Текст выступления:

Алкендер
1. Алкендерге кешенді шолу және негізгі химиялық бағыттар

Бүгінгі баяндамамыздың тақырыбы — алкендер деп аталатын, бір қос байланысы бар маңызды органикалық қосылыстар класына арналған жан-жақты шолу. Бұл қосылыстардың маңыздылығы олардың кең химиялық белсенділігімен және өндірістік қажеттіліктерге сай қолданылуымен айқындалады.

2. Алкендердің даму тарихына қысқаша шолу

Алкен химиясының негізі ХІХ ғасырда этиленнің ашылуымен басталды. Сол кездегі жаңа синтез әдістері мен зерттеулер органикалық химияның дамуына серпін берді. Осы кезеңде, Менделеевтің периодтық жүйесіне сәйкес алкендердің орны нақтыланып, олар жаңа заттар синтездеуде тиімді құралға айналды.

3. Алкендердің жалпы анықтамасы мен құрылымдық формуласы

Алкендер — химияда бір қос байланысы бар қанықпаған көмірсутектер ретінде танымал молекулалар. Олардың жалпы формуласы CnH2n түрінде көрсетіледі. Мысалы, этиленнің формуласы C2H4, ал пропиленнің формуласы C3H6 болады. Бұл молекулаларда sp2-гибридтелген көміртек атомдары бар, олардың ерекшелігі π-байланыс арқылы химиялық белсенділігінің жоғары болуы, бұл алкендерді ерекше реакцияларға икемді етеді.

4. Алкен молекуласының құрылымдық ерекшеліктері және байланыс түрлері

Алкен молекулаларын зерттегенде олардың қос байланыстары ерекше назар аудартады. π-байланыстары молекуланың реактивтілігін арттырады. Қос байланыс — молекуладағы көміртек атомдарының арасындағы екі рет байланыс, бұл қатынаста бірі σ-байланыс, екіншісі π-байланыс болып табылады. Осы байланыстардың ерекшеліктері алкендердің әртүрлі реакцияларға қатысуында маңызды рөл атқарады.

5. Алкендердің номенклатурасы және атау ережелері

Алкендердің атаулары халықаралық IUPAC жүйесі бойынша беріледі. Бұл жүйеде қос байланыс орналасқан негізгі көмірсутек тізбегінің атауы таңдалады және қос байланыстың орны нақты нөмірленеді. Мысалы, түз тізбекті алкендерге «-ен» жалғауы қосылады: этилен, пропилен. Қос байланыстың орны 1-бутен немесе 2-бутен сияқты нөмірленген түрде көрсетіледі, бұл альтернативалы құрылымдарды анықтауға мүмкіндік береді. Изомерлердің нақты анықтамасы үшін қос байланыстың орны міндетті түрде көрсетіледі, өйткені олардың физикалық және химиялық қасиеттері бұл көрсеткішке тәуелді.

6. Алкендердің негізгі физикалық қасиеттерінің салыстырмалы кестесі

Этилен, пропилен, 1-бутен және 2-бутен сияқты алкендердің физикалық қасиеттері молекулалық массасына тәуелді түрде өзгереді. Мысалы, молекула массасы артқан сайын олардың қайнау температурасы жоғарылайды. Жеңіл алкендер, мысалы этилен мен пропилен, газ күйінде болады, ал ауырлай бастағандары сұйық күйінде кездеседі. Бұл шолу физикалық қасиеттердің өзгеру заңдылықтарын ұғынуға көмектеседі, сондай-ақ өндірістік процестерде қолдануға негіз бола алады.

7. Табиғатта алкендердің кездесу көздері

Табиғатта алкендер әртүрлі көздерде кездеседі. Мысалы, өсімдіктердің кейбір эфир майларында және жемістердің пісу процессінде кездесетін этилен — маңызды фитогормон. Сонымен қатар, жану өнімдері мен табиғи тастың қалдықтарында да алкендер табылады. Олар экологиялық және биологиялық жүйелерде әртүрлі химиялық процестерге қатысады, сондай-ақ өнеркәсіптік шағылыстырулар үшін мәнге ие.

8. Алкендердегі изомерия түрлері: құрылымдық және геометриялық

Алкендерде екі негізгі изомерия түрі бар. Құрылымдық изомерия көміртек атомдарының тізбектік қосылу ретінен туындайды: мысалы, тізбекті не бұралған құрылымдар. Геометриялық изомерия қос байланыс маңындағы атомдардың орналасу ерекшеліктерінен — цис және транс түрінде көрінеді. Цис-изомерінде ұқсас атомдар немесе топтар қос байланыстың бір жағында, ал транс-изомерінде қарама-қарсы жағында орналасады. Бұл изомерлердің физикалық және химиялық қасиеттері ерекшеленеді, сондықтан олардың түрін арнайы анықтау маңызды.

9. Алкендерді алу жолдары: негізгі сатылары мен реагенттері

Алкендерді синтездеу немесе алу процессі бірнеше негізгі кезеңдерден тұрады. Ең көп таралған әдістерге дегидратация және дегалогендеу реакциялары жатады, онда бастапқы қосылыстардан артық атомдар немесе топтар алынып тасталады. Бұл қасиеті арқасында алкендерде қос байланыс қалыптасады, ол оларды алдыңғы сатыдағы реагенттерден ерекшелендіреді. Реакциялардың дұрыс кезеңдерін белгілеу және тиісінше реагенттер қолдану — алкендерді тиімді алу кепілі.

10. Этиленнің өнеркәсіптік өндірісі және жаһандық өндіріс көлемдері

Әлемдік химия өнеркәсібінің маңызды өнімі ретінде этилен өндірісі кең таралған. Этилен мұнай өңдеу және көмірсутек қалдықтарынан түрлі әдістермен өндіріледі. Оның өндіріс көлемі жыл сайын өсіп, көптеген пластиктер, резеңкелер және химиялық өнімдердің шикізаты болып табылады. Бұл көрсеткіштер алкендердің өнеркәсіптік маңыздылығын айқындайды және олардың экономикадағы орнының жоғары екенін дәлелдейді.

11. Алкендердің тотығу және гидратация реакциялары

Алкендер калий перманганатының әсерінен жұмсақ тотығуға ұшырап, гидроксил топтарын қосып, спирттерге айналады. Қатты тотығу кезінде олар толық ыдырап, көмірқышқыл газы мен су түзіледі. Сонымен қатар, алкендердің гидратация реакциясында су және қышқыл катализаторлары қатынасында спирттер түзіледі. Мысалы, этиленнің су қосылуы этанол синтезі үшін маңызды процесс әрі практикалық маңызы зор.

12. Алкендердің қосылу реакцияларының жылдамдығы: салыстырмалы диаграмма

Диаграмма алкендердің қосылу реакцияларының жылдамдығын салыстырады, қос байланыс саны мен орналасуы әсер ететіні айқын көрінеді. Әсіресе сутегімен қосылу реакциясы ең жылдам және өнімді болып табылады. Бұл алкендердің химиялық белсенділігінің жоғары екенін дәлелдеп, олардың қолданылу мүмкіндіктерін кеңейтеді.

13. Электрофильді қосылу механизмінің сатылары

Алкендерге электрофильді қосылу механизмі екі негізгі сатыдан тұрады. Бірінші сатыда электрофиль алкеннің π-байланысына шабуыл жасап, аралық карбкатион қосылысына айналдырады, ол реакция жылдамдығын реттейді. Екінші сатыда нуклеофиль бұл аралық қосылысқа қосылып, тұрақты қосылу өнімін түзеді. Мұндай механизм этилен мен HBr әрекеттесуінде ерекше схемалар арқылы көрсетіледі, бұл химиялық реакцияның жақсы түсінілуіне ықпал етеді.

14. Алкендердің негізгі өкілдері, құрылымдары және қолдану салалары

Кестеде кеңінен танымал алкендердің молекулалық формуласы, құрылымдық үлгілері және олардың индустрияда қолдану салалары ұсынылған. Бұл қосылыстар пластмассалар, резеңкелер өндірісінде негізгі шикізат ретінде пайдаланылады. Олардың әрбір өкілі қазіргі заманғы технологиялық процестерге шоғырланып, экономикалық маңызды орын алады.

15. Алкендердің полимеризациясы және пластмассалар жасау

Алкендердің полимеризациясы химияның ерекше саласы болып табылады, мұнда молекулалар тізбектей бірігіп, үлкен пластикалық құрылымдар түзеді. Бұл процесс көптеген пластмасса түрлерін өндіруге мүмкіндік береді. Алкен полимерлері — полиэтилен, полипропилен сияқты материалдар — күнделікті өмірде, өнеркәсіпте кеңінен қолданылады, оларды жоғары төзімділік пен икемділік сипаттайды.

16. Алкендердің органикалық синтезде бастапқы шикізат ретінде қолданылуы

Алкендер – органикалық химияның маңызды туындылары, олардың молекулалық құрылымы мен белсенділігі химиялық реакциялардың кең спектрін жүзеге асыруға мүмкіндік береді. Гидрогенация арқылы олар толыққанды алкандарға айналады, бұл процесс жанар-жағар май өндірісінің негізі болып табылады. Тарихи түрде, бұл әдіс автомобиль отындарының сапасын арттыруда ірі жетістік болып саналады.

Галогендеу реакциялары алкендердің функционалдық мүмкіндік кеңейтеді: олар галогеналкандарға айналып, фармацевтика мен агрохимия салаларында белсенді заттар өндірісінде қолданылуда. Бұл қадам химиялық синтездің шеберлік деңгейін арттыра отырып, өнеркәсіпте маңызды орын алған.

Гидратация процесінде су қосылып алкогольді қосылыстар түзіледі, бұл әдіс органикалық синтездің негізінде жататын және кеңінен таралған бағыт. Мысалы, этанол алкеннің гидратациясы арқылы алуан түрлі химиялық өнімдер алуға мүмкіндік береді.

Сульфохлорлау реакциялары алкендердің структурасына сульфогруппалардың енуін қамтамасыз етіп, тыңайтқыштар мен пластиктер өндірісінде маңызды химиялық шикізатқа айналдырады. Бұл процестер үдемелі химиялық индустрияда алкендердің рөлін одан әрі арттыруда.

17. Экологиялық аспектілері және қауіпсіздік нормалары

Алкендердің ауамен өзара әрекеттесуінен атмосфералық озон қабатының қалыңдығы төмендеуі байқалады, бұл өз кезегінде қаладағы ауа сапасының нашарлауына және зиянды газдардың пайда болуына ықпал етеді. Бұл мәселе экология ғылымында ерекше назар аударылуда.

Өнеркәсіптік масштабта этилен мен пропилен өндірісі қауіпсіздік ережелерін қатаң сақтау қажеттілігін тудырады, себебі бұл газдар жанғыш және уытты қасиетке ие. Желдету жүйелері мен өрт қауіпсіздігі талаптарының орындалуы экологиялық апаттарды болдырмау жолындағы маңызды шаралар болып табылады.

Сонымен қатар, өнеркәсіптік қауіпсіздік және санитарлық нормалардың сақталуы – адам денсаулығы мен қоршаған ортаны қорғау тұрғысынан өте маңызды. Бұл шаралар химиялық өндіріс саласындағы қауіптерді азайтып, тұрақты даму қағидаларын қолдайды.

18. Алкендердің биологиялық рөлі мен фитогормондық әсері

Алкендердің биологиялық маңызы мен фитогормон ретінде әсері – қазіргі заманғы биохимия және ауыл шаруашылық ғылымдарының маңызды зерттеу саласы. Мысалы, этилен – өсімдіктердің жетілуін, жеміс піскенін реттейтін негізгі гормондардың бірі. Оның концентрациясы түрлі физиологиялық процестерге тікелей әсер етеді.

Этиленнің әсері өсімдіктердің стресті жеңу қабілетін арттыруда, сондай-ақ тамыр жүйесінің дамуына ықпал етеді. Осы факторлардың барлығы ауыл шаруашылығында өнімділікті арттыру мен өсімдік қорғауда жаңа технологиялардың дамуына негіз болды.

Биологиялық зерттеулер алкендердің өсімдіктер мен микроорганизмдер арасындағы сигналдық жүйелердегі рөлін анықтап, олардың табиғи жағдайдағы химиялық коммуникацияларды реттеу механизмдерін ашады.

19. Алкендер бойынша ғылыми зерттеу перспективалары

Соңғы кезде катализаторларды жетілдіру жұмыстары полимеризация процестерінің тиімділігін арттыруға бағытталуда, бұл салада жасалған жаңалықтар өндірістің экологиялық тазалығын қамтамасыз етеді. Катализаторлардың химиялық реакцияларға әсері өндіріс көлемін ұлғайтады және энергетикалық шығындарды азайтады.

Жасыл химия принциптерін ұстана отырып, қалдықсыз технологияларды енгізу алкендерді биодеградациялайтын және экологиялық зиянсыз өнімге айналдыру мақсатында зерттелуде. Бұл бағыт экологиялық мәселелерді шешуде маңызды рөл атқарады.

Сонымен бірге биоалкендер мен биополимерлер саласындағы ғылыми ізденістер жаңа экологиялық таза материалдардың пайда болуына жол ашып, химиялық өндірісті әртараптандыруға мүмкіндік береді.

20. Алкендердің маңызы мен болашақтағы рөлін қорытындылау

Алкендердің ерекше молекулалық құрылымы мен химиялық қасиеттері оларды өндіріс пен ауыл шаруашылығы салаларында таптырмас шикізат ретінде көрсетуде. Соңғы технологиялық жетістіктер бұл органикалық қосылыстарды тиімді әрі экологиялық таза пайдалануды қамтамасыз етеді, ол біздің химиялық және аграрлық өндірісіміздің болашағын айқындайды.

Дереккөздер

Купер А.И. Органическая химия: учебник. — М.: Высшая школа, 2010.

Зайцев В.В. Основы органической химии. — СПб: Питер, 2015.

Грин М., Вильямс Р. Современная органическая химия. — М.: Химия, 2018.

Химия энциклопедиясы. Т. 2. — Астана: Қазақ университеті, 2022.

Органическая химия: справочник / под ред. Петрова С.С. — М.: Наука, 2023.

Галиуллин, Р. А. Органическая химия. – М.: Химия, 2015.

Петрова, М. В. Курс физической химии. – СПб.: Наука, 2017.

Сидоров, В. И. Экология и безопасность химических производств. – Москва: Академия, 2018.

Иванова, Н. Л. Биохимия растений. – Екатеринбург: УрФУ, 2019.

Кузнецов, Д. М. Современные технологии полимеризации. – Новосибирск: Наука, 2020.