Органикалық заттардың классификациясы және номенклатурасы (тривиальды және халықаралық). Органикалық заттардың жіктелуі және номенклатурасы (тривиальды және халықаралық) Қышқылдар және олардың қасиеттері
Мұнайдың дистилляттық және қалдық фракцияларында әртүрлі құрылымдағы және молекулалық салмақтағы гетероорганикалық қосылыстар (күкірт, оттегі және азот бар) әртүрлі пропорцияда болады. Әсіресе, негізгі бөлігін шайырлы-асфальттенді заттар құрайтын жоғары молекулалы гетероорганикалық қосылыстардың табиғаты мен құрамын зерттеу қиын. Жалғыз жұп электрондардың арқасында күкірттің, оттегінің және азоттың гетероатомдары мұнай жүйелеріндегі ассоциациялардың түзілуінде үйлестіруші орталық қызметін атқара алады.
Күкірт қосылыстарыгаз конденсаты мен мұнай жүйелерінің гетероатомды компоненттерінің ең өкілді тобына жатады. Мұнай-газ жүйелеріндегі күкірттің жалпы мөлшері кең ауқымда өзгереді: пайыздың жүзден бір бөлігінен 6-8% (мас.) немесе одан да көп. Жалпы күкірттің жоғары мөлшері Астрахань, Қарашығанақ (0,9%) және басқа кен орындарының газ конденсаттарына тән. Кейбір майлардағы күкіртті қосылыстардың мөлшері 40% жетеді (мас.) және одан да жоғары, кейбір жағдайларда мұнай толығымен дерлік солардан тұрады. Көбінесе CAB-де шоғырланған басқа гетероатомдардан айырмашылығы, күкірттің едәуір бөлігі дистиллят фракцияларында болады. Әдетте, түзу фракциялардағы күкірт мөлшері олардың қайнау температурасы мен бастапқы мұнайдың жалпы күкірт мөлшері артқан сайын артады.
Құрамында күкірт бар бейорганикалық қосылыстардың (элементтік күкірт және күкіртсутек) аздаған мөлшері мұнай-газ жүйелерінде, сондай-ақ айдау және деструктивті өңдеу процестерінде басқа күкірті бар қосылыстардың ыдырауының қайталама өнімдері ретінде түзілуі мүмкін; Мұнайда кездесетін күкірті бар қосылыстардың ішінде мыналар анықталды (Ресей ҒА Тбилиси филиалы, Сібір бөлімшесінің Мұнай химиясы институтының мәліметтері бойынша).
1. Алифаттық, алициклды және ароматты тиолдар (меркаптандар) R-SH:
C 6 H 5 C n H 2 n +1 SH C n H 2 n +1 C 6 H 5 SH C 10 H 7 SH
ареноалканотиолдар тионафтолдар
2. Келесі негізгі типтердің тиоэфирлері (сульфидтері):
R-S-R" C 6 H 5 -S-C 6 H 5
тиалкандар, тиалкендер, тиалкиндер диарилсульфидтер
тиациклоалкандар алкиларил сульфидтер арилтиалкандар
(R, R»- қаныққан және қанықпаған алифатты көмірсутекті алмастырғыштар).
3. Диалкил дисульфидтері R-S-S-R", мұндағы R, R" алкил, циклоалкил немесе арыл алмастырғыштары.
4. Тиофендер және олардың туындылары, олардың ең маңыздылары мына аренотиофендер:
алкилбензотиофендер алкилбензонфтотиофендер алкилдибензотиофендер
Құрамында күкірт бар қосылыстардың әртүрлі топтарының мұнайлардағы және мұнай фракцияларында таралуы келесі заңдылықтарға бағынады.
Тиолдар барлық дерлік шикі мұнайларда кездеседі, әдетте шағын концентрацияда және құрамында күкірт бар қосылыстардың жалпы мөлшерінің 2-10% (мас.) құрайды. Газ конденсаттарында негізінен алифатты меркаптандар C 1 -C h болады. Кейбір мұнайлар мен газ конденсаттары және олардың фракциялары меркаптандардың табиғи концентраттары болып табылады, оларға мысал ретінде супер алып Каспий кен орнының бензин фракциялары жатады; жалпы күкірттің 1,24% (мас.), оның ішінде 0,97% меркаптан бар Орынбор кен орнының газ конденсатының 40-200°С фракциясы; жеңіл керосин фракциясы 120-280°С Теңіз мұнайы, құрамында күкірт бар қосылыстардың жалпы мөлшерінің 45-70% меркаптан күкірті бар. Сонымен қатар, Каспий өңірінің көмірсутегі шикізатындағы табиғи тиолдардың қоры олардың синтетикалық жолмен әлемдік өндіру деңгейіне сәйкес келеді. Табиғи тиолдар пестицидтерді синтездеу (симметриялық триазиндер негізінде) және сұйытылған газдарды иістеу үшін перспективалы шикізат болып табылады. Қазіргі уақытта Ресейдің одоризацияға арналған тиолдарға деген перспективалық сұранысы жылына 6 мың тоннаны құрайды.
Тиоэфирлер шикі мұнайдағы күкіртті қосылыстардың мөлшерінің 27%-ын құрайды, ал ауыр вакуумды газойльдерде 50%-ға дейін сульфидтің мөлшері төмен; Мұнай сульфидтерін оқшаулау әдістері күкірт атомының жалғыз жұп электрондарының акцептордың бос орбиталына ауысуы есебінен донор-акцепторлық типті күрделі қосылыстар түзу қабілетіне негізделген. Металл галогенидтері, галоалкил және галогендер электронды акцептор ретінде әрекет ете алады. Мұнай сульфидтерімен комплексті реакциялар, өкінішке орай, таңдамалы түрде жүрмейді; Кешендердің түзілуіне мұнайдың басқа гетероатомды компоненттері де қатысуы мүмкін.
Диалкилдисульфидтер шикі мұнайларда табылған жоқ, олар әдетте жұмсақ жағдайда меркаптандардың тотығуы кезінде түзіледі, сондықтан бензинде (15% дейін) болады; Майлардағы күкірті бар қосылыстардың негізгі үлесі стандартты әдістермен анықталмаған «қалдық» күкірт болып табылады. Оның құрамында тиофендер мен олардың туындылары басым, сондықтан бұрын «қалдық» күкірт «тиофен» деп аталды, бірақ теріс иондық масс-спектрометрияны қолдана отырып, одан бұрын анықталмаған сульфоксидтер, сульфондар және дисульфандар табылды. Бензин фракцияларында тиофен туындыларының мөлшері орташа және әсіресе жоғары қайнайтын фракцияларда күкірт бар қосылыстардың жалпы мөлшерінің 50-80% жетеді. Тиофен туындыларының салыстырмалы құрамы, әдетте, мұнай жүйесінің ароматтылық дәрежесіне сәйкес келеді. Құрамында күкірт бар қосылыстарды (әсіресе жоғары қайнайтын фракциялардан) бөліп алу кезінде туындайтын қиындықтар арендер мен тиофендердің химиялық қасиеттерінің ұқсастығынан туындайды. Олардың химиялық әрекетінің ұқсастығы ароматты секстеттен бұрын π-электрондық жүйеге күкірт гетероатомының қосылуы нәтижесінде пайда болатын тиофендер ароматтылығына байланысты. Мұның салдары мұнай тиофендерінің интенсивті молекулааралық әрекеттесулерге бейімділігінің жоғарылауы болып табылады.
Құрамында оттегі бар қосылыстармұнай жүйелерінде 0,1-1,0-ден 3,6%-ға дейін (мас.) болады. Дистилляциялық фракциялардың қайнау температурасының жоғарылауымен олардың мөлшері артады, ал оттегінің негізгі бөлігі шайырлы-асфальтиндік заттарда шоғырланады. Майлар мен дистилляттардың құрамында оттегі бар қосылыстар 20% дейін немесе одан да көп болады.
Олардың ішінде қышқыл және бейтарап табиғаттағы заттар дәстүрлі түрде ерекшеленеді. Қышқылдық компоненттерге карбон қышқылдары мен фенолдар жатады. Құрамында оттегі бар бейтарап қосылыстар кетондармен, қышқыл ангидридтерімен және амидтермен, күрделі эфирлермен, фуран туындыларымен, спирттермен және лактондармен ұсынылған.
