АЛИФАТНИ ВЪГЛЕВОДОРОДИ: СВОЙСТВА, НОМЕНКЛАТУРА, РЕАКЦИИ, ВИДОВЕ - ХИМИЯ - 2025

На алифатни въглеводороди са тези липсва ароматност, не в обонятелната смисъл, но по отношение на химическата стабилност. Класифицирането на въглеводороди по този начин в днешно време е твърде нееднозначно и неточно, тъй като не прави разлика между различни видове въглеводороди, които не са ароматни.

По този начин имаме алифатни въглеводороди и ароматни въглеводороди. Последните се разпознават по основната им единица: бензолният пръстен. Останалите, от друга страна, могат да възприемат всяка молекулна структура: линейна, разклонена, циклична, ненаситена, полициклична; стига да нямат конюгирани системи като бензол.

Течното гориво в запалките се състои от смес от алифатни въглеводороди. Източник: Pixnio.

Терминът „алифатен“ е роден от гръцката дума „aleiphar“, която означава мазнина, използвана също за означаване на масла. Следователно през 19 век тази класификация е причислена към въглеводородите, получени от маслени екстракти; докато ароматните въглеводороди се извличат от дървесни и ароматни смоли.

Въпреки това, тъй като основите на органичната химия се консолидираха, беше открито, че има химическо свойство, което диференцира въглеводородите, дори по-важно от естествените им източници: ароматност (а не аромат).

По този начин алифатните въглеводороди престават да бъдат само тези, получени от мазнини, за да бъдат всички тези, които нямат ароматност. В рамките на това семейство имаме алкани, алкени и алкини, независимо дали са линейни или циклични. Ето защо „алифатичен“ се счита за неточен; въпреки че е полезно да се разгледа някои общи аспекти.

Например, когато казвате алифатни „краища“ или „вериги“, имате предвид молекулярните региони, където ароматните пръстени отсъстват. От всички алифатни въглеводороди, най-простите по дефиниция е метан, CH ₄; докато бензолът е най-простият от ароматните въглеводороди.

Свойства на алифатни въглеводороди

Свойствата на алифатните въглеводороди варират в различна степен в зависимост от това кои се считат. Има такива с ниска и висока молекулна маса, както и линейни, разклонени, циклични или полициклични, дори такива с невероятни триизмерни структури; както при кубинците, с форма на куб.

Има обаче някои общи положения, които могат да бъдат споменати. Повечето алифатни въглеводороди са хидрофобни и неполярни газове или течности, някои от които са по-неполярни от други, тъй като дори тези, в чиито въглеродни вериги съдържат халоген, кислород, азот или сяра, са включени в списъка.

По същия начин те са запалими съединения, тъй като са чувствителни към окисляване във въздуха с минимален източник на топлина. Тази характеристика става по-опасна, ако добавим нейната висока летливост, поради слабите дисперсивни взаимодействия, които държат алифатни молекули заедно.

Това виждаме например в бутан, газ, който може да се втечни сравнително лесно като пропан. И двете са силно летливи и запалими, което ги прави активни компоненти в газовите или джобните запалки.

Разбира се, тази променливост има тенденция да намалява с увеличаване на молекулната маса и въглеводородът създава все по-вискозни и мазни течности.

номенклатура

Номенклатурата на въглеводородите се различава дори повече от техните свойства. Ако те са алкани, алкени или алкини, се спазват същите правила, предвидени от IUPAC: изберете най-дългата верига, присвоявайки най-ниските показатели на най-заместения край или на най-реактивните хетероатоми или групи.

По този начин се знае на кой въглерод се намира всеки заместител или дори ненаситените (двойни или тройни връзки). В случай на циклични въглеводороди, името се предхожда от заместителите, изброени по азбучен ред, последвано от думата „цикъл“, като се отчитат въглеродните числа, които го съдържат.

Например, помислете за следните два циклохексана:

Два циклохексана, които са класифицирани като алифатни въглеводороди. Източник: Габриел Боливар.

Циклохексан А се нарича 1,4-диметилциклохексан. Ако пръстенът беше пет въглерода, той би бил 1,4-диметилциклопентан. Междувременно циклохексан В се нарича 1,2,4-триметилциклохексан, а не 1,4,6-циклохексан, тъй като се стреми да използва най-ниските показатели.

Сега номенклатурата може да стане много сложна за въглеводороди с причудливи структури. За тях има по-специфични правила, които трябва да бъдат обяснени отделно и внимателно; точно като диени, терпени, полиени и полициклични съединения.

реакции

горене

За щастие реакциите са по-малко разнообразни за тези въглеводороди. Едно от тях вече беше споменато: те изгарят лесно, произвеждайки въглероден диоксид и вода, както и други оксиди или газове в зависимост от наличието на хетероатоми (Cl, N, P, O и др.). CO ₂ и H ₂ O обаче са основните продукти на горенето.

допълнение

Ако те представляват ненасищане, те могат да преминат реакции на добавяне; това означава, че те включват малки молекули в гръбнака си като заместители, следвайки специфичен механизъм. Сред тези молекули трябва вода, водород и халогени (F ₂, Cl ₂, Br ₂ и I ₂).

Халогени

От друга страна, алифатните въглеводороди при честотата на ултравиолетовото лъчение (hv) и топлината могат да прекъснат CH връзките, за да ги променят за CX връзки (CF, C-Cl и др.). Това е реакцията на халогениране, която се наблюдава при много късоверижни алкани, като метан или пентан.

