Электронное и геометрическое строение алканов. Бензин алкан


Урок 18. Алканы – HIMI4KA

Понятие об алканах

Алканы — это углеводороды незамкнутого (нециклического) строения, в молекулах которых атомы углерода соединены только простыми связями. Например:

Задание 18.1. Допишите атомы водорода и попробуйте ответить на вопрос: существует ли углеводород, имеющий большее число атомов водорода в молекуле?

Поэтому-то алканы обычно называют предельными углеводородами, то есть содержащими максимально возможное (предельное) число атомов водорода в молекуле.

Гомологический ряд, номенклатура, изомерия

Алканы образуют гомологический ряд с общей формулой

где n — число атомов углерода в молекуле. Если

  • n = 1 → СН4, это метан;
  • n = 2 → С2Н6, это этан;
  • n = 3 → С3Н8, или СН3–СН2–СН3, это пропан.

Начиная с n = 4 для алканов возможна изомерия, то есть для вещества состава C4h20 существуют два соединения различного строения, а значит, различные по свойствам:

Следующий гомолог с n = 5 имеет уже три изомера, один из них н-пентан, то есть пентан нормального (неразветвлённого) строения.

Задание 18.2. Составьте графические формулы всех изомеров пентана (их три). Назовите эти изомеры.

Строение молекул

Атомы углерода и водорода в молекулах алканов соединены только простыми связями. Это ковалентные, слабо полярные связи.

Все С–Н связи в молекуле метана равноценны и направлены в пространстве к вершинам тетраэдра. Это σ-связи (сигма-связи), очень прочные. Поэтому метан и другие алканы с трудом вступают в химические реакции (на разрыв σ-связей нужно затратить много энергии). Все химические реакции алканов идут в особых условиях (нагревание, присутствие катализатора, освещение и др.), то есть при обычных условиях реакции алканов невозможны.

Свойства алканов

Физические свойства

Поскольку все связи в молекулах алканов слабо полярны, то в молекулах отсутствуют какие-либо значительные заряды. Поэтому молекулы алканов слабо притягиваются друг к другу. В результате все алканы — это либо газы, либо летучие жидкости, либо твёрдые легкоплавкие вещества (табл. 8).

Смесь газообразных углеводородов образует природный газ. Начиная с n = 16, алканы являются твёрдыми веществами. Очищенные твёрдые предельные углеводороды называют парафином.

Неполярные углеводороды практически нерастворимы в полярном растворителе, например в воде, но прекрасно растворяются в неполярных растворителях. Таким растворителем является смесь жидких алканов (бензин, керосин). Природная смесь твёрдых, жидких и газообразных углеводородов называется нефтью. Нефть в основном состоит из алканов и циклоалканов. При переработке нефти получают: попутный нефтяной газ, смесь жидких алканов (бензин, керосин), твёрдых алканов (асфальт, парафин) и другие нефтепродукты. Такой способ переработки нефти называется нефтеперегонкой и осуществляется при её нагревании в специальных ректификационных колоннах.

Задание 18.3. Бензин представляет собой смесь алканов с числом атомов углерода от 5 до 9. Составьте их молекулярные формулы.

Химические свойства

Алканы, в принципе, не способны к реакциям присоединения, так как имеют максимально возможное число атомов водорода. Поэтому их называют насыщенными углеводородами.

Для алканов наиболее характерна реакция замещения. В результате такой реакции происходит замещение одного атома водорода алкана на новую группу или на атом (на каждой стадии). Характер химической связи при этом не изменяется.

К таким реакциям относятся:

  • Реакция хлорирования, которая происходит под действием солнечного света:

  • Реакция нитрования, которая происходит при нагревании:

Обратите внимание: молекулу азотной кислоты в органических реакциях рекомендуется записывать как НО–NO2, так как в результате реакций с ней в молекуле исходного вещества появляется нитрогруппа –NО2.

Для алканов возможны реакции окисления. В растворе они не происходят. Но в присутствии катализаторов алканы окисляются до кислот:

Обратите внимание! Знак [О] означает, что происходит неполное (мягкое) окисление. Окислителями могут быть разные вещества, не только кислород, например, перманганат калия KMnO4.

При полном окислении (горении) любой алкан (и любой углеводород!) превращается в углекислый газ и воду:

Газообразные алканы горят бесцветным пламенем, т. е. сгорают полностью! При этом выделяется много теплоты, поэтому алканы применяются в качестве топлива: природный газ, бензин, керосин, мазут и т. д.

Задание 18.4. Расставьте коэффициенты в уравнении реакции горения.

При нагревании до очень высоких температур в отсутствии кислорода происходит разрушение (крекинг) молекулы углеводорода:

При этом образуются и непредельные углеводороды.

Задание 18.5. Укажите формулы непредельных углеводородов.

Процессы крекинга используют при переработке нефти.

Задание 18.6. Напишите уравнения реакций:

  1. хлорирования этана;
  2. нитрования метана;
  3. горения пентана.

Получение и применение алканов

Алканы широко распространены в природе. Простейший алкан — метан — образуется в результате разложения без доступа воздуха остатков растительных и животных организмов, этот газ выделяется на болотах, поэтому он так и называется: «болотный газ». Метан накапливается в шахтах, где добывают каменный уголь, из-за этого на шахтах иногда бывают взрывы, так как смесь метана с воздухом взрывоопасна. Это следует учитывать и в быту, так как природный газ является источником тепла в газовых плитах. Метан составляет 95–97 % природного газа.

Алканы — ценное сырьё для получения смазочных масел, пластмасс, красок, стиральных порошков и т. д. Смеси алканов — бензин, керосин — топливо для автомобилей, тракторов, ракет, самолётов. Поэтому их получают в больших количествах в основном при переработке нефти и газа.

В лаборатории в небольших количествах алканы можно получить нагреванием соли карбоновой кислоты со щёлочью:

Внимание! Здесь и далее буквой R обозначается любой углеводородный радикал.

Так, метан получают нагреванием ацетата натрия в присутствии щёлочи:

Метан можно получить гидролизом карбида алюминия (см. урок 13.1):

Кроме того, в лаборатории алканы получают синтезом Вюрца из галогенпроизводных под действием натрия:

где R и R1 — предельные радикалы.

Выводы

Алканы — предельные, насыщенные углеводороды, в молекулах которых имеется максимально возможное (предельное) числа атомов углерода. Поэтому состав всех алканов Сnh3n+2 и они не способны вступать в реакции присоединения. Все связи в молекулах алканов — неполярные, простые, очень прочные, поэтому алканы с трудом вступают в химические реакции. Это реакции замещения, крекинга, горения и каталитического окисления.

Урок 18. Алканы

4.2 (84%) 5 votes

himi4ka.ru

Жидкий алкан - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Жидкий алкан

Cтраница 1

Жидкие алканы, смешанные с холодной концентрированной серной кислотой, не взаимодействуют с ней и при отстаивании легко отделяются с образованием верхнего слоя. Ллкены же взаимодействуют с серной кислотой и полностью растворяются в ней. Присоединение серной кислоты к алкенам происходит по правилу Марковникова.  [1]

Жидкие алканы легко смешиваются друг с другом.  [2]

Жидкие алканы, такие, как пентан, гексан и гептан, очень легко растворимы друг в друге; аналогично ведут себя и низшие спирты. Гексан лишь частично смешивается с метанолом, причем обе жидкости образуют два слоя, отделенных поверхностью раздела. Между молекулами СН3ОН существуют два рода сил притяжения: вандерваальсовы силы между СН3 - группами и значительно более сильные водородные связи между ОН-группами. При растворении метанола в гексане могут принимать участие только вандерваальсовы силы. Они слишком слабы для того, чтобы разделить молекулы СН3ОН, ассоциированные посредством ОН-групп; гексан не смешивается с метанолом. Наоборот, гексан смешивается в любых соотношениях с этанолом и высшими спиртами.  [3]

Жидкие алканы, такие, как пентан, гексан и гептан, очень легко растворимы друг в друге; аналогично ведут себя и низшие спирты. Гексан лишь частично смешивается с метанолом, причем обе жидкости образуют два слоя, отделенных поверхностью раздела. Между молекулами СН3ОН существуют два рода сил притяжения: вандерваальсовы силы между СН3 - группами и значительно более сильные водородные связи между ОН-группами. При растворении метанола в гексане могут принимать участие только вандерваальсовы силы. Они слишком слабы для того, чтобы разделить молекулы СН3ОН, ассоциированные посредством ОН-групп; гексан не смешивается с метанолом. Наоборот, гексан смешивается в любых соотношениях с этанолом и высшими спиртами. В этом случае большие углеводородные радикалы спиртов развивают достаточные вандерваальсовы силы для того, чтобы сольватировать углеводород.  [4]

Жидкие алканы легче воды и не смешиваются с ней. Высшие члены ряда алканов - вязкие жидкости, причем вязкость растет с увеличением молекулярной массы и сил притяжения между молекулами. Низкая растворимость алканов в воде объясняется тем, ы; что взаимодействие между двумя полярными моле - i. Растворение, таким образом, энергетически невыгодно.  [5]

Жидкие алканы имеют большое значение в жидких топливах. Установлено, что нормальные алканы являются носителями детонирующих свойств, в результате чего их присутствие в бензинах нежелательно.  [6]

Жидкие алканы, входя в состав бензина, керосина и других продуктов переработки нефти, используют в первую очередь как топлива. Значительное количество нормальных алканов используют для получения синтетических жирных кислот, спиртов и поверхностно-активных веществ. Кроме того, они являются сырьем для микробиологической промышленности, производящей белково-витаминные концентраты.  [7]

Жидкие алканы ( гомологи, жидкие при комнатной температуре) - со-ставная часть нефти и буроугольной смолы.  [8]

