Алканы

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Химическая структура (вверху) и 3D-модель (внизу) метана — простейшего алкана

Алка́ны (также насыщенные углеводороды, парафины, алифатические соединения) — ациклические углеводороды линейного или разветвлённого строения, содержащие только простые связи и образующие гомологический ряд с общей формулой CnH2n+2.

Алканы являются насыщенными углеводородами и содержат максимально возможное число атомов водорода. Каждый атом углерода в молекулах алканов находится в состоянии sp3-гибридизации — все 4 гибридные орбитали атома С равны по форме и энергии, 4 электронных облака направлены в вершины тетраэдра под углами 109°28'. За счёт одинарных связей между атомами С возможно свободное вращение вокруг углеродной связи. Тип углеродной связи — σ-связи, связи малополярны и плохо поляризуемы. Длина углеродной связи — 0,154 нм.

Простейшим представителем класса является метан (CH4). Углеводород с самой длин­ной цепью — нонаконтатриктан C390H782 синтезировали в 1985 году английские химики И. Билл и М. К. Уайтинг[1].

Содержание

Номенклатура[править]

Рациональная[править]

Выбирается один из атомов углеродной цепи, он считается замещённым метаном и относительно него строится название «алкил1алкил2алкил3алкил4метан», например:

Alkan02.png

а: н-бутил-втор-бутилизобутилметан
б: триизопропилметан
в: триэтилпропилметан

Систематическая ИЮПАК[править]

По номенклатуре ИЮПАК названия алканов образуются при помощи суффикса -ан путём добавления к соответствующему корню от названия углеводорода. Выбирается наиболее длинная неразветвлённая углеводородная цепь так, чтобы у наибольшего числа заместителей был минимальный номер в цепи. В названии соединения цифрой указывают номер углеродного атома, при котором находится замещающая группа или гетероатом, затем название группы или гетероатома и название главной цепи. Если группы повторяются, то перечисляют цифры, указывающие их положение, а число одинаковых групп указывают приставками ди-, три-, тетра-. Если группы неодинаковые, то их названия перечисляются в алфавитном порядке.[2]

Например:

Alkan03.png
2,6,6-триметил-3-этилгептан (слева направо) / 2,2,6-триметил-5-этилгептан (справа налево)

При сравнении положений заместителей в обеих комбинациях, предпочтение отдается той, в которой первая отличающаяся цифра является наименьшей. Таким образом, правильное название — 2,2,6-триметил-5-этилгептан.

Гомологический ряд и изомерия[править]

Изомерия предельных углеводородов обусловлена простейшим видом структурной изомерии — изомерией углеродного скелета. Гомологическая разница — —CH2—.

Гомологический ряд алканов (первые 10 членов)
Метан CH4 CH4
Этан CH3—CH3 C2H6
Пропан CH3—CH2—CH3 C3H8
Бутан CH3—CH2—CH2—CH3 C4H10
Пентан CH3—CH2—CH2—CH2—CH3 C5H12
Гексан CH3—CH2—CH2—CH2—CH2—CH3 C6H14
Гептан CH3—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH3 C7H16
Октан CH3—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH3 C8H18
Нонан CH3—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH3 C9H20
Декан CH3—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH3 C10H22

Алканы, число атомов углерода в которых больше трёх, имеют изомеры. Число этих изомеров возрастает с огромной скоростью по мере увеличения числа атомов углерода.[3]

