Что значит предельные углеводороды

Алканы

Органическая химия

По мере изучения вы поймете, что свойства вещества определяются его строением, и научитесь легко предсказывать ход реакций 😉

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Номенклатура алканов

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Гомологами называют вещества, сходные по строению и свойствам, отличающиеся на одну или более групп CH2

Названия алканов формируются по нескольким правилам. Если вы знаете их, можете пропустить этот пункт, однако я должен познакомить читателя с ними. Итак, алгоритм составления названий следующий:

Внимательно изучите составленные для различных веществ названия ниже.

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

В углеводородной цепочке различают несколько типов атомов углерода, в зависимости от того, с каким числом других атомов углерода соединен данный атом. Различают первичные, вторичные, третичные и четвертичные атомы углерода.

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Изомерия бывает структурной (межклассовая, углеродного скелета, положения функциональной группы или связи) и пространственной (геометрической, оптической). По мере изучения классов органических веществ вы узнаете о всех этих видах.

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

В молекулах алканов отсутствуют функциональные группы, кратные связи. Для алканов возможна изомерия только углеродного скелета. Так у пентана C5H12 существует 3 структурных изомера.

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Природный газ и нефть

В состав нефти входят алканы с длинными углеродными цепочками, например: C8H18, C12H26. Путем крекинга из нефти получают алканы.

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Получение алканов

В ходе крекинга нефти получается один алкан и один алкен.

Данный синтез заключается в сплавлении соли карбоновой кислоты с щелочью, в результате образуется алкан.

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Эта реакция заключается во взаимодействии галогеналкана с металлическим натрием, калием или литием. В результате происходит удвоение углеводородного радикала, рост цепи осуществляется зеркально: в том месте, где находился атом галогена.

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

В ходе синтеза Гриньяра с помощью реактива Гриньяра (алкилмагнийгалогенида) получают различные органические соединения, в том числе несимметричные (в отличие от реакции Вюрца).

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

На схеме выше мы сначала получили реактив Гриньяра, а потом использовали его для синтеза. Однако можно записать получение реактива Гриньяра и сам синтез в одну реакцию, как показано на примерах ниже.

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

В результате электролиза солей карбоновых кислот может происходить образование алканов.

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Химические свойства алканов

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Реакции с хлором на свету происходят по свободнорадикальному механизму. На свету молекула хлора распадается на свободные радикалы, которые и осуществляют атаку на молекулу углеводорода.

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Реакция Коновалова заключается в нитровании алифатических (а также ароматических) соединений разбавленной азотной кислотой. Реакция идет при повышенном давлении, по свободнорадикальному механизму.

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Все органические вещества, в их числе алканы, сгорают с образованием углекислого газа и воды.

В ходе каталитического, управляемого окисления, возможна остановка на стадии спирта, альдегида, кислоты.

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

В реакциях, по итогам которых образуются изомеры, используется характерный катализатор AlCl3.

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Вам уже известно, что в результате крекинга образуется один алкан и один алкен. Это не только способ получения алканов, но и их химическое свойство.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

Что значит предельные углеводороды

Изомеры и гомологи

Физические свойства алканов

С увеличением числа атомов углерода в молекуле возрастает температура кипения.

Химические свойства алканов

Малоактивны в обычных условиях, не реагируют с растворами кислот и щелочей, не обесцвечивают раствор KMnO4 и бромную воду.

а) галогенирование (только с хлором и с бромом):

1-я стадия: CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl (при нагревании или на свету).

При достаточном количестве галогена происходит дальнейшее замещение атомов водорода:

б) нитрование (реакция Коновалова):

Изомеры и гомологи

Упрощенно углеводородный цикл часто изображают правильным многоугольником с соответствующим числом углов. Физические свойства мало отличаются от свойств алканов.

За исключением циклопропана и циклобутана циклоалканы, как и алканы, малоактивны в обычных условиях.

Общие свойства циклоалканов (на примере циклогексана):

1. горение (окисление с разрывом связей C—C и C—H):

2. замещение (галогенирование, нитрование):

3. присоединение (гидрирование):

C6H12 + H2 C6H14 (при нагревании под давлением в присутствии Ni-катализатора)

4. разложение (дегидрирование, крекинг, пиролиз):

Особые свойства циклопропана и циклобутана (склонность к реакциям присоединения):

Способы получения циклоалканов

1. Выделение из природных источников (нефть, природный газ).

