Алканы

Алканы

Общая характеристика

Алканы - предельные углеводороды. Это значит, что все связи одинарные (предельные).

Напишем гомологический ряд алканов (формулы в нем соответствуют  общей формуле алканов CnH2n+2, таким образом, зная количество атомов углерода в молекуле можно посчитать количество атомов водорода).

Метан - СН4

Этан - С2Н6

Пропан - С3Н8

Бутан - С4Н10

Пентан - С5Н12

Гексан - С6Н14

Гептан - С7Н16

Октан - С8Н18

Нонан - С9Н20

Декан - С10Н22

Здесь нужно обратить внимание на окончание -ан (оно, как и в названии класса, обозначает предельность). Каждому алкану соответствует радикал:

Метил - СН3-

Этил - С2Н5-

Пропил - С3Н7-

Бутил - С4Н9-

Пентил - С5Н11-

Гексил - С6Н13-

Гептил - С7Н15-

Октил - С8Н17-

Нонил - С9Н19-

Декил - С10Н21-

Получение алканов

Получение метана

1. Из простых веществ

С + 2Н2 →(t, kat) CH4

2. Из карбида алюминия

Al4C3 + H2O → Al(OH)3↓ + CH4↑

3. В лаборатории из безводного гидроксида натрия с ледяной уксусной кислотой

2NaOH + CH3COOH →(t) Na2CO3 + H2O + CH4↑

4. Сплавление ацетата натрия с гидроксидом натрия

CH3COONa + NaOH → CH4↑ + Na2CO3

Получение гомологов метана

1. Реакция Вюрца

CH4 + Cl2 →(hν) CH3Cl + HCl

2CH3Cl + 2Na → 2NaCl + CH3-CH3

При помощи этой реакции лучше не получать углеводороды с нечетным количеством атомов углерода, так как в этом случае получается смесь продуктов.

Пример: 3CH3Cl + 3C2H5Cl + 6Na → CH3-CH3 + C2H5-CH3 + C2H5-C2H5 + 6NaCl

2. Каталитическое гидрирование галоген-алканов

CH3CH2Cl + H2 →(Pd) CH3CH3 + HCl

3. Восстановление йодалканов при нагревании с йодоводородной кислотой:

CH3CH2I + HI →(t) CH3CH3 + I2↓

4. При восстановлении спиртов

CH3OH →(LiAlH4) CH3CH3 + H2O

5. Реакция Кижнера-Вольфа

CH2 - C(O) - CH3 + N2H4(изб) →(присутствие KOH) CH3-CH2-CH3 + N2↑ + H2O

6. Гидрирование непредельных углеводородов

С2Н4 + Н2 → С2Н6

С2Н2 + 2Н2 → С2Н6

7. Синтез Фишера-Тропша

nCO + (2n+1)H2 → CnH2n+2 + nH2O

8. Синтез Кольбе

2RCOO‾ → 2CO2 + R-R + 2e

Реакцию проводят в водных, этанольных или метанольных электролитах на гладких анодах из платины или анодах из непористого угля при температуре 20-50С.

Химические свойства алканов

1. Галогенирование

CH4 + Cl2 →(hν) CH3Cl + HCl

CH3Cl + Cl2 →(hv) CH2Cl2 + HCl

CH2Cl2 + Cl2 →(hv) CHCl3 + HCl

CHCl3 + Cl2 →(hv) CCl4 + HCl

Механизм реакции

1. Инициация цепи

Cl2 →(hv) 2Cl°

2. Рост цепи

Cl° + CH4 → HCl + CH3°

CH3° + Cl2 → CH3Cl + Cl°

Эти реакции идут пока не произойдет обрыв цепи.

3. Обрыв цепи

Cl° + Cl° → Cl2

CH3° + CH3° → C2H6

CH3° + Cl° → CH3Cl

Суммарное уравнение: CH4 + Cl2 →(hv) CH3Cl + HCl

2. Реакция нитрования (реакция Коновалова)

CH4 + HNO3 →(140C, p) CH3 - NO2 + H2O

3. Реакция изомеризации

CH3CH2CH2CH3 →(AlCl3, 100C) CH3CH(CH3)CH3

4. Крекинг алканов

C10H22 →(t, kat) C5H12 + C5H10

2CH4 →(t, kat) C2H2 + 3H2

C2H6 →(t, kat) C2H2 + 2H2

5. Сульфохлорирование (реакция Рида)

CH4 →(SO2, Cl2, hv) CH3 - SO2Cl + HCl

6. Окисление

а) Кислородом воздуха

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

б) Каталитическое окисление

2CH4 + O2 → 2CH3OH

CH4 + O2 → HCHO + H2O

2CH4 + 3O2 → 2HCOOH + 2H2O

7. Термическое разложение алканов

CH4 →(t) C + 2H2

C2H6 →(t) 2C + 3H2

8. Дегидрирование

CH3-CH3 → CH2=CH2 + H2

CH3-CH2-CH2-CH3 → CH2=CH-CH=CH2 + 2H2

CH3-CH2-CH2-CH3 → CH2=C-CH-CH3 + 2H2

9. Конверсия метана

CH4 + H2O →(Ni) CO + 3H2 (CO+H2 - синтез-газ)