Количество структурных изомеров
n Название Число возможных изомеров
1 Метан 1
2 Этан 1
3 Пропан 1
4 Бутан 2
5 Пентан 3
6 Гексан 5
7 Гептан 9
8 Октан 18
9 Нонан 35
10 Декан 75
11 Ундекан 159
12 Додекан 355
13 Тридекан 802
14 Тетрадекан 1 858
15 Пентадекан 4 347
16 Гексадекан 10 359
17 Гептадекан 24 894
18 Октадекан 60 523
19 Нонадекан 148 284
20 Эйкозан 366 319
21 Генэйкозан 910 726
22 Докозан 2 278 638
23 Трикозан 5 731 580
24 Тетракозан 14 490 245
25 Пентакозан 36 797 588
26 Гексакозан 93 839 412
27 Гептакозан 240 215 803
28 Октакозан 617 105 615
29 Нонакозан 1 590 507 121
30 Триаконтан 4 111 846 763
31 Гентриаконтан 10 660 307 791
32 Дотриаконтан 27 711 253 769
33 Тритриаконтан 72 214 088 660
34 Тетратриаконтан 188 626 236 139
35 Пентатриаконтан 493 782 952 902
36 Гексатриаконтан 10 660 307 791
37 Гептатриаконтан 3 404 490 780 161
38 Октатриаконтан 8 964 747 474 595
39 Нонатриаконтан 23 647 478 933 969
40 Тетраконтан 62 481 801 147 341
41 Гентетраконтан 165 351 455 535 782
42 Дотетраконтан 438 242 894 769 226
43 Тритетраконтан 1 163 169 707 886 427
44 Тетратетраконтан 3 091 461 011 836 856
45 Пентатетраконтан 8 227 162 372 221 203
46 Гексатетраконтан 21 921 834 086 683 418
47 Гептатетраконтан 58 481 806 621 987 010
48 Октатетраконтан 156 192 366 474 590 639
49 Нонатетраконтан 417 612 400 765 382 272
50 Пентаконтан 1 117 743 651 746 953 270
51 Генпентаконтан 2 994 664 179 967 370 611
52 Допентаконтан 8 031 081 780 535 296 591
53 Трипентаконатн 21 557 771 913 572 630 901
54 Тетрапентаконтан 57 919 180 873 148 437 753
55 Пентапентаконтан 155 745 431 857 549 699 124
56 Гексапентаконтан 419 149 571 193 411 829 372
57 Гептапентаконтан 1 128 939 578 361 332 867 936
58 Октапентаконтан 3 043 043 571 906 827 182 530
59 Нонапентаконтан 8 208 615 366 863 753 915 949
60 Гексаконтан 22 158 734 535 770 411 074 184
61 Генгексаконтан 598581×1017
62 Догексаконтан 161806×1018
63 Тригексаконтан 437672×1018
64 Тетрагексаконтан 118462×1019
65 Пентагексаконтан 320829×1019
66 Гексагексаконтан 869413×1019
67 Гексаконтан 235738×1020
68 Октагексаконтан 639552×1020
69 Нонагексаконтан 173603×1021
70 Гептаконтан 471485×1021
71 Генгептаконтан 128115×1022
72 Догептаконтан 348297×1022
73 Тригептаконтан 947345×1022
74 Тетрагептаконтан 257793×1023
75 Пентагептаконтан 701832×1023
76 Гексагептаконтан 191156×1024
77 Гептагептаконтан 520874×1024
78 Октагептаконтан 141991×1025
79 Нонагептаконтан 387228×1025
80 Октаконтан 105645×1026
81 Геноктаконтан 288336×1026
82 Дооктаконтан 787256×1026
83 Триоктаконтан 215028×1027
84 ОТетраоктаконтан 587532×1027
85 Пентаоктаконтан 160591×1028
86 Гексаоктаконтан 439100×1028
87 Гептаоктаконтан 120103×1029
88 Октаоктаконтан 328613×1029
89 Нонаоктаконтан 899410×1029
90 Нонаконтан 246245×1030
91 Геннонаконтан 674392×1030
92 Дононаконтан 184752×1031
93 Тринонаконтан 506282×1031
94 Тетранонаконтан 138779×1032
95 Пентанонаконтан 380518×1032
96 Гексанонаконтан 104364×1033
97 Гептанонаконтан 286313×1033
98 Октанонаконтан 785685×1033
99 Нонанонаконтан 215660×1034
100 Гектан 592107×1034
101 Генигектан 162608×1035
102 Догектан 446671×1035
103 Тригектан 122727×1036
104 Тетрагектан 337282×1036
105 Пентагектан 927143×1036
106 Гексагектан 254918×1037
107 Гептагектан 701051×1037
108 Октагектан 192839×1038
109 Нонагектан 530557×1038
110 Декагектан 146003×1039
111 Ундекагектан 401866×1039
112 Додекагектан 11063396×1038
113 Тридекагектан 30479186×1038
114 Тетрадекагектан 83899994×1038
115 Пентадекагектан 23122936×1039
116 Гексадекагектан 63675155×1039
117 Гептадекагектан 17555388×1040
118 Октадекагектан 48361667×1040
119 Нонадекагектан 13338183×1041
120 Эйкозагектан 36757402×1041
400 Тетрактан (пока не синтезирован) 4776×10196