Жидкие алканы, особенно нормального строения, могут в сравнительно мягких условиях окисляться кислородом воздуха.  [9]

Жидкие алканы являются компонентом моторных топлив: бензинов, газотурбинных ( авиационных, наземных и морских) и дизельных.  [10]

Количество твердых и жидких алканов в нефти зависит от ее природы.  [11]

Реакция бромирования жидких алканов сопровождается выделением бромистого водорода и проходит значительно медленнее, чем бромирование газообразных алканов.  [12]

Реакция бронирования жидких алканов сопровождается выделением бромистого водорода и проходит значительно медленнее, чем бромирование газообразных алканов.  [13]

Диэлектрическая СВЧ-спектроско-пия жидких алканов.  [14]

Теплоты сгорания жидких алканов были рассчитаны нами методами, полностью аналогичными изложенным выше.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

общие сведения. Физические и химические свойства алканов :: SYL.ru

Предельные углеводороды – это такие соединения, которые представляют собой молекулы, состоящие из атомов углерода, находящихся в состоянии гибридизации sp3. Они связаны между собой исключительно ковалентными сигма-связями. Название «предельные» или «насыщенные» углеводороды исходит из того факта, что эти соединения не имеют возможности присоединять какие-либо атомы. Они предельны, полностью насыщены. Исключение составляют циклоалканы.

Что такое алканы?

Алканы – это углеводороды предельные, а их углеродная цепь незамкнута и состоит из атомов углерода, связанных между собой при помощи одинарных связей. Она не содержит иных (то есть двойных, как у алкенов, или же тройных, как у алкилов) связей. Алканы также называют парафинами. Это название они получили, так как общеизвестные парафины являются смесью преимущественно данных предельных углеводородов С18-С35 с особой инертностью.

Общие сведения об алканах и их радикалах

Их формула: СnР2n+2, здесь n больше или равно 1. Молярная масса вычисляется по формуле: М = 14n + 2. Характерная особенность: окончания в их названиях - «-ан». Остатки их молекул, которые образуются в результате замещения водородных атомов на иные атомы, имеют название алифатических радикалов, или алкилов. Их обозначают буквой R. Общая формула одновалентных алифатических радикалов: СnР2n+1, здесь n больше или равно 1. Молярная масса алифатических радикалов вычисляется по формуле: М = 14n + 1. Характерная особенность алифатических радикалов: окончания в названиях «-ил». Молекулы алканов имеют свои особенности строения:

  • связь С-С характеризуется длиной 0,154 нм;
  • связь С-Н характеризуется длиной 0,109 нм;
  • валентный угол (угол между связями углерод-углерод) равен 109 градусов и 28 минут.

Начинают гомологический ряд алканы: метан, этан, пропан, бутан и так далее.

Физические свойства алканов

Алканы – это вещества, которые не имеют цвета и нерастворимы в воде. Температура, при которой алканы начинают плавиться, и температура, при которой они закипают, повышаются в соответствии с увеличением молекулярной массы и длины углеводородной цепи. От менее разветвленных к более разветвленным алканам температуры кипения и плавления понижаются. Газообразные алканы способны гореть бледно-голубым либо бесцветным пламенем, при этом выделяется довольно много тепла. СН4-С4Н10 представляют собой газы, у которых отсутствует также и запах. С5Н12-С15Н32 – это жидкости, которые обладают специфическим запахом. С15Н32 и так далее – это твердые вещества, которые также не имеют запаха.

Химические свойства алканов

Данные соединения являются малоактивными в химическом плане, что можно объяснить прочностью трудноразрываемых сигма-связей - С-С и С-Н. Также стоит учитывать, что связи С-С неполярны, а С-Н малополярны. Это малополяризуемые виды связей, относящиеся к сигма-виду и, соответственно, разрываться по наибольшей вероятности они станут по механизму гомолитическому, в результате чего будут образовываться радикалы. Таким образом, химические свойства алканов в основном ограничиваются реакциями радикального замещения.

Реакции нитрования

Алканы взаимодействуют только с азотной кислотой с концентрацией 10% либо с оксидом четырехвалентного азота в газовой среде при температуре 140°С. Реакция нитрования алканов носит название реакции Коновалова. В результате образуются нитросоединения и вода: Ch5 + азотная кислота (разбавленная) = Ch4 – NO2 (нитрометан) + вода.

Реакции горения

Предельные углеводороды очень часто применяются как топливо, что обосновано их способностью к горению: СnР2n+2 + ((3n+1)/2) O2 = (n+1) h3O + n СО2.

Реакции окисления

В химические свойства алканов также входит их способность к окислению. В зависимости от того, какие условия сопровождают реакцию и как их изменяют, можно из одного и того же вещества получить различные конечные продукты. Мягкое окисление метана кислородом при наличии катализатора, ускоряющего реакцию, и температуры около 200 °С может дать в результате следующие вещества:

1) 2СН4 (окисление кислородом) = 2СН3ОН (спирт – метанол).

2) СН4 (окисление кислородом) = СН2О (альдегид – метаналь или формальдегид) + Н2О.

3) 2СН4 (окисление кислородом) = 2НСООН (карбоновая кислота – метановая или муравьиная) + 2Н2О.

Также окисление алканов может производиться в газообразной или жидкой среде воздухом. Такие реакции приводят к образованию высших жирных спиртов и соответствующих кислот.

Отношение к нагреванию

При температурах, не превышающих +150-250°С, обязательно в присутствии катализатора, происходит структурная перестройка органических веществ, которая заключается в изменении порядка соединения атомов. Данный процесс называется изомеризацией, а вещества, полученные в результате реакции – изомерами. Таким образом, из нормального бутана получается его изомер - изобутан. При температурах 300-600°С и наличии катализатора происходит разрыв связей С-Н с образованием молекул водорода (реакции дегидрирования), молекул водорода с замыканием углеродной цепи в цикл (реакции циклизации или ароматизации алканов):

1) 2СН4 = С2Н4 (этен) + 2Н2.

2) 2СН4 = С2Н2 (этин) + 3Н2.

3) С7Н16 (нормальный гептан) = С6Н5 – СН3 (толуол) + 4Н2.

Реакции галогенирования

Такие реакции заключаются во введении в молекулу органического вещества галогенов (их атомов), в результате чего образуется связь С-галоген. При взаимодействии алканов с галогенами образуются галогенпроизводные. Данная реакция обладает специфическими особенностями. Она протекает по механизму радикальному, и чтобы ее проинициировать, необходимо на смесь галогенов и алканов воздействовать ультрафиолетовым излучением или же просто нагреть ее. Свойства алканов позволяют реакции галогенирования протекать, пока не будет достигнуто полное замещение на атомы галогена. То есть хлорирование метана не закончится одной стадией и получением метилхлорида. Реакция пойдет далее, будут образовываться все возможные продукты замещения, начиная с хлорметана и заканчивая тетрахлорметаном. Воздействие хлора при данных условиях на другие алканы приведет к образованию различных продуктов, полученных в результате замещения водорода у различных атомов углерода. От температуры, при которой идет реакция, будет зависеть соотношение конечных продуктов и скорость их образования. Чем длиннее углеводородная цепь алкана, тем легче будет идти данная реакция. При галогенировании сначала будет замещаться атом углерода наименее гидрированый (третичный). Первичный вступит в реакцию после всех остальных. Реакция галогенирования будет происходить поэтапно. На первом этапе заместиться только один атом водорода. C растворами галогенов (хлорной и бромной водой) алканы не взаимодействуют.

Реакции сульфохлорирования

Химические свойства алканов также дополняются реакцией сульфохлорирования (она носит название реакции Рида). При воздействии ультрафиолетового излучения алканы способны реагировать со смесью хлора и диоксида серы. В результате образуется хлороводород, а также алкильный радикал, который присоединяет к себе диоксид серы. В результате получается сложное соединение, которое становится стабильным благодаря захвату атома хлора и разрушения очередной его молекулы: R–H + SO2 + Cl2 + ультрафиолетовое излучение = R–SO2Cl + HCl. Образовавшиеся в результате реакции сульфонилхлориды находят широкое применение в производстве поверхностно-активных веществ.

www.syl.ru

Физические и химические свойства алканов

Алканы образуют гомологический ряд, каждое химическое соединение которого по составу отличается от последующего и предыдущего на одинаковое число атомов углерода и водорода – Ch3, а вещества, входящие в гомологический ряд, называются гомологами. Гомологический ряд алканов представлен в таблице 1.

Таблица 1. Гомологический ряд алканов.

Название вещества Структурная формула

Метан

Ch5

Этан

C2H6

Пропан

C3H8

Бутан

C4h20

Пентан

C5h22

Гексан

C6h24

Гептан

C7h26

Октан

C8h28

Нонан

C9h30

Декан

C10h32

В молекулах алканов выделяют первичные (т.е. связанные одной связью), вторичные (т.е. связанные двумя связями), третичные (т.е. связанные тремя связями) и четвертичные (т.е. связанные четырьмя связями) атомы углерода.

C1h4 – C2h3 – C1h4 (1 – первичные, 2- вторичные атомы углерода)

Ch4 –C3H(Ch4) – Ch4 (3- третичный атом углерода)

Ch4 – C4(Ch4)3 – Ch4 (4- четвертичный атом углерода)

Для алканов характерна структурная изомерия (изомерия углеродного скелета). Так, у пентана имеются следующие изомеры:

Ch4-Ch3-Ch3-Ch3-Ch4 (пентан)

Ch4 –CH(Ch4)-Ch3-Ch4 (2-метилбутан)

Ch4-C(Ch4)2-Ch4 (2,2 – диметилпропан)

Для алканов, начиная с гептана, характерна оптическая изомерия.

Атомы углерода в предельных углеводородах находятся в sp3 –гибридизации. Углы между связями в молекулах алканов 109,5.