2. Дегидрирование алканов:

3. Дегалогенирование галогеналканов:

4. Гидрирование ароматических углеводородов:

Алгоритм составления названий предельных углеводородов

Изучив тему, Вы должны усвоить следующие понятия: предельные углеводороды – алканы, σ-связь. Вы должны знать: общую формулы алканов, виды изомерии; номенклатурные правила для углеводородов; типы реакций: горение, замещение (галогенирование), разложение (дегидрирование, крекинг), способы получения алканов. Убедившись, что все необходимое усвоено, переходите к выполнению заданий по теме. Желаем успехов.

Источник

Предельные углеводороды (Алканы)

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

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

Алканы (парафины) – алифатические (нециклические) предельные углеводороды, в которых атомы углерода связаны между собой простыми (одинарными) связями в неразветвленные или разветвленные цепи.

Алканы – название предельных углеводородов по международной номенклатуре.

Парафины – исторически сложившееся название, отражающее свойства этих соединений (от лат. parrum affinis – имеющий мало сродства, малоактивный).

Предельными, или насыщенными, эти углеводороды называют в связи с полным насыщением углеродной цепи атомами водорода. Каждый атом углерода в молекуле алкана связан простыми связями с четырьмя атомами («С» или «Н») и не может присоединить другие атомы.

Простейшие представители алканов:

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

СТРОЕНИЕ АЛКАНОВ

Химическое строение (порядок соединения атомов в молекулах) простейших алканов – метана, этана и пропана – показывают их структурные формулы. Из этих формул видно, что в алканах имеются два типа химических связей:

Связь С–С является ковалентной неполярной. Длина связи C–C в предельных углеводородах равна 0,154 нм. Связь С–Н — ковалентная слабополярная, т.к. углерод и водород близки по электроотрицательности (2.5 — для углерода и 2.1 — для водорода). Связи C–Н немного короче. Электронная плотность немного смещена в сторону более электроотрицательного атома углерода.

Структурные формулы отражают химическое строение, но не дают представления о пространственном строении молекул, которое существенно влияет на свойства вещества.

Пространственное расположение атомных орбиталей углерода зависит от типа его гибридизации. Все атомы углерода в молекулах алканов находятся в состоянии sр3-гибридизации.

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Это означает, что все четыре гибридные орбитали атома углерода одинаковы по форме, энергии и направлены в углы равносторонней треугольной пирамиды – тетраэдра. Углы между орбиталями равны 109 0 28ʹ. Атом углерода в молекуле метана расположен в центре тетраэдра, атомы водорода – в его вершинах.

Строение молекулы метана СН4

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Пространственное строение метана можно показать с помощью объемных (масштабных) и шаростержневых моделей.

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Для записи удобно использовать пространственную (стереохимическую) формулу.

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

В молекуле следующего гомолога – этана С2Н6 – два тетраэдрических sp 3 — атома углерода образуют более сложную пространственную конструкцию:

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Так как гибридизированные электронные облака атомов углерода направлены к вершинам тетраэдра, то при образовании молекулы алканов, с большим числом атомов углерода, имеют зигзагообразное строение.

Строение молекулы пропана С3Н8 – цепь зигзагообразная

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Молекула н-пентана

Все связи в молекулах предельных углеводородах одинаковые. Атом углерода образует σ–связь за счет перекрывания гибридных орбиталей с гибридными орбиталями другого атома. Перекрывание осуществляется, таким образом, что область максимальной электронной плотности сосредотачивается в пространстве на прямой, соединяющей ядра атомов. Такое перекрывание оказывается наиболее эффективным, а возникающие при этом σ–связи – наиболее прочными.

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Гомологический ряд метана

Гомологический ряд – ряд веществ, расположенных в порядке возрастания их молекулярных масс, сходных по строению, химическим свойствам и отличающихся друг от друга на одну или несколько групп СН2.

Гомологический ряд алканов легко составить, прибавляя каждый раз к предыдущей цепочке группу СН2.

