Alcani

Structura chimică (sus) și modelul 3D (jos) a metanului , cel mai simplu alcan

Alcanii ( parafine , de asemenea hidrocarburi saturate sau saturate ) sunt hidrocarburi aciclice cu structură liniară sau ramificată, conținând doar legături simple (single) și formând o serie omoloagă cu formula generală C n H 2n + 2 .

Toți alcanii și alchenele aparțin clasei de hidrocarburi alifatice . Alcanii sunt hidrocarburi saturate, adică conțin numărul maxim posibil de atomi de hidrogen pentru un anumit număr de atomi de carbon. Fiecare atom de carbon din moleculele de alcan este într-o stare de hibridizare sp 3 - toți cei 4 orbitali hibrizi ai atomului de C sunt identici ca formă și energie, 4 legături sunt direcționate către vârfurile tetraedrului la unghiuri de 109 ° 28'. Legăturile C-C sunt legături σ caracterizate prin polaritate scăzută și polarizabilitate . Lungimea legăturii C-C este de 0,154 nm , lungimea legăturii C-H este de 0,1087 nm .

Cel mai simplu reprezentant al clasei este metanul (CH 4 ). Hidrocarbura cu cel mai lung lanț, nonacontatrictane C 390 H 782 , a fost sintetizată în 1985 de chimiștii englezi I. Bidd și M. K. Whiting [1] .

Nomenclatură

Rațional

Unul dintre atomii lanțului de carbon este selectat, este considerat a fi substituit cu metan și denumirea „alchil1alchil2alchil3alchil4metan” este construită în raport cu acesta, de exemplu:

a : n -butil- sec - butilizobutilmetan b : triizopropilmetan în : trietilpropilmetan

IUPAC sistematic

Conform nomenclaturii IUPAC , denumirile alcanilor sunt formate folosind sufixul -an prin adăugarea la rădăcina corespunzătoare de la numele hidrocarburii. Este selectat cel mai lung lanț de hidrocarburi neramificate, numerotarea acestui lanț începând din partea substituentului cea mai apropiată de capătul lanțului. În denumirea compusului, numărul atomului de carbon la care se află gruparea substituentă sau heteroatom este indicat printr-un număr , apoi numele grupului sau heteroatomului și numele lanțului principal. Dacă grupurile sunt repetate, atunci enumerați numerele care indică poziția lor, iar numărul de grupuri identice este indicat prin prefixele di-, tri-, tetra-. Dacă grupurile nu sunt aceleași, atunci numele lor sunt listate în ordine alfabetică. [2]

De exemplu:

2,6,6-trimetil-3-etilheptan (de la stânga la dreapta) / 2,2,6-trimetil-5-etilheptan (de la dreapta la stânga)

Când se compară pozițiile substituenților în ambele combinații, se acordă preferință celei în care prima cifră diferită este cea mai mică. Astfel, numele corect este 2,2,6 -trimetil-5- etilheptan .

Serii omologice și izomerie

Alcanii formează o serie omoloagă .

Serii omoloage de alcani (primii 10 membri)
Metan	CH 4	CH 4
Etan	CH3 - CH3 _	C2H6 _ _ _
propan	CH3 - CH2 - CH3 _	C3H8 _ _ _
Butan	CH3 - CH2 - CH2 - CH3 _	C4H10 _ _ _
Pentan	CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 _	C5H12 _ _ _
hexan	CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 _	C6H14 _ _ _
heptan	CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 _	C7H16 _ _ _
Octan	CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 _	C8H18 _ _ _
Nonan	CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 _	C9H20 _ _ _
Decan	CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 _	C10H22 _ _ _

Alcanii cu mai mult de trei atomi de carbon au izomeri. Izomeria hidrocarburilor saturate se datorează celui mai simplu tip de izomerie structurală - izomeria scheletului de carbon, și începând de la C 7 H 16 - și izomeriei optice [3] . Numărul de izomeri structurali ai alcanilor C n H 2n+2 în funcție de numărul de atomi de carbon n fără a ține cont de stereoizomerie [4] [5] și ținând cont de stereoizomerie [6] :

n	Numărul de izomeri	Ținând cont de stereoizomerie
patru	2	2
5	3	3
6	5	5
7	9	unsprezece
opt	optsprezece	24
9	35	55
zece	75	136
unsprezece	159	345
12	355	900
13	802	2412
paisprezece	1858	6563
cincisprezece	4347	18 127
douăzeci	366 319	3 396 844
25	36 797 588	749 329 719
treizeci	4 111 846 763	182 896 187 256

Numărul de izomeri structurali ai hidrocarburilor inferioare până la C14H30 a fost determinat prin numărare directă ; în 1931 a fost dezvoltată o metodă recursivă de numărare a numărului de izomeri [7] . Nu a fost găsită o relație simplă între numărul de atomi de carbon n și numărul de izomeri [7] . La , numărul de izomeri structurali diferiți ai alcanilor poate fi estimat folosind teorema Redfield-Polyi [8] . $n\rightarrow {\mathcal {1}}$

