АЛКАНЫ

Номенклатура, суффикс ан

Изомеры – это соединения, имеющие одинаковый состав, но различное строение. Для алканов характерна структурная изомерия (различное соединение атомов углерода) или изомерия цепи. В других классах соединений мы будем описывать еще несколько вариантов изомерии.

Строение углеводородных радикалов (остатков) и их названия, использующиеся в названиях всех разветвленных алканов, алкенов, алкинов, аренов, а также в названиях галогенопроизводных, спиртов и аминов. В алканах различают первичные, вторичные, третичные и четвертичные атомы углерода.

Первичные атомы углерода (п) имеют в качестве “соседа” только один атом углерода.

Вторичные атомы углерода (в) имеют в качестве “соседей” два атома углерода.

Третичные атомы углерода (т) имеют в качестве “соседей” три атома углерода.

Четвертичные атомы углерода (ч) имеют в качестве “соседей” четыре атома углерода.

Углеводородные радикалы (остатки) образуются, если умозрительно отнять один атом водорода от различных по типу атомов углерода в алкане, поэтому мы имеем набор первичных, вторичных и третичных углеводородных остатков или углеводородных радикалов. Ниже приведено строение углеводородных радикалов, образованных от метана, этана, пропана, бутана и изобутана Тип углеводородного радикала соответствует типу атома улерода, имеющего вакантную связь.

Правила формирования названий алканов по номенклатуре IUPAC:

1. Найти самую длинную цепь – родоначальная цепь, остальные фрагменты молекулы называются заместителями.

2. Пронумеровать найденную цепь с того конца, к которому ближе заместитель.

3. Назвать соединение.

Примеры названий для алканов:

Строение алканов

1. Атом углерода находится в sp³-гибридизации, имеет пирамидальное строение.

2. а) Пространственное строение метана и бутана: (указаны углы связей и длины связей С-С и С-Н) представлено ниже.

Энергия С-С связи Е_С-С= 351 кДж/моль, длина С-С связи 0,154 нм

Реакции алканов протекают с разрывом С-Н и С-С связей по радикальному механизму (реакции, связанные с разрывом С-С связей в данном курсе не рассматриваются) в специальных условиях (нагревание, свет), в нормальных условиях реакции не идут.

Реакционная способность алканов. Реакции замещения атомов водорода в алканах.

Для алканов наиболее характерны реакции замещения атомов Н на другие атомы и группы атомов в специальных условиях, реакции не идут при 20⁰С и в отсутствии УФ-излучения. Подвижность атомов водорода в алканах зависит от величины энергии связи С-Н. Наиболее реакционноспособными являются атомы водорода при третичных атомах углерода, т.к. энергия связи С_Т -Н имеет наименьшую величину.

Реакционная способность связей С-Н:

С_Т -Н  С_В -Н  С_П –Н

Качественные реакции:

Отсутствие обесцвечивания растворов Br₂ и KMnO₄ в воде при 20⁰С.

1.Галоидирование – замещение атомов водорода алканов на галоген.

Условия реакций: Cl₂/h (свет); Br₂/ t⁰ (100⁰C)

Преимущественно рассматриваются реакции хлорирования и бромирования. с Реакция с фтором идет бурно и с образованием продуктов разрыва не только всех С-Н, но и С-С-связей. Реакция с иодом практически не идет.

Примеры реакций

Первое название продуктов реакции соответствует названию по номенклатуре IUPAC, второе название систематическое дано по названию углеводородного остатка.

Реакции с Br₂ протекает с высокой степенью селективности (т.е. количество одного из изомерных продуктов в смеси значительно преобладает), поэтому допускается написание в уравнении реакции только преимущественно образующегося соединения, т.е. бромистого изопропила. Далее приводится детальное описание хода реакции бромирования или ее механизм.

Механизм реакции галоидирования на примере бромирования пропана

Реакции замещения в алканах относятся к свободно-радикальным процессам. Свободный радикал – электрически нейтральная частица, имеющая неспаренный электрон, является промежуточным соединением в описываемых реакциях. Для обозначения механизмов реакций используются две латинские буквы. Первая определяет направление реакции, чаще всего – это замещение - S или присоединение – Ad. Вторая буква в виде подстрочного индекса уточняет через какое промежуточное соединение или интермедиат идет реакция: свободный радикал – R, электрофил – Е, нуклеофил – Nu. Для реакций свободно радикального замещения используется значок S_R.

S_R

Третий этап реакции – обрыв цепи, т.е. рекомбинация образовавшихся свободных радикалов мы не рассматриваем.

2. Нитрование – замещение атомов водорода алканов на нитрогруппу

(-NO₂).

Условия реакции: разбавленная HNO₃, t°, p (давление), нитрование в этих условиях называется нитованием по Коновалову.

В процессе нитрования образуются нитроалканы (R-NO₂), которые называют только по номенклатуре IUPAC. При нитровании изобутана реакция идет преимущественно по третичному атому углерода, как и в случае бромирования (минорный продукт не указан).

3. Сульфохлорирование – замещение атомов водорода в алканах на группу

хлорангидрид 2-пропансульфокислоты

При сульфохлорировании реакция идет с участием всех типов атомов С (в реакции указан один из продуктов), получают смеси хлорангидридов алкансульфокислот (алкансульфоновых кислот).

Алканы не реагируют с металлами, водой, галогеноводородными кислотами.

Методы получения