Химические свойства алканов

При обычных условиях алканы химически инертны — не реагируют ни с кислотами, ни со щелочами. Это объясняется высокой прочностью -связей С-С и С-Н. Неполярные связи С-С и С-Н способны расщепляться только гомолитически под действием активных свободных радикалов. Поэтому алканы вступают в реакции, протекающие по механизму радикального замещения. При радикальных реакция в первую очередь замещаются атомы водорода у третичных, затем у вторичных и первичных атомов углерода.

Реакции радикального замещения имеют цепной характер. Основные стадии: зарождение (инициирование) цепи (1) – происходит под действием УФ-излучения и приводит к образованию свободных радикалов, рост цепи (2) – происходит за счет отрыва атома водорода от молекулы алкана; обрыв цепи (3) – происходит при столкновении двух одинаковых или разных радикалов.

X:X → 2X. (1)

R:H + X. → HX + R. (2)

R. + X:X → R:X + X. (2)

R. + R. → R:R (3)

R. + X. → R:X (3)

X. + X. → X:X (3)

Галогенирование. При взаимодействии алканов с хлором и бромом при действии УФ-излучения или высокой температуры образуется смесь продуктов от моно- до полигалогензамещенных алканов:

Ch5 + Cl2 = Ch4Cl + HCl (хлорметан)

Ch4Cl +Cl2 = Ch3Cl2 + HCl (дихлорметан)

Ch3Cl2 +Cl2 = CHCl3 + HCl (трихлорметан)

CHCl3 +Cl2 = CCl4 + HCl (тетрахлорметан)

Нитрование (реакция Коновалова) . При действии разбавленной азотной кислоты на алканы при 140С и небольшом давлении протекает радикальная реакция:

Ch4-Ch4 +HNO3 = Ch4-Ch3-NO2 (нитроэтан) + h3O

Сульфохлорирование и сульфоокисление. Прямое сульфирование алканов протекает с трудом и чаще всего сопровождается окислением, в результате чего образуются алкансульфонилхлориды:

R-H + SO2 + Cl2 → R-SO3Cl + HCl

Реакция сульфоокисления протекает аналогично, только в этом случае образуются алкансульфоновые кислоты:

R-H + SO2 + ½ O2 → R-SO3H

Крекинг – радикальный разрыв связей С-С. Протекает при нагревании и в присутствии катализаторов. При крекинге высших алканов образуются алкены, при крекинге метана и этана образуется ацетилен:

С8h28 = C4h20 (бутан)+ C3H8 (пропан)

2Ch5 = C2h3 (ацетилен) + 3h3↑

Окисление. При мягком окислении метана кислородом воздуха могут быть получены метанол, муравьиный альдегид или муравьиная кислота. На воздухе алканы сгорают до углекислого газа и воды:

Cnh3n+2 + (3n+1)/2 O2 = nCO2 + (n+1)h3O

Физические свойства алканов

При обычных условиях С1-С4 – газы, С5-С17 – жидкости, начиная с С18 – твердые вещества. Алканы практически нерастворимы в воде, но, хорошо растворимы в неполярных растворителях, например, в бензоле. Так, метан СН4 (болотный, рудничий газ) – газ без цвета и запаха, хорошо растворимый в этаноле, эфире, углеводородах, но плохо растворимый в воде. Метан используют в качестве высококалорийного топлива в составе природного газа, в качестве сырья для производства водорода, ацетилена, хлороформа и других органических веществ в промышленных масштабах.

Пропан С3Н8 и бутан С4Н10 – газы, применяемые в быту, в качестве балонных газов, за счет легкой сжижаемости. Пропан используется в качестве автомобильного топлива, поскольку является более экологически чистым, чем бензин. Бутан – сырье для получения 1,3 –бутадиена, использующегося в производстве синтетического каучука.

Получение алканов

Алканы получают из природных источников – природного газа (80-90% — метан, 2-3% — этан и другие предельные углеводороды), угля, торфа, древесины, нефти и горного воска.

Выделяют лабораторные и промышленные способы получения алканов. В промышленности алканы получают из битумного угля (1) или по реакции Фишера-Тропша (2):

nC + (n+1)h3 = Cnh3n+2 (1)

nCO + (2n+1)h3 = Cnh3n+2 + h3O (2)

К лабораторным способам получения алканов относят: гидрирование непредельных углеводородов при нагревании и в присутствии катализаторов (Ni, Pt, Pd) (1), взаимодействием воды с металлоорганическими соединениями (2), электролизом карбоновых кислот (3), по реакциям декарбоксилирования (4) и Вюрца (5) и другими способами.

