УГЛЕВОДОРОД ФОРМУЛА КОТОРОГО CH 3 C CH 2 ОТНОСИТСЯ К КЛАССУ АЛКАНОВ АЛКЕН

Запрос «Алкен» перенаправляется сюда; см. также другие значения
.

Алке́ны
( этиле́новые углеводоро́ды
) — ациклические
непредельные
углеводороды
, содержащие одну двойную связь
между атомами углерода
, образующие гомологический ряд с общей формулой C _n
H _2n

.

Атомы углерода при двойной связи находятся в состоянии sp ²
-гибридизации
и имеют валентный угол
120°.
Простейшим алкеном является этилен
(C ₂
H ₄
).
По номенклатуре IUPAC
, названия алкенов образуются от названий соответствующих алканов
заменой суффикса « -ан
» на « -ен
»; положение двойной связи указывается арабской цифрой после соответствующего атома углерода. Например: CH ₂
=CH-CH ₂
-CH _{3 (Бутен-1)}

Углеводородные радикалы, образованные от алкенов, имеют суффикс «-ени́л»
.
Тривиальные названия: CH ₂
=CH—
«вини́л»
, CH ₂
=CH—CH ₂
—
«алли́л»
.

Эта статья — о химических соединениях. О канадской алюминиевой компании см.  Rio Tinto Alcan
.

Алка́ны
( парафи́ны
, также насы́щенные
или преде́льные углеводоро́ды
) — ациклические
углеводороды
линейного или разветвлённого строения, содержащие только простые (одинарные) связи
и образующие гомологический ряд
с общей формулой C _n
H _2n+2

.

Все алканы и алкены относятся к классу алифатических
углеводородов. Алканы являются насыщенными углеводородами, то есть содержат максимально возможное число атомов водорода
для заданного числа атомов углерода. Каждый атом углерода
в молекулах алканов находится в состоянии sp ³
-гибридизации
 — все 4 гибридные орбитали атома С идентичны по форме и энергии, 4 связи направлены в вершины тетраэдра
под углами 109°28′. Связи C—C представляют собой σ-связи
, отличающиеся низкой полярностью
и поляризуемостью
. Длина связи C—C составляет 0,154, длина связи C—H — 0,1087.

Методы получения алкенов

Основным промышленным методом
получения алкенов является каталитический и высокотемпературный крекинг
углеводородов
нефти
и природного газа
. Для производства низших алкенов используют также реакцию дегидратации
соответствующих спиртов
.

Подробнее — см. соответствующие разделы ниже.

Дегидрогалогенирование и дегалогенирование алканов

При отщеплении галогенводорода
образуется смесь изомеров
, преобладающий из которых определяется правилом Зайцева

: отщепление протона происходит от менее гидрогенизированного атома углерода.

Для превращения солей фосфония в илиды
используются бутиллитий
, гидрид, амид или алкоголят натрия, а также некоторые другие сильные основания.

В реакцию могут вступать самые различные карбонильные соединения, среди которых ароматические и алифатические альдегиды
и кетоны
, в том числе содержащие двойные и тройные связи и различные функциональные группы
.

Элиминирование по Гофману приводит к образованию наименее замещённых алкенов (против правила Зайцева).

Прочие методы синтеза

Синтез из тозилгидразонов

Последующим декарбоксилированием
образующейся кислоты можно получить соответствующий алкен.

Синтез Кори — Винтера

Олефинирование Жюлиа — Лижо

Кузнецова Ирина Вячеславовна

ОГБОУ НПО ПУ-36

Цель: проконтролировать уровень усвоения обучающимися знаний и умений

 по теме: «Углеводороды».

Количество часов в неделю: 2

Форма контроля: письменная, тестовая

Вид контроля: итоговый

Уровень  А – тесты выборки

Уровень  В – тесты сличения

Уровень  С – тесты напоминания

Контрольная работа была составлена на основе обязательного минимума содержания курса химии, Химия: конкурсные задания и ответы  В. Н. Ушкалова, Н. В. Иоанидис. М. Просвещение, 2000г,учебно- тренировочные материалы  для подготовки учащихся . Е ГЭ 2008. А.А. Каверина, А. С. Корощенко, Ю. Н. Медведев, А. В. Яшукова./ ФИПИ- М.: Интеллект- Центр, 2008, сборника  контрольных измерительных материалов ЕГЭ М. Просвещение 2008,2009, 2010.

 Задания  составлены  согласно требованиям Е Г Э  и состоят  из  3-х  частей   А, В, С.

Часть А. Тестовые задания с выбором ответа. За задание 1 балл,

 Часть Б. Задания со свободным ответом,  

 Часть С. Задача.

Критерии оценок за работу: Максимальное количество баллов-

 «5» –  17 – 23 баллов
(76 – 100%),

«4» –  11 – 22 баллов
(47 – 75%)

«3» –  8 – 10 баллов  
(34 – 46%),

 
«2» менее 8 баллов

В контрольную работу были включены вопросы и задания по теме: «Углеводороды»:

1. Общая формула классов углеводородов.

3. Гомологи и изомеры.

4. Химические реакции данных классов.

5. Генетическая связь между классами.

6. Основные области применения.

7. Задача на нахождение формулы.

Контрольная работа по теме «Углеводороды»

Часть А. Тестовые задания с выбором ответа. За задание 1 балл

1. Укажите общую формулу аренов

2. Укажите к какому классу относится УВ с формулой СН

1) алканов            2) алкенов          3) алкинов         4) аренов

3. Укажите название изомера для вещества, формула которого СН
    = СН – СН

1) 2 метилбутен 2           2) бутен 2              3) бутан             4) бутин 1

4. Укажите название гомолога для пентадиена 1,3

1) бутадиен 1,2        2) бутадиен 1,3           3) пропадиен 1,2        4) пентадиен 1,2

5. Укажите название вещества, для которого характерна реакция замещения

1) бутан        2) бутен 1         3) бутин          4) бутадиен 1,3

6. Укажите название вещества, для которого характерна реакция гидрирования

1) пропен      2) пропан     3) этан        4) бутан

                                                                                                           
t         Ni, +H

7. Укажите формулу вещества X в цепочке превращений СН

8. Укажите, какую реакцию применяют для получения УВ с более длинной цепью

1) Вюрца            2) Кучерова            3) Зайцева         4) Марковникова

9. Укажите формулы веществ, которые вступают в реакцию друг с другом

О      4) С

10. Определите, сколько молей углекислого газа образуется при полном сгорании метана

1) 1 моль           2) 2 моль            3) 3 моль           4) 4 моль

11. Сколько литров  углекислого газа образуется при сжигании 4,2 г пропена

1) 3,36 л           2) 6,36 л               3) 6,72 л           4) 3,42 л

Часть Б. Задания со свободным ответом

12. Перечислите области применения алкенов.                          2 балла

13. Напишите уравнения химических реакций для следующих превращений:       6 баллов

Дайте названия продуктам реакции

Часть С. Задача

14. Выведите молекулярную формулу УВ, массовая доля углерода в котором составляет 83,3%. Относительная плотность паров этого вещества по водороду составляет 29.      4 балла

Контрольная работа по теме «Углеводороды»

Часть А. Тестовые задания с выбором ответа. За задание 1 балл

1.  Укажите общую формулу алкенов

2. Укажите к какому классу относится УВ с формулой СН
    – С = СН

      1) алканов            2) алкенов          3) алкинов         4) аренов

3.  Укажите название изомера для вещества, формула которого СН
 – С = С – СН

1) пентин 2           2) бутан            3) бутен 2            4) бутин 1

4.   Укажите название гомолога для бутана

1) бутен        2) бутин           3) пропан        4) пропен

5.   Укажите название вещества, для которого характерна реакция замещения

1) гексан        2) гексен 1         3) гексин 1          4) гексадиен 1,3

6.   Укажите название вещества, для которого характерна реакция гидрирования

1) метан      2) пропан     3) пропен        4) этан

                                                                                                               
t, Pt                                         +HСl

7.   Укажите формулу вещества X в цепочке превращений С
    = СН – СН

Cl – CHCl – CH
 – CHCl – CH
Cl – CH

8. Укажите, согласно какому правилу осуществляется присоединение галогеноводородов к несимметричным алкенам

1) Вюрца            2) Кучерова            3) Зайцева         4) Марковникова

9. Укажите формулы веществ, которые вступают в реакцию друг с другом

 и НCl      4) С

10. Определите, сколько молей углекислого газа образуется при полном сгорании этана

1) 1 моль           2) 2 моль            3) 3 моль           4) 4 моль

11. Сколько в граммах паров воды образуется при сжигании 5,8 г бутана

1) 9 г                 2) 15 г                  3)  12 г              4) 18 г

Часть Б. Задания со свободным ответом

12. Перечислите области применения алканов.                          2 балла

13. Напишите уравнения химических реакций для следующих превращений:       6 баллов

Дайте названия продуктам реакции

Часть С. Задача

14. Выведите молекулярную формулу УВ, массовая доля углерода и водорода  в котором составляют 81,82% и 18,18% . Относительная плотность паров этого вещества по водороду составляет 2.                                                                                                                  4 балла

Контрольная работа по теме «Углеводороды»

Часть А. Тестовые задания с выбором ответа. За задание 1 балл

1.  Укажите общую формулу алкинов

2.  Укажите к какому классу относится УВ с формулой С

1) алканов            2) алкенов          3) алкинов         4) аренов

3. Укажите название изомера для вещества, формула которого СН
    – СН –  СН

1) бутан           2) 2 метилпропан            3) 3 метилпентан            4) пентан

4.   Укажите название гомолога для бутина 1

1) бутин 2        2) пентин 2           3) пентин 1        4) гексин 2

5.   Укажите название вещества, для которого характерна реакция замещения

1) гексан        2) гексен 1         3) гексин 1          4) гексадиен 1,3

6.   Укажите название вещества, для которого характерна реакция полимеризации

1) бутадиен 1,3      2) бутан     3) бензол       4) циклогексан

                                                                                                                 
+ HSO     +HСl

8.  Укажите название реакции присоединения к ацетилену воды

1) Вюрца            2) Кучерова            3) Зайцева         4) Марковникова

9.  Укажите формулы веществ, которые вступают в реакцию друг с другом

 и HCl     2) С
O      4) С

10.  Определите, сколько молей углекислого газа образуется при полном сгорании этена

1) 1 моль           2) 2 моль            3) 3 моль           4) 4 моль

11. Сколько литров  углекислого газа образуется, при сжигании 6,8 г пентина

1) 3,36 л           2) 11,2 л               3) 6,72 л           4) 3,42 л

Часть Б. Задания со свободным ответом

12.  Перечислите области применения алкинов.                          2 балла

13.  Напишите уравнения химических реакций для следующих превращений:       6 баллов

Дайте названия продуктам реакции

Часть С. Задача

14. Выведите молекулярную формулу УВ, массовая доля углерода и водорода  в котором составляют 92,31% и 7,69% . Относительная плотность паров этого вещества по водороду составляет 13.                                                                                                                  4 балла

Контрольная работа по теме «Углеводороды»

Часть А. Тестовые задания с выбором ответа. За задание 1 балл

1.  Укажите общую формулу алканов

2. Укажите к какому классу относится УВ с формулой СН = С – СН

1) алканов            2) алкенов          3) алкинов         4) аренов

3.  Укажите название изомера для вещества, формула которого СН
 = СН – СН = СН

1) 2 метилбутадиен 1,3           2) бутин 1             3) бутен 1            4) бутан

4.   Укажите название гомолога для 2 метилпропана

1) 2 метилбутан        2) 2 метилбутен 1           3) пропан        4) пропен

5.   Укажите название вещества, для которого характерна реакция гидратации

1) ацетилен        2) бутан         3) полиэтилен          4) циклобутан

6.   Укажите название вещества, для которого характерна реакция присоединения

1) метан      2) пропан     3) пропен        4) этан

                                                                                                             
t,               С актив.

8.  Укажите, согласно какому правилу осуществляется отщепление галогеноводорода

1) Вюрца            2) Кучерова            3) Зайцева         4) Марковникова

9.  Укажите формулы веществ, которые вступают в реакцию друг с другом

О      3) С
О      4) С

10.  Определите, сколько молей углекислого газа образуется при полном сгорании этина

1) 1 моль           2) 2 моль            3) 3 моль           4) 4 моль

11. Сколько литров кислорода потребуется для сжигания 8,4 г гексена

1) 20,16 л           2) 10,12 л               3) 21,16 л           4) 11,12 л

Часть Б. Задания со свободным ответом

12.  Перечислите области применения аренов.                          2 балла

13.   Напишите уравнения химических реакций для следующих превращений:       6 баллов

Дайте названия продуктам реакции

Часть С. Задача

14. Выведите молекулярную формулу УВ, массовая доля углерода и водорода  в котором составляют 85,7% и 14,3% . Относительная плотность паров этого вещества по водороду составляет 28.                                                                                                                  4 балла

   «5» –  17 – 23 баллов
(76 – 100%)

                                                                                                      «4» –  11 – 22 баллов
(47 – 75%)

  «3» –  8 – 10 баллов  
(34 – 46%)

                                                                                                 «2» менее 8 баллов

• Температуры плавления и кипения алкенов (упрощённо) увеличиваются с молекулярной массой и длиной главной углеродной цепи.
• При нормальных условиях
  алкены с C ₂
  H ₄
  до C ₄
  H ₈
   — газы; с пентена C ₅
  H ₁₀
  до гептадецена C ₁₇
  H ₃₄
   включительно — жидкости, а начиная с октадецена C ₁₈
  H ₃₆
   — твёрдые вещества. Алкены не растворяются в воде
  , но хорошо растворяются в органических растворителях
  .

_{* Значения измерены при температуре кипения.}

Дополнительные внешние источники

Общие лекции по химии алкенов

1. Нейланд О. Я.
   Глава II. Алкены
   // Органическая химия: Учеб. для хим. вузов
   . — М.
   : «Высшая школа», 1990. — С.  102
   —130. — ISBN 5-06-001471-1
   .
2. Робертс Дж., Касерио М.
   Глава 6. Алкены. Структура, спектры и стереоизомерия. Глава 7. Алкены. Реакции двойных углерод-углеродных связей
   // Основы органической химии / Под редакцией академика Несмеянова А. Н. — 2-е, дополненное. — М.
   : Мир, 1978. — Т. 1. — С. 171—235.
3. Реутов О. А., Курц А. Л., Бутин К. П.
   Органическая химия. В 4 частях. — 3-е издание. — М.
   : Бином. Лаборатория знаний, 2007. — Т. 1. — 568 с. — ISBN 978-5-94774-613-6
   .
4. Травень В. Ф.
   Глава 5. Алкены

   // Органическая химия: Учебник для вузов: В 2 т / В. Ф. Травень. —

   М.

: ИКЦ «Академкнига», 2004. — Т. 1. — С. 237—305. — ISBN 5-94628-171-2

.

Механизмы реакций с участием алкенов

Марч Дж.

Глава 15. Реакции присоединения к кратным связям углерод-углерод. Глава 16. Реакции присоединения к кратным связям углерод-гетероатом.
// Органическая химия. Реакции, механизмы и структура. Углубленный курс для университетов и химических вузов: в 4-х томах / Пер. с англ., под редакцией И. П. Белецкой. —

М.

: Мир, 1988. — Т. 3. — С. 132—430.

Сайкс П.
Механизмы реакций в органической химии / Пер. с англ.,под редакцией В. Ф. Травеня. — 4-е изд. — М.

: Химия, 1991. — 448 с. —

ISBN 5-7245-0191-0
.

Использование алкенов в промышленности

Нахождение в природе

Нахождение в космосе

Нахождение на Земле

В земной атмосфере метан присутствует в очень небольших количествах (около 0,0001 %), он производится некоторыми археями (архебактериями)
, в частности, находящимися в кишечном тракте крупного рогатого скота
. Промышленное значение имеют месторождения низших алканов в форме природного газа
, нефти
и, вероятно, в будущем — газовых гидратов
(найдены в областях вечной мерзлоты
и под океанами). Также метан содержится в биогазе
.

Высшие алканы содержатся в кутикуле растений
, предохраняя их от высыхания, паразитных грибков и мелких растительноядных организмов. Это обыкновенно цепи с нечётным числом атомов
углерода
, образующиеся при декарбоксилировании
жирных кислот
с чётным количеством углеродных атомов. У животных алканы встречаются в качестве феромонов
у насекомых
, в частности у мухи цеце
(2-метилгептадекан C ₁₈
H ₃₈
, 17,21-диметилгептатриаконтан C ₃₉
H ₈₀
, 15,19-диметилгептатриаконтан C ₃₉
H ₈₀
и 15,19,23-триметилгептатриаконтан C ₄₀
H ₈₂
). Некоторые орхидеи
при помощи алканов-феромонов привлекают опылителей.

Низшие алканы обладают наркотическим действием
, вызывают асфиксию, раздражают органы дыхания. При хроническом действии алканы нарушают работу нервной системы, что проявляется в виде бессонницы, брадикардии
, повышенной утомляемости и функциональных неврозов. Вследствие раздражающего действия газов при подострых, острых и хронических отравлениях развивается пневмония и отёк лёгких.

• Температуры плавления
  и кипения
  увеличиваются с молекулярной массой и длиной главной углеродной цепи.
• При стандартных условиях, установленных ИЮПАК
  ( давление
  , температура
  0 °C), неразветвлённые алканы с CH ₄
  до C ₄
  H ₁₀
  являются газами, с C ₅
  H ₁₂
  до C ₁₅
  H ₃₂
   — жидкостями, а начиная с C ₁₆
  H ₃₄
  и далее — твёрдыми веществами.
• Температуры плавления и кипения понижаются от менее разветвлённых к более разветвлённым. Так, например, при 20 °C н
  -пентан
   — жидкость, а неопентан
   — газ.

Газообразные и твердые алканы не пахнут, некоторые жидкие алканы обладают характерным «бензиновым» запахом.

Все алканы бесцветны, легче воды и нерастворимы в ней. Алканы хорошо растворяются в органических растворителях, жидкие алканы (

пентан

,

гексан
) используются как растворители.

Примечание к таблице: * отмечены значения, полученные для переохлаждённой жидкости.

Электронное строение двойной связи

В соответствии с теорией гибридизации
двойная связь образуется за счёт перекрывания вдоль линии связи

С-С
sp

2

-гибридных орбиталей атомов углерода ( σ

-связь) и бокового перекрывания углеродных

p
-орбиталей ( π

-связь).

Схема образования связей в молекуле этилена

В состоянии

sp 2
-гибридизации

электронное состояние атома углерода можно представить следующим образом:

Все атомы этилена лежат в одной плоскости, а величина валентного угла связи C-H
практически равна 120 °. Центры углеродных атомов в этилене находятся на расстоянии 0,134 нм, то есть длина двойной связи несколько короче, чем С-С
.

Главным источником алканов (а также других углеводородов) являются нефть
и природный газ
, которые обычно встречаются совместно.

Восстановление галогенпроизводных алканов:

Восстановление иодалканов происходит при нагревании последних с иодоводородной кислотой:

Восстановление карбонильных соединений

Реакция Кижнера — Вольфа

:

Гидрирование непредельных углеводородов

Газификация твёрдого топлива (Процессы Бертло, Шрёдера, Бергиуса

)

Проходит при повышенной температуре и давлении. Катализатор —

Ni

(для Бертло), Mo
(для Шрёдера) или без катализатора (для Бергиуса):

Синтез Фишера — Тропша

Получением алканов с помощью декарбоксилирования солей карбоновых кислот, при сплавлении со щелочью (обычно NaOH или KOH):

Выбирается один из атомов углеродной цепи, он считается замещённым метаном, и относительно него строится название «алкил1алкил2алкил3алкил4метан», например:

а

: н
-бутил-

втор

-бутилизобутилметан

2. б
   : триизопропилметан

в
: триэтилпропилметан

Alkan03.png

2,6,6-триметил-3-этилгептан (слева направо) / 2,2,6-триметил-5-этилгептан (справа налево)

При сравнении положений заместителей в обеих комбинациях, предпочтение отдается той, в которой первая отличающаяся цифра является наименьшей. Таким образом, правильное название — 2,,6-триметил-5-этилгептан
.

Алкены являются важнейшим химическим сырьём.

Промышленное использование этилена

Промышленное использование пропилена

Промышленное использование прочих алкенов

Изобутилен

 — сырьё для получения бутилкаучука, изопрена
,

трет-бутанола

; используется для алкилирования фенолов при синтезе ПАВ. Его сополимеры с бутенами применяют как присадки к маслам и герметики.

Высшие алкены С ₁₀
−С ₁₈
применяют при синтезе ПАВ
, а также для получения высших спиртов.

Гомологический ряд и изомерия

Алкены, число атомов углерода в которых больше двух, (то есть кроме этилена) имеют свои изомеры
. Для алкенов характерны изомерия углеродного скелета, положения двойной связи, межклассовая и геометрическая. Например, единственным изомером пропилена
является циклопропан
(C ₃
H ₆
) по межклассовой изомерии. Начиная с бутилена
, существуют изомеры по положению двойной связи (бутен-1 и бутен-2), по углеродному скелету (изобутилен или метилпропилен) и геометрические изомеры
(цис-бутен-2 и транс-бутен-2). С ростом числа атомов углерода в молекуле количество изомеров возрастает в геометрической прогрессии.

Гомологический ряд алкенов:

Алкены могут существовать в виде пространственных
или геометрических

изомеров.

• цис-
  изомеры: заместители расположены по одну сторону от двойной связи;
• транс-
  изомеры: заместители расположены по разные стороны от двойной связи.

IUPAC
рекомендует называть геометрические изомеры по следующей номенклатуре:

• Z-
  изомеры: старшие заместители у углеродных атомов двойной связи находятся по одну сторону относительно двойной связи;
• E-
  изомеры: старшие заместители у углеродных атомов двойной связи находятся по разные стороны относительно двойной связи.

Химические методы идентификации алкенов

Эти химические методы является очень общими, не селективными и не могут гарантированно определить алкены.
Для подтверждения наличия двойной связи в соединении используют методы спектроскопии.

Масс-спектрометрические методы анализа алкенов

УФ-спектроскопические методы анализа алкенов

ИК-спектроскопические методы анализа алкенов

ЯМР-спектроскопические методы анализа алкенов

δ
_C=C-H
= 5,25 + Z _гем
+ Z _цис
+ Z _транс

где Z-аддитивные параметры экранирования соответствующих заместителей.

^{* — Двойная связь и алкил входят в цикл}

Алканы имеют низкую химическую активность. Это объясняется тем, что одинарные связи C—H и C—C относительно прочны, и их сложно разрушить. Поскольку связи С—C неполярны, а связи С—Н малополярны, оба вида связей малополяризуемы и относятся к σ-виду, их разрыв наиболее вероятен по гомолитическому механизму, то есть с образованием радикалов.

Реакции радикального замещения

Галогенирование алканов протекает по радикальному
механизму. Для инициирования реакции необходимо смесь алкана и галогена облучить УФ-излучением
или нагреть.

Хлорирование метана не останавливается на стадии получения метилхлорида (если взяты эквимолярные количества хлора
и метана), а приводит к образованию всех возможных продуктов замещения, от хлорметана
до тетрахлорметана
. Хлорирование других алканов приводит к смеси
продуктов замещения водорода у разных атомов углерода. Соотношение продуктов хлорирования зависит от температуры. Скорость хлорирования первичных, вторичных и третичных атомов зависит от температуры, при низкой температуре скорость убывает в ряду: третичный, вторичный, первичный. При повышении температуры разница между скоростями уменьшается до тех пор, пока не становится одинаковой. Кроме кинетического фактора на распределение продуктов хлорирования оказывает влияние статистический фактор: вероятность
атаки хлором третичного атома углерода в 3 раза меньше, чем первичного, и в 2 раза меньше, чем вторичного. Таким образом, хлорирование алканов является нестереоселективной реакцией, исключая случаи, когда возможен только один продукт монохлорирования.

Галогенирование происходит тем легче, чем длиннее углеродная цепь н
-алкана. В этом же направлении уменьшается энергия ионизации
молекулы вещества, то есть, алкан легче становится донором электрона
.

Галогенирование — это одна из реакций замещения
. В первую очередь галогенируется наименее гидрированый атом углерода (третичный атом, затем вторичный, первичные атомы галогенируются в последнюю очередь). Галогенирование алканов проходит поэтапно с последовательным образованием хлорметана
, дихлорметана
, хлороформа
и тетрахлорметана
: за один этап замещается не более одного атома водорода:

Под действием света молекула хлора распадается на радикалы, затем они атакуют молекулы алкана, отрывая у них атом водорода, в результате этого образуются метильные радикалы ·СН ₃
, которые сталкиваются с молекулами хлора, разрушая их и образуя новые радикалы.

Цепной механизм галогенирования:

[{h\nu }]Cl{\text{·}}+{\text{·}}Cl}}}}”>

2) Рост цепи

3) Обрыв цепи

Бромирование алканов отличается от хлорирования более высокой стереоселективностью из-за большей разницы в скоростях бромирования третичных, вторичных и первичных атомов углерода при низких температурах.

Иодирование алканов иодом
не происходит, получение иодидов прямым иодированием осуществить нельзя.

С фтором
и хлором реакция может протекать со взрывом, в таких случаях галоген разбавляют азотом
или подходящим растворителем.

При одновременном действии на алканы оксидом серы (IV) и кислородом, при ультрафиолетовом облучении или при участии веществ, являющихся донорами свободных радикалов (диазометан, органические перекиси), протекает реакция сульфирования с образованием алкилсульфокислот
:

Сульфохлорирование (реакция Рида)

При облучении ультрафиолетовым излучением алканы реагируют со смесью SO ₂

и Cl ₂
, После того, как с уходом хлороводорода образуется алкильный радикал, присоединяется диоксид серы. Образовавшийся сложный радикал стабилизируется захватом атома хлора с разрушением очередной молекулы последнего.

Развитие цепного процесса:

Образовавшиеся сульфонилхлориды широко применяются в производстве ПАВ
.

Алканы реагируют с 10 % раствором азотной кислоты
или

оксидом азота

NO

2

Имеющиеся данные указывают на свободнорадикальный

механизм. В результате реакции образуются смеси продуктов.

Автоокисление

Окисление алканов в жидкой фазе протекает по свободно-радикальному механизму и приводит к образованию гидропероксидов
, продуктов их разложения и взаимодействия с исходным алканом. Схема основной реакции автоокисления:

Горение

Основным химическим свойством предельных углеводородов, определяющих их использование в качестве топлива, является реакция горения
. Пример:

Значение достигает 46 000 — 50 000.

В случае нехватки кислорода
вместо углекислого газа получается оксид углерода(II)
или уголь (в зависимости от концентрации кислорода).

Каталитическое окисление

В реакциях каталитического окисления алканов могут образовываться спирты
, альдегиды
, карбоновые кислоты
.

При мягком окислении СН ₄
в присутствии катализатора
кислородом при 200 °C могут образоваться:

Окисление также может осуществляться воздухом. Процесс проводится в жидкой или газообразной фазе. В промышленности так получают высшие жирные спирты
и соответствующие кислоты
.

Реакция окисления алканов диметилдиоксираном
:

Механизм реакций получения кислот путём каталитического окисления и расщепления алканов показан ниже на примере получения из бутана
уксусной кислоты
:

Термические превращения алканов

Разложение

Реакции разложения происходят лишь под влиянием больших температур. Повышение температуры приводит к разрыву углеродной связи и образованию свободных радикалов
.

1000 ^oC} C + 2H_2}”>

Крекинг

При нагревании выше 500 °C алканы подвергаются пиролитическому разложению с образованием сложной смеси продуктов, состав и соотношение которых зависят от температуры и времени реакции. При пиролизе
происходит расщепление углерод-углеродных связей с образованием алкильных радикалов.

В 1930—1950 гг. пиролиз высших алканов использовался в промышленности для получения сложной смеси алканов и алкенов, содержащих от пяти до десяти атомов углерода. Он получил название «термический крекинг». С помощью термического крекинга удавалось увеличить количество бензиновой фракции за счёт расщепления алканов, содержащихся в керосиновой фракции ( углерода в углеродном скелете) и фракции