Алканы

Multi tool use
Multi tool use




Эта статья — о химических соединениях. О канадской алюминиевой компании см. Rio Tinto Alcan.










Химическая структура (вверху) и 3D-модель (внизу) метана — простейшего алкана


Алка́ны (также насыщенные алифатические углеводороды, парафины) — ациклические углеводороды линейного или разветвлённого строения, содержащие только простые связи и образующие гомологический ряд с общей формулой CnH2n+2.


Алканы являются насыщенными углеводородами и содержат максимально возможное число атомов водорода. Каждый атом углерода в молекулах алканов находится в состоянии sp3-гибридизации — все 4 гибридные орбитали атома С идентичны по форме и энергии, 4 связи направлены в вершины тетраэдра под углами 109°28'. Связи C—C представляют собой σ-связи, отличающиеся низкой полярностью и поляризуемостью. Длина связи C—C составляет 0,154 нм, длина связи C—H — 0,1087 нм.


Простейшим представителем класса является метан (CH4). Углеводород с самой длинной цепью — нонаконтатриктан C390H782 синтезировали в 1985 году английские химики И. Бидд и М. К. Уайтинг[1].




Содержание






  • 1 Номенклатура


    • 1.1 Рациональная


    • 1.2 Систематическая ИЮПАК




  • 2 Гомологический ряд и изомерия


  • 3 Физические свойства


  • 4 Спектральные свойства


    • 4.1 ИК-спектроскопия


    • 4.2 УФ-спектроскопия




  • 5 Химические свойства


    • 5.1 Реакции радикального замещения


      • 5.1.1 Галогенирование


      • 5.1.2 Сульфирование


      • 5.1.3 Сульфохлорирование (реакция Рида)


      • 5.1.4 Нитрование


      • 5.1.5 Реакции окисления


      • 5.1.6 Термические превращения алканов


      • 5.1.7 Конверсия метана




    • 5.2 Реакции электрофильного замещения




  • 6 Нахождение в природе


    • 6.1 Нахождение в космосе


    • 6.2 Нахождение на Земле




  • 7 Получение


    • 7.1 Реакция Дюма




  • 8 Биологическое действие


  • 9 Примечания


  • 10 Литература


  • 11 Ссылки





Номенклатура |



Рациональная |


Выбирается один из атомов углеродной цепи, он считается замещённым метаном, и относительно него строится название «алкил1алкил2алкил3алкил4метан», например:


Alkan02.png



а: н-бутил-втор-бутилизобутилметан

б: триизопропилметан

в: триэтилпропилметан




Систематическая ИЮПАК |


Основная статья: Систематическая номенклатура алканов

По номенклатуре ИЮПАК названия алканов образуются при помощи суффикса -ан путём добавления к соответствующему корню от названия углеводорода. Выбирается наиболее длинная неразветвлённая углеводородная цепь, при этом нумерация этой цепи начинается со стороны ближайшего к концу цепи заместителя. В названии соединения цифрой указывают номер углеродного атома, при котором находится замещающая группа или гетероатом, затем название группы или гетероатома и название главной цепи. Если группы повторяются, то перечисляют цифры, указывающие их положение, а число одинаковых групп указывают приставками ди-, три-, тетра-. Если группы неодинаковые, то их названия перечисляются в алфавитном порядке.[2]


Например:


Alkan03.png

2,6,6-триметил-3-этилгептан (слева направо) / 2,2,6-триметил-5-этилгептан (справа налево)

При сравнении положений заместителей в обеих комбинациях, предпочтение отдается той, в которой первая отличающаяся цифра является наименьшей. Таким образом, правильное название — 2,2,6-триметил-5-этилгептан.



Гомологический ряд и изомерия |


Алканы образуют гомологический ряд.






















































Гомологический ряд алканов (первые 10 членов)
Метан CH4
 CH4
Этан CH3—CH3
 C2H6
Пропан CH3—CH2—CH3
 C3H8
Бутан CH3—CH2—CH2—CH3
 C4H10
Пентан CH3—CH2—CH2—CH2—CH3
 C5H12
Гексан CH3—CH2—CH2—CH2—CH2—CH3
 C6H14
Гептан CH3—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH3
 C7H16
Октан CH3—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH3
 C8H18
Нонан CH3—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH3
 C9H20
Декан CH3—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH3
 C10H22

Алканы, число атомов углерода в которых больше трёх, имеют изомеры. Изомерия предельных углеводородов обусловлена простейшим видом структурной изомерии — изомерией углеродного скелета, а начиная с C7H16 — также оптической изомерией[3]. Число структурных изомеров алканов CnH2n+2 в зависимости от числа атомов углерода n без учёта стереоизомерии[4][5] и с учётом стереоизомерии[6]:



















































































n
 Число изомеров
 С учётом стереоизомерии
4
2
 2
5
3
 3
6
5
 5
7
9
11
8
18
24
9
35
55
10
75
136
11
159
345
12
355
 900
13
802
 2412
14
 1858
 6563
15
 4347
 18 127
20
 366 319
 3 396 844
25
 36 797 588
 749 329 719
30
 4 111 846 763
 182 896 187 256

Число структурных изомеров низших углеводородов до C14H30 было установлено прямым подсчётом; в 1931 году был разработан рекурсивный метод подсчёта числа изомеров[7]. Какой-либо простой связи между числом атомов углерода n и числом изомеров обнаружено не было[7]. При n→1{displaystyle nrightarrow {mathcal {1}}} число различных структурных изомеров алканов можно оценить посредством теоремы Редфилда — Пойи[8].



Физические свойства |




  • Температуры плавления и кипения увеличиваются с молекулярной массой и длиной главной углеродной цепи

  • При стандартных условиях, установленных ИЮПАК (давление 105 Па, температура 0 °C), неразветвлённые алканы с CH4 до C4H10 являются газами, с C5H12 до C13H28 — жидкостями, а начиная с C14H30 и далее — твёрдыми веществами.

  • Температуры плавления и кипения понижаются от менее разветвлённых к более разветвлённым. Так, например, при 20 °C н-пентан — жидкость, а неопентан — газ.

  • Газообразные алканы горят бесцветным или бледно-голубым пламенем с выделением большого количества тепла.





















































































































































































































































































































































































































































































































































Физические свойства нормальных алканов
n Название Тпл, °C Ткип, °C
Плотность, г/см³		 Показатель преломления
1 Метан −182,48 −161,5 0,416 при Tкип
2 Этан −183,3 −88,63 0,546 при Tкип
3 Пропан −187,7 −42,1 0,585 при Tкип
4
 Бутан −138,35 −0,5 0,6 при Tкип
 1,3326
Изобутан −159,60 −11,73 0,5510 при Tкип
5 Пентан −129,7 36,07 0,6262 1,3575
6 Гексан −95,3 68,7 0,6594 1,3749
7 Гептан −90,6 98,4 0,638 1,3876
8 Октан −55,8 125,7 0,7025 1,3974
9 Нонан −54 150,8 0,718 1,4054
10 Декан −29,7 174,1 0,730 1,4119
11 Ундекан −25,6 195,9 0,7402 1,4151
12 Додекан −9,6 216,3 0,7487 1.4216
13 Тридекан −5,4 235,5 0,7564 1,4256
14 Тетрадекан 5,9 253,6 0,7628 1,4289
15 Пентадекан 9,9 270,6 0,7685 1,4310
16 Гексадекан 18,2 286,8 0,7734 1,4345
17 Гептадекан 22,0 301,9 0,778* 1,4369*
18 Октадекан 28,2 316,1 0,7819* 1,4390*
19 Нонадекан 32,1 329,76 0,7855* 1,4409*
20 Эйкозан 36,8 342,7 0,7887* 1,4426*
21 Генэйкозан 40,5 355,1 0,7917* 1,4441*
22 Докозан 44,4 367,0 0,7944* 1,4455*
23 Трикозан 47,6 378,3 0,7969* 1,4468*
24 Тетракозан 50,9 389,2 0,7991* 1,4480*
25 Пентакозан 53,7 399,7 0,8012* 1,4491*
26 Гексакозан 57 262 (15 мм рт. ст.) 0,778
27 Гептакозан 60 270 (15 мм рт. ст.) 0,780
28 Октакозан 61,1 280 (15 мм рт. ст.) 0,807
29 Нонакозан 64 286 (15 мм рт. ст.) 0,808
30 Триаконтан 65,8 446,4 0,897* 1,4536*
31 Гентриаконтан 67,9 455 0,8111* 1,4543*
32 Дотриаконтан 69,7 463 0,8124* 1,4550*
33 Тритриаконтан 71 474 0,811
34 Тетратриаконтан 73,1 478 0,8148* 1,4563*
35 Пентатриаконтан 74,7 486 0,8159* 1,4568*
36 Гексатриаконтан 75 265 при 130 Па 0,814
37 Гептатриаконтан 77,4 504,14 0,815
38 Октатриаконтан 79 510,93 0,816
39 Нонатриаконтан 78 517,51 0,817
40 Тетраконтан 81,4 523,88 0,817
41 Гентетраконтан 80,7 530,75 0,818
42 Дотетраконтан 82,9 536,07 0,819
43 Тритетраконтан 85,3
 541,91 0,820
44 Тетратетраконтан 86,4
 547,57 0,820
45 Пентатетраконтан 553,1 0,821
46 Гексатетраконтан 558,42 0,822
47 Гептатетраконтан 563,6 0,822
48 Октатетраконтан 568,68 0,823
49 Нонатетраконтан 573,6 0,823
50 Пентаконтан 93 421 0,824
51 Генпентаконтан 583 0,824
52 Допентаконтан 94
 587,6 0,825
53 Трипентаконтан 592 0,825
54 Тетрапентаконтан 95
 596,38 0,826
… … … … … …
60 Гексаконтан 98,9
… … … … … …
70 Гептаконтан 105,3
… … … … … …
100 Гектан 115,2
… … … … … …
150 Пентаконтагектан 123
… … … … … …
390 Нонаконтатриктан 132

Примечание к таблице: * отмечены значения, полученные для переохлаждённой жидкости.



Спектральные свойства |



ИК-спектроскопия |


В ИК-спектрах алканов четко проявляются частоты валентных колебаний связи С—Н в области 2850—3000 см−1. Частоты валентных колебаний связи С—С переменны и часто малоинтенсивны. Характеристические деформационные колебания в связи С—Н в метильной и метиленовой группах обычно лежат в интервале 1400—1470 см−1, однако метильная группа даёт в спектрах слабую полосу при 1380 см−1.



УФ-спектроскопия |


Чистые алканы не поглощают излучение в ультрафиолетовой области выше 2000 Å и по этой причине часто оказываются отличными растворителями для снятия УФ-спектров других соединений.





Химические свойства |


Алканы имеют низкую химическую активность. Это объясняется тем, что одинарные связи C—H и C—C относительно прочны, и их сложно разрушить. Поскольку связи С—C неполярны, а связи С—Н малополярны, оба вида связей малополяризуемы и относятся к σ-виду, их разрыв наиболее вероятен по гомолитическому механизму, то есть с образованием радикалов.



Реакции радикального замещения |



Галогенирование |


Галогенирование алканов протекает по радикальному механизму. Для инициирования реакции необходимо смесь алкана и галогена облучить УФ-излучением или нагреть.


Хлорирование метана не останавливается на стадии получения метилхлорида (если взяты эквимолярные количества хлора и метана), а приводит к образованию всех возможных продуктов замещения, от хлорметана до тетрахлорметана. Хлорирование других алканов приводит к смеси продуктов замещения водорода у разных атомов углерода. Соотношение продуктов хлорирования зависит от температуры. Скорость хлорирования первичных, вторичных и третичных атомов зависит от температуры, при низкой температуре скорость убывает в ряду: третичный, вторичный, первичный. При повышении температуры разница между скоростями уменьшается до тех пор, пока не становится одинаковой. Кроме кинетического фактора на распределение продуктов хлорирования оказывает влияние статистический фактор: вероятность атаки хлором третичного атома углерода в 3 раза меньше, чем первичного, и в 2 раза меньше, чем вторичного. Таким образом, хлорирование алканов является нестереоселективной реакцией, исключая случаи, когда возможен только один продукт монохлорирования.


Стоит отметить, что галогенирование происходит тем легче, чем длиннее углеродная цепь н-алкана. В этом же направлении уменьшается энергия ионизации молекулы вещества, то есть, алкан легче становится донором электрона.


Галогенирование — это одна из реакций замещения. В первую очередь галогенируется наименее гидрированый атом углерода (третичный атом, затем вторичный, первичные атомы галогенируются в последнюю очередь). Галогенирование алканов проходит поэтапно с последовательным образованием хлорметана, дихлорметана, хлороформа и тетрахлорметана: за один этап замещается не более одного атома водорода:


CH4+Cl2→CH3Cl+HCl{displaystyle {mathsf {CH_{4}+Cl_{2}rightarrow CH_{3}Cl+HCl}}}

CH3Cl+Cl2→CH2Cl2+HCl{displaystyle {mathsf {CH_{3}Cl+Cl_{2}rightarrow CH_{2}Cl_{2}+HCl}}}

CH2Cl2+Cl2→CHCl3+HCl{displaystyle {mathsf {CH_{2}Cl_{2}+Cl_{2}rightarrow CHCl_{3}+HCl}}}

CHCl3+Cl2→CCl4+HCl{displaystyle {mathsf {CHCl_{3}+Cl_{2}rightarrow CCl_{4}+HCl}}}

Под действием света молекула хлора распадается на радикалы, затем они атакуют молекулы алкана, отрывая у них атом водорода, в результате этого образуются метильные радикалы ·СН3, которые сталкиваются с молекулами хлора, разрушая их и образуя новые радикалы.


Бромирование алканов отличается от хлорирования более высокой стереоселективностью из-за большей разницы в скоростях бромирования третичных, вторичных и первичных атомов углерода при низких температурах.


Иодирование алканов иодом не происходит, получение иодидов прямым иодированием осуществить нельзя.


С фтором и хлором реакция может протекать со взрывом, в таких случаях галоген разбавляют азотом или подходящим растворителем.



Сульфирование |


При одновременном действии на алканы оксидом серы (IV) и кислородом, при ультрафиолетовом облучении или при участии веществ, являющихся донорами свободных радикалов (диазометан, органические перекиси), протекает реакция сульфирования с образованием алкилсульфокислот:


CH3-CH2-CH2-CH3→O2;SO2;hνCH3-CH2-CH2-CH2-SO2OH{displaystyle {mathsf {CH_{3}{text{-}}CH_{2}{text{-}}CH_{2}{text{-}}CH_{3}{xrightarrow {O_{2};SO_{2};hnu }}CH_{3}{text{-}}CH_{2}{text{-}}CH_{2}{text{-}}CH_{2}{text{-}}SO_{2}OH}}}


Сульфохлорирование (реакция Рида) |


Reed Reaction Scheme.png
При облучении УФ-излучением алканы реагируют со смесью SO2 и Cl2, После того, как с уходом хлороводорода образуется алкильный радикал, присоединяется диоксид серы. Образовавшийся сложный радикал стабилизируется захватом атома хлора с разрушением очередной молекулы последнего.


Инициирование цепного процесса:


Cl2→hν2Cl⋅{displaystyle {mathsf {Cl_{2}{xrightarrow {hnu }}2Clcdot }}}

Развитие цепного процесса:



RH+Cl⋅→R⋅+HCl{displaystyle {mathsf {RH+Clcdot rightarrow Rcdot +HCl}}}

R⋅+SO2→RSO2⋅{displaystyle {mathsf {Rcdot +SO_{2}rightarrow RSO_{2}cdot }}}

RSO2⋅+Cl2→RSO2Cl+Cl⋅{displaystyle {mathsf {RSO_{2}cdot +Cl_{2}rightarrow RSO_{2}Cl+Clcdot }}}


Легче всего сульфохлорируются углеводы линейного строения, в отличие от реакций хлорирования и нитрования.[9]


Образовавшиеся сульфонилхлориды широко применяются в производстве ПАВ.



Нитрование |


Основная статья: Реакция Коновалова

Алканы реагируют с 10 % раствором азотной кислоты или оксидом азота NO2 в газовой фазе при температуре 140 °C и небольшом давлении с образованием нитропроизводных:


RH+HNO3→RNO2+H2O{displaystyle {mathsf {RH+HNO_{3}rightarrow RNO_{2}+H_{2}O}}}

Имеющиеся данные указывают на свободнорадикальный механизм. В результате реакции образуются смеси продуктов.



Реакции окисления |


Автоокисление

Окисление алканов в жидкой фазе протекает по свободно-радикальному механизму и приводит к образованию гидропероксидов, продуктов их разложения и взаимодействия с исходным алканом. Схема основной реакции автоокисления:


RH+O2→R⋅+HOO⋅{displaystyle {mathsf {RH+O_{2}rightarrow Rcdot +HOOcdot }}}

R⋅+O2→ROO⋅{displaystyle {mathsf {Rcdot +O_{2}rightarrow ROOcdot }}}

ROO⋅+RH→ROOH+R⋅{displaystyle {mathsf {ROOcdot +RHrightarrow ROOH+Rcdot }}}

Горение

Основным химическим свойством предельных углеводородов, определяющих их использование в качестве топлива, является реакция горения. Пример:


CH4+2O2→CO2+2H2O+ΔQ{displaystyle {mathsf {CH_{4}+2O_{2}rightarrow CO_{2}+2H_{2}O+Delta Q}}}

Значение Q достигает 46 000 — 50 000 кДж/кг.


В случае нехватки кислорода вместо углекислого газа получается оксид углерода(II) или уголь (в зависимости от концентрации кислорода).


Каталитическое окисление

В реакциях каталитического окисления алканов могут образовываться спирты, альдегиды, карбоновые кислоты.


При мягком окислении СН4 в присутствии катализатора кислородом при 200 °C могут образоваться:




  • метанол: 2CH4+O2→2CH3OH{displaystyle {mathsf {2CH_{4}+O_{2}rightarrow 2CH_{3}OH}}}


  • формальдегид: CH4+O2→HCHO+H2O{displaystyle {mathsf {CH_{4}+O_{2}rightarrow HCHO+H_{2}O}}}


  • муравьиная кислота: 2CH4+3O2→2HCOOH+2H2O{displaystyle {mathsf {2CH_{4}+3O_{2}rightarrow 2HCOOH+2H_{2}O}}}


Окисление также может осуществляться воздухом. Процесс проводится в жидкой или газообразной фазе. В промышленности так получают высшие жирные спирты и соответствующие кислоты.


Реакция окисления алканов диметилдиоксираном:


Oxidation of alkane using dimethyldioxirane.svg

Механизм реакций получения кислот путём каталитического окисления и расщепления алканов показан ниже на примере получения из бутана уксусной кислоты:


Butane to acetic acid.svg


Термические превращения алканов |


Разложение

Реакции разложения происходят лишь под влиянием больших температур. Повышение температуры приводит к разрыву углеродной связи и образованию свободных радикалов.


Примеры:


CH4→ot>1000oCC+2H2{displaystyle {mathsf {CH_{4}{xrightarrow[{}]{^{o}t>1000^{o}C}}C+2H_{2}}}}

C2H6→2C+3H2{displaystyle {mathsf {C_{2}H_{6}rightarrow 2C+3H_{2}}}}

Крекинг

При нагревании выше 500 °C алканы подвергаются пиролитическому разложению с образованием сложной смеси продуктов, состав и соотношение которых зависят от температуры и времени реакции. При пиролизе происходит расщепление углерод-углеродных связей с образованием алкильных радикалов.


В 1930—1950 гг. пиролиз высших алканов использовался в промышленности для получения сложной смеси алканов и алкенов, содержащих от пяти до десяти атомов углерода. Он получил название «термический крекинг». С помощью термического крекинга удавалось увеличить количество бензиновой фракции за счёт расщепления алканов, содержащихся в керосиновой фракции (10—15 атомов углерода в углеродном скелете) и фракции солярового масла (12—20 атомов углерода). Однако октановое число бензина, полученного при термическом крекинге, не превышает 65, что не удовлетворяет требованиям условий эксплуатации современных двигателей внутреннего сгорания.


В настоящее время термический крекинг полностью вытеснен в промышленности каталитическим крекингом, который проводят в газовой фазе при более низких температурах — 400—450 °C и низком давлении — 10—15 атм на алюмосиликатном катализаторе, который непрерывно регенерируется сжиганием образующегося на нём кокса в токе воздуха. При каталитическом крекинге в полученном бензине резко возрастает содержание алканов с разветвлённой структурой.


Для метана:


2CH4 → C2H2 + 3H2 — при 1500 °C.
2CH4→ot>1500oCC2H2+3H2{displaystyle {mathsf {2CH_{4}{xrightarrow[{}]{^{o}t>1500^{o}C}}C_{2}H_{2}+3H_{2}}}}


Дегидрирование

1) В углеродном скелете 2 (этан) или 3 (пропан) атома углерода — получение (терминальных) алкенов, так как других в данном случае не может получиться; выделение водорода:


Условия протекания: 400—600 °C, катализаторы — Pt, Ni, Al2O3, Cr2O3, например, образование этилена из этана:


CH3-CH3→CH2=CH2+H2{displaystyle {mathsf {CH_{3}{text{-}}CH_{3}rightarrow CH_{2}{text{=}}CH_{2}+H_{2}}}}

2) В углеродном скелете 4 (бутан, изобутан) или 5 (пентан, 2-метилбутан, неопентан) атомов углерода — получение алкадиенов, например, бутадиена-1,3 и бутадиена-1,2 из бутана:


CH3-CH2-CH2-CH3→CH2=CH-CH=CH2+2H2{displaystyle {mathsf {CH_{3}{text{-}}CH_{2}{text{-}}CH_{2}{text{-}}CH_{3}rightarrow CH_{2}{text{=}}CH{text{-}}CH{text{=}}CH_{2}+2H_{2}}}}

CH3-CH2-CH2-CH3→CH2=C=CH-CH3+2H2{displaystyle {mathsf {CH_{3}{text{-}}CH_{2}{text{-}}CH_{2}{text{-}}CH_{3}rightarrow CH_{2}{text{=}}C{text{=}}CH{text{-}}CH_{3}+2H_{2}}}}

3) В углеродном скелете 6 (гексан) и более атомов углерода — получение бензола и его производных:


CH3(CH2)5CH3→C6H5CH3+4H2{displaystyle {mathsf {CH_{3}(CH_{2})_{5}CH_{3}rightarrow C_{6}H_{5}CH_{3}+4H_{2}}}}


Конверсия метана |


В присутствии никелевого катализатора протекает реакция:


CH4+H2O→CO+3H2{displaystyle {mathsf {CH_{4}+H_{2}Orightarrow CO+3H_{2}}}}

Продукт этой реакции (смесь CO и H2) называется «синтез-газом».



Реакции электрофильного замещения |


Изомеризация:

Под действием катализатора (например, AlCl3) происходит изомеризация алкана: например, бутан (C4H10), взаимодействуя с хлоридом алюминия (AlCl3), превращается из н-бутана в 2-метилпропан.


С марганцевокислым калием (KMnO4) и бромной водой (раствор Br2 в воде) алканы не взаимодействуют.



Нахождение в природе |



Нахождение в космосе |


В небольших количествах алканы содержатся в атмосфере внешних газовых планет Солнечной системы: на Юпитере — 0,1 % метана, 0,0002 % этана, на Сатурне метана 0,2 %, а этана — 0,0005 %, метана и этана на Уране — соответственно 1,99 % и 0,00025 %, на Нептуне же — 1,5 % и 1,5⋅10−10, соответственно[10]. На спутнике Сатурна Титане метан (1,6 %) содержится в жидком виде, причём, подобно воде, находящейся на Земле в круговороте, на Титане существуют (полярные) озёра метана (в смеси с этаном) и метановые дожди. К тому же, как предполагается, метан поступает в атмосферу Титана в результате деятельности вулкана[11]. Кроме того, метан найден в хвосте кометы Хиякутаке и в метеоритах (углистых хондритах). Предполагается также, что метановые и этановые кометные льды образовались в межзвёздном пространстве[12].



Нахождение на Земле |




Добыча нефти


В земной атмосфере метан присутствует в очень небольших количествах (около 0,0001 %), он производится некоторыми археями (архебактериями), в частности, находящимися в кишечном тракте крупного рогатого скота. Промышленное значение имеют месторождения низших алканов в форме природного газа, нефти и, вероятно, в будущем — газовых гидратов (найдены в областях вечной мерзлоты и под океанами). Также метан содержится в биогазе.


Высшие алканы содержатся в кутикуле растений, предохраняя их от высыхания, паразитных грибков и мелких растительноядных организмов. Это обыкновенно цепи с нечётным числом атомов углерода, образующиеся при декарбоксилировании жирных кислот с чётным количеством углеродных атомов. У животных алканы встречаются в качестве феромонов у насекомых, в частности у мухи цеце (2-метилгептадекан C18H38, 17,21-диметилгептатриаконтан C39H80, 15,19-диметилгептатриаконтан C39H80 и 15,19,23-триметилгептатриаконтан C40H82). Некоторые орхидеи при помощи алканов-феромонов привлекают опылителей.



Получение |


Главным источником алканов (а также других углеводородов) являются нефть и природный газ, которые обычно встречаются совместно.


Восстановление галогенпроизводных алканов:


При каталитическом гидрировании в присутствии палладия галогеналканы превращаются в алканы[13]:


RCH2Cl+H2→RCH3+HCl{displaystyle {mathsf {RCH_{2}Cl+H_{2}rightarrow RCH_{3}+HCl}}}

Восстановление иодалканов происходит при нагревании последних с иодоводородной кислотой:


RCH2I+HI→RCH3+I2{displaystyle {mathsf {RCH_{2}I+HIrightarrow RCH_{3}+I_{2}}}}

Для восстановления галогеналканов пригодны также амальгама натрия, гидриды металлов, натрий в спирте, цинк в соляной кислоте или цинк в спирте[13]


Восстановление спиртов:


Восстановление спиртов приводит к образованию углеводородов, содержащих то же количество атомов С. Так, например, проходит реакция восстановления бутанола (C4H9OH), проходящую в присутствии LiAlH4. При этом выделяется вода[14].


CH3CH2CH2CH2OH→LiAlH4CH3CH2CH2CH3+H2O{displaystyle {mathsf {CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}OH{xrightarrow[{}]{LiAlH_{4}}}CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{3}+H_{2}O}}}

Восстановление карбонильных соединений


Реакция Кижнера — Вольфа:


Alkane production.png

Реакцию проводят в избытке гидразина в высококипящем растворителе в присутствии KOH[15].


Реакция Клемменсена[16]:


Clemmensen Reduction Scheme.png

Гидрирование непредельных углеводородов


  • Из алкенов

CnH2n+H2→CnH2n+2{displaystyle {mathsf {C_{n}H_{2n}+H_{2}rightarrow C_{n}H_{2n+2}}}}

  • Из алкинов

CnH2n−2+2H2→CnH2n+2{displaystyle {mathsf {C_{n}H_{2n-2}+2H_{2}rightarrow C_{n}H_{2n+2}}}}

Катализатором реакции являются соединения никеля, платины или палладия[17].


Синтез Кольбе


При электролизе солей карбоновых кислот, анион кислоты — RCOO− перемещается к аноду, и там, отдавая электрон превращается в неустойчивый радикал RCOO•, который сразу декарбоксилируется. Радикал R• стабилизируется путём сдваивания с подобным радикалом, и образуется R—R[18]. Например:


CH3COO−→CH3COO⋅+e−{displaystyle {mathsf {CH_{3}COO^{-}rightarrow CH_{3}COOcdot +e^{-}}}}

CH3COO⋅→CH3⋅+CO2{displaystyle {mathsf {CH_{3}COOcdot rightarrow CH_{3}cdot +CO_{2}}}}

2CH3⋅+B→C2H6{displaystyle {mathsf {2CH_{3}cdot +Brightarrow C_{2}H_{6}}}}

Газификация твёрдого топлива (Процессы Бертло, Шрёдера, Бергиуса)


Проходит при повышенной температуре и давлении. Катализатор — Ni (для Бертло), Mo (для Шрёдера) или без катализатора (для Бергиуса):


C+2H2→CH4{displaystyle {mathsf {C+2H_{2}rightarrow CH_{4}}}}

Реакция Вюрца


2R-Br+2Na→R-R+2NaBr{displaystyle {mathsf {2R{text{-}}Br+2Narightarrow R{text{-}}R+2NaBr}}}

Реакция идёт в ТГФ при температуре −80 °C[19]. При взаимодействии R и R` возможно образование смеси продуктов (R—R, R`—R`, R—R`)


Синтез Фишера — Тропша


nCO+(2n+1)H2→CnH2n+2+nH2O{displaystyle {mathsf {nCO+(2n+1)H_{2}rightarrow C_{n}H_{2n+2}+nH_{2}O}}}


Реакция Дюма |


Получением алканов с помощью декарбоксилирования солей карбоновых кислот, при сплавлении со щелочью (обычно NaOH или KOH):


CH3COONa+NaOH→Na2CO3+CH4{displaystyle CH{scriptstyle {text{3}}}COONa+NaOHrightarrow Na{scriptstyle {text{2}}}CO{scriptstyle {text{3}}}+CH{scriptstyle {text{4}}}}



Биологическое действие |


Низшие алканы обладают наркотическим действием. При хроническом действии алканы нарушают работу нервной системы, что проявляется в виде бессонницы, брадикардии, повышенной утомляемости и функциональных неврозов.



Примечания |





  1. ↑ Bidd, Ilesh and Whiting, Mark C. The synthesis of pure n-paraffins with chain-lengths between one and four hundred. J. Chem. Soc., Chem. Commun., Issue 19, 1985, p. 543—544


  2. ↑ Дерябина Г. И., Кантария Г. В. 2.4.2. Правила построения названий алканов по систематической международной номенклатуре ИЮПАК (неопр.). Интерактивный мультимедиа-учебник «Органическая химия». Кафедра органической, биоорганической и медицинской химии СамГУ. Проверено 10 октября 2012. Архивировано 14 октября 2012 года.


  3. ↑ Химическая энциклопедия, т. 3, 1992, с. 177.


  4. ↑ Физер Л., Физер М. Органическая химия, т. 1, 1966, с. 125.


  5. ↑ Последовательность A000602 в OEIS = Number of n-node unrooted quartic trees; number of n-carbon alkanes C(n)H(2n+2) ignoring stereoisomers


  6. ↑ Последовательность A000628 в OEIS = Number of n-node unrooted steric quartic trees; number of n-carbon alkanes C(n)H(2n+2) taking stereoisomers into account


  7. ↑ 12 Henze Henry R., Blair Charles M. The number of isomeric hydrocarbons of the methane series (англ.) // Journal of the American Chemical Society. — ACS Publishers, 1931. — Vol. 53, no. 8. — P. 3077–3085. — DOI:10.1021/ja01359a034.


  8. ↑ G. Pólya. Kombinatorische Anzahlbestimmungen für Gruppen, Graphen und chemische Verbindungen // Acta Mathematica. — 1937. — Vol. 68. — P. 145–254. — DOI:10.1007/BF02546665.


  9. ↑ Перекалин В.В., Зонис С.А. Органическая химия


  10. ↑  (англ.)Dr. David R. Williams. Jupiter Fact Sheet (англ.). NASA (2007). Проверено 6 октября 2010. Архивировано 16 октября 2010 года.


  11. ↑  (англ.)Titan: Arizona in an Icebox?, Emily Lakdawalla, 21 January 2004, verified 28 March 2005


  12. ↑  (англ.)Mumma, M.J.; Disanti, M.A., dello Russo, N., Fomenkova, M., Magee-Sauer, K., Kaminski, C.D., and D.X. Xie (1996). “Detection of Abundant Ethane and Methane, Along with Carbon Monoxide and Water, in Comet C/1996 B2 Hyakutake: Evidence for Interstellar Origin”. Science. 272 (5266): 1310. DOI:10.1126/science.272.5266.1310. PMID 8650540. Используется устаревший параметр |coauthors= (справка).mw-parser-output cite.citation{font-style:inherit}.mw-parser-output q{quotes:"""""""'""'"}.mw-parser-output code.cs1-code{color:inherit;background:inherit;border:inherit;padding:inherit}.mw-parser-output .cs1-lock-free a{background:url("//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/65/Lock-green.svg/9px-Lock-green.svg.png")no-repeat;background-position:right .1em center}.mw-parser-output .cs1-lock-limited a,.mw-parser-output .cs1-lock-registration a{background:url("//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d6/Lock-gray-alt-2.svg/9px-Lock-gray-alt-2.svg.png")no-repeat;background-position:right .1em center}.mw-parser-output .cs1-lock-subscription a{background:url("//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/aa/Lock-red-alt-2.svg/9px-Lock-red-alt-2.svg.png")no-repeat;background-position:right .1em center}.mw-parser-output .cs1-subscription,.mw-parser-output .cs1-registration{color:#555}.mw-parser-output .cs1-subscription span,.mw-parser-output .cs1-registration span{border-bottom:1px dotted;cursor:help}.mw-parser-output .cs1-hidden-error{display:none;font-size:100%}.mw-parser-output .cs1-visible-error{font-size:100%}.mw-parser-output .cs1-subscription,.mw-parser-output .cs1-registration,.mw-parser-output .cs1-format{font-size:95%}.mw-parser-output .cs1-kern-left,.mw-parser-output .cs1-kern-wl-left{padding-left:0.2em}.mw-parser-output .cs1-kern-right,.mw-parser-output .cs1-kern-wl-right{padding-right:0.2em}


  13. ↑ 12 Химический каталог >> Органическая химия стр 63


  14. ↑ СПИРТЫ — статья из энциклопедии «Кругосвет»


  15. ↑ Кижнера — Вольфа реакция // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.


  16. ↑ http://www.cnshb.ru/AKDiL/0048/base/RK/160003.shtm


  17. ↑ Катализаторы гидрирования (недоступная ссылка)


  18. ↑ Кольбе реакция // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.


  19. ↑ ВЮРЦА РЕАКЦИЯ




Литература |



  • Активация и каталитические реакции алканов / Пер. с англ.; под ред. К. Хилла. — М.: Мир, 1992.

  • Общая токсикология / Под ред. Лойта А. О.. — СПб.: ЭЛБИ-СПб., 2006.

  • Петров Ал. А. Химия алканов. — М.: Наука, 1974. — 243 с.

  • Пойа Д. Комбинаторные вычисления для групп, графов и химических соединений (рус.) // Перечислительные задачи комбинаторного анализа. — М.: Мир, 1979. — P. 36—138.

  • Пэрэушану В. Производство и использование углеводородов. — М.: Химия, 1987.

  • Рудаков Е. С. Реакции алканов с окислителями, металлокомплексами и радикалами в растворах. — Киев: Наукова думка, 1985.

  • Физер Л., Физер М. Органическая химия. Углубленный курс. — М., 1966. — Т. 1. — 680 с.

  • Хейнс А. Методы окисления органических соединений. Алканы, алкены, алкины и арены. — М.: Мир, 1988.

  • Химическая энциклопедия / Гл. ред. И. Л. Кнунянц. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1992. — Т. 3: Меди сульфиды — Полимерные красители. — 640 с. — ISBN 5-85270-039-8.

  • Перекалин В.В., Зонис С. А. Органическая химия. — 4-е изд., переработанное. — М.: Просвещение, 1982. — 560 с.



Ссылки |




  • Получение алканов (недоступная ссылка)

  • Особенности строения, реакционной способности и методы синтеза алканов

  • Электронный учебник для средней школы по органической химии









yj5pePSPLJB3DBCJYb7n46VYcJHyQc nb,8yEal72x7SM8aXKA,s,hiD4mB vB,76W2H0N0X3Mzu8j2Fo peit 08xU1a9IQMPbp
-
Kx IwIiYCXBP4s

Popular posts from this blog

Meaning of 'jiggelin' - word from the song 'Policeman' of Eva Simons

Image
2 I can't find any definition about this word. Does anybody knows what does it mean? Maybe some kind of drugs? Here are the opening lines of the song in question: Hey, mister policeman I don't want no trouble I just wanna drop my jiggelin' down to the floor Hey, mister policeman Why you wanna holla at me? I just wanna drop my jiggelin' down to the floor According to the Wikipedia article about her, Eva Simons "is a Dutch vocalist, songwriter and occasional actor," raised in Amsterdam. meaning slang songs share | improve this question edited Jul 5 '16 at 7:05 ...
Read more

Высокополье (Харьковская область)

Image
У этого термина существуют и другие значения, см. Высокополье. Село Высокополье укр. Високопілля Герб 49°55′07″ с. ш. 35°25′13″ в. д. H G Я O L Страна Украина   Украина Область Харьковская Район Валковский Сельский совет Высокопольский История и география Основан 1670 Прежние названия Хмелевое Площадь 55,56 км² Часовой пояс UTC+2, летом UTC+3 Население Население 1957 человек ( 2001 ) Плотность 35,220 чел./км² Цифровые идентификаторы Телефонный код +380 5753 Почтовый индекс 63020 Автомобильный код AX, КХ / 21 КОАТУУ 6321281501 Высокополье Высокополье Высокополье  Аудио, фото и видео на Викискладе Высокопо́лье (укр. Високопілля ) — село, Высокопольский сельский совет, Валковский район, Харьковская область, Украина. Код КОАТУУ — 6321281501. Население по переписи 2001 г. составляет 1957 (866/1091 м/ж) человек. Является административным центр...
Read more

Усть-Каменогорск

Image
У этого термина существуют и другие значения, см. Усть-Каменогорск. Город Усть-Каменогорск каз. Өскемен Флаг Герб 49°57′ с. ш. 82°37′ в. д. H G Я O L Страна Казахстан   Казахстан Статус областной центр Область Восточно-Казахстанская Аким Жаксылык Омар [1] История и география Основан 1720 Город с 1868 Площадь 303,15 [2] км² Высота центра 283 ± 1 м Тип климата резко-континентальный Часовой пояс UTC+6 Население Население 329 090 [3]  человек ( 2018 ) Национальности русские 53,56 % казахи 42,99 % немцы 0,82 % украинцы 0,57 % татары 0,79 % белорусы 0,14 % азербайджанцы 0,23 % корейцы 0,20 % прочие 1,08 % -1 шт [4] Этнохороним усть-каменогорцы, усть-каменогорец Цифровые идентификаторы Телефонный код +7 (7232) Почтовый индекс F0***** [5] Автомобильный код 16 (ранее F) oskemen.kz Усть-Каменогорск Усть-Каменогорск ...
Read more