Лекция Алканы
 





Лекция № 6 Алканы


Сохраните себе на страницу:






Лекция № 6

АЛКАНЫ


План

 

1. Методы получения.

 

2. Химические свойства.

 

Алканы – это ациклические углеводороды,
содержащие только простые связи С-С. Общая формула –
С
nH2n+2.

 


1. Методы получения

 

      1. Дистилляция нефти и газа.

 

      1. Гидрирование ненасыщенных углеводородов:
        Лекция № 6 Алканы

        cat: Ni, Pt, Pd

 

      1. Синтез Вюрца:



        2RHal + 2Na ® R-R +
        2NaHal

         

 

      1. Декарбоксилирование солей карбоновых
        кислот:

        Лекция № 6 Алканы

 

      1. Электролиз солей карбоновых кислот:

 

2RCOONa + 2H

2

O

®

R-R + 2CO

2

+ 2NaOH + H

2


2. Химические
свойства

 

Алканы содержат s -связи С-Н и С-С, для которых характерны высокая прочность (ЕС-С=347
кДж/моль; ЕС-Н=415 кДж/моль), малая полярность (
mС-С = 0D; mС-Н =
0,4D), низкая поляризуемость. Алканы обладают низкой реакционной способностью.
Их превращения осуществляются в жестких условиях. При этом почти всегда
происходит гомолитический разрыв связей, который требует существенно меньших
затрат энергии. Основной тип реакций алканов – реакции радикального замещения.

 

Основные реакции алканов представлены на схеме:

 


Лекция № 6 Алканы

 



 

Галогенирование

 

Галогенирования алканов протекает при УФ-облучении или высокой температуре по
схеме:

 


RH + Hal2® RHal + HHal


Hal=Cl, Br.

 

Реакционная способность галогенов по отношению к
алканам уменьшается в ряду:

 


F2 >Cl2 >Br2 >I2

 

Фторирование в обычных условиях приводит к
полному разрушению органической молекулы. Иод с алканами не
взаимодействует.

 

Реакции галогенирования протекают по цепному
радикальному механизму, который включает следующие стадии:

 

Инициирование цепи

 

Cl2Лекция № 6 АлканыЛекция № 6 Алканы2 Clџ

 

Рост цепи

 

RH + Cl ® R + HCl

 

R + Cl2® RCl +
Cl

 

Обрыв цепи

 

2 R ® R-R

 

R + Cl ® RCl

 

2 Cl ® Cl2

 

Стадией, определяющей скорость реакции, является
стадия отщепления водорода атомом галогена.

 

Хлорирование, как правило, не удается остановить
на стадии монозамещения. Так, при хлорировании метана образуется смесь продуктов
моно- и полихлорирования:

 

Лекция № 6 Алканы

 

Если алкан имеет более сложное строение, то
возможно несколько направлений замещения с образованием изомерных
моногалогенпроизводных. Например, при хлорировании изобутана образуется смесь
двух монохлорпроизводных:

 

Лекция № 6 Алканы

 

Состав продуктов замещения определяется
относительной скоростью конкурирующих реакций, которая зависит от относительной
реакционной способности связей С-Н (фактор реакционной способности) и от
количества связей С-Н определенного сорта (статистический фактор)
. Установлено, что энергия разрыва связи С-Н уменьшается в
ряду:

 


перв-С-Н > втор-C-Н > трет- С-Н

 

Этот ряд соответствует ряду относительной
стабильности алкильных радикалов:

 

Лекция № 6 Алканы

 

Относительная реакционная способность первичных,
вторичных и третичных С-Н связей зависит от условий проведения реакции и
активности реагента. Зная относительную реакционную способность С-Н связей и
количество С-Н связей определенного сорта, можно рассчитать состав продуктов
реакции.

 

Рассчитаем состав продуктов хлорирования
изобутана хлором при 100
0С, если
относительная реакционная способность третичных и первичных С-Н связей в этих
условиях составляет 7 : 1. Хлорирование изобутана по направлению (1) протекает
через образование третичного, а по направлению (2) – первичного радикала:

 

Лекция № 6 Алканы

 

Относительная скорость образования
2-метил-2-хлорпропана равна произведению числа участвующих в реакции (1) С-Н
связей на их относительную реакционную способность: 1
ґ 7 = 7. Относительная скорость
образования 2-метил-1-хлорпропана составит: 9
ґ 1 = 9. Рассчитаем содержание
продуктов хлорирования в смеси:

 


2-метил-2-хлорпропана: 7/(7 + 9)ґ 100% = 44%


2-метил-1-хлорпропана: 9/(7 + 9)ґ 100% = 56%

 

Таким образом, реакции хлорирования протекают
неселективно с образованием смеси продуктов замещения. Бромирование алканов, в
отличие от хлорирования, протекают региоселективно, так как радикалы брома
обладают существенно меньшей реакционной способностью. Например, бромирование
изобутана в таких условиях протекает с образованием исключительно
2-бром-2-метилпропана:

 

Лекция № 6 Алканы

 

 

 

Сульфохлорирование

 

Под действием смеси оксида серы (IV) и хлора при УФ-облучении из алканов
образуются алкилсульфохлориды:

 

RH + SO2 + Cl2® RSO2Cl + HCl

 

Реакция протекает по свободнорадикальному
механизму:

 

Cl2Лекция № 6 АлканыЛекция № 6 Алканы2 Clџ

 

RH + Cl ® R + HCl

 

R + SO2® RSO2

 

RSO2 + Cl2® RSO2Cl + Cl

 

При обработке алкилсульфохлоридов щелочами
образуются акилсульфонаты, которые используются как поверхностно-активные
вещества (ПАВ):

 

RSO2Cl + 2NaOH ® RSO3-Na+ + NaCl + H2O


Алкилсульфонатнатрия Нитрование

 

При нагревании алканов с разбавленной азотной
кислотой в жидкой фазе (М.И.Коновалов) происходит образование
нитросоединений.

 

Лекция № 6 Алканы

 

Процесс протекает по свободнорадикальному
механизму. При этом замещение происходит преимущественно у наиболее
реакционноспособного третичного атома углерода. Например:

 

Лекция № 6 Алканы

 

В промышленности нитрование алканов проводят в
газовой фазе при 150-450
0С парами
азотной кислоты. Газофазное хлорирование протекает неселективно с образованием
наряду с продуктами замещения водорода продуктов продуктов расщепления С-С
связей:

 

Лекция № 6 Алканы

 

Окисление

 

При комнатной температуре даже такие сильные окислители, как
KMnO4 и
K
2Cr2O7, не
действуют на алканы. При высоких температурах в присутствии избытка кислорода
алканы сгорают с образованием углекислого газа и воды:

 


2CnH2n+2 + (3n + 1) O2® 2n CO2 + (2n + 2) H2O

 

В более мягких условиях (температура не выше
200
0С) в присутствие
катализаторов (соединений марганца) происходит неполное окисление алканов
кислородом с образованием на первой стадии гидропероксидов:

 


RH + O2® R-O-O-H

 

Процесс протекает в присутствии инициаторов
радикальных реакций по свободнорадикальному механизму:

 

Лекция № 6 Алканы

 

Из гидропероксидов далее в зависимости от
условий реакции образуются спирты, кетоны, карбоновые кислоты. В реакции
принимают участие наиболее реакционноспособные третичные или вторичные С-Н
связи:

 

Лекция № 6 Алканы

 

Реакции используются в промышленности для
синтеза ценных кислородсодержащих соединений и их смесей.





Рефераты, шпаргалки, доклады, контрольные, книги и прочие учебные материалы
 

Сайт полезен тем, кто учится!