Наситени въглеводороди алкани
"Уфа Държавната нефтена Технически университет"
Майор: "Физическа и Organic Chemistry"
Наситени въглеводороди (алкани)
St.gr.BTP-09-01 Antipin
Доцент Калашников SM
Алкани (парафинови въглеводороди и наситени алифатни съединения ..) - atsiklicheskieuglevodorody линейна или разклонена структура, съдържащи само единични връзки и образуват хомоложна серия с обща формула Cn H2N + 2.
Алкани са наситени въглеводороди и съдържат максималния възможен брой водородни атоми. Всеки въглероден атом в молекулата е в алкан SP 3 -hybridization - всичките четири хибридни орбитали С-атома еднакви по форма и енергийни облаци 4 електронен насочени към тетраедър връх ъгли на 109 ° 28 '. Благодарение на единични връзки между атоми в свободно въртящ се около една въглеродна връзка. Въведете въглерод - # 963; -връзките, ниска полярност връзка и недобре поляризиран. Дължината на връзка въглерод - 0.154 пМ.
Думата "балкан" със същия произход като "алкохол". Остаряло Терминът "восък" произлиза от латинската parum - малък, незначителен и affinis - свързаната; парафини имат ниска реактивност по отношение на повечето химикали. Много восъци са хомоложни; в хомоложна серия от алкани, всеки следващ номер е различен от предишния една метиленова група СН2. Терминът идва от гръцките homologos - съответно по подобен начин.
Номенклатура (от латински nomenclatura -. Списък на имена) имената на алканите са изградени в съответствие с определени правила, които не винаги са ясно очертани. Така че, ако в молекулата на алкан и др различни заместители, в името на алкан, са изброени в азбучен ред. Въпреки това, на различни езици, този ред може да варира. Например, въглеводород, СН3 -СН (СН3) -СН (С2 Н5) -СН2 -СН2 -СН3, в съответствие с това правило, в Руски ще се нарича 2-метил-3-етилхексан, и в английски 3-етил-2-метилхексан ...
В съответствие с име и наречени въглеводород алкилови радикали: метил (СН3 -), етил (С2 Н5 -), пропил (CH 3) 2 СН-, С2 Н5 сек-бутил -СН (СН3) -, трет-бутил (CH3) 3 C и т.н. алкилови радикали включват както цяло число част на много органични съединения; тези частици с несдвоен електрон изключително активен в свободно състояние.
Някои алкани са изомери и тривиални имена, например, изобутан (2-метилпропан), изооктан (2,2,4-триметилпентан), неопентан (2,3-диметилпропан), сквалан (2,6,10,15,19,23 -geksametiltetrakozan), името на който произлиза от латинската Squalus - акула (неограничаващ производно сквалан - сквален, важен за метаболизма съединение е намерено първо в черен дроб на акула). Често се използва и общо наименование на радикал пентил (С5 H11) - амил. Тя идва от гръцки. amylon - нишесте: веднъж изоамилалкохол С5 H11 OH (3-метилбутанол-1), наречен "ферментация амилов алкохол", тъй като тя е в основата на фузелово масло, и се произвежда чрез ферментация на сладки вещества - хидролизни продукти нишесте.
систематичен nomenklaturaIYuPAK
Според имена номенклатурата IUPAC алкани са оформени с наставката -ен чрез добавяне на подходяща корена на името на въглеводород. Избира дългата неразклонена въглеводородна верига, така че голям брой заместници е минималният брой във веригата. Номерът на съединението от заглавието посочен брой въглеродни атоми, където заместителят е радикал, името на радикал, последвано от името на главната верига. Ако радикалите се повтарят, номерата на списък, показващи тяхната позиция и брой префикси показват идентични радикали на ди-, три-, тетра-. Ако радикалите са нееднородни, имената им са изброени по азбучен ред.
Изберете един от въглеродните атоми във веригата, се счита, заместен метан и спрямо него се изгражда нарича "alkil1alkil2alkil3a
· Точките на топене и точките на кипене са увеличени с дължина на молекулното тегло и въглеродна верига от основните
· При нормални условия неразклонени алкани с CH4 до С4 H10 - газове; С5 до С13 Н12 Н28 - течност; след C14 H30 - твърди вещества.
· Точките на топене и точките на кипене са намалени с по-малко разклонена до разклонена. Например, при 20 ° С с п-пентан - течност и неопентан - газ.
· Газообразни алкани горят безцветна или бледо син пламък с освобождаването на голямо количество топлина.
Метан серия въглеводороди при обикновена температура са химически инертни много и защо те се наричат парафини (от латинските parum affinis - с нисък афинитет). С повечето от тези химикали въглеводороди при тези условия или не реагира или реагира много бавно. При относително ниски температури потоци само малък брой от реакции, които включват замяна atomovvodoroda за различни атоми и групи (реакция metalep-Cuu). Тези реакции водят до получаването на съответните въглеводороди.
Алкани имат ниска химическа активност. Това е така, защото единична С-Н и С-С връзка е относително силна и трудно да се разграждат. Тъй въглеродни връзки са неполярни и С, - H ниска полярност, и двата вида връзки са malopolyarizuemy и до # 963; -тип, най-вероятно ги разкъсване от homolytic механизъм т.е. да образуват радикали.
радикал заместителна реакция
халогениране
алкани Халогени се извършва чрез радикална механизъм. За започване на реакционната смес трябва халоген алкан и облъчени с UV светлина или топлина. Хлорирането на метан не спира на етапа на метил хлорид (ако се приема еквимоларни количества от хлор и метан), и води до образуването на всички възможни продукти заместване на метил хлорид от въглероден тетрахлорид за. Хлориране на други алкани води до продукт, смес от водород заместване на различни въглеродни атоми. Съотношението на хлорирани продукти зависи от температурата. Оценка на хлориране на първични, вторични и третични атома зависи от температурата, при понижение ниски проценти температура в реда: третичен, вторичен, първична. С повишаване на температурата, разликата между скоростите дотогава намалява докато стане равна. Освен кинетична разпространение фактор хлориране продукти засяга статистическата фактор: вероятността от атака от хлор третичен въглероден атом в 3-кратно по-малко от това на първичния и два пъти по-малко от средното. Така хлориране алкани е nestereoselektivnoy реакция, освен когато има само един продукт monochlorination.
Халогени - е един от реакциите на заместване. Главно халогениране поне хидрогениране на въглероден атом (третичен атом, тогава вторичен, първична халогениран атом в последния етап). Халогенирането на алкани преминава етапа - един етап се заменя с не повече от един водороден атом:
4. CHCI 3 + Cl2 → CCl4 + HCI (тетрахлорметан).
Под влияние на светлината хлор молекула разгражда в радикали, тогава те атакуват алкан молекула заместване на водородния атом в тях, полученото образува СН3 метилови радикали. които се сблъскват с молекули хлор, унищожаване тях и формиране на нови радикали.
Бромирането алкан различава от хлорирането висока стереоселективност поради голямата разлика в скоростта на бромиране третични, вторични и първични въглеродни атома при ниски температури.
Йодиране на алкани йод не се случи, получаване на йодид директно йодиране не могат да бъдат приложени.
Тъй като флуор и хлор реакция може да протече експлозивно, в такива случаи, халоген разрежда с азот или разредител.
Нитрирането (Konovalova реакция)
Алкани реагират с 10% разтвор на азотна киселина или азотен оксид 2O 4 в газова фаза при температура от 140 ° С и ниско налягане, за да се образува нитро. Реакцията е предмет и на правило Markovnikov му.
Всички налични доказателства насочва към свободните радикали механизъм. Реакционната смес се получава смес от продукти.
Основното химично свойство на наситени въглеводороди, определящи тяхното използване като гориво, реакцията на горене. например:
В случай на недостиг на кислород вместо въглероден диоксид, получен от въглероден монооксид или въглероден атом (в зависимост от концентрацията на кислород).
Като цяло, реакцията на горене от алкани може да се запише по следния начин:
каталитично окисление
Може да образува алкохоли, алдехиди, карбонови киселини.
В леко окисление на CH4 (на катализатора, кислорода, 200 ° С) може да се образува:
· Мравчена киселина: СН4 + O2 = НСООН
Термично превръщане на алкани
експанзия
реакции на разпадане се появяват само под въздействието на високи температури. Повишаването на температурата води до разкъсване на връзката въглерод и образуването на свободни радикали.
При температура над 500 ° С се подлагат на пиролизен разлагане на алкани, за да образуват комплексна смес от продукти, съставът и пропорциите на които зависят от температурата и времето на реакция. В пиролиза разцепването на въглерод-въглеродни връзки за образуване алкилови радикали.
През 1930-1950 GG. пиролиза висши алкани, използвани в промишлеността за получаване на комплексна смес от алкани и алкени, притежаващи от пет до десет въглеродни атома. Тя се нарича "термичен крекинг". С помощта на термичен крекинг в състояние да се увеличи количеството на бензин поради разцепване на алкани, съдържащи се в фракция керосин (10-15 въглеродни атома в скелета на въглерод) и петролни фракции дизелови (12-20 въглеродни атома). Въпреки това, броят на октановото число на бензина, произведени от термичен крекинг, не надвишава 65, което не отговаря на изискванията на съвременните условия на работа на двигателите с вътрешно горене.
дехидриране
1) В скелета въглероден 2 (етан) или 3 (пропан) въглеродни атоми, - получаване (терминал) алкени, тъй като в този случай другият не може да излезе; отделянето на водород:
условия на потока: 400-600 ° С, катализатори - Pt, Ni, Al2 О3. CR2 O3
2) В 4 въглеродни скелет (бутан, изобутан) или 5 (пентан, 2-метилбутан, неопентан) въглеродни атома - получаване алкадиени; отделянето на водород:
3) В скелета въглерод 6 (хексан) и повече въглеродни атоми, - получаване на бензол и неговите производни:
изомеризация
Под действието на катализатор (например, AlCl3) алкан изомеризация възниква: например, бутан (С4 H10), взаимодейства с алуминиев хлорид (AlCl3), изчислена от п-бутан, 2-метилпропан.
превръщане метан
В присъствието на реакционната никелов катализатор се случва:
Продуктът от тази реакция (смес от СО и Н2) се нарича "синтез газ".
Основният източник на алкан (както и други въглеводороди) са нефт и природен газ, които обикновено се появяват заедно.
Възстановяване galogenproizvodnyh алкани
Чрез каталитично хидрогениране в присъствието на паладий превръща алкани халоалкани:
Възстановяване yodalkanov се осъществява чрез нагряване на последния с йодоводородна киселина:
натриев амалгама подходящ за възстановяване на халоалкани, метални хидриди, натрий в етанол, цинк в солна киселина или цинк в алкохол
Възстановяване на алкохоли води до образуването на въглеводороди, съдържащи същия брой въглеродни атоми, например, реакция на редукция се провежда бутанол (С4 Н9 OH), простираща се в присъствието на LiAlH4. Това освобождава водата.
Намаляване на карбонилни съединения
Реакцията се провежда в излишък от хидразин в разтворител с висока точка на кипене в присъствието на КОН.
Хидрогениране на ненаситени въглеводороди
Катализаторът за реакцията са съединения на никел, платина или паладий.
В електролиза на соли на карбоксилни киселини, киселинен анион - RCOO - се премества към анода, и там, давайки електрона се превръща в нестабилна радикал RCOO •, която се декарбоксилира веднага. радикал R • се стабилизира чрез подобен удвояване радикал, и формира R-R. Например:
Газификация на твърдо гориво
Той се простира при повишена температура и налягане. Катализаторът - Ni:
2К-Br + 2Na = R-R + 2NaBr
Реакцията продължава в THF при -80 ° С В реакцията на R и R` е възможно да се образува смес на продукта (R-R, R`, R`, R-R`)
Фишер - Тропс
Позоваването
· Ал Петров. А. Химия на алкани
· Pereushanu Б. производството и употребата на въглеводороди. - М. Chemistry 1987.
· Rudakov ES реакции на алкани с оксиданти и радикали метални комплекси в разтвори. - Kiev: Naukova Dumka, 1985.
· Haynes А. Методи за окисляване на органични съединения. Алкани, алкени, алкини и арената. - Мир 1988 година.