ГОРЕНИЕ И КАТАЛИТИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ

Как и другие углеводороды, алканы горят на воздухе сообразованием углекислого газа и воды:

СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О + 882 кДж

C₈H₁₈ + 12, 5O₂ = 8CO₂ + 9H₂O + 5470 кДж

Количество выделяющейся при горении алканов теплоты очень велико, поэтому их использование в качестве энергоносителей так привлекательно. Однако надо помнить, что смеси метана и других газообразных алканов с воздухом взрывоопасны, и соблюдать осторожность при пользовании бытовым газом, бензином и т.д.

В обычных условиях алканы устойчивы к действию таких лабораторных окислителей, как перманганат и дихромат калия, хромовая смесь и т.д. В то же время реакции неполного каталитического окисления используются в промышленности для получения кислородсодержащих соединений – спиртов, альдегидов, карбоновых кислот.

Например, из бутана путем окисления кислородом воздуха в присутствии катализаторов получают уксусную кислоту:

ПРИРОДНЫЕ ИСТОЧНИКИ АЛКАНОВ

Основными природными источниками алканов являются нефть и природный газ.

Состав природного газа зависит от месторождения: обычно в нем содержится от 75% до 95% метана, а этана и пропана значительно меньше. Нефть содержит алканы от С₅Н₁₂ до С₃₀Н₆₂нормального и разветвленного строения. Кроме того, иногда рядом с угольными пластами встречаются и отдельные залежи твердых высших алканов в виде озокерита, или горного воска.

СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ АЛКАНОВ

ПРОМЫШЛЕННЫЕ СПОСОБЫ

Основной промышленный способ получения алканов – переработка нефти. Альтернативой может служить прямой синтез из угля и водорода:

ЛАБОРАТОРНЫЕ СПОСОБЫ

Гидролиз карбида алюминия позволяет получить метан:

Другие алканы этим способом получить нельзя.

Сплавление натриевых солей карбоновых кислот со щелочами. Эта реакция протекает при нагревании смеси порошков соли карбоновой кислоты и гидроксида натрия и сопровождается декарбоксилированием, то есть отщеплением группы
-СООNa от молекулы соли. В молекуле образующегося алкана остается на один атом углерода меньше, чем в молекуле исходной соли, например:

Электролиз водных растворов натриевых или калиевых солей карбоновых кислот ( синтез Кольбе) также сопровождается декарбоксилированием. Продуктами реакции являются симметричные углеводороды, например:

В ходе электролиза на аноде анионы СН₃СОО^- окисляются до радикалов СН₃СОО ∙, которые распадаются с образованием радикалов СН₃ ∙ и углекислого газа СО₂. Радикалы СН₃ ∙ соединяются попарно, и образуется молекула этана.

Реакция галогеналканов с натрием (реакция Вюрца) позволяет получать углеводороды с удвоенным числом атомов углерода по сравнению с исходным соединением, например:

Если в реакцию ввести смесь двух галогеналканов, то образуются одновременно три продукта, например:

ДОПОЛНЕНИЯ К ЛЕКЦИИ «АЛКАНЫ»

Приложение 1. Первичные, вторичные, третичные и четвертичные атомы углерода. Нормальная и разветвленная углеродная цепь.

В молекулах гомологов метана принято различать первичные, вторичные, третичные и четвертичные атомы углерода в зависимости от числа связей, направленных данным атомом на связь с другими атомами углерода. Первичным называется атом углерода, связанный непосредственно с одним атомом углерода (три оставшиеся валентности направлены на связь с атомами водорода); вторичным – с двумя атомами углерода. Третичный атом углерода связан непосредственно с тремя, а четвертичный – с четырьмя атомами углерода (рис. 1).

Рисунок 1. Структурная формула молекулы 2, 2, 4-триметилпентана. Первичные, вторичные, третичные и четвертичные атомы углерода обозначены соответственно цифрами I, II, III, IV.

Углеродную цепь относят к нормальной (неразветвленной), если она содержит только первичные и вторичные атомы углерода, например:

Соответствующий углеводород называют алканом нормального строения или просто нормальным алканом.

Если же в углеродной цепи содержатся третичные или четвертичные атомы углерода, то ее называют разветвленной. Алкан с такой цепью называют разветвленным, например:

или

Приложение 2. Механизм реакции радикального хлорирования метана.

1. Под действием света или нагревания в молекуле хлора разрывается ковалентная связь с образованием двух свободных радикалов:

Cl₂ → 2Cl ·

Свободные радикалы ‑ это частицы, содержащие неспаренный электрон. Они очень химически активны и быстро вступают в следующие стадии реакции.

2. Столкновение радикала Cl · с молекулой метана приводит к образованию молекулы HCl и радикала СН₃ ∙, который, взаимодействуя со следующей молекулой хлора, дает хлорметан CH₃Cl и радикал Cl·:

Cl · + CH₄ → HCl + CH₃ ·

CH₃ · + Cl₂ → CH₃Cl + Cl ·

Эти процессы могут повторяться многократно, приводя к продолжению реакции (развитию цепи).

3. Возможны и «нежелательные» столкновения, приводящие к гибели свободных радикалов:

Cl · + Cl · → Cl₂

CH₃ · + Cl · → CH₃Cl

CH₃ · + CH₃ · → СН₃СН₃

В результате последней реакции соединяются два радикала CH₃ ·, поэтому в продуктах реакции хлорирования метана можно обнаружить некоторое количество этана.

ЛЕКЦИЯ 2

ЦИКЛОАЛКАНЫ

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: циклоалканы, σ -связи, sp³ - гибридизация, геометрическая изомерия, цис-транс-изомерия, малые и обычные циклы, «банановые» связи, реакции с размыканием цикла, дегидрирование циклогексана, гидрирование ароматических углеводородов.

⇐ Предыдущая 1 234 Следующая ⇒