Alkánok

A metán , a legegyszerűbb alkán kémiai szerkezete (fent) és 3D modellje (lent) .

Az alkánok ( paraffinok , telített vagy telített szénhidrogének is ) lineáris vagy elágazó szerkezetű aciklikus szénhidrogének , amelyek csak egyszerű (egyszeres) kötéseket tartalmaznak, és homológ sorozatot alkotnak a C n H 2n + 2 általános képlettel .

Minden alkán és alkén az alifás szénhidrogének osztályába tartozik . Az alkánok telített szénhidrogének, vagyis adott számú szénatomhoz a lehető legtöbb hidrogénatomot tartalmazzák. Az alkánmolekulák minden szénatomja sp 3 hibridizációs állapotban van - a C atom mind a 4 hibrid pályája alakja és energiája azonos, 4 kötés irányul a tetraéder csúcsaihoz 109 ° 28'-os szögben. A C-C kötések σ-kötések , amelyeket alacsony polaritás és polarizálhatóság jellemez . A C-C kötés hossza 0,154 nm , a C-H kötésé 0,1087 nm .

Az osztály legegyszerűbb képviselője a metán (CH 4 ). A leghosszabb láncú szénhidrogént, a nonakontatrictane C 390 H 782 1985-ben I. Bidd és M. K. Whiting angol kémikusok [1] szintetizálták .

Nómenklatúra

Racionális

A szénlánc egyik atomja ki van választva, metánnal szubsztituáltnak tekinthető, és ehhez kapcsolódik az „alkil1alkil2alkil3alkil4metán” elnevezés, pl.

a : n -butil- szek - butil -izobutil-metán b : triizopropil-metán in : trietil -propil-metán

Szisztematikus IUPAC

Az IUPAC-nómenklatúra szerint az alkánok neveit az -an utótag használatával adják hozzá a szénhidrogén nevéből a megfelelő gyökhöz. A leghosszabb el nem ágazó szénhidrogénláncot választjuk úgy, hogy ennek a láncnak a számozása a szubsztituensnek a lánc végéhez legközelebb eső oldalától kezdődik. A vegyület nevében annak a szénatomnak a számát, amelynél a szubsztituens csoport vagy heteroatom található, egy szám jelzi , majd a csoport vagy heteroatom neve és a főlánc neve. Ha a csoportok ismétlődnek, akkor soroljuk fel a helyzetüket jelző számokat, az azonos csoportok számát pedig a di-, tri-, tetra- előtagok jelzik. Ha a csoportok nem azonosak, akkor a nevüket ábécé sorrendben soroljuk fel. [2]

Például:

2,6,6-trimetil-3-etil-heptán (balról jobbra) / 2,2,6-trimetil-5-etil-heptán (jobbról balra)

A szubsztituensek helyzetének összehasonlításakor mindkét kombinációban előnyben részesítjük azt, amelyikben az első eltérő számjegy a legkisebb. Így a helyes név a 2,2,6 -trimetil-5- etil- heptán .

Homológiai sorozat és izoméria

Az alkánok homológ sorozatot alkotnak .

Alkánok homológ sorozata (első 10 tag)
Metán	CH 4	CH 4
Etán	CH3 - CH3 _	C 2 H 6
Propán	CH3 - CH2 - CH3 _	C 3 H 8
Bután	CH3 - CH2 - CH2 - CH3 _	C 4 H 10
Pentán	CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 _	C5H12 _ _ _
hexán	CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 _	C6H14 _ _ _
Heptán	CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 _	C7H16 _ _ _
Oktán	CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 _	C 8 H 18
Nonan	CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 _	C 9 H 20
Dékán	CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 _	C 10 H 22

A háromnál több szénatomot tartalmazó alkánok izomerjeik vannak. A telített szénhidrogének izomériája a szerkezeti izomerizmus legegyszerűbb típusának – a szénváz izomériájának, illetve a C 7 H 16 -tól kezdve – az optikai izomériának is köszönhető [3] . A C n H 2n+2 alkánok szerkezeti izomereinek száma az n szénatomok számától függően a sztereoizoméria [4] [5] és a sztereoizoméria [6] figyelembevétele nélkül :

n	Izomerek száma	A sztereoizoméria figyelembevétele
négy	2	2
5	3	3
6	5	5
7	9	tizenegy
nyolc	tizennyolc	24
9	35	55
tíz	75	136
tizenegy	159	345
12	355	900
13	802	2412
tizennégy	1858	6563
tizenöt	4347	18 127
húsz	366 319	3 396 844
25	36 797 588	749 329 719
harminc	4 111 846 763	182 896 187 256

A rövid szénláncú szénhidrogének szerkezeti izomereinek számát C 14 H 30 -ig közvetlen számlálással határoztuk meg; 1931-ben rekurzív módszert dolgoztak ki az izomerek számának megszámlálására [7] . Nem találtunk egyszerű összefüggést az n szénatomok száma és az izomerek száma között [7] . Az alkánok különböző szerkezeti izomereinek száma megbecsülhető a Redfield-Polyi tétel segítségével [8] . $n\jobbra nyíl {\mathcal {1}}$

Fizikai tulajdonságok

Az olvadáspont és a forráspont a fő szénlánc molekulatömegével és hosszával nő.
Az IUPAC által meghatározott szabványos körülmények között ( nyomás 10 5 Pa , hőmérséklet 0 °C) az egyenes láncú alkánok CH 4 - C 4 H 10 között gázok, C 5 H 12 - C 13 H 28 között folyadékok, és kiindulási C14H30-ból és tovább - szilárd anyagok .
Az olvadáspont és a forráspont kevésbé elágazóról elágazóbbra csökken. Így például 20 °C-on az n - pentán folyadék, a neopentán pedig gáz.
A gáznemű és szilárd alkánok nem szagolnak, egyes folyékony alkánok jellegzetes „benzinszagúak”.
Minden alkán színtelen, könnyebb a víznél és nem oldódik benne. Az alkánok jól oldódnak szerves oldószerekben, oldószerként folyékony alkánokat ( pentán , hexán ) használnak.

