- •Изомерия алканов
- •. Структурная изомерия алканов
- •Приемы построения структурных формул изомеров
- •Номенклатура
- •Радикалы в ряду алканов
- •Порядок построения названия разветвленного алкана
- •Химические свойства алканов
- •Крекинг алканов
- •3. При 1500 с происходит межмолекулярное дегидрирование метана по схеме:
- •Реакции окисления алканов
- •Реакции замещения
- •1. Галогенирование
- •2. Нитрование алканов (реакция Коновалова)
- •Получение алканов
- •Применение алканов
Реакции замещения
В молекулах алканов связи C-Н пространственно более доступны для атаки другими частицами, чем менее прочные связи C-C. В определенных условиях происходит разрыв именно С-Н-связей и осуществляется замена атомов водорода на другие атомы или группы атомов.
1. Галогенирование
Галогенирование алканов – реакция замещения одного или более атомов водорода в молекуле алкана на галоген. Продукты реакции называют галогеналканами или галогенопроизводными алканов. Реакция алканов с хлором и бромом идет на свету или при нагревании.
Хлорирование метана:
При достаточном количестве хлора реакция продолжается дальше и приводит к образованию смеси продуктов замещения 2-х, 3-х и 4-х атомов водорода:
Реакция галогенирования алканов протекает по радикальному цепному механизму, т.е. как цепь последовательных превращений с участием свободно-радикальных частиц. В разработке теории цепных реакций большую роль сыграли труды академика, лауреата Нобелевской премии Н.Н. Семенова.
Механизм радикального замещения (символ SR) на примере монохлорирования метана - анимация I (34 Кб) - анимация II со звуковым комментарием (472 Кб)
Стадия 1 – зарождение цепи - появление в зоне реакции свободных радикалов. Под действием световой энергии гомолитически разрушается связь в молекуле Cl:Cl на два атома хлора с неспаренными электронами (свободные радикалы) Cl:
Стадия 2 – рост (развитие) цепи. Свободные радикалы, взаимодействуя с молекулами, порождают новые радикалы и развивают цепь превращений:
(Реакция Cl + CH4 CH3Cl + H не идет, т.к. энергия атомарного водорода H значительно выше, чем метильного радикала СН3).
Стадия 3 – обрыв цепи. Радикалы, соединяясь друг с другом, образуют молекулы и обрывают цепь превращений:
При хлорировании или бромировании алкана с вторичными или третичными атомами углерода легче всего идет замещение водорода у третичного атома, труднее у вторичного и еще труднее у первичного. Это объясняется большей устойчивостью третичных и вторичных углеводородных радикалов по сравнению с первичными вследствие делокализации неспаренного электрона. Поэтому, например, при бромировании пропана основным продуктом реакции является 2-бромпропан:
Алканы обесцвечивают раствор брома при нагревании, вступая в реакцию радикального замещения. Видеоопыт "Взаимодействие алканов с бромом при нагревании".
2. Нитрование алканов (реакция Коновалова)
На алканы действует pазбавленная азотная кислота пpи нагpевании и давлении. В pезультате пpоисходит замещение атома водоpода на остаток азотной кислоты – нитpогpуппу NO2. Эту pеакцию называют pеакцией нитpования, а пpодукты pеакции – нитpосоединениями.
Схема реакции:
При нитровании алканов также соблюдается порядок реакционной способности С-Н-связей, характерный для реакций радикального замещения:
Стрет.– Н > Свтор.– Н > Cперв.– Н
Например:
Получение алканов
Алканы выделяют из природных источников (природный и попутный газы, нефть, каменный уголь). Используются также синтетические методы.
Крекинг нефти (промышленный способ)
При крекинге алканы получаются вместе с непредельными соединениями (алкенами). Этот способ важен тем, что при разрыве молекул высших алканов получается очень ценное сырье для органического синтеза: пропан, бутан, изобутан, изопентан и др.
Гидpиpование непpедельных углеводоpодов:
Газификация твердого топлива (при повышенной температуре и давлении, катализатор Ni):
Из синтез-газа (СО + Н2) получают смесь алканов:
Синтез более сложных алканов из галогенопpоизводных с меньшим числом атомов углеpода:
(реакция Вюpца)
Из солей карбоновых кислот:
а) сплавление со щелочью (реакция Дюма)
Видеоопыт "Получение метана".
б) электролиз по Кольбе
Разложение карбидов металлов (метанидов) водой: