Реакции замещения

Химические свойства алканов

Физические свойства

В обычных условиях

С₁- С₄ – газы

С₅- С₁₅ – жидкие

С₁₆ – твёрдые

Температуры плавления и кипения алканов, их плотности увеличиваются в гомологическом ряду с ростом молекулярной массы. Все алканы легче воды, в ней не растворимы, однако растворимы в неполярных растворителях (например, в бензоле) и сами являются хорошими растворителями. Физические свойства некоторых алканов представлены в таблице.

Таблица. Физические свойства некоторых алканов

Название	Формула	tпл °С	tкип °С
Метан	СН4	-182,5	-161,5
Этан	С2Н6	-182,8	-88,6
Пропан	С3Н8	-187,7	-42
Бутан	С4Н10	-138,3	-0,5
Пентан	C5H12	-129,7	+36,1
Гексан	С6Н14	-95,3	68,7
Гептан	С7H16	-90,6	98,4
Октан	C8H18	-56,8	124,7
Нонан	С9Н20	-53,7	150,8
Декан	C10H22	-29,6	174,0
Пентадекан	C15H32	+10	270,6
Эйкозан	С20Н42	36,8	342,7
Пентакозан	C25H52	53,7

а) Галогенирование

при действии света - hν или нагревании (стадийно – замещение атомов водорода на галоген носит последовательный цепной характер. Большой вклад в разработку цепных реакций внёс физик, академик, лауреат Нобелевской премии Н. Н. Семёнов)

В реакции образуются вещества галогеналканы R-Cl или С_n H_2n+1 – Cl

CH₄ + Cl₂ ^hν → CH₃Cl + HCl (1 стадия);

метан хлорметан

CH₃Cl + Cl₂ ^hν → CH₂Cl₂ + HCl (2 стадия);

дихлорметан

СH₂Cl₂ + Cl₂ ^hν → CHCl₃ + HCl (3 стадия);

трихлорметан

CHCl₃ + Cl₂ ^hν → CCl₄ + HCl (4 стадия).

тетрахлорметан

Скорость реакции замещения водорода на атом галогена у галогеналканов выше, чем у соответствующего алкана, это связано с взаимным влиянием атомов в молекуле:

Электронная плотность связи С – Cl смещена к более электроотрицательному хлору, в результате на нём скапливается частичный отрицательный заряд, а на атоме углерода – частичный положительный заряд.

На атом углерода в метильной группе (- СН₃) создаётся дефицит электронной плотности, поэтому он компенсирует свой заряд за счёт соседних атомов водорода, в результате связь С – Н становится менее прочной и атомы водорода легче замещаются на атомы хлора. При увеличении углеводородного радикала наиболее подвижными остаются атомы водорода у атома углерода ближайщего к заместителю:

CH₃ – CH₂ – Cl + Cl₂ ^hν → CH₃ – CHCl₂ + HCl

хлорэтан 1,1 -дихлорэтан

Со фтором реакция идёт со взрывом.

С хлором и бромом требуется инициатор.

Иодирование происходит обратимо, поэтому требуется окислитель для удаления HI из рекции.

Внимание!

В реакциях замещения алканов легче всего замещаются атомы водорода у третичных атомов углерода, затем у вторичных и, в последнюю очередь, у первичных. Для хлорирования эта закономерность не соблюдается при T>400˚C.

4 3 2 1

CH₃-CH₂-CH-CH₃ + Cl₂ ^hν → смесь галогеналканов.

│

CH₃

1; 4 – первичные; 3 – вторичный; 2 – третичный.

б) Нитрование

(реакция М.И. Коновалова, он провёл её впервые в 1888 г)

CH₄ + HNO₃ ^t˚С → CH₃NO₂ + H₂O

раствор нитрометан

R-NO₂ или С_n H_2n+1 – NO₂ (нитроалкан)

Дата добавления: 2015-04-24