1. АЛКАНЫ Физические свойства Первые четыре представителя алканов являются газами. Начиная с пентана – жидкости, алканы с числом атомов углерода 16 и более – твердые вещества. Они не растворимы в воде, хорошо растворимы в органических растворителях. С ростом молярной массы температуры плавления и кипения увеличиваются. Неразветвленные алканы имеют более высокие температуры кипения и плавления, чем разветвленные, алканы легче воды. Химические свойства Характерны реакции замещения, разложения, изомеризации, окисления. Ковалентные связи С–С, С–Н, неполярные и малополярные, очень прочные. Поэтому при комнатной температуре ни сильные кислоты, ни щелочи, ни окислители на алканы не действуют. Реакции окисления протекают в жестких условиях при определенной температуре, давлении, часто с использованием катализатора. Горение протекает по схемам: а) при избытке кислорода; б) при недостатке кислорода: t а) 2C2H6 + 5O2 → 4CO + 6H2O + Q; t б) 2C2H6 + 7O2 → 4CO + 6H2O + Q. При неполном окислении алканов получают различные классы органических соединений (спирты, альдегиды, карбоновые кислоты): 2+ 2+ Co ,t → 4CH COOH + 2H O. 2C4H10 + 5O2 Mn , 3 2 бутан этановая кислота Окисление метана при температуре ≥ 1500оС: t 6CH4 + O2 → 2C2H2 + 2CO + 10H2. ацетилен Термическая обработка протекает по-иному: 1) термическое разложение (крекинг, пиролиз): C2H6 + С2Н4 (этилен) (этан) C4H10 400 800°С кат С4Н6 (бутины, бутадиены) ; 4С + 5Н2 2) дегидрирование: C4H10 Ni , t → C4H8 + H2; бутен Pt , Al O , t C6H14 2 3 → C6H12 + H2; гексан циклогексан Pt , Al O , t C6H14 2 3 → C6H6 + 4H2; гексан бензол 3) изомеризация: СН3 СН2 СН2 СН3 AlCl3, 100°C бутан СН3 . СН3 СН СН3 . 2-метилпропан Реакции радикального замещения атомов водорода происходят при освещении (галогенирование) или нагревании (нитрование). В темноте реакции с галогенами не идут. Галогенирование алканов происходит в несколько этапов: СН4 → СН3Сl → СН2Сl2 → СНСl3 → ССl4; 1) нитрование (М. И. Коновалов, HNO3(разб), t): t C5H12 + HONO2 → C5H11NO2 + H2O; пентан нитропентан 2) сульфирование: t C10H22 + HOSO3H → C10H21SO3H + H2O; декан децилсульфоновая кислота Следует отметить, что во всех реакциях замещение водорода легче всего происходит у третичного углеродного атома, потом – у вторичного, труднее – у первичного. Далее приведены схемы реакций, характерных для всех алканов. + O2 H2O CO2 CnH2n+2O (спирты) O t, Р, кат CnH2nO (альдегиды, кетоны) CnH2nO2 (кислоты) алканы с меньшим числом С t, Р, кат CnH2n (алкены) CnH2n CnH2n+2 nC t, Ni 2 (n 1 )H2 H2 CnH2n t, Pt, Al2O3 AlCl3, 100°C Х2, h(X = Cl, Br) HONO2(разб.), t HOSO3H(конц), t (диены, алкины) CnH2n 6 4H2 (смесь изомеров) CnH2n + 1X HX CnH2n + 1NO2 H2O CnH2n + 1SO3Н H2O Способы получения 1. Из природных источников углеводородов: – переработка природного газа, нефти; – переработка каменного угля. 2. Гидрирование непредельных углеводородов: , кат СnH2n + H2 t → СnH2n + 2. 3. На основе (синтез-газа или «водяного газа»): , кат nСO + (2n + 1)H2 t → СnH2n + 2 + nH2O. 4. Реакция Вюрца (получают углеводороды с большим числом атомов углерода в цепи): CH3Cl + 2Na + ClCH3 → C2H6 + 2NaCl. При взаимодействии разных галогеналканов образуется смесь трех углеводородов: C4H10 (бутан) C2H5Cl + 2Na + ClCH3 2NaCl С3Н8 (пропан) С2Н6 (этан) 5. Магнийорганический синтез: СnH2n + 1MgX + H2O → СnH2n + 2 + MgOHX. . 6. Декарбоксилирование (сплавление щелочей с солями одноосновных карбоновых кислот): O R C RH + K2CO3 + KOH t OK 7. Реакция Кольбе (электролиз раствора солей одноосновных карбоновых кислот): O C2H5 C C4H10 + CO2 + KOH + H2 H2O OK 8. Получение метана из карбида алюминия: Al4C3 + 12H2O → 4Al(OH)3 + 3CH4.