Алканы. Циклоалканы
Алканы
Углеводороды общей формулы – CnH2n+2. Гомологический ряд алканов.
Физические свойства алканов – см. учебник.
Способы получения алканов
Источники промышленного получения алканов – природный газ, нефть.
Синтетические способы (применяются, в основном, в лабораторных условиях для получения сложных алканов):
1. Гидрирование алкенов и алкинов
2. Восстановление галогеналканов
3. Реакция Дюма
4. Реакция Вюрца
5. Реакция Кольбе
Химическая реакция – это, как правило, многостадийный процесс. Она начинается с разрыва связей в исходных соединениях, после чего образуются новые связи и новые соединения. В ходе реакции образуются неустойчивые промежуточные частицы. Последовательность всех стадий называется механизмом реакции.
Активные частицы – это частицы, обладающие высокой химической активностью, они инициируют реакцию.
Электрофил – электронодефицитная частица, атакует в места повышенной электронной плотности.
Нуклеофил – электроноизбыточная частица, атакует в места пониженной электронной плотности.
Радикал – электронейтральная частица, атакует неполярные и малополярные связи.
Активные частицы могут образоваться в результате разрыва химической связи. Малополярные связи разрываются гомолитически, и образуются два радикала; полярные связи разрываются гетеролитически, и образуются нуклеофил и электрофил:
Химические свойства алканов
Алканы – наиболее инертные в химическом отношении вещества.
Связи С-С и С-Н малополярны и устойчивы к атаке электрофилов и нуклеофилов, они разрываются под действием радикалов.
1. Реакции радикального замещения (SR).
а) галогенирование:
механизм реакции – цепной радикальный:
Скорость реакции у первичного, вторичного и третичного углеродов различна: она увеличивается в ряду: С(1) < С(2) < С(3) (см. предыдущую схему).
Причем в этом отношении хлорирование мало избирательно, бромирование гораздо более избирательно из-за меньшей активности радикала Br.
б) нитрование: в паровой фазе при 400-500о;
жидкофазное – при 110-140о (Коновалов)
2. Окисление:
Алканы – одни из самых трудно окисляемых веществ. При комнатной температуре на них не действуют даже сильные окислители.
При горении алканы превращаются в СО2 и Н2О.
Регулируемое окисление кислородом при 200о и 90 атм. протекает в жидкой фазе с расщеплением С-С-связей и образованием смеси карбоновых кислот.
Например, промышленный способ получения уксусной кислоты:
3. Термическое расщепление и крекинг:
Крекинг очень широко применяется в переработке нефти для получения высокооктанового топлива.
Циклоалканы
Циклоалканы – предельные углеводороды с замкнутой цепью. Общая формула – СnH2n (моноциклические незамещенные).
Циклоалканы различаются по:
— величине цикла,
— количеству циклов,
— способу соединения циклов.
Моноциклические: циклопропан, циклобутан, циклопентан, циклогексан
Полициклические:
а) Конденсированные (аннелированные):
б) Мостиковые:
в) Спироуглеводороды:
Теория напряжений (Байер)
Отклонение геометрического угла от валентного угла 109о создает напряжение в цикле:
«Банановые» связи промежуточные по своему характеру между π- и σ-связями: ненасыщенность циклопропана – реакции присоединения с разрывом цикла.
Способы получения циклоалканов
1. Дегидрирование дигалогеналканов (вариант реакции Вюрца):
2. Циклоприсоединение:
3. Диеновый синтез (реакция Дильса-Альдера):
Химические свойства циклоалканов
1. Реакции малых циклов:
2. Реакции средних циклов практически такие же, как и для ациклических алканов.
