имеющего в качестве заместителей при основной цепи только

этильные радикалы.

Решение. Структурная формула 2,2,5,5-тетраметилгексана:

<рнз СНз

СНз-(р-СН2-СН2-С-СНз

СНз СНз

В качестве изомера с этильными радикалами можно взять

углеводород, имеющий 6 атомов углерода в главной цепи и

два этильных заместителя в положениях 3 и 4, т.е. 3,4-

диэтилгексан:

СНз-СНг-СН СН-СН2-СН3

С2Н5 С2Н5

ГЛАВА 17. Предельные углеводороды

Углеводороды это соединения, в состав которых входят

только два элемента углерод и водород. Общая формула

всех углеводородов СХНУ. Предельные (насыщенные) угле¬

водороды содержат только одинарные о-связи С-С и С-Н.

Предельные углероды делятся на алифатические (алканы) и

циклические (циклоалканы)

§ 17.1. Алканы

Алканы - это предельные алифатические углеводороды.

Простейшие представители этого ряда:

Общая формула гомологического ряда алканов СпН2п+2>

Строение. Каждый атом углерода в алканах находится в

состоянии 5/>3-гибридизации и образует четыре ст-связи С-С и

С-Н, углы между которыми равны 109,5°. Длина связи С-С в

алканах равна 0,154 нм.

184

Атом, образующий одну связь С-С, называется первич¬

ным, две связи С-С вторичным, три связи С-С третич¬ ным, и четыре связи С-С четвертичным.

Энергия связей C-Н в алканах неодинакова: прочнее всего

атомы водорода связаны с первичными атомами углерода в группах СНз, затем со вторичными в группах СНг, и наиме¬

нее с третичными атомами углерода в группах СН.

Изомерия. Основной вид изомерии для алканов изоме¬

рия углеродного скелета. Начиная с С^Ню, одной и той же

молекулярной формуле отвечают несколько алканов, разли¬

чающихся строением углеродного скелета (т.е., числом ато¬ мов углерода в главной цепи и/или положением заместите¬

лей). Число возможных изомеров СпНгп+2 резко увеличивается

с ростом п. Для бутана С4Н10 известны два изомера, для пен-

тана С5Н12 - три, для гексана СбН14 - 5, для гептана С7Н16 9,

дня октана CeHie 18, для нонана С9Н20 - 35, для эйкозана

С20Н42 366319. Для каждого я существует единственный

изомер с неразветвленным углеродным скелетом, он назы¬ вается нормальным.

Если у молекулы алкана отнять один атом водорода, то

получаются углеводородные радикалы с одной свободной ва¬ лентностью. Общая формула предельных углеводородных радикалов С Н2П+1- Простейшие радикалы:

Начиная с С3Н7-, для радикалов возможна структурная изомерия, связанная со строением углеродного скелета или с положением свободной валентности. Так, два радикала

С3Н7- (пропил и изопропил) имеют одинаковый углеродный

скелет, однако в пропиле свободная валентность находится у

первичного атома углерода, а в изопропиле - у вторичного.

Номенклатура. Первые четыре алкана имеют тривиаль¬ ные названия - метан, этан, пропан, бутан. Название других

нормальных алканов составляется из греческого названия

вленной цепью рассматриваются как производные нормаль¬

ного алкана, в котором один или несколько атомов водорода

185

замещены на углеводородные радикалы. Для этого выби¬

рают главную углеродную цепь, которая содержит наиболь¬

шее число атомов углерода и составляет основу названия.

Главную цепь нумеруют с того конца, ближе к которому на¬

ходится заместитель. Перед основой названия указывают

номер атома углерода, при котором находится заместитель, и

2-метил-4-этилгексан

Физические свойства. При обычных условиях алканы Ci -

С4 - газы, С5 С17 жидкости, начиная с Cie твердые ве¬ щества. Алканы практически нерастворимы в воде, но хоро¬

шо растворимы в неполярных растворителях (бензол и др.)?

Получение. Основные природные источники алканов -

нефть и природный газ. Различные фракции нефти содержат

алканы от С5Н12 до СзоНб2. Природный газ состоит из метана

(95%) с примесью этана и пропана.

Из синтетических методов получения алканов можно вы¬

делить следующие:

1. Гидрирование непредельных углеводородов в при¬

сутствии металлических катализаторов (Ni, Pd):

2. Реакция Вюрца. При действии металлического натрия

на алкилгалогениды получаются алканы с удвоенным числом

Эта реакция пригодна только для получения алканов, со¬ стоящих из двух одинаковых частей.

3. При сплавлении солей карбоновых кислот с избытком

щелочи образуются алканы, содержащие на один атом угле¬

рода меньше, чем исходная соль (см. задачу 4):

4. В лабораторных условиях метан можно получить при

гидролизе карбида алюминия (см. задачу 3 гл. 12):

AI4C3 + 12Н20 = ЗСН4 + 4А1(ОН)3.

186

Химические свойства. В обычных условиях алканы хими¬ чески инертны, что объясняете высокой прочностью -связей С-С и С-Н. Неполярные связи С-С и С-Н способны расщеп¬

ляться только гомолитичееки под действием активных сво¬

бодных радикалов. Поэтому алканы вступают в реакции,

протекающие по механизму радикального замещения

(обозначается SR от англ. substitution radicalic).

1. Галогенирование. Алканы реагируют с хлором и бро¬

мом под действием УФ излучения или высокой температуры.

Реакция протекает по цепному механизму. Суммарное урав¬

нение реакции:

Av

Образующийся хлорметан может подвергаться дальнейшему

хлорированию, давая смесь продуктов CH2CI2, CHCI3, ССЦ

(см. задачу 4).

2. Нитрование (реакция Коновалова). При действии раз¬

бавленной азотной кислоты на алканы при 140 °С под давле¬

нием протекает радикальная реакция замещения водорода на

нитрогруппу:

t

СНз-СНэ + HN03 ) CH3-CH2-N02 + Н20.

При радикальных реакциях галогенирования и нитрова¬ ния в первую очередь замещаются атомы водорода у третич¬ ных, затем у вторичных и первичных атомов углерода (см.

задачу 2).

3.Изомеризация. Нормальные алканы огут превращаться

валканы с разветвленной цепью:

4. Крекинг - это гемолитический разрыв связей С-С, ко¬

торый протекает при нагревании под действием катализато¬ ров. При крекинге высших алканов образуются алкены ии низшие алканы, при крекинге метана и этана образуется

187