Способы получения

Ι. Промышленные методы:

1.Фракционная перегонка нефти.

2. Гидрогенизация бурых углей

3. Метод Фишера-Тропша

4.Крекинг нефти:

ΙΙ. Лабораторные методы:

1. Сплавление солей карбоновых кислот с щелочами

2. Гидролиз алкилгалогенидов магния

3. Восстановление галогенпроизводных

4. Реакция Вюрца (получение симметричных алканов)

5. Гидрирование алкенов и алкинов (катализаторы – платина, никель,палладий).

6. Получение метана – карбидный метод:

§2.Физические свойства:

Метан (болотный, рудничный газ) – газ, без цвета и без запаха, с воздухом образует взрывоопасную смесь, в воде практически нерастворим.

Алканы С₁ – С₄ – газы, без цвета, без запаха; С₅ – С₁₅ - жидкости, без цвета, имеют слабый характерный «бензиновый» запах; высшие алканы – твердые вещества без запаха. Относительная плотность предельных углеводородов меньше единицы; они практически не растворимы в воде, но растворяются в галогенпроизводных углеводородов, простых и сложных эфирах. Температура кипения линейных алканов выше температуры кипения соответствующих разветвленных изомеров.

Электронное строение:

Атомы углерода находятся в sp³ - гибридном состоянии: в гибридизации участвуют одна s и три р-орбитали с образованием четырех sp³-гибридных орбиталей. Эти орбитали направлены к вершинам тетраэдра под углом 109,5º. Например, строение метана и этана

метан этан

Длина связи С – С в алканах составляет 0,154нм, а длина С – Н – 0,110нм.

Энергия связи С – С – 350 кДж/моль, энергия связи С – Н – 414 кДж/моль.

Молекулы н-алканов с большим числом углеродных атомов имеют зигзагообразное строение, при этом углеродные атомы находятся, с небольшими отклонениями, в одной плоскости:

В углеводородах вокруг связей С – С легко происходит вращение, поэтому существуют различные формы молекулы, отличающиеся расположением атомов в пространстве, т.е. различные конформации. Конформации различаются между собой стабильностью. Наиболее устойчивые конформации, которые фиксируются физико-химическими методами, называются конформерами.

Наиболее стабильными конформациями являются те, в которых межатомное отталкивание наименьшее. Их называют заторможенными конформациями. Конформации, в которых атомы располагаются близко, являются неустойчивыми и называются заслоненными. Различные конформации находятся в динамическом равновесии, и возможность перехода одной заторможенной конформации в другую через заслоненную конформацию, называется барьером вращения. Для изображения конформаций пользуются проекциями Ньюмена (например, конформации этана):

заторможенная заслоненная заторможенная

§3. Химические свойства

Алканы относятся к наиболее инертным в химическом отношении веществам. Причиной этого является высокая прочность σ-связей С – С и С – Н, неполярность связи С – С и низкая полярность связи С – Н. Наиболее характерными для алканов являются реакции радикального замещения. Связь С – С менее прочная, чем связь

С – Н, однако легче протекает замещение атома водорода, т.к. связь С – Н более доступна для атаки реагентом.

Реакции замещения водорода протекают по радикальному механизму и относятся к цепным процессам.

1.Галогенирование алканов. Предельные углеводороды вступают в реакции со всеми галогенами. Со свободным фтором реакция идет со взрывом. Скорость галогенирования снижается в ряду F > Cl > Br > Ι

Непосредственное взаимодействие со F₂ дает углерод и НF; свободный фтор вызывает крекинг углеродной цепи, т.к. эта реакция сильно экзотермична

(∆H = - 434,5 кдж/моль). Разбавление фтора азотом или применение растворителей способствует протеканию реакции с высокими выходами полифторпризводных – ценных химически стойких веществ:

Хлор реагирует с алканами только под влиянием света, нагревания или в присутствии катализаторов, причем последовательно замещаются хлором все атомы водорода:

хлористый метил

хлористый метилен

хлороформ

четыреххло-

ристый углерод

Механизм радикального хлорирования метана (Н.Н.Семенов и др.):

Ι. Инициирование цепи

ΙΙ. Рост цепи

·····························································

ΙΙΙ. Обрыв цепи

Обрыв цепи происходит в результате столкновения радикалов со стенками сосуда или в результате тройного столкновения.

При хлорировании наиболее легко замещается водород у наименее гидрогенизированного (третичного) атома углерода.

Фотохимическое бромирование обычно проходит значительно более избирательно, чем хлорирование:

29% 48%

99% 1%

Очень высокая эндотермичность первой стадии роста цепи реакции иодирования алканов (129,8 кДж/моль) делает ее практически неосуществимой даже при температуре порядка 300ºС.

Дата добавления: 2017-02-01