Алканы. Предельные (насыщенные) углеводороды (парафины, алканы, метановые углеводороды). С_nН_2n+21.

 Промышленные методы выделения из природных и попутных газов.

1. Из каменного угля

2. Из нефти.

6. Получение метана из углерода и его окислов:

1200^оС

С + 2Н₂ СН₄

сажа

Ni, 500^оС

С + 2Н₂ Сн4

Ni, 250^оССO + 3Н₂ СН₄ + Н₂О

7. Получение метана из карбидов металлов:

Al₄C₃ + 12 Н₂О 4Al(OH)₃ + 3CH₄

Лабораторные способы получения алканов

1. Реакция Вюрца:

СН₃Вr + 2 Nа + ВrСН₃ → 2 NаВr + СН₃-СН₃

2. Сплавление Nа- или К-солей карбоновых кислот со щелочами:

CH3COONa + NaOH = CH4 + Na2CO3

3. Электролиз водных растворов Nа- или К– солей карбоновых кислот (анодный синтез Кольбе):

СН₃СООNa Na⁺ + СН₃СОО^-

НОН Н⁺ + ОН^-

На катоде: 2Н⁺ + 2е Н₂

Na⁺ + ОН^- NaOH

Хим св-ва

1. Реакции галоидирования. Самый энергичный реагент - фтор. Прямое фторирование приводит к взрыву. Наибольшее практическое значение имеют реакции хлорирования. Они могут протекать под действием молекул хлора на свету уже при комнатной температуре. Реакция протекает по свободно-радикальному цепному механизму и включает следующие основные стадии:

а) первая медленная стадия - инициирование цепи:

Cl : Cl Cl. + Cl.

R : H + . Cl HCl + R.

б) развитие цепи - образование продуктов реакции с одновременным образованием свободных радикалов, продолжающих цепной процесс:

R. + Cl : Cl RCl + Cl.

R : H + Cl. HCl + R.

в) обрыв цепи:

R. + Cl. RCl

Так как СI. реагент активный, он может атаковать молекулу уже полученного хлорпроизводного, в результате образуется смесь моно- и полигалогенозамещенных.

Реакция бромирования протекает значительно труднее, т.к. бром менее активен, чем хлор и реагирует в основном с образованием более устойчивых третичных или вторичных радикалов. При этом второй атом брома вступает обычно в соседнее с первым положение, преимущественно у вторичного углерода.

С2Н6 + Br2 = С2Р5Вr + НВr

Реакции иодирования практически не протекают, т.к. HI восстанавливает образующиеся йодистые алкилы.

2. Нитрование - замещение атома Н на группу NО2 при действии азотной кислоты. Идет при действии разбавленной азотной кислоты (12%) при высокой температуре 150оС под давлением (реакция Коновалова). Легче реагируют парафины изостроения, т.к. замещение легче происходит у третичного атома углерода:

С5Н12+ HONO2= H2O +С5Н11NO2

2. Дегидрирование (дегидрогенизация) - отщепление водорода происходит под действием более высокой температуры, чем крекинг.

C4H10=СН3-СН=СН-СН3+H2 .

 Крекинг – расщепление предельных углеводородов на более низкомолекулярные предельные и непредельные углеводороды. Протекает при нагревании без доступа воздуха до 450-550^оС. Механизм термического крекинга – свободно-радикальный.

II тип. Реакции окисления

При обычных условиях парафины не окисляются ни кислородом, ни сильными окислителями (KMnO₄, HNO₃, K₂Cr₂O₇ и др.).

2C2H6+7O2=4CO2+H2O+Q

IV тип. Изомеризация предельных углеводородов

Углы между связями С-Н одинаковы и составляют 109^о281. Агрегатное состояние углеводорода СН₄-С₄Н₁₀ – газы, С₅Н₁₂ – С₁₅Н₃₂ – жидкости; С₁₆Н₃₄ и более – твердые вещества. Агрегатное состояние связано с Т_кип и Т_пл,

При отрыве атома водорода от молекулы алкана образуются так называемые алкильные группы, общая формула которых С_nH_2n+1(метил, этил). Молекула простейшего алкана имеет тетраэдрическую форму, длина связи 0,109мм, угол примерно 109. Возможна структурная и пространственная изомерия. для алканов

характерны радикальные реакции, в результате которых получаются

соединения, где атомы водорода замещены на другие атомы или группы

атомов. Следовательно, алканы вступают в реакции, протекающие по

механизму радикального замещения, обозначаемого символом SR .по этому механизму легче всего замещаются атомы водорода у третичных, затем у вторичных и первичных атомов углерода. В обычных условиях алканы химически инертны. Они устойчивы к действию

многих реагентов: не взаимодействуют с концентрированными серной и

азотной кислотами, с концентрированными и расплавленными щелочами, не

окисляются сильными окислителями, например, перманганатом калия

(KMnO4). Алканы практически не растворимы в воде, так как их молекулы малополярны и не взаимодействуют с молекулами воды, но они хорошо растворяются в неполярных органических растворителях, таких как бензол, тетрахлорметан и других, жидкие легко смешиваются друг с другом. При получении предельных углеводородов, а также других органических соединений из природных источников вызывает множество экологических

проблем. Кроме того, что природные ресурсы постоянно сокращаются, добыча нефти, газа и угля становится достаточно опасной для окружающего мира. Так, при добывании угля открытым (карьерным) способом происходит изменение ландшафта, из хозяйственного оборота

изымаются тысячи гектаров земли, занимаемых пустой породой, понижается уровень грунтовых вод. Большую опасность представляет также и транспортировка этих природных ресурсов. Ежегодно происходит множество утечек нефти при

добыче, транспортировке по трубопроводам и танкерами. При подобных авариях гибнут обитатели морей, птицы, различные насекомые. Ущерб

исчисляется миллиардами долларов. Возникает необходимость в развитии безопасных и более выгодных методов добычи природных ископаемых. Кроме того следует развивать промышленность получающую предельные углеводороды из других

источников. Конформации молекул – это геометрические формы, которые могут принимать молекулы органических соединений при вращении атомов или групп атомов (заместителей) вокруг простых связей при сохранении неизменного порядка химической связи атомов, длины связей и валентных углов. Молекулы, отличающиеся только своими конформациями называются конфомерами или поворотными изомерами. Существование

конформаций обусловлено пространственным взаимодействием (например, отталкиванием, притяжением, образованием водородных

связей) не связанных между собой заместителей или атомов водорода. Конформационное состояние молекул влияет на физические свойства веществ, на направление и скорость их химических превращений.

Синтез метана из карбида алюминия.

Действием воды на карбид албминия можно получить метан.

Al4C3 + 12H2O → 4Al(OH)3 + 3CH4

Cинтез метана по Бертло (из сероуглерода).

Этот метод имеет историческое значение.

СS2 + 2H2S + 8Cu → CH4 + 4Cu2S

Особо следует отметить возможность использования смеси оксида углерода (II) и водорода (так называемый «синтез газ») для получения алканов по методу Фишера-Тропша.(1923г.)

СО2 + 4Н2= СН4 + 2Н2О

nСО + (2n+1)H2 = CnH2n+2 + nH2O

синтез газ

Разложение реагентов Гриньяра водой приводит к получению алканов. Аналогично ведут себя органические соединения лития.

R-X + Mg = R-MgX = R-H + Mg(OH)X

Насыщенные углеводороды в ряде случаев удобно получать нагреванием натриевых солей карбоновых кислот с избытком едкого натра или натронной извести.

СН3СОONa + NaOH= CH4 + Na2CO3

Декарбоксилирование карбоновых кислот является общим способом получения углеводородов.

RCOOH = R-H + CO2

Реакция Вюрца.

Эта реакция имеет значение лишь для синтеза симметричных алканов. В результате можно получить алкан с более длинной углеродной цепью. В синтезе используется галогенпроизводное углеводорода и металлический натрий. Реакция идет при небольшом нагревании.

CH3Cl + 2Na + ClCH3 → CH3-CH3 + 2NaCl

Сульфохлорирование алканов при УФ-облучении, при комнатной температуре, протекает как цепной радикальный процесс. Эта реакция носит название- реакция Рида. В качестве продуктов при этом получают хлорангидриды алкансульфокислот.

R-H + SO2 + Cl2 = RSO2Cl + HCl

Сульфоокисление алканов идет при УФ-облучении и также протекает как радикально-цепной процесс.

R-H + SO2 + O2 = R-SO3H + H2O

Термолиз алканов имеет радикаьную природу, но протекает с образованием различных продуктов в зависимости от условий.

2CH4-- HC≡CH + 3H2

CH3-CH3--- CH2=CH2 + H2

Алкены.Это углеводороды открытого строения с одной двойной связью. Общая молекулярны формула С_nН_2n (содержит на два атома водорода меньше по сравнению с парафинами).