Химические свойства алканов

Химические превращения алканов могут происходить либо за счет разрыва цепи углеродных атомов, либо за счет отрыва атомов водорода с последующим замещением их другими атомами или группами. Поэтому для предельных углеводородов характерны реакции замещения и расщепления.

1. Хлорирование

Хлорирование метана обычно идет с образованием смеси продуктов:

hv

СН₄ + Cl₂  СН₃Cl + HCl

hv

СН₃Cl + Cl₂  СН₂Cl₂ + HCl

hv

СН₂Cl₂ + Cl₂  СНCl₃ + HCl

hv

СН₃Cl + Cl₂  СCl₄ + HCl

Соотношение скоростей замещения хлором водорода при первичном, вторичном, третичном углероде при температуре ниже 100° С — примерно 1,0 : 3,8 : 5,0.

Бромирование алканов протекает значительно хуже, чем хло рирование, но по тому же радикально-цепному механизму. Соотношение ско­ростей реакции бромирования при 127 °С по третичному, вторичному, первичному атомам углерода равно 1600 : 82 : 1. Можно утверждать, что бромирование алканов практически нацело идет по третичному атому углерода.

Фторирование алканов осуществить прямым действ невозможно, так как процесс идет со взрывом, его невозможно регулировать. Обычно фторирование алканов осуществляют более мягкими фторирующими агентами, такими, как смесь CoF₂ и F₂.

Моно- и полизамещенные галогеналканы широко используют в качестве растворителей (хлороформ, дихлорэтан, четыреххлористый углерод и др.) в органических синтезах.

2. Нитрование

Важной реакцией, имеющей промышленное применение, явля­ется нитрование алканов. Реакцию проводят или в жидкой, или в газовой фазе. В первом случае в качестве нитрующего агента ис­пользуют разбавленную азотная кислота (способ М. И. Коновало­ва) при температуре 140-150 °С и давлении (автоклавирование). В то время как концентрированная HNO₃ в нормальных условиях не действует на алканы, а при нагревании обычно действует как окислитель. Газофазное нитрование (по X. Хассу, 1930 г.) в про­мышленности осуществляют тетраоксидом азота или парами аз ной кислоты при 450—475 °С непрерывным методом в аппарате трубчатого типа. В результате образуется смесь нитроалканов, как при высоких температурах одновременно идет разрыв С – связей. Разделение осуществляют фракционной перегонкой.

Нитроалканы используют в качестве растворителей и органических синтезов.

Показано, что реакция нитрования алканов является цепной и идет по схеме:

СН₃– СН₂– СН₂– СН₂– СН₃ + НNO₃  СН₃– СН₂– СН₂– СН– СН₃ + H₂O

NO₂

3. Сульфохлорирование и сульфирование

Сульфохлорирование осуществляют действием смеси хлора и диоксида серы или хлористого сульфурила (SO₂C1₂). В результате этого промышленного процесса получают алкансульфохлориды и далее - соли алкансульфокислот, которые широко используют как синтетические моющие вещества (CMC).

Реакция является типично радикально-цепной.

R-H + SO₂Cl₂  R-SO₂Cl + HCl

R-SO₂Cl + 2 NaOH  R-SO₃Na + NaCl + H₂O