R1-C≡C-R2 (алкин) → R1-CH = CH-R2 (алкен) → R1-Ch3 – Ch3 -R2 (алкан) (1)

R-Cl + Mg → R-Mg-Cl + h3O → R-H (алкан) + Mg(OH)Cl (2)

Ch4COONa↔ Ch4COO— + Na+

2Ch4COO— → 2CO2↑ + C2H6 (этан) (3)

Ch4COONa + NaOH → Ch5 + Na2CO3 (4)

R1-Cl +2Na +Cl-R2 →2NaCl + R1-R2 (5)

Примеры решения задач

ru.solverbook.com

Линейный алкан - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Линейный алкан

Cтраница 2

Низшие алканы С ] - С4 при комнатной температуре газообразны. Линейные алканы от С5 до С16 являются жидкостями, а высшие - твердыми веществами. Легколетучие жидкие алканы имеют запах бензина. Газообразные алканы и высшие углеводороды не обладают запахом. Как следует из данных табл. 2.3, температуры кипения алканов монотонно возрастают с увеличением числа СН2 - звеньев в молекуле алкана. Этой четкой зависимости не подчиняются разветвленные алканы.  [16]

Эта реакция имеет промышленное значение и служит одним из основных источников ароматических углеводородов. В ходе реакции линейные алканы подвергаются циклизации и дегидрированию в присутствии гетерогенных катализаторов на основе оксидов алюминия и хрома при высокой температуре.  [17]

Еще более эффективным процессом получения моторного топлива с максимальным значением октанового числа является риформинг. Этот процесс предназначен для превращения средних линейных алканов в цикло-алканы и далее в ароматические углеводороды.  [18]

Рассматриваемый вопрос является достаточно актуальным, и следует отметить, что при его решении были получены противоречивые результаты. Так, согласно [1, 69], в линейных алканах в дейтерообмене преимущественно участвуют концевые атомы водородов, и орбиталь преимущественно локализована на концевых группах.  [19]

Сырье подвергают гидроочистке от сернистых соединений и осушке. Технологическая схема процесса представлена на рис. 3.11. Подготовленное сырье смешивают с водородом, нагревают в печи / и направляют в реактор 2, где происходит насыщение ароматических и алкеновых компонентов и изомеризация линейных алканов в изоалканы. Продукты реакции снова охлаждают, и затем в сепараторе высокого давления 4 отделяют жидкий продукт от циркулирующего газа. Кубовый поток из колонны б подают на защелачивание раствором соды, после чего получают готовый продукт. В табл. 3.11 дается характеристика нестабильного продукта до стабилизации.  [20]

Малые циклы очень напряжены. Энергия напряжения падает до яжннмума для конформаций кресла циклогексана, постепенно возрастает до максимума для циклодекана и затем снова постепенно падает не мере того, как цикл растет и приближается по своим свойствам ж линейному алкану.  [21]

Алкены-1 получают олигомеризацией этилена по Циглеру. Современный и более перспективный промышленный метод синтеза линейных алкилбеизолсульфонатов состоит в алкилировании бензола линейными хлоралканами. Линейные алканы СюН22 - Qglfe выделяют из керосиновой фракции нефти адсорбцией на цеолитах. Цеолиты адсорбируют н-алканы, но не адсорбируют разветвленные углеводороды, которые не могут проникнуть в полость цеолита.  [22]

Была принята следующая модель раствора. Исходя из соотношений молекулярных объемов метилового спирта и циклогексана, молекуле последнего отводилось 5 мест в решетке. Заметим, что для линейных алканов число мест обычно приравнивается числу атомов углерода в цепи пс. Значение г - пс - 1 для циклогексана можно рассматривать как эмпирический учет цикличности молекул.  [23]

Синтез углеводородов из СО и Н2 является удобным методом получения чистых реактивов-индивидуальных алифатических углеводородов. Углеводородные смеси, синтезируемые по этому способу, не содержат ароматических, серу - и азотсодержащих соединений. В присутствии Co-катализаторов из СО и Н2 можно селективно получать линейные алканы или изопарафины а-строения.  [24]

Из двух изомеров первым элюирует вещество изостроения, но более размытым пиком. Чем более разветвлен изомер, тем больше размыта хроматографическая полоса. Поведение изомеров замещенных циклоалканов также аномально. Разветвление боковой цепи приводит к более сильному размыванию пика циклоалканов по сравнению с размыванием линейных алканов. Такое явление наблюдалось и для сульфидов, но не было отмечено для олефинов, ароматических соединений, меркаптанов. С повышением температуры колонки такое аномальное размывание хроматографических полос разветвленных алканов уменьшается и при 170 С исчезает совсем.  [26]

Существует множество алканов с разветвленными цепями. Для образования таких изомеров необходимо по крайней мере четыре атома углерода. Химические изомеры имеют одинаковые эмпирические формулы, но разные структуры. В табл. 4 приведены примеры разветвленных алканов, которые являются изомерами приведенных в табл. 3 линейных алканов с таким же числом атомов углерода. Для каждого алкана число возможных изомеров зависит от числа атомов углерода в молекуле. Существуют 2 бутана, 3 пен-тана - 5 гексанов, 9 гептанов, 18 октанов, 35 нонанов и 75 деканов.  [27]

Авторы делают вывод, что в коксующихся углях эфирные мостики связывают преимущественно ароматические ( полисопряженные) фрагменты, а в малометаморфизованных углях присутствуют преимущественно арил-алкнльные эфнры. Эти данные согласуются с результатами работ Alemany, Stock [50, 51], которые алкилировали угли бутил - и метилйодидами, меченными по углероду. Элюирование алкилированного угля на хроматографнческой колонке с использованием в качестве элюента ТГФ и метанола показало, что фракции, полученные при хроматографировании, различаются по составу [52]: по степени ароматичности, присутствию линейных алканов, по соотношению С - и О-бу-тилирования, по степени бутилирования ароматических и алифатических атомов углерода, по количеству карбонильных и внкильных групп. Отличия в составе фракций свидетельствуют о том, что фрагменты структуры углей различаются по составу и структуре.  [28]

Инициирование можно осуществить различными способами: термически, фотохимически, - излучением, с помощью химических инициаторов. Органический радикал генерируется путем отщепления водорода от органического субстрата. При бромировании алканов это обстоятельство приводит к тому, что скорость реакции относительно меньше, а атом брома проявляет более высокую селективность. Так, н-бутан бромируется по вторичному углеродному атому в 82 раза быстрее, чем по первичному. Бромирование линейных алканов дает почти исключительно вторичные алкилбромиды, а разветвленные алканы бромируются преимущественно по третичному углеродному атому.  [29]

Страницы:      1    2

www.ngpedia.ru

Электронное и геометрическое строение алканов

Атомы углерода в алканах находятся в sp3-гибридизованном состоянии. В алканах имеются связи С-С и С-Н. В метане имеются только С-Н связи. Связи С-Н образуются путем перекрывания 2s АО атома водорода с sp3 гибридизованной АО атома углерода. Связи С-С образуются путем перекрывания sp3-гибридизованных орбиталей атомов углерода.

Перекрывание атомных орбиталей происходит по линии, связывающей ядра атомов. Такие связи называются -связями.

Направленность -связей в метане – к вершинам правильного тетраэдра под углом 1090, что соответствует направленности четырех sp3-гибридизованных атомных орбиталей атома углерода.

Длина связи между атомами углерода в алканах 0,154нм, длина связи между атомами углерода и водорода 0,112нм.

Природные источники алканов

Природными источниками алканов являются нефть и природный газ. Природный газ в основном состоит из метана (до 98%), этана, пропана. Эти же газообразные углеводороды растворены в нефти. Метан, выделяющийся в угольных шахтах, называется рудничным газом. В результате гниения целлюлозы без доступа воздуха также образуется метан, который выделяется со дна болот (болотный газ).

При перегонке нефти получаются продукты, представляющие собой смеси углеводородов, содержащих алканы. Такими являются: петролейный эфир (Ткип. 40-750С), бензин (Ткип. 70-1800С), керосин (Ткип. 180-2300С), дизельное топливо (Ткип. 230-3050С) и мазут. При перегонке мазута при пониженном давлении или с водяным паром получают соляровое масло, смазочные масла, вазелин, парафин.

Синтетические способы получения алканов

  1. Гидрирование угля.

Гидрирование угля происходит под действием водорода только в присутствии катализаторов (оксиды и сульфиды молибдена, вольфрама, никеля) и при высоких температурах (450-4700С). Процесс проводят под давлением до 300 атм.:

nC + (n+1)h3  Cnh3n+2.

В результате образуется смесь различных алканов, которая используется в качестве моторного топлива.

  1. Гидрирование двуокиси и окиси углерода.

В присутствии катализатора, содержащего кобальт или железо, при температуре от 1800 до 3000С смесь СО и Н2 реагирует с образованием смеси алканов (синтин).

nCО + (2n+1)h3  Cnh3n+2 + nН2О

  1. Взаимодействие галогеналканов с натрием (реакция Вюрца).

Пример:

2Ch4Br + 2Na  Ch4 - Ch4 + 2NaBr

Реакция идет через образование промежуточного натрийорганического соединения.

Ch4Br + 2Na  Ch4Na + NaBr

метилнатрий

Ch4Na + Ch4Br  Ch4 - Ch4 + NaBr

  1. Электролиз солей карбоновых кислот (реакция Кольбе).

В этой реакции анион карбоновой кислоты на аноде отдает электрон (окисляется), образуя свободный радикал, который разлагается на СО2 и алкильный радикал. Алкильные радикалы димеризуются.

Пример:

  1. Декарбоксилирование карбоновых кислот.

При нагревании солей карбоновых кислот в присутствии щелочей при 2500-3000 С происходит их разложение, и выделяется алкан.

Пример:

  1. Гидрирование ненасыщенных углеводородов

Примеры:

Химические свойства алканов

Слабая полярность -связей в алканах является причиной их малой реакционной способности. При обычных условиях на них не действуют окислители, восстановители, кислоты и щелочи.

  1. Реакции радикального замещения атомов водорода.

