अल्केन्स के लिए कौन सी प्रतिक्रियाएं विशिष्ट हैं

2024 लेखक: Angel Austin | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-12-17 05:27

रासायनिक यौगिकों का प्रत्येक वर्ग अपनी इलेक्ट्रॉनिक संरचना के कारण गुणों को प्रदर्शित करने में सक्षम है। अल्केन्स को अणुओं के प्रतिस्थापन, उन्मूलन या ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं की विशेषता है। सभी रासायनिक प्रक्रियाओं में प्रवाह की अपनी विशेषताएं होती हैं, जिनकी चर्चा आगे की जाएगी।

अल्केन्स क्या होते हैं

ये संतृप्त हाइड्रोकार्बन यौगिक हैं जिन्हें पैराफिन कहा जाता है। उनके अणुओं में केवल कार्बन और हाइड्रोजन परमाणु होते हैं, एक रैखिक या शाखित चक्रीय श्रृंखला होती है, जिसमें केवल एकल यौगिक होते हैं। वर्ग की विशेषताओं को देखते हुए, यह गणना करना संभव है कि कौन सी प्रतिक्रियाएं अल्केन्स की विशेषता हैं। वे वर्ग-व्यापी सूत्र का पालन करते हैं: H_2n+2C ।

रासायनिक संरचना

पैराफिन अणु में कार्बन परमाणु शामिल होते हैं जो sp³-संकरण दिखाते हैं। उनके पास सभी चार वैलेंस ऑर्बिटल्स का आकार, ऊर्जा और अंतरिक्ष में दिशा समान है। ऊर्जा स्तरों के बीच के कोण का आकार 109° और 28' होता है।

अणुओं में एकल बंधों की उपस्थिति निर्धारित करती है कि कौन सी प्रतिक्रियाएँअल्केन्स की विशेषता। इनमें -यौगिक होते हैं। कार्बन के बीच का बंधन गैर-ध्रुवीय और कमजोर रूप से ध्रुवीकरण योग्य है, और C−H की तुलना में थोड़ा लंबा है। सबसे अधिक विद्युत ऋणात्मक के रूप में, कार्बन परमाणु में इलेक्ट्रॉन घनत्व में भी बदलाव होता है। परिणामस्वरूप, C−H यौगिक की विशेषता निम्न ध्रुवता है।

प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाएं

पैराफिन वर्ग के पदार्थों में कमजोर रासायनिक गतिविधि होती है। इसे सी-सी और सी-एच के बीच के बंधनों की ताकत से समझाया जा सकता है, जो कि गैर-ध्रुवीयता के कारण तोड़ना मुश्किल है। उनका विनाश एक होमोलिटिक तंत्र पर आधारित है, जिसमें मुक्त-प्रकार के कण भाग लेते हैं। यही कारण है कि अल्केन्स को प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं की विशेषता है। ऐसे पदार्थ पानी के अणुओं या आवेश-वहन करने वाले आयनों के साथ परस्पर क्रिया करने में सक्षम नहीं होते हैं।

इनमें फ्री रेडिकल प्रतिस्थापन शामिल है, जिसमें हाइड्रोजन परमाणुओं को हलोजन तत्वों या अन्य सक्रिय समूहों द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। इन प्रतिक्रियाओं में हलोजन, सल्फोक्लोरिनेशन और नाइट्रेशन से जुड़ी प्रक्रियाएं शामिल हैं। उनका परिणाम अल्केन डेरिवेटिव की तैयारी है।

मुक्त मूलक प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं का तंत्र मुख्य तीन चरणों पर आधारित है:

1. प्रक्रिया एक श्रृंखला के दीक्षा या न्यूक्लियेशन से शुरू होती है, जिसके परिणामस्वरूप मुक्त कण बनते हैं। उत्प्रेरक पराबैंगनी प्रकाश स्रोत और ऊष्मा हैं।
2. फिर एक श्रृंखला विकसित होती है, जिसमें निष्क्रिय अणुओं के साथ सक्रिय कणों की क्रमिक अंतःक्रिया होती है।वे क्रमशः अणुओं और मूलकों में परिवर्तित हो जाते हैं।
3. अंतिम चरण है श्रृंखला को तोड़ना। सक्रिय कणों का पुनर्संयोजन या गायब होना मनाया जाता है। यह एक श्रृंखला प्रतिक्रिया के विकास को रोकता है।

