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지방족 화합물은 구조에 방향족 고리가 없는 고리형 및 열린 사슬의 탄화수소에 의해 형성된 유기 화합물 계열입니다. 따라서 이들은 두 종류의 탄화수소 중 하나를 나타내며, 다른 하나는 바로 방향족 탄화수소 계열입니다.
지방족 화합물은 원유 또는 석유에 존재하는 많은 화합물로 구성됩니다. 여기에는 알칸, 사이클로알칸, 알켄, 디엔, 폴리엔, 알킨, 디인 등이 포함됩니다. 또한 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 가장 중요한 플라스틱 폴리머도 포함됩니다.
지방족이라는 단어는 지방을 의미하는 그리스어 aleiphar 에서 유래했으며 많은 지방족 화합물이 액체 미네랄 오일이거나 다른 용도로 지방 고체를 형성한다는 사실을 암시합니다.
지방족 화합물의 일반적인 특성
외관상 모든 지방족 화합물은 무색의 기체 또는 액체이거나 불투명한 흰색 고체를 형성합니다. 후자의 경우, 고분자량 파라핀과 같은 일부 고체는 일반적으로 시간이 지남에 따라 황색을 띠게 됩니다. 그러나 이 색은 지방족 화합물 자체에 의한 것이 아니라 공기 중의 산소와의 산화 반응 또는 햇빛의 자외선에 의한 분해의 산물이다.
이러한 특성 외에도 지방족 화합물에는 다음과 같은 특성이 있습니다.
물리적 특성
그들은 녹는점과 끓는점이 낮습니다.
지방족 화합물의 분자간 분자간 힘 또는 응집력은 매우 약하여 분자를 서로 분리하는 데 많은 에너지가 필요하지 않습니다. 이러한 관점에서 이들 화합물은 일반적으로 녹는점과 끓는점이 상당히 낮습니다. 유일한 예외는 고분자량 지방족 탄화수소이지만 이러한 경우에도 일반적으로 녹는점이 그리 높지 않습니다.
그들은 고체, 액체 및 기체 상태로 존재할 수 있습니다.
녹는점과 끓는점이 낮다는 바로 그 사실 때문에 이러한 화합물의 대부분은 정상적인 대기 온도와 압력에서 기체입니다. 메탄, 에탄, 에틸렌, 아세틸렌과 같은 화합물은 기체 지방족 탄화수소의 몇 가지 예일 뿐이며 더 많은 화합물이 있습니다.
반면에 헥산, 헵탄, 사이클로헥산과 같은 화합물은 상온에서 모두 액체인 반면, 옥타데칸의 알칸은 녹는점이 25°C 이상이므로 상온에서 고체가 됩니다.
그들은 일반적으로 무정형 고체를 형성합니다.
긴 사슬 지방족 탄화수소는 결정 구조의 주기적인 규칙성이 없이 무질서한 구조의 형태로 응고되는 경향이 있습니다. 이러한 이유로 잘 정의된 모양의 패싯 결정을 형성하는 대신 가시광선에 불투명한 무정형 고체를 형성하는 경향이 있습니다.
물에는 녹지 않지만 대부분의 유기용매에는 녹는다.
지방족 화합물은 비극성이므로 물이나 알코올과 같은 극성 용매에 녹지 않습니다. 대신 시클로헥산, 벤젠, 석유 에테르 등과 같은 유기 용매에 매우 잘 녹습니다.
화학적 특성
그들은 비극성 화합물입니다
위에서 언급했듯이 지방족 화합물은 비극성 화합물입니다. 이는 이들을 구성하는 원소인 탄소와 수소가 비슷한 전기음성도(각각 2.55와 2.2)를 갖기 때문입니다. 이것은 CH 결합을 비극성 공유 결합으로 만듭니다. 또한, 탄소 원자 사이에 형성되는 다른 결합은 두 원자가 동일하기 때문에 완전히 비극성(순수한 공유 결합)입니다.
마지막으로, 탄소와 수소의 전기 음성도 사이의 작은 차이의 결과로 분자의 한 부분에서 생성된 작은 쌍극자 모멘트는 일반적으로 분자의 다른 부분에서 형성된 동등한 쌍극자 모멘트에 의해 상쇄되거나 상쇄됩니다. 그리고 반대 방향을 가리키고 있습니다. 이런 식으로 지방족 탄화수소의 구조와 분자 기하학은 비극성 분자가 되는 데 기여합니다.
