2 Алканы

Гомологический ряд предельных углеводородов. Изомерия: структурная и пространственная. Первичный, вторичный и третичный атомы углерода. Понятие об алкилах, их названия. Номенклатура алканов.

Нахождение алканов в природе. Способы получения алканов: из нефти и природного газа, гидрированием угля, восстановлением СО и СО₂, из непредельных углеводородов, из галогенопроизводных по реакции Вюрца. Получение алканов из карбоновых кислот.

Физические свойства предельных углеводородов. Некоторые закономерности изменения физических свойств в гомологическом ряду и у изомеров.

Химические свойства алканов. Общая характеристика. Радикальный механизм превращений углеводородов. Цепные реакции. Реакции с галогенами, азотной кислотой, сульфохлорирование, сульфоокисление, окисление, дегидрирование.

Использование предельных углеводородов в органическом синтезе. Нефть. Понятие о составе нефти и путях ее переработки.

Методические указания

Изучение органической химии необходимо начинать с углеводородов.

Алканы – алифатические, предельные, или насыщенные углеводороды, в молекулах которых атомы углерода связаны между собой простой (одинарной) σ-связью. Они образуют гомологический ряд соединений с общей формулой С_nH_2n+2. Гомологическим рядом называется ряд веществ, отличающихся друг от друга на любое число групп СН₂, имеющих сходное строение и свойства.

Для алканов известны два вида изомерии: структурная и пространственная (поворотная). Структурные изомеры отличаются порядком связей атомов углерода в молекуле, т.е. структурными формулами. Поворотные, пространственные изомеры образуются при вращении атомных группировок вокруг простой -связи и имеют одну и ту же структурную формулу, но отличаются друг от друга энергией. Следует четко усвоить принципы рациональной и систематической (ИЮПАК) номенклатур органических соединений, а также запомнить их тривиальные названия.

При изучении способов получения алканов необходимо различать промышленные способы и получение в лабораторных условиях.

В химическом отношении алканы характеризуются насыщенностью, т.е. неспособностью к реакциям присоединения. Распределение электронной плотности в молекулах алканов определяет существо их химических превращений, характер механизмов их реакций. Для алканов характерны:

1) реакции замещения атомов водорода, которые идут избирательно; 2) отрыва атомов водорода (дегидрирование) и 3) разрыва углерод-углеродных связей (деструкция).

Реакции замещения идут по радикальному механизму. Следует отметить, что свыше трети продукции мировой химии получается с помощью реакций свободных радикалов, поэтому обратите внимание на механизм хлорирования изобутана. В реакциях замещения алканов наиболее легко замещается атом водорода при третичном атоме углерода. Алканы являются основным сырьем для получения алкенов, ароматических соединений, галогенпроизводных, карбоновых кислот, алкансульфокислот и др.

Вопросы для самопроверки

1. В чем отличие -связи от π-связи с электронной точки зрения?

2. Напишите формулы углеводородов, образующихся при действии металлического натрия на смесь иодистого этила и иодистого изопропила. Назовите их по рациональной и систематической номенклатурам.

3. Напишите структурные формулы изомерных алкилов состава С₄Н₉и назовите их.

4. Напишите уравнения реакций хлорирования, окисления кислородом воздуха (через образование алкилгидропероксида) изобутана, объясните их механизм.

5. Получите 2,3-диметилбутан электролизом и пиролизом (реакция декарбоксилирования) солей соответствующих кислот.