Тема 2 алканы

К гомологическому ряду алканов относятся углеводороды, в мо­лекулах которых все атомы углерода соединены простыми связями. Общая формула С_nН_2n+2.

Предельные углеводороды характеризуются химической инерт­ностью, обусловленной неполярностью σ-связей С-Н и С-С. Для них характерны реакции радикального замещения водорода на другие атомы (галогены) или группы атомов (нитро-, сульфо- и др.).

Нагревание (t⁰) и освещение (hν) – необходимые условия ради­кального разрыва неполярных ковалентных связей. В обычных усло­виях алканы с галогенами не взаимодействуют.

1. Галогенирование. Алканы способны галогенироваться путем замещения атомов водорода на атомы галогена (хлор, бром):

УФ

R – H + Cl₂ → R – Cl + HCl .

Процессы галоидирования предельных углеводородов являются радикальными реакциями, т. к. протекают с образованием в реакционной среде радикалов – реакционноспособных частиц, имеющих неспаренный электрон. Реакция галоидирования носит цепной характер и начинается со стадии инициирования цепи, т. е. образования радикалов.

Обычно при реакции предельных углеводородов с галогенами образуется смесь веществ различной степени галогенирования.

2. Нитрование. Взаимодействие алканов с разбавленной азотной кислотой или с ее окислами при нагревании приводит к образованию нитроалканов – продуктов замещения атомов водорода на нитрогруппу:

RH + HNO₃ → R – NO₂ + H₂O.

Нитрование алканов также протекает по радикальному механизму.

3. Сульфирование. При нагревании концентрированной серной кислоты с алканами происходит образование алканосульфокислот:

R – H + H₂SO₄ → R – SO₃H + H₂O.

На практике важны реакции сульфохлорирования и сульфоокисления, осуществляемые при обработке алканов смесями сернистого газа и хлора:

R – H + SO₂ + Cl₂ → R – SO₃Cl + HCl,

или сернистого газа и кислорода:

R – H + SO₂ + O₂ → R – SO₃H.

4. Окисление. При обычных условиях алканы весьма устойчивы к окислению. Низшие алканы окисляются с большим трудом, тогда как высшие алканы при повышенной температуре окисляются кислородом воздуха. При окислении парафинов можно последовательно получить ряд кислородосодержащих органических соединений. В зависимости от условий проведения реакции возможно окисление как по первичному, так и по вторичному атомам углерода. При поджигании на воздухе алканы воспламеняются и горят, превращаясь в углекислый газ и воду:

C_nH_2n+n + O₂ → nCO₂ + (n + 2)H₂O.

5. Крекинг. Пиролиз алканов носит название реакции крекинга, т. е. расщепления, так как происходящий при высокой температуре (400–600 °С) распад молекулы алкана приводит к образованию более простых молекул алкана и алкена. Например, при крекинге гексадекана могут образоваться октан и октен:

CH₃ – (CH₂)₁₄ – CH₃ → CH₃ – (CH₂)₆ – CH₃ + CH₂ = CH – (CH₂)₅ – CH₃ .

В данном разделе представлен класс алканов, и рассмотрены их основные химические свойства: галогенирование, нитрование, сульфирование, окисление, крекинг.

[3, с. 21−29; 5, с. 33−59; 6, с. 399−407].