1
Mövzu 1: Üzvi kimyanın predmeti, inkişaf tarixi və nəzəri
məsələləri. Doymuş karbohidrogenlər, adlandırılması, quruluşu,
alınma üsulları, fiziki – kimyəvi xassələri və tətbiqi.
Üzvi kimya karbon birləşmələrinin quruluşunu və onların bir-birinə
çevrilməsini öyrənir.
Üzvi maddələrin tərkibinə karbonla yanaşı, əsasən hidrogen, oksigen və azot,
bəzi hallarda kükürd, fosfor, halogenlər və digər elementlər daxildir. 13 milyondan
çox üzvi birləşmə məlumdur. Bütün kimyəvi elementlərdən yalnız karbon bu cür
çoxlu birləşmələr əmələ gətirir.
Hazırda üzvi maddələrə canlı orqanizmlərdə əmələ gələn və tərkibində karbon
olan maddələri, eləcə də tərkibində karbon olan sintetik birləşmələri aid edirlər.
Sintetik maddələrə müxtəlif polimerlər də daxil edilə bilər. Onlardan plastik
kütlələr, boyaqlar, liflər, tibbi preparatlar hazırlanır.
XIX əsrin birinci yarısında İsveç kimyaçısı Y.Bertselius (1807-ci il) təklif etdi
ki, canlı orqanizmlərdən alınan maddələr üzvi maddələr və onları öyrənən elm isə
üzvi kimya adlandırılsın. Lakin Y.Bertselius və həmin dövrün digər kimyaçıları
hesab edirdilər ki, üzvi maddələr prinsipcə qeyri-üzvi maddələrdən fərqlənir.
Onların fikrincə, üzvi maddələr laboratoriya üsulu ilə alına bilməz.
1824-cü ildə alman kimyaçısı F.Völer ilk dəfə olaraq qeyri-üzvi maddələrdən
oksalat turşusunu və sidik cövhərini sintez etməklə bu cür baxışlara böyük zərbə
vurdu. Oksalat turşusuna (C
2
H
2
O
4
) bitkilərdə rast gəlinir, sidik cövhəri isə
CO(NH
2
)
2
insan və heyvan orqanizmlərində əmələ gəlir.
1845-ci ildə alman alimi A.V.Kolbe süni yolla sirkə turşusunu aldı. 1854-cü
ildə fransız alimi M.Bertlo yağabənzər maddə sintez etdi. 1861-ci ildə rus alimi
A.M.Butlerov şəkərəbənzər maddə aldı. Bununla sübut edildi ki, qeyri-üzvi və üzvi
maddələr arasında keçilməz sərhəd qoymaq olmaz. Onlar yalnız bəzi xüsusiy-
yətləri ilə fərqlənir. Əksər qeyri-üzvi maddələr qeyri-molekulyar, üzvi maddələr
isə molekulyar quruluşludur. Ona görə də qeyri-üzvi maddələrin ərimə və qaynama
temperaturu yüksəkdir. Demək olar ki, əksər üzvi maddələr yanır və qızdırıldıqda
parçalanır.
Üzvi birləşmələrin quruluş nəzəriyyəsinin yaranması XIX
əsrin bir neçə kimyaçılarının adı ilə bağlıdır: E.Frankland, Ş.F.Jerar, F.A.Kekule,
A.S.Kuper və b. Bu nəzəriyyənin inkişaf etdirilməsində həlledici rolu
A.M.Butlerov oynadı (1861-ci il). O, maddələrin kimyəvi quruluşu haqqında
anlayışı əsaslandırarkən belə bir fikir söyləmişdir ki, maddənin kimyəvi quruluşu
onun xassələrini müəyyən edir. A.M.Butlerov üzvi maddələrin kimyəvi quruluş
nəzəriyyəsinin əsas ideyalarını aşağıdakı şəkildə ifadə etmişdir.
2
1.Üzvi maddələrin molekullarını əmələ gətirən bütün atomlar
valentliklərinə uyğun olaraq müəyyən ardıcıllıqla birləşmişdir.
Molekulda atomların birləşmə qaydasını və onların rabitələrinin xarakterini
A.M.Butlerov kimyəvi quruluş adlandırırdı. Molekulların quruluşunun sxematik
təsviri quruluş formulları adlanır.
Karbon atomlarının dördvalentli olması haqqındakı müddəalara və onun
atomlarının zəncirlər və halqalar əmələ gətirə bilməsi qabiliyyətinə əsaslanaraq,
üzvi maddələrin quruluş formullarını qururlar.
2. Maddələrin xassələri nəinki maddələrin tərkibinə hansı atomların və hansı
sayda daxil olmasından, həm də molekullarda atomların birləşmə qaydasından
asılıdır. Quruluş nəzəriyyəsinin bu müddəası izomerlik hadisəsini izah edir.
Tərkibi və molekul kütləsi eyni, lakin kimyəvi quruluşu müxtəlif olan və buna
görə də bir-birindən xassələrinə görə fərqlənən maddələr izomerlər adlanır.
Tərkibi və molekul kütləsi eyni olan, lakin molekullarının quruluşu və
xassələri ilə fərqlənən bir neçə maddənin mövcud ola bilməsi hadisəsinə izomerlik
deyilir.
Sinifdaxili izomerlər bir-birindən, əsasən fiziki xassələri (ərimə, qaynama
temperaturu və s.) və quruluşları ilə fərqlənir. Məsələn,
Butan C
4
H
10
(t
qay
= -0,5
o
C) İzobutan C
4
H
10
(t
qay
= -11,7)
Siniflərarası izomerlər isə həm fiziki, həm də kimyəvi xassələri ilə bir-
birindən fərqlənirlər.
Propilen C
3
H
6
CH
2
= CH – CH
3
CH
2
Tsiklopropan C
3
H
6
H
2
C CH
2
3. Müəyyən bir maddənin xassələrinə əsasən onun molekulunun quruluşunu
aydınlaşdırmaq, molekulun quruluşuna görə isə xassələrini əvvəlcədən söyləmək
olar.
4. Maddələrin molekullarındakı atom və atom qrupları bir-birinə qarşılıqlı təsir
edir.
Üzvi maddələrin təsnifatı
Üzvi birləşmələrin təsnifatı molekulun quruluşunun iki aspektdən analizinə
əsaslanır.
1. Karbon zəncirinin quruluşuna görə.
2. Funksional qrupun növünə, molekuldakı yerinə görə.
3
Doymuş karbohidrogenlərdə (alkanlarda C
n
H
2n+2
) bütün karbon atomları
sp
3
hibridləşmə halındadır, valent bucağı 109
0
28
ı
– dir.
CH
4
; H
3
C – CH
3
; H
3
C – CH
2
– CH
3
; H
3
C – CH
2
- CH
2
– CH
3
metan etan propan butan
CH
3
|
H
3
C – CH – CH
3
; H
3
C – CH – CH
2
– CH
3
; CH
3
- C – CH
3
| | |
CH
3
CH
3
CH
3
2-metil propan 2-metil butan 2,2-dimetil propan
Üzvi birləşmələrin molekullarında bir karbon atomuna digər bir karbon atomu
birləşirsə birli, ikisi birləşirsə ikili, üçü birləşirsə üçlü, dördü birləşirsə dördlü
karbon atomu adlanır.
Birli ikili üçlü dördlü
|
CH
3
– – CH
2
– – CH – – C –
| |
Alkenlərdə (CnH
2n
) iki karbon atomu sp
2
; qalanları isə sp
3
hibridləşmə
vəziyyətindədir. sp
2
hibridləşmə halında olan karbon atomlarının digər element
atomları ilə əmələ gətirdiyi rabitələr arasındakı bucaq 120
0
–dir.
H
2
C = CH
2
H
2
C = CH – CH
3
Etilen (eten C
2
H
4
) propilen (propen C
3
H
6
)
1 2 3 4 1 2 3 4
H
2
C = CH – CH
2
– CH
3
H
3
C – CH = CH – CH
3
Buten – 1 (C
4
H
8
) Buten – 2 (C
4
H
8
)
İkiqat rabitəsi karbon zəncirinin kənarında olan və eləcə də ikiqat rabitəli
karbonların birində iki eyni radikalı olan alkenlərdə sis-trans izomerlik (həndəsi)
yoxdur, digərlərində isə var. Məs.,
4
CH
3
CH
3
CH
3
H
\ ⁄ \ ⁄
C = C C = C
⁄ \ ⁄ \
H H H CH
3
Sis-buten-2 (C
4
H
8
) Trans buten- 2
Radikallar ikiqat rabitənin bir tərəfindədirsə, sis-izomer, müxtəlif
tərəfindədirsə, trans-izomer əmələ gəlir.
Alkenlər, tsikloalkanlarla siniflərarası izomerlik əmələ gətirir. Çünki onlar
eyni ümumi formula (C
n
H
2n
) malikdir.
Alkinlərdə də iki karbon atomu sp, qalanları isə sp
3
hibridləşmə halındadır.
N(sp
3
hib.orb) = [(n-2) · 4]
1 2 3 4
HC≡ CH HC ≡ C – CH
3
HC ≡ C – CH
2
– CH
3
Etin C
2
H
2
Propin C
3
H
4
Butin – 1 C
4
H
6
Alkinlər sis-trans izomerlik əmələ gətirmirlər.
Alkadienlər (C
n
H
2n-2
) üç qrupa bölünür. Kumulə olunmuş alkadienlərdə
karbon atomlarının ikisi sp
2
, biri sp, qalanları isə sp
3
hibridləşmə halındadır. [
N(C
sp3
) = (n-3)]
sp
2
sp sp
2
sp
2
sp sp
2
sp
3
H
2
C = C = CH
2
H
2
C = C = CH – CH
3
Propadien (C
3
H
4
) Butadien-1,2 (C
4
H
6
)
Konyuqə olunmuş alkadienlərdə dörd karbon atomu sp
2
qalanları isə sp
3
hibridləşmə [ N(C
sp2
) = (n-4)] halındadır.
sp
2
sp
2
sp
2
sp
2
H
2
C = CH – CH = CH
2
1 2 3 4
Butadien – 1,3 (C
4
H
6
) və ya divinil
sp
2
sp
2
sp
2
sp
2
H
2
C = C – CH = CH
2
1 2| 3 4
sp
3
CH
3
izopren (C
5
H
8
) və ya 2-metilbutadien-1,3
Konyuqə olunmuş alkadienlərdə də pentadien-1,3-dən başlayaraq sis-trans
izomerlik var.
5
İzolə olunmuş alkadienlərdə də dörd karbon atomu sp
2
hibridləşmə
halındadır [N(C
sp2
) = (n-4)].
sp
2
sp
2
sp
3
sp
2
sp
2
H
2
C = CH – CH
2
– CH = CH
2
Pentadien- 1,4
İzolə olunmuş alkadienlərdə sis-trans izomerlik var. Alkadienlər alkinlərlə
siniflərarsı izomerlik əmələ gətirir, çünki eyni ümumi formula (C
n
H
2n-2
) malikdir.
Alitsiklik
karbohidrogenlərə
tsikloalkanları
misal
göstərmək
olar.
Tsikloalkanları adlandırarkən ilk növbədə radikalın adı deyilir və sonra tsiklə
uyğun gələn tsikloalkanın adı deyilir. Əgər bir neçə radikal varsa tsikldəki karbon
atomlarının nömrələnməsi kiçik radikalın birləşdiyi karbon atomundan başlayır.
Nömrələmə elə aparılır ki, radikalların birləşdiyi karbon atomlarının nömrələrinin
cəmi ən kiçik olsun.
4 1 4 1
–CH
3
–CH
3
–CH
3
H
3
C –
3 2 3 2
1,2 dimetiltsiklobutan 1,3 dimetiltsiklobutan
Tsikloalkanlar sis-trans izomerlik əmələ gətirirlər. Radikallar tsikloalkanın
yerləşdiyi müstəvinin eyni tərəfində yerləşirsə sis-izomer, müxtəlif tərəfində
yerləşirsə trans-izomer əmələ gəlir.
Tsikloalkanlar alkenlərlə siniflərarası izomerdir, çünki onlar eyni ümumi
formula malikdir (C
n
H
2n
).
Aromatik karbohidrogenlər də (arenlər) tsiklik karbohidrogenlər qrupuna
aiddir. Arenlər (C
n
H
2n-6
) benzol və onun homoloqlarıdır. Arenlərdə 6 karbon atomu
sp
2
, qalanları sp
3
hibridləşmə halındadır. Deməli, istənilən arendə 18 sp
2
, (n-6)·4
sp
3
hibrid orbital var, n – aren molekulundakı karbon atomlarının sayını göstərir
(n≥6)
6
7
Alkanlar və ya parafinlər
Molekulları yalnız karbon və hidrogen atomlarından ibarət olan mürəkkəb
maddələr karbohidrogenlər adlanır.
Alkanların – parafin adı tarixən saxlanılmış adıdır (latınca parum affinis –
az aktiv deməkdir). Alkanlar neftin və təbii qazın tərkibinə daxildir.
C
n
H
2n+2
ümumi formuluna malik olan, hidrogen və başqa atom (və ya atomlar
qrupu) birləşdirməyən karbohidrogenlərə doymuş karbohidrogenlər və ya alkanlar
(parafinlər) deyilir. Ümumi formuldakı «n» hərfi karbohidrogen molekulundakı
karbon atomlarının sayını göstərən tam ədəddir.
Alkanlardakı bütün karbon atomları sp
3
hibridləşmə halındadır. Molekulda
C–H
rabitələri
arasındakı
bucaq
və
C–C
| ׀
H C
rabitələri arasındakı bucaq 109
o
28
ı
–dir. Ümumiyyətlə alkanlarda valent bucağı
109
o
28
ı
, karbon atomları arasındakı rabitənin (σ
c-c
) uzunluğu ətrafdakı qrupların
təsirindən 0,146-0,154 nm intervalında dəyişir.
Karbon atomunun elektromənfiliyi (2,5), hidrogenin elektromənfiliyindən
(2,1) böyük olduğu üçün C – H rabitəsini yaradan elektron buludu qismən karbona
doğru sürüşür. Ona görə də karbohidrogenlərin hamısında C – H rabitəsi polyardır.
Deməli, karbohidrogenlərdə polyar rabitələrin sayı hidrogen atomlarının sayına
bərabərdir. Məsələn, metanda (CH
4
) – 4, etanda (C
2
H
6
)-6.
Alkanlarda həm C – H rabitələri, həm də C – C rabitələri σ-rabitələrdir.
Alkanlarda C–H rabitələrinin polyar olmasına baxmayaraq, molekulları qeyri-
polyardır. Alkan molekulunda kimyəvi rabitələrin yaranmasında hər bir karbon
atomunun 4 hibrid orbitalı iştirak edir.
Karbon
atomları
arasındakı
rabitənin
xarakterindən
asılı
olaraq
karbohidrogenlər doymuş, doymamış və aromatik karbohidrogenlərə bölünür.
Ümumi formulu C
n
H
2n+2
Alınma üsulları.
a) Sənayedə:
1. Metanı təbii qazdan (CH
4
80-97%), neftlə birlikdə çıxan qazlardan və daş
kömürün kokslaşması zamanı əmələ gələn koks qazından (CH
4
25%) ayırırlar.
2. Kömürün katalizator iştirakı ilə hidrogenləşməsindən metan alınır.
C + 2H
2
kat
CH
4
3. Karbon-monooksidlə hidrogenin reaksiyasından benzinsintin adlanan
doymuş karbohidrogenlər alınır.
nCO + (2n+1)H
2
t
p
CO
C
o
,
,
,
200
C
n
H
2n+2
+ nH
2
O
Digər alkanları əsasən, neftdən alınan fraksiyalardan və onların emalı
məhsullarından ayırırlar.
b) Laboratoriyada:
1. Metanı natrium-asetatın NaOH ilə qızdırılmasından alırlar.
CH
3
COONa + NaOH
t
CH
4
+ Na
2
CO
3
2. Al
4
C
3
- ün su ilə reaksiyasından
8
Al
4
C
3
+ 12H
2
O → 3CH
4
+ 4Al(OH)
3
3. Metandan başqa digər alkanları doymuş karbohidrogenlərin monohalogenli
törəmələrinə Na metalı ilə təsir etməklə alırlar (Vyürs reaksiyası).
2R – X + 2Na → R – R + 2NaX X = Cl, Br, J
4. Metal üzvi birləşmələrin su ilə parçalanması ilə alkanları almaq olar.
Məsələn,
R – Na + H
2
O → RH + NaOH
R – alkil radikalıdır.
5. Spirtlərin HJ ilə reduksiyası:
R – CH
2
OH + 2HJ → R – CH
3
+ J
2
+ H
2
O
6. Doymuş birəsaslı karbon turşularının qələvi metal duzlarının ərintisinin
elektrolizi
2R – COONa
z
elek
R- R + 2CO
2
+ 2Na
7. Doymamış karbohidrogenlərin hidrogenləşməsi:
C
n
H
2n
+ H
2
kat
t .
C
n
H
2n+2
C
n
H
2n-2
+ 2H
2
kat
t .
C
n
H
2n+2
8. Alkanların termiki və katalitik parçalanması.
C
16
H
34
t
C
8
H
18
+ C
8
H
16
Fiziki xassələri. Adi şəraitdə metan rəngsiz, iysiz,havadan yüngül qazdır.
Alkanların birinci dörd nümayəndəsi adi şəraitdə qaz, pentandan pentadekanadək
maye, sonrakı nümayəndələri isə bərk maddələrdir.
Alkanların quruluş izomerləri bir-birindən fiziki xassələri ilə fərqlənir.
Nisbi molekul kütləsi artdıqca alkanların qaynama və ərimə temperaturları
qanunauyğun olaraq artır. Şaxələnmiş alkanlarda molekullararası qarşılıqlı təsir
qüvvəsi şaxələnməmiş alkanlara nisbətən zəif olduğundan şaxəli doymuş
karbohidrogenlərin qaynama temperaturu normal quruluşlu alkanlara nisbətən
aşağıdır. Suda pis həll olurlar. Propan və butan adi temperaturda təzyiq altında ma-
yeləşir.
Kimyəvi xassələri. Alkanlar üçün əvəzetmə, oksidləşmə, yanma,
izomerləşmə və parçalanma reaksiyaları xarakterikdir.
1. Əvəzetmə reaksiyaları:
a) Xlorlaşma:
C
2
H
6
+ Cl
2
hv
C
2
H
5
Cl + HCl
Hidrogen atomları xlorla tam əvəz olunduqda sonuncu mərhələdə isə
heksaxloretan alınır.
C
2
H
6
+ 6Cl
2
hv
C
2
Cl
6
+ 6HCl
b) Nitrolaşma reaksiyası (M.İ.Konovalov reaksiyası):
CH
4
+ HNO
3
t
CH
3
NO
2
+ H
2
O
2. Oksidləşmə reaksiyaları:
2C
2
H
6
+ 7O
2
→ 4CO
2
+ 6H
2
O
Metan natamam yandıqda duda alınır:
CH
4
+ O
2
→ C + 2H
2
O
Alkanların yanma reaksiyasının ümumi tənliyi:
9
C
n
H
2n+2
+
2
1
3
n
O
2
→ nCO
2
+ (n+1)H
2
O
CH
4
+ O
2
kat
C
o
,
500
HCHO + H
2
O
2CH
4
+ 3O
2
kat
t .
2HCOOH + 2H
2
O
3. Parçalanma reaksiyaları:
2CH
4
kat
C
o
,
650
550
C
2
H
4
+ 2H
2
2CH
4
C
o
1500
C
2
H
2
+ 3H
2
C
4
H
10
kat
t .
C
2
H
6
+ C
2
H
4
(krekinq)
C
6
H
14
t
Pt ,
C
6
H
6
+ 4H
2
4. İzomerləşmə reaksiyaları:
CH
3
–CH
2
–CH
2
–CH
2
–CH
3
t
AlCl ,
3
CH
3
–CH – CH
2
-CH
3
|
CH
3
5. Metan yüksək temperaturda (800-900
o
C) və katalizator iştirakı ilə su
və karbon-dioksidlə reaksiyaya daxil olur:
CH
4
+ H
2
O
kat
t ,
CO + 3H
2
sintez qaz
CH
4
+ CO
2
kat
t .
2CO + 2H
2
sintez qaz
Alkanlar KMnO
4
məhlulunu və bromlu suyu rəngsizləşdirmir.
Dostları ilə paylaş: |