Лекция 2. Предельные углеводороды (алканы)

Предельные углеводороды (алканы)

Предельные, или насыщенные углеводороды состоят из молекул, в которых атомы углерода связаны простой связью. Общая формула гомологического ряда С_nH_2n+2. Алканы – бесцветные вещества, практически в воде не растворимые. Первые четыре члена гомологического ряда метана при обычных условиях – газы; с С₅ до С₁₅ – жидкости. Высшие предельные углеводороды, начиная с С₁₆Н₃₄ – твердые тела.

Соединения с прямой цепью называют нормальными(н-), а с разветвленной – изосоединениями (изо-). Эти соединения называют изомерами. Изомеры с нормальной цепью кипят при более высокой температуре, чем с разветвленной.

Химические реакции предельных углеводородов осуществляются путем расщепления связей С─ Н и разрыва цепи углеродных атомов. Это реакции замещения при насыщенном атоме углерода или радикальные реакции замещения. Примером реакций замещения являются процессы галогенирования, сульфирования, нитрования, сульфохлорирования и др. Последние весьма важны для практики, позволяя получать полупродукты для производства поверхностно-активных веществ (ПАВ). Реакция сульфохлорирования такова:

R─ H + SO₂ + Cl₂ = R─ SO₂ Cl + HCl

^{алкилсульфохлорид}

При действии галогенов на предельные углеводороды под влиянием света в результате замещения атомов водорода образуются галогеналкилы:

СН₄ +Cl₂ → CH₃Cl + HCl

^{хлористый метил}

Хлоропроизводные алканов широко применяются в строительстве. Это их представители, содержащие 15 и более атомов углерода, употребляемые в производстве труб, шлангов, пленок, покрытий для полов и т. д. Их применяют также для получения термо- и водостойких красок. Жидкие хлоралканы используют в качестве смазок.

Концентрированная азотная кислота при нагревании окисляет предельные углеводороды, образуя нитросоединения:

R─ H + HONO₂ → R─ NO₂ + H₂O

При нитровании по Коновалову наиболее легко на нитрогруппу замещается водород у третичного атома углерода, медленнее – у вторичного и труднее всего – у первичного. Первичным атомом углерода считается тот, который затратил только одну валентную связь на соединение с другим углеродным атомом; вторичным – две; третичным – три и четвертичным – четыре.

При окислении предельных углеводородов в присутствии катализаторов получают карбоновые кислоты:

СН₄ + 1, 5О₂ ─ → НСООН + Н₂О

Предельные углеводороды можно получить следующими способами:

1. Гидрированием непредельных углеводородов C_nH_2n + H₂→ C_nH_2n+2

2. Восстановлением галогеналкилов R─ I + H₂ → R─ H + HI

3. Взаимодействием галогеналкилов с HГ R─ I + HI → R─ H +I₂

4. При разложении карбоновых кислот R─ COOH → R─ H + СО₂

5. Методом Вюрца CH₃I + 2Na + ICH₃ → C₂H₆ + 2NaI

6. Восстановлением монооксида углерода 2nCO + (n+1)H₂ → C_nH_2n+2 +nCO₂ Эта реакция лежит в основе получения синтетического бензина