Мұнайларда қышқылдардың болуы олардың көмірсутектермен салыстырғанда жоғары химиялық белсенділігіне байланысты ертеден ашылған. Олардың мұнайда ашылу тарихы мынадай. Жарықтандыру мақсатында жоғары сапалы керосин өндіру кезінде оны сілтімен (қышқылды-негізді тазарту) өңдеп, эмульгациялау қабілеті жоғары заттардың түзілуі байқалды. Кейіннен эмульгаторлар дистиллят фракцияларының құрамындағы қышқылдардың натрий тұздары екені белгілі болды. Сілтілердің сулы және спирттік ерітінділерімен экстракциялау әлі күнге дейін майлардан қышқыл компоненттерді алудың классикалық әдісі болып табылады. Қазіргі уақытта қышқылдар мен фенолдарды бөліп алу әдістері де олардың функционалды топтарының (карбоксил және гидроксил) кейбір реагентпен әрекеттесуіне негізделген.
Карбон қышқылдары – құрамында оттегі бар мұнай қосылыстарының ең көп зерттелген класы. Мұнай қышқылдарының фракциялық құрамы шектен тыс тәуелділікке байланысты өзгереді, оның максимумы, әдетте, жеңіл және орташа мұнай фракцияларына келеді. Хроматография-масс-спектрометрия көмегімен мұнай қышқылдарының әртүрлі түрлері анықталды. Олардың көпшілігі бір негізді (RCOOH), мұнда R көмірсутекті және гетероорганикалық мұнай қосылыстарының кез келген дерлік фрагменті болуы мүмкін. Қышқылдар мен майлардың топтық құрамдары бір-біріне сәйкес келетіні бұрыннан белгілі: метандық мұнайларда алифаттық қышқылдар, нафтендік мұнайларда нафтендік және нафтеноароматтық қышқылдар басым. С 1-ден С 25-ке дейінгі сызықтық құрылымды, ал кейбіреулері тармақталған құрылымды алифатты қышқылдар ашылды. Оның үстіне мұнай қышқылдарында n-алкандық және тармақталған қышқылдардың қатынасы мұнайлардағы сәйкес көмірсутектердің қатынасымен сәйкес келеді.
Алифатикалық қышқылдар ең алдымен n-алкан қышқылдарымен ұсынылған. Тармақталған қышқылдардың ішінде негізгі тізбекте метил алмастырғышы барлары көбірек кездеседі. Осы түрдегі барлық төменгі изомерлер С7-ге дейін майларда кездеседі. Алифатикалық қышқылдардың тағы бір маңызды тобы изопреноидты құрылымды қышқылдар болып табылады, олардың ішінде пристандық (С 19) және фитаникалық (С 20) басым.
Алициклді (нафтенді) мұнай қышқылдары моноциклокарбон қышқылдары – циклопентан мен циклогексанның туындылары; полициклді сақиналарда 5 сақинаға дейін болуы мүмкін (Калифорниялық мұнай деректері). Моноциклді қышқыл молекулаларындағы СООН топтары сақинамен тікелей байланысқан немесе алифатты орынбасарлардың соңында орналасады. Сақинада үш (көбінесе метил) орынбасушы болуы мүмкін, олардың ең көп тараған орындары 1, 2; 13; 1, 2, 4; 1, 1, 3 және 1, 1, 2, 3.
Майлардан оқшауланған три-, тетра- және пентациклді қышқылдардың молекулалары негізінен бірге конденсацияланған циклогексан сақиналарынан құрастырылады.
Майларда циклогексан сақиналары бар гексоциклді нафтен қышқылдарының болуы анықталды. Майлардағы хош иісті қышқылдар бензой қышқылымен және оның туындыларымен ұсынылған. Майларда полициклді нафтеноароматты қышқылдардың көптеген гомологиялық қатарлары, ал Самотлор мұнайында моноароматты стероидты қышқылдар анықталды.
Құрамында оттегі бар қосылыстардан, мұнайдан қышқылдар ең жоғары беттік белсенділікпен сипатталады. Шайыры аз, сондай-ақ шайырлы майлардың беттік белсенділігі олардан қышқыл компоненттерді (қышқылдар мен фенолдар) алып тастағаннан кейін айтарлықтай төмендейтіні анықталды. Күшті қышқылдар мұнай ассоциацияларының түзілуіне қатысады, бұл олардың реологиялық қасиеттерін зерттеу арқылы көрсетілген.
Фенолдар қышқылдарға қарағанда әлдеқайда нашар зерттелген. Олардың Батыс Сібір кен орындарындағы мұнайлардағы мөлшері 40-тан 900 мг/л-ге дейін жетеді. Батыс Сібір мұнайларында фенолдардың концентрациясы С 6 ретімен жоғарылайды<С 7 << С 8 <С 9 . В нефтях обнаружены фенол, все крезолы, ксиленолы и отдельные изомеры С 9 . Установлено, что соотношение между фенолами и алкилфенолами колеблется в пределах от 1: (0,3-0,4) до 1: (350-560) и зависит от глубины залегания и возраста нефти. В некоторых нефтях идентифицирован β-нафтол. Высказано предположение о наличии соединений типа о-фенилфенолов, находящихся в нефтях в связанном состоянии из-за склонности к образованию внутримолекулярных водородных связей. При исследовании антиокислительной способности компонентов гетероор-ганических соединений нефти установлено, что концентраты фенольных соединений являются наиболее активными природными ингибиторами.
Калифорниялық майлардың құрамында оттегі бар бейтарап қосылыстарда барлық қарапайым алкил кетондар С3-С6, ацетофенон және оның нафтено- және арен-туындылары, флуоренон және оның жақын гомологтары табылды. Негізінен диалкил кетондардан тұратын Самотлор мұнайынан кетон концентратының шығымы 0,36% құрайды, ал кетонды экстракциялау дәрежесі небәрі 20% құрайды, бұл осы әдісті қолдану арқылы алынбайтын үлкен молекулалық массадағы кетондардың бар екендігін көрсетеді. Батыс Сібір майларындағы кетондарды зерттегенде олардың құрамында С 19 -С3 2 кетондары бар, алифатты кетондар метан майларында басым, ал нафтендік майларда цикландық және ароматты орынбасарлары бар екені анықталды.
Байланысқан кезде майлардың құрамында спирттер болады деп болжауға болады, олар күрделі эфирлердің бір бөлігін құрайды; Гетероорганикалық мұнай қосылыстарының ішінде оттегі бар қосылыстардың қарқынды молекулааралық әрекеттесулерге бейімділігі ең көп зерттелген.
Құрамында азот бар қосылыстарды зерттеу екі жолмен мүмкін болады – тікелей шикі мұнайда және оларды бөліп алып, бөліп алғаннан кейін. Бірінші әдіс азоты бар қосылыстарды табиғиға жақын күйде зерттеуге мүмкіндік береді, алайда бұл қосылыстардың төмен концентрациясына байланысты елеулі қателер болуы мүмкін. Екінші әдіс мұндай қателерді азайтуға мүмкіндік береді, бірақ бөлу және оқшаулау кезінде мұнайға химиялық әсер ету процесінде олардың құрылымының өзгеруі мүмкін. Мұнайдағы азотты қосылыстар негізінен циклді қосылыстармен ұсынылатыны анықталды. Құрамында азот бар алифатты қосылыстар тек деструктивті мұнай өңдеу өнімдерінде кездеседі, оларда азот гетероциклдерінің бұзылуы нәтижесінде түзіледі.
Құрамында азот бар барлық мұнай қосылыстары, әдетте, арендердің функционалды туындылары болып табылады, сондықтан оларға ұқсас молекулалық массалық үлестірімге ие. Дегенмен, арендерден айырмашылығы, құрамында азот бар қосылыстар жоғары қайнайтын мұнай фракцияларында шоғырланған және САБ-ның құрамдас бөлігі болып табылады. Мұнайдағы азот атомдарының 95%-ға дейіні шайырлар мен асфальтендерде шоғырланған. Шайырлар мен асфальтендерді оқшаулау кезінде тіпті салыстырмалы түрде төмен молекулалық азотты құрамдас қосылыстар олармен донорлық-акцепторлық комплекстер түрінде бірге тұнбаға түседі деген болжам бар.
Жалпы қабылданған қышқыл-негіздік классификацияға сәйкес құрамында азот бар қосылыстар бөлінедіазотты негіздер мен бейтарап қосылыстарда.
Құрамында азот бар негіздермұнай жүйелерінің құрамдас бөліктері арасында негізгі қасиеттердің бірден-бір тасымалдаушысы болып табылады. Сірке қышқылды ортада перхлор қышқылымен титрленген мұнайдағы құрамында азот бар негіздердің үлесі 10-нан 50%-ға дейін ауытқиды. Қазіргі уақытта мұнай мен мұнай өнімдерінде пиридин, хинолин және басқа негіздердің 100-ден астам алкил- және арен-конденсацияланған аналогтары анықталған.