Proprietăți fizice

Punctele de topire și de fierbere cresc cu greutatea moleculară și lungimea lanțului principal de carbon.
În condițiile standard stabilite de IUPAC ( presiune 10 5 Pa , temperatură 0 ° C), alcanii cu catenă liniară de la CH 4 la C 4 H 10 sunt gaze, de la C 5 H 12 la C 13 H 28 sunt lichide, iar începând de la C14H30 şi mai departe - solide .
Punctele de topire și de fierbere scad de la mai puțin ramificat la mai ramificat. Deci, de exemplu, la 20 ° C, n - pentanul este un lichid, iar neopentanul este un gaz.
Alcanii gazoși și solizi nu au miros, unii alcani lichizi au un miros caracteristic de „benzină”.
Toți alcanii sunt incolori, mai ușori decât apa și insolubili în ea. Alcanii se dizolvă bine în solvenți organici, alcanii lichizi ( pentan , hexan ) sunt utilizați ca solvenți.

Proprietățile fizice ale alcanilor normali

n	Nume	Tpl , ° C	Tbp , ° C	Densitate , g/ cm3	Indicele de refracție
unu	Metan	−182,48	−161,5	0,416 la T bp
2	Etan	−183,3	−88,63	0,546 la T kip
3	propan	−187,7	−42,1	0,585 la T bp
patru	Butan	−138,35	−0,5	0,6 la T bp	1,3326
patru	izobutan	−159,60	−11,73	0,5510 la T kip
5	Pentan	−129,7	36.07	0,6262	1,3575
6	hexan	−95,3	68,7	0,6594	1,3749
7	heptan	−90,6	98,4	0,6795	1,3876
opt	Octan	−55,8	125,7	0,7025	1,3974
9	Nonan	−54	150,8	0,718	1,4054
zece	Decan	−29,7	174.1	0,730	1,4119
unsprezece	Undecan	−25,6	195,9	0,7402	1,4151
12	Dodecan	−9,6	216,3	0,7487	1,4216
13	Tridecan	−5.4	235,5	0,7564	1,4256
paisprezece	tetradecan	5.9	253,6	0,7628	1,4289
cincisprezece	Pentadecan	9.9	270,6	0,7685	1,4310
16	hexadecan	18.2	286,8	0,7734	1,4345
17	heptadecan	22.0	301,9	0,778*	1,4369*
optsprezece	Octadecan	28.2	316.1	0,7819*	1,4390*
19	Nonadecan	32.1	329,76	0,7855*	1,4409*
douăzeci	Eikozan	36.8	342,7	0,7887*	1,4426*
21	Geneikosan	40,5	355,1	0,7917*	1,4441*
22	Docosan	44.4	367,0	0,7944*	1,4455*
23	Trikozan	47,6	380,2	0,7969*	1,4468*
24	tetracosan	50,9	389,2	0,7991*	1,4480*
25	Pentacosan	53,7	401,0	0,8012*	1,4491*
26	Hexacosan	57	262 (15 mmHg)	0,778
27	Heptacosan	60	270 (15 mmHg)	0,780
28	Octacosan	61.1	280 (15 mmHg)	0,807
29	Nonacozane	64	286 (15 mmHg)	0,808
treizeci	Triacontan	65,8	446,4	0,897*	1,4536*
31	Gentriacontan	67,9	455	0,8111*	1,4543*
32	Dotriacontan	69,7	463	0,8124*	1,4550*
33	Tritriacontan	71	474	0,811
34	Tetratriacontan	73.1	478	0,8148*	1,4563*
35	Pentatriacontan	74,7	486	0,8159*	1,4568*
36	Hexatriacontan	75	265 la 130 Pa	0,814
37	Heptatriacontan	77,4	504,14	0,815
38	Octatriacontan	79	510,93	0,816
39	Nonatriacontane	78	517,51	0,817
40	Tetracontan	81.4	523,88	0,817
41	Gentetracontan	80,7	530,75	0,818
42	Dotetracontan	82,9	536,07	0,819
43	Tritetracontan	85.3	541,91	0,820
44	tetratetracontan	86.4	547,57	0,820
45	Pentatetracontan		553,1	0,821
46	Hexatetracontan		558,42	0,822
47	Heptatetracontan		563,6	0,822
48	Octatetracontan		568,68	0,823
49	Nonatetracontan		573,6	0,823
cincizeci	Pentacontan	93	421	0,824
51	Genpentacontan		583	0,824
52	Dopentacontan	94	587,6	0,825
53	tripentacontan		592	0,825
54	Tetrapentacontan	95	596,38	0,826
…	…	…	…	…	…
60	Hexacontan	98,9
…	…	…	…	…	…
70	Heptacontan	105.3
…	…	…	…	…	…
100	hectan	115.2
…	…	…	…	…	…
150	Pentacontagectan	123
…	…	…	…	…	…
390	Nonacontatrictan	132

Notă la tabel: * sunt marcate valorile obținute pentru un lichid suprarăcit.