крекинг

Друга реакция, на която могат да бъдат подложени алифатни въглеводороди, особено алкани с дълги вериги, е термично напукване. Състои се от доставяне на интензивна топлина, така че топлинната енергия да разрушава постоянните връзки и по този начин малки молекули, по-високо ценени на пазара на гориво, се формират от големи молекули.

Четирите реакции по-горе са основните, които могат да претърпят алифатен въглеводород, като изгарянето е най-важното от всички, тъй като не дискриминира никое съединение; всички ще изгорят в присъствието на кислород, но не всички ще добавят молекули или ще се разпаднат на малки молекули.

Видове

Алифатните въглеводороди групират безброй съединения, които от своя страна са класифицирани по по-специфичен начин, посочвайки степента на техните ненаситености, както и вида на структурата, която имат.

Според това колко ненаситени са, имаме алкани (наситени), алкени и алкини (ненаситени).

Алканите се характеризират с това, че имаме единични СС връзки, докато при алкени и алкини наблюдаваме съответно С = С и ССС връзки. Много общ начин да ги визуализирате е да мислите за въглеродните скелети на алканите като зигзагообразни и огънати вериги, които са „квадратчета“ за алкени и „прави линии“ за алкини.

Това се дължи на факта, че двойните и тройните връзки представляват енергийно и стерично ограничение при въртенето им, "втвърдявайки" структурите им.

Алканите, алкените и алкините могат да бъдат разклонени, циклични или полициклични. Ето защо циклоалканите, циклоалкените, циклоалкините и съединения като декалин (с бицикло структура), адамантан (подобен на бейзболна капачка), хептален, гонан, се считат за алифатни въглеводороди.

Други видове въглеводороди възникват от алкени, като диени (с две двойни връзки), полиени (с много редуващи се двойни връзки) и терпени (съединения, получени от изопрен, диен).

Приложения

Отново, употребата на тези въглеводороди може да варира в зависимост от това, кой се счита. В секциите за свойства и реакции обаче стана ясно, че всички те изгарят, не само да отделят газообразни молекули, но и светлина и топлина. По този начин те са резервоари за енергия, полезни да служат като горива или топлинни източници.

Ето защо те се използват като част от състава на бензин, за природен газ, в горелки Bunsen и като цяло, за да могат да започват пожари.

Един от най-забележителните примери е ацетиленът, HC≡CH, чието изгаряне позволява да се възбуждат металните йони на пробата в атомно-абсорбционната спектрометрия, проведена в аналитични тестове. Също така полученият огън може да се използва за заваряване.

Течните алифатни въглеводороди, като парафини, често се използват като екстракционни разтворители за мазнини. В допълнение, неговото разтворително действие може да се използва за отстраняване на петна, емайли, бои или просто за приготвяне на разтвори от определено органично съединение.

Тези с най-висока молекулна маса, независимо дали е вискозна или твърда, се използват за производството на смоли, полимери или лекарства.

Що се отнася до термина „алифатен“, той често се използва за означаване на тези региони, в макромолекула, които нямат ароматност. Например, асфалтените се описват повърхностно като ароматно ядро ​​с алифатни вериги.

Примери

В началото се казваше, че метанът е най-простият от алифатните въглеводороди. Това е последвано от пропан, СН _3, СН ₂ СН ₃, бутан, СН _3, СН ₂ СН ₂ СН ₃, пентан, СН _3, СН ₂ СН ₂ СН ₂ СН ₃, октан, нонан, декан, и така нататък, като алкани всеки път повече време.

Същото важи и за етилен, CH ₂ = CH ₂, пропен, СН _3, СН = СН ₂, бутен, СН _3, СН ₂ СН = СН ₃, и за остатъка от алкини. Ако има две двойни връзки, те са диени, а ако има повече от две, полиени. По същия начин може да има двойни и тройни връзки в един и същи скелет, увеличавайки структурната сложност.

Сред циклоалканите можем да споменем циклопропан, циклобутан, циклопентан, циклохексан, циклохептан, циклооктан, както и циклохексен и циклохексин. Разклонените производни от своя страна се получават от всички тези въглеводороди, като наличните примери (като 1,4-диметилциклохексан) се умножават още повече.

От най-представителните терпени имаме лимонен, ментол, пинен, витамин А, сквален и др. Полиетилен е полимер с наситен -CH ₂ -СН ₂ - единици, така че е също един пример от тези въглеводороди. Други примери вече са цитирани в предишните раздели.

Препратки

1. Morrison, RT и Boyd, R, N. (1987). Органична химия. 5-то издание. Редакция Addison-Wesley Interamericana.
2. Кери Ф. (2008). Органична химия. (Шесто издание). Mc Graw Hill.
3. Греъм Соломон TW, Craig B. Fryhle. (2011 г.). Органична химия. Амини. (10-то издание.) Wiley Plus.
4. Хелменстин, Ан Мари, доктор на науките (22 август 2019 г.). Определение на алифатен въглеводород. Възстановено от: thinkco.com
5. Wikipedia. (2019). Алифатно съединение. Възстановено от: en.wikipedia.org
6. Химия LibreTexts. (20 август 2019 г.). Алифатни въглеводороди. Възстановено от: chem.libretexts.org
7. Елизабет Уайман. (2019). Алифатни въглеводороди: Определение и свойства. Изследване. Възстановено от: study.com