2СН4 > С2Н2 + ЗН2.

Эта реакция имеет большое промышленное значение. Таким

путем высококипящие фракции нефти (мазут) превращают в бензин, керосин и другие ценные продукты.

5. Окисление. При мяпсом окислении метана кислородом

воздуха могут быть получены СН3ОН, Н2СО, НСООН. На

воздухе алканы сгорают до С02 и Н20:

СпН2п+2 + (Зп+1)/202 = пС02 + (п+1)Н20.

Применение. Простейший из алканов метан применя¬

ют в качестве топлива, а также как сырье для промышленных

синтезов. Бутан и 2-метилбутан служат сырьем для произ¬

водства синтетического каучука.

§ 17.2. Циклоалканы

Циклоалканы это предельные циклические углеводоро¬

ды. Простейшие представители этого ряда:

Общая формула гомологического ряда циклоалканов С Н2п.

Строение. Каждый атом углерода в циклоалканах

находится в состоянии sp}-гибридизации и образует четыре

a-связи С-С и С-Н. Углы между связями зависят от разме¬

ра цикла. В простейших циклах Сз и С4 углы между связями

С-С сильно отличаются от тетраэдрического угла 109,5°, что

создает в молекулах напряжение и обеспечивает их высокую

реакционную способность. Свободное вращение вокруг свя¬

зей С-С, образующих цикл, невозможно.

Изомерия. 1. Для циклоалканов, как и для всех классов

органических соединений, характерна изомерия углеродного

скелета. Так, существует два циклоалкана формулы С4Нв:

циклобутан и метилциклопропан. 2. Отсутствие свободного

вращения вокруг связей С-С в цикле создает предпосылки

для существования пространственных изомеров у некоторых замещенных циклоалканов. Например, в молекуле 1,2-

диметилциклолропана две группы СНз могут находиться по

188

одну сторону от плоскости цикла (tf«c-rooMq>) или по разные

стороны (транс-изомер):

rjuc-изомер прайс-изомер

Физические свойства. При обычных условиях С3 С4 га¬

зы, С5 Cie жидкости, начиная с С17 твердью вещества.

Температуры кипения циклоалканов выше, чем у соответ¬

ствующих алканов.

Получение. 1. Основной способ получения циклоалканов

отщепление двух атомов галогена от дигалогеналканов:

2. При каталитическом гидрировании ароматических уг¬

леводородов образуются циклогексан или его производные:

генов. Малые циклы (Сз, С4) неустойчивы и склонны к реак¬

циям присоединения с разрывом цикла. Циклопропан и цик¬

лобутан способны присоединять бром:

СИ,

/\2

СН2 + Вг2 ВгСН2 СН2 СН2Вг

Циклопропан, циклобутан и циклопентан могут также при¬

соединять водород, давая соответствующие нормальные ал-

каны.

2. Реакции замещения. Обычные циклы (С6 и выше)

устойчивы и вступают только в реакции замещения подобно

\*у

§ 17.3. Задачи с решениями

Задача 1. Напишите структурные формулы всех алканов с пятью атомами углерода в главной цепи, плотность паров которых по водороду равна 50. Назовите их по системати¬ ческой номенклатуре.

Решение. Молярная масса алканов равна: А/(СпН2п+2) =

2-50 = 100 г/моль, откуда и = 7. Из 7 атомов углерода 5 со¬

ставляют главную цепь, а два входят в состав заместителей:

двух групп -СНз или одной группы -С2Н5. Две группы -СНз

могут находиться в следующих положениях при главной це¬

пи: 2,2-; 2,3-; 2,4-; 3,3-.

Одна группа -С2Н5 может находиться только в положении 3,

в противных случаях она войдет в состав главной цепи, и

длина последней будет превышать пять атомов углерода:

СНз СН2-(рН-СН2~СНз

С2Н5

3-зтилпентан

Ответ. 5 изомеров состава С7Н16.

Задача 2. Углеводород имеет элементный состав: 82,76%

углерода и 17,24% водорода (по массе). При хлорировании (радикальном) углеводород образует два изомерных мо¬ нохлорида первичный и третичный. Определите строение

исходного углеводорода.

Решение. Пусть формула углеводорода СХНУ (А/ = 12х+у).

Массовая доля водорода в одном моле этого вещества равна:

®(Н) = yl (12х+у) = 0,1724,

190

откуда у = 2,5х. Это означает, что простейшая формула угле¬

водорода - С2Н5. Ей соответствует истинная формула C^jHw-

Существует два углеводорода состава С4Н10:

СН3-СН2-СН2-СН3 СНз-(рН-СНз

бутан

Третичные атомы углерода есть только в одном из этих двух

изомеров, в 2-метилпропане, поэтому только 2-метилпропан

при хлорировании может образовать третичный алкилхло-

рид:

CH3-CCI-CH3 + HCI

CH3-CH-CH3 + CI2

CH3-CH-CH2CI + HCI

Ответ. 2-метилпропан.

Задача 3. Газ, образующийся при полном сгорании 0,1

моль предельного углеводорода, пропустили через избыток известковой воды, при этом выпало 60 г осадка. Определите

молекулярную формулу и строение предельного углеводоро¬

да, если известно, что он содержит один четвертичный атом

углерода.

Решение. При сгорании одного моля углеводорода, со¬

держащего п атомов углерода, образуется и моль С02:

При пропускании С02 через известковую воду образуется

карбонат кальция:

Са(ОН)2 + С02 = СаС034 + Н20.

у(СаСОз) = 60/100 = 0,6 моль = v(C02). При сгорании 0,1

моль СпН2п+2 выделилось 0,6 моль С02, следовательно п = 6.

Молекулярная формула углеводорода - СбНц-

Из пяти углеводородов состава CeHu четвертичный атом

углерода есть только в 2,2-диметилбутане:

191