A normál alkánok fizikai tulajdonságai

n	Név	T pl , °C	T bp , °C	Sűrűség , g/ cm3	Törésmutató
egy	Metán	−182,48	−161,5	0,416 T bp
2	Etán	−183,3	−88,63	0,546 a T kipnél
3	Propán	−187,7	−42.1	0,585 T bp -nél
négy	Bután	−138.35	−0,5	0,6 T bp -nél	1,3326
négy	izobután	−159.60	−11.73	0,5510 a T kipnél
5	Pentán	−129,7	36.07	0,6262	1,3575
6	hexán	−95,3	68.7	0,6594	1,3749
7	Heptán	−90,6	98.4	0,6795	1,3876
nyolc	Oktán	−55,8	125.7	0,7025	1,3974
9	Nonan	−54	150,8	0,718	1.4054
tíz	Dékán	−29.7	174.1	0,730	1.4119
tizenegy	Undecan	−25.6	195,9	0,7402	1,4151
12	Dodecan	−9.6	216.3	0,7487	1.4216
13	Tridecan	−5.4	235,5	0,7564	1,4256
tizennégy	Tetradekán	5.9	253.6	0,7628	1.4289
tizenöt	Pentadecan	9.9	270,6	0,7685	1.4310
16	Hexadekán	18.2	286,8	0,7734	1,4345
17	Heptadekán	22.0	301.9	0,778*	1,4369*
tizennyolc	Octadecan	28.2	316.1	0,7819*	1,4390*
19	Nonadecan	32.1	329,76	0,7855*	1,4409*
húsz	Eikozan	36.8	342,7	0,7887*	1,4426*
21	Geneikosan	40.5	355.1	0,7917*	1,4441*
22	Docosan	44.4	367,0	0,7944*	1,4455*
23	Trikozan	47.6	380.2	0,7969*	1,4468*
24	tetrakozán	50.9	389.2	0,7991*	1,4480*
25	Pentacosan	53.7	401.0	0,8012*	1,4491*
26	Hexacosan	57	262 (15 Hgmm)	0,778
27	Heptakozán	60	270 (15 Hgmm)	0,780
28	Octacosan	61.1	280 (15 Hgmm)	0,807
29	Nonakozane	64	286 (15 Hgmm)	0,808
harminc	Triacontan	65.8	446.4	0,897*	1,4536*
31	Gentriacontan	67.9	455	0,8111*	1,4543*
32	Dotriacontan	69.7	463	0,8124*	1,4550*
33	Tritriacontan	71	474	0,811
34	Tetratriacontan	73.1	478	0,8148*	1,4563*
35	Pentatriacontan	74.7	486	0,8159*	1,4568*
36	Hexatriakontán	75	265 130 Pa-nál	0,814
37	Heptatriacontane	77.4	504.14	0,815
38	Octatriacontan	79	510,93	0,816
39	Nonatriacontane	78	517.51	0,817
40	Tetracontan	81.4	523,88	0,817
41	Gentetracontan	80.7	530,75	0,818
42	Dotetracontan	82.9	536.07	0,819
43	Tritetrakontán	85.3	541,91	0,820
44	tetratetrakontán	86.4	547,57	0,820
45	Pentatetrakontán		553.1	0,821
46	Hexatetrakontán		558.42	0,822
47	Heptatetrakontán		563,6	0,822
48	Octatetracontan		568,68	0,823
49	Nonatetracontan		573.6	0,823
ötven	Pentacontan	93	421	0,824
51	Genpentacontan		583	0,824
52	Dopentacontane	94	587,6	0,825
53	tripentakontán		592	0,825
54	Tetrapentakontán	95	596,38	0,826
…	…	…	…	…	…
60	Hexacontan	98.9
…	…	…	…	…	…
70	Heptacontan	105.3
…	…	…	…	…	…
100	Hektán	115.2
…	…	…	…	…	…
150	Pentacontagectane	123
…	…	…	…	…	…
390	Nonacontatrictan	132

Megjegyzés a táblázathoz: * a túlhűtött folyadékra kapott értékek meg vannak jelölve.

Spektrális tulajdonságok

IR spektroszkópia

Az alkánok infravörös spektrumában a C-H kötés feszítő rezgésének frekvenciája egyértelműen a 2850-3000 cm- 1 tartományban mutatkozik meg . A C-C kötés nyújtó rezgésének frekvenciája változó és gyakran alacsony intenzitású. A jellegzetes hajlító rezgések a C–H kötésben a metil- és metiléncsoportban általában az 1400–1470 cm – 1 tartományban vannak , azonban a metilcsoport 1380 cm – 1 -nél gyenge sávot ad a spektrumban .