Proprietăți spectrale

Spectroscopie IR

În spectrele IR ale alcanilor, frecvențele vibrațiilor de întindere ale legăturii C–H se manifestă în mod clar în regiunea de 2850–3000 cm– 1 . Frecvențele vibrațiilor de întindere ale legăturii C—C sunt variabile și adesea de intensitate scăzută. Vibrațiile caracteristice de încovoiere în legătura C–H în grupele metil și metilen se află de obicei în intervalul 1400–1470 cm – 1 , cu toate acestea, gruparea metil dă o bandă slabă la 1380 cm – 1 în spectre .

Spectroscopie UV

Alcanii puri nu absorb radiația ultravioletă peste 2000 Å și din acest motiv sunt adesea solvenți excelenți pentru măsurarea spectrelor UV ale altor compuși.

Proprietăți chimice

Alcanii au activitate chimică scăzută. Acest lucru se datorează faptului că legăturile simple C-H și C-C sunt relativ puternice și greu de spart. Deoarece legăturile C-C sunt nepolare, iar legăturile C-H sunt de polaritate scăzută, ambele tipuri de legături sunt ușor polarizabile și aparțin tipului σ, ruptura lor este cel mai probabil printr-un mecanism omolitic, adică cu formarea de radicali.

Reacții de substituție radicală

Halogenare

Halogenarea alcanilor are loc printr-un mecanism radical . Pentru a iniția reacția, este necesară iradierea amestecului de alcan și halogen cu radiații UV sau încălzirea acestuia.

Clorarea metanului nu se oprește în etapa de obținere a clorurii de metil (dacă se iau cantități echimolare de clor și metan), ci duce la formarea tuturor produșilor de substituție posibili, de la clormetan la tetraclorura de carbon . Clorarea altor alcani are ca rezultat un amestec de produse de substituție a hidrogenului la diferiți atomi de carbon. Raportul dintre produsele de clorinare depinde de temperatură. Viteza de clorurare a atomilor primari, secundari și terțiari depinde de temperatură; la temperaturi scăzute, rata scade în seria: terțiar, secundar, primar. Pe măsură ce temperatura crește, diferența dintre viteze scade până devine aceeași. Pe lângă factorul cinetic, distribuția produselor de clorinare este influențată de un factor statistic: probabilitatea unui atac de clor asupra unui atom de carbon terțiar este de 3 ori mai mică decât cel primar și de 2 ori mai mică decât cel secundar. Astfel, clorurarea alcanilor este o reacție nestereoselectivă, cu excepția cazurilor în care este posibil un singur produs de monoclorurare.

Halogenarea are loc mai ușor, cu cât lanțul de carbon al n - alcanului este mai lung. În aceeași direcție, energia de ionizare a moleculei de substanță scade, adică alcanul devine mai ușor donor de electroni .

Halogenarea este una dintre reacțiile de substituție . Atomul de carbon cel mai puțin hidrogenat este mai întâi halogenat (atomul terțiar, apoi atomii secundari, primari sunt halogenați ultimii). Halogenarea alcanilor are loc în etape cu formarea secvenţială a clormetanului , diclormetanului , cloroformului şi tetraclorurii de carbon : nu se înlocuieşte mai mult de un atom de hidrogen într-o singură etapă:

{\mathsf {CH_{4}+Cl_{2}\rightarrow CH_{3}Cl+HCl))

{\mathsf {CH_{3}Cl+Cl_{2}\rightarrow CH_{2}Cl_{2}+HCl))

{\mathsf {CH_{2}Cl_{2}+Cl_{2}\rightarrow CHCl_{3}+HCl))

{\mathsf {CHCl_{3}+Cl_{2}\rightarrow CCl_{4}+HCl))

Sub acțiunea luminii, molecula de clor se descompune în radicali, apoi atacă moleculele de alcan, rupându-le atomul de hidrogen, în urma cărora se formează radicali metil CH 3 , care se ciocnesc cu moleculele de clor, distrugându-le și formând noi radicali. .

Mecanismul în lanț de halogenare:

1) Inițiere

{\displaystyle {\ce {\mathsf {Cl{\text{:}}Cl->[{h\nu }]Cl{\text{ }}+{\text{ }}Cl))))

2) creșterea lanțului

{\mathsf {CH_{3}{\text{-}}CH_{2}{\text{-}}CH_{3}+Cl{\text{ }}\rightarrow CH_{3}{\ text {-}}{\dot {CH}}{\text{-}}CH_{3}+HCl}}

{\mathsf {CH_{3}{\text{-}}{\dot {CH}}{\text{-}}CH_{3}+Cl{\text{:}}Cl\rightarrow CH_{ 3}{\text{-}}CHCl{\text{-}}CH_{3}+Cl{\text{ }}}}

3) Circuit deschis

{\displaystyle {\mathsf {CH_{3}{\text{-}}{\dot {CH}}{\text{-}}CH_{3}+Cl{\text{ }}\rightarrow CH_{3 } {\text{-}}CHCl{\text{-}}CH_{3))))

Bromurarea alcanilor diferă de clorurare prin stereoselectivitate mai mare datorită diferenței mai mari în ratele de bromurare ale atomilor de carbon terțiari, secundari și primari la temperaturi scăzute.

Iodarea alcanilor cu iod nu are loc, iar iodurile nu pot fi obținute prin iodare directă.