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

ИЗОМЕРИЯ АЛКАНОВ

Изомерия – явление существования соединений, которые имеют одинаковый состав (одинаковую молекулярную формулу), но разное строение. Такие соединения называются изомерами.

1. Вид изомерии, при которой вещества отличаются друг от друга порядком связи атомов в молекуле, называется структурной изомерией . Строение структурных изомеров отражается структурными формулами.

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

2. Если в молекулах одинакового состава и одинакового химического строения возможно различное взаимное расположение атомов в пространстве, то наблюдается пространственная изомерия (стереоизомерия).

В этом случае использование структурных формул недостаточно и следует применять модели молекул или пространственные (стереохимические) формулы.

2.1. Углеводородные цепи молекул алканов могут вращаться вокруг простых связей, принимать различные геометрические формы и переходить друг в друга.

Различные геометрические формы молекул, переходящие друг в друга путем поворота вокруг C–C связей, называются конформациями или поворотными изомерами (конформерами), а данный вид изомерии – конформационной (поворотной) изомерией.

2.2. Для предельных углеводородов, начиная с гептана, характерен еще один вид пространственной изомерии, когда два изомера относятся друг к другу как предмет и его зеркальное изображение (подобно тому, как левая рука относится к правой). Такие различия в строении молекул называют зеркальной, или оптической изомерией.

Номенклатура алканов

В настоящее время общепринятой является систематическая номенклатура ИЮПАК.

Для применения номенклатуры ИЮПАК необходимо знать названия и строение определенных фрагментов молекул – органических радикалов.

Согласно международной номенклатуре изомеры с разветвленной цепью углеродных атомов следует рассматривать как производные алкана с самой длинной неразветвленной цепью.

Правила образования названий разветвленных алканов по международной номенклатуре (ИЮПАК)

1.Найти самую длинную (главную) неразветвленную цепь углеродных атомов.

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

2. Пронумеровать атомы углерода главной цепи. Номер атома углерода, у которого находится заместитель (алкильный радикал), должен быть наименьшим.

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

3. Указать положение заместителя (номер атома углерода, у которого находится алкильный радикал).

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

4. Назвать алкильный радикал в соответствии с его положением в цепи.

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

5. Назвать алкан, соответствующий главной цепи.

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Если заместителем является галоген (фтор, хлор, бром, йод), то все номенклатурные правила сохраняются.

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Разные заместители называются в алфавитном порядке.

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛКАНОВ

В обычных условиях первые четыре члена гомологического ряда алканов – газы, углеводороды состава от C5Н12 до C15Н32 – жидкости, а начиная с C16Н34 – твердые вещества.

Температуры плавления и кипения алканов, их плотности увеличиваются в гомологическом ряду с ростом молекулярной массы.

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Предельные углеводороды — соединения неполярные. Они легче воды и практически нерастворимы в ней, однако, они способны растворяться в большинстве органических растворителей, в том числе и друг в друге. Жидкие алканы сами являются хорошими растворителями для многих органических веществ.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛКАНОВ

Члены гомологического ряда алканов имеют общие химические свойства. В обычных условиях алканы химически инертны. Они устойчивы к действию многих реагентов: не взаимодействуют с концентрированной серной и азотной кислотами, с концентрированными и расплавленными щелочами, не окисляются сильными окислителями – КМnО4 и т.п

Химическая устойчивость алканов объясняется высокой прочностью σ–связей С ─ С и С ─ Н, а также их неполярностью. Неполярные связи С ─ С и С ─ Н в алканах не склонны к ионному разрыву, но способны расщепляться гомолитически под действием активных свободных радикалов. Поэтому для алканов характерны радикальные реакции ( реакции замещения ), в результате которых получаются соединения, где атомы водорода замещены на другие атомы или группы атомов.

Алканы вступают в реакции, протекающие по свободно-радикальному (цепному) механизму и протекают обычно на свету или при нагревании. По этому механизму легче всего замещаются атомы водорода у третичных, затем вторичных и первичных атомов углерода. При хлорировании эта закономерность не соблюдается при T>400˚C.

Алканы относятся к углеводородам, в которых отсутствуют кратные связи. Из-за предельности алканов реакции присоединения для них нехарактерны.


