hidrocarburi saturate alcani
„Universitatea de Stat Ufa Petrol Tehnic“
Major: „Fizică și Chimie organică“
hidrocarburi saturate (alcani)
St.gr.BTP-09-01 Antipin
Profesor asociat Kalashnikov SM
Alcani (hidrocarburi parafinice și compuși alifatici saturați ..) - structură ramificată liniară atsiklicheskieuglevodorody sau care conțin numai legături simple și formează o serie omoloagă cu formula generală CnH2n + 2.
Alcanii sunt hidrocarburi saturate și conțin numărul maxim posibil de atomi de hidrogen. Fiecare atom de carbon în molecule este în sp alcan 3 -hybridization - toți atomii patru orbitali hibrizi C egale în formă și energie nori 4 electronice îndreptate spre unghiuri tetraedru vertexul 109 ° 28“. Datorită simplele legături între atomi într-un mod liber rotativ în jurul unei legături carbon. Type carbon - # 963; -bond, conexiune cu polaritate și slab polarizabil. Lungimea legăturii carbon - 0.154 nm.
Cuvântul „alean“ aceeași origine ca „alcool“. Termenul caduc „ceara“ este derivat din parum Latină - mici, nesemnificative și affinis - aferente; parafine au o reactivitate scăzută în ceea ce privește cele mai multe substanțe chimice. Multe ceruri sunt omoloage; în seria omoloagă a alcanilor, fiecare număr succesiv este diferit de grupul anterior un metilen CH2. Termenul provine din homologos grecești - respectiv, în mod similar.
Nomenclatura (din limba latină nomenclaturii -. Lista numelor) numele de alcani sunt construite în conformitate cu anumite reguli, care nu sunt întotdeauna clare. Deci, în cazul în molecula de un alean ect substituenți diferiți, în numele aleanul sunt enumerate în ordine alfabetică. Cu toate acestea, în diferite limbi, această comandă poate varia. De exemplu, o hidrocarbură, CH3-CH (CH3) -CH (C2 H5) -CH2-CH2-CH3, în conformitate cu această regulă, în limba rusă se va numi 2-metil-3-etilhexan și în limba engleză 3-etil-2-metilhexan ...
În conformitate cu un nume și numite radicali alchil hidrocarbonat: metil (CH3 -), etil (C2 H5 -), propil (CH3) 2 CH-, C2 H5 sec-butil -CH (CH3) -, terț-butil (CH3) 3 C, etc. Radicalii alchil includ atât o parte întreagă a multor compuși organici; aceste particule cu un electron nepereche extrem de activ în stare liberă.
Unii alcani sunt izomeri și nume triviale, de exemplu, izobutan (2-metilpropan), izooctan (2,2,4-trimetilpentan), neopentan (2,3-dimetilpropan), squalane (2,6,10,15,19,23 -geksametiltetrakozan), al cărui nume provine din squalus latine - rechin (nelimiuuiv squalane derivat - scualenă, important pentru compusul metabolism a fost găsit mai întâi în ficat de rechin). Frecvent utilizate și denumirea comună a pentil radical (C5 H11) - amil. Ea vine din greacă. amylon - amidon: o dată izoamilalcool C5 H11 OH (3-metilbutanol-1), numit „alcool amilic de fermentație“ deoarece formează baza uleiului de fuzel și este produs prin fermentarea unor substanțe zaharoase - amidonul de produsele de hidroliză.
nomenklaturaIYuPAK sistematică
Conform denumirilor nomenclatura IUPAC alcanilor sunt formate cu sufixul -en prin adăugarea la o rădăcină corespunzătoare a numelui hidrocarburii. Selectează cel mai lung lant de hidrocarbură neramificată, astfel încât cel mai mare număr de deputați a fost numărul minim în lanț. Numărul compus din titlu indicat numărul de atomi de carbon, în care radicalul substituentul este, numele unui radical urmat de numele lanțului principal. În cazul în care radicalii sunt repetate, numerele care indică lista de poziție și numărul lor prefixe indică radicali identici cu di-, tri-, tetra-. În cazul în care radicalii sunt diferite, numele lor sunt enumerate în ordine alfabetică.
Selectați unul dintre atomii de carbon în lanț, acesta este considerat un metan substituit și în raport cu acesta fiind construit numit „alkil1alkil2alkil3a
· Punctele de topire și punctele de fierbere cresc cu lungimea lanțului de greutate și carbon molecular al principalelor
· În condiții normale alcanii neramificate cu CH4 la C4 H10 - Gaze; o H12 C5 la C13 H28 - lichid; după C14 H30 - solide.
· Punctele de topire și punctele de fierbere sunt reduse cu mai puțin ramificate la o ramificată. De exemplu, la 20 ° C cu n-pentan - lichid și neopentan - gaz.
· Alcani Gazoși arde flacăra albastră incoloră sau de culoare, cu eliberarea unei cantități mari de căldură.
hidrocarburi din seria metan la temperatura obișnuită sunt chimic foarte inerte, și de ce ele sunt numite parafine (de la affinis parum latine - având afinitate scăzută). Cu cele mai multe dintre aceste produse chimice hidrocarburi în aceste condiții sau nu au reacționat sau reacționează foarte lent. La temperaturi relativ scăzute curge doar un număr mic de reacții, care implică înlocuirea atomovvodoroda pentru diferite atomi și grupe (reacția metalep-Cuu). Aceste reacții conduc la prepararea hidrocarburilor corespunzătoare.
Alcanilor au activitate chimică scăzută. Acest lucru se datorează faptului că singura C-H și C-C, legătura este relativ puternică și greu să se descompună. Deoarece legăturile de carbon sunt nepolare, iar C - polaritate scăzută H, ambele tipuri de legături sunt malopolyarizuemy și # 963, tip, cel mai probabil le la rupere prin mecanismul homolitică adică să formeze radicali.
reacție de substituție radicală
halogenare
alcani Halogenarea are loc printr-un mecanism radical. Pentru a iniția amestecul de reacție trebuie să halogen alcan și iradiat cu lumină UV sau căldură. Clorurarea metanului nu se oprește în faza de clorură de metil (dacă sunt luate cantități echimolare de clor și metan) și conduce la formarea tuturor produselor de substituție posibile de clorură de metil din tetraclorură de carbon. Clorurarea alte rezultate alcani într-un amestec de produs de substituție de hidrogen la diferiți atomi de carbon. Raportul dintre produsele clorurate este dependentă de temperatură. Rata de clorinare a atomilor primare, secundare și terțiare depinde de temperatură, la scăderea ratei de temperatură scăzută, în ordinea: terțiară, secundar, primar. Cu creșterea temperaturii, diferența dintre vitezele până atunci descrește până devine egal. Mai mult decât atât produsele de clorurare distribuție factor cinetică afectează factorul statistic: probabilitatea de atac de clor atom de carbon terțiar în 3 ori mai mică decât cea a primar și de două ori mai puțin decât secundar. Astfel, alcani clorurare este reacția nestereoselektivnoy, cu excepția cazului când există doar un singur monochlorination produs.
Halogenarea - este una dintre reacțiile de substituție. halogenarea în principal cel puțin hidrogenarea atom de carbon (atom terțiar, atunci atomul secundar, primar halogenat la ultima etapă). Halogenarea alcanilor trece etape - o singură etapă se înlocuiește cu nici un atom mai mult de un hidrogen:
4. CHCl3 + Cl2 → CCl4 + HCI (tetraclorură de carbon).
Sub influența molecula de clor lumina se rupe în radicali, atunci ei ataca molecula alcan înlocuirea atomului de hidrogen din ele, rezultat format radicali metil CH3. care se ciocnesc cu moleculele de clor, distrugându-le și formarea de radicali noi.
Brominarea alcan se deosebește de stereoselectivitate clorinarea mai mare, din cauza mai mare diferența de viteze bromurării atomi de carbon terțiar, primară și secundară la temperaturi scăzute.
Lodurarea alcani de iod nu se produce, se obține iodurare directă iodura nu poate fi pusă în aplicare.
Deoarece fluor și clor reacție se poate proceda exploziv, în astfel de cazuri, halogen diluat cu azot sau diluant.
Nitrare (reacția Konovalova)
Alcanii reacționează cu o soluție 10% de acid azotic sau oxid de azot N2 O4 în fază gazoasă la o temperatură de 140 ° C și presiune joasă pentru a forma nitro. Reacția este, de asemenea, supusă regula lui markovnikov.
Toate dovezile disponibile indică mecanismul radicalilor liberi. Reacția conduce la un amestec de produse.
Proprietatea chimică principal din hidrocarburi saturate, definind utilizarea lor drept combustibil, o reacție de combustie. exemplu:
In cazul lipsei de oxigen în loc de dioxid de carbon obținut prin monoxid de carbon sau carbon (în funcție de concentrația de oxigen).
In general, reacția de ardere a alcanilor poate fi scrisă astfel:
oxidare catalitică
Pot forma alcooli, aldehide, acizi carboxilici.
La oxidarea ușoară a CH4 (catalizator, oxigen, 200 ° C), se pot forma:
· Acid formic: CH4 + O2 = HCOOH
conversia termică a alcani
expansiune
Reacțiile de descompunere apar doar sub influența temperaturilor ridicate. O creștere a temperaturii duce la ruptura legăturii carbon și formarea de radicali liberi.
Când este încălzit peste 500 ° C sunt supuse descompunerii pirolitică a alcanilor, pentru a forma un amestec complex de produse, compoziția și proporțiile care depind de temperatura și timpul de reacție. În scindarea piroliza legături carbon-carbon pentru a forma radicali alchil.
În 1930-1950 gg. Piroliză alcani superioare utilizate în industrie pentru a produce un amestec complex de alcani și alchene având de la cinci până la zece atomi de carbon. Acesta a fost numit „cracare termică“. Prin utilizarea cracarea termică în măsură să crească cantitatea de benzină datorită clivajului alcanilor conținute în fracția de kerosen (10-15 atomi de carbon în scheletul de carbon) și fracțiile de motorină (12-20 atomi de carbon). Cu toate acestea, cifra octanică a benzinei produse de cracare termică, nu depășește 65 de ani, care nu îndeplinește cerințele condițiilor moderne de funcționare ale motoarelor cu ardere internă.
dehidrogenarea
1) În scheletul de carbon 2 (etan) sau 3 (propan) atomi de carbon - primirea (terminale) alchene, deoarece în acest caz, celălalt nu poate ieși; evoluția hidrogenului:
condiții de curgere: 400-600 ° C, catalizatori - Pt, Ni, Al2 O3. CR2 O3
2) La 4 schelet de carbon (butan, izobutan) sau 5 (pentan, 2-metilbutan, neopentan) atomi de carbon - obtinerea alcadienelor; evoluția hidrogenului:
3) În scheletul de carbon 6 (hexan) și mai mulți atomi de carbon, - obținerea de benzen și derivații săi:
izomerizare
Sub acțiunea unui catalizator (de exemplu, AlCl3) alcan izomerizare are loc: de exemplu, butan (C4 H10), care interacționează cu clorură de aluminiu (AICI3), convertit de n-butan, 2-metilpropan.
conversie metan
În prezența unui catalizator de nichel de reacție are loc:
Produsul acestei reacții (un amestec de CO și H2) este numit „gaz de sinteză“.
Sursa principală de alcan (precum și alte hidrocarburi) sunt de petrol și gaze naturale, care de obicei apar impreuna.
Restaurarea alcani galogenproizvodnyh
Prin hidrogenare catalitică în prezență de paladiu convertit la alcani halogenclorură:
Restaurarea yodalkanov are loc prin încălzirea acesteia din urmă cu acid iodhidric:
amalgam de sodiu, de asemenea, adecvat pentru recuperarea halogenclorură, hidruri metalice, de sodiu în etanol, zinc în acid clorhidric sau zinc în alcool
Recuperarea alcoolilor conduce la formarea de hidrocarburi, care conțin același număr de atomi de C, de exemplu, o reacție de reducere are loc butanol (C4 H9 OH), extinzându-se în prezența LiAIH4. Aceasta eliberează apa.
Reducerea compușilor carbonilici
Reacția este efectuată într-un exces de hidrazină într-un solvent cu punct de fierbere ridicat, în prezența KOH.
Hidrogenarea hidrocarburilor nesaturate
Catalizatorul pentru reacția sunt compuși de nichel, platină sau paladiu.
In electroliza sărurilor acizilor carboxilici, anionul acidului - RCOO - este deplasat către anod, și acolo, dând electron este convertit într-un RCOO radical instabil •, care este decarboxilat imediat. R radicalul • este stabilizat cu o structură similară dublare radicală, și a format R-R. De exemplu:
Gazeificarea de combustibil solid
Se extinde la o temperatură și presiune ridicată. Catalizatorul - Ni:
2R-Br + 2Na = R-R + 2NaBr
Reacția merge în THF la -80 ° C, În reacția dintre R și R` este posibilă formarea amestecului de produs (R-R, R`-R`, R-R`)
Fischer - Tropsch
Referințe
· Al Petrov. A. Chimia alcanilor
· Pereushanu B. Producerea și utilizarea hidrocarburilor. - M. Chemistry 1987.
· Reacții Rudakov ES de alcani cu complexe oxidanți și radicali metalici din soluții. - Kiev: Naukova Dumka, 1985.
· Haynes A. Metode de oxidare a compușilor organici. Alcani, alchene, alchine și arena. - Mir 1988.