Cu fluor și clor reacția poate decurge exploziv, în astfel de cazuri halogenul este diluat cu azot sau un solvent adecvat.

Sulfonare

Cu acțiunea simultană a oxidului de sulf (IV) și a oxigenului asupra alcanilor, cu iradiere ultravioletă sau cu participarea unor substanțe care sunt donatoare de radicali liberi (diazometan, peroxizi organici), reacția de sulfonare are loc cu formarea acizilor alchil sulfonici :

{\mathsf {CH_{3}{\text{-}}CH_{2}{\text{-}}CH_{2}{\text{-}}CH_{3}{\xrightarrow {O_{ 2};SO_{2};h\nu }}CH_{3}{\text{-}}CH_{2}{\text{-}}CH_{2}{\text{-}}CH_{2} {\text{-}}SO_{2}OH}}

Sulfoclorurare (reacția lui Reed)

Când sunt iradiați cu radiații ultraviolete, alcanii reacţionează cu un amestec de SO 2 și Cl 2. După ce se formează un radical alchil cu plecarea clorurii de hidrogen, se adaugă dioxid de sulf. Radicalul complex rezultat este stabilizat prin captarea unui atom de clor cu distrugerea moleculei următoare a acestuia din urmă.

Dezvoltarea procesului în lanț:

\mathsf{RH + Cl \cdot \rightarrow R\cdot + HCl}

\mathsf{R\cdot + SO_2 \rightarrow RSO_2\cdot}

\mathsf{RSO_2\cdot + Cl_2 \rightarrow RSO_2Cl + Cl\cdot}

Hidrocarburile liniare sunt cel mai ușor sulfoclorurate, spre deosebire de reacțiile de clorurare și nitrare. [9]

Clorurile de sulfonil rezultate sunt utilizate pe scară largă în producerea de surfactanți .

Nitrare

Alcanii reacţionează cu o soluţie 10% de acid azotic sau oxid azotic NO 2 în fază gazoasă la o temperatură de 140 ° C şi presiune joasă pentru a forma derivaţi nitro:

\mathsf{RH + HNO_3 \rightarrow RNO_2 + H_2O}

Datele disponibile indică un mecanism de radicali liberi . Ca rezultat al reacției, se formează amestecuri de produse.

Reacții de oxidare Autooxidare

Oxidarea alcanilor în faza lichidă are loc conform mecanismului radicalilor liberi și duce la formarea hidroperoxizilor , produși ai descompunerii lor și interacțiunii cu alcanul de pornire. Schema reacției principale de autooxidare:

\mathsf{RH + O_2 \rightarrow R\cdot + HOO\cdot}

\mathsf{R\cdot + O_2 \rightarrow ROO\cdot}

\mathsf{ROO\cdot + RH \rightarrow ROOH + R\cdot}

Combustie

Principala proprietate chimică a hidrocarburilor saturate care determină utilizarea lor ca combustibil este reacția de ardere . Exemplu:

\mathsf{CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O + \Delta Q}

Valoarea Q ajunge la 46.000 - 50.000 kJ/kg .

În caz de lipsă de oxigen , în loc de dioxid de carbon se obține monoxid de carbon (II) sau cărbune (în funcție de concentrația de oxigen).

oxidare catalitică

În reacțiile de oxidare catalitică a alcanilor, alcoolilor , aldehidelor , acizilor carboxilici se pot forma .

Cu oxidarea ușoară a CH4 în prezența unui catalizator cu oxigen la 200 ° C, se pot forma următoarele:

metanol : $\mathsf{2CH_4 + O_2 \rightarrow 2CH_3OH}$
formaldehida : ${\mathsf {CH_{4}+O_{2}\rightarrow HCHO+H_{2}O))$
acid formic : $\mathsf{2CH_4 + 3O_2 \rightarrow 2HCOOH + 2H_2O}$

Oxidarea poate fi efectuată și cu aer. Procesul se desfășoară în fază lichidă sau gazoasă. În industrie, se obțin astfel alcooli grași mai mari și acizii corespunzători .

Reacția de oxidare a alcanilor cu dimetildioxiran :

Mecanismul reacțiilor de obținere a acizilor prin oxidarea catalitică și scindarea alcanilor este prezentat mai jos folosind exemplul de obținere a acidului acetic din butan :

Transformări termice ale alcanilor Descompunere

Reacțiile de descompunere apar numai sub influența temperaturilor ridicate. O creștere a temperaturii duce la ruperea legăturii de carbon și formarea de radicali liberi .

Exemple:

\mathsf{CH_4 \xrightarrow[]{^ot > 1000 ^oC} C + 2H_2}

\mathsf{C_2H_6 \rightarrow 2C + 3H_2}

Cracare

Când sunt încălziți peste 500 °C, alcanii suferă descompunere pirolitică cu formarea unui amestec complex de produse, a cărui compoziție și raport depind de temperatură și timpul de reacție. În timpul pirolizei , legăturile carbon-carbon sunt scindate pentru a forma radicali alchil.

