2017-11-01
1260АЛКАНЫ (предельные или насыщенные углеводороды, парафины)
– это нециклические углеводороды, в которых все связи одинарные.
| Общая формула: CnH2n+2 | Все атомы углерода в алканах находятся в состоянии sp3- гибридизации. | Первые четыре члена гомологического ряда алканов – газы, C5–C17 – жидкости, начиная с C18 – твердые вещества. Все алканы легче воды, не растворимы в воде и не смешиваются с ней. |
Химические свойства.
1) Связь углерода с водородом в алканах малополярна.
2) Поэтому её разрыв в реакциях возможен только по гомолитическому механизму:
Это возможно только в жестких условиях.
3) Насыщенные (предельные) углеводороды не имеют возможности вступать в реакции присоединения. Для них свойственны реакции замещения водородных атомов и расщепления. Эти реакции протекают или при нагревании, или на свету, или с применением катализаторов.
Алканы не реагируют с концентрированными кислотами, щелочами, перманганатом калия, бромной водой.
I. Реакции замещения.
|
|
|
| 1) Галогенирование: радикальное замещение. Хлор и бром на свету или при нагревании. |
CH3 CH3
│ │
СН3-СН2-СН-СН3 +Br2 (свет)àСН3-СН2-С-СН3 + HBr
│
Br
Избирательность галогениования:
третичный > вторичный > первичный атом углерода.
Механизм радикального замещения: Цепной свободнорадикальный.
Свободный радикал R∙– это ОЧЕНЬ АКТИВНАЯ частица, несущая на себе один неспаренный электрон и стремящаяся образовать связь с каким-либо другим атомом.
|
| 2) Нитрование (реакция М.И. Коновалова): | Механизм реакции – также радикальный. Нагревание до 140°С с разбавленной (10%-ной) азотной кислотой: CH3 CH3 │ │ СН3-СН2-СН-СН3 + HNO3 à СН3-СН2-С-СН3 + H2O │ Избирательность нитрования: NO2 третичный > вторичный > первичный атом углерода. |
| 3) Крекинг - превращения алканов под действием нагревания. | а) Для алканов с длинными цепями при крекинге получается алкан и алкен. Причём при длине больше 5 атомов С получится смесь углеводородов разной длины. CH3–CH2–CH2–CH3 400°Cà CH3-CH3 + CH2=CH2 б) Крекинг метана происходит двумя возможными путями: 1. длительное нагревание метана: CH4 1000°Cà C+ 2H2 2. мгновенное нагревание до 1500 градусов и сразу охлаждение: 2CH4 1500°CàH–C≡C–H + 3H2 ацетилен |
| 4) Изомеризация – перестройка углеродного скелета с образованием других изомеров:при нагревании с катализатором AlCl3. | СН3-СН2-СН2-СН3 (100о, AlCl3)à CH3-CH-CH3 │ CH3 |
| 5) Окисление: | 1) Горение: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O C5H12 + 8O2 → 5CO2 + 6H2O 2) Каталитическое окисление: Метана: СН4+О2 (катализатор)à могут образоваться СН3ОН, НСОН или НСООН + Н2О Бутана: 2С4Н10 + 5О2 (катализатор)à4СН3СООН + 2Н2О (уксусная кислота) |
| 6) Дегидрирование и циклизация. |
1) Короткие алканы дегидрируются в алкены или диены:
С2Н6 (кат., t)àC2H4 + H2
CH3-CH2-CH2-CH3 (кат.Cr2O3, t)àбутадиен + Н2
2) В присутствии катализатора гексан и гептан превращаются в бензол и толуол соответственно.
СН3-СН2-СН2-СН2-СН2-СН3 (кат.Pt, t)à  + 4 Н2
|
|
|
|
Получение:
| 1) Реакция Вюрца: действие металлического натрия на моногалогенопроизводные углеводородов: 2CH3–CH2Br + 2Naà CH3–CH2–CH2–CH3 +2NaBr Происходит удвоение углеродного скелета. Реакция подходит для получения симметричных алканов. Для получения алканов с нечетным числом атомов углерода следует брать смесь разных галогеналканов: CH3–CH2Br + CH3–Br + 2NaàCH3–CH2–CH3 + 2NaBr |
| 2) Декарбоксилирование солей карбоновых кислот(реакция Дюма): сплавление солей карбоновых кислот со щелочами. Так получают метан при нагревании ацетата натрия с гидроксидом натрия. CH3COONa + NaOH(сплавление)àCH4+ Na2CO3 |
| 1) 3) Электролиз растворов солей карбоновых кислот(реакция Кольбе): 2CH3COONa + 2H2O (эл.ток)à 2СО2 + Н2 + С2Н6 + 2NaOH катод: идёт разрядка воды: 2Н2О + 2е à Н2 + 2ОН- анод: 2) разрядка аниона кислоты: 2СН3СОО- -2е à 2СО2 + СН3-СН3 |
| 4) Гидролиз карбида алюминия – получение метана. Al4C3 + 12H2Oà3CH4 + 4Al(OH)3 |
5) Гидрирование непредельных или циклических углеводородов в присутствии катализаторов (платины, палладия, никеля).
CH3–CH=CH–CH3 + H2 katà CH3–CH2–CH2–CH3
 (циклопропан) + H2 Pdà CH3 –CH2 –CH3(пропан)
|
| 6)Из синтез-газа (смеси угарного газа CO и водорода H2), который пропускают через катализаторы при высоких температуре и давлении: CO+3H2 àCH4+H2O |
| 7) Промышленные методы. Алканы можно получить из нефти крекингом (см. химические свойства) или фракционной перегонкой. При крекинге алканы получаются вместе с непредельными соединениями (алкенами). Этот способ важен тем, что при разрыве молекул высших алканов получается очень ценное сырье для органического синтеза: пропан, бутан, изобутан, изопентан и др. |
