7.Основные способы получения алканов.

А) Получение алканов на основе синтез – газа (смесь оксида углерода (II) и водорода).

₂₀₀^oc

nCO + (2n+1)H₂  C_nH_2n+2 + nH₂O

^{кат. Ni}

Образующаяся в данной реакции смесь алканов называется «синтином» (синтетический бензин).

Б) Гидрирование непредельных углеводородов (алкенов или алкинов).

_{t t}

C₂H₄ + H₂  C₂H₆ С₂H₂ + 2H₂  C₂H₆

^{этен кат. Pt этан этин кат. Pt этан}

В) Взаимодействие однородных галогенпроизводных предельных углеводородов с металлическим натрием (реакция Вюрца, впервые осуществлена в 1855 году французским химиком Шарлем Адольфом Вюрцем).

_t

CH₃ – I + 2Na + I – C₂H₅  CH₃ – C₂H₅ + 2NaI

^{йодистый метил йодистый этил пропан}

С помощью реакции Вюрца можно получить и алканы разветвленного строения:

_t

CH₃ – CH – CH_2­ – I + 2Na + I – CH₃  CH₃ – CH – CH₂ – CH₃ + 2NaI

CH₃ CH₃

^{изобутил иодид метил иодид 2-метил бутан}

Г) Восстановление производных алканов (галогеналкилов, спиртов, кетонов и др.) йодоводородной кислотой при нагревании.

_{t t}

C₂H₅ – I + HI  C₂H₆ + I₂ C₂H₅ – OH + 2HI  C₂H₆ + H₂O + I₂

^этанол

Д) Сплавление солей карбоновых кислот со щелочами (лабораторное получение алканов).

_t

CH₃ – COONa + NaOH  CH₄ + Na₂CO₃

^{ацетат натрия}

8.Основные химические свойства алканов.

А) Взаимодействие с галогенами (в результате данной реакции атомы водорода в алканах замещаются на галогены – реакция металепсии).

Взаимодействие метана с хлором протекает последовательно и может быть представлено следующими четырьмя реакциями:

CH₄ + Cl₂  CH₃Cl + HCl; CH₃Cl + Cl₂  CH₂Cl₂ + HCl;

^{монохлорметан дихлорметан}

CH₂Cl₂ + Cl₂  CHCl₃ + HCl; CHCl₃ + Cl₂  CCl₄ + HCl

^{трихлорметан тетрахлорметан}

Полное хлорирование метана (исчерпывающее) может быть представлено следующим уравнением:

CH₄ + 4Cl₂ = CCl₄ + 4HCl

_{тетрахлорметан}

^{(четыреххлористый углерод)}

Или полное хлорирование алканов в общем виде можно выразить уравнением: C_nH_2n+2 + (2n+2)Cl₂ = C_nCl _2n+2 + (2n+2)НCl

Реакции взаимодействия алканов с галогенами протекают на свету (фотохимическое галогенирование) или при нагревании (термическое галогенирование метана протекает при 300^оС). Такие реакции протекают по свободно-радикальному механизму. Механизм реакции хлорирования метана на свету представлен ниже:

На первой стадии этого процесса происходит распад молекулы хлора на два свободных радикала – зарождение, или инициирование, цепи:

_hv

Cl : Cl  2Cl 

Затем начинается рост цепи, связанный с взаимодействием свободного радикала с молекулой алкана:

CH₄ + Cl   CH₃  + HCl; CH₃  + Cl₂  CH₃Cl + Cl 

_

CH₃Cl + Cl   CH₂Cl + HCl

_

CH₂Cl + Cl₂  CH₂Cl₂ + Cl 

_

CH₂Cl₂ + Cl   CHCl₂ + HCl

_

CHCl₂ + Cl₂  CHCl₃ + Cl 

_

CHCl₃ + Cl   CCl₃ + HCl

_

CCl₃ + Cl₂  CCl₄ + Cl 

Реакция заканчивается обрывом цепи, который наступает в результате взаимодействия между собой свободных радикалов:

2CH₃   CH₃ – CH₃; 2Cl   Cl₂; CH₃  + Cl   CH₃Cl и т.д.

Б) Нитрование алканов (впервые эту реакции провел в 1888г русский ученый М.И. Коновалов, действуя на алканы 12-14 % HNO₃ при нагревании смеси до 140^оС).

_t

C H_­3 – CH₂ – CH₂ – CH₃ + HNO_{3 (p-p)­}  CH₃ – CH – CH₂ – CH₃ + H₂O

^бутан NO₂

^{2-нитробутан}

В) Сульфирование алканов (взаимодействие с H₂SO₄).

_t

CH₃ – CH₃ + H₂SO_{4 (конц.)}  C₂H₅ – SO₃H + H₂O

^{этан этилгидросульфат}

Г) Сульфохлорирование алканов.

_hv

CH₃ – CH₂ – CH₃ + SO₂ + Cl₂  C₃H₇ – SO₂Cl + HCl

^{пропан пропилсульфохлорид}

Д) Сульфоокисление алканов.

_hv

2CH₃ – CH₃ + 2SO₂ + O₂  2C₂H₅ – SO₂OH

^{этан этилсульфокислота}

Е) Дегидрирование алканов (отщепление водорода при нагревании на катализаторе).

₄₆₀^o_C

CH₃ – CH₂ – CH₃  СH₂ = CH – CH₃ + H₂

кат. Cr₂O₃

^{пропан пропен}

Ж) Горение алканов.

CH₄ + 2O₂  CO₂ + 2H₂O

В общем виде:

C_nH_2n+2 + (3n+1)/2 O₂ = n CO₂↑ + (n + 1)H₂O