1. АЛКАНЫ Физические свойства Первые четыре представителя

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.