UV spektroszkópia

A tiszta alkánok nem nyelnek el 2000 Å feletti ultraibolya sugárzást , ezért gyakran kiváló oldószerek más vegyületek UV-spektrumának mérésére.

Kémiai tulajdonságok

Az alkánok kémiai aktivitása alacsony. Ennek az az oka, hogy a C-H és C-C egyszeres kötések viszonylag erősek és nehezen szakadnak fel. Mivel a C-C kötések nem polárisak, a C-H kötések pedig alacsony polaritásúak, mindkét kötéstípus enyhén polarizálható és a σ-típusba tartozik, felszakadásuk nagy valószínűséggel homolitikus mechanizmussal, azaz gyökképződéssel történik.

Radikális helyettesítési reakciók

Halogénezés

Az alkánok halogénezése radikális mechanizmussal megy végbe. A reakció megindításához az alkán és halogén keverékét UV-sugárzással kell besugározni vagy melegíteni.

A metán klórozása nem áll meg a metil-klorid előállításának szakaszában (ha ekvimoláris mennyiségű klórt és metánt veszünk), hanem minden lehetséges szubsztitúciós termék képződéséhez vezet, a klór -metántól a szén-tetrakloridig . Más alkánok klórozása különböző szénatomokon hidrogénszubsztitúciós termékek keverékét eredményezi. A klórozási termékek aránya a hőmérséklettől függ. A primer, szekunder és tercier atomok klórozási sebessége a hőmérséklettől függ, alacsony hőmérsékleten a sebesség csökken a következő sorozatban: tercier, szekunder, primer. A hőmérséklet emelkedésével a sebességkülönbség addig csökken, amíg az azonos lesz. A klórozási termékek eloszlását a kinetikai tényezőn kívül egy statisztikai tényező is befolyásolja: a klór harmadlagos szénatomot érő támadásának valószínűsége 3-szor kisebb, mint az elsődleges, és 2-szer kisebb, mint a szekunder. Így az alkánok klórozása nem sztereoszelektív reakció, kivéve azokat az eseteket, amikor csak egy monoklórozási termék lehetséges.

A halogénezés könnyebben megy végbe, minél hosszabb az n - alkán szénlánca. Ugyanebben az irányban csökken az anyagmolekula ionizációs energiája , vagyis az alkán könnyebben válik elektrondonorrá .

A halogénezés a helyettesítési reakciók egyike . A legkevésbé hidrogénezett szénatom halogénezett először (tercier atom, majd szekunder, a primer atomok halogéneződnek utoljára). Az alkánok halogénezése szakaszosan megy végbe klór-metán, diklór-metán, kloroform és szén-tetraklorid egymás utáni képződésével : egy lépésben legfeljebb egy hidrogénatomot cserélnek ki:

{\mathsf {CH_{4}+Cl_{2}\jobbra CH_{3}Cl+HCl))

{\mathsf {CH_{3}Cl+Cl_{2}\jobbra mutató CH_{2}Cl_{2}+HCl))

{\mathsf {CH_{2}Cl_{2}+Cl_{2}\rightarrow CHCl_{3}+HCl))

{\mathsf {CHCl_{3}+Cl_{2}\jobbra CCl_{4}+HCl))

Fény hatására a klórmolekula gyökökre bomlik, majd megtámadják az alkánmolekulákat, leszakítva azok hidrogénatomját, ennek eredményeként CH 3 metilgyökök keletkeznek , amelyek a klórmolekulákkal ütközve elpusztítják és új gyököket képeznek. .

A halogénezés láncmechanizmusa:

1) Beavatás

{\displaystyle {\ce {\mathsf {Cl{\text{:}}Cl->[{h\nu }]Cl{\text{ }}+{\text{ }}Cl))))

2) láncnövekedés

{\mathsf {CH_{3}{\text{-}}CH_{2}{\text{-}}CH_{3}+Cl{\text{ }}\rightarrow CH_{3}{\ text {-}}{\pont {CH}}{\text{-}}CH_{3}+HCl}}

{\mathsf {CH_{3}{\text{-}}{\dot {CH}}{\text{-}}CH_{3}+Cl{\text{:}}Cl\rightarrow CH_{ 3}{\text{-}}CHCl{\text{-}}CH_{3}+Cl{\text{ }}}}

3) Szakadt áramkör

{\displaystyle {\mathsf {CH_{3}{\text{-}}{\dot {CH}}{\text{-}}CH_{3}+Cl{\text{ }}\rightarrow CH_{3 } {\text{-}}CHCl{\text{-}}CH_{3))))

Az alkánbrómozás nagyobb sztereoszelektivitással tér el a klórozástól a tercier, szekunder és primer szénatomok brómozási sebességében tapasztalható nagyobb különbség miatt alacsony hőmérsékleten.

Az alkánok jóddal történő jódozása nem történik meg, és a jodidokat nem lehet közvetlen jódozással előállítani.

Fluorral és klórral a reakció robbanásszerűen lejátszódhat, ilyenkor a halogént nitrogénnel vagy megfelelő oldószerrel hígítják.