Құрамында азоты бар күшті негіздік қосылыстар пиридиндермен және олардың туындыларымен ұсынылған:
Құрамында азоты бар әлсіз негіздік қосылыстарға пиррол сақинасында орынбасар ретінде алкил, циклоалкил және фенил топтары бар анилиндер, амидтер, имидтер және N-циклоалкил туындылары жатады:
Молекулаларында азот атомынан басқа гетероатомдарды қамтымайтын және мұнайдан оқшауланған бейтарап азотты құрамдас қосылыстарға индолдар, карбазолдар және олардың нафтендік және күкірті бар туындылары жатады:
Оқшауланған кезде құрамында азот бар бейтарап қосылыстар оттегі бар қосылыстармен ассоциация түзеді және құрамында азот бар негіздермен бірге экстракцияланады.
Жоғарыда аталған монофункционалды заттармен қатар, майларда келесі азотты қосылыстар анықталды:
1. Молекуласында екі азот атомы бар полиароматты:
2. Бір сақинада екі гетероатомы (азот пен күкірт) бар қосылыстар – тиазолдар мен бензотиазолдар және олардың алкил- және нафтендік гомологтары:
3. Әртүрлі сақинадағы азот пен күкірттің екі гетероатомы бар қосылыстар: тиофені бар алкил-, циклоалкилиндолдар және карбазолдар.
4. Пиперидондар мен хинолондар сияқты құрамында азот бар гетероциклдегі карбонил тобы бар қосылыстар:
5. Порфириндер. Төменде ванадил VO, никель және темір бар күрделі қосылыстар болып табылатын порфириндердің құрылымы қарастырылады.
Табиғи беттік белсенді заттар ретінде құрамында азот бар мұнай қосылыстарының маңызы өте үлкен, олар САБ-мен бірге сұйық беткейлердегі беттік белсенділікті және тау-мұнай, металл-мұнай интерфейстеріндегі мұнайдың сулану қабілетін анықтайды; Құрамында азот бар қосылыстар және олардың туындылары – пиридиндер, гидроксипиридиндер, хинолиндер, гидроксихинолиндер, имидазолиндер, оксазолиндер және т.б. – мұнай өндіру, тасымалдау және өңдеу кезінде металдардың коррозиясына қарсы ингибиторлық қасиетке ие табиғи мұнайда еритін БАЗ. Пирол, индол, карбазол, тиазолдар және амидтердің гомологтары сияқты құрамында азот бар мұнай қосылыстары беттік-активті қасиеттердің әлсіздігімен сипатталады.
шайыр-асфальтенді заттар (ТАКСИ). Гетероорганикалық жоғары молекулалық мұнай қосылыстарының ең өкілді топтарының бірі CAB болып табылады. САБ-тың тән белгілері – айтарлықтай молекулалық салмақтары, олардың құрамындағы әртүрлі гетероэлементтердің болуы, полярлығы, парамагнетизмі, магниттік резонанс пен ассоциацияға жоғары бейімділігі, полидисперстілігі және айқын коллоидты-дисперсті қасиеттердің көрінуі – әдістердің әдетте талдау кезінде пайдаланылған, қайнау деңгейі төмен компоненттерді зерттеуге жарамсыз болып шықты. Зерттелетін объектінің ерекшелігін ескере отырып, Сергиенко С.Р. 30 жылдан астам уақыт бұрын ол мұнай химиясының дербес саласы ретінде жоғары молекулалық мұнай қосылыстарының химиясын бөліп көрсетті және оның дамуына өзінің іргелі еңбектерімен үлкен үлес қосты.
60-70 жылдарға дейін зерттеушілер КАБ физика-химиялық сипаттамаларын анықтады (олардың кейбіреулері 2.4-кестеде келтірілген) және аспаптық құрылымдық талдау деректері негізінде асфальтендер мен шайырлардың орташа молекуласының құрылымдық формуласын ұсынуға тырысты.
Осындай әрекеттер бүгінде де жасалып жатыр. Әртүрлі отандық және шетелдік майлардың CAB үлгілері үшін маңызды шектерде өзгеретін элементтік құрамның, орташа молекулалық салмақтың, тығыздықтың, ерігіштіктің және т.б. мәндері табиғи майлардың әртүрлілігін көрсетеді. Мұнайда және барлық дерлік металдарда болатын гетероэлементтердің көпшілігі шайырлар мен асфальтендерде шоғырланған.
CAB құрамындағы азот негізінен пиридин (негізгі), пиррол (бейтарап) және порфирин (металл кешені) типтерінің гетероароматты бөліктерінде кездеседі. Күкірт гетероциклдердің (тиофен, тиациклан, тиазол), тиол топтары мен молекулаларды өзара байланыстыратын сульфидті көпірлердің құрамына кіреді. Шайырлар мен асфальтендердегі оттегі гидроксил (фенол, спиртті), карбоксил, эфир (қарапайым, күрделі лактон), карбонил (кетон, хинон) топтары және фуран сақиналары түрінде берілген. Асфалтендердің молекулалық массасы мен гетероэлементтердің құрамы арасында белгілі бір сәйкестік бар (2.2-сурет).
CAB туралы идеялардың қазіргі деңгейін сипаттайық. Йен табиғи көміртегі көздерінің құрамдас бөлігі ретінде асфальтендердің әмбебап сипатын атап өтеді, тек каустобиолиттер (мұнай және қатты отындар), сонымен қатар шөгінді жыныстар мен метеориттер.
Авраам ұсынған көмірсутекті негізі бар табиғи ресурстардың жіктелуі бойынша мұнайларға құрамында 35-40%-ға дейін (мас.) САБ болатындар, ал табиғи асфальттар мен битумдарда 60-75%-ға дейін (мас.) САБ барлар жатады. , басқа деректер бойынша – 42-81%-ға дейін. Мұнайдың жеңіл құрамдас бөліктерінен айырмашылығы, оларды топтарға жіктеу критерийі олардың химиялық құрылымының ұқсастығы болды, қосылыстарды CAB деп аталатын класқа біріктіру критерийі олардың белгілі бір еріткіште ерігіштігінің ұқсастығы болды. Мұнай мен мұнай қалдықтарына көп мөлшерде мұнай эфирі мен төмен қайнайтын алкандар әсер еткенде, заттар деп аталады. асфальтендер, олар төменгі арендерде ериді және басқа компоненттердің ерітінділері – көмірсутекті бөліктен және шайырлардан тұратын мальтендер.
Қазіргі заманғы ауыр мұнайды бөлу схемалары алғаш рет Маркуссон ұсынған классикалық әдістерге негізделген. Күкірт көміртегіде және басқа еріткіштерде ерімейтін заттар ретінде жіктеледі көмірсулар.Күкірт көміртегіде ғана еритін және төрт хлорлы көміртекпен тұнбаға түсетін заттар деп аталады. карбендер. Карбоидтер және карбендер, әдетте, деструктивті мұнай өңдеудің ауыр өнімдерінің құрамында бірнеше пайыздық мөлшерде кездеседі және төменде бөлек талқыланады. Олар шикі мұнайдың құрамында және мұнайды алғашқы өңдеудің қалдықтарында іс жүзінде жоқ.
Оқшауланған асфальтендердің қасиеттері де еріткішке байланысты. Еріткіштердің табиғаты мен қасиеттеріндегі айырмашылықтардың салдары араб майларынан алынатын асфальтендердің молекулалық массасы бензолда еріген кезде тетрагидрофуранға қарағанда орта есеппен 2 есе жоғары болады. (2. 5-кесте).
2.5-кесте
Еріткіш Еріткіш параметрі Диэлектрик диполь моменті, Dөткізгіштігінің өткізгіштігі
Тетрагидрофуран 9,1 7,58 1,75 Бензол 9,2 2,27 0
Мұнай САБҚ құрылымы мен табиғаты туралы идеяларды дамыту процесінде коллоидты-дисперсті құрылымның жалпы идеясымен байланысты, бірақ бір элементтің құрылымын бағалаудың әдістемелік тәсілімен ерекшеленетін екі негізгі кезеңді бөлуге болады. коллоидтық құрылым. Бірінші кезеңде – CAB молекулаларының құрылымы туралы химиялық идеялардың сатысында – белгісіз қосылыстың құрылымын анықтау үшін стандартты химиялық тәсіл қолданылды. Шайырлар мен асфальтендер молекулаларының молекулалық массасын, элементтік құрамын және жалпы формуласын анықтағаннан кейін C n H 2 n - z N p S g O r. Содан кейін z мәні есептелді. Шайырлар үшін 40-50, асфальтендер үшін 130-140 болды. Әртүрлі отандық және шетелдік майлардың CAB үлгілері үшін осындай зерттеулер нәтижелерінің типтік мысалы кестеде келтірілген. 2.4. (1.4 кестені қараңыз). Көріп отырғанымыздай, асфальтендер бір көзден алынған шайырлардан көміртегі мен металдардың жоғары мөлшерімен және сутегінің аз үлесімен, полиароматты өзектердің үлкен өлшемдерімен, сондай-ақ ірі алифатты алмастырғыштардың орташа ұзындығының қысқаруымен және азырақ санымен ерекшеленеді. ароматты өзектермен тікелей конденсацияланған ациклді фрагменттер.
