Главная Энциклопедия Реакции Блоги Вопросы Форум Пищевые добавки Фармакология Лекарства Новости химии Ещё
Chemiday Авторизация:

Алканы




Алканы или алифатические насыщенные углеводороды - соединения с открытой (нециклічним) цепью, в молекулах которых атомы углерода соединены между собой σ-связью. Атом углерода в алканах находятся в состоянии sp3-гибридизации.

Алканы образуют гомологический ряд, в котором каждый член отличается на постоянную структурную единицу -CH2-, что называется гомологической разностью. Простейший представитель - метан CH4.
  • Общая формула алканов: CnH2n+2
 
Изомерия
Начиная с бутана C4H10 для алканов характерна структурная изомерия. Количество структурных изомеров возрастает с увеличением числа углеродных атомов в молекуле алканов. Так, для пентана C5H12 известно три изомеры, для октана C8H18 - 18, для декана C10H22 - 75.
 
Структурная изомерия алканов

Для алканов кроме структурной существует конформационная изомерия и начиная с гептана - енантіомерія:
 
Алканы енантіомерія



Номенклатура IUPAC
В названиях алканов используют префиксы н-, втор-, изо, трет-, нео:
  • н- означает нормальную (нерозгалужену) строение углеводородного цепи;
  • втор- применяется только для вторичного бутила;
  • трет- означает алкил третичной структуры;
  • изо разветвления на конце цепи;
  • нео используется для алкілу с четвертичным атомом углерода.
Префиксы изо и нео пишутся вместе, а н-, втор-, трет- через дефис.

Номенклатура разветвленных алканов построена основана на следующих основных правилах:
  • Для построения названия выбирают длинную цепь атомов углерода и нумеруют его арабскими цифрами (локантами), начиная с конца, ближе к которому находится заместитель, например:
Номенклатура
  • Если одна и та же алкільна группа встречается более одного раза, то в названии перед ней ставят помножуючі приставки ди- (перед гласной ди-), три-, тетра- и т. п. и обозначают цифрой каждый алкил отдельно, например:
Номенклатура

Необходимо заметить, что для сложных остатков (групп) применяются помножуючі префиксы вроде бис-, трис-, тетракіс- прочее.
  • Если в боковых ответвлениях главной цепи размещены различные алкіли-заместители, то их переразовують по алфавиту (при этом помножуючі приставки ди-, тетра- и т. п, а также префиксы н-, втор-, трет- не принимают во внимание), например:
Номенклатура
  • Если возможны два или более вариантов длиннейшей цепи, то выбирают тот, который имеет максимальное количество боковых разветвлений.
  • Названия сложных алкильных групп строятся по тем же принципам, что и названия алканов, но нумерация цепи алкілу всегда автономна и начинается с того атома углерода, имеющего свободную валентность, например:
Номенклатура
  • При использовании в названии такой группы ее берут в скобки и в алфавитном порядке учитывается первая буква названия всей:
Номенклатура



Промышленные методы добычи
1. Извлечения алканов газа. Природный газ состоит главным образом из метана и небольших примесей этана, пропана, бутана. Газ под давлением при пониженных при пониженных температурах разделяют на соответствующие фракции.

2. Извлечения алканов из нефти. Сырую нефть очищают и подвергают переработке (розгонка, фракціювання, крекинг). Из продуктов переработки получают смеси или индивидуальные соединения.

3. Гидрирование угля (метод Ф. Бергіуса, 1925 г.). Каменный или бурый уголь в автоклавах при 30 МПа в присутствии катализаторов (оксиды и сульфиды Fe, Mo, W, Ni) в среде углеводородов гидрированные и превращаются в алканы, так называемое моторное топливо:
 
nC + (n+1)H2 = CnH2n+2
4. Оксосинтеза алканов (метод Ф. Фишера - Г. Тропша, 1922 г.). По методу Фишера - Тропша алканы получают из синтез-газа. Синтез-газ представляет собой смесь CO и H2 с различным соотношением. Его получают из метана одной из реакций, которые происходят при 800-900°C в присутствии оксида никеля NiO, нанесенного на Al2O3:
 
CH4 + H2O ⇄ CO + 3H2
CH4 + CO2 ⇄ 2CO + 2H2
2CH4 + O2 ⇄ 2CO + 4H2
Алканы получают по реакции (температура около 300°C, катализатор Fe-Co):
 
nCO + (2n+1)H2 → CnH2n+2 + nH2O
Образованная смесь углеводородов, состоящая в основном из алканов строения (n=12-18), называют "синтином".


5. Сухая перегонка. В относительно небольших количествах алканы получают при помощи сухой перегонки или нагрева угля, сланцев, древесины, торфа без доступа воздуха. Примерный состав полученной смеси при этом составляет 60% водорода, 25% метана и 3-5% этилена.



Лабораторные методы добывания
1. Получение из галогеналкілів
 
1.1. Взаимодействие с металлическим натрием (Вурц, 1855 г.). Реакция состоит во взаимодействии щелочного металла с галогеналкілом и применяется для синтеза высших симметричных алканов:
 
2CH3-I + 2Na ⇄ CH3-CH3 + 2NaI
В случае участия в реакции двух разных галогеналкілів образуется смесь алканов:
 
3CH3-I + 3CH3CH2-I + 6Na → CH3-CH3 + CH3CH2CH3 + CH3CH2CH2CH3 + 6NaI
 
 
1.2 Взаимодействие с літійдіалкілкупратами. Метод (иногда называют реакцией Е. Коре - Х. Хауса) заключается во взаимодействии реакционноспособных літійдіалкілкупратів R2CuLi с галогеналкілами. Сначала происходит взаимодействие металлического лития с галогеналканом в среде эфира. Далее соответствующий алкіллітій реагирует с галогенідом меди(I) с образованием растворимого літійдіалкілкупрату:
 
CH3Cl + 2Li → CH3Li + LiCl
2CH3Li + CuI → (CH3)2CuLi + LiI
При взаимодействии такого літійдіалкілкупрату с соответствующим галогеналкілом образуется конечное соединение:
 
(CH3)2CuLi + 2CH3(CH2)6CH2-I → 2CH3(CH2)6CH2-CH3 + LiI + CuI
Метод позволяет достичь выхода алканов почти 100% при применении первичных галогеналкілів. При их вторичной или третичной строении выход составляет 30-55%. Природа алкільної составляющей в літійдіалкілкупраті мало влияет на выход алкану.
 

1.3 Восстановление галогеналкілів. Восстанавливать галогеналкіли возможно каталитически возбужденным молекулярным водородом, атомарным водородом, йодоводнем тому подобное:
 
CH3I + H2 → CH4 + HI (катализатор Pd)
CH3CH2I + 2H → CH3CH3 + HI
CH3I + HI → CH4 + I2
Метод имеет препаративне значение, часто используют сильный восстановитель - йодоводень.


2. Получение из солей карбоновых кислот.
2.1 Электролиз солей (Кольбе, 1849 г.). Реакция Кольбе заключается в электролизе водных растворов солей карбоновых кислот:
 
R-COONa ⇄ R-COO- + Na+
На аноде анион карбоновой кислоты окисляется, образуя свободный радикал, и легко декарбоксилюється или отщеплять CO2. Алкильные радикалы далее вследствие рекомбинации превращаются в алканы:
 
R-COO- → R-COO+ e-
R-COO → R + CO2
R + R → R-R

Препаративный метод Кольбе считается эффективным при наличии соответствующих карбоновых кислот и невозможности применить другие методы синтеза.


2.2 Сплавления солей карбоновых кислот со щелочью. Соли щелочных металлов карбоновых кислот при славленні с щелочью образуют алканы:
 
CH3CH2COONa + NaOH → Na2CO3 + CH3CH3
 

3. Восстановление кислородсодержащих соединений (спиртов, кетонов, карбоновых кислот). Восстановителями выступают вышеупомянутые соединения. Чаще всего применяют йодоводень, который способен восстанавливать даже кетоны:
 
R-OH + 2HI → R-H + I2 + H2O
CH3-CO-CH3 + 4HI → CH3-CH2-CH2 + 2I2 + H2O
В препаративному плане часто используют восстановление карбонильных соединений Е. Клемменсеном и М. Кіжнером.


4. Гидрирование ненасыщенных углеводородов. Реакция гидрирования ненасыщенных соединений широко применяется при переходе от одного класса углеводородов к другому:
 
CH3-CH=CH2 + H2 → CH3-CH2-CH3 (катализатор Pt, Ni)
CH≡CH + 2H2 → CH3-CH3 (катализатор Pt, Ni)
Реакции гидрирования показывают генетическую связь между насыщенными и ненасыщенными соединениями и возможность их взаимного перехода друг в другие.



Физические свойства
Первые четыре представителя алканов от метана до бутана (C1-C4) - газы, от пентана до пентадекану (C5-C15 - жидкости, от гексадекану (C16) - твердые вещества. Увеличения их молекулярных масс приводит к увеличению температур кипения и плавления, при чем алканы с разветвленной цепью кипят при более низкой температуре, чем алканы нормального строения. Это объясняется меньшей вандерваальсівською взаимодействием между молекулами разветвленных углеводородов в жидком состоянии. Температура плавления четных гомологов выше по сравнению с температурой соответственно для нечетных.

Алканы гораздо легче за воду, неполярные и трудно поляризуются, однако растворимы в большинстве неполярных растворителей, благодаря чему сами могут быть растворителем для многих органических соединений.
Названия и формулы алканов:
Название Формула Количество изомеров
Метан CH4 1
Этан C2H6 1
Пропан C3H8 1
Бутан C4H10 2
Пентан C5H12 3
Гексан C6H14 5
Гептан C7H16 9
Октан C8H18 18
Нонан C9H20 35
Декан C10H22 75
Ундекан C11H24 159
Додекан C12H26 355
Тридекан C13H28 802
Тетрадекан C14H30 1858
Пентадекан C15H32 4347
Ейкозан C20H42 366319
Пентакозан C25H52 36797588
Триаконтан C30H62 4111846763
Гектан C100H202 ≈5,921·1039


Исходные файлы изображений:
  1. Алканы енантіомерія.cdx
  2. Структурная изомерия алканов.cdx
  3. Алканы номенклатура 1.cdx
  4. Алканы номенклатура 2.cdx
  5. Алканы номенклатура 3.cdx
  6. Алканы номенклатура 4.cdx
  7. Алканы номенклатура 5.cdx

Информация о статье:
Обновлено:
Создано: 08.07.2017 12:29

Просмотров: 312
Оценка информации: 5.0 з 5
Количество голосов - 1

ChemiDay не навязывает вам свое мнение. Все что вы делаете - делаете на свой страх и риск.
О сайте | Отзывы и предложения | Обратная связь | Страница в ВК
ChemiDay.com © 2017