Szulfonálás

A kén-oxid (IV) és az oxigén egyidejű hatására az alkánokra, ultraibolya besugárzással vagy szabad gyökök donorai (diazometán, szerves peroxidok) részvételével a szulfonálási reakció alkil -szulfonsavak képződésével megy végbe :

{\mathsf {CH_{3}{\text{-}}CH_{2}{\text{-}}CH_{2}{\text{-}}CH_{3}{\xrightarrow {O_{ 2};SO_{2};h\nu }}CH_{3}{\text{-}}CH_{2}{\text{-}}CH_{2}{\text{-}}CH_{2} {\text{-}}SO_{2}OH}}

Szulfoklórozás (Reed reakciója)

Ultraibolya sugárzással besugározva az alkánok SO 2 és Cl 2 keverékével reagálnak . Miután a hidrogén-klorid távozásával alkilgyök keletkezik, kén-dioxidot adnak hozzá. A létrejövő komplex gyököt egy klóratom befogásával stabilizálják az utóbbi következő molekulájának megsemmisítésével.

A láncfolyamat fejlesztése:

\mathsf{RH + Cl \cdot \rightarrow R\cdot + HCl}

\mathsf{R\cdot + SO_2 \rightarrow RSO_2\cdot}

\mathsf{RSO_2\cdot + Cl_2 \rightarrow RSO_2Cl + Cl\cdot}

A lineáris szénhidrogének a legkönnyebben szulfoklórozhatók, ellentétben a klórozási és nitrálási reakciókkal. [9]

A keletkező szulfonil-kloridokat széles körben használják felületaktív anyagok gyártásában .

Nitrálás

Az alkánok 10%-os salétromsav vagy nitrogén-monoxid NO 2 oldattal reagálnak gázfázisban 140 °C hőmérsékleten és alacsony nyomáson nitroszármazékokat képezve:

\mathsf{RH + HNO_3 \jobbra nyíl RNO_2 + H_2O}

A rendelkezésre álló adatok szabadgyök - mechanizmusra utalnak. A reakció eredményeként termékkeverékek keletkeznek.

Oxidációs reakciók Autooxidáció

Az alkánok oxidációja a folyékony fázisban a szabad gyökös mechanizmus szerint megy végbe, és hidroperoxidok képződéséhez vezet , ezek bomlástermékei és kölcsönhatása a kiindulási alkánnal. A fő autooxidációs reakció vázlata:

\mathsf{RH + O_2 \jobbra mutató R\cdot + HOO\cdot}

\mathsf{R\cdot + O_2 \rightarrow ROO\cdot}

\mathsf{ROO\cdot + RH \jobbra ROOH + R\cdot}

Égés

A telített szénhidrogének fő kémiai tulajdonsága, amely meghatározza tüzelőanyagként való felhasználásukat, az égési reakció . Példa:

\mathsf{CH_4 + 2O_2 \jobbra nyíl CO_2 + 2H_2O + \Delta Q}

A Q érték eléri a 46 000-50 000 kJ/kg -ot .

Oxigénhiány esetén szén-dioxid helyett szén-monoxidot (II) vagy szenet nyernek (az oxigénkoncentrációtól függően).

katalitikus oxidáció

Alkánok katalitikus oxidációjának reakcióiban alkoholok , aldehidek , karbonsavak keletkezhetnek .

A CH 4 enyhe oxidációjával katalizátor jelenlétében oxigénnel 200 ° C-on a következők képződhetnek:

metanol : $\mathsf{2CH_4 + O_2 \jobbra 2CH_3OH}$
formaldehid : ${\mathsf {CH_{4}+O_{2}\jobbra HCHO+H_{2}O))$
hangyasav : $\mathsf{2CH_4 + 3O_2 \jobbra 2HCOOH + 2H_2O}$

Az oxidáció levegővel is végrehajtható. Az eljárást folyékony vagy gázfázisban hajtják végre. Az iparban a magasabb zsíralkoholokat és a megfelelő savakat ilyen módon állítják elő .

Alkánok oxidációs reakciója dimetil -dioxiránnal :

Az alábbiakban bemutatjuk a savak katalitikus oxidációval és az alkánok hasításával történő előállításának mechanizmusát az ecetsav butánból történő előállításának példáján :

Alkánok termikus átalakulásai Bomlás

A bomlási reakciók csak magas hőmérséklet hatására mennek végbe. A hőmérséklet emelkedése a szénkötés felszakadásához és szabad gyökök képződéséhez vezet .

Példák:

\mathsf{CH_4 \xrightarrow[]{^ot > 1000 ^oC} C + 2H_2}

\mathsf{C_2H_6 \jobbra 2C + 3H_2}

Reccsenés

500 °C fölé hevítve az alkánok pirolitikus lebomláson mennek keresztül, és összetett termékkeverék keletkezik, amelynek összetétele és aránya a hőmérséklettől és a reakcióidőtől függ. A pirolízis során a szén-szén kötések felhasadnak, és alkilcsoportok keletkeznek.

1930-1950-ben. a magasabb szénatomszámú alkánok pirolízisét iparilag alkalmazták alkánok és alkének 5-10 szénatomos komplex keverékének előállítására. Ezt "termikus repedésnek" nevezik. A termikus krakkolás segítségével növelni lehetett a benzinfrakció mennyiségét a kerozinfrakcióban ( 10-15 szénatom a szénvázban) és a gázolajfrakcióban ( 12-20 szénatomos ) lévő alkánok hasadása miatt. atomok). A termikus krakkolásból nyert benzin oktánszáma azonban nem haladja meg a 65-öt, ami nem felel meg a modern belső égésű motorok működési feltételeinek követelményeinek.

Jelenleg a termikus krakkolást az iparban teljesen kiszorította a katalitikus krakkolás, amelyet gázfázisban, alacsonyabb hőmérsékleten - 400-450 °C és alacsony nyomáson - 10-15 atm - alumínium-szilikát katalizátoron hajtanak végre, amelyet égetéssel folyamatosan regenerálnak. légáramban keletkezett rajta koksz . A katalitikus krakkolás során az elágazó szerkezetű alkánok tartalma meredeken megnő a keletkező benzinben.

A metán esetében:

\mathsf{2CH_4 \xrightarrow[]{^ot > 1500 ^oC} C_2H_2 + 3H_2}

A repedés során az egyik kötés (C-C) megszakad, és két gyök keletkezik. Ekkor három folyamat megy végbe egyidejűleg, aminek eredményeként a reakció sok különböző terméket ad:

{\displaystyle {\mathsf {CH_{3}{\text{-}}CH_{2}{\text{:}}CH_{3}{\xrightarrow {1500^{\circ }C}}CH_{3} {\text{-}}CH_{2}{\text{ }}+{\text{ }}CH_{3))))

1) Rekombináció:

{\mathsf {CH_{3}{\text{-}}CH_{2}{\text{ }}+{\text{ }}CH_{2}{\text{-}}CH_{ 3} \jobbra nyíl CH_{3}{\text{-}}CH_{2}{\text{-}}CH_{2}{\text{-}}CH_{3}}}

{\displaystyle {\mathsf {CH_{3}{\text{ }}+{\text{ }}CH_{2}{\text{-}}CH_{3}\rightarrow CH_{3}{\text {- }}CH_{2}{\text{-}}CH_{3))))

{\mathsf {CH_{3}{\text{ }}+{\text{ }}CH_{3}\rightarrow CH_{3}{\text{-}}CH_{3}}}

2) Aránytalanság:

{\mathsf {CH_{3}{\text{ }}+{\text{ }}CH_{2}{\text{-}}CH_{3}\jobbra mutató CH_{4}+CH_{ 2} {\text{=}}CH_{2}}}

{\displaystyle {\mathsf {CH_{3}{\text{-}}CH_{2}{\text{ }}+{\text{ }}CH_{2}{\text{-}}CH_{ 3} \jobbra mutató CH_{3}{\text{-}}CH_{3}+CH_{2}{\text{=}}CH_{2))))

3) β-bomlás (kötéstörés (CH)):

{\mathsf {CH_{3}{\text{-}}CH_{2}{\text{ }}{\xrightarrow {-H{\text{ }}}}CH_{2}{\ text{ =}}CH_{2}}}

Dehidrogénezés

1) A szénvázban 2 (etán) vagy 3 (propán) szénatom - (terminális) alkéneket kapunk, mivel másokat ebben az esetben nem lehet előállítani; hidrogén felszabadulás:

Áramlási feltételek: 400-600 °C, katalizátorok - Pt, Ni, Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 , például etilén képzése etánból:

\mathsf{CH_3\text{-}CH_3 \jobbra mutató CH_2 \text{=}CH_2 + H_2}

2) A szénvázban 4 (bután, izobután) vagy 5 (pentán, 2-metil-bután, neopentán ) szénatom - alkadiének, például butadién-1,3 és butadién-1,2 előállítása butánból:

\mathsf{CH_3\text{-}CH_2\text{-}CH_2\text{-}CH_3 \jobbra nyíl CH_2\text{=}CH\text{-}CH\text{=}CH_2 + 2H_2}

\mathsf{CH_3\text{-}CH_2\text{-}CH_2\text{-}CH_3 \jobbra nyíl CH_2\text{=}C\text{=}CH\text{-}CH_3 + 2H_2}

3) A 6 (hexán) vagy több szénatomos szénvázban - benzol és származékainak előállítása:

\mathsf{CH_3(CH_2)_5CH_3 \jobbra nyíl C_6H_5CH_3 + 4H_2}

Metán konverzió

Nikkel katalizátor jelenlétében a reakció a következőképpen megy végbe:

\mathsf{CH_4 + H_2O \jobbra mutató CO + 3H_2}

Ennek a reakciónak a termékét (CO és H 2 keverékét ) " szintézisgáznak " nevezik .

Elektrofil szubsztitúciós reakciók

Izomerizáció:
Az alkánizomerizáció katalizátor (pl. AlCl 3 ) hatására megy végbe: például a bután (C 4 H 10 ) alumínium-kloriddal (AlCl 3 ) kölcsönhatásba lépve n -butánból 2-metil-propánná alakul .

Az alkánok nem lépnek kölcsönhatásba kálium-permanganáttal (KMnO 4 ) és brómos vízzel (a Br 2 vizes oldata).

A természetben lenni

Az űrben lenni

Kis mennyiségben alkánok találhatók a Naprendszer külső gázbolygóinak légkörében: a Jupiteren - 0,1% metán , 0,0002% etán , a Szaturnuszon 0,2% metán és etán - 0,0005%, metán és etán az Uránuszon . 1,99% és 0,00025%, a Neptunuszon - 1,5% és 1,5⋅10-10 [ 10 ] . A Szaturnusz Titán műholdján a metán (1,6%) folyékony formában van jelen, és a Földön a ciklusban lévő vízhez hasonlóan (poláris) metántavak (etánnal keverve) és metáneső is található a Titánon. Ráadásul a várakozásoknak megfelelően a vulkáni tevékenység következtében metán kerül a Titán légkörébe [11] . Ezenkívül metán található a Hyakutake üstökös farkában és a meteoritokban ( széntartalmú kondritokban ). Azt is feltételezik, hogy a metán és az etán üstökös jég a csillagközi térben keletkezett [12] .

Helyszín a Földön

A föld atmoszférájában a metán nagyon kis mennyiségben (körülbelül 0,0001%) van jelen, bizonyos archaeák (archaebacteriumok) termelik , különösen a szarvasmarhák bélrendszerében . Az alacsony szénatomszámú alkánok földgáz , olaj és valószínűleg a jövőben gázhidrátok (melyek a permafrost területeken és az óceánok alatt találhatók) lerakódásai ipari jelentőséggel bírnak. A metán a biogázban is megtalálható .

A magasabb alkánok a növények kutikulájában találhatók , megvédve őket a kiszáradástól, a parazita gombáktól és a kis növényevő szervezetektől. Ezek általában páratlan számú szénatomos láncok , amelyek páros szénatomszámú zsírsavak dekarboxilezése során jönnek létre . Állatokban az alkánok feromonként megtalálhatók a rovarokban , különösen a cetse legyekben (2-metilheptadekán C 18 H 38 , 17,21-dimetil-heptatriakontán C 39 H 80 , 15,19-dimetil-heptatriakontán C 39 H 80 és 15,19-dimetil-heptatriakontán C 39 H 39 - trimetil-heptatriakontán C 40 H 82 ). Egyes orchideák alkánferomonokat használnak a beporzók vonzására.

Getting

Az alkánok (valamint más szénhidrogének) fő forrása az olaj és a földgáz , amelyek általában együtt fordulnak elő.

Halogénezett alkánok visszanyerése:

Palládium jelenlétében végzett katalitikus hidrogénezés során a halogén-alkánok alkánokká alakulnak [13] :

\mathsf{RCH_2Cl + H_2 \jobbra mutató RCH_3 + HCl}

A jód-alkánok redukciója akkor következik be, ha az utóbbiakat hidrogén-jodiddal hevítik:

\mathsf{RCH_2I +HI \jobbra mutató RCH_3 + I_2}

A halogénalkánok redukciójára a nátrium-amalgám, fém-hidridek, nátrium alkoholban, cink sósavban vagy cink alkoholban is alkalmas [13].

Az alkoholok visszanyerése :

Az alkoholok redukciója azonos szénatomszámú szénhidrogének képződéséhez vezet, így például a butanol (C 4 H 9 OH) redukciós reakciója LiAlH 4 jelenlétében megy végbe . Ebben az esetben víz szabadul fel [14] .

\mathsf{CH_3CH_2CH_2CH_2OH \xrightarrow[]{LiAlH_4} CH_3CH_2CH_2CH_3 + H_2O}

Karbonilvegyületek visszanyerése

Kizhner-Wolf reakció :

A reakciót hidrazin feleslegében, magas forráspontú oldószerben, KOH jelenlétében hajtjuk végre [15] .

Clemmensen reakció [16] :

Telítetlen szénhidrogének hidrogénezése

Az alkénekből

\mathsf{C_nH_{2n} + H_2 \jobbra C_nH_{2n+2}}

Alkinekből _

\mathsf{C_nH_{2n-2} + 2H_2 \jobbra mutató C_nH_{2n+2}}

A reakciót nikkel- , platina- vagy palládiumvegyületek katalizálják [17] .

Kolbe szintézise

A karbonsavak sóinak elektrolízise során a savas anion - RCOO - az anódra kerül, és ott elektront adva instabil RCOO• gyökké alakul, amely azonnal dekarboxileződik. Az R• gyök egy hasonló gyökkel való megkettőződéssel stabilizálódik, és R-R keletkezik [18] . Például:

\mathsf{CH_3COO^- \rightarrow CH_3COO\cdot + e^-}

\mathsf{CH_3COO\cdot \rightarrow CH_3\cdot + CO_2}

\mathsf{2CH_3\cdot + B \jobbra mutató C_2H_6}

Szilárd tüzelésű gázosítás (Berthelot, Schroeder, Bergius eljárások )

Magas hőmérsékleten és nyomáson fordul elő. Katalizátor - Ni (Berthelot esetében), Mo (Schroeder esetében) vagy katalizátor nélkül (Bergius esetében):

\mathsf{C + 2H_2 \jobbra mutató CH_4}

Wurtz reakció

\mathsf{2R\text{-}Br + 2Na \jobbra nyíl R\text{-}R + 2NaBr}

A reakció THF -ben játszódik le -80 °C hőmérsékleten [19] . R és R` kölcsönhatása termékek keverékét képezheti (R-R, R`-R`, R-R`)

Fischer-Tropsch szintézis

{\mathsf {nCO+(2n+1)H_{2}\jobbra C_{n}H_{{2n+2}}+nH_{2}O}}

Dumas reakció

Alkánok előállítása karbonsavak sóinak dekarboxilezésével, ha lúggal (általában NaOH-val vagy KOH-val) fuzionálják:

$CH{\scriptstyle {\text{3}}}COONa+NaOH\rightarrow Na{\scriptstyle {\text{2}}}CO{\scriptstyle {\text{3}}}+CH{\scriptstyle { \text{4}}}$

Alumínium-karbid hidrolízise [20]

${\mathsf {Al_{4}C_{3}+12H_{2}O\rightarrow 3CH_{4}\uparrow +4Al(OH)_{3}\downarrow ))$

Biológiai hatás

Az alacsonyabb szénatomszámú alkánok kábító hatásúak , fulladást okoznak, és irritálják a légutakat. Krónikus hatás esetén az alkánok megzavarják az idegrendszer működését, ami álmatlanság, bradycardia , fokozott fáradtság és funkcionális neurózisok formájában nyilvánul meg . A gázok irritáló hatása miatt szubakut, akut és krónikus mérgezéseknél tüdőgyulladás és tüdőödéma alakul ki.

Jegyzetek

↑ Bidd, Ilesh and Whiting, Mark C. Egy és négyszáz közötti lánchosszúságú tiszta n-paraffinok szintézise. J. Chem. Soc., Chem. Commun., 19. szám, 1985, p. 543-544
↑ Deryabina G.I., Kantaria G.V. 2.4.2. Az alkánok nevének megalkotásának szabályai az IUPAC szisztematikus nemzetközi nómenklatúrája szerint (hozzáférhetetlen link) . Interaktív multimédiás tankönyv "Szerves kémia" . Szerves, Bioszerves és Orvosi Kémiai Tanszék SamGU . Letöltve: 2012. október 10. Az eredetiből archiválva : 2012. október 14.. (határozatlan)
↑ Chemical Encyclopedia, 3. évf., 1992 , p. 177.
↑ Fizer L., Fizer M. Organic Chemistry, 1. kötet, 1966 , p. 125.
↑ OEIS szekvencia A000602 = n-csomópontos gyökértelen kvartikus fák száma ; n-szén alkánok száma C(n)H(2n+2), figyelmen kívül hagyva a sztereoizomereket
↑ OEIS szekvencia A000628 = n-csomópontú, gyökértelen sztérikus kvartikus fák száma ; n-szén alkánok száma C(n)H(2n+2), figyelembe véve a sztereoizomereket
↑ 1 2 Henze Henry R., Blair Charles M. A metánsorozat izomer szénhidrogéneinek száma // Journal of the American Chemical Society. - ACS Publishers , 1931. - Vol. 53 , sz. 8 . - P. 3077-3085 . - doi : 10.1021/ja01359a034 .
↑ G. Polya. Kombinatorische Anzahlbestimmungen für Gruppen, Graphen und chemische Verbindungen // Acta Mathematica . - 1937. - 1. évf. 68.—P. 145–254. - doi : 10.1007/BF02546665 .
↑ Perekalin V.V., Zonis S.A. Szerves kémia
↑ (angolul) Dr. David R. Williams Jupiter adatlap (angol) (nem elérhető link) . NASA (2007). Letöltve: 2010. október 6. Az eredetiből archiválva : 2011. október 5..
↑ Emily Lakdawalla . Titán: Arizona jégszekrényben? . Letöltve: 2004. január 21. Az eredetiből archiválva : 2008. április 6.. (határozatlan)
↑ Mama , MJ; Disanti, MA, dello Russo, N., Fomenkova, M., Magee-Sauer, K., Kaminski, CD és DX Xie. Bőséges etán és metán kimutatása szén-monoxiddal és vízzel együtt a C/1996 B2 Hyakutake üstökösben: Evidence for Interstellar Origin // Tudomány : folyóirat. - 1996. - 1. évf. 272. sz . 5266 . - 1310. o . - doi : 10.1126/tudomány.272.5266.1310 . — PMID 8650540 .
↑ 1 2 Vegyi katalógus >> Szerves kémia 63. oldal
↑ ALKOHOL - cikk a "Világ körül" enciklopédiából
↑ Kizsner - Farkas reakció // Nagy Szovjet Enciklopédia : [30 kötetben] / ch. szerk. A. M. Prohorov . - 3. kiadás - M . : Szovjet Enciklopédia, 1969-1978.
↑ http://www.cnshb.ru/AKDiL/0048/base/RK/160003.shtm
↑ Hidrogénező katalizátorok (hozzáférhetetlen kapcsolat) . Letöltve: 2009. június 10. Az eredetiből archiválva : 2009. április 22.. (határozatlan)
↑ Kolbe reakció // Nagy Szovjet Enciklopédia : [30 kötetben] / ch. szerk. A. M. Prohorov . - 3. kiadás - M . : Szovjet Enciklopédia, 1969-1978.
↑ WURZ REAKCIÓ (elérhetetlen link) . Letöltve: 2009. június 10. Az eredetiből archiválva : 2011. május 3.. (határozatlan)
↑ karbid, hidrolízise - Vegyész kézikönyv 21 . chem21.info. Letöltve: 2018. április 12. (határozatlan)

Irodalom

Alkánok aktiválása és katalitikus reakciói / Per. angolról; szerk. K. Hill. - M .: Mir , 1992.
Általános toxikológia / Szerk. Loita A. O .. - Szentpétervár. : ELBI-SPb., 2006.
Petrov Al. A. Alkánok kémiája . — M .: Nauka , 1974. — 243 p.
Poya D. Kombinatorikus számítások csoportokra, grafikonokra és kémiai vegyületekre // A kombinatorikus analízis felsorolási problémái. - M . : Mir, 1979. - S. 36-138 . (Orosz)
Peraushanu V. Szénhidrogének előállítása és felhasználása. — M .: Kémia, 1987.
Rudakov ES Alkánok reakciói oxidálószerekkel, fémkomplexekkel és gyökökkel oldatokban. - Kijev: Naukova Dumka , 1985.
Fizer L., Fizer M. Szerves kémia. Haladó tanfolyam. - M. , 1966. - T. 1. - 680 p.
Haynes A. Szerves vegyületek oxidációs módszerei. Alkánok, alkének, alkinok és arének. - M .: Mir, 1988.
Chemical Encyclopedia / Ch. szerk. I. L. Knunyants. - M . : Great Russian Encyclopedia, 1992. - T. 3: Réz-szulfidok - Polimer festékek. — 640 p. — ISBN 5-85270-039-8 .
Perekalin V.V., Zonis S.A. Szerves kémia. - 4. kiadás, átdolgozva. - M . : Oktatás , 1982. - 560 p.
Sürgősségi ellátás akut mérgezés esetén. Toxikológiai kézikönyv / Szerk. A Szovjetunió Orvostudományi Akadémiájának akadémikusa, S. N. Golikov. — M .: Orvostudomány , 1977.

Linkek

Szótárak és enciklopédiák	Nagy dán Nagy norvég Nagy orosz a világ körül Brockhaus
Bibliográfiai katalógusokban	BNF : 11946931w GND : 4191827-7 J9U : 987007563165105171 LCCN : sh85097763 NKC : ph115667

szénhidrogének
Alkánok	Metán Etán Propán Bután izobután Pentán Izopentán Neopentán hexán Heptán Oktán izooktán Nonan Dékán Undecan Dodecan Tridecan Tetradekán Pentadecan Hexadekán Heptadekán Octadecan Nonadecan móló Eikozan Geneikosan Docosan Trikozan tetrakozán Pentacosan Gentriacontan Pentatriokontán Hektán Nonacontatrictan
Alkének	Etilén propén butének Pentenes hexének Heptének Oktén
Alkinok	Acetilén propilén De
diének	Propadien Butadién Izoprén Ciklobutadién
Egyéb telítetlen	Vinil-acetilén Diacetilén Karotin
Cikloalkánok	Ciklopropán Ciklobután Ciklopentán Ciklohexán Cikloheptán Ciklooktán Ciklononán Ciklodekán Cikloundekán Ciklodekán Ciklotridekán Ciklotetradekán Ciklopentadekán Ciklohexadekán Cikloheptadekán
Cikloalkének	Ciklopropén Ciklobutén ciklopentén Ciklohexén Cikloheptén 1,3-ciklohexadién 1,4-ciklohexadién 1,5-ciklooktadién
aromás	Benzol Toluol Dimetil-benzolok Etilbenzol Propilbenzol Cumol Sztirol Fenil-acetilén Difenil Difenil-metán Trifenil-metán Tetrafenil-metán Mesitylene Hexametil-benzol
Policiklikus	Decalin
Policiklusos aromás vegyületek	Naftalin Antracén Benzantracén Pentacén Fenantrén pirén Benzpirén Azulén Chrysen Inden indan
Lásd még: A hidrogén bináris vegyületei szervetlen savak

A szerves vegyületek osztályai
szénhidrogének	Alkánok Alkének Arénák Alkinok diének Cikloalkánok
Oxigén tartalmú	Alkoholok Éterek (észterek) Aldehidek Ketonok Keteny karbonsavak Észterek (észterek) ortoészterek Szénhidrát Zsírok Kinonok Fenolok Enols Hidroxi savak Oxosavak Peroxidok
Nitrogén tartalmú	Aminok Amin-oxidok Amidok hidrazidok Hidrazonok Osazones Nitrovegyületek Nitrozovegyületek Imines oximok Nitronok Nitrolsavak Diazo vegyületek Diazóniumsók Nitrilek Izonitrilek szerves azidok Izocianátok Aminosavak Mókusok Peptidek
Kén	tiolok Szulfidok Szulfoxidok Szulfonok Tioészterek Só Bunte Xanthates diszulfidok Szulfonsavak Szulfinsavak Tioaldehidek Tioketonok Tiokarbonsavak Szerves tiocianátok Izotiocianátok
Foszfor tartalmú	foszfinok Foszfonsavak foszfinsavak Foszfonsavak Nukleinsav Nukleotidok
haloorganikus	halogénezett szénhidrogének Fluororganikus vegyületek Perfluor-szénhidrogének Szerves klórvegyületek Brómszerves vegyületek Szerves jódvegyületek
szerves szilícium	Szilánok Silazans Siltiak sziloxánok Szilikonok
Szerves elem	germániumszerves szerves bór Organotin Szerves ólom Alumínium szerves Szerves higany Egyéb fémorganikus
További fontos osztályok	Ciklikus vegyületek