Екінші кезеңді асфальтендердің құрылымы туралы физикалық идеялардың даму кезеңі және асфальтендердің ассоциациялану тенденциясын анықтайтын себептерді талдау ретінде сипаттауға болады. Шынында да, молекулалық салмақтың анықтау шарттарына тәуелділігін (2.5-кестені қараңыз), сондай-ақ оның асфальт бөлшектерінің мөлшеріне сызықтық тәуелділігін (1.5-сурет) түсіндіру құрылым туралы сапалы жаңа идеялар аясында мүмкін болды. асфальтендердің.
1961 жылы Т.Йен «табақтан пластинкаға» типті асфальтендердің құрылымының стектік моделін ұсынды. Модель оның асфальтендердің құрамының есептелген құрылымдық параметрлеріне сәйкес келу қажеттілігіне емес, әртүрлі молекулалардың полиароматты фрагменттерінің жазық параллельді бағдарлануының іргелі мүмкіндігіне негізделді. Олардың молекулааралық (π - π, донор-акцептор және т.б.) әрекеттесу нәтижесінде үйлесуі қабаттасқан қабаттасқан құрылымдардың түзілуімен жүреді («стектеу» термині молекулалардың бір жоғарыдағы стек тәрізді орналасуын белгілеу үшін молекулалық биологияда қабылданған. басқа).
Күріш. 2.5. Асфальтендер бөлшектерінің мөлшері (D) мен олардың молекулалық салмағы (M) арасындағы корреляция
Рентгендік дифракция деректеріне негізделген Йен моделіне сәйкес, асфальтендер кристалдық құрылымға ие және бір-бірінен 0,36 нм қашықтықта орналасқан 4-5 қабаттан тұратын диаметрі 0,9-1,7 нм болатын қабаттасатын құрылымдар. Хош иісті пластиналар жазықтығына қалыпты қабаттасатын құрылымдардың өлшемі 1,6-2,0 нм (2.6-сурет). Түзу сызықтар жалпақ полиароматты молекулаларды, ал сынық сызықтар молекулалардың қаныққан фрагменттерін көрсетеді. Поляроматикалық фрагменттер салыстырмалы түрде кішкентай, көбінесе тетрациклді ядролардан аспайды. Алифатикалық фрагменттердің ішінде ең көп таралғандары қысқа алкил топтары C 1 -C 5, ең алдымен метил, бірақ құрамында 10 немесе одан да көп көміртегі атомдары бар сызықты тармақталған алкандар да бар. CAB молекулаларында сонымен қатар 1-5 конденсацияланған сақиналары бар полициклді қаныққан құрылымдар, негізінен бицикландар бар.
Йен моделі шеңберінде асфальтендердің молекулалық массасының оқшаулану жағдайларына және еріткіштің табиғатына жоғарыда аталған тәуелділігі асфальтендердің құрылымдық ұйымдасуының бірнеше деңгейлерін болжайтын ассоциациямен оңай түсіндіріледі: молекулалық дисперсті күй ( I), онда асфальтендер жеке қабаттар түрінде кездеседі; коллоидтық күй (ІІ), ол сипатты өлшемдері бар қабаттасатын құрылымдардың пайда болуының нәтижесі; қабаттасатын құрылымдарды біріктіру кезінде пайда болатын дисперсті кинетикалық тұрақты күй (III) және тұнбаның бөлінуімен жүретін дисперсті кинетикалық тұрақсыз күй (IV).
Күріш. 2.6. Асфальтендер құрылымының Джен моделі
Көптеген заманауи зерттеушілер асфальтенді құрылымның қаптама құрылымының үлгісін ұстанады. Унгер Ф.Г. мұнайдағы КАБ-ның пайда болу және болу процесі туралы өзіндік көзқарасын білдірді. Құрамында CAB бар майлар мен мұнай жүйелері, оның пікірінше, термодинамикалық тұрақсыз парамагниттік байланысты ерітінділер. Мұндай ерітінділердің ассоциацияланған өзектерін асфальтендер құрайды, оларда тұрақты бос радикалдар локализацияланған, ал өзектерді қоршап тұрған сольватациялық қабаттар диамагнитті шайыр молекулаларынан тұрады. Кейбір диамагнитті шайыр молекулалары қоздырылған триплет күйіне өтуге және гемолизге ұшырауға қабілетті. Сондықтан шайырлар асфальттардың потенциалды көзі болып табылады, бұл Л.Г.Гурвичтің атап өткенін түсіндіреді. шайырларды асфальтендерге айналдыру жеңілдігі.
Сонымен, ұсынылған идеялардың жаңалығы САБ табиғатын түсіндірудегі алмасу әрекетінің ерекше рөлін растаумен байланысты. Жарылыс үлгісінен айырмашылығы, CAB бөлшектерінің орталықтандырылған симметриялық құрылымы туралы идея әзірленуде. Оны алғаш рет асфальтендердің құрылымдық бірлігінің құрылымының статикалық моделін ұсынған Д.Пфайффер мен Р.Сааль тұжырымдады. Оған сәйкес құрылымдық бөлімшенің өзегі жоғары молекулалық полициклді көмірсутектерден құралған және ароматтылық дәрежесі біртіндеп төмендейтін компоненттермен қоршалған. Нейман Г. полярлық топтарды құрылымдық бірлікке, ал көмірсутекті радикалдарды сыртқа айналдырудың энергетикалық пайдалы екенін атап көрсетті, бұл Ребиндер бойынша полярлықты теңестіру ережесіне сәйкес келеді.
Порфириндертабиғи мұнай кешені қосылыстарының типтік мысалдары болып табылады. Үйлестіру орталығы ретінде ванадийі бар порфириндер (ванадил түрінде) немесе никель (11 қараңыз). Мұнай ванадил порфириндер негізінен екі қатардың гомологтары болып табылады: порфин сақинасының бүйірлік алмастырғыштарындағы көміртегі атомдарының жалпы саны әртүрлі алкилмен алмастырылған порфириндер және қосымша циклопентен сақинасы бар порфириндер. Металл порфириндік кешендер табиғи битумдарда 1 мг/100 г дейін, ал тұтқырлығы жоғары майларда 20 мг/100 г мұнайға дейін болады. Экстракциялық және гельдік хроматография әдістерін қолдана отырып, ҚҚС құраушы бөліктері арасында металл порфириндік кешендердің таралу сипатын зерттеу кезінде ванадил порфириндерінің 40%-ы дисперсті бөлшектерде (өзекті және сольватациялық қабаттың құрамында шамамен бірдей) шоғырланатыны анықталды. ), ал қалғандары және никель порфириндер дисперсті ортада болады.
Асфальтендердегі ванадил порфириндер мұнайдың беттік белсенділігіне үлкен үлес қосады, ал асфальтендердің меншікті беттік белсенділігі төмен. Сонымен, Башқұртстан мұнайын зерттеу майлардың сумен шекаралас жеріндегі беттік керілу олардың құрамындағы ванадил порфириндердің мөлшерімен қатты корреляцияланатынын, ал олардың құрамындағы асфальтендермен корреляция коэффициенті салыстырмалы түрде төмен екенін көрсетті (2.7-сурет). .
Металпорфириндердің мұнайдың дисперстік құрылымына әсері және мұнай жүйелеріндегі фазалық ауысу жағдайлары аз дәрежеде зерттелген. Олардың басқа гетероатомды компоненттермен қатар мұнай өңдеудің каталитикалық процестеріне кері әсерінің дәлелі бар. Сонымен қатар, олар ССС-тегі фазалық ауысулардың кинетикасы мен механизміне қатты әсер етуі керек.
Күріш. 2.7. Сумен шекарадағы а фазааралық керілу изотермалары:
а - асфальтендердің бензол ерітінділері: 1- порфириндері бар асфальтендер; 2-5 - порфириндер ретінде асфальтендер сәйкесінше бір, бес, жеті, он үш экстракциядан кейін жойылады; б - Башқұртстанның майлары
Химиялық заттардың басым көпшілігінде кездесетін ең көп таралған химиялық элементтердің бірі - оттегі. Бейорганикалық және органикалық химия курсында оксидтер, қышқылдар, негіздер, спирттер, фенолдар және басқа да оттегі бар қосылыстар зерттеледі. Біздің мақалада біз қасиеттерді зерттейміз, сондай-ақ оларды өнеркәсіпте, ауыл шаруашылығында және медицинада қолдану мысалдарын келтіреміз.
