5.6. Хімічні властивості алканів

У складі молекул алканів є зв’язки типу С–Н, вони належать до σ-зв′язків, тому є міцними, а значить малореакційноздатними, цим і обумовлюється інертність алканів за звичайних умов. Для того щоб алкани вступили в реакцію, необхідно надати їм значну порцію енергії (теплової, променевої, тощо). При цьому полярні зв’язки розриваються дещо легше і реагують у м’якіших умовах. Цим зумовлена група реакцій заміщення атомів Гідрогену в молекулах алканів:

1. Галогенування.

У першу чергу заміщення Гідрогену відбувається біля третинного атома Карбону.

2. Нітрування (Реакція Коновалова).

Дія розбавленої нітратної кислоти HNO₃ при підвищеному тиску і підвищеній температурі. Порядок заміщення такий, як і при галогенуванні:

3. Сульфування.

Відбувається в першу чергу при вторинному атому Карбону, не зачіпаючи третинний. Це зумовлено порівняно великим об’ємом сульфогрупи і створюваними нею просторовими перешкодами при підході до третинного атома Карбону:

5.7. Окремі представники

Метан є основною складовою природного газу. Крім того, він міститься в кам’яновугільних пластах – під час їхньої розробки утворюються вибухонебезпечні суміші метану з повітрям, так званий «рудниковий газ». Метан разом з оксидом Карбону (ІV) міститься в болотному газі, який утворюється на дні озер і на болотах унаслідок анаеробного (метанового) бродіння целюлози.

Необхідний для промислових потреб метан виділяють з природного газу, добувають при крекінгу нафти. Можливий також синтез метану при взаємодії оксидів Карбону з воднем:

Метан – безбарвний, неотруйний газ, який не має запаху. На повітрі або в атмосфері кисню він горить блакитним полум’ям. Його суміш з повітрям або киснем – вогне- та вибухонебезпечна.

Метан має різноманітне застосування у промисловості. У складі природного, світильного та біогазів він використовується для виділення тепла. У разі часткового окиснення метану або в результаті його термічного розкладу добувають сажу, яка використовується як наповнювач у виробництві гуми:

Метан використовується для синтезу цілого ряду важливих сполук, таких як метанол, синильна кислота, етин (ацетилен), хлорометан, дихлорометан, хлороформ, тетрахлорометан, сірковуглець, формальдегід тощо.

Етан, як і метан, виділяють із природного газу або газів крекінгу. Лабораторними методами його синтезують за реакцією Вюрца, електролізом натрійетаноату (реакція Кольбе).

Етан – горючий, безбарвний газ, який не має запаху, як і метан, він використовується для виділення тепла, а також для синтезу важливих сполук (хлороетану, етену тощо).

Бутан міститься в природному газі та нафті й утворюється в процесах крекінгу.

За звичайних умов н-бутан та ізобутан – газоподібні, однак вони легко конденсуються. Як і інші алкани використовується для виділення тепла. Крім того, вони використовується для синтезу ненасичених вуглеводнів (1-бутену, 2-бутену, ізобутену, 1,3-бутадієну). [1], c. 133-145; [2], с. 203-228.

Контрольні запитання та завдання

1. Напишіть можливі структури загальної формули С₆Н₁₄. визначте первинні, вторинні, третинні та четвертинні атоми Карбону у кожному ізомері. Назвіть ізомери за номенклатурою IUPAC.

2. Напишіть структурні формули сполук, які містять такі радикали: а) два ізопропільні; б) один ізобутил; в) один втор-бутил; г) два трет-бутили; д) ізопропіл та втор-бутил; е) трет-бутил та ізобутил; є) метил, етил, н-пропіл та втор-бутил.

3. Напишіть рівняння наведених реакцій та вкажіть назви усіх органічних сполук (М — метил; Et — етил):

а) втор-бутилбромід + Na ?

б) М–І + Na + Et–І ?

в) трет-бутилбромід + Mg/етер ?

г) ізопропілмагнійбромід + Н₂О ?

д) EtСОО₂¯ + е ?

е) EtСОО¯Na⁺ ?

4. Розмістіть наведені вуглеводні у порядку зменшення їх температур кипіння: 3,3-диметилпентан; гептан; 3-метилгептан; н-пентан; 3-метилгексан.

5. Яку будову має алкан з молекулярною масою 72, якщо під час монохлорування утворюється лише один продукт?