Физические свойства[править]

  • Температуры плавления и кипения увеличиваются с молекулярной массой и длиной главной углеродной цепи
  • При нормальных условиях неразветвлённые алканы с CH4 до C4H10 — газы; с C5H12 до C13H28 — жидкости; после C14H30 — твёрдые вещества.
  • Температуры плавления и кипения понижаются от менее разветвленных к более разветвленным. Так, например, при 20 °C н-пентан — жидкость, а неопентан — газ.
  • Газообразные алканы горят бесцветным или бледно-голубым пламенем с выделением большого количества тепла.
Физические свойства нормальных алканов
n Название Тпл, °C Ткип, °C Плотность, г/см³ Показатель преломления
1 Метан −182,48 −161,5 0,416 при Tкип
2 Этан −183,3 −88,63 0,546 при Tкип
3 Пропан −187,7 −42,1 0,585 при Tкип
4 Бутан −138,35 −0,5 0,6 при Tкип 1,3326
Изобутан −159,60 −11,73 0,5510 при Tкип
5 Пентан −129,7 36,07 0,6262 1,3575
6 Гексан −95,3 68,7 0,6594 1,3749
7 Гептан −90,6 98,4 0,638 1,3876
8 Октан −55,8 125,7 0,7025 1,3974
9 Нонан −54 150,8 0,718 1,4054
10 Декан −29,7 174,1 0,730 1,4119
11 Ундекан −25,6 195,9 0,7402 1,4151
12 Додекан −9,6 216,3 0,7487 1.4216
13 Тридекан −5,4 235,5 0,7564 1,4256
14 Тетрадекан 5,9 253,6 0,7628 1,4289
15 Пентадекан 9,9 270,6 0,7685 1,4310
16 Гексадекан 18,2 286,8 0,7734 1,4345
17 Гептадекан 22,0 301,9 0,778* 1,4369*
18 Октадекан 28,2 316,1 0,7819* 1,4390*
19 Нонадекан 32,1 329,76 0,7855* 1,4409*
20 Эйкозан 36,8 342,7 0,7887* 1,4426*
21 Генэйкозан 40,5 355,1 0,7917* 1,4441*
22 Докозан 44,4 367,0 0,7944* 1,4455*
23 Трикозан 47,6 378,3 0,7969* 1,4468*
24 Тетракозан 50,9 389,2 0,7991* 1,4480*
25 Пентакозан 53,7 399,7 0,8012* 1,4491*
26 Гексакозан 57 262 (15 мм рт ст) 0,778
27 Гептакозан 60 270 (15 мм рт ст) 0,780
28 Октакозан 61,1 280 (15 мм рт ст) 0,807
29 Нонакозан 64 286 (15 мм рт ст) 0,808
30 Триаконтан 65,8 446,4 0,897* 1,4536*
31 Гентриаконтан 67,9 455 0,8111* 1,4543*
32 Дотриаконтан 69,7 463 0,8124* 1,4550*
33 Тритриаконтан 71 474 0,811
34 Тетратриаконтан 73,1 478 0,8148* 1,4563*
35 Пентатриаконтан 74,7 486 0,8159* 1,4568*
36 Гексатриаконтан 75 265 при 130 Па 0,814
37 Гептатриаконтан 77 504,14 0,815
38 Октатриаконтан 79 510,93 0,816
39 Нонариаконтан 78 517,51 0,817
40 Тетраконтан 81,4 523,88 0,817
41 Гентетраконтан 83 530,75 0,818
42 Дотетраконтан 86 536,07 0,819
43 Тритетраконтан 541,91 0,820
44 Тетратетраконтан 547,57 0,820
45 Пентатетраконтан 553,1 0,821
46 Гексатетраконтан 558,42 0,822
47 Гептатетраконтан 563,6 0,822
48 Октатетраконтан 568,68 0,823
49 Нонатетраконтан 573,6 0,823
50 Пентаконтан 92,1 421 0,824
51 Генпентаконтан 583 0,824
52 Допентаконтан 587,6 0,825
53 Трипентаконтан 592 0,825
54 Тетрапентаконтан 596,38 0,826
60 Гексаконтан 98,9
70 Гептаконтан 105,3
100 Гектан 115,2
150 Пентаконтагектан 123
390 Нонаконтатриктан 132

Примечание к таблице: * отмечены значения, полученные для переохлажденной жидкости.