हलोजन प्रक्रिया

यह कट्टरपंथी प्रकार के तंत्र पर आधारित है। अल्केन्स की हैलोजन प्रतिक्रिया पराबैंगनी विकिरण और हैलोजन और हाइड्रोकार्बन के मिश्रण के गर्म होने से होती है।

प्रक्रिया के सभी चरण मार्कोवनिकोव द्वारा बताए गए नियम के अधीन हैं। इसमें कहा गया है कि, सबसे पहले, हाइड्रोजन परमाणु, जो सबसे अधिक हाइड्रोजनीकृत कार्बन से संबंधित है, को हलोजन द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। हलोजनीकरण निम्नलिखित क्रम में होता है: तृतीयक परमाणु से प्राथमिक कार्बन तक।

लंबी मुख्य कार्बन श्रृंखला वाले अल्केन अणुओं के लिए प्रक्रिया बेहतर है। यह इस दिशा में आयनकारी ऊर्जा में कमी के कारण है, एक इलेक्ट्रॉन पदार्थ से अधिक आसानी से अलग हो जाता है।

एक उदाहरण मीथेन अणु का क्लोरीनीकरण है। पराबैंगनी की क्रिया से क्लोरीन को कट्टरपंथी कणों में विभाजित किया जाता है जो अल्केन पर हमला करते हैं। परमाणु हाइड्रोजन की एक टुकड़ी और H₃C· या एक मिथाइल रेडिकल का निर्माण होता है। ऐसा कण, बदले में, आणविक क्लोरीन पर हमला करता है, जिससे इसकी संरचना नष्ट हो जाती है और एक नए रासायनिक अभिकर्मक का निर्माण होता है।

प्रक्रिया के प्रत्येक चरण में केवल एक हाइड्रोजन परमाणु को प्रतिस्थापित किया जाता है। अल्केन्स की हैलोजन प्रतिक्रिया से क्लोरोमेथेन, डाइक्लोरोमेथेन, ट्राइक्लोरोमेथेन और कार्बन टेट्राक्लोराइड अणुओं का क्रमिक गठन होता है।

योजनाबद्ध रूप से, प्रक्रिया इस तरह दिखती है:

H₄C + Cl:Cl → H₃CCl + HCl, H₃CCl + Cl:Cl → H₂CCl₂ + HCl, H₂CCl₂ + Cl:Cl → HCCl₃ + HCl, HCCl₃ + Cl:Cl → CCl₄ + HCl.

मीथेन अणु के क्लोरीनीकरण के विपरीत, अन्य अल्केन्स के साथ इस तरह की प्रक्रिया को अंजाम देने वाले पदार्थों को प्राप्त करने की विशेषता होती है जिसमें हाइड्रोजन का प्रतिस्थापन एक कार्बन परमाणु पर नहीं, बल्कि कई पर होता है। उनका मात्रात्मक अनुपात तापमान संकेतकों के साथ जुड़ा हुआ है। ठंड की स्थिति में, तृतीयक, द्वितीयक और प्राथमिक संरचना के साथ डेरिवेटिव के गठन की दर में कमी होती है।

तापमान में वृद्धि के साथ, ऐसे यौगिकों के बनने की दर कम हो जाती है। हलोजन प्रक्रिया स्थिर कारक से प्रभावित होती है, जो कार्बन परमाणु के साथ एक रेडिकल टकराने की एक अलग संभावना को इंगित करती है।

आयोडीन के साथ हैलोजन की प्रक्रिया सामान्य परिस्थितियों में आगे नहीं बढ़ती है। विशेष परिस्थितियों का निर्माण करना आवश्यक है। जब मीथेन इस हैलोजन के संपर्क में आता है, तो हाइड्रोजन आयोडाइड बनता है। यह मिथाइल आयोडाइड से प्रभावित होता है, परिणामस्वरूप, प्रारंभिक अभिकर्मक जारी किए जाते हैं: मीथेन और आयोडीन। ऐसी प्रतिक्रिया को प्रतिवर्ती माना जाता है।

