Алканы. Алканы (парафины) это углеводороды, в которых все связи

• Название: Алканы (парафины) это углеводороды, в которых все связи
• Анкор: Алканы
• Дата: 29.03.2022
• Размер: 156 Kb.
• Имя файла: ALKANY.doc
• Тип: Документы; #426199

АЛКАНЫ (ПАРАФИНЫ) – это углеводороды, в которых все связи одинарные. Их называют НАСЫЩЕННЫМИ в отличие от углеводородов с кратными связями.

Общая формула CnH2n+2

Все атомы углерода в алканах имеют sp3- гибридизацию.

Физические свойства: Первые четыре члена гомологического ряда С1 – С4 – бесцветные газы, C5–C17 – жидкости, начиная с C18 – твердые вещества. Все алканы легче воды, не растворимы в воде и не смешиваются с ней. С увеличением длины цепочки увеличиваются температуры кипения и плавления. У алканов с разветвленным углеродным скелетом температуры кипения и плавления ниже, чем у неразветвленных с таким же числом атомов углерода в молекуле.

Типы атомов углерода
вторичныйтретичный

С

│

С –С–С–С–С первичный

│ │

С С

четвертичный
Гомологический ряд – это совокупность органических соединений, отличающихся друг от друга по составу на одну или несколько СН₂-групп (гомологическая разность).

Представители одного гомологического ряда называются гомологами.

Первые пять членов ряда алканов:

СН₄ – метан

С₂Н₆ – этан

С₃Н₈ – пропан

С₄Н₁₀ – бутан

С₅Н₁₂ – пентан

Виды изомерии у алканов и галогеналканов.

1) Для алканов возможна только структурная изомерия углеродного скелета (начиная с С₄)

2) Для галогеналканов, нитроалканов характерна также изомерия положения заместителей – галогенов, нитрогрупп (начиная с С₃)

СН₃-СН₂-СН₂-Сl 1-хлорпропан СН₃-СН-СН₃ 2-хлорпропан

׀

Cl
Получение алканов:

1) Реакция Вюрца: действие металлического натрия на моногалогенопроизводные углеводородов: 2CH3–CH2Br + 2Na  CH3–CH2–CH2–CH3 +2NaBr Происходит удвоение углеродного скелета. Реакция подходит для получения симметричных алканов.

2) Декарбоксилирование солей карбоновых кислот (реакция Дюма): сплавление со щелочами солей карбоновых кислот. Так получают метан при нагревании ацетата натрия с гидроксидом натрия. CH3COONa + NaOH  -t  CH4 + Na2CO3

3) Электролиз растворов солей карбоновых кислот (синтез Дюма): 2CH3COONa + 2H2O –(эл.ток)2СО2 + Н2 + С2Н6 + 2NaOH катод: идёт разрядка воды 2Н2О + 2е Н2 + 2ОН- анод: разрядка аниона кислоты: 2СН3СОО- -2е 2СО2 + СН3-СН3

4) Метан также можно получить гидролизом карбида алюминия. Al4C3 + 12H2O     3CH4­ + 4Al(OH)3

5) Гидрирование непредельных или циклических углеводородов в присутствии катализаторов (платины, палладия, никеля). R–CH=CH–R' + H2 -kat  R–CH2–CH2–R' (циклопропан) + H2 -Pd  CH3 –CH2 –CH3(пропан)

6) Предельные углеводороды от C1 до C11 выделяют фракционной перегонкой нефти, природного газа или смесей углеводородов, получаемых гидрированием угля.

7) Гидрирование угля, оксида углерода в присутствии катализаторов (железо, кобальт, никель) при повышенной температуре: n C + (n+1) H2  –400С,p  CnH2n+2 n CO + (2n+1) H2  –200С,Ni CnH2n+2+ n H2O

Химические свойства алканов.

Алканы не взаимодействуют с концентрированными кислотами, щелочами, перманганатом калия, бромной водой. Не вступают в реакции присоединения. Для них свойственны реакции замещения водородных атомов и расщепления. Эти реакции вследствие прочности связей C–C и C–H протекают или при нагревании, или на свету, или с применением катализаторов.

