Химия . (стр. 4 )

  дихлорметан

  (хлористый метилен )

CH2Cl2 + Cl2  HCl + CHCl3

  трихлорметан

  (хлороформ)

CHCl3 + Cl2  HCl + CCl4

  тетрахлорметан

  (четыреххлористый углерод)

б)        нитрование.

Алканы взаимодействуют с разбавленной азотной кислотой при нагревании, образуя нитропроизводные алканов (реакция Коновалова):

  H  NO2

  t

CH3 – CH – CH3 + HO – NO2  H3C – C – CH3 + H2O 

                          H

                                                2-нитропропан

  .

дегидрирование (отщепление водорода).

При пропускании алканов над катализатором (Pt, Ni, Al2O3, Cr2O3) при высокой температуре (400-600 С) происходит отщепление молекулы водорода и образование алкена:

CH3 – CH3  CH2 = CH2 + H2

термическое разложение.

При нагревании алканов до 500 С и выше (с катализаторами или без их участия) они разлагаются с разрывом связей С – С и С – Н.

В результате образуются более простые углеводороды – непредельные и предельные;

изомеризация.

Этот процесс связан с превращением неразветвленных алканов в разветвленные: 

  H3C

  H3C – CH – CH2 – CH3

  2-метилбутан

  t

H3C – CH2 – CH2 - CH2 – CH3  CH3

  H3C – C – CH3

  CH3

  2,2-диметилпропан

Такое превращение достигается при нагревании алканов в присутствии катализатора (AlCl3).

В реакцию изомеризации вступают алканы, углеродная цепь которых содержит не менее четырех углеродных атомов;

реакция окисления.

Алканы – горючие вещества. При их горении выделяется большое количество энергии.

CH4 + 2O2  CO2 + 2H2O + 880 кДж/моль

При обычной температуре алканы устойчивы к действию даже сильных окислителей ( KMnO4, K2CrO4).

Если пропустить метан через водный раствор перманганата калия, то окраска раствора не изменится. Окисление метана в этих условиях не происходит. Но при каталитическом окислении и одновременном нагревании

22

высшие алканы способны окисляться с образованием многих кислородосодержащих продуктов (спиртов, альдегидов, кетонов, карбоновых кислот).

CH4 + [O]  CH3OH

  спирт метанол

Получение алканов
Для получения алканов используют природные источники.

Газообразные алканы выделяют из природного и попутных нефтяных газов, а жидкие и твердые – из нефти.

2)         Для получения алканов можно использовать смесь оксида углерода (II) и водорода (синтез-газ) в присутствии катализатора.

nCO + (2n + 1) H2  Co или Ni  CnH2n + nH2O

  2000 С

3)         Гидрирование этиленовых и ацетиленовых углеводородов в присутствии катализатора (Pt, Pd, Ni)

H2C  CH2 + H2  Pt  H3C  CH3

  этилен                        этан

HC  CH + 2H2  Pt  H3 C  CH3

ацетилен  этан

4)        Действие металлического натрия на галогенопроизводные алканов – реакция Вюрца:

H3CBr + 2Na + BrCH3  C2H6 + 2NaBr

5)        Сплавление соли уксусной кислоты с гидроксидом натрия:

H3C  COONa + NaOH  CH4 + Na2CO3

  натриевая соль  метан

уксусной кислоты

6)        Гидролиз карбидов. При обработке некоторых карбидов, содержащих углерод в степени окисления – 4, водой образуется метан:

Al4C3 + 12H2O  3CH4 + 4Al(OH)3

Циклоалканы

7.1 Строение циклоалканов

Циклоалканы – это циклические углеводороды, не содержащие в молекуле кратных связей и соответствующие общей формуле CnH2n.

Все атомы углерода в циклоалканах находятся в состоянии  Sp3- гибридизации.

На свойства циклоалканов существенное влияние оказывает устойчивость цикла, непосредственно связанная с его размером.

В цикле, состоящем из трех атомов углерода, валентный угол составляет 60 (равносторонний треугольник).

Реакционная способность циклобутана несколько ниже, так как угловое напряжение составляет 9,5 (плоский квадрат).

7.2 Изомерия

Для циклоалканов характерна структурная изомерия, связанная с:

а)        размером цикла

  CH2  CH2  CH2  CH  CH2

  CH2  CH2  CH2  CH2

  CH2

  циклопентан  метилциклобутан

б)        взаимным расположением заместителей в кольце:

  CH2  CH3

  CH2  CH  CH3  CH

  CH2  CH  CH3  CH2  CH2

  CH2  CH2  CH  CH3

1,2-диметилциклогексан 

  CH2

  1,3-диметилциклогексан

в) строением заместителя:

  CH2  CH2  CH3

CH2  CH  CH2  CH2  CH3  CH2  CH  CH 

CH2  CH2  CH2  CH2  CH3

  CH2  CH2

пропилциклогексан  изопропилциклогексан

г) межклассовая изомерия

CH2  CH2  CH2  CH  CH2  CH3

  бутен-1

CH2  CH2

циклобутан

д) пространственная изомерия.

Так как свободное вращение атомов в цикле невозможно, заместители могут располагаться либо по одну сторону плоскости цикла (цис-положение), либо по разные стороны (транс-положение).

  H  CH3

CH2  C  CH2  C

  CH3  H

  H  H

CH2  C  CH2  C

  CH3  CH3

цис-1,2-диметилциклобутан  транс-1,2-диметилциклобутан

7.3 Номенклатура

Названия циклоалканов образуются добавлением к названию

соответствующего алкана приставки цикло-. При наличии заместителей их названия перечисляются в префиксе:

  CH2

CH3  CH2  CH  CH2

  CH2  CH2

  CH2 

Если заместителей несколько, то они перечисляются с добавлением номера атома углерода в цикле, при котором находится соответствующий заместитель. Нумерация начинается от атома, при котором находится старший заместитель, в сторону атома, при котором находится более младший.

  2

  CH2

  1  3

CH3  CH  CH  CH2  CH3

  6  4

  CH2  CH2

  5

  CH2

1-метил-3-этилциклогексан

7.4 Получение циклоалканов

Гидрирование бензола.

При каталитическом гидрировании бензола и его гомологов образуются соответственно циклогексан или его производные:

  CH3  CH3

  + 3H2  Pt 

толуол  метилциклогексан

2)        Дегалогенирование

Дегалогенирование дигалогенопроизводных трех– и четырехчленные циклы получают действием цинка на соответствующие дигалогенпроизводные:

  СН2  Br  СН2

  СН2  +  Zn  СН2  +  ZnBr2

  СН2  Вr  СН2

1,3 дибромпропан  циклопропан

7.5 Химические свойства

1) Реакция присоединения

а) гидрирование (при повышенной температуре)

  СН2  t0,Pt

  + Н2  СН3 – СН2 – СН3

СН2  СН2

  пропан

циклопропан 

б) галогенирование (бромирование)

  CH2

  + Br2  BrCH2 – CH2 – CH2 – CH2 - Br

CH2  CH2  1,3 дибромпропан 

  циклопропан

2) Реакция замещения

а) галогенирование (бромирование)

  + Br2  Br + HBr

б) нитрование

  1200  NO2

  + HNO3  +  H2O

  (10 % раствор)

  циклогексан                 нитроциклогексан

       8 Непредельные углеводороды. Алкены

К непредельным относят углеводороды, содержащие в молекулах кратные связи между атомами углерода.

Непредельными являются алкены, алкины, алькидиены.

Непредельным характером обладают циклические углеводороды, содержащие двойную связь в цикле (циклоалкены), а также циклоалкены с наибольшим числом атомов в цикле (три или четыре атома).

Строение алкенов.

Алкены – ациклические углеводороды, содержат в молекуле, помимо одинаковых связей, одну двойную связь между атомами углерода и соответствующие общей формуле СnН2n.

Атомы углерода, между которыми имеется двойная связь, находятся в состоянии Sp2 – гибридизации. Это означает, что в гибридизации участвуют одна S и две р-орбитали, а одна р – орбиталь остается негибридизованной.

Перекрывание гибридных орбиталей приводит к образованию  у  - связи, а за счет негибридизованных  р – орбиталей соседних атомов углерода образуется вторая р – связь.

Таким образом, двойная связь состоит из одной  у  - связи  и одной

р – связи. Гибридные орбитали атомов, образующих двойную связь, находятся в одной плоскости, а орбитали, образующие р – связь, располагаются перпендикулярно плоскости молекулы.

   

8.2 Гомологический ряд алкенов

С2Н4 – этилен (этен)

С3Н6 – пропилен (пропен)  газы

С4Н8 – бутилен (бутен)

С5Н10 – пентилен (пентен)

С6Н12 – гексилен (гексен)

С7Н14 – гептилен (гептен)  жидкости

С8Н16 – октилен (октен)

C9Н18 – нонилен (нонен)

С10Н20 – децилен (доцен)

8.3 Номенклатура

Названия углеводородов ряда этилена образуются, путем изменения суффикса –ан соответствующею предельного углеводорода на –илен.