Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Красноярский государственный медицинский университет имени профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации Фармацевтический колледж Лекция «Алканы» Лихошерстова Е.В. Красноярск 2012

План лекции 1.Понятие об алканах, гомологический ряд и общая формула алканов. Строение молекулы метана и других алканов. Изомерия алканов. Физические свойства алканов. Алканы в природе. 2.Промышленные способы получения метана. Лабораторные способы получения алканов: реакция Вюрца, гидролиз карбида кальция, гидрирование алканов. 3.Химические свойства алканов: реакции замещения. Механизм реакции радикального замещения, его стадии. Реакции горения, окисления, термического разложения, изомеризации. 4.Понятие о циклоалканах и их свойствах.

Класс предельные углеводороды – алканы (парафины). 1. Общая характеристика и определение класса. Алканы - вещества, состоящие из С и Н, причем углеродные атомы до предела насыщены атомами водорода. Между атомами углерода образуется простая сигма связь. Энергия образования сигма связи в алканах высокая, что объясняет химическую инертность этих соединений, за что они названы парафинами. При нормальных условиях они не взаимодействуют с кислотами, щелочами, трудно окисляются. Для алканов типичными являются реакции замещения и разложения. Гомологический ряд. Гомологи – вещества, имеющие одинаковое строение, свойства, но различаются на несколько групп СН 2. СН 4 метан С 2 Н 6 СН 3 СН 3 этан С 3 Н 8 Н 3 С СН 2 СН 3 пропан Н 3 С СН 2 СН 2 СН 3 бутан С 5 Н 12 пентан С 6 Н 14 гексан С 7 Н 16 гептан С 8 Н 18 октан С 9 Н 20 нонан С 10 Н 21 декан Общая формула Сn H2n+2

Свойство гомологов изменяться закономерно с увеличением числа С Н атомов tº кипения, tº плавления, удельный вес. Зная свойства 1 го гомолога можно предсказать свойства последующих. С 1 С 4 - газы С 5 С 14 - жидкости С 15 и выше - твёрдые В гомологическом ряде проявляется один из законов природы – переход количественных изменений в качественные. Алкилы (радикалы). С n Н 2n + 1 Если от каждого гомолога СН 4 отнять по атому водорода, то образуется группа атомов со свободной валентностью, эта частица называется радикал (R). Радикалы активны, существуют доли секунды. Соединяются с такими же радикалами или атомами, образуя новые молекулы. – СН 3 метил - СН 2 СН 3 этил - СН 2 СН 2 СН 3 (пропил) СН 3 - СН 3 С изопропил Н

Изомерия Изомерия алканов зависит от углеродного скелета. У бутана два изомера, у кентана – 3, у гексана – 5, у гектана – 9, у октана – 18 и т.д. С 5 Н 12 – СН 3 СН 2 СН 2 СН 2 СН 3 н – пентан – СН 3 СН СН 2 СН 3 2-метил бутан СН 3 СН 3 – СН 2 С С 2,2-диметилпропан СН 3

Номенклатура алканов. Для алканов типичной является международная номенклатура. По данной номенклатуре выбирают самую длинную углеродную цепь. Нумеруют углеродные атомы в цепи, начиная с того конца, где ближе расположены меньшие из радикалов и где их больше. выносят цифры, указывающие, при каких углеродных атомах находится радикал. Считают, называют их. Заканчивают название алканом прямой цепи. СН Н 3 С СН 2 С СН 3 2 СН 3 С СН 3 2, 2, 3, 3 - тетраметилпентан 1 СН 3

Большинство алканов распространены в природе в составе природного газа, нефти и продуктов её переработки. Твёрдые углеводороды помимо нефти входят в состав природного минерального сырья – озокерита. В промышленных условиях и в лабораториях некоторые алканы получают синтетически. 1. Гидрирование непредельных углеводородов. t, Ni Н 3 С СН СН 2 + Н 2 СН 3 СН 2 СН 3 пропан пропен 2. Из галогенопроизводных углеводородов при обработке их щелочными металлами (реакция Вюрца). В данной реакции образуются алканы с более длинным углеродным скелетом или разветвленной структуры. t СН 3 СН 2 (Cl + 2Na + I) СН 3 NaCl + NaI + СН 3 СН 2 СН 3 хлорэтан йодметан пропан t СН 3 СН 2 СН 2 Br + 2K 2KBr + СН 3 СН 2 СН 2 СН 3

3. Крекинг алканов. t C, Р 25 атм. СН 3 СН 2 СН 2 СН 2 СН СН 3 СН 3 + СН 2 = СН 3 СН 2 этан пропен 4. Лабораторный способ - разложение солей карбоновых кислот сухими щелочами. О t СН 3 С + NaОН СН 4 + Na 2 CО 3 ОNa ацетат натрия сухая щелочь (сухой) О t СН 3 СН 2 СН 2 С + NaОН СН 3 СН 2 СН 3 + Na 2 CО 3 ОNa бутират натрия сухая щелочь пропан

