Предельные углеводороды. Сайфина Ф.Ш. Школа 161

История открытия предельных углеводородов Если присмотреться к поверхности заросшего пруда, болота или другого водоема, можно заметить, как на поверхность поднимаются пузырьки газа. С давних пор люди называли его болотным газом. В 1785г. французский химик Клод Луи Бертолле (открывший бертолетову соль) установил, что в состав болотного газа входят два элемента – углерод и водород. Была выяснена молекулярная формула вещества СН 4. Болотный газ получил название «метан». Откуда берется этот газ в природе? Незримо для человека работает природная лаборатория микроорганизмов. Особые бактерии без доступа воздуха разлагают клетчатку отмерших растений.

В 30-х гг. ХIХ в. немецкий химик К. Райхенбах выделил из буковой смолы смесь высших насыщенных углеводородов. Считая, что он получил индивидуальное вещество, Райхенбах назвал его парафином. Это слово означает не обладающий сродством. Оно при обычных условиях не взаимодействовало с кислотами и щелочами, было устойчиво к окислению. К середине XIX в. стали известны и другие углеводороды, имеющие подобное строение и свойства. В 1868г. английский химик Х. Уэтс предложил объединить их в общий класс и назвать парафинами.

Алканы. Соединения углерода с водородом, в молекулах которых атомы углерода соединены между собой одинарной( -сигма) связью, а все остальные валентности насыщены атомами водорода. C n H 2n+2

Изомерия. Для алканов характерна только изомерия цепи. Первые три члена гомологического ряда алканов (метан,этан, пропан) изомеров не имеют. СН 3 -СН 2 –СН 2 -СН СН 3 -СН-СН 3 | СН 3 Н- бутан изобутан

Номенклатура алканов. Любая разветвленная цепь рассматривается как нормальная, в которой атомы «Н» замещены на радикалы. Найти самую длинную (главную) цепь углеродных атомов Пронумеровать атомы углерода главной цепи. Номер атома углерода, у которого находится заместитель (алкильный радикал), должен быть наименьшим. Указать положение заместителя. Назвать алкильный радикал (в порядке возрастания сложности, т.е. старшинства). Если одинаковых заместителей несколько, перед их названиями ставят приставки согласно греческим числительным. Назвать алкан, соответствующий главной цепи. Все цифры друг от друга отделять запятыми, буквы от цифр – дефисом. Если при одном углеродном атоме имеется не один, а два заместителя, его цифру повторить в названии дважды.

Физические свойства. СН 4 -С 4 Н 10 С 5 Н 12 -С 15 Н 32 С 16 Н 34 Газы Жидкости Тв. В-ва (без запаха) (имеют запах) (без запаха) T кипения Т плавления увеличиваются. Алканы – бесцветные вещества, легче воды, плохо растворяются в воде, но растворяются в органических растворителях (бензол, тетрахлорметан). Газообразные и жидкие алканы образуют взрывоопасные смеси с воздухом.

Химические свойства. Алканы химически мало активны. свободноради- кальному (цепному) механизму.Для алканов наиболее характерны реакции замещения. В этих реакциях происходит гомолитический разрыв ковалентных связей, т.е. они осуществляются по свободноради- кальному (цепному) механизму.

1.Реакции замещения (разрыв связей С-Н). 1.Галогенирование(замещение атома водорода атомом галогена-F, Cl, Br с образованием галогеналкана RHal). Алканы очень активно реагируют со фтором. Хлорирование протекает под действием света и является фотохимической цепной реакцией. СН 4 + Cl hV CH 3 Cl + HCl CH 3 Cl + Cl CH 2 Cl 2 + HCl CH 2 Cl 2 + Cl CHCl 3 + HCl CHCl 3 +Cl CCl 4 + HCl При галогенировании алканов более сложного строения на атом галогена легче всего замещаются атомы водорода при третичном углеродном атоме, затем – при вторичном и, наконец, при первичном.

2.Нитрование 2.Нитрование (замещение атома водорода нитрогруппой-NO 2 c образованием нитроалканов C n H 2n+1 NO 2 Реакция Коновалова C n H 2n+2 +HNO C n H 2n+1 NO 2 +H 2 O

II. Реакции окисления. При обычных условиях алканы устойчивы к действию окислителей (KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7 ). 1.Окисление кислородом воздуха при высоких температурах (горение) О 2А) полное окисление (избыток О 2 ) с образованием углекислого газа и воды: СН 4 + 2О СО 2 + 2Н 2 О О 2 Б) неполное окисление (недостаток О 2 ) 2СН 4 + 3О СО + 4Н 2 О СН 4 + О С + 2Н 2 О В) каталитическое окисление (kat – соед. Mn) СН 3 - СН 2 - СН 2 - СН СН 3 СООН + Н 2 О

III Крекинг (разложение при t =1500) Процесс гомолитического разрыва связей С-С, который протекает при нагревании органического вещества без доступа воздуха в присутствии катализатора. СН 4 = С + 2Н 2 С 4 Н 10 = С 2 Н 6 + С 2 Н 4 IV Изомеризация ( с «С» > 4, t= 100 C, kat AlCl 3 ) СН 3 - СН 2 - СН 2 - СН 2 - СН СН 3 - СН - СН 2 - СН 3 СН 3

Сажа известна людям очень давно. В глубокой древности ее использовали для получения черной краски, туши, «копченных чернил» (чернила из копоти). Современная промышленность потребляет сажу в основном для производства резины и типографской краски.

Получение алканов. 1.Выделяют из природных источников (природный и попутный газы, нефть, каменный уголь) 2.Синтетические способы Из солей карбоновых кислот (реакция Дюма) при t. Пиролиз. Пиролизом называют термическое разложение веществ без доступа воздуха. При нагревании твердых солей карбоновых кислот с щелочами образуется предельный углеводород, содержащий на один атом углерода меньше, чем в исходной кислоте, образующей исходную соль. CH 3 COONa(тв.) +NaOH(тв.)---Na 2 CO 3 +CH 4 галогеналканов:Из галогеналканов: А) синтез Вюрца СН 3 – Cl + 2Na + Cl – CH 3 СН 3 – СН 3 + 2NaCl Практическое значение этот способ имеет только для получения симметричных алканов с четным числом атомов углерода.

Б) синтез Вюрца – Гриньяра СН 3 – Cl + Mg CH 3 – Mg – Cl (реактив Гриньяра) CH 3 – Mg – Cl + Cl – CH 2 – CH 3 + MgCl 2 3. Электролиз Кольбе 2R–COONa +2H 2 O -- R–R + 2CO 2 + H 2 +2NaOH 4. Синтез из СО и H смесь алканов n СО + (2n+1) H CnH 2n+2 + nН 2 О 5. Разложение карбида Al водой или кислотами Al 4 C H 2 O = 3СН 4 + 4Al(OH) 3 Al 4 C НCl = 3СН 4 + 4AlCl 3 этим способом в лабораторных условиях можно получить метан.

Применение алканов Газообразные и жидкие алканы используют в качестве топлива: бытового, промышленного, для двигателей внутреннего сгорания и дизельных. На предприятиях химической промышленности на основе предельных углеводородов получают: сажу для производства резины и типографских красок; водород; непредельные углеводороды; кислородсодержащие органические вещества. Галогенпроизводные алканов используются как растворители, средства тушения пожаров, хладоагенты для холодильных установок.

Применение алканов в медицине. Вазелин. Представляет собой одну из высококипящих фракций перегонки нефти и состоит из углеводородов, содержащих более 20 атомов углерода в молекуле. Широко используется в фармацевтической практике как основа при приготовлении медицинских мазей. Хлороформ CHCl 3 ( трихлорметан) – бесцветная жидкость с характерным запахом, температура кипения 61 градусов С. Используется в медицине для наркоза. Йодоформ CHI 3 ( трийодметан) – твердое вещество, температура плавления 119 градусов С; применяется как антисептическое перевязочное средство. Перфторалканы – углеводороды, в которых все атомы водорода замещены на атомы фтора – эффективные газопереносящие среды, что позволяет использовать их в качестве искусственной крови.

Циклоалканы. Предельные углеводороды, содержащие замкнутые циклы из атомов углерода. С n H 2n,С n H 2n, где n больше, или равно 3 Номенклатура цикло+алкан ИзомерияИзомерия углеродного скелета, классов соединений (алкены), пространственная(для малых циклов).

Номенклатура Названия дают добавляя приставку цикло- к названию алкана. Цикло + алкан Нумерацию атомов углерода в цикле проводят начиная от атома с простейшим заместителем и далее по кратчайшему пути к следующему заместителю. Главное требование – минимальная сумма цифр в названии циклоалкана.

Физические свойства. С 3 -С 4 -газы, С 5 С 10 -жидкости, > C 11 - твердые, плохо растворимы в воде, легко- в органических растворителях. Ткип, Тпл. выше, чем у алканов, обладают наркотическим действием.

Химические свойства. малых циклов(С=3,4 больших циклов (С>5)-Для малых циклов(С=3,4) характерны реакции присоединения с разрывом цикла, для больших циклов (С>5)- реакции замещения С 3 Н 6 +Br C 3 H 6 Br 2 C 5 H 10 + Br 2 ---C 5 H 9 Br +HBr

Получение 1.Из нефти(входят в состав нафтеновых нефтей). ароматическихИз ароматических углеводородов: С 6 Н 6 +3Н С 6 Н 12 дигалогенпроизводныхИз дигалогенпроизводных УВ: С 5 Н 10 Cl 2 +2Na----C 5 H Na Внутримолекулярная реакция Вюрца – основной лабораторный способ получения циклоалканов.

Применение циклоалканов Из циклоалканов практическое значение имеют циклогексан, метилциклогексан и некоторые другие. В процессе ароматизации нефти эти соединения превращаются в бензол, толуол и другие вещества, которые широко используют для синтеза красителей, медикаментов и т.д. Циклогексан С 3 Н 6 – бесцветный газ со сладковатым запахом. Используется в хирургии в качестве средства для ингаляционного наркоза.

Список литературы 1. Настольная книга учителя Химия 9 класс О.С. Габриелян, И.Г. Остроумов 2. Настольная книга учителя Химия 10 класс О.С. Габриелян, И.Г. Остроумов 3. Теория химического строения. Углеводороды. Рабочая тетрадь. А. Журин, Л. Левина. 4. Химия внутри нас Введение в бионеорганическую и биоорганическую химию А.С. Егоров, Н.М. Иванченко, К.П. Шацкая. 5. Химия Пособие для школьников старших классов и поступающих в вузы. О.С. Габриелян, И.Г. Остроумов 6. Репетитор по химии под редакцией А.С. Егорова