가연성이다
이것은 분자 산소와 반응할 때 연소하고 연소한다는 것을 의미합니다. 이 연소 반응은 지방족 화합물이나 산소가 완전히 소모될 때까지 계속 진행하기에 충분한 열의 형태로 에너지를 방출합니다.
가연성이라는 것은 실제로 대부분의 유기 화합물에 공통적인 특성이지만 특히 지방족 화합물과 관련이 있습니다. 사실, 유기 화합물의 몇 가지 다른 계열을 제외하고 우리가 연료로 연소하는 대부분의 화학 물질은 지방족 화합물입니다. 예를 들어, 프로판과 부탄은 가스렌지의 가장 일반적인 연료이며, 아세틸렌(에틴)은 연소로 인해 많은 양의 열을 방출하기 때문에 화염 절단 및 금속 용접 장비에 사용됩니다.
분자 화합물이다
지방족 탄화수소의 원자 사이에 형성되는 모든 화학 결합은 공유 결합입니다. 이러한 이유로 이러한 화합물은 우리가 분자라고 부르는 개별 단위를 형성하여 분자 화합물이 됩니다.
일부는 화학적으로 매우 불활성입니다.
다양한 유형의 지방족 화합물 중에서 알칸 또는 파라핀은 반응성이 거의 없는 매우 안정적인 물질입니다. 연소 반응과는 별개로 고온, 압력 또는 자외선의 존재 없이 일어나는 반응은 거의 없습니다.
일부는 추가 반응을 겪습니다.
탄소-탄소 다중 결합이 제공되는 알켄 또는 올레핀 및 알킨의 경우, 이러한 물질은 알코올 및 에놀을 제공하는 수화, 알킬 할라이드를 제공하는 할로겐화수소화 및 수소화와 같은 부가 반응을 겪을 수 있습니다.
지방족 화합물의 분류
지방족 화합물은 포화 및 불포화 탄화수소인 두 개의 큰 그룹으로 분류됩니다. 이들 각각은 다른 유형의 화합물로 더 나뉩니다. 다양한 유형의 지방족 화합물에 대한 간략한 설명은 다음과 같습니다.
포화 지방족 화합물
그들은 단일 공유 결합만 있고 모든 탄소 원자가 사면체 배열로 4개의 원자와 직접 결합된 sp 3 혼성화를 갖는 탄화수소입니다. 이들은 열린 사슬 알칸(또는 그냥 알칸)과 사이클로알칸 또는 사이클릭 알칸의 두 하위 그룹으로 나뉩니다.
알칸
알칸은 모든 유기 화합물 중에서 가장 단순합니다. 그것들은 공식이 C n H 2n+2 를 생성하며 선형 또는 분지형 사슬 화합물일 수 있습니다. 선형 알칸은 모든 유기 화합물의 구조적 기초이자 체계적인 유기 명명법의 전체 시스템의 기초를 나타냅니다.
사이클로알케인
이들은 말단 탄소가 각각 하나의 수소를 잃고 서로 결합하는 선형 알칸으로 시각화할 수 있습니다. 그들은 분자식 C n H 2n (수소 2개의 손실로 인한 알칸의 +2가 없음)을 가지며 가장 간단한 것은 3원 순환, 즉 삼각형을 형성하는 시클로프로판입니다.
불포화 지방족 화합물
그들은 하나 이상의 다중 공유 결합을 가진 지방족 탄화수소입니다. 그들은 각각 이중 또는 삼중 결합을 형성하기 위해 하나 또는 두 쌍의 인접한 탄소 수소 원자를 잃은 알칸으로 시각화할 수 있습니다.
그들은 열린 사슬 알칸에 해당하는 최대 가능한 양보다 적은 수소 원자를 가지고 있기 때문에 불포화라고 불립니다.
불포화 지방족 화합물은 알켄 또는 알킨일 수 있습니다.
알켄
이들은 두 개의 탄소 원자가 이중 결합으로 연결된 불포화 지방족 탄화수소입니다. 이들 2개의 탄소 원자는 sp 2 혼성화 되고 삼각 평면 방식으로 중앙 탄소 주위에 분포된 각각 총 3개의 원자(다른 탄소 포함)에 결합된다. 두 개의 탄소와 거기에 부착된 다른 4개의 그룹을 포함하여 이중 결합을 가진 분자 부분은 모두 같은 평면에 있습니다.