Связи С-Н в алканах при sp3-гибридизованном атоме углерода малополярны, поэтому для них характерен гомолитический разрыв с образованием свободных радикалов:

Пример:

Такой разрыв связей происходит в реакциях галогенирования, нитрования, сульфохлорирования и сульфоокисления.

  1. Галогенирование.

Гомолитический разрыв связей требует большой энергии активации, поэтому реакции радикального замещения проходят при высоких температурах или при облучении светом.

По уменьшению реакционной способности галогены располагаются в ряд: F2  Cl2  Br2. Иод не реакционноспособен.

Хлорирование и бромирование

При освещении смеси Cl2 (или Br2) и алкана светом подходящей длины волны протекают следующие элементарные реакции.

а) Инициирование цепной реакции:

Для гомолитического разрыва связи в молекуле хлора требуется 300кДж на 1 моль хлора. Время жизни хлор-радикала 10-2 сек.

б) Цикл цепной реакции (рост цепи):

в) Обрыв цепи:

Реакции, при которых стадия инициирования приводит к двум или более самоподдерживающимся реакциям (рост цепи), заканчивающиеся обрывом цепи, называются цепными. Реакция не останавливается на стадии получения только монохлорпроизводного:

По энергии С-Н связи в алканах отличаются друг от друга:

Тип связи Энергия связи (Е, кДж/моль)

Сперв.–Н 410

Свтор.–Н 390

Стрет.–Н 380

Таким образом, наиболее активными являются С-Н связи при третичном атоме углерода.

Фторирование

При взаимодействии алканов с фтором выделяется большое количество тепла, что приводит к расщеплению С-С связей.

Сnh3n+2 + (n+1)F2  (2n+2)HF + nC

В связи с этим фторирование алканов проводят при разбавлении фтора азотом.

  1. Нитрование.

При взаимодействии алканов с разбавленной азотной кислотой или оксидами азота при нагревании происходит замещение атомов водорода на нитро-группу, и образуются нитроалканы (метод Коновалова).

Пример:

  1. Сульфохлорирование.

Пример:

  1. Сульфоокисление.

Алканы взаимодействуют с SO2 и O2 при ультрафиолетовом облучении. В результате образуются алкансульфокислоты.

Пример:

  1. Реакции алканов с кислородом.

а) В присутствии кислорода воздуха алканы легко сгорают с образованием СО2 и Н2О и выделением большого количества тепла (46000-50000 кДж/кг). Эта реакция широко используется в энергетических целях. Такое сгорание происходит в двигателях всех типов. В двигателе внутреннего сгорания при сжатии смеси паров бензина с воздухом нормальные углеводороды образуют перекиси, вызывающие преждевременное воспламенение (без участия запальной свечи). Это явление называется детонацией и причиняет вред, так как способствует изнашиванию двигателя. Разветвленные алканы лишены этого недостатка. Особенно ценны в качестве моторного топлива углеводороды, имеющие четвертичный углеродный атом (с неоструктурой), например:

Изооктан был положен в основу условной шкалы оценки моторных топлив по «октановому числу». Ему было приписано октановое число 100, а

н-гептану – 0. Бензин сравнивают со смесью, содержащей а% изооктана и (100-а)% н-гептана. При одинаковом поведении обеих проб в двигателе бензину приписывают октановое число а.

В дизельных и ракетных двигателях, где ценной является способность топлива быстро загораться, самые ценные топлива состоят из нормальных углеводородов. В оценочной условной шкале «цетановых чисел» точка 100 соответствует алкану цетану н-С16Н34, а точка 0 – метилнафталину.

Смеси газообразных алканов с кислородом взрывоопасны.

б) Окислением алканов в газообразной или в жидкой фазе воздухом или кислородом в присутствии катализаторов могут быть получены продукты частичного окисления, в основном, карбоновые кислоты.

Пример: окисление н-бутана при 80-1000С, давлении 400атм, в присутствии в качестве ктализатора солей марганца или оксидов металлов (MnO2).

Реакция проходит с разрывом углерод-углеродных цепей.

в) Окислительный пиролиз метана.

г) Конверсия метана.

Эта реакция является главным источником СО и Н2, которые широко применяются в промышленных синтезах.

  1. Термические превращения алканов.

При температуре выше 5000С алканы распадаются с выделением водорода и образованием углеводородов с более низкой молекулярной массой. Присутствие катализаторов уменьшает температуру распада. В этих реакциях происходит гомолитический разрыв связей С-С и С-Н. Термические превращения алканов называют крекингом. Термический и каталитический крекинг широко применяется в промышленности.

Труднее всего превращается метан.

Алканы с более длинной углеводородной цепью образуют ненасыщенные углеводороды или распадаются на углеводороды с меньшей молекулярной массой.

Примеры:

Алканы с шестью и более углеродными атомами в присутствии катализаторов способны к циклизации и образованию бензола и его производных – ароматических углеводородов.

Пример:

Эта реакция называется дегидроциклизацией или ароматизацией.

studfiles.net


Смотрите также