Оксидтер
Құрылымы бойынша ең қарапайымдары металдар мен бейметалдардың оттегімен екілік қосылыстары. Оксидтердің жіктелуіне келесі топтар кіреді: қышқылдық, негіздік, амфотерлік және инферентті. Барлық осы заттардың бөлінуінің негізгі критерийі қай элементтің оттегімен қосылуы болып табылады. Егер бұл металл болса, онда олар негізгі болып саналады. Мысалы: CuO, MgO, Na 2 O – мыс, магний, натрий оксидтері. Олардың негізгі химиялық қасиеті қышқылдармен әрекеттесуі. Сонымен, мыс оксиді хлорид қышқылымен әрекеттеседі:
CuO + 2HCl -> CuCl2 + H2O + 63,3 кДж.
Бинарлы қосылыстардың молекулаларында металл емес элементтер атомдарының болуы олардың қышқылдық қосылыстарға жататынын көрсетеді: сутегі H 2 O, көмірқышқыл газы CO 2, фосфор пентоксиді P 2 O 5. Мұндай заттардың сілтілермен әрекеттесу қабілеті олардың негізгі химиялық сипаттамасы болып табылады.
Реакция нәтижесінде түрлер пайда болуы мүмкін: қышқыл немесе орта. Бұл қанша моль сілтінің әрекеттесетініне байланысты болады:
- CO2 + KOH => KHCO3;
- CO2+ 2KOH => K2CO3 + H2O.
Мырыш немесе алюминий сияқты химиялық элементтерді қамтитын оттегі бар қосылыстардың басқа тобы амфотерлі оксидтерге жатқызылады. Олардың қасиеттері қышқылдармен де, сілтілермен де химиялық әрекеттесу үрдісін көрсетеді. Қышқыл оксидтерінің сумен әрекеттесу өнімдері қышқылдар болып табылады. Мысалы, күкірт ангидриді мен судың реакциясында қышқылдар түзіледі - бұл оттегі бар қосылыстардың ең маңызды кластарының бірі.
Қышқылдар және олардың қасиеттері
Қышқылдық қалдықтардың күрделі иондарымен байланысқан сутегі атомдарынан тұратын қосылыстар қышқылдар болып табылады. Шартты түрде оларды бейорганикалық, мысалы, карбонат қышқылы, сульфат, нитрат және органикалық қосылыстар деп бөлуге болады. Соңғыларына сірке қышқылы, құмырсқа қышқылы және олеин қышқылы жатады. Заттардың екі тобының да қасиеттері ұқсас. Осылайша, олар негіздермен бейтараптандыру реакциясына түседі, тұздармен және негіздік оксидтермен әрекеттеседі. Сулы ерітінділердегі оттегі бар қышқылдардың барлығы дерлік екінші текті өткізгіштер бола отырып, иондарға диссоциацияланады. Сутегі иондарының шамадан тыс болуынан туындаған олардың ортасының қышқылдық сипатын индикаторлар арқылы анықтауға болады. Мысалы, күлгін лакмус қышқыл ерітіндісіне қосылғанда қызыл түске боялады. Органикалық қосылыстардың типтік өкілі - құрамында карбоксил тобы бар сірке қышқылы. Оның құрамында қышқылдықты тудыратын сутегі атомы бар, ол 17 ° C-тан төмен температурада кристалданатын ерекше өткір иісі бар түссіз сұйықтық. CH 3 COOH басқа оттегі бар қышқылдар сияқты суда кез келген пропорцияда жақсы ериді. Оның 3 - 5% ерітіндісі күнделікті өмірде сірке суы ретінде белгілі, ол тағам дайындауда дәмдеуіш ретінде қолданылады. Бұл зат сонымен қатар жібек ацетаты, бояғыштар, пластмассалар және кейбір дәрі-дәрмектер өндірісінде қолданыла бастады.
Құрамында оттегі бар органикалық қосылыстар
Химияда құрамында көміртегі мен сутектен басқа оттегі бөлшектері де бар заттардың үлкен тобын ажыратуға болады. Бұл карбон қышқылдары, күрделі эфирлер, альдегидтер, спирттер және фенолдар. Олардың барлық химиялық қасиеттері молекулалардағы арнайы комплекстердің – функционалдық топтардың болуымен анықталады. Мысалы, құрамында атомдар арасындағы шектеуші байланыстар ғана бар спирт – ROH, мұндағы R көмірсутек радикалы. Бұл қосылыстар әдетте бір сутегі атомы гидроксо тобымен ауыстырылатын алкандардың туындылары болып саналады.
Спирттердің физикалық және химиялық қасиеттері
Спирттердің физикалық күйі сұйық немесе қатты қосылыстар болып табылады. Спирттер арасында газ тәріздес заттар жоқ, оны әлсіз сутектік байланыстармен байланысқан бірнеше молекулалардан тұратын ассоциациялардың – топтардың түзілуімен түсіндіруге болады. Бұл факт сонымен қатар төменгі спирттердің суда жақсы ерігіштігін анықтайды. Бірақ сулы ерітінділерде құрамында оттегі бар органикалық заттар – спирттер иондарға ыдырамайды, индикаторлардың түсін өзгертпейді, яғни бейтарап реакцияға ие. Функционалдық топтың сутегі атомы басқа бөлшектермен әлсіз байланысқан, сондықтан химиялық әрекеттесу кезінде ол молекуланың шекарасынан шыға алады. Бос валенттілік орнында ол басқа атомдармен, мысалы, белсенді металдармен немесе сілтілермен реакцияларда – металл атомдарымен ауыстырылады. Катализаторлардың қатысуымен, мысалы, платина торы немесе мыс, спирттер энергетикалық тотықтырғыштармен - калий бихроматымен немесе перманганатпен альдегидтерге дейін тотығады.
Этерификация реакциясы
Құрамында оттегі бар органикалық заттардың: спирттер мен қышқылдардың маңызды химиялық қасиеттерінің бірі күрделі эфирлердің түзілуіне әкелетін реакция болып табылады. Оның практикалық маңызы зор және өнеркәсіпте тамақ өнеркәсібінде еріткіш ретінде қолданылатын күрделі эфирлерді алу үшін қолданылады (жеміс эссенциялары түрінде). Медицинада күрделі эфирлердің бір бөлігі спазмолитиктер ретінде қолданылады, мысалы, этилнитрит перифериялық қан тамырларын кеңейтеді, ал изоамилнитрит коронарлық артериялардың спазмын қорғайды. Этерификация реакциясының теңдеуі келесідей:
CH3COOH+C2H5OH<--(H2SO4)-->CH3COOC2H5+H2O
Онда CH 3 COOH – сірке қышқылы, ал C 2 H 5 OH – этанол спиртінің химиялық формуласы.
Альдегидтер
Егер қосылыс құрамында -COH функционалдық тобы болса, онда ол альдегид болып табылады. Олар спирттердің, мысалы, мыс оксиді сияқты тотықтырғыштармен тотығуының өнімдері ретінде ұсынылған.
Құмырсқа немесе сірке альдегидінің молекулаларында карбонил кешенінің болуы олардың басқа химиялық элементтердің атомдарын полимерлеу және бекіту қабілетін анықтайды. Карбонил тобының болуын және заттың альдегид екенін дәлелдеуге болатын сапалық реакциялар күміс айна реакциясы және қыздырғанда мыс гидроксидімен әрекеттесу:
Ең көп қолданылатын сірке альдегиді өнеркәсіпте органикалық синтездің кең ауқымды өнімі сірке қышқылын алу үшін қолданылады.
Құрамында оттегі бар органикалық қосылыстардың – карбон қышқылдарының қасиеттері
Карбоксил тобының болуы - бір немесе бірнеше - карбон қышқылдарының ерекше белгісі. Функционалдық топтың құрылымына байланысты қышқыл ерітінділерде димерлер түзілуі мүмкін. Олар бір-бірімен сутектік байланыс арқылы байланысқан. Қосылыстар сутегі катиондары мен қышқыл аниондарға диссоциацияланады және әлсіз электролиттер болып табылады. Ерекшелік - қаныққан мононегізді қышқылдар сериясының бірінші өкілі - құмырсқа немесе метан, ол орташа беріктіктің екінші түрінің өткізгіші болып табылады. Молекулаларда тек қарапайым сигмалық байланыстардың болуы олардың қаныққандығын көрсетеді, бірақ заттардың құрамында қос пи байланысы болса, бұл қанықпаған заттар. Бірінші топқа метан, сірке, май сияқты қышқылдар жатады. Екіншісі сұйық майлардың құрамына кіретін қосылыстармен ұсынылған - майлар, мысалы, олеин қышқылы. Құрамында оттегі бар қосылыстардың химиялық қасиеттері: органикалық және бейорганикалық қышқылдар негізінен ұқсас. Осылайша, олар белсенді металдармен, олардың оксидтерімен, сілтілермен, сонымен қатар спирттермен әрекеттесе алады. Мысалы, сірке қышқылы натрий оксидімен әрекеттесіп, тұз – натрий ацетатын түзеді:
NaOH + CH3COOH→NaCH3COO + H2O
Ерекше орынды жоғары карбонды оттегі бар қышқылдардың қосылыстары алады: стеарин және пальмитин, үш атомды қаныққан спиртпен - глицерин. Олар күрделі эфирлерге жатады және майлар деп аталады. Дәл осы қышқылдар натрий мен калий тұздарына қышқыл қалдығы ретінде еніп, сабын түзеді.
Тірі табиғатта кең таралған және энергияны көп қажет ететін зат ретінде жетекші рөл атқаратын маңызды органикалық қосылыстар – майлар. Олар жеке қосылыс емес, бір-біріне ұқсамайтын глицеридтердің қоспасы. Бұл қаныққан көп атомды спирттің қосылыстары - глицерин, метанол және фенол сияқты құрамында гидроксил функционалды топтары бар. Майлар гидролизге ұшырауы мүмкін - катализаторлар: сілтілер, қышқылдар, мырыш оксидтері, магний қатысуымен сумен қыздыру. Реакция өнімдері глицерин және әр түрлі карбон қышқылдары болады, олар кейіннен сабын өндіру үшін қолданылады. Бұл процесте қымбат табиғи алмастырылмайтын карбон қышқылдарын қолданбау үшін оларды парафинді тотықтыру арқылы алады.
Фенолдар
Құрамында оттегі бар қосылыстардың кластарын қарастыруды аяқтай отырып, фенолдарға тоқталайық. Олар бір немесе бірнеше функционалды гидроксил топтарымен байланысқан -C 6 H 5 фенил радикалымен ұсынылған. Бұл класстың ең қарапайым өкілі - карбол қышқылы немесе фенол. Өте әлсіз қышқыл ретінде ол сілтілермен және белсенді металдармен - натриймен, калиймен әрекеттесе алады. Айқын бактерицидтік қасиеті бар зат – фенол – медицинада, сонымен қатар бояғыштар мен фенол-формальдегидті шайырлар өндірісінде қолданылады.
Біздің мақалада біз оттегі бар қосылыстардың негізгі кластарын зерттедік, сонымен қатар олардың химиялық қасиеттерін зерттедік.
«Құрамында оттегі және азот бар органикалық заттар» тақырыбы бойынша тест (10 сынып)
Құрметті студенттер, бұл тест «Тақырыпты зерделеудің нәтижесі. Құрамында оттегі бар және құрамында азот бар органикалық заттар«және триместрге арналған белгілерге әсер етеді. Оны аяқтау үшін сізге 40 минут беріледі. Орындау кезінде оқулықты, анықтамалық материалдарды және Интернет желісін пайдалануға тыйым салынады.
Сізге сәттілік тілеймін!
1. Молекуладағы сутегі атомы ең үлкен белсенділікке ие
2. Бір-бірімен қарым-қатынас жасау
3. Қарым-қатынас жасамаңызөз арамызда
4. Сірке қышқылы екі заттың кез келгенімен әрекеттесе алады
5. Сірке қышқылының қасиеттері туралы келесі пайымдаулар дұрыс па?
1.Сірке қышқылы натрий карбонатымен әрекеттеспейді.
2. Сірке қышқылы ерітіндісі электр тогын өткізеді.
6. Сусыздандыру реакциясы мүмкін
7. Натрий гидроксидімен әрекеттеседі
9. Пропанолдың тотығу өнімі бола алмайды
10. 57,5 г этанолды концентрлі күкірт қышқылымен қыздырғанда екі органикалық қосылыс А және В түзілді, газ, 100 г көміртектегі 40% бром ерітіндісін түссіздендіре алады. В заты төмен қайнайтын сұйықтық. Алынған A және B қосылыстарын анықтаңыз, сонымен қатар этанол толығымен әрекеттесті деп есептей отырып, А көлемін (нөлде) және В массасын есептеңіз.
| Тексерілген мазмұн | Тексерілетін дағдылар |
|
| Заттардың қасиеттері | ||
| Фенолдың қасиеттері | Ұсынылған төрт нұсқадан бір жауапты таңдау мүмкіндігі |
|
| Спирттердің қасиеттері | Ұсынылған төрт нұсқадан бір жауапты таңдау мүмкіндігі |
|
| Органикалық қышқылдың қасиеттері | Ұсынылған төрт нұсқадан бір жауапты таңдау мүмкіндігі |
|
| Органикалық қышқылдың қасиеттері | Ұсынылған төрт нұсқадан бір жауапты таңдау мүмкіндігі |
|
| Органикалық заттардың сусыздану реакциялары | ||
| Органикалық қышқылдар мен фенолдың қасиеттері | Көп таңдауды жүргізу мүмкіндігі |
|
| Реакциялар тізбегін жүргізу | Көп таңдауды жүргізу мүмкіндігі |
|
| Спирттердің қасиеттері | Көп таңдауды жүргізу мүмкіндігі |
|
| Спирттердің қасиеттері | Есептерді жазып, шеше білу |
Тесттің кілттері
10. 5,6 л этилен және 37 г диэтил эфирі
Органикалық заттардың қасиеттері олардың құрамы мен химиялық құрылымымен анықталатыны белгілі. Сондықтан органикалық қосылыстардың жіктелуі құрылым теориясы – Л.М.Бутлеровтың теориясына негізделуі ғажап емес. Органикалық заттар молекулаларындағы атомдардың қосылу реті мен болуына қарай жіктеледі. Органикалық зат молекуласының ең төзімді және аз өзгермейтін бөлігі оның қаңқасы – көміртегі атомдарының тізбегі. Осы тізбектегі көміртек атомдарының қосылу ретіне қарай заттар молекулаларында көміртек атомдарының тұйық тізбектері жоқ ациклді және молекулаларында осындай тізбектер (циклдер) бар карбоциклді болып бөлінеді.
Органикалық заттардың молекулаларында көміртегі мен сутегі атомдарынан басқа басқа химиялық элементтердің атомдары болуы мүмкін. Молекулаларында гетероатомдар деп аталатын тұйық тізбекке енетін заттар гетероциклді қосылыстарға жатады.
Гетероатомдар (оттегі, азот және т.б.) молекулалар мен ациклді қосылыстардың құрамына кіре алады, оларда функционалдық топтар түзеді, мысалы, гидроксил - ОН, карбонил, карбоксил, амин тобы -NH2.
Функционалды топ- заттың ең тән химиялық қасиеттерін және оның қосылыстардың белгілі бір класына жататынын анықтайтын атомдар тобы. 
Көмірсутектер- Бұл тек сутегі мен көміртек атомдарынан тұратын қосылыстар.
Көміртек тізбегінің құрылымына байланысты органикалық қосылыстар ашық тізбекті қосылыстарға бөлінеді - ациклдік (алифаттық) және циклдік- атомдардың тұйық тізбегі бар.
Циклдік екі топқа бөлінеді: карбоциклді қосылыстар(циклдерді тек көміртек атомдары түзеді) және гетероциклді(циклдерге басқа атомдар да кіреді, мысалы, оттегі, азот, күкірт).
Карбоциклді қосылыстар өз кезегінде қосылыстардың екі қатарын қамтиды: алициклді және хош иісті.
Хош иісті қосылыстар молекулаларының құрылымына негізделген, жалпы π-жүйені (жалғыз π-электронды бұлт) құрайтын арнайы тұйық p-электрондар жүйесі бар құрамында көміртегі бар жалпақ сақиналарға ие. Ароматтылық көптеген гетероциклді қосылыстарға да тән.
Барлық қалған карбоциклді қосылыстар алициклды қатарға жатады.
Ациклді (алифаттық) және циклді көмірсутектер құрамында бірнеше (қос немесе үш) байланыс болуы мүмкін. Мұндай көмірсутектер қаныққаннан (қаныққан) айырмашылығы қанықпаған (қанықпаған) деп аталады, құрамында бір ғана байланыс бар.
Қаныққан алифатты көмірсутектершақырды алкандар, олардың жалпы формуласы C n H 2 n +2, мұндағы n – көміртегі атомдарының саны. Олардың ескі атауы бүгінде жиі қолданылады - парафиндер.
Құрамында бір қос байланыс, атын алды алкендер. Олардың C n H 2 n жалпы формуласы бар.
Қанықпаған алифатты көмірсутектерекі қос байланыспеншақырды алкадиендер
Қанықпаған алифатты көмірсутектербір үштік байланыспеншақырды алкиндер. Олардың жалпы формуласы C n H 2 n - 2.
Қаныққан алициклды көмірсутектер - циклоалкандар, олардың жалпы формуласы C n H 2 n.
Көмірсутектердің ерекше тобы хош иісті, немесе ареналар(тұйық жалпы π-электрондық жүйемен), жалпы формуласы C n H 2 n -6 көмірсутектер мысалында белгілі.
Осылайша, егер олардың молекулаларында бір немесе бірнеше сутегі атомдары басқа атомдармен немесе атомдар топтарымен (галогендер, гидроксил топтары, амин топтары және т.б.) ауыстырылса, көмірсутек туындылары: галоген туындылары, құрамында оттегі бар, құрамында азот бар және басқа органикалық қосылыстар.
Галоген туындыларыкөмірсутектерді көмірсутектердегі бір немесе бірнеше сутегі атомдарының галоген атомдарымен алмастыру өнімдері ретінде қарастыруға болады. Осыған сәйкес қаныққан және қанықпаған моно-, ди-, три- (жалпы жағдайда поли-) галоген туындылары болуы мүмкін.
Қаныққан көмірсутектердің моногалогенді туындыларының жалпы формуласы:
және құрамы формуламен өрнектеледі
C n H 2 n +1 G,
мұндағы R – қаныққан көмірсутектің (алканның), көмірсутек радикалының қалдығы (бұл белгі органикалық заттардың басқа кластарын қарастырғанда әрі қарай пайдаланылады), G – галоген атомы (F, Cl, Br, I).
Алкогольдер- бір немесе бірнеше сутегі атомдары гидроксил топтарымен алмасатын көмірсутектердің туындылары.
Алкогольдер деп аталады монотомдық, егер оларда бір гидроксил тобы болса, ал алкандардың туындылары болса шекті.
Қаныққан бір атомды спирттердің жалпы формуласы:
және олардың құрамы жалпы формуламен өрнектеледі:
C n H 2 n +1 OH немесе C n H 2 n +2 O
Көпатомды спирттердің белгілі мысалдары бар, яғни бірнеше гидроксил топтары бар.
Фенолдар- бензол сақинасындағы бір немесе бірнеше сутегі атомдары гидроксил топтарымен алмасатын ароматты көмірсутектердің туындылары (бензол қатары).
C 6 H 5 OH формуласы бар қарапайым өкіл фенол деп аталады.
Альдегидтер және кетондар- атомдардың карбонил тобы (карбонил) бар көмірсутектердің туындылары.
Альдегид молекулаларында бір карбонил байланысы сутегі атомымен, екіншісі көмірсутек радикалымен байланысады.
Кетондар жағдайында карбонил тобы екі (әдетте әртүрлі) радикалдармен байланысады.
Қаныққан альдегидтер мен кетондардың құрамы C n H 2l O формуласымен өрнектеледі.
Карбон қышқылдары- құрамында карбоксил топтары (-COOH) бар көмірсутек туындылары.
Егер қышқыл молекуласында бір карбоксил тобы болса, онда карбон қышқылы бір негізді болады. Қаныққан бір негізді қышқылдардың (R-COOH) жалпы формуласы. Олардың құрамы C n H 2 n O 2 формуласымен өрнектеледі.
Эфирлероттегі атомымен байланысқан екі көмірсутек радикалы бар органикалық заттар: R-O-R немесе R 1 -O-R 2.
Радикалдар бірдей немесе әртүрлі болуы мүмкін. Эфирлердің құрамы C n H 2 n +2 O формуласымен өрнектеледі
Күрделі эфирлер- карбон қышқылдарындағы карбоксил тобының сутегі атомын көмірсутек радикалымен алмастыру арқылы түзілетін қосылыстар.
Нитроқосылыстар- бір немесе бірнеше сутегі атомдары -NO 2 нитротобымен ауыстырылатын көмірсутектердің туындылары.
Қаныққан мононитроқосылыстардың жалпы формуласы:
ал құрамы жалпы формуламен өрнектеледі
C n H 2 n +1 NO 2.
Аминдер- аммиак (NH 3) туындылары ретінде қарастырылатын қосылыстар, оларда сутегі атомдары көмірсутек радикалдарымен ауыстырылады.
Радикалдың табиғатына қарай аминдер болуы мүмкін алифаттықжәне хош иісті.
Радикалдармен алмастырылған сутегі атомдарының санына байланысты келесілер бөлінеді:
Жалпы формуласы бар біріншілік аминдер: R-NNH 2
Екіншілік – жалпы формуласымен: R 1 -NН-R 2
Үшіншілік – жалпы формуламен:
Белгілі бір жағдайда екіншілік және үшінші реттік аминдердің радикалдары бірдей болуы мүмкін.
Біріншілік аминдерді көмірсутектердің (алкандардың) туындылары ретінде де қарастыруға болады, онда бір сутегі атомы -NH 2 амин тобымен ауыстырылады. Қаныққан біріншілік аминдердің құрамы C n H 2 n +3 N формуласымен өрнектеледі.
Амин қышқылдарықұрамында көмірсутек радикалымен байланысқан екі функционалды топ бар: амин тобы -NH 2 және карбоксил -COOH.
Құрамында бір амин тобы және бір карбоксил бар қаныққан аминқышқылдарының құрамы C n H 2 n +1 NO 2 формуласымен өрнектеледі.
Басқа маңызды органикалық қосылыстар белгілі, олардың бірнеше әртүрлі немесе бірдей функционалды топтары, бензол сақиналарымен байланысқан ұзын сызықты тізбектері бар. Мұндай жағдайларда заттың белгілі бір сыныпқа жататынын қатаң анықтау мүмкін емес. Бұл қосылыстар көбінесе заттардың белгілі бір топтарына жіктеледі: көмірсулар, белоктар, нуклеин қышқылдары, антибиотиктер, алкалоидтар және т.б.
Органикалық қосылыстарды атау үшін екі номенклатура қолданылады: рационалды және жүйелі (IUPAC) және тривиальды атаулар.
IUPAC номенклатурасы бойынша атауларды құрастыру
1) Қосылыс атауы негізгі тізбектегі атомдар саны бірдей қаныққан көмірсутекті білдіретін сөздің түбірі негізінде жасалған.
2) Түбірге қанығу дәрежесін сипаттайтын жұрнақ жалғанады:
An (соңғы, бірнеше қосылымдар жоқ);
-ене (қос байланыс болған кезде);
-in (үштік байланыс болған кезде).
Егер бірнеше еселі байланыс болса, онда жұрнақ мұндай байланыстың санын (-диен, -триен және т.б.) көрсетеді, ал жұрнақтан кейін еселік байланыстың орны сандармен көрсетілуі керек, мысалы:
CH 3 –CH 2 –CH=CH 2 CH 3 –CH=CH–CH 3
бутен-1 бутен-2
CH 2 =CH–CH=CH2
бутадиен-1,3
Басты тізбекке кірмейтін нитро-, галогендер, көмірсутекті радикалдар сияқты топтар префикске қойылады. Олар алфавиттік ретпен берілген. Орынбасардың орны префикс алдындағы санмен белгіленеді.
Атау реті келесідей:
1. С атомдарының ең ұзын тізбегін табыңыз.
2. Негізгі тізбектің көміртегі атомдарын тармаққа жақын ұшынан бастап ретімен нөмірлеңдер.
3. Алканның атауы негізгі тізбектегі орнын көрсететін алфавиттік тәртіппен берілген бүйірлік радикалдардың атауларынан және негізгі тізбектің атауынан тұрады.
Кейбір органикалық заттардың номенклатурасы (тривиальды және халықаралық)
Мұғалім:
Оқу орны: Санкт-Петербург метросының кәсіптік лицейі
Академиялық пән: химия
Тақырыбы: «Құрамында оттегі бар және азоты бар органикалық қосылыстар»
Мақсатты аудитория: 1 курс
Сабақтың түрі: материалды жалпылау, 1 академиялық. сағат.
Сабақтың мақсаттары:
Білім:құрамында оттегі және азот бар органикалық заттардың формулалары мен қасиеттерін білу
Түсіну:заттар қасиеттерінің молекула құрылысына, функционалдық тобына тәуелділігін түсіну
Қолдану:химиялық реакция теңдеулерін құру үшін заттардың қасиеттері туралы ақпаратты пайдалану.
Талдау:органикалық заттардың молекулаларындағы атомдар топтарының өзара әсерін талдау.
Синтез:органикалық заттардың қасиеттері туралы мәліметтерді түрлену тізбегі түрінде жинақтау
Сынып:Ұсынылған рубрикалар арқылы өзін-өзі бағалау.
Жабдық: интерактивті тақта, мультимедиялық презентация.
Сабақ жоспары:
1. Org. сәт
2. Бұрын оқылғанды қайталау.
3. Оқушылардың қойылымдары.
4. Оқушылардың өзін-өзі бағалау деңгейлері бойынша өзін-өзі анықтауы.
5. Студенттердің өзіндік жұмысы.
6. Критериалды-бағдарлы жүйені қорытындылау.
7. Үйге тапсырма.
Сабақтар кезінде
1. Ұйымдастыру уақыты.
Топты құру, қатысқан оқушылар саны туралы топ жетекшісінің есебі.
2. Бұрын үйренгенді қайталау
Интерактивті тақта мен мультимедиялық презентация арқылы функционалдық топтар, құрамында оттегі бар және азот бар заттардың кластары, осы кластардың қарапайым өкілдері туралы ақпарат.
Осы кластағы заттардың молекулаларында міндетті түрде болатын атомдардың қай тобы заттың химиялық қызметін, яғни оның химиялық қасиеттерін анықтайды?
Жауабы: атомдардың функционалдық тобы
Функционалдық топтың атын көрсетіңіз - OH
Жауабы: атомдардың гидроксил тобы.
Атомдардың гидроксил тобы қандай заттар класын анықтайды?
Жауабы: Спирттер, егер 1 тобы OH болса, бір атомды спирттер, бірнеше топ OH болса, көп атомды спирттер.
Функционалдық топқа атау беріңіз - SON. Ол заттардың қандай класын анықтайды?
Жауабы: альдегидтер тобы, альдегидтер класын анықтайды.
Топқа функциялардың атын беріңіз - SLEEP. Ол қандай классты анықтайды?
Жауабы: карбоксил тобы, карбон қышқылдарының класын анықтайды.
Топқа функциялардың атын беріңіз - NH2. Ол қандай классты анықтайды?
Жауап: Амин тобы аминдер класын немесе амин қышқылдарының класын анықтайды.
Біз оттегі және азот бар заттардың әртүрлі кластарының қарапайым өкілдері туралы мультимедиялық презентациялармен студенттердің есептерін тыңдаймыз.
3.Оқушылардың қойылымдары.
Хабарлама 1.
Этанол С2Н5ОН, бір атомды спирттер класы, функционалдық тобы – атомдардың гидроксил тобы – ОН. Сапалық реакция – мыс (II) оксидімен әрекеттесіп, альдегид түзеді. Химиялық қасиеттері (2 реакцияны ажыратамыз) – жану және металдармен әрекеттесу (Na).
Хабарлама 2.
Пропанетриол (глицерин) C3H7(OH)3. Классы – көп атомды спирттер, функционалды топтар – бірнеше гидроксил топтары – ОН. Сапалық реакция – мыс (II) гидроксидімен әрекеттесу. Химиялық қасиеттері – натрий және галогенсутектермен әрекеттесу.
Зертханалық тәжірибе:
Пробиркаға шамамен 1 мл мыс (II) сумораты ерітіндісін құйып, мыс (II) гидроксидінің көк тұнбасы пайда болғанша аздап натрий гидроксиді ерітіндісін қосыңыз. Алынған тұнбаға глицерин ерітіндісін тамшылап қосыңыз. Қоспаны шайқаңыз. Көк тұнбаның көк ерітіндіге айналуын атап өтеміз.
(глицерин + Cu(OH)2 ----- көк ерітінді)
Хабарлама 3.
Фенол C6H5OH – фенолдар класының ең қарапайым өкілі.
Функционалды топ – OH гидроксил тобы. Сапалық реакция – темір (III) хлоридімен әрекеттескенде күлгін түсті ерітіндінің түзілуі немесе броммен әрекеттескенде ақ тұнбаның түзілуі. Химиялық қасиеттері: фенол әлсіз қышқыл, металдармен (Na) сілтілермен (NaOH) және броммен әрекеттеседі.
Хабарлама 4.
Этанол немесе ацетальдегид CH3-COH Функционалды топ – COH альдегид тобы. Сынып – альдегидтер. Сапалық реакция «күміс айна» реакциясы. Химиялық қасиеттері: тотықсыздану реакциясы және тотығу реакциясы.
Зертханалық тәжірибе: демонстрациялық тәжірибе.
Құрамында 1 мл альдегид (су ерітіндісі) бар пробиркаға күміс оксидінің аммиак ерітіндісінің бірнеше тамшысын тамызыңыз. Біз пробирканы қыздырамыз. Пробирканың қабырғаларында күмістің бөлінуін байқаймыз, шыны беті айна тәрізді болады.
Хабарлама 5.
Этан қышқылы CH3-COOH (сірке қышқылы). Сынып – карбон қышқылдары. Функционалды топ – COOH карбоксил тобы. Сапалық реакция – лакмус индикаторы қызыл түске боялады.
Химиялық қасиеттері: кез келген қышқылдың металдармен (Na), негіздік оксидтермен (Na2O), сілтілермен (NaOH) әрекеттесуі.
Зертханалық тәжірибе:
Әмбебап индикаторы бар құрғақ таза пробиркаға аздап сірке қышқылын құйыңыз. Индикатор қызылға айналады.
Хабарлама 6.
Глюкоза C6H12O6. Сынып – көмірсулар. Функционалды топтар: 5-OH және 1-COH, яғни альдегидроспирт. Сапалық реакциялар: мыс гидроксидімен әрекеттесіп, көк түсті ерітінді түзеді. Пробирка қабырғаларында күмістің бөлінуімен «күміс айна» реакциясы. Химиялық қасиеттері: алты атомды спиртке дейін тотықсыздану, глюкон қышқылына дейін тотығу, ашыту реакциясы.
Хабарлама 7.
Анилин C6H5-NH2.
Функционалды топ – NH2 амин тобы. Класс – аминдер. Сапалық реакция: бром суымен әрекеттесіп ақ тұнба түзеді. Химиялық қасиеттері: тұз қышқылымен және броммен әрекеттесуі.
Хабарлама 8.
Аминоэтан қышқылы NH2-CH2-COOH немесе аминсірке қышқылы.
Сынып – аминқышқылдары. Функционалдық топтар: - NH2 амин тобы және –COOH карбоксил тобы. Химиялық қасиеттері: АА – амфотерлі қосылыстар; - NH2 негізгі қасиеттерді береді, - COOH қышқылдық қасиеттерді береді. Сондықтан аминқышқылдары бір-бірімен қосылып, ақуыз молекулаларын түзе алады, ал ақуыз біздің планетамыздағы тіршіліктің негізі болып табылады.
4. Оқушылардың өзін-өзі бағалау деңгейлері бойынша өзін-өзі анықтауы.
Интерактивті тақта: оқушылар сабақта өзін-өзі дамыту картасымен танысып, деңгейлерін белгілейді.
1. Органикалық заттар класының функционалдық тобын және қарапайым өкілін мұғалімнің және конспектінің көмегімен анықтай аламын (6-7 ұпай).
2. Функционалдық топты, органикалық заттар класының қарапайым өкілін мұғалімнің көмегінсіз және конспектінің көмегінсіз анықтай аламын (8-10 ұпай).
3. Заттың сапалық реакциясы мен химиялық қасиеттерін мұғалімнің көмегімен және конспект арқылы анықтай аламын (11-14 ұпай).
4. Заттың сапалық реакциясы мен химиялық қасиеттерін мұғалімнің көмегінсіз және жазбасыз анықтай аламын (15-18 ұпай).
Сынып | Функционалды топтар | Ең қарапайым өкіл | Сапалық реакциялар | Химиялық қасиеттері |
Монатомдық спирттер | ||||
Көп атомды спирттер | ||||
Фенолдар | ||||
Альдегидтер | ||||
Карбон қышқылдары | ||||
Көмірсулар | ||||
Аминдер | ||||
Амин қышқылдары |
Оқушылар критериалды бағалау жүйесімен танысады.
Критерийлер:
18-15 ұпай – «өте жақсы»
ұпай – «жақсы»
10 – 6 ұпай – «қанағаттанарлық»
5 немесе одан аз – «қанағаттанарлықсыз»
5. Студенттердің өзіндік жұмысы.
6. Критериалды-бағдарлы жүйе бойынша қорытынды шығару (оқушыларға ұпай санын жариялау).
7. Үйге тапсырма:кестені толтыру.
Бұршақ және бұршақ тұқымы. Бұршақ тұқымы. Жануарлар туралы басқа орыс ертегілері
2024-06-11 04:04:07