În 1930-1950. piroliza alcanilor superiori a fost utilizată industrial pentru a produce un amestec complex de alcani și alchene care conține cinci până la zece atomi de carbon. Se numește „cracare termică”. Cu ajutorul cracarei termice, a fost posibilă creșterea cantității fracției de benzină datorită divizării alcanilor conținuti în fracția de kerosen ( 10-15 atomi de carbon în scheletul de carbon) și a fracțiunii de motorină ( 12-20 atomi de carbon ). atomi). Cu toate acestea, numărul octanic al benzinei obținut prin cracare termică nu depășește 65, ceea ce nu îndeplinește cerințele condițiilor de funcționare ale motoarelor moderne cu ardere internă.

În prezent, cracarea termică a fost complet înlocuită în industrie prin cracarea catalitică, care se realizează în fază gazoasă la temperaturi mai scăzute - 400-450 ° C și presiune joasă - 10-15 atm pe un catalizator de aluminosilicat, care este regenerat continuu prin ardere. cocsul s-a format pe el într-un curent de aer . În timpul cracării catalitice, conținutul de alcani cu structură ramificată crește brusc în benzina rezultată.

Pentru metan:

\mathsf{2CH_4 \xrightarrow[]{^ot > 1500 ^oC} C_2H_2 + 3H_2}

În timpul cracării, una dintre legături (C-C) se rupe, formând doi radicali. Apoi au loc trei procese simultan, în urma cărora reacția dă mulți produse diferiți:

{\displaystyle {\mathsf {CH_{3}{\text{-}}CH_{2}{\text{:}}CH_{3}{\xrightarrow {1500^{\circ }C}}CH_{3} {\text{-}}CH_{2}{\text{ }}+{\text{ }}CH_{3))))

1) Recombinare:

{\mathsf {CH_{3}{\text{-}}CH_{2}{\text{ }}+{\text{ }}CH_{2}{\text{-}}CH_{ 3} \rightarrow CH_{3}{\text{-}}CH_{2}{\text{-}}CH_{2}{\text{-}}CH_{3}}}

{\displaystyle {\mathsf {CH_{3}{\text{ }}+{\text{ }}CH_{2}{\text{-}}CH_{3}\rightarrow CH_{3}{\text {- }}CH_{2}{\text{-}}CH_{3))))

{\mathsf {CH_{3}{\text{ }}+{\text{ }}CH_{3}\rightarrow CH_{3}{\text{-}}CH_{3}}}

2) Disproporționare:

{\mathsf {CH_{3}{\text{ }}+{\text{ }}CH_{2}{\text{-}}CH_{3}\rightarrow CH_{4}+CH_{ 2} {\text{=}}CH_{2}}}

{\displaystyle {\mathsf {CH_{3}{\text{-}}CH_{2}{\text{ }}+{\text{ }}CH_{2}{\text{-}}CH_{ 3} \rightarrow CH_{3}{\text{-}}CH_{3}+CH_{2}{\text{=}}CH_{2))))

3) dezintegrarea β (ruperea legăturii (CH)):

{\mathsf {CH_{3}{\text{-}}CH_{2}{\text{ }}{\xrightarrow {-H{\text{ }}}}CH_{2}{\ text{ =}}CH_{2}}}

Dehidrogenare

1) În scheletul de carbon, 2 (etan) sau 3 (propan) atomi de carbon - obținându-se alchene (terminale), deoarece altele nu pot fi obținute în acest caz; eliberare de hidrogen:

Condiții de curgere: 400-600 °C, catalizatori - Pt, Ni, Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 , de exemplu, formarea etilenei din etan:

\mathsf{CH_3\text{-}CH_3 \rightarrow CH_2 \text{=}CH_2 + H_2}

2) În scheletul de carbon 4 (butan, izobutan) sau 5 (pentan, 2-metilbutan, neopentan ) atomi de carbon - obținând alcadiene, de exemplu, butadienă-1,3 și butadienă-1,2 din butan:

\mathsf{CH_3\text{-}CH_2\text{-}CH_2\text{-}CH_3 \rightarrow CH_2\text{=}CH\text{-}CH\text{=}CH_2 + 2H_2}

\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) În scheletul de carbon a 6 (hexan) sau mai mulți atomi de carbon - obținerea benzenului și a derivaților săi:

\mathsf{CH_3(CH_2)_5CH_3 \rightarrow C_6H_5CH_3 + 4H_2}

Conversia metanului

În prezența unui catalizator de nichel , reacția are loc:

\mathsf{CH_4 + H_2O \rightarrow CO + 3H_2}

Produsul acestei reacții (un amestec de CO și H2 ) se numește „ gaz de sinteză ”.

Reacții de substituție electrofilă

Izomerizare: Izomerizarea
alcanilor are loc sub acţiunea unui catalizator (de exemplu AlCl3 ) : de exemplu, butanul (C4H10 ) , care interacţionează cu clorura de aluminiu (AlCl3 ) , este transformat din n -butan în 2 - metilpropan.

Alcanii nu interacționează cu permanganatul de potasiu (KMnO 4 ) și apa cu brom (soluție de Br 2 în apă).

Fiind în natură

Fiind în spațiu

În cantități mici, alcanii se găsesc în atmosfera planetelor gazoase exterioare ale sistemului solar: pe Jupiter - 0,1% metan , 0,0002% etan , pe Saturn 0,2% metan și etan - 0,0005%, metan și, respectiv, etan pe Uranus . 1,99% și 0,00025%, pe Neptun - 1,5% și respectiv 1,5⋅10 −10 , [10] . Pe satelitul Titan al lui Saturn , metanul (1,6%) este conținut sub formă lichidă și, la fel ca apa care se află pe Pământ în ciclu , există lacuri (polare) de metan (amestecate cu etan) și ploi de metan pe Titan. În plus, așa cum era de așteptat, metanul intră în atmosfera Titanului ca urmare a activității vulcanice [11] . În plus, metanul se găsește în coada cometei Hyakutake și în meteoriți ( condrite carbonice ). De asemenea, se presupune că gheața cometă de metan și etan s-a format în spațiul interstelar [12] .

Locație pe Pământ

În atmosfera pământului, metanul este prezent în cantități foarte mici (aproximativ 0,0001%), este produs de unele arhee (arhebacterii) , în special, localizate în tractul intestinal al vitelor . Depozitele de alcani inferiori sub formă de gaze naturale , petrol și, probabil, în viitor, hidrați de gaz (gășiți în zonele de permafrost și sub oceane) sunt de importanță industrială. Metanul se găsește și în biogaz .

Alcanii superiori se găsesc în cuticula plantelor , protejându-le de uscare, ciuperci parazite și mici organisme erbivore. Acestea sunt de obicei lanțuri cu un număr impar de atomi de carbon , formate în timpul decarboxilării acizilor grași cu un număr par de atomi de carbon. La animale, alcanii se găsesc ca feromoni la insecte , în special la muștele tse -tse (2-metilheptadecan C 18 H 38 , 17,21-dimetilheptatriacontan C 39 H 80 , 15,19-dimetilheptatriacontan C 180, 391 H 80 , 391 H 80 ) - trimetilheptatriacontan C 40 H 82 ). Unele orhidee folosesc feromoni alcani pentru a atrage polenizatorii.

Obținerea

Principala sursă de alcani (precum și alte hidrocarburi) este petrolul și gazele naturale , care de obicei apar împreună.

Recuperarea alcanilor halogenați:

În timpul hidrogenării catalitice în prezență de paladiu , haloalcanii sunt transformați în alcani [13] :

\mathsf{RCH_2Cl + H_2 \rightarrow RCH_3 + HCl}

Reducerea iodoalcanilor are loc atunci când aceștia din urmă sunt încălziți cu acid iodhidric:

\mathsf{RCH_2I +HI \rightarrow RCH_3 + I_2}

Amalgamul de sodiu, hidrurile metalice, sodiul în alcool, zincul în acid clorhidric sau zincul în alcool sunt de asemenea potrivite pentru reducerea haloalcanilor [13]

Recuperarea alcoolilor :

Reducerea alcoolilor duce la formarea de hidrocarburi care contin acelasi numar de atomi de C. De exemplu, reactia de reducere a butanolului (C 4 H 9 OH) are loc in prezenta LiAlH 4 . În acest caz, se eliberează apă [14] .

\mathsf{CH_3CH_2CH_2CH_2OH \xrightarrow[]{LiAlH_4} CH_3CH_2CH_2CH_3 + H_2O}

Recuperarea compușilor carbonilici

Reacția Kizhner-Wolf :

Reacția este efectuată în exces de hidrazină într-un solvent cu punct de fierbere ridicat în prezența KOH [15] .

Reacția Clemmensen [16] :

Hidrogenarea hidrocarburilor nesaturate

Din alchene

\mathsf{C_nH_{2n} + H_2 \rightarrow C_nH_{2n+2}}

Din alchine

\mathsf{C_nH_{2n-2} + 2H_2 \rightarrow C_nH_{2n+2}}

Reacția este catalizată de compuși de nichel , platină sau paladiu [17] .

Sinteză Kolbe

În timpul electrolizei sărurilor acizilor carboxilici, anionul acid - RCOO - se deplasează la anod, iar acolo, donând un electron, se transformă într-un radical RCOO• instabil, care este imediat decarboxilat. Radicalul R• este stabilizat prin dublare cu un radical similar, iar R-R se formează [18] . De exemplu:

\mathsf{CH_3COO^- \rightarrow CH_3COO\cdot + e^-}

\mathsf{CH_3COO\cdot \rightarrow CH_3\cdot + CO_2}

\mathsf{2CH_3\cdot + B \rightarrow C_2H_6}

Gazeificarea combustibilului solid (procesele Berthelot, Schroeder, Bergius )

Apare la temperaturi și presiune ridicate. Catalizator - Ni (pentru Berthelot), Mo (pentru Schroeder) sau fără catalizator (pentru Bergius):

\mathsf{C + 2H_2 \rightarrow CH_4}

Reacția Wurtz

\mathsf{2R\text{-}Br + 2Na \rightarrow R\text{-}R + 2NaBr}

Reacția are loc în THF la o temperatură de -80 °C [19] . Interacțiunea dintre R și R` poate forma un amestec de produse (R-R, R`-R`, R-R`)

Sinteza Fischer-Tropsch

{\mathsf {nCO+(2n+1)H_{2}\rightarrow C_{n}H_{{2n+2}}+nH_{2}O}}

Reacția Dumas

Obținerea alcanilor prin decarboxilarea sărurilor acizilor carboxilici, atunci când sunt topite cu un alcali (de obicei NaOH sau KOH):

$CH{\scriptstyle {\text{3}}}COONa+NaOH\rightarrow Na{\scriptstyle {\text{2}}}CO{\scriptstyle {\text{3}}}+CH{\scriptstyle { \text{4}}}$

Hidroliza carburii de aluminiu [20]

${\mathsf {Al_{4}C_{3}+12H_{2}O\rightarrow 3CH_{4}\uparrow +4Al(OH)_{3}\downarrow ))$

Acțiune biologică

Alcanii inferiori au un efect narcotic , provoacă asfixie și irită sistemul respirator. Cu acțiune cronică, alcanii perturbă funcționarea sistemului nervos, care se manifestă sub formă de insomnie, bradicardie , oboseală crescută și nevroze funcționale. Datorită efectului iritant al gazelor în intoxicațiile subacute, acute și cronice, se dezvoltă pneumonie și edem pulmonar.

Note

↑ Bidd, Ilesh și Whiting, Mark C. Sinteza n-parafinelor pure cu lungimi de lanț între unu și patru sute. J. Chem. Soc., Chim. Comun., Nr. 19, 1985, p. 543-544
↑ Deryabina G.I., Kantaria G.V. 2.4.2. Reguli pentru construirea denumirilor de alcani conform nomenclaturii internaționale sistematice IUPAC (link inaccesibil) . Manual multimedia interactiv „Chimie organică” . Departamentul de Chimie Organică, Bioorganică și Medicală SamGU . Consultat la 10 octombrie 2012. Arhivat din original pe 14 octombrie 2012. (nedefinit)
↑ Enciclopedia chimică, vol. 3, 1992 , p. 177.
↑ Fizer L., Fizer M. Chimie organică, vol. 1, 1966 , p. 125.
↑ Secvența OEIS A000602 = Numărul de arbori quartici nerădăcinați cu n-noduri; numărul de alcani cu n-carbon C(n)H(2n+2) ignorând stereoizomerii
↑ Secvența OEIS A000628 = Numărul de arbori quartici steric nerădăcinați cu n-noduri; numărul de alcani cu n-carbon C(n)H(2n+2) luând în considerare stereoizomerii
↑ 1 2 Henze Henry R., Blair Charles M. The number of isomer hydrocarbons of the methane series // Journal of the American Chemical Society. - ACS Publishers , 1931. - Vol. 53 , nr. 8 . - P. 3077-3085 . - doi : 10.1021/ja01359a034 .
↑ G. Polya. Kombinatorische Anzahlbestimmungen für Gruppen, Graphen und chemische Verbindungen // Acta Mathematica . - 1937. - Vol. 68.—P. 145–254. - doi : 10.1007/BF02546665 .
↑ Perekalin V.V., Zonis S.A. Chimie organică
↑ (engleză) Dr. David R. Williams Fișă informativă Jupiter (în engleză) (link indisponibil) . NASA (2007). Consultat la 6 octombrie 2010. Arhivat din original pe 5 octombrie 2011.
↑ Emily Lakdawalla . Titan: Arizona într-o cutie de gheață? . Consultat la 21 ianuarie 2004. Arhivat din original pe 6 aprilie 2008. (nedefinit)
↑ Mumma , MJ; Disanti, MA, dello Russo, N., Fomenkova, M., Magee-Sauer, K., Kaminski, CD și DX Xie. Detectarea etanului și metanului abundent, împreună cu monoxid de carbon și apă, în cometa C/1996 B2 Hyakutake: Dovezi pentru originea interstelară // Science : journal. - 1996. - Vol. 272 , nr. 5266 . — P. 1310 . - doi : 10.1126/science.272.5266.1310 . — PMID 8650540 .
↑ 1 2 Catalog chimic >> Chimie organică pagina 63
↑ ALCOOL - articol din enciclopedia „Round the World”
↑ Kizhner - Reacția lupului // Marea Enciclopedie Sovietică : [în 30 de volume] / cap. ed. A. M. Prohorov . - Ed. a 3-a. - M . : Enciclopedia Sovietică, 1969-1978.
↑ http://www.cnshb.ru/AKDiL/0048/base/RK/160003.shtm
↑ Catalizatori de hidrogenare (link inaccesibil) . Consultat la 10 iunie 2009. Arhivat din original pe 22 aprilie 2009. (nedefinit)
↑ Reacția Kolbe // Marea Enciclopedie Sovietică : [în 30 de volume] / cap. ed. A. M. Prohorov . - Ed. a 3-a. - M . : Enciclopedia Sovietică, 1969-1978.
↑ REACȚIA WURZ (link inaccesibil) . Consultat la 10 iunie 2009. Arhivat din original pe 3 mai 2011. (nedefinit)
↑ carbura, hidroliza sa - Manualul chimistului 21 . chem21.info. Preluat: 12 aprilie 2018. (nedefinit)

Literatură

Activarea și reacțiile catalitice ale alcanilor / Per. din engleza; ed. K. Hill. — M .: Mir , 1992.
Toxicologie generală / Ed. Loita A. O .. - Sankt Petersburg. : ELBI-SPb., 2006.
Petrov Al. A. Chimia alcanilor . — M .: Nauka , 1974. — 243 p.
Poya D. Calcule combinatorii pentru grupuri, grafice și compuși chimici // Probleme de enumerare a analizei combinatorii. - M. : Mir, 1979. - S. 36-138 . (Rusă)
Peraushanu V. Producția și utilizarea hidrocarburilor. — M .: Chimie, 1987.
Rudakov ES Reacții ale alcanilor cu agenți oxidanți, complecși metalici și radicali în soluții. - Kiev: Naukova Dumka , 1985.
Fizer L., Fizer M. Chimie organică. Curs avansat. - M. , 1966. - T. 1. - 680 p.
Haynes A. Metode de oxidare a compuşilor organici. Alcani, alchene, alchine și arene. — M .: Mir, 1988.
Enciclopedia chimică / Cap. ed. I. L. Knunyants. - M . : Marea Enciclopedie Rusă, 1992. - T. 3: Sulfuri de cupru - Coloranți polimerici. — 640 p. — ISBN 5-85270-039-8 .
Perekalin V.V., Zonis S.A. Chimie organică. - Ed. a IV-a, revizuită. - M . : Educaţie , 1982. - 560 p.
Asistență de urgență pentru otrăvirea acută. Manual de toxicologie / Ed. Academician al Academiei de Științe Medicale a URSS S. N. Golikov. — M .: Medicină , 1977.

Link -uri

Dicționare și enciclopedii	mare danez Mare norvegian Rusă mare in jurul lumii Brockhaus
În cataloagele bibliografice	BNF : 11946931w GND : 4191827-7 J9U : 987007563165105171 LCCN : sh85097763 NKC : ph115667

hidrocarburi
Alcani	Metan Etan propan Butan izobutan Pentan Izopentan Neopentan hexan heptan Octan izooctan Nonan Decan Undecan Dodecan Tridecan tetradecan Pentadecan hexadecan heptadecan Octadecan Nonadecan dig Eikozan Geneikosan Docosan Trikozan tetracosan Pentacosan Gentriacontan Pentatriocontan hectan Nonacontatrictan
Alchenele	Etilenă propenă butene Pentene hexene Heptene Octena
Alchinele	Acetilenă propină Dar în
dienes	Propadien butadienă Izopren Ciclobutadienă
Altele nesaturate	Vinilacetilenă Diacetilena Caroten
Cicloalcani	Ciclopropan Ciclobutan Ciclopentan Ciclohexan Cicloheptan Ciclooctan Ciclononan Ciclodecan Ciclundecan Ciclodecan Ciclotridecan Ciclotetradecan Ciclopentadecan Ciclohexadecan Cicloheptadecan
Cicloalchene	Ciclopropenă Ciclobutenă ciclopentenă Ciclohexenă Cicloheptenă 1,3-ciclohexadienă 1,4-ciclohexadienă 1,5-ciclooctadienă
aromatice	Benzen Toluen Dimetilbenzeni Etilbenzen Propilbenzen Cumol Stiren Fenilacetilena Difenil Difenilmetan Trifenilmetan Tetrafenilmetan Mesitylene hexametilbenzen
Policiclic	Decalin
Aromatice policiclice	Naftalină antracen benzantracen pentacen Fenantren piren Benzpiren Azulene Chrysen Inden indan
Vezi si: Compuși binari ai hidrogenului acizi anorganici

Clase de compuși organici
hidrocarburi	Alcani Alchenele Arene Alchinele dienes Cicloalcani
Conținând oxigen	Alcoolii Eteri (esteri) Aldehide Cetone Keteny acizi carboxilici Esteri (esteri) ortestere Carbohidrați Grasimi Chinone Fenolii Enolii Hidroxiacizi Oxoacizi Peroxizii
Conținând azot	Amine oxizi de amine Amide hidrazide Hidrazonele Osazones Compuși nitro Compuși nitrozoși Imine oxime Nitroni Acizi nitrolici Compuși diazoici Săruri de diazoniu Nitrili Izonitrili azide organice Izocianați Aminoacizi Veverițe Peptide
Sulf	Tioli sulfuri sulfoxizi Sulfone Tioesteri Salt Bunte Xantați disulfuri Acizi sulfonici Acizi sulfinici Tioaldehide Tiocetone Acizi tiocarboxilici Tiocianați organici Izotiocianați
Conțin fosfor	Fosfine Acizi fosfonici acizi fosfinici Acizi fosfonici Acid nucleic Nucleotide
haloorganic	halocarburi Compuși organofluorinați Perfluorocarburi Compuși organoclorați Compuși bromoorganici Compuși organiciodici
organosiliciu	Silani Silazans Siltienii Siloxani Siliconi
Organoelement	germaniuorganic organobor Organotina Plumb organic Aluminiu organic Mercur organic Alte organometalice
Alte clase importante	Compuși ciclici