3. Химические свойства предельных углеводородов

(задачи №№ 51 – 75)

Литература:

Н.Л. Глинка. Общая химия. – Л.: Химия, 1988, гл.XV, п. 164, с. 452 – 455.

Пример 3.1. На примере пентана охарактеризуйте химические свойства алканов. Укажите условия протекания реакций и назовите продукты реакций.

Решение:

1. Основные реакции алканов – реакции замещения водорода, идущие по свободно-радикальному механизму.

1.1. Галогенирование _h

СН₃– СН₂– СН₂– СН₂– СН₃+Cl₂СН₃– СН₂– СН₂– СН₂– СН₂Сl+HСl

пентан 1-хлорпентан

_h

СН₃– СН₂– СН₂– СН₂– СН₃+Cl₂СН₃– СН – СН₂– СН₂– СН₃+HСl

пентан 

Сl

2-хлорпентан

_h

СН₃– СН₂– СН₂– СН₂– СН₃+Cl₂СН₃– СН₂– СН – СН₂– СН₃+HСl

пентан 

Сl

3-хлорпентан

На первой стадии реакции в молекуле пентана замещение атома водорода будет происходить как у первичного, так и у вторичного атома углерода, в результате чего образуется смесь изомерных монохлорпроизводных.

Однако энергия связи атома водорода с первичным атомом углерода больше, чем со вторичным атомом углерода и больше, чем с третичным атомом углерода, поэтому легче идет замещение атома водорода, связанного с третичным атомом углерода. Данное явление называется селективностью. Оно выражено ярче у менее активных галогенов (брома, иода). При повышении температуры селективность ослабляется.

1.2. Нитрование (реакция М.М. Коновалова)

НNО₃= ОНNО₂Катализатор Н₂SO_{4 конц.}

В результате реакции образуется смесь нитропроизводных.

t = 120-150⁰С

СН₃– СН₂– СН₂– СН₂– СН₃+ ОНNО₂СН₃– СН₂– СН₂– СН₂– СН₂NO₂+H₂O

пентан 1-нитропентан

t = 120-150⁰С

СН₃– СН₂– СН₂– СН₂– СН₃+ ОНNО₂СН₃– СН – СН₂– СН₂– СН₃+H₂O

пентан 

NO₂2-нитропентан

t = 120-150⁰С

СН₃– СН₂– СН₂– СН₂– СН₃+ ОНNО₂СН₃– СН₂– СН – СН₂– СН₃+H₂O

пентан 

NO₂3-нитропентан

1.3. Реакция сульфирования Концентрированная Н₂SO₄= ОНSO₃Н

СН₃– СН₂– СН₂– СН₂– СН₃+ ОНSO₃НСН₃– СН₂– СН₂– СН₂– СН₂SO₃Н +H₂O

пентан 1-сульфопентан

2. Реакция полного окисления – горение.

С₅Н₁₂+ 8(О₂+ 3,76N₂)5СО₂+ 6Н₂О + 83,76N₂

3. Термическое разложение

_t

С₅Н₁₂5С + 6Н₂

4. Крекинг – реакция расщепления с образованием алкана и алкена

_t

СН₃– СН₂– СН₂– СН₂– СН₃ СН₃– СН₃ + СН₂= СН – СН₃

пентан этан пропен

5. Реакция изомеризации

CН₃

t, AlCl₃

СН₃– СН₂– СН₂– СН₂– СН₃ СН₃ССН₃

пентан 

CН₃2,2-диметилпропан

Пример 3.2. Охарактеризуйте способы получения алканов. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно получить пропан.

Решение:

1. Крекинг алканов

_t

СН₃ – СН₂– СН₂– СН₂– СН₂– СН₃ СН₃– СН₂– СН₃ + СН₂= СН – СН₃

гексан пропан пропен

2. Реакция Вюрца

CH₃–Cl+ 2Na+Cl– СН₂– СН₃ СН₃– СН₂– СН₃ + 2NaCl

хлорметан хлорэтан пропан

3. Восстановление галогенпроизводных алканов

3.1. Восстановление водородом

_t

СН₃ – СН₂ – СН₂ – I + H – H  СН₃ – СН₂ – СН₃ + HI

1-иодпропан водород пропан

3.2. Восстановление галогеноводородом

_t

СН₃ – СН₂ – СН₂ – I + H – I  СН₃ – СН₂ – СН₃ + I₂

1-иодпропан иодо- пропан иод

водород

4. Декарбоксилирование солей карбоновых кислот

_{сплавление}

СН₃– СН₂– СН₂– С = О +NaOHСН₃– СН₂– СН₃+Na₂CO₃

натриевая соль \ гидроксид пропан карбонат

бутановой кислоты ОNaнатрия натрия (сода)

5. Гидрирование непредельных углеводородов

5.1. Гидрирование алкенов

_Ni

СН₂= СН – СН₃ + Н₂СН₃– СН₂– СН₃

пропен пропан

5.2. Гидрирование алкинов

_Ni

СН С – СН₃ + 2Н₂СН₃– СН₂– СН₃

пропин пропан