Спектральные свойства[править]

ИК-спектроскопия[править]

В ИК-спектрах алканов четко проявляются частоты валентных колебаний связи С—Н в области 2850—3000 см−1. Частоты валентных колебаний связи С—С переменны и часто малоинтенсивны. Характеристические деформационные колебания в связи С—Н в метильной и метиленовой группах обычно лежат в интервале 1400—1470 см−1, однако метильная группа дает в спектрах слабую полосу при 1380 см−1.

УФ-спектроскопия[править]

Чистые алканы не поглощают в ультрафиолетовой области выше 2000 Å и по этой причине часто оказываются отличными растворителями для снятия УФ-спектров других соединений.


Химические свойства[править]

Алканы имеют низкую химическую активность. Это объясняется тем, что единичные связи C—H и C—C относительно прочны, и их сложно разрушить. Поскольку углеродные связи неполярны, а связи С—Н малополярны, оба вида связей малополяризуемы и относятся к σ-виду, их разрыв наиболее вероятен по гомолитическому механизму, то есть с образованием радикалов.

Реакции радикального замещения[править]

Галогенирование:
Галогенирование алканов протекает по радикальному механизму. Для инициирования реакции необходимо смесь алкана и галогена облучить УФ-излучением или нагреть.

Хлорирование метана не останавливается на стадии получения метилхлорида (если взяты эквимолярные количества хлора и метана), а приводит к образованию всех возможных продуктов замещения, от хлорметана до тетрахлорметана. Хлорирование других алканов приводит к смеси продуктов замещения водорода у разных атомов углерода. Соотношение продуктов хлорирования зависит от температуры. Скорость хлорирования первичных, вторичных и третичных атомов зависит от температуры, при низкой температуре скорость убывает в ряду: третичный, вторичный, первичный. При повышении температуры разница между скоростями уменьшается до тех пор, пока не становится одинаковой. Кроме кинетического фактора на распределение продуктов хлорирования оказывает влияние статистический фактор: вероятность атаки хлором третичного атома углерода в 3 раза меньше, чем первичного, и в 2 раза меньше, чем вторичного. Таким образом, хлорирование алканов является нестереоселективной реакцией, исключая случаи, когда возможен только один продукт монохлорирования.

Стоит отметить, что галогенирование происходит тем легче, чем длиннее углеродная цепь н-алкана. В этом же направлении уменьшается энергия ионизации молекулы вещества, то есть, алкан легче становится донором электрона.

Галогенирование — это одна из реакций замещения. В первую очередь галогенируется наименее гидрированый атом углерода (третичный атом, затем вторичный, первичные атомы галогенируются в последнюю очередь). Галогенирование алканов проходит поэтапно — за один этап замещается не более одного атома водорода:

  1. CH4 + Cl2 → CH3Cl (хлорметан) + HCl
  2. CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 (дихлорметан) + HCl
  3. CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 (трихлорметан) + HCl
  4. CHCl3 + Cl2 → CCl4 (тетрахлорметан) + HCl.

Под действием света молекула хлора распадается на радикалы, затем они атакуют молекулы алкана, забирая у них атом водорода, в результате этого образуются метильные радикалы ·СН3, которые сталкиваются с молекулами хлора, разрушая их и образуя новые радикалы.

Бромирование алканов отличается от хлорирования более высокой стереоселективностью из-за большей разницы в скоростях бромирования третичных, вторичных и первичных атомов углерода при низких температурах.

Иодирование алканов иодом не происходит, получение иодидов прямым иодированием осуществить нельзя.

С фтором и хлором реакция может протекать со взрывом, в таких случаях галоген разбавляют азотом или подходящим растворителем.

Сульфохлорирование (реакция Рида):
При облучении УФ-излучением алканы реагируют со смесью SO2 и Cl2, После того, как с уходом хлороводорода образуется алкильный радикал, присоединяется диоксид серы. Образовавшийся сложный радикал стабилизируется захватом атома хлора с разрушением очередной молекулы последнего.

Реакция Рида

Инициирование цепного процесса:

\mathrm{Cl}_2 \xrightarrow{h\nu} 2\mathrm{Cl}\cdot .

Развитие цепного процесса:

\mathrm{R-H} + \cdot \mathrm{Cl} \longrightarrow \mathrm{R \cdot + HCl},
\mathrm{R}\cdot + :\!\mathrm{SO}_2 \longrightarrow \mathrm{R}- \dot{\mathrm{S}} \mathrm{O}_2,
\mathrm{R}- \dot{\mathrm{S}}\mathrm{O}_2 + \mathrm{Cl}_2 \longrightarrow \mathrm{R-SO_2-Cl + Cl} \cdot .

Образовавшиеся сульфонилхлориды широко применяются в производстве ПАВ.

Нитрование:

Алканы реагируют с 10 % раствором азотной кислоты или оксидом азота NO2 в газовой фазе при температуре 140 °C и небольшом давлении с образованием нитропроизводных.

RH + HNO3 → RNO2 + H2O.

Все имеющиеся данные указывают на свободнорадикальный механизм. В результате реакции образуются смеси продуктов.

Реакции окисления:

  • Горение

Основным химическим свойством предельных углеводородов, определяющих их использование в качестве топлива, является реакция горения. Пример:

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + Q.

Значение Q достигает 46 000 — 50 000 кДж/кг.

В случае нехватки кислорода вместо углекислого газа получается угарный газ или уголь (в зависимости от концентрации кислорода).

В общем виде реакцию горения алканов можно записать следующим образом:

СnН2n+2 +(1,5n+0,5)O2nCO2 + (n+1)H2O.
  • Каталитическое окисление

Могут образовываться спирты, альдегиды, карбоновые кислоты.

При мягком окислении СН4 в присутствии катализатора кислородом при 200 °C) могут образоваться:

Окисление также может осуществляться воздухом. Процесс проводится в жидкой или газообразной фазе. В промышленности так получают высшие жирные спирты и соответствующие кислоты.

Ниже представлена реакция окисления алканов диметилдиоксираном:

Oxidation of alkane using dimethyldioxirane.svg

Механизм реакций получения кислот путём каталитического окисления и расщепления алканов показан ниже на примере получения из бутана уксусной кислоты:

Butane to acetic acid.svg

Термические превращения алканов:

  • Разложение

Реакции разложения происходят лишь под влиянием больших температур. Повышение температуры приводит к разрыву углеродной связи и образованию свободных радикалов.

Примеры:

CH4 → C + 2H2 (t > 1000 °C).
C2H6 → 2C + 3H2.

При нагревании выше 500 °C алканы подвергаются пиролитическому разложению с образованием сложной смеси продуктов, состав и соотношение которых зависят от температуры и времени реакции. При пиролизе происходит расщепление углерод-углеродных связей с образованием алкильных радикалов.

В 1930—1950 гг. пиролиз высших алканов использовался в промышленности для получения сложной смеси алканов и алкенов, содержащих от пяти до десяти атомов углерода. Он получил название «термический крекинг». С помощью термического крекинга удавалось увеличить количество бензиновой фракции за счёт расщепления алканов, содержащихся в керосиновой фракции (10—15 атомов углерода в углеродном скелете) и фракции солярового масла (12—20 атомов углерода). Однако октановое число бензина, полученного при термическом крекинге, не превышает 65, что не удовлетворяет требованиям условий эксплуатации современных двигателей внутреннего сгорания.

В настоящее время термический крекинг полностью вытеснен в промышленности каталитическим крекингом, который проводят в газовой фазе при более низких температурах — 400—450 °C и низком давлении — 10—15 атм на алюмосиликатном катализаторе, который непрерывно регенерируется сжиганием образующегося на нём кокса в токе воздуха. При каталитическом крекинге в полученном бензине резко возрастает содержание алканов с разветвлённой структурой.

Для метана:

CH4C2H2 + 3H2 — при 1000 °C.

Частичный крекинг:

2CH4 → С + 2H2— при 1500 °C.
  • Дегидрирование

Образование:

1) В углеродном скелете 2 (этан) или 3 (пропан) атома углерода — получение (терминальных) алкенов, так как других в данном случае не может получиться; выделение водорода:

Условия протекания: 400—600 °C, катализаторы — Pt, Ni, Al2O3, Cr2O3.

а) CH3-CH3 → CH2=CH2 + H2 (этан → этен);

б) CH3-CH2-CH3 → CH2=CH-CH3 + H2 (пропан → пропен).

2) В углеродном скелете 4 (бутан, изобутан) или 5 (пентан, 2-метилбутан, неопентан) атомов углерода — получение алкадиенов; выделение водорода:

в) CH3-CH2-CH2-CH3 → CH2=CH-CH=CH2 + 2H2 (бутан → бутадиен-1,3 — дегидрирование удалённых связей С—С).

в') CH3-CH2-CH2-CH3 → CH2=C=CH-CH3 + 2H2 (бутан → бутадиен-1,2 — дегидрирование соседних связей С—С—С).

3) В углеродном скелете 6 (гексан) и более атомов углерода — получение бензола и его производных:

г) CH3-CH2-CH2-CH2CH2-CH2-CH2-CH3 (октан) → П.-ксилол, параллельно М.-ксилол, параллельно этилбензол + 4H2.

Конверсия метана

В присутствии никелевого катализатора протекает реакция:

CH4 + H2O → CO + 3H2.

Продукт этой реакции (смесь CO и H2) называется «синтез-газом».

Реакции электрофильного замещения[править]

Изомеризация:
Под действием катализатора (например, AlCl3) происходит изомеризация алкана: например, бутан (C4H10), взаимодействуя с хлоридом алюминия (AlCl3), превращается из н-бутана в 2-метилпропан.

С марганцовокислым калием (KMnO4) и бромной водой (Br2) алканы не взаимодействуют.

Нахождение в природе[править]

Нахождение в космосе[править]

В небольших количествах алканы содержатся в атмосфере внешних газовых планет Солнечной системы: на Юпитере — 0,1 % метана, 0,0002 % этана, на Сатурне метана 0,2 %, а этана — 0,0005 %, метана и этана на Уране — соответственно 1,99 % и 0,00025 %, на Нептуне же — 1,5 % и 1,5·10−10, соответственно[4]. На спутнике Сатурна Титане метан (1,6 %) содержится в жидком виде, причем, подобно воде, находящейся на Земле в круговороте, на Титане существуют (полярные) озёра метана (в смеси с этаном) и метановые дожди. К тому же, как предполагается, метан поступает в атмосферу Титана в результате деятельности вулкана[5]. Кроме того, метан найден в хвосте кометы Хиякутаке и в метеоритах (углистых хондритах). Предполагается также, что метановые и этановые кометные льды образовались в межзвёздном пространстве[6].

Нахождение на Земле[править]

Добыча нефти

В земной атмосфере метан присутствует в очень небольших количествах (около 0,0001 %), он производится некоторыми археями (архебактериями), в частности, находящимися в кишечном тракте крупного рогатого скота. Промышленное значение имеют месторождения низших алканов в форме природного газа, нефти и, вероятно, в будущем — газовых гидратов (найдены в областях вечной мерзлоты и под океанами). Также метан содержится в биогазе.

Высшие алканы содержатся в кутикуле растений, предохраняя их от высыхания, паразитных грибков и мелких растительноядных тварей. Это обыкновенно цепи с нечётным числом атомов углерода, образующиеся при декарбоксилировании жирных кислот с чётным количеством углеродных атомов. У животных алканы встречаются в качестве феромонов у насекомых, в частности у мухи цеце (2-метилгептадекан C18H38, 17,21-диметилгептатриаконтан C39H80, 15,19-диметилгептатриаконтан C39H80 и 15,19,23-триметилгептатриаконтан C40H82). Некоторые орхидеи при помощи алканов-феромонов привлекают опылителей.

Получение[править]

Главным источником алканов (а также других углеводородов) являются нефть и природный газ, которые обычно встречаются совместно.

Восстановление галогенпроизводных алканов:
При каталитическом гидрировании в присутствии палладия галогеналканы превращаются в алканы[7]:

R—CH2Cl + H2 → R—CH3 + HCl

Восстановление иодалканов происходит при нагревании последних с иодоводородной кислотой:

R—CH2I + HI → R—CH3 + I2

Для восстановления галогеналканов пригодны также амальгама натрия, гидриды металлов, натрий в спирте, цинк в соляной кислоте или цинк в спирте[7]

Восстановление спиртов:
Восстановление спиртов приводит к образованию углеводородов, содержащих то же количество атомов С. Так, например, проходит реакция восстановления бутанола (C4H9OH), проходящую в присутствии LiAlH4. При этом выделяется вода[8].

H3C—CH2—CH2—CH2OH → H3C—CH2—CH2—CH3 + H2O

Восстановление карбонильных соединений

Реакция Кижнера — Вольфа:

Alkane production.png

Реакцию проводят в избытке гидразина в высококипящем растворителе в присутствии KOH[9].

Реакция Клемменсена[10]:

Clemmensen Reduction Scheme.png

Гидрирование непредельных углеводородов

CnH2n + H2 → CnH2n+2
CnH2n-2 + 2H2 → CnH2n+2

Катализатором реакции являются соединения никеля, платины или палладия[11].

Синтез Кольбе

При электролизе солей карбоновых кислот, анион кислоты — RCOO перемещается к аноду, и там, отдавая электрон превращается в неустойчивый радикал RCOO•, который сразу декарбоксилируется. Радикал R• стабилизируется путем сдваивания с подобным радикалом, и образуется R—R[12]. Например:

2CH3COO − 2e → 2[CH3COO•] → 2CH3• → C2H6
2C3H7COOK → {электролиз} → C6H14

Газификация твердого топлива (Процесс Бертло)

Проходит при повышенной температуре и давлении. Катализатор — Ni:

C+2H2 → CH4

Реакция Вюрца

2R—Br + 2Na = R—R + 2NaBr

Реакция идёт в ТГФ при температуре −80 °C[13]. При взаимодействии R и R` возможно образование смеси продуктов (R—R, R`—R`, R—R`)

Синтез Фишера — Тропша

nCO + (2n+1)H2 → CnH2n+2 + nH2O

Биологическое действие[править]

При хроническом действии алканы нарушают работу нервной системы, что проявляется в виде бессонницы, брадикардии, повышенной утомляемости и функциональных неврозов.

Примечания[править]

  1. Bidd, Ilesh and Whiting, Mark C. The synthesis of pure n-paraffins with chain-lengths between one and four hundred. J. Chem. Soc., Chem. Commun., Issue 19, 1985, p. 543—544
  2. Дерябина Г. И., Кантария Г. В. 2.4.2. Правила построения названий алканов по систематической международной номенклатуре ИЮПАК. Интерактивный мультимедиа-учебник «Органическая химия». Кафедра органической, биоорганической и медицинской химии СамГУ. Архивировано из первоисточника 14 октября 2012. Проверено 10 октября 2012.
  3. OEIS:A000602
  4.  (англ.)Dr. David R. Williams. Jupiter Fact Sheet  (англ.). NASA (2007). Архивировано из первоисточника 16 октября 2010. Проверено 6 октября 2010.
  5.  (англ.)Titan: Arizona in an Icebox?, Emily Lakdawalla, 21 January 2004, verified 28 March 2005
  6.  (англ.)Mumma, M.J.; Disanti, M.A., dello Russo, N., Fomenkova, M., Magee-Sauer, K., Kaminski, C.D., and D.X. Xie (1996). «Detection of Abundant Ethane and Methane, Along with Carbon Monoxide and Water, in Comet C/1996 B2 Hyakutake: Evidence for Interstellar Origin». Science 272 (5266). DOI:10.1126/science.272.5266.1310. PMID 8650540.
  7. 1 2 Химический каталог >> Органическая химия стр 63
  8. СПИРТЫ — статья из энциклопедии «Кругосвет»
  9. Кижнера — Вольфа реакция — статья из Большой советской энциклопедии
  10. http://www.cnshb.ru/AKDiL/0048/base/RK/160003.shtm
  11. Катализаторы гидрирования
  12. Кольбе реакция — статья из Большой советской энциклопедии (3-е издание)
  13. ВЮРЦА РЕАКЦИЯ

Литература[править]

  • Активация и каталитические реакции алканов / Пер. с англ.; под ред. К. Хилла. — М.: Мир, 1992.
  • Общая токсикология / Под ред. Лойта А. О.. — СПб.: ЭЛБИ-СПб., 2006.
  • Петров Ал. А. Химия алканов. — М.: Наука, 1974. — 243 с.
  • Пэрэушану В. Производство и использование углеводородов. — М.: Химия, 1987.
  • Рудаков Е. С. Реакции алканов с окислителями, металлокомплексами и радикалами в растворах. — Киев: Наукова думка, 1985.
  • Хейнс А. Методы окисления органических соединений. Алканы, алкены, алкины и арены. — М.: Мир, 1988.

Ссылки[править]