10. Химические свойства алканов.

Химические свойства определяются строением, т.е. природой входящих в состав молекул атомов и характером связей между ними. Исходя из этого можно предположить:

1. Предельная насыщенность алканов не допускает реакций присоединения.

2. Симметричность связей предполагает их гомолитический разрыв на свободные радикалы.

Следовательно, для реакций алканов характерен радикальный механизм. Поскольку гетеролитический разрыв связей С–С и С–Н в обычных условиях не происходит, то в ионные реакции алканы практически не вступают. Это проявляется в их устойчивости к действию полярных реагентов (кислот, щелочей и т.п.). Т.е. для них характерно: разложение по связи С-С, изомеризация и замещение или отщепление по связи С-Н.

1. Крекинг: C₆H₁₄ → C₂H₆ + C₄H₈. Происходит гомолитический разрыв связи С-С с образованием двух очень активных радикала, один из которых отщепляет атом Н у другого, превращаясь в алкан, тогда как другой, став двухвалентным образует дополнительную связь, превращаясь в алкен.

2. При более высокой температуре происходит разрыв не только связей С–С, но и более прочных связей С–Н: СН₄ → C + 2H₂

3. Изомеризация под влиянием катализаторов при нагревании. (пентан → изопентан)

4. Дегидрирование: C_nH_2n+2 → C_nH_2n + H₂. В зависимости от условий реакции и длины углеводородной цепи алкана, в результате возможно получение как алкенов, так и циклических углеводородов.

5. Окисление: В обычных условиях алканы не вступают в реакцию даже с сильными окислителями. В открытом пламени, при избытке кислорода, полностью сгорают с разрывом всех связей и с выделением большого количества теплоты: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

При неполном сгорании, при недостатке кислорода, образуется CO или С.

Частичное окисление при невысокой температуре в присутствии катализаторов дает карбоновые кислоты, альдегиды, кетоны, спирты: CH₃-CH₂-CH₂-CH₃ + 3O₂ → 2CH₃COOH + H₂O

6. Замещение: разрыв C-H связи с заменой водорода.

Галогенирование: CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl (инициатором реакции служит хлор-радикал, образовавшийся из молекулы Cl₂ под действием света, при достаточном количестве исходных веществ, идет вплоть до образования тетрахлорметана). Реагируют лучше атомы водорода расположенные у третичного, затем двоичного, а затем первичного атомов углерода.

Нитрование: CH₃-CHH-CH₃ + HO-NH₂ → CH₃-CHNO₂-CH₃ + H₂O (так же происходит под действием радикала ^.OH, который забирает один из атомов водорода, освобождая место для NO₂).

11. Гомологический ряд алкенов. Номенклатура. Методы получения.

Алкены (этиленовые углеводороды, олефины) - непредельные алифатические углеводороды, молекулы которых содержат двойную связь. Общая формула гомологического ряда алкенов C_nH_2n. Названия образованы от алканов, заменой –ан на –ен (или по старой номенклатуре –илен). Простейшие представители: C₂H₄ этен (этилен), C₃H₆ пропен (припилен), C₄H₈ бутен, C₅H₁₀ пентен и т.д. При этом указывается номер атома углерода при двойной связи.

В образовании двойной связи участвуют атомы углерода в sp2-гибридном состоянии. Каждый из них имеет по три sp2-гибридных орбитали, направленных друг к другу под углом 120° и расположенные в одной плоскости, и одну негибридизованную р-орбиталь, расположенную под углом 90° к плоскости гибридных. Т.е. двойная связь является сочетанием и связей. -связь менее прочная.

Номенклатура аналогична алканам (вопрос 9) с учетом того, что главная цепь должна включать в себя двойную связь, т.е. может не быть самой длинной. Нумерация проводится так, чтобы двойная связь получила наименьший номер.

Особо можно выделить два радикала: -CH=CH₂ - винил и -CH2-CH=CH2 - аллил.

Добавляется изомерия двойной связи, межклассовая изомерия с циклоалканами (начиная с трехуглеродных молекул) и цис-транс изомерия относительно плоскости двойной связи.

В отличии от алканов, обладая более высокой реакционной способностью, в природе встречаются реже. Их получают:

1. При крекинге алканов: C_nH_2n+2 → C_mH_2m+2 + C_n-mH_2(n-m)

2. Дегидрогалогенирование галогеналканов: CH₃-CHH-CHBr-CH₃ → CH₃-CH=CH-CH₃ + HBr

3. Дегидратация спиртов: CH₃-CHH-CHOH-CH₃ → CH₃-CH=CH-CH₃ + H₂O

Реакции элиминирования (отщепления) (2 и 3) идут в соответствии с правилом Зайцева: Отщепление водорода у вторичных и третичных спиртов и галогенпроизводных происходит преимущественно от наименее гидрогенизированного атома углерода.

4. Дегалогенирование дигалогеналканов, имеющих атомы галогена у соседних атомов углерода, под действием активных металлов: CH₃-CHBr-CH₂Br + Mg → CH₃-CH=CH₂ + MgBr₂

5. Дегидрирование: CH₃-CHH-CHH₂ → CH₃-CH=CH₂ + H₂

6. Гидрирование алкинов: R-C≡C-R + H₂ → R-CH=CH-R

Алкены применяются в производстве полимерных материалов (пластмасс, каучуков, пленок) и других органических веществ. Этилен (этен) Н₂С=СН₂ используется для получения полиэтилена, политетрафторэтилена (тефлона), этилового спирта, уксусного альдегида и многих других органических соединений. Изобутилен (2-метилпропен) применяется в производстве синтетического каучука.