Физические свойства В природе алканы встречаются в виде трех агрегатных состояний: жидком, твердом и газообразном. С 1 -С 4 -газы, бесцветные, без запаха, нерастворимы в воде, плохо – в органических растворителях. С воздухом дают взрывчатые смеси. Жидкие (С 5 -С 14 ) обладают запахом бензина, керосина, нерастворимы в воде, сами-хорошие растворители. Твердые алканы (С 14 и выше)-твердые, без запаха, жирные на ощупь, нерастворимы в воде, растворяются в жидких алканах. Примером смеси жидких, твердых и газообразных алканов является нефть. Озокерит является природным источником твердых алканов. Его используют при ревматических заболеваниях подобно парафину. Химические свойства Алканам характерна прочная σ – связь, поэтому для них характерны реакции расщепления, замещения. Реакции замещения. Значение имеют реакции алканов с галогенами, образуется различные галоидопроизводные углеводородов. Со взрывом идет реакция со фтором, при ярком солнце – с хлором и бромом. С йодом идет очень медленно. При галогенировании идет постепенное замещение атомов водорода на атомы галогена. Н Н свет Н С Н + Cl Cl HCl + Н С Н - хлорметан Н Cl

Н Cl Н С Н + Cl Cl HCl Н С Н - дихлорметан Н Cl Н 2 С + Cl 2 HCCl 3 + HCl хлороформ HCCl 3 + Cl 2 CCl 4 + HCl Все галогенопроизводные метана используются промышленностью в очень больших количествах. Гомологи метана галогенируются легче, особенно те, которые имеют в молекуле третичные или вторичные углеродные атомы. Галогенопроизводные применяются в технике, медицине, органическом синтезе.

Взаимодействие алканов с азотной кислотой (HNO 3 ) (реакция нитрования). Реакция Коновалова Н Н t СН 3 С СН 3 + НОNO 2 H 2 О + СН 3 С СН нитропропан Н NO 2 нитропроизводные применяется в составе реактивного топлива, для получения аминов. Аналогично протекает реакция сульфирования. Реакции разложения. Разложение алканов протекает по С С цепи. При термическом крекинге образуются молекулы предельного и непредельного углеводородов. t 500ºC С 6 Н 14 С 3 Н 8 + С 3 Н 6 Р 25 атм пропан пропен При температуре и катализаторе идёт каталитический крекинг при этом молекула алкана может превратиться в циклические или ароматические соединения.

В процессах каталитического крекинга некоторые алканы могут изомеризоваться. (Соединения с прямым скелетом могут разветвляться). Важным свойством алканов является реакция дегидрирования – отщепление водорода. При этом образуются алкены, алкины. Н Н t, Ni Н 3 С С С Н H 2 + СН 3 СН = СН 2 пропен Н Н пропан

Механизм реакции замещения и разложения Все реакции в алканах протекают по свободно-радикальному механизму. Инициатором в реакции выступает яркий солнечный свет. Начинается процесс с расщепления молекул галогена и образования свободных радикалов. Эти радикалы (атомы хлора Cl) активно взаимодействуют с алканами. свет : Cl Cl : Cl + Cl R R H H H C H + Cl HCl + CH H H R – метил H 3 C + Cl CH 3 Cl + Cl Cl

Отдельные представители Значение из группы алканов имеют: метан, вазелиновое масло, вазелин, парафин. СН 4 находит широкое применение в химической промышленности, быту. Газ обладает высокой теплотворной способностью. t СН 4 + 2О 2 СО 2 + Н 2 О + Q Из СН 4 можно получить более тысячи соединений. t 1000 С 2СН 4 С 2 Н 2 + 3Н 2 ацетилен свет СН 4 + 3Cl 2 HCCl 3 + 3HCl хлороформ t 1500 С СН 4 С + 2Н 2 сажа Сажа используется для вулканизации каучука, получения красителей, черной туши. Водород используется для получения HCl, NH 3, для гидрирования жиров в промышленности. t, катализатор СН 4 + Н 2 О СО 2 + 3Н 2 синтез – газ.

Вазелиновое масло – смесь алканов С 10 – С 14 Жидковатая маслообразная смесь без запаха, применяется при выпечке хлеба для смазки форм, в фармации, как слабительное при хронических запорах (особенно у детей). Вазелин – смесь жидких и твёрдых углеводородов с С 14 – С 25 – полужидкая бесцветная масса без запаха, нерастворима в воде, легче воды, без вкуса, не впитывается кожей. Применяется как основа для мазей и в косметологии. Парафин - смесь твёрдых углеводородов с С 17 – С 25 – беловатый или желтоватый, жирный на ощупь, обладает большой теплоемкостью, при повышении температуры плавится. Применяется в медицине при ревматических заболеваниях, артритах, как противовоспалительное средство. В пищевой промышленности – для предохранения продуктов от порчи (сыр). Применяется для изготовления свечей, мастики и крема для обуви

Ответить на вопросы 1.Запишите общую формулу алканов. 2. Постройте изомер октана с двумя четвертичными атомами углерода и назвать изомер. С 8 Н 18 3.Что такое крегинг? Какие виды крекинга вы знаете? 4.Приведите уравнение реакции Вюрца. 5. Приведите уравнение реакции Коновалова.

Основные источники: Тюкавкина Н.А., Лузин А.П., Зурабян С.Э. Органическая химия. Москва. "Медицина", – 512с. Дополнительные источники: Артеменко А.И. Органическая химия.: Изд. 2-е, испр. – М.: Высшая школа, – 536 с. Габриелян О.С. Практикум по общей, неорганической и органической химии: Уч. пос. для студ. проф. уч. завед. - М.: Академия, с. Электронная библиотека учебных материалов по химии [Электронный ресурс]. URL: КонТрен - Химия для всех. Учебно-информационный сайт. Студентам ХФ, учителям химии, школьникам и абитуриентам[Электронный ресурс]. URL: