6. Алканы 1 Лекция 6. Углеводороды

АЛКАНЫ

Алканамн называют углеводороды алифатического ряда, в моле­кулах которых атомы углерода связаны между собой только простыми σ-связями.

Обшая формула алканов — С_лН_2п+2. Алканы образуют гомологичес­кий ряд, в котором каждый представитель отличается от последующе­го на группу —СН₂— (гомологическая разность):

Номенклатура алканов

Первые четыре члена гомологического ряда алканов — метан, этан, пропан и бутан — имеют тривиальные названия. Названия последую­щих углеводородов с нормальной углеродной цепью образуют от на­звания греческих числительных, указывающих количество атомов уг­лерода в молекуле, с добавлением суффикса -ан.

Названия алканов с разветвленной углеродной цепью образуются согласно заместительной номенклатуре ИЮПАК следующим образом:

1. Для построения названия выбирают наиболее длинную нераз- ветвленную углеродную цепь (главную углеродную цепь); если имеет­ся несколько цепей одинаковой длины, выбирают ту, которая имеет наибольшее число разветвлений:

2. Нумерацию атомов углерода главной цепи проводят с того кон­ца, к которому ближе заместитель:

Если одинаковые заместители равноудалены от обоих концов мо­лекулы, начало нумерации определяется алфавитным порядком:

Если одинаковые заместители равноудалены от обоих концов мо­лекулы, нумерацию начинают с того конца, где число заместителей больше:

3. Составляют название соединения, учитывая следующие правила:

- названия заместителей перечисляют в алфавитном порядке, ука­зывая цифровой локант, соответствующий положению каждого замес­тителя в главной углеродной цепи;

- число одинаковых заместителей обозначают множительными приставками дн-, три-, тетра- и т. д.;

- затем называют углеводород, в основе которого выделена глав­ная углеродная цепь.

Если в молекуле алкана две метальные группы расположены на од­ном конце углеродной цепи и другие ответвления отсутствуют, исполь­зуют приставку изо-; если три метальные группы — приставку нео-:

Алкил — остаток углеводорода, образующийся в результате отщеп­ления атома водорода.

Необходимо обратить внимание на то, что не следует путать поня­тия «углеводородный радикал» как остаток алкана (R—) со «свободным радикалом» (R·), который имеет неспаренный электрон.

Важно запомнить, что при переходе от алкана к алкилу следует за­менить суффикс -ан на -ил. Для двухвалентных радикалов с двумя сво­бодными валентностями возле одного углеродного атома суффикс -ан изменяется на -илиден, для трехвалентных радикалов с тремя свобод­ными валентностями возле одного углеродного атома соответственно суффикс -ан изменяют на -илндин.

Наиболее часто встречающиеся радикалы:

Алканы по рациональной номенклатуре рассматривают как про­изводные метана, в молекуле которого один или несколько атомов водорода замещены на углеводородные радикалы. Заместители вок­руг «метанового» углерода перечисляют в порядке увеличения слож­ности их строения:

Изомерия

Структурная изомерия алканов обусловлена различной последо­вательностью связывания атомов углерода в молекуле (изомерия цепи)

В ряду алканов, начиная с гептана С₇Н₁₆, возможно проявление оптической изомерии:

Fe, /

CH₃I + 2Na ■ CH₃Na + CH3I

• СНзЫа + Nal

метилнатрий

• СН₃ — ^снз ^+NaI

этан

Если в качестве исходных веществ используют два разных галоген- алкана, образуется смесь алканов, которую трудно разделить.

Способы получения алканов

Природными источниками алканов являются нефть, газ, уголь, торф, сланцы и др. Основная цель промышленного получения алка­нов — выделение различных фракций или индивидуальных соедине­ний.

Синтетические способы получения

Оксосинтез алканов (метод Фишера — Тропша). Каталитическое гидрирование оксида углерода (II) позволяет получить алканы нор­мального строения (состав С₆— С₁₀). Смесь оксида углерода (II) и во­дорода пропускают над катализатором Fe — Со при температуре 180— 300 °С.

Каталитическое гидрирование алкенов и алкинов. Присоединение водорода по месту разрыва кратной связи алкенов и алкинов осущест­вляют в присутствии катализаторов (тонко измельченных Pt, Pd или Ni).

Взаимодействие галогеналканов с металлическим натрием (реакция Вюрца). Используется для синтеза симметричных алканов и протека­ет через стадию образования металлорганических соединений.

Реакция Вюрца протекает в две стадии:

Если в качестве исходных веществ используют используют два разных галогеналкана, получается смесь алканов, которую трудно разделить.

Сплавление солей карбоновых кислот со щелочами. Соли щелочных металлов карбоновых кислот при сплавлении со щелочью образуют алканы.

Гидролиз металлорганических соединении. Действием воды на кар­бид алюминия получают метан в лабораторных условиях.

Электролиз водных растворов солей карбоновых кислот (реакция Кольбе). Чаще электролизу подвергают калиевые или натриевые соли карбоновых кислот:

На аноде анион карбоновой кислоты окисляется, образуя свобод­ный радикал, который легко декарбоксилируется. Алкильные ради­калы вследствие рекомбинации превращаются в алкан. На катоде об­разуется водород и соответствующий гидроксид щелочного металла.