaki ikame ediciler iki türe ayrılır:
Örnek olarak tolueni kullanarak benzen homologlarının kimyasal özelliklerini ele alalım.
Tolüenin kimyasal özellikleri
Halojenasyon
Toluen molekülünün benzen ve metan moleküllerinin parçalarından oluştuğu düşünülebilir. Bu nedenle, toluenin kimyasal özelliklerinin, ayrı ayrı ele alınan bu iki maddenin kimyasal özelliklerini bir dereceye kadar birleştirmesi gerektiğini varsaymak mantıklıdır. Bu genellikle halojenlenmesi sırasında gözlemlenen şeydir. Benzen'in elektrofilik bir mekanizma yoluyla klor ile ikame reaksiyonuna girdiğini zaten biliyoruz ve bu reaksiyonu gerçekleştirmek için katalizörlerin (alüminyum veya ferrik halojenürler) kullanılması gereklidir. Aynı zamanda metan da klor ile reaksiyona girebilir, ancak bu, başlangıç reaksiyon karışımının UV ışığı ile ışınlanmasını gerektiren bir serbest radikal mekanizması yoluyla gerçekleşir. Toluen, klorlamaya tabi tutulduğu koşullara bağlı olarak, benzen halkasındaki hidrojen atomlarının ikame ürünlerini verebilir - bunun için benzenin klorlanmasıyla aynı koşulları veya hidrojen ikame ürünlerini kullanmanız gerekir. Metil radikalindeki atomlar, eğer öyleyse, klorun ultraviyole ışınlama altında metan üzerinde nasıl etki ettiği:
Gördüğünüz gibi, tolüenin alüminyum klorür varlığında klorlanması iki farklı ürüne yol açtı: orto- ve para-klorotoluen. Bunun nedeni metil radikalinin birinci türden bir ikame edici olmasıdır.
Tolüenin AlCl3 varlığında klorlanması aşırı klorla gerçekleştirilirse, trikloro ikameli toluenin oluşumu mümkündür:
Benzer şekilde, toluen ışıkta daha yüksek bir klor/toluen oranında klorlandığında, diklorometilbenzen veya triklorometilbenzen elde edilebilir:
nitrasyon
Tolüenin konsantre nitrik ve sülfürik asit karışımı ile nitrasyonu sırasında hidrojen atomlarının bir nitro grubu ile değiştirilmesi, metil radikalinden ziyade aromatik halkada ikame ürünlerinin oluşmasına yol açar:
alkilasyon
Daha önce de belirtildiği gibi, metil radikali birinci türden bir yönlendirme maddesidir, dolayısıyla Friedel-Crafts'a göre alkilasyonu orto ve para pozisyonlarında ikame ürünlerine yol açar:
İlave reaksiyonları
Toluen, metal katalizörler (Pt, Pd, Ni) kullanılarak metilsikloheksana hidrojenlenebilir:
C6H5CH3 + 9O2 → 7CO2 + 4H2O
Eksik oksidasyon
Sulu potasyum permanganat çözeltisi gibi oksitleyici bir maddeye maruz kaldığında yan zincir oksidasyona uğrar. Aromatik çekirdek bu koşullar altında oksitlenemez. Bu durumda çözeltinin pH'ına bağlı olarak ya bir karboksilik asit ya da bunun tuzu oluşacaktır.