V. Способы получения

IV. Физические свойства.

III. Изомерия.

II. Номенклатура.

По международной (систематической) номенклатуре название алканам дают следующим образом:

1. Выбирают наиболее длинную углеродную цепь, нумеруют атомы

углерода с того конца, к которому ближе находятся боковые цепи,

называют ее с суффиксом –ан на конце.

2. Цифры впереди показывают местоположение боковых цепей.

3. Затем называют радикалы, начиная с простейшего в алфавитном порядке

Если заместители одинаковые, то к их названию добавляют приставки ди, -три, -тетра и т.д.

СН₃ — СН — СН — СН₂ — СН₃

| |

СН₃ СН₃

2,3-диметилпентан

Для предельных углеводородов характерна структурная изомерия (изомерия углеродной цепи). Начиная с бутана алканы имеют изомеры:

С₄Н₁₀

СН₃ — СН₂ — CН₂ — СН₃ СН₃ — СН — СН₃

СН₃

н-бутан 2-метилпропан

С₁ по С₄ – газы. С₅ по С₁₇ – жидкости, с С₁₈ – твердые вещества

1. Из ненасыщенных углеводородов (реакция гидрирования):

k=Pt,Ni; t=150ºC

а) C_nH_2n + H₂ C_nH_2n+2

t=25 ºC; k=Ni,Pt

Н₃С —СН ═ СН — СН₃ + Н₂ Н₃С— СН₂ — СН₂— СН₃

бутен бутан

t; k

б) С_nH_2n-2 + 2H₂ C_nH_2n+2

↓ │ t, k=Pt ↓ │ t, k=Pt

CH = CH + H₂ CH₂ = CH₂ + H₂ CH₃— CH₃

↑ │ ↑ │

ацетилен этилен этан

(этин) (этен)

2. Из галогенопроизводных (реакция Вюрца). Этой реакцией пользуются, когда необходимо увеличить углеродную цепь.

t˚

R—Hal + 2Na + R—Hal ———→ R—R + 2NaHal

tº

2CH₃ J + 2Na ———→ H₃C—CH₃ + 2NaJ

иодметан этан

3. Из солей карбоновых кислот:

t

СН₃ COONa + NaO H ————→ Na₂CO₃ + CH₄↑

ацетат натрия крист.

4. Прямой синтез из углерода и водорода:

t=400-500ºC, K=Ni

С + 2Н₂ ————————————→ СН₄↑

5. Из нефти, природного газа.

6. Из карбида алюминия:

Al₄C₃ + 12H₂O ——→ 4Al(OH)₃ + 3CH₄↑

7. Синтез из угарного газа и водорода:

p, t=200-300ºC, K=Co, Fe

nCO + (2n+1) H₂ ———————————→ C_nH_2n+2 + nH₂O

Этим способом получают алканы от С₆ до С_10.

VI. Химические свойства.

Алканы, по словам Коновалова, «химические мертвецы». Для них характерны реакции замещения.

I. Реакции замещения:

1. Галогенирование. Эта реакция является фотохимической реакцией:

свет свет свет

С Н₄ + Сl₂ ——→ C H ₃Cl + Cl₂ ——→C H₂ Cl₂ + Cl₂——→ CHCl₃

- HCl - HCl -HCl

хлорметан дихлорметан трихлорметан

(хлороформ)

свет

С Н Cl₃ + Cl₂ ———→ CCl₄

- HCl

четыреххлористый углерод

тетрахлорметан

Эта реакция протекает по свободнорадикальному механизму. Впервые этот механизм был изучен русским химиком Семеновым. Такие реакции называют часто цепными реакциями.

2. Нитрование (реакция Коновалова):

СН₃ CH₃

│ t=140ºC │

Н₃С—СН₂—С Н —СН₂—СН₃ + HNO₃ ———→ H₃C—CH₂—C—CH₂—CH₃

10 % - H₂O │

3-метилпентан (HO —NO₂) NO₂

азотная 3-метил-3-нитропентан

кислота

Правило Зайцева: ” Отщепление атомов водорода всегда происходит от наименее гидрогенизированного атома углерода”.

3. Сульфирование:

СН₃ СН₃

│ H₂SO₄ t │

СН₃—СН₂—С—СН₃ + НО—SO₃H ———→СН₃—СН₂—С—СН₃

│ конц. │

Н SO₃H

2-метилбутан 2-метил-2-бутансульфокислота

II. Горение:

t t t

а) СН₄+2О₂—→СО₂↑+2Н₂О б) 2СН₄+3О₂—→2СО+4Н₂О в) СН₄+О₂—→С+2Н₂О

избыток недост. недост.

Ш. Разложение:

t=1000ºC

CH₄————→ C + 2H₂↑

IV. Дегидрирование (отщепление водорода)

t=1500ºС

2СН₄ ——————→С₂Н₂ + 3Н₂↑

ацетилен

V. Окисление:

K, t

———————→ CH₃OH

муравьиный спирт

O

K, t //

СН₄ + nO₂ ———————→ H— C

H

муравьиный альдегид

O

K, t //

———————→ H— C

OH

муравьиная кислота

Неполное окисление может происходить без разрыва углеродной цепи, тогда число атомов углерода в молекуле исходного вещества и продукта реакции будет одинаково.

Может такое окисление происходить и с разрывом углеродной цепи.

VI. Крекинг (расщепление, разрыв углеродной цепи)

крекинг

термический (пиролиз) каталитический

t=450-700ºC t=400-500ºC

K= Al₂O₃ + SiO₂

Al₂O₃ + Cr₂O₃

C₄H₈ + H₂↑

бутен

C₄H₁₀ —

С₂Н₆ + С₂Н₄

этан этен

VII. Изомеризация:

СН₃

AlCl₃, t 100ºC │

СН₃—СН₂—СН₂—СН₃—————→ СН₃—СН—СН₃

бутан 2-метилпропан

VII. Отдельные представители алканов и их применение.

1. СН₄ – метан. Бесцветный газ, без запаха, малорастворим в воде, легче воздуха, называют его ” болотным газом”, так как образуется при гниении растительных остатков на дне болот без доступа воздуха, входит в состав нефтяного, природного газа, используется в органическом синтезе, как топливо.

2. С₂Н₆ – этан. Бесцветный газ, без запаха, мало растворим в воде, проявляет слабое наркотическое действие, используется как сырье в органическом синтезе.

3. С₃Н₈ – пропан Бесцветные газы, легко сжимаются, в быту используются как

С₄Н₁₀ – бутан топливо (балонный газ), используется как автомобильное топливо.

Бутан используют для получения бутадиена, который является

сырьем для производства синтетического каучука.

4. Вазелиновое масло – смесь жидких алканов до С₁₅. Бесцветная жидкость без запаха, без вкуса, используется в медицине и парфюмерии. Его используют в технике как основу кислотностойких и неокисляющихся смазочных масел.

5. Вазелин – смесь жидких и твердых алканов до С₂₅. Используется в косметике и в медицине как мазевая основа, в физиотерапевтических процедурах.

6. Парафин – смесь твердых алканов с С₁₈ до С₃₅. Применяется для пропитки материалов (бумаги, ткани. древесины). В медицине используют для физиотерапевтических процедур.

7. Озокерит, горный воск – природная смесь высших алканов. В медицине используют для физиотерапевтических процедур.

Задание на самоподготовку.

1. Записать все возможные изомеры бутана, пентана, гексана. Дать им названия по международной номенклатуре.

