Алкани, циклоалкани в природі та техніці.

Приєднання води (гідратація) використовують для добування спиртів. Реакція проходить при температурі 300⁰С, під тиском приблизно 8 МПа, у присутності кислотних каталізаторів (фосфорна кислота на алюмосилікаті з додаванням солей кадмію, міді, кобалту):

СН₂ = СН₂ + Н₂О СН₃ – СН₂ОН

Приєднання хлору та хлорноватої кислоти дозволяє отримувати сполуки, які використовують як розчинники, а також як сировину для синтезу:

СН₂ = СН₂ СІ – СН₂ – СН₂ – СІ дихлоретан (розчинник)

СН₂ = СН₂ СІ – СН₂ – СН₂ – ОН етиленхлоргідрин (сировина для подальшого синтезу)

Ацетилен отримують в промисловості з карбіду кальцію, який отримують з вугілля та вапняку у електро пічах. Ацетилен є сировиною для синтезу багаточисельних органічних сполук. На основі карбідного ацетилену виникла велика промисловість органічного синтезу у тих країнах, які багаті на вугілля.

Метан широко розповсюджений у природі. Він є головною часткою багатьох горючих газів як природних (90 – 98%), так і штучних, які виділяються при сухій перегонці дерева, торфу, кам’яного вугілля, а також при крекінгу нафти. Природні гази, особливо попутні гази нафтових родовищ, крім метану містять етан, пропан, бутан та пентан.

Метан виділяється з дна боліт та з кам’яновугільних пластів у родовищах, де він утворюється при повільному розкладанні рослинних залишків без достоту повітря. Тому метан часто називають болотним газом або родовищним газом.

Рідкі вуглеводні використовують як пальне (вони входять до складу бензину та керосину).

Циклопропан - володіє наркотичною дією, використовується у хірургії; циклопентан використовується у різноманітних синтезах та як добавка, покращує якість моторного палива; циклогексан - для добування адипінової кислоти, циклогексанолу.

Дієнові вуглеводні, їх характеристика.

Алкадієни, або дієнові вуглеводні,- ненасичені вуглеводні, які містять у вуглецевому ланцюгу молекули два подвійних зв’язки.

Загальна формула дієнових вуглеводнів С_nН_2n-2, де п = 3,4,5,6… .Отже, будь-який алкадієн є ізомером алкіну з тим самим числом вуглецевих атомів.

Назви дієнових вуглеводнів за міжнародною номенклатурою утворюють з назв алканів з тим самим числом атомів вуглецю, замінюючи закінчення -ан на -адієн.Назви ізомерів будують за замісниковою номенклатурою аналогічно до назв алкенів. Цифри, зазначені в кінці назви, означають найменші номери атомів вуглецю в головному ланцюгу, біля яких знаходяться подвійнізвязки. Приклади:

_{1 2 3 1 2 3 4 1 2 3 4}

Н₂С = С = СН₂; Н₂С = НС – СН = СН₂; Н₂С = С – СН = СН₂

^{пропадієн-1,2 бутадієн-1,3} 

СН₃

^{2-метилбутадієн-1,3}

Залежно від положення подвійних звязків у молекулах розрізняють алкадієни з кумульованими звязками, наприклад СН₂ = С = СН₂; спряженими звязками, наприклад СН₂ = СН - СН = СН₂; ізольованими звязками наприклад:

СН₂ = СН – СН₂ – СН₂ – CН = СН₂

Найбільше практичне значення мають алкадієни з спряженими подвійними звязками.

Алкадієни зі спряженими подвійними зв'язками. Розглянемо будову молекули бутадієну - 1,3.

Атоми вуглецю в молекулі бутадієну - 1,3 перебувають у стані sp² - гібридизації. За рахунок гібридизованих sp² - орбіталей, осі симетрії яких лежать в одній площині,в молекулі виникають σ - звязки між усіма атомами вуглецю і σ - звязки вуглець-водень. Центри всіх атомів у молекулі бутадієну -1,3 лежать в одній площині. Негібридизованір-орбіталі атомів вуглецю (по одній у кожного атома) розміщені перпендикулярно до площини молекули і перекриваються не тільки між атомами 1,2 і 3,4, а й між атомами 2,3. Електрони на таких орбіталях утворюють спільну - електронну систему. Однак перекривання р-орбіталей між атомами вуглецю 2 і 3 менш повне, ніж 1,2- і 3,4-перекривання. Алкадієни із спряженими зв’язками значно стійкіші, ніж алкадієни з кумульованими та ізольованими звзками.

За хімічними властивостями дієнові вуглеводні багато в чому подібні до алкенів.

1. Гідрування і галогенування. Алкадієни можуть приєднувати водень (у момент виділення, тобто водень у вигляді атомів Н) і галогени. Звичайно атоми водню чи галогену приєднуються до атомів вуглецю, що займають у ланцюгу положення 1 і 4 (так зване 1,4-приєднання).При цьому утворюється новий подвійний звязок між вуглецевими атомами 2 і 3.

Атоми водню можуть приєднуватися також до атомів вуглецю 1 і 2 (1,2-приєднання), при цьому другий подвійний звязок в алкадієні не змінюється. Наприклад, реакції гідрування і галогенування бутадієну - 1,3 відбуваються за рівняннями:

_{4 3 2 1 4 3 2 1}

Н₂С = СН – СН = СН₂ + Н₂ Н₃С – СН = СН – СН₃

_{4 3 2 1 4 3 2 1}

Н₂С = СН – СН = СН₂ + Вr₂BrН₂С – СН = СН – СН₂Br

_{4 3 2 1}

(рідше – BrН₂С – СНBr – СН = СН₂)

При надлишку галогену відбувається галогенування і другого подвійного звязку. Повне гідрування бутадієну - 1,3 до алкану відбувається при наявності нікелевого каталізатора.

2. Гідрогалогенування. Приєднання хлороводню до бутадієну - 1,3 приводить до утворення продуктів 1,2 - і 1,4 - приєднання:

Механізм утворення цих двох продуктів можна пояснити так. Молекула бутадієну реагує спочатку з іоном водню, який згідно з правилом Марковнікова приєднується до більш гідрогенізованого атома вуглецю:

_{4 3 2 1 4 3 2 1}

Н₂С = СН – СН = СН₂ + Н⁺ Н₂С = СН – СН = СН₃

В утвореному катіоні позитивно заряджений атом вуглецю притягує до себе пару електронів, що утворюють  - звязок між третім і четвертим атомами вуглецю. Отже, справжня структура катіона є проміжною між двома:

_{+ +}

Н₂С = СН – СН – СН₃ СН₂ – СН = СН – СН₃

Тому хлорид-аніон може приєднуватися до такого катіона як в положення 2, так і в положення 4.

3. Полімеризація. Як і інші ненасичені сполуки, алкадієни полімеризуються. Продуктами полімеризації деяких дієнових вуглеводнів є каучук - еластичні полімери, що мають широке застосування.

Найбільше практичне значення з алкадієнів мають бутадієн - 1,3 і 2 - метилбутадієн - 1,3.

Бутадієн-1,3. Тривіальна назва бутадієну - 1,3 - дивініл. За звичайних умов - це безбарвний газ с температурою плавлення - 4,5С. Практично не розчинний в воді. У промисловості бутадієн - 1,3 добувають дегідруванням бутану при наявності каталізаторів:

Давнім способом добування бутадієну - 1,3 є каталітична дегідратація і дегідрування етилового спирту СН₃СН₂ОН. Цей спосіб розробив радянський хімік С.В.Лебедєв у 1930 р. і реалізував його на першому в СРСР заводі по виробництву синтетичногокаучуку:

Бутадієн - 1,3 використовується для добування синтетичного каучуку.

2-Метилбутадієн-1,3. Тривіальна назва 2 - метилбутадієну - 1,3 - ізопрен. За звичайних умов ізопрен рідина з температурою кипіння 34С.

Ізопрен добувають дегідруванням при нагріванні 2 - метилбутану:

Ізопрен застосовують у виробництві синтетичного каучуку.