:{Систематическая ИЮПАК};:{Гомологический ряд и изомерия};
:{Cвойства};:{Получение}::{Биологическое действие}:
Алканы (парафины) — ациклические углеводороды линейного или разветвлённого строения, содержащие только простые связи и образующие гомологический ряд с общей формулой CnH2n+2.
Алканы являются насыщенными соединениями и содержат максимально возможное число атомов водорода. Каждый атом углерода в молекулах алканов находится в состоянии sp3 гибридизации. Простейшим представителем класса является метан (CH4).
Номенклатура
Рациональная
Выбирается один из атомов углеродной цепи, он считается замещённым метаном и относительно него строится название алкил1алкил2алкил3алкил4метан, например:
а- н-бутил-втор-бутил-изобутилметан
б- триизопропилметан
в- триэтил-изопропилметан
Систематическая ИЮПАК
По номенклатуре ИЮПАК названия алканов образуются при помощи суффикса -ан путём добавления к соответствующему корню от названия углеводорода. Выбирается наиболее длинная неразветвлённая углеводородная цепь так, чтобы у наибольшего числа заместителей был минимальный номер в цепи. В названии соединения цифрой указывают номер углеродного атома, при котором находится замещающий радикал, затем название радикала и название главной цепи. Если радикалы повторяются, то перечисляют цифры, указывающие их положение, а число одинаковых радикалов указывают приставками ди-, три-, тетра-. Если радикалы не одинаковые, то их названия перечисляются в алфавитном порядке. Например:
2,2,6-триметил-5-этилгептан
Гомологический ряд и изомерия
Изомерия предельных углеводородов обусловлена простейшим видом структурной изомерии — изомерией углеродного скелета. Алканы, число атомов углерода в которых больше трёх, имеют изомеры. Число этих изомеров возрастает с огромной скоростью по мере увеличения числа атомов углерода. Для алканов с n = 1..12 число изомеров равно 1, 1, 1, 2, 3, 5, 9, 18, 35, 75, 159, 355.
| Гомологический ряд алканов |
|---|
| Метан | CH4 | CH4 |
| Этан | CH3—CH3 | C2H6 |
| Пропан | CH3—CH2—CH3 | C3H8 |
| н-Бутан | CH3—CH2—CH2—CH3 | C4H10 |
| н-Пентан | CH3—CH2—CH2—CH2—CH3 | C5H12 |
| н-Гексан | CH3—CH2—CH2—CH2—CH2—CH3 | C6H12 |
| н-Гептан | CH3—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH3 | C7H16 |
| н-Октан | CH3—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH3 | C8H18 |
| н-Нонан | CH3—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH3 | C9H20 |
| н-Декан | CH3—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH3| C10H22 | |
|
Физические свойства
Температура плавления и кипения увеличиваются с молекулярной массой и длиной главной углеродной цепи
При нормальных условиях алканы с CH4 до C4H10 — газы; с C5H12 до C17H36 — жидкости. И после C18H38 — твёрдые тела.
Температуры плавления и кипения понижаются от менее разветвленных к более разветвленным. Так например, при нормальних условиях н-пентан жидкость, а неопентан - газ.
|
| Физические свойства нормальных алканов |
|---|
| n | Название | Ткип | Тпл | Плотность | Показатель преломления |
| 1 | Метан | -161,5 | -183 | 0,424 | - |
| 2 | Этан | -88,6 | -172 | 0,546 | - |
| 3 | Пропан | -42,1 | -188 | 0,501 | -
|
| 4 | Бутан | -0,5 | -135 | 0,579 | 1,3326
|
| 5 | Пентан | 6,1 | -130 | 0,626 | 1,3575
|
| 6 | Гексан | 68,7 | -95 | 0,659 | 1,3749
|
| 7 | Гептан | 98,4 | -91 | 0,684 | 1,3876
|
| 8 | Октан | 125,7 | -57 | 0,703 | 1,3974
|
| 9 | Нонан | 150,8 | -54 | 0,718 | 1,4054 |
| 10 | Декан | 174,1 | -30 | 0,730 | 1,4119 |
| 11 | Ундекан | 195,9 | -25,6 |
| 12 | Додекан | 216,3 | -9,7 |
| 13 | Тридекан | 235,5 | -6,0 |
| 14 | Тетрадекан | 253,6 | 5,5 |
| 15 | Пентадекан | 270,7 | 10 |
| 16 | Гексадекан | 287,1 | 18,1 |
| 17 | Гептадекан | 302,6 | 22 |
| 18 | Октадекан | 317,4 | 28 |
| 19 | Нонадекан | 331,6 | 32 |
| 20 | Эйкозан | 345,1 | 36,4 |
|
| 21 | Генэйкозан | 215 (15 мм рт ст) | 40,4 |
| 22 | Докозан | 224,5 (15 мм рт ст) | 44,4 |
| 23 | Трикозан | 234 (15 мм рт ст) | 47,4 |
| 24 | Тетракозан | 243 (15 мм рт ст) | 51,1 |
| 25 | Пентакозан | 259 (15 мм рт ст) | 53,3 |
| 26 | Гексакозан | 262 (15 мм рт ст) | 57 |
| 27 | Гептакозан | 270 (15 мм рт ст) | 60 |
| 28 | Октакозан | 280 (15 мм рт ст) | 61,1 |
| 29 | Нонакозан | 286 (15 мм рт ст) | 64 |
| 30 | Триаконтан | 304 (15 мм рт ст) | 66 |
| 40 | Тетраконтан | - | 81,4 |
| 50 | Пентаконтан | 421 | 92,1 |
| 60 | Гексаконтан | - | 98,9 |
70 | Гептаконтан | - | 105,3 |
| 100 | Гектан | - | 115,2 |
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 дает в спектрах слабую полосу при 1380 см-1.
УФ-спектроскопия
Чистые алканы не поглощают в ультрафиолетовой области выше 2000A(Армстронг) 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 единичные C-H и C-C связи относительно прочны и их сложно разрушить.
Горение
Основным химическим свойством предельных углеводородов, определяющих их использование в качестве топлива, является реакция горения. Пример:
В случае нехватки кислорода вместо углекислого газа получается угарный газ или уголь(в зависимости от нехватки кислорода)
В общем случае уравнение реакции горения для любого углеводорода, имеющего состав CxHy, можно записать в следующем виде:
Галогенирование
Галогенирование алканов протекает по радикальному механизму. Для инициирования реакции необходимо смесь алкана и галогена облучить УФ-светом 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 метилхлорида до тетрахлоруглерода. 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 два раза меньше чем вторичного. Таким образом хлорирование алканов является нестереоселективной реакцией, исключая случаи, когда возможен только один продукт монохлорирования.
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 реакция протекает со взрывом (как правило, фтор разбавляют азотом или растворителем.
Нитрование
Алканы реагируют с азотной кислотой или N2O4 в газовой фазе с образованием нитропроизводных: RH + HNO3 = RNO2 + H2O Все имеющиеся данные указывают на свободнорадикальный механизм. В результате реакции образуются смеси продуктов.
Крекинг
При нагревании выше 500°С 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 С в углеродном скелете) и фракции солярового масла (12-20 атомов С). 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°С 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:
Частичный крекинг:
Получение
Главным источником алканов (а также других углеводородов) является нефть и природный газ, которые обычно встречаются совместно.
Синтез Кольбе
При электролизе солей карбоновых кислот, анион кислоты - RCOO- перемещается к аноду, и там, отдавая электрон превращается в неустойчивый радикал RCOO•, который сразу декарбоксилируеться. Радикал R• стабилизируется путем сдваивания с подобным радикалом, и образуется R-R. Например:
Реакция Вюрца
2R-Br + 2Na = R-R + 2NaBr
реакция идёт в ТГФ при температуре -80°С.
при взаимодействии R и R` возможно образование смеси продуктов (R-R, R`-R`, R-R`)
Обладают наркотическим действием, которое возрастает с увеличением числа атомов углерода. При хроническом действии нарушают работу нервной системы, что проявляется в виде бессонницы, брадикардии, повышенной утомляемости и функциональных неврозов.
Наверх
| |
.
|
