Подготовка к ЕГЭ по химии. АЛКАНЫ (ПАРАФИНЫ).

АЛКАНЫ (ПАРАФИНЫ)

– это предельные (или насыщенные) нециклические углеводороды, в которых все связи одинарные.

Общая формула:  CnH2n+2

Все атомы углерода  в алканах имеют   sp3- гибридизацию.

Первые четыре члена гомологического ряда алканов – газы, C5–C17 – жидкости, начиная с C18 – твердые вещества.  Все алканы легче воды, не растворимы в воде и не смешиваются с ней.

Химические свойства.

1) Связь углерода с водородом в алканах малополярна.

2) Поэтому разрыв её в реакциях возможен только по гомолитическому механизму:

Это возможно только в жестких условиях.

 3) Насыщенные (предельные) углеводороды не имеют возможности вступать  в реакции присоединения. Для них свойственны реакции замещения водородных атомов и расщепления. Эти реакции протекают или при нагревании, или на свету, или с применением катализаторов.

   Алканы не реагируют с концентрированными кислотами, щелочами, перманганатом калия, бромной водой.

I. Реакции замещения.

1) Галогенирование: радикальное замещение. Хлор и бром на свету или при нагревании.	А) хлорирование: процесс быстрый, поэтому  протекает неизбирательно, образуется смесь продуктов замещения: СН3-СН2-СН3 + Cl2–(свет)à CH3-CH2-CH2Cl + CH3-CHCl-CH3 + HCl  Б) бромирование:                   CH3                                                                          CH3                   │                                                     │  СН3-СН2-СН-СН3 +Br2 –(свет)àСН3-СН2-С-СН3 + HBr                                                                          │                                                                          Br Бромирование – более медленный и избирательный процесс. Избирательность бромирования:          третичный > вторичный > первичный атом углерода. Механизм радикального замещения:  Цепной свободнорадикальный.     Свободный радикал  R∙ – это ОЧЕНЬ АКТИВНАЯ частица, несущая на себе один неспаренный электрон и стремящаяся образовать связь с каким-либо другим атомом.  1) Инициирование цепи (запуск): молекула хлора под действием кванта света разрывается на два радикала Cl· :  2) Развитие цепи: радикал хлора отрывает от алкана атом водорода. При этом образуется промежуточная частица - алкильный радикал, который в свою очередь отрывает атом хлора от молекулы Cl2. При этом вновь получается радикал хлора и процесс повторяется – идёт продолжение цепи: 3) Обрыв цепи: соединение двух радикалов в молекулу.
2) Нитрование (реакция М.И. Коновалова):	Механизм реакции – также радикальный. Нагревание до 140°С с разбавленной (10%-ной) азотной кислотой:                     CH3                                                                CH3                   │                                               │  СН3-СН2-СН-СН3 + HNO3 à СН3-СН2-С-СН3 + H2O                                                                     │ Избирательность нитрования:            NO2  третичный > вторичный > первичный атом углерода.
3)  Крекинг - превращения алканов под действием нагревания.	а) Для алканов с длинными цепями при крекинге получается алкан и алкен. Причём при длине больше 5 атомов С получится смесь углеводородов разной длины.    CH3–CH2–CH2–CH3 -400°Cà CH3-CH3 + CH2=CH2  б) Крекинг метана происходит двумя возможными путями: 1. длительное нагревание метана: CH4 -1500°Cà  C+ 2H2 2. мгновенное нагревание до 1500 градусов и сразу охлаждение:                   2CH4 -1500°CàH–C≡C–H + 3H2                                          Ацетилен
4) Изомеризация – перестройка углеродного скелета с образованием других изомеров: при нагревании с катализатором AlCl3.	СН3-СН2-СН2-СН3   -(100о, AlCl3)à   CH3-CH-CH3                                                                         │                                                                         CH3
5) Окисление:	1) Горение: CH4 + 2O2  ⇆  CO2 + 2H2O C5H12 + 8O2  ⇆  5CO2 + 6H2O 2) Каталитическое окисление: Метана: СН4+О2 -(катализатор)à смесь СН3ОН, НСОН и НСООН Бутана: С4Н10 + О2 -(катализатор)à2 СН3СООН (уксусная кислота)
6) Дегидрирование  и циклизация.	1) Короткие алканы дегидрируются в алкены или диены: С2Н6 –(кат., t)àC2H4 + H2 CH3-CH2-CH2-CH3 –(кат.Cr2O3, t)àбутадиен + Н2 2) В присутствии катализатора  гексан и гептан превращаются в бензол и толуол соответственно. СН3-СН2-СН2-СН2-СН2-СН3 –(кат.Pt, t)à  + 4 Н2

Получение:

1) Реакция Вюрца: действие металлического натрия на моногалогенопроизводные углеводородов:         2CH3–CH2Br + 2Na à CH3–CH2–CH2–CH3 +2NaBr     Происходит удвоение углеродного скелета. Реакция подходит для получения симметричных алканов.

2) Декарбоксилирование солей карбоновых кислот (реакция Дюма): сплавление солей карбоновых кислот  со щелочами.     Так получают метан при нагревании ацетата натрия с гидроксидом натрия.          CH3COONa + NaOH(сплавление)  à CH4­­+ Na2CO3

1)      3) Электролиз растворов солей карбоновых кислот (реакция Кольбе):    2CH3COONa + 2H2O –(эл.ток)à  2СО2 + Н2 + С2Н6 + 2NaOH катод:  идёт разрядка воды:              2Н2О + 2е à  Н2 + 2ОН-  анод: 2)       разрядка аниона кислоты: 2СН3СОО- -2е à 2СО2 + СН3-СН3

4)  Гидролиз карбида алюминия – получение метана.    Al4C3 + 12H2O  à  3CH4­ + 4Al(OH)3

5) Гидрирование непредельных или циклических углеводородов в присутствии катализаторов (платины, палладия, никеля). R–CH=CH–R’ + H2 –katà  R–CH2–CH2–R’  (циклопропан) + H2 –Pdà  CH3 –CH2 –CH3(пропан)

6) Алканы можно получить из нефти крекингом или фракционной перегонкой.

Краткое описание документа:

АЛКАНЫ (ПАРАФИНЫ) – это предельные (или насыщенные) нециклические углеводороды, в которых все связи одинарные.

Общая формула: CnH2n+2 

Все атомы углерода  в алканах имеют   sp3- гибридизацию.

Первые четыре члена гомологического ряда алканов – газы, C5–C17 – жидкости, начиная с C18 – твердые вещества.  Все алканы легче воды, не растворимы в воде и не смешиваются с ней.

1) Связь углерода с водородом в алканах малополярна.

2) Поэтому разрыв её в реакциях возможен только по гомолитическому механизму

Это возможно только в жестких условиях.

 3) Насыщенные (предельные) углеводороды не имеют возможности вступать  в реакции присоединения. Для них свойственны реакции замещения водородных атомов и расщепления. Эти реакции протекают или при нагревании, или на свету, или с применением катализаторов.

   Алканы не реагируют с концентрированными кислотами, щелочами, перманганатом калия, бромной водой.