이 유형의 일부 불포화 지방족 탄화수소는 하나 이상의 이중 결합을 가지고 있어 폴리엔 계열을 형성합니다. 이중 결합이 2개 있는 것을 디엔(dienes), 3개 있는 것을 트리엔(triene)이라고 합니다.
알킨
알킨은 탄소-탄소 삼중 결합을 갖는 불포화 탄화수소로, 두 탄소 모두 sp 혼성화됩니다. 이 화합물의 일반식은 C n H 2n-2 이고 말단 위치(사슬의 끝 또는 시작 부분)에 삼중 결합이 있는 화합물은 약산성 특성을 갖습니다(즉, 약산처럼 거동하여 마지막 수소를 잃습니다).
지방족 화합물의 출처
- 대부분의 지방족 화합물은 석유와 천연 가스에서 나옵니다. 사실, 천연 가스의 상당 부분은 저분자량 알칸, 알켄 및 알킨의 혼합물입니다. 정제하는 동안 대부분의 가벼운 액체 유분에는 다양한 지방족 화합물이 높은 비율로 포함되는 반면, 무거운 액체 유분에는 일반적으로 상당한 양의 방향족 탄화수소와 기타 종류의 유기 화합물이 포함됩니다.
- 한편, 일부 지방족 화합물, 특히 메탄은 보다 복잡한 다른 유기 물질의 박테리아 분해 작용에 의해 생성됩니다.
- 화학 산업에서 몇 가지 중요한 알켄과 알킨은 각각 탈수 반응과 탈할로겐화 반응에 의해 알코올과 알킬 할라이드로부터 합성됩니다.
지방족 화합물의 용도 및 응용
지방족 탄화수소의 가장 일반적인 응용 분야는 다음과 같습니다.
기체, 액체 및 고체 상태의 연료로 사용됩니다.
우리는 이미 요리용 가스와 아세틸렌에 대해 언급했지만 내연 기관용 가솔린 및 기타 연료의 일부인 옥탄 이성질체 및 기타 액체도 있습니다. 우리는 또한 양초를 만들기 위해 수백 년 동안 사용된 고체 파라핀도 발견합니다.
그들은 비극성 유기 용매로 사용됩니다.
대부분의 액체 탄화수소는 유기 합성 또는 세척 산업에서 광유 및 그리스를 제거하기 위해 비극성 유기 용매로 자주 사용됩니다. 이러한 용매 중 일부는 유기 화학 실험실에서 매우 일반적인 용매인 시클로헥산과 같은 순수한 물질인 반면, 다른 용매는 다양한 액체 탄화수소의 혼합물입니다.
그들은 윤활제로 사용됩니다.
고체 지방 또는 액체 오일로 석유 정제에서 나오는 더 무거운 유분은 연소 엔진 및 기타 유형을 포함하여 다양한 유형의 기계 부품용 윤활제로 사용됩니다.
그들은 합성 페인트 및 관련 제품 생산의 기초입니다.
비극성 용매로 작용하는 능력은 이러한 화합물이 유성 페인트, 잉크, 접착제 및 접착제 제조에 사용된다는 것을 의미합니다.
유기 합성 시약 시작
알칸은 반응성이 더 높은 다른 유형의 화합물로 전환될 수 있으므로 일부 유기 합성 공정의 원료로 유용합니다. 그러나 알켄과 알킨은 이와 관련하여 훨씬 더 유용합니다. 알켄은 나중에 많은 복잡한 합성 경로의 기초를 형성하는 매우 중요한 일부 알코올의 산업적 합성을 위한 출발 물질로 자주 사용됩니다.
반면에 알켄은 쉽게 중합될 수 있기 때문에 플라스틱 생산을 위한 출발 물질로 대량으로 사용됩니다. 실제로 세계에서 가장 많이 생산되고 소비되는 플라스틱인 폴리에틸렌은 가장 단순한 알켄인 에틸렌을 중합하여 합성됩니다.
지방족 화합물의 예
다음은 분자 구조 및 분자식과 함께 지방족 탄화수소의 네 가지 주요 유형에 대한 몇 가지 예입니다.
알칸 및 사이클로알칸의 예
알켄의 예
알킨의 예
참조
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