Ациклические (алифатические) соединения (стр. 3 )

  пропин  пропан

Декарбоксилирование (отщепление СО2) карбоновых кислот идет по общей схеме:

R – C – O – H СО2 + R – H

  РР  алкан

  O 

карбоновая 

  кислота

CH3 – CH2 – C – O – H СО2 + CH3 – CH3

  РР  этан

  O

  пропионовая 

  кислота

Декарбоксилирование солей карбоновых кислот (реакция Дюма)

Сплавление натриевой соли карбоновой кислоты с твердой щелочью дает возможность получить алкан по общей схеме:

R – C – O – Na + Na – O – H Na2СО3 + R – H

  РР  алкан

  O 

натриевая

  соль

карбоновой 

  кислоты

CH3 – CH2 – C – O – Na + Na – O – H Na2СО3 + CH3 – CH3

  РР  этан

  O

  пропионат натрия 

Синтез Вюрца

При взаимодействии галогеналканов (R–Hal) с металлическим натрием образуются предельные углеводороды и галогенид натрия (Na–Hal) по общей схеме:

  2R – Hal  +  2Na  " R – R + 2Na – Hal

галогеналкан  алкан

2CH3 – Cl + 2Na  " CH3 – CH3 + 2NaCl

хлорэтан  этан

Этот синтез служит для получения алканов из однородных галогеналканов, но если в реакцию вступают различные галогеналканы, то образуется смесь алканов по общей схеме:

3R1 – Hal + 6Na + 3Hal – R2 " R1 – R1 + R2 – R2 + R1 – R2 + 6NaHal

  смесь аланов

3CH3 – Cl + 6Na + 3Cl – CH – CH3 " 6NaCl + CH3 – CH3 + CH3 – CH – CH – CH3 +

хлорэтан  Р  этан  Р Р 

  CH3  CH3  CH3

  2-хлорпропан  2,3-диметилбутан

+ CH3 – CH – CH3

  Р

  CH3

  2-метилпропан

*Электролиз солей карбоновых кислот (синтез Кольбе)

Электролиз солей карбоновых кислот идет с образованием алканов по схеме:

2RCOONa + 2H2O " R – R + 2CO2 + 2NaOH + Н2

  соль  алкан

карбоновой

  кислоты

2CH3COONa + 2H2O " CH3 – CH3 + 2CO2 + 2NaOH + Н2

  ацетат  этан

  натрия

*Восстановление алкилгалогенидов иодоводородом идет по общей схеме:

H – I  +  I – R  "  R – H + I2

  галогеналкан  алкан

H – I  +  I – CH3  "  CH4  +  I2

  иодметан  метан

*Гидролиз реактива Гриньяра

R – Mg – Cl + HO – H " MgOHCl + R – H

  реактив  алкан

Гриньяра

CH3 – CH2 – Mg – Cl + HO – H " MgOHCl + CH3 – CH3

этилмагнийхлорид  этан

Гидролиз карбида алюминия

Al4C3 + 12H2O " 4Al(OH)3$ + 3CH4#

  карбид  метан

  алюминия

Физические свойства

Низшие алканы – метан, этан, пропан и бутан – бесцветные газы без запаха или со слабым запахом бензина. Простейший  из них – метан – газ без цвета, вкуса и запаха, горит бесцветным пламенем. Алканы от пентана до пентадекана (С15Н32) – жидкости, а более тяжелые углеводороды (высшие алканы) – твердые вещества.

Температуры кипения и плавления алканов постепенно увеличиваются  с возрастанием углеродной цепи (молекулярной массы) (табл. 1):

Таблица 1. Физические свойства алканов с неразветвленной цепью

Название алкана	Молекулярная формула алкана	t кип., 0С	t пл., 0С
Метан	СН4	– 161,5	– 182,5
Этан	С2Н6	– 88,6	– 182,8
Пропан	С3Н8	– 42	– 187,7
Бутан	С4Н10	– 0,5	– 138,3
Пентан	С5Н12	36,1	– 129,7
Гексан	С6Н14	68,7	– 95,3
Гептан	С7Н116	98,4	– 90,6
Октан	С8Н18	124,7	– 56,8
Нонан	С9Н20	150,8	– 53,7
Декан	С10Н22	174,0	– 29,6
Эйкозан	С20Н42	342,7	36,8

Алканы разветвленного строения кипят при более низкой температуре, чем их неразветвленные изомеры:

СН3 – СН2 – СН2 – СН2 – СН3;   н-пентан   (t кип. = 36,2 0С)

СН3 – СН – СН2 – СН3;   Р   СН3   изопентан   (2-метилбутан)   (t кип. = 28 0С)

СН3   Р   СН3 – СН – СН3   Р   СН3   2,2-диметилпропан   (t кип. = 9,5 0С)

Алканы – неполярные соединения, поэтому  плохо растворимы в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях. Жидкие алканы сами являются хорошими растворителями.

Все алканы – горючие вещества.

Химические свойства

Предельные углеводороды обладают низкой реакционной способностью. При обычных условиях на них не действуют даже концентрированные растворы щелочей, а также кислоты и окислители. Алканы не вступают в реакции присоединения, т. к. валентности атомов углерода полностью насыщенны водородными атомами.

Для алканов характерны два основных типа реакций: реакции замещения атомов водорода (с гомолитическим разрывом связи С – Н) и реакции разрыва связей С – С и С – Н.

Реакции замещения атомов водорода

Разрыв связи, при котором каждый атом получает по одному электрону из общей пары, называется гомолитическим:

Наиболее характерными для алканов являются реакции свободно-радикального замещения (SR), в ходе которых атомы водорода замещаются на атом галогена или другую группу атомов.

В этих реакциях, замещение водородных атомов происходит легче при третичном углеродном атоме, труднее – при вторичном, и особенно трудно – при первичном. Это объясняется энергией разрыва связей С–Н. Так, например, при разрыве связей С–Н при первичном углеродном атоме затрачивается 420 кДж/моль, при вторичном – 390 кДж/моль, а при третичном – 370 кДж/моль.

Галогенирование (реакция замещения атома водорода атомом галогена)

Галогенирование протекает при освещении УФ-светом () или при нагревании в темноте и в присутствии катализаторов.

Алканы очень активно взаимодействуют с фтором, причем практически все атомы водорода замещаются на фтор. Реакции с фтором протекают со взрывом, поэтому фтор обычно разбавляют азотом или растворителем. Реакция с хлором протекает при освещении, он менее активен, чем фтор.
Для проведения бромирования необходимо освещение и повышенная температура. Реакция с йодом практически не идет, ни при каких условиях.

В результате реакции галогенирования образуются галогенопроизводные алканов (галогеналканы, галогеналкилы).

Например, хлорирование метана идет с последовательным замещением в его молекуле всех атомов водорода:

  H  Н

  Р  Р 

Н – С – Н + Cl – Cl H – C – Cl + HCl

  Р  Р

  H  H

  метан  хлорметан

  (метилхлорид)

  (хлористый метил)

  Cl  Cl

  Р  Р 

Н – С – Н + Cl – Cl H – C – Cl + HCl

  Р  Р

  H  H

  хлорметан  дихлорметан

  (метилендихлорид)

  (хлористый метилен)

  Cl  Cl

  Р  Р 

Н – С – Н + Cl – Cl H – C – Cl + HCl

  Р  Р

  Cl  Cl

  дихлорметан  трихлорметан

  (метинтрихлорид)

  (хлористый метин)

  (хлороформ)

  Cl  Cl

  Р  Р 

Cl – С – Н + Cl – Cl Cl – C – Cl + HCl