Химические свойства алканов, с реакциями? Помогите!!! (

Физические свойства

В обычных условиях

С1- С4 – газы

С5- С15 – жидкие

С16 – твёрдые

Температуры плавления и кипения алканов, их плотности увеличиваются в гомологическом ряду с ростом молекулярной массы. Все алканы легче воды, в ней не растворимы, однако растворимы в неполярных растворителях (например, в бензоле) и сами являются хорошими растворителями. Физические свойства некоторых алканов представлены в таблице.

Таблица 2. Физические свойства некоторых алканов

Название

Формула

tпл °С

tкип °С

Метан

СН4

-182,5

-161,5

Этан

С2Н6

-182,8

-88,6

Пропан

С3Н8

-187,7

-42

Бутан

С4Н10

-138,3

-0,5

Пентан

C5H12

-129,7

+36,1

Гексан

С6Н14

-95,3

68,7

Гептан

С7H16

-90,6

98,4

Октан

C8H18

-56,8

124,7

Нонан

С9Н20

-53,7

150,8

Декан

C10H22

-29,6

174,0

Пентадекан

C15H32

+10

270,6

Эйкозан

С20Н42

36,8

342,7

Пентакозан

C25H52

53,7

400

Химические свойства алканов

1. Реакции замещения.

а) Галогенирование

при действии света - hν или нагревании (стадийно – замещение атомов водорода на галоген носит последовательный цепной характер. Большой вклад в разработку цепных реакций внёс физик, академик, лауреат Нобелевской премии Н. Н. Семёнов )

В реакции образуются вещества галогеналканы RГ или Сn H2n+1Г

(Г - это галогены F, Cl, Br, I)

CH4 + Cl2 hν → CH3Cl + HCl (1 стадия) ;

метан хлорметан

CH3Cl + Cl2 hν → CH2Cl2 + HCl (2 стадия);

дихлорметан

СH2Cl2 + Cl2 hν → CHCl3 + HCl (3 стадия);

трихлорметан

CHCl3 + Cl2 hν → CCl4 + HCl (4 стадия).

тетрахлорметан

Скорость реакции замещения водорода на атом галогена у галогеналканов выше, чем у соответствующего алкана, это связано с взаимным влиянием атомов в молекуле:

Электронная плотность связи С – Cl смещена к более электроотрицательному хлору, в результате на нём скапливается частичный отрицательный заряд, а на атоме углерода – частичный положительный заряд.
На атом углерода в метильной группе ( - СН3) создаётся дефицит электронной плотности, поэтому он компенсирует свой заряд за счёт соседних атомов водорода, в результате связь С – Н становится менее прочной и атомы водорода легче замещаются на атомы хлора. При увеличении углеводородного радикала наиболее подвижными остаются атомы водорода у атома углерода ближайщего к заместителю:

CH3 – CH2 – Cl + Cl2 hν → CH3 – CHCl2 + HCl

хлорэтан 1,1 -дихлорэтан

Со фтором реакция идёт со взрывом.

С хлором и бромом требуется инициатор.

Иодирование происходит обратимо, поэтому требуется окислитель для удаления HI из рекции.

Внимание!

В реакциях замещения алканов легче всего замещаются атомы водорода у третичных атомов углерода, затем у вторичных и, в последнюю очередь, у первичных. Для хлорирования эта закономерность не соблюдается при T>400˚C.

4 3 2 1

CH3-CH2-CH-CH3 + Cl2 hν → смесь галогеналканов.

│

CH3

1; 4 – первичные; 3 – вторичный; 2 – третичный.

б) Нитрование

(реакция М. И. Коновалова, он провёл её впервые в 1888 г)

CH4 + HNO3 t˚С → CH3NO2 + H2O

раствор

I. Реакции с разрывом С – Н связей - как правило, инициируются высокой температурой, электромагнитным излучением, ускоряются катализаторами.
А. Реакции замещения (соблюдается правило Марковникова) - взаимодействие с сильными окислителями, легко образующими свободные радикалы. Являются окислительно-восстановительными.
1.Галогенирование хлором или бромом. Реакция инициируется светом. Свободнорадикальный цепной механизм. Образуется смесь галогенопроизводных.
CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl метилхлорид = хлорметан
CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HCl метиленхлорид = дихлорметан
CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HCl хлороформ
CHCl3 + Cl2 → CCl4 + HCl тетрахлорметан = четырёххлористый углерод = тетрахлорид углерода

2. Нитрование по радикальному механизму – реакция Коновалова. t = 140оС
R – H + HNO3(разб.) → R – NO2 + H2O

Б. 3. Дегидрирование (дегидрогенизация). Реакция отщепления. Нагревание до 350оС в присутствии катализатора (Ni,Pt)
H3C – CH(CH3) – CH2 – CH3 → H3C – C(CH3) = CH – CH3 + H2
(2-метилбутан -> 2-метилбутен-2)

В. Взаимодействие с кислородом
4. Горение. Выделяется большое количество теплоты. При повышенной температуре (когда образуются радикалы кислорода).
C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O + Q

5. Мягкое окисление молекулярным кислородом в присутствии катализатора, при невысоких температурах.
2СН3 – СН2 – СН2 – СН3 + 5О2 → 4СН3СООН + 2Н2О
Алканы не окисляются сильными окислителями (KMnO4, K2Cr2O7).

II. Реакции по С-С связям
Реакции расщепления
6.Крекинг (по радикальному механизму). Образуется смесь предельных и непредельных (этиленовых) углеводородов с меньшим числом атомов.
CH3–(CH2)4–CH2–CH2–(CH2)4–CH3 → CH3–(CH2)4–CH3 + CH2=CH–(CH2)3–CH3
Термический крекинг – при температурах выше 600оС без доступа воздуха.
Каталитический крекинг – в присутствии катализатора (Al2O3, SiO2); может происходить изомеризация углеродного скелета, циклизация, ароматизация

7.Пиролиз – нагревание без доступа воздуха при более высоких температурах (1000оС). Полный распад молекулы.
С2Н6 → 2С + 3Н2

8. Изомеризация. При невысокой температуре, катализатор AlCl3. Происходит разветвление цепи.
СН3 – СН2 – СН2 – СН3 → СН3 – СН (СН3) – СН3
(н-бутан -> изобутан)

и все? а как же окисления до метанола, формальдегида, муравьиной к-ты, крекинг, где это все?