1)Галогенирова-ние: радикальное замещение. Газообразные хлор и бром на свету.	А) хлорирование: неизбирательно, образуется смесь продуктов: СН3-СН2-СН3 + Cl2–(свет) CH3-CH2-CH2Cl + CH3-CHCl-CH3 + HCl Б) бромирование: CH3 CH3 │ │ СН3-СН2-СН-СН3 +Br2 –(свет)СН3-СН2-С-СН3 + HBr │ Избирательность бромирования: Br третичный > вторичный > первичный атом углерода.
2) Нитрование (реакция М.И. Коновалова):	нагревание до 1400С с разбавленной (10%-ной) азотной кислотой: CH3 CH3 │ │ СН3-СН2-СН-СН3 + HNO3  СН3-СН2-С-СН3 + H2O │ Избирательность нитрования: NO2 третичный > вторичный > первичный атом углерода.
3)  Крекинг	а) CH3–CH2–CH2–CH3 -400°C CH3-CH3 + CH2=CH2 б) длительное нагревание метана: CH4 -1500°C  C+ 2H2 в) мгновенное нагревание (пиролиз метана) 2CH4 -1500°C H–C≡C–H + 3H2
4) Изомеризация: при нагревании с катализатором.	СН3-СН2-СН2-СН3 -(100о, AlCl3) CH3-CH-CH3 │ CH3
5) Горение	CH4 + 2O2    CO2 + 2H2O C5H12 + 8O2    5CO2 + 6H2O
6) Дегидрирование и циклизация.	СН3-СН3 –(кат, t) CH2=CH2 + Н2 В присутствии катализатора гексан и гептан превращаются в бензол и толуол соответственно. СН3-СН2-СН2-СН2-СН2-СН3 –(кат, t) + 4 Н2
7) Окисление	2CH4 + O2  -t, кат  2СН3ОН CH4 + [O]  -t, кат  НСООН CH4 + [O]  -t, кат  НСНО 2С4Н10 + 5O2  -t, кат  2СН3СООН + 2Н2О

ЦИКЛОАЛКАНЫ (ЦИКЛОПАРАФИНЫ)

- предельные циклические углеводороды. Общая формула гомологического ряда C_nH_2n.

Циклопропан	Циклобутан	Циклопентан	Циклогексан
Малые циклы		Большие циклы

Строение циклоалканов.
Каждый атом углерода в циклоалканах находится в состоянии sp³-гибридизации и образует четыре σ-связи С-С и С-Н.
Углы между связями зависят от размера цикла. В малых циклах С₃ и С₄ углы между связями С-С сильно отличаются от тетраэдрического угла 109,5°, что создает в молекулах напряжение и обеспечивает их высокую реакционную способность.
σ-связи в циклопропане называют "банановыми". По свойствам они напоминают p-связи.

Поэтому циклопропан способен вступать в реакции присоединения (с разрывом цикла).




Большие циклы очень устойчивы и не склонны к разрыву. Так, молекула циклогексана не является плоским многоугольником и принимает различные конформации.



a б

Конформации шестичленного цикла: а — кресло: 6 — ванна.
И в конформации кресла, и в конформации ванны связи вокруг каждого атома углерода имеют тетраэдрическое расположение. Отсюда — несравнимо большая устойчивость обычных циклов по сравнению с малыми циклами, отсюда — их возможность вступать в реакции замещения, но не присоединения.

  Изомерия:

1. Структурная изомерия, связанная:
a) с числом углеродных атомов в кольце – например, (этилциклопропан), (метилциклобутан); b) с числом углеродных атомов в заместителях –  (1-метил-2-пропилциклопентан), (1,2-диэтилциклопентан) c)  с положением заместителя в кольце –  (1,1-диметилциклогексан), (1,2-диметилциклогексан)

2. Межклассовая изомерия: циклоалканы изомерны алкенам (с С₃Н₆).

3. Геометрическая цис-транс-изомерия:

Например, в молекуле 1,2-диметилциклопропана две группы СН₃ могут находиться по одну сторону от плоскости цикла (цис-изомер) или по разные стороны (транс-изомер):



цис-изомер транс-изомер

Получение.

1. Отщепление двух атомов галогена от дигалогеналканов (синтез Густавсона):



Вместо магния может использоваться цинк.
2. При каталитическом гидрировании ароматических углеводородов образуются циклогексан или его производные:

t°,р,Ni

C₆H₆ + 3H₂ → C₆H₁₂.


Химические свойства

1)   Гидрирование. При каталитическом гидрировании трех-, четырех- и пятичленные циклы разрываются с образованием алканов.	(циклопропан) + H2 -120ºC,Ni CH3–CH2–CH3 (циклопентан)+ H2-300ºC,PdCH3–CH2–CH2–CH2–CH3 Пятичленный цикл разрывается только при высоких температурах.
2) Галогенирование. Циклопропан и циклобутан при галогенировании разрываются, присоединяя атомы галогена	+  Br2  BrCH2–CH2–CH2Br (1,3- дибромпропан)
Циклопарафины с пяти- и шестичленными циклами вступают при галогенировании в обычные для парафинов реакции замещения.	+ Cl2   (хлорциклопентан) + HCl
3)Гидрогалоге-нирование. Циклопропан и циклобутан взаимодействуют с галогеноводородами с разрывом цикла.	+ HBr  CH3–CH2– CH-CH3  │ Br Реакция осуществляется в соответствии с правилом Марковникова. Другие циклопарафины с галогеноводородами не реагируют.
4) Дегидрирование.	Производные циклогексана дегидрируются в производные бензола: C6H12 –(Pt, t°C) C6H6 + 3H2
5) Нитрование.	Для больших циклов характерны реакции замещения, как для алканов: галогенирование на свету, нитрование. Циклопентан + HNO3  нитроциклопентан + вода.
6) Горение	С3Н6 + О2 = СО2 + Н2О