Реакции замещения (разрыв связей С ─ Н )

1. Галогенирование (замещение атома водорода атомом галогена — F, Cl, Br с образованием галогеналкана).

Реакция галогенирования алканов протекает по радикальному цепному механизму, т.е. как цепь последовательных превращений с участием свободно-радикальных частиц.

Теорию цепных реакций разработал советский ученый, один из основоположников химической физики, академик Н.Н. Семенов (1896—1986), за что в 1956 г. был награжден Нобелевской премией.

Скорость реакции зависит от активности галогенов, которая уменьшается с увеличением радиуса атома.

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Алканы очень активно реагируют с фтором, реакция алканов с его участием сопровождается взрывом и окислением до СF4.

Реакции хлорирования и бромирования протекают под действием света (фотохимическая цепная реакция) или при 300–400 о C.

Иодирование проходит обратимо, поэтому требуется окислитель для удаления НI из реакции.

Низшие алканы (СН4, С2Н6, С3Н8) можно прохлорировать полностью. В молекуле метана атомы хлора могут заместить от одного до четырех атомов водорода в зависимости от соотношения реагентов

(hv — формула кванта света)

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Механизм реакции

Реакция осуществляется в три стадии:

А) Инициирование (зарождение цепи) – гомолитическое расщепление молекулы Сl2 с образованием свободных радикалов хлора:

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Свободные радикалы – это атомы или группы атомов с неспаренными электронами (•Сl, •Н, •СН3…)

Б) Развитие цепи ( взаимодействие радикала хлора с молекулой алкана, метильного радикала с новой молекулой хлора и т.д.):

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

В) Обрыв цепи (происходит при соединении двух радикалов друг с другом):

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

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

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Электронная плотность связи С – Cl смещена к более электроотрицательному атому хлора, в результате этого на нем образуется частичный отрицательный заряд, а на атоме углерода – частичный положительный заряд.

На атоме углерода в метильной группе (-СН3) создаётся недостаток электронной плотности, поэтому он оттягивает на себя электронную плотность от соседних атомов водорода, в результате этого связи С – Н становятся менее прочными и атомы водорода легче замещаются на атомы хлора.

При увеличении углеводородного радикала наиболее подвижными остаются атомы водорода у атома углерода ближайшего к заместителю:

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Алканы обесцвечивают раствор брома при нагревании, вступая в реакцию радикального замещения.

2.Нитрование (замещение атома водорода нитрогруппой – NO2 с образованием нитроалканов R-NO2). Нитрующий реагент – разбавленная азотная кислота HNO3 (НО─NО2).

В результате реакции образуется смесь изомерных нитросоединений. Наиболее легко замещаются атомы водорода у третичного атома углерода, труднее – у вторичного, наиболее трудно – у первичного:

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

3.Сульфирование (замещение атомов водорода сульфогруппой SO3Н с образованием алкансульфокислот RSO3Н). Сульфирующий реагент – серная кислота Н2SO4 (НО─SO3Н). Сульфирование алканов происходит при действии очень концентрированной Н2SO4 при небольшом нагревании.

Наиболее легко замещается атом водорода у третичного атома углерода:

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Алканы – соединения с низкими степенями окисления углерода и в зависимости от условий реакции они могут окисляться с образованием различных соединений.

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

При обычных условиях алканы устойчивы к действию сильных окислителей (КМnO4, К2Сr2О7).

1. Горение (окисление кислородом воздуха при высоких температурах)

А) Полное окисление (избыток О2)

При избытке кислорода происходит полное окисление алканов до СО2, где углерод имеет высшую степень окисления +4, и воды. Горение углеводородов приводит к разрыву всех связей С–С и С–Н и сопровождается выделением большого количества тепла (экзотермическая реакция).

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Низшие гомологи (метан, этан, пропан, бутан) образуют с воздухом взрывоопасные смеси, что необходимо учитывать при их использовании. С увеличением молекулярной массы алканы загораются труднее.

Сжиженная пропан-бутановая смесь, горение

Процесс горения углеводородов широко используется для получения энергии (в двигателях внутреннего сгорания, в тепловых электростанциях и т.п.).

Общий вид реакции горения алканов:

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Б) Неполное окисление (недостаток О2)

При горении высших алканов ((n >>1)) при недостатке кислорода образуются продукты частичного окисления: угарный газ СО (степень окисления углерода +2), сажа (мелкодисперсный углерод, со степенью окисления 0).

Поэтому высшие алканы горят на воздухе коптящим пламенем, выделяя токсичный угарный газ, представляющий опасность для человека.

Горение метана при недостатке кислорода происходит по уравнениям:

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Последняя реакция используется в промышленности для получения сажи из природного газа, содержащего 80-97% метана.

2. Каталитическое окисление

Частичное окисление алканов при относительно невысокой температуре и с применением катализаторов сопровождается разрывом только части связей С–С и С–Н и используется для получения ценных продуктов: карбоновых кислот, кетонов, альдегидов, спиртов.

Например, при неполном окислении бутана происходит разрыв связи (С2–С3) и получается две молекулы уксусной кислоты:

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Этим способом в промышленности получают уксусную кислоту.

При мягком окислении метана кислородом воздуха в присутствии катализаторов могут быть получены метиловый спирт, формальдегид и муравьиная кислота.

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Высшие алканы (n>25) под действием кислорода воздуха в жидкой фазе в присутствии солей марганца превращаются в смесь карбоновых кислот со средней длиной цепи С12–С18, которые используются для получения моющих средств и поверхностно-активных веществ.

Термические превращения алканов (реакции разложения)

1. Крекинг (анг. сracking — расщепление) алканов является основой переработки нефти с целью получения продуктов меньшей молекулярной массы, которые используются в качестве моторных топлив, смазочных масел, а также сырья для химической и нефтехимической промышленности.

Для осуществления этого процесса используют два способа: термический крекинг (при нагревании без доступа воздуха) и каталитический крекинг (более умеренное нагревание в присутствии катализатора).

Термический крекинг — это разрыв связей С ─ С в молекулах алканов с длинными углеродными цепями, в результате которого образуются алканы и алкены с меньшим числом атомов углерода.

Термический крекинг (пиролиз) осуществляется при температуре 450 – 700 0 С:

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Каталитический крекинг проводят в присутствии катализаторов (обычно оксидов алюминия и кремния) при температуре 500 0 С и атмосферном давлении. При этом с разрывом молекул происходит реакция изомеризации и дегидрирования.

2.При нагревании метана или этана до температуры 1000 0 С начинается пиролиз – разложение на простые вещества:

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Полученный этим способом углерод является достаточно чистым, в технике называется сажей и используется, например, при производстве автомобильных покрышек.

3. Конверсия метана с образованием синтез – газа (СО + Н2)

Важное значение имеет реакция взаимодействия метана с водяным паром, в результате которой образуется смесь оксида углерода (II) с водородом – «синтез-газ» (водяной газ, генераторный газ):

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Эта реакция используется для получения водорода. Синтез-газ служит сырьем для получения различных углеводородов.

1.Дегидрирование (отщепление водорода; происходит в результате разрыва связей С ─ Н; осуществляется в присутствии катализатора при повышенных температурах).

В ходе пропускания алканов над катализатором (Pt, Pd, Ni, А1203, Сг203) при высокой температуре (400­ — 600°С) происходит отщепление молекулы водорода и образование алкена:

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

3.Дегидроциклизация (ароматизация) — реакция дегидрирования, которая приводит к замыканию цепи в устойчивый цикл.

Алканы, содержащие в основной цепи больше 4-х атомов углерода, используются для получения циклических соединений.

Если основная цепь молекулы алкана содержит 5 (но не более) атомов углерода (н-пентан и его алкильные производные), то при температуре 300 0 С над Pt-катализатором атомы водорода отщепляются от концевых атомов углеродной цепи и образуется пятичленный цикл (циклопентан или его производные):

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Алканы с шестью или более углеродными атомами в цепи в присутствии катализатора циклизуются с образованием бензола м его производных:

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Реакции перегруппировки (изомеризация)

1.Изомеризация (превращение химического соединения в его изомер):

Нормальные алканы под влиянием катализаторов и при нагревании способны превращаться в алканы с разветвленной цепью без изменения состава молекул. В этих случаях участвуют алканы, молекулы которых содержат не менее 4-х углеродных атомов:

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Эта реакция является важной для производства бензина, поскольку наличие в его составе разветвленных углеводородов повышает октановое число, т.е. качество топлива.

ПОЛУЧЕНИЕ АЛКАНОВ

Алканы выделяют из природных источников (природный и попутный газ, нефть, каменный уголь).

Газообразные алканы получают из природного и попутных нефтяных газов, а твердые алканы — из нефти. Природной смесью твердых высокомолекулярных алканов является горный воск — природный битум.

Метан широко распространен в природе. Он является главной составной частью многих горючих газов как природных (80-97%), так и искусственных, выделяющихся при сухой перегонке дерева, торфа, каменного угля, а также при крекинге нефти. Природные газы, особенно попутные газы нефтяных месторождений, помимо метана содержат этан, пропан, бутан и пентан.

1. Получение алканов из природных источников (нефть, природный газ)

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

2. Синтезом на основе водяного газа из оксида углерода (II) и водорода можно получить метан:

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

3. Синтезом из водяного газа (СО+Н2) получают смесь алканов:

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

2. Гидролиз карбида алюминия (получение метана)

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

3. Взаимодействие карбида алюминия с сильными кислотами

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

4. Сплавление солей уксусной кислоты со щелочами (реакция Дюма)

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

5. Каталитическое гидрирование (+Н2) непредельных углеводородов

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

6. Взаимодействие галогеналканов с металлическим натрием (реакция Вюрца)

Происходит димеризация углеродной цепи исходного галогеналкана, образуется алкан с четным числом атомов углерода в цепи:

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Если в реакции участвуют разные галогеналканы, то образуется смесь алканов:

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

7. Электролиз растворов солей карбоновых кислот (реакция Кольбе)

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

ПРИМЕНЕНИЕ АЛКАНОВ

Предельные углеводороды находят широкое применение в самых разнообразных сферах жизни и деятельности человека.

Газообразные алканы используются в качестве ценного топлива.Жидкие алканы – это бензин, керосин, жидкость для разжига костров. Из твердых алканов делают свечи.

Метан – является основным компонентом природных и попутных газов (60-99%). В состав природных газов входят пропан и бутан.

Смесь пропана и бутана используется в качестве бытового топлива.

Пропан и бутан при повышении давления сжижаются, поэтому пропаном заправляют балоны для тушения пожаров. Пропан-бутановой смесью заправляют зажигалки.

Что значит предельные углеводороды. Смотреть фото Что значит предельные углеводороды. Смотреть картинку Что значит предельные углеводороды. Картинка про Что значит предельные углеводороды. Фото Что значит предельные углеводороды

Жидкие углеводоpоды составляют значительную долю в моторных и ракетных топливах и используются в качестве растворителей.

Большое промышленное значение имеет окисление высших предельных углеводородов – парафинов с числом углеродных атомов 20-25. Этим путем получают синтетические жирные кислоты с различной длиной цепи, которые используются для производства мыл, различных моющих средств, смазочных материалов, лаков и эмалей.

Вазелиновое масло (смесь жидких углеводоpодов с числом атомов углерода до 15) — пpозpачная жидкость без запаха и вкуса, используется в медицине, паpфюмеpии и косметике.

Вазелин (смесь жидких и твеpдых пpедельных углеводоpодов с числом углеpодных атомов до 25) пpименяется для пpиготовления мазей, используемых в медицине.

Паpафин (смесь твеpдых углеводоpодов С1935) — белая твеpдая масса без запаха и вкуса (tпл= 50-70°C) — пpименяется для изготовления свечей, пpопитки спичек и упаковочной бумаги, для тепловых пpоцедуp в медицине и т.д.

В современной нефтехимической промышленности предельные улеводороды являются базой для получения разнообразных органических соединений, важным сырьем в процессах получения полупродуктов для производства пластмасс, каучуков, синтетических волокон, моющих средств и многих других веществ.

Нормальные предельные углеводороды средней молекулярной массы используются как питательный субстрат в микробиологическом синтезе белка из нефти.

Большое значение имеют галогенопроизводные алканов, которые используются как растворители, хладоагенты и сырье для дальнейших синтезов.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *