Алканы (Парафины). Лекция 6 1.Гомологический ряд алканов 2. Номенклатура аканов 3. Строение алканов 4. Изомерия в ряду алканов 5. Получение алканов из. - презентация

1 Алканы (Парафины)

2 Лекция 6 1.Гомологический ряд алканов 2. Номенклатура аканов 3. Строение алканов 4. Изомерия в ряду алканов 5. Получение алканов из природных источников 6. Синтез алканов 7. Физические свойства алканов 8. Химические свойства алканов

3 Алканы (парафины) – углеводороды с открытой цепью, в которых атомы углерода соединены друг с другом одинарными связями, а остальные свободные валентности насыщены атомами водорода. "парафины" – от лат. parrum affinis – малоактивный Гомологический ряд – группа родственных органических соединений, отвечающих одной общей формуле и содержащих общие структурные элементы, но отличающихся между собой на одну или несколько метиленовых групп (СН 2 ). 1. Гомологический ряд алканов C n H 2n+2 Общая формула алканов

4 МетанCH 4 CH 3 -Метил (Me) ЭтанCH 3 C2H6C2H6 CH 3 CH 2 -Этил (Et) ПропанCH 3 CH 2 СН 3 C3H8C3H8 CH 3 CH 2 СН 2 -н-Пропил (Pr) н-БутанCH 3 CH 2 CH 2 CH 3 C 4 H 10 CH 3 (CH 2 ) 2 CH 2 - н-Бутил (Bu) н-ПентанCH 3(CH 2 ) 3 CH 3 C 5 H 12 CH 3(CH 2 ) 3 CH 2 -н-Пентил н-ГексанCH 3(CH 2 ) 4 CH 3 C 6 H 14 CH 3(CH 2 ) 4 CH 2 -н-Гексил н-ГептанCH 3(CH 2 ) 5 CH 3 C 7 H 16 CH 3(CH 2 ) 5 CH 2 -н-Гептил Н-Октан CH 3(CH 2 ) 6 CH 3 C 8 H 18 н-НонанCH 3(CH 2 ) 7 CH 3 C 9 H 20 н-деканCH 3(CH 2 ) 8 CH 3 C 10 H Гомологический ряд алканов «н» - нормального (неразветвленного строения)

5 2. Систематическая номенклатура ИЮПАК (IUPAC), (1892г., г. Женева) Международный союз химии 1.Название алкана оканчивается на –ан. 2.Выбирается самая длинная неразветвленная цепь атомов углерода; соединенные с ней алкильные группы рассматриваются как заместители. 3. Атомы углерода основной цепи нумеруются последовательно с того ее конца, который дает заместителю наименьший номер. 4. Название заместителей перечисляют в алфавитном порядке, указывая перед названием номер атома, у которого расположен заместитель. Название всему соединению дает самая длинная углеводородная цепь. 2,3-диметилгексан Классификация атомов углерода: Первичный (1 0 ) - связан только с одним углеродным атомом; Вторичный (2 0 ) - связан с двумя атомами углерода; Третичный (3 0 ) – связан с тремя атомами углерода.

6 Правила ИЮПАК разрешают использовать для алкильных заместителей тривиальные названия: Изопропил (iPr) Изобутил (iBu) Изопентил (Изоамил) втор-Бутил (sBu) Неопентил трет-Бутил (tBu) трет-Пентил

7 3. Строение алканов 1s 2 2sp 3 CH 4 CH 3 -CH 3 заслоненная конформация вид вдоль связи С-С проекции Ньюмена заторможенная конформация (более устойчивая) Свободное вращение вокруг С-С-связи заслоненная конформация заторможенная конформация

8 4. Изомерия алканов Изомерия – явление, обусловленное существованием молекул, имеющих одинаковый качественный и количественный состав, но различающихся по химическим и физическим свойствам вследствие неодинакового расположения атомов (атомных группировок) в молекуле или их ориентации в пространстве. Изомеры – соединения, отвечающие одной молекулярной формуле, но различающиеся между собой по строению Изомерия углеродного скелета Конформационная изомерия Изомеры имеют разные физические свойства, но сходное химическое поведение

9 5. Получение алканов из природных источников (нефть, природный газ) C >C 70 C 20 - C C C 20 – C C C 14 – C C C 10 – C C C 5 – C C C 5 – C 9 C 1 – C 4 газы гудрон топливо масла, воски дизельное топливо керосин бензин сырье для тонкой химии

10 а) Каталитическое (Pt, Pd, Ni) гидрирование непредельных соединений и циклоалканов 6.Синтез алканов Реакции, не сопровождающиеся изменением числа углеродных атомов в молекуле: б) Восстановление алкилгалогенидов в) Реакция металлорганических соединений с водой : г) Восстановление карбонильных соединений. Реакция Кижнера-Вольфа карбонильное соединение алкан [H]: Zn/HCl, Zn(Hg)/HCl, HI

11 Реакции, сопровождающиеся уменьшением числа углеродных атомов б) Крекинг нефти Кре́кинг (англ. cracking, расщепление) высокотемпературная переработка нефти с целью получения продуктов меньшей молекулярной массы (моторных топлив, смазочных масел и т. п.). Владимир Григорьевич Шухов Первая в мире промышленная установка непрерывного термического крекинга нефти была запатентована инженером В.Г.Шуховым и его помощником С.П.Гавриловым в 1891 году (патент Российской империи от 27 ноября 1891 года). Научные и инженерные решения В.Г. Шухова повторены У. Бартоном при сооружении первой промышленной установки в США в годах. Первые отечественные промышленные установки крекинга построены В.Г.Шуховым в 1934 году на заводе "Советский крекинг" в Баку. Из получаемых алканов особенно ценны пропан, бутан, изобутан и изопентан а) Сплавление солей одноосновных карбоновых кислот с щелочами: натриевая соль карбоновой кислоты алкан

12 Электрокрекинг Каталитический риформинг

13 Реакции, сопровождающиеся удлинением углеродного скелета в) Электролиз солей карбоновых кислот (метод Кольбе (1849г.) б) Реакция Вюрца 2CH 3 –CH 2 Br (бромистый этил) + 2Na CH 3 –CH 2 –CH 2 –CH 3(бутан) + 2NaBr а) Метод Фишера-Тропша (синтез из окиси углерода) Cырье для производства бензинов (алканы нормальные парафины с примесью разветвленных). nCO + 2(n+1)H 2 C n H 2n+2 + nH 2 O R· + R· R-R 2CH 3 Li + CuI CH 3 CuLi + LiI 2CH 3 CuLi + CH 3 CH 2 I CH 3 CH 2 CH 3 алкан

14 7. Физические свойства В обычных условиях первые четыре члена гомологического ряда алканов – газы, C 5 –C 17 – жидкости, а начиная с C 18 – твердые вещества. Температуры плавления и кипения алканов их плотности увеличиваются с ростом моле- кулярной массы. Все алканы легче воды, в ней не растворимы, однако раст- воримы в неполярных растворителях (бензол) и сами являются хорошими растворителями. НазваниеФормула t пл., С t кип., С d 4 20 * МетанCH ,5-161,5 0,415 (при -164 С) ЭтанC2H6C2H6 -182,8 -88,6 0,561 (при -100 С) ПропанC3H8C3H8 -187,6 -42,1 0,583 (при -44,5 С) БутанC 4 H ,3-0,5 0,500 (при 0 С) ИзобутанCH 3 –CH(CH 3 )–CH ,4 -11,70,563 ПентанC 5 H ,7 36,070,626 Изопентан(CH 3 ) 2 CH–CH 2 –CH ,9 27,90,620 НеопентанCH 3 –C(CH 3 ) 3 -16,6 9,50,613

15 8. Химические свойства алканов Типичная реакция алканов – радикальное замещение (S R ) Радикальное галогенирование алканов Механизм радикального замещения Инициирование цепи Рост цепи Обрыв цепи

16 Позиционная селективность радикального замещения Более устойчив, быстрее образуется, больше концентрация, быстрее превращается в продукт

17 Другие реакции радикального замещения алканреaгентусловияпродуктреакция пропанHNO 3 разб C, Р 2-нитропропан нитрование пропанSO 2, Cl 2 hνhν пропан-2-сульфонил хлорид сульфохлорирование пропанSO 2, O 2 hνhν пропан-2-сульфоновая кислота сульфоокисление

18 Окисление алканов (горение) Радикальный процесс; механизм реакции сложен, до конца полностью не установлен, Алканы – ценное высококалорийное топливо Антидeтонационные свойства топлива сильно зависят от структуры углеводородов бензиновой фракции нефти Относительная антидетонационная способность топлива характеризуется октановым числом ОЧ): н-гептан (ОЧ) = 0 (сильно детонирует) изооктан (2,2,4-триметилпентан) ОЧ = 100. Дегидрирование алканов этан этен (этилен)