Химические свойства алканов

Тривиальное (историческое) название алканов — «пара­фины» — означает «не имеющие сродства». Алканы химически малоактивны. Низкая реакционная способность ал­канов обусловлена очень малой полярностью связей С—С и С—Н в их молекулах вследствие почти одинаковой элек­троотрицательности атомов углерода и водорода.

Для алканов наиболее характерны реакции замещения. В этих реакциях происходит гомолитическое расщепление ковалентных связей, т. е. они осуществляются по свободнорадикальному (цепному) механизму.

I. Реакции замещения (разрыв связей С—Н)

RH + XY → RX + HY

алкан реагент производное

алкана

1) Галогенирование — замещение атомов водорода атомами галогенов.

Примером этого типа реакций является хлорирова­ние метана:

По своему механизму эти реакции представляют собой свободнорадикальные цепные реакции. Они начинаются стадией инициирования (зарождения цепи), в ходе которой под действием УФ-излучения (hν) происходит распад молекулы С1₂ на два свободных радикала:

Затем происходит рост цепи (имеется в виду цепь превращений):

Далее многократно повторяются превращения (2) и (3).

В случае столкновения двух радикалов может проис­ходить обрыв цепи:

Cl^• + ^•CH₃ → CH₃– Cl (6)

Высшие разветвленные алканы также подвергаются галогенированию. При этом атомы галогенов замеща­ют, прежде всего, атомы водорода у третичных ато­мов углерода, затем — у вторичных и в последнюю оче­редь — у первичных. Это общее правило, справедливое и для других реакций замещения.

Алканы очень активно реагируют с фтором. Реакция идет со взрывом:

_Kat.

СН₄ + 4F₂ → CF₄ + 4HF

тетрафторметан

В действительности образуется смесь фторпроизводных.

2)Нитрование — замещение атомов водорода нитрогруппой -N0₂. Нитрующий агент — азотная кислота HN0₃ (HO-N0₂).

R–H + HO-N0₂ → R– H + H₂O

Обычно нитрование алканов осуществляется разбавленной HN0₃ при температуре около 140°С. Этот способ нитрования был открыт русским химиком М. И. Коно­валовым в 1888г. и вошел в органическую химию как «реакция Коновалова». Это первая из так называемых именных реакций, с которыми мы будем знакомиться при изучении органической химии. Пример нитрования:

Общее название продуктов нитрования алканов — нитроалканы.

В основе названия нитро- или галогеналкана лежит на­звание самой длинной неразветвленной цепи. Заместители перечисляют в алфавитном порядке. Атомы «С» нумеруют так, чтобы заместитель, который пишется первым, имел меньший номер.

СН₃

1 2 3 4 4 3 2׀ 1

СН₃–СН–СН₂–СН₃ СН3–СН–СН–СН₃

׀ ׀

NO₂ NO₂

2-Нитробутан 2-Метил-З-нитробутан

5 4 3 2 1

СН₃– СН– СН₂– СН– СН₃

׀ ׀

Cl СН₃

2-Метил-4-хлорпентан

3. Сульфирование (замещение атома водорода cульфо-группой -S0₃H с образованием алкансульфокислот RS0₃H). Сульфирующий реагент — серная кислота H₂S0₄ (HO-SO₃H).

R–H + HO–SO₃H → R–S0₃H + H₂O

Сульфирование алканов происходит при действии очень концентрированной H₂S0₄ при небольшом нагревании.

К названию соответствующего алкана нужно прибавить приставку «сульфо-» или окончание «сульфокислота» с указанием положения сульфогруппы:

1 CH₃

3 2 1 4 3 2 ׀

CH₃–CH₂–CH₂–S0₃H CH₃–CH₂–CH–S0₃H

1-Сульфопропан Бутан-2-сульфокислота