Углеводороды Насыщенные (предельные) углеводороды (алканы)

Углеводороды, в молекулах которых углеродные атомы связаны между собой простой (одинарной) связью (σ – связью), называются насыщенными или предельными углеводородами.

Общая формула алканов C_nH_2n+2. Атомы углерода находятся в первом валентном состоянии, которому соответствует sp³ – гибридизация.

Простая связь (σ – связь) образуется за счёт перекрывания двух орбиталей

s–электронов или перекрыванием орбитали s-электрона (например, атома водорода) с sp³ – гибридными орбиталями атома углерода (при образовании, например, молекулы метана) или за счёт перекрывания двух sp³ – гибридных орбиталей атомов углерода (при образовании С – С –связи в предельных углеводородах).

Таблица 3

Некоторые способы получения алканов

Название реакции	Примеры
Реакция Вюрца (лабораторный метод получения, главным образом, симметричных углеводородов) Гидрирование угля Гидрирование непредельных углеводородов Сплавление солей карбоновых кислот со щёлочью 5. Восстановление галогенопроизводных насыщенных углеводородов	С2Н5 – I + 2Na + I – C2H5 → → C2H5 – C2H5 + 2NaI nC + 2(n+1)H2 CnH2n+2 CH2=CH2 + H2 CH3 – CH3 СH3–COONa + NaOH CH4 + Na2CO3 CH3 – I + HI → CH4 + I2

Предельные углеводороды характеризуются малой реакционной способностью, так как связи С – С и С – Н обладают высокой прочностью; кроме того, они малополярны и не склонны к гетеролитическому разрыву. Для них характерны гомолитические реакции замещения, т.е. реакции, протекающие по свободно-радикальному механизму.

Большинство из них является цепными и протекает в несколько стадий:

1) зарождение цепи (образование радикала):

Cl ÷ Cl → 2Cl∙

2) зарождение и перенос цепи:

│ │

- С ÷ Н + Сl∙ → - C ∙ + HCl

│ │

│ │

- C ∙ + Cl ÷ Cl → - C – Cl + Cl ∙

│ │

3) обрыв цепи:

Сl∙ + Cl∙ → Cl₂

│ │ │

- C ∙ + - C ∙ → - C – C -

│ │ │

│ │

- C ∙ + Cl ∙ → - C – Cl

│ │

Атом углерода называется первичным, вторичным, третичным или четвертичным в зависимости от того, затратил ли он на связь с другими атомами углерода одну, две, три или четыре валентности. Согласно закономерностям, которые впервые установил В.В.Марковников, в реакциях замещения замена атома водорода на другие атомы или группы атомов легче всего происходит у третичного атома углерода, труднее - у вторичного и ещё труднее – у первичного.

Таблица 4

Основные реакции алканов

Название реакции	Примеры
1. Реакции замещения: галогенирование нитрование сульфирование сульфохлорирование 2. Дегидрирование 3. Ароматизация 4. Окисление (горение) 5. Изомеризация	CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl C5H12 + HNO3 → C5H11NO2 + H2O C7H16 + H2SO4 → C7H15SO3H + H2O C8H18 + SO2 + Cl2 → C8H17SO2Cl + HCl C3H8 C3H6 + H2 C6H14 C6H6 + 3H2 CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O C5H12 C5H12 (изомеры)