2. Сколько веществ изображают следующие формулы:

а) СН₃—СН₂—СН₂—СН₃; б) СН₃ СН₃; в) СН₃—СН—СН₃;

│ │ │

СН₂—СН₂ СН₃

СН₃

г) СН—СН₃; д) СН₃—СН₂ е) СН₃ СН₃

│

СН₃ СН₂

│ СН

СН₃ │

СН₃

ж) (СН₃)₂СН—СН₃; з) СН₂ — СН₂

│ │

СН₃ СН₃

2) Какие из перечисленных соединений являются изомерами:

СН₃

│

а) СН₃—СН—СН₂—СН₂—СН₃; б) СН₃—С—СН₃;

│ │

СН₃ СН₃

СН₃

│

в) СН₃—С—СН₂—СН₃; г) СН₃—СН—СН—СН₃; д) СН₃—СН—СН₃

│ │ │ │

СН₃ СН₃ СН₃ СН₃

3) Назовите следующие углеводороды:

CН₃

│

а) СН₃—СН—СН₂—СН—СН₂—СН₃; б) СН₃—С—СН₃;

│ │ │

СН₃ СН₃ СН₂

│

СН₃

CН₃

│

в) СН₃—СН₂—С—СН₂—СН₃; г) СН₃—СН—С₂Н₅.

│ │

СН₃ С₃Н₇

4) Напишите структурную формулу, отвечающую названию 2,2,4 – триметилпентан.

5) Составьте структурные формулы: а) 2 – метил – 4 – этилгексана;

б) 2 – метил – 4,4 – диэтилоктана; в) 2,2,3 – триметилбутана.

Циклоалканы.

Это углероды циклического строения с общей формулой С_nH_2n, содержащие в цикле только одинарные σ – связи. Для циклоалканов характерно 3 вида изомерии:

1. Размер цикла, то есть количество атомов углерода:

Н₂С — СН₂ Н₂С СН— СН₃

^{4 1}

Н₂С СН_{2 3 2}

Н₂С СН₂

СН₂

циклопентан метилциклобутан

2. Положение заместителей в цикле:

Н₂С _{5 1} СН—СН₃ Н₂С _{5 1} СН—СН₃

Н₂С _{4 2} СН—СН₃ Н₂С _{4 2} СН₂

_{3 3}

СН₂ СН—СН₃

1,2-диметилциклопентан 1,3-диметилциклопентан

3. Цис- и транс-изомерия:

СН₃ СН₃ СН₃ Н

│С _{1 2} │С │С │С

Н Н Н Н₃С

Н₂С _{5 3} СН₂ Н₂С СН₂

₄

СН₂ СН₂

цис-изомер транс-изомер

1,2-диметилциклопентан 1,2-диметилциклопентан

Циллоалканы делятся на:

1. Циклоалканы с малыми циклами (С₃, С₄ )

2. Обычные циклы (С₅, С₆, С₇ …).

Малые циклы.

Неустойчивы, склонны к разрыву. Трехчленный цикл имеет валентный угол 60º, σ-связи образуются при перекрывании sp³-гибридных орбиталей не по прямой, а вне ее. Такое перекрывание не осевое, а приближается к боковому, характерному для π-связей. Такое перекрывание называется «банановое».

Обычные циклы.

Более устойчивы и не склонны к разрыву. Чаще всего встречается циклогексановое кольцо, оно входит в состав терпеноидов, стероидов и т.д.

Химические свойства:

t

1. Горение: С₆Н₁₂ + 9О₂ ———→ 6СО₂↑ + 6Н₂О

t

2. Разложение: С₆Н₁₂———→ 6С + 6Н₂↑

3. Галогенирование:

а) присоединение галогенов:

СН₂ t; K

+ Вr₂ ——→ H₂C—CH₂—CH₂

Н₂С СН₂ │ │

циклопропан Br Br

1,3-дибромпропан

б) замещение атомов водорода на галогены:

СН₂ CH₂

₆

Н₂С СН₂ свет H₂C _{5 1} CH—Cl

+ Сl₂ ———→

Н₂С СН₂ - НСl H₂C _{4 2} CH₂

₃

СН₂ CH₂

циклогексан 1-хлорциклогексан

II. Гидрогалогенирование:

СН₃

│

СН

+ НВr ———→H₃C—CH—CH₂—CH₃

Н₂С СН₂ │

Br

метилциклопропан 2-бромбутан

III. Гидрирование:

СН₂ t, K=Ni

+ Н₂ ————→ Н₃С—СН₂—СН₃

Н₂С СН₂

циклопропан пропан

Дата добавления: 2013-12-12