अल्केन्स के लिए वर्ट्ज़ प्रतिक्रिया

एक सममित संरचना के साथ संतृप्त हाइड्रोकार्बन प्राप्त करने की एक विधि है। सोडियम धातु, ऐल्किल ब्रोमाइड या ऐल्किल क्लोराइड का उपयोग अभिकारकों के रूप में किया जाता है। परउनकी परस्पर क्रिया से सोडियम हैलाइड और एक विस्तारित हाइड्रोकार्बन श्रृंखला उत्पन्न होती है, जो दो हाइड्रोकार्बन मूलकों का योग है। योजनाबद्ध रूप से, संश्लेषण इस प्रकार है: R−Cl + Cl−R + 2Na → R−R + 2NaCl।

अल्केन्स के लिए वर्ट्ज़ प्रतिक्रिया तभी संभव है जब उनके अणुओं में हैलोजन प्राथमिक कार्बन परमाणु पर हों। उदाहरण के लिए, CH₃−CH₂−CH₂Br.

यदि प्रक्रिया में दो यौगिकों का एक हेलोकार्बन मिश्रण शामिल है, तो उनकी श्रृंखलाओं के संघनन के दौरान तीन अलग-अलग उत्पाद बनते हैं। एल्केन्स की इस तरह की प्रतिक्रिया का एक उदाहरण क्लोरोमेथेन और क्लोरोइथेन के साथ सोडियम की बातचीत है। आउटपुट ब्यूटेन, प्रोपेन और ईथेन युक्त मिश्रण है।

सोडियम के अलावा, अन्य क्षार धातुओं का उपयोग किया जा सकता है, जिसमें लिथियम या पोटेशियम शामिल हैं।

सल्फोक्लोरीनीकरण प्रक्रिया

इसे रीड रिएक्शन भी कहते हैं। यह मुक्त मूलक प्रतिस्थापन के सिद्धांत के अनुसार आगे बढ़ता है। यह पराबैंगनी विकिरण की उपस्थिति में सल्फर डाइऑक्साइड और आणविक क्लोरीन के मिश्रण की क्रिया के लिए अल्केन्स की एक विशिष्ट प्रकार की प्रतिक्रिया है।

प्रक्रिया एक श्रृंखला तंत्र की शुरुआत के साथ शुरू होती है, जिसमें क्लोरीन से दो रेडिकल प्राप्त होते हैं। उनमें से एक अल्केन पर हमला करता है, जिसके परिणामस्वरूप एक एल्काइल प्रजाति और एक हाइड्रोजन क्लोराइड अणु होता है। सल्फर डाइऑक्साइड एक जटिल कण बनाने के लिए हाइड्रोकार्बन रेडिकल से जुड़ा होता है। स्थिरीकरण के लिए, एक क्लोरीन परमाणु दूसरे अणु से लिया जाता है। अंतिम पदार्थ अल्केन सल्फोनील क्लोराइड है, इसका उपयोग सतह-सक्रिय यौगिकों के संश्लेषण में किया जाता है।

योजनाबद्ध रूप से, प्रक्रिया इस तरह दिखती है:

ClCl → ^hv ∙Cl + ∙Cl, एचआर + ∙Cl → आर∙ + एचसीएल, R∙ + OSO → ∙RSO₂, ∙RSO₂ + ClCl → RSO₂Cl + Cl.

नाइट्रेशन से संबंधित प्रक्रियाएं

अल्केन्स नाइट्रिक एसिड के साथ 10% घोल के रूप में प्रतिक्रिया करते हैं, साथ ही गैसीय अवस्था में टेट्रावैलेंट नाइट्रोजन ऑक्साइड के साथ। इसके प्रवाह की स्थिति उच्च तापमान मान (लगभग 140 डिग्री सेल्सियस) और निम्न दबाव संकेतक हैं। आउटपुट पर नाइट्रोऐल्केन उत्पन्न होते हैं।

इस मुक्त मूलक प्रक्रिया का नाम वैज्ञानिक कोनोवलोव के नाम पर रखा गया, जिन्होंने नाइट्रेशन के संश्लेषण की खोज की: CH₄ + HNO₃ → CH ₃नहीं₂ + एच₂ओ.

दरार तंत्र

अल्केन्स को डिहाइड्रोजनीकरण और क्रैकिंग प्रतिक्रियाओं की विशेषता है। मीथेन अणु पूर्ण तापीय अपघटन से गुजरता है।

उपरोक्त प्रतिक्रियाओं का मुख्य तंत्र अल्केन्स से परमाणुओं का उन्मूलन है।

डीहाइड्रोजनीकरण प्रक्रिया

जब पैराफिन के कार्बन कंकाल से हाइड्रोजन परमाणुओं को अलग किया जाता है, तो मीथेन के अपवाद के साथ, असंतृप्त यौगिक प्राप्त होते हैं। एल्केन्स की ऐसी रासायनिक प्रतिक्रियाएं उच्च तापमान (400 से 600 डिग्री सेल्सियस तक) और प्लैटिनम, निकल, क्रोमियम और एल्यूमीनियम ऑक्साइड के रूप में त्वरक के प्रभाव में होती हैं।

यदि प्रोपेन या ईथेन अणु प्रतिक्रिया में शामिल हैं, तो इसके उत्पाद प्रोपेन या एथीन एक दोहरे बंधन के साथ होंगे।

चार या पांच कार्बन कंकाल को डीहाइड्रोजन करते समय, डायनसम्बन्ध। ब्यूटेन butadiene-1, 3 और butadiene-1, 2 से बनता है।

यदि अभिक्रिया में 6 या अधिक कार्बन परमाणु वाले पदार्थ उपस्थित हों तो बेंजीन बनता है। इसमें तीन दोहरे बंधों के साथ एक सुगन्धित कोर है।

अपघटन प्रक्रिया

उच्च तापमान की स्थितियों में, कार्बन बॉन्ड के टूटने और रेडिकल प्रकार के सक्रिय कणों के बनने के साथ अल्केन्स की प्रतिक्रियाएं हो सकती हैं। ऐसी प्रक्रियाओं को क्रैकिंग या पायरोलिसिस कहा जाता है।

अभिकारकों को 500 डिग्री सेल्सियस से अधिक तापमान पर गर्म करने से उनके अणुओं का अपघटन होता है, जिसके दौरान एल्काइल-प्रकार के रेडिकल्स के जटिल मिश्रण बनते हैं।

मजबूत हीटिंग के तहत लंबी कार्बन श्रृंखलाओं के साथ अल्केन्स के पायरोलिसिस को पूरा करना संतृप्त और असंतृप्त यौगिकों को प्राप्त करने से जुड़ा है। इसे थर्मल क्रैकिंग कहा जाता है। इस प्रक्रिया का उपयोग 20वीं सदी के मध्य तक किया जाता था।

नुकसान कम ऑक्टेन संख्या (65 से अधिक नहीं) के साथ हाइड्रोकार्बन का उत्पादन था, इसलिए इसे उत्प्रेरक क्रैकिंग द्वारा बदल दिया गया था। यह प्रक्रिया 440 डिग्री सेल्सियस से नीचे तापमान की स्थिति में होती है और 15 वायुमंडल से नीचे के दबाव में, एक अल्युमिनोसिलिकेट त्वरक की उपस्थिति में एक शाखित संरचना वाले अल्केन्स की रिहाई के साथ होता है। एक उदाहरण मीथेन पायरोलिसिस है: 2CH₄ →^t°C_{2 एच}2_{+ 3एच}2_{। इस प्रतिक्रिया के दौरान, एसिटिलीन और आणविक हाइड्रोजन बनते हैं।}

मीथेन अणु रूपांतरण से गुजर सकता है। इस प्रतिक्रिया के लिए पानी और एक निकल उत्प्रेरक की आवश्यकता होती है। परआउटपुट कार्बन मोनोऑक्साइड और हाइड्रोजन का मिश्रण है।

ऑक्सीकरण प्रक्रियाएं

ऐल्केनों की रासायनिक अभिक्रियाओं की विशेषता में इलेक्ट्रॉनों का दान शामिल है।

पैराफिन का ऑटो-ऑक्सीकरण होता है। इसमें संतृप्त हाइड्रोकार्बन के ऑक्सीकरण के लिए एक मुक्त-कट्टरपंथी तंत्र शामिल है। प्रतिक्रिया के दौरान, अल्केन्स के तरल चरण से हाइड्रोपरॉक्साइड प्राप्त होते हैं। प्रारंभिक चरण में, पैराफिन अणु ऑक्सीजन के साथ बातचीत करता है, जिसके परिणामस्वरूप सक्रिय रेडिकल निकलते हैं। इसके अलावा, एक अन्य अणु O₂ एल्काइल कण के साथ परस्पर क्रिया करता है, जिसके परिणामस्वरूप ∙ROO होता है। एक अल्केन अणु फैटी एसिड पेरोक्साइड रेडिकल से संपर्क करता है, जिसके बाद हाइड्रोपरॉक्साइड निकलता है। एक उदाहरण ईथेन का ऑटॉक्सिडेशन है:

सी₂एच₆ + ओ₂ → ∙सी₂ एच₅ + हू∙, ∙C₂H₅ + O₂ → ∙OOC ₂एच₅, ∙OOC₂एच₅ + सी₂एच₆→ HOOC₂H₅ + ∙C₂H_5.

अल्केन्स को दहन प्रतिक्रियाओं की विशेषता है, जो मुख्य रासायनिक गुणों में से हैं जब वे ईंधन की संरचना में निर्धारित होते हैं। उनके पास गर्मी रिलीज के साथ एक ऑक्सीडेटिव चरित्र है: 2C₂H₆ + 7O₂ → 4CO 2 _{+ 6एच}2_ओ.

यदि प्रक्रिया में ऑक्सीजन की थोड़ी मात्रा है, तो अंतिम उत्पाद कोयला या कार्बन डाइवैलेंट ऑक्साइड हो सकता है, जो O₂ की सांद्रता से निर्धारित होता है।

जब उत्प्रेरक पदार्थों के प्रभाव में अल्केन्स का ऑक्सीकरण होता है और 200 डिग्री सेल्सियस तक गरम किया जाता है, तो अल्कोहल के अणु, एल्डिहाइड याकार्बोक्जिलिक एसिड।

इथेन उदाहरण:

सी₂एच₆ + ओ₂ → सी_{2 H}5_{OH (इथेनॉल),}

सी₂एच₆ + ओ₂ → सीएच₃ CHO + H₂O (एथेनल और पानी), 2C₂H + 3O₂ → 2CH₃ COOH + 2H₂O (एथेनोइक एसिड और पानी)।

तीन-सदस्यीय चक्रीय पेरोक्साइड के संपर्क में आने पर अल्केन्स को ऑक्सीकृत किया जा सकता है। इनमें डाइमिथाइलडायऑक्साइरेन शामिल हैं। पैराफिन के ऑक्सीकरण का परिणाम एक अल्कोहल अणु है।

पैराफिन के प्रतिनिधि KMnO₄ या पोटेशियम परमैंगनेट के साथ-साथ ब्रोमीन पानी पर प्रतिक्रिया नहीं करते हैं।

आइसोमराइजेशन

अल्केन्स पर, प्रतिक्रिया के प्रकार की विशेषता इलेक्ट्रोफिलिक तंत्र के साथ प्रतिस्थापन द्वारा होती है। इसमें कार्बन श्रृंखला का आइसोमेराइजेशन शामिल है। यह प्रक्रिया एल्यूमीनियम क्लोराइड द्वारा उत्प्रेरित होती है, जो संतृप्त पैराफिन के साथ परस्पर क्रिया करती है। एक उदाहरण ब्यूटेन अणु का आइसोमेराइजेशन है, जो 2-मिथाइलप्रोपेन बन जाता है: C₄H₁₀ → C₃ एच 7_सीएच3.

सुगंध प्रक्रिया

मुख्य कार्बन शृंखला में छह या अधिक कार्बन परमाणुओं वाले संतृप्त निर्जलीकरण के लिए सक्षम हैं। ऐसी प्रतिक्रिया छोटे अणुओं के लिए विशिष्ट नहीं है। परिणाम हमेशा साइक्लोहेक्सेन और उसके डेरिवेटिव के रूप में छह-सदस्यीय वलय होता है।

प्रतिक्रिया त्वरक की उपस्थिति में, आगे डीहाइड्रोजनीकरण होता है औरएक अधिक स्थिर बेंजीन रिंग में परिवर्तन। एसाइक्लिक हाइड्रोकार्बन को सुगंधित यौगिकों या एरेन्स में बदल दिया जाता है। एक उदाहरण हेक्सेन का निर्जलीकरण है:

एच₃सी-सीएच₂- सीएच₂- सीएच ₂− सीएच₂−CH₃ → सी₆एच ₁₂ (साइक्लोहेक्सेन), सी₆एच₁₂ → सी₆एच_{6+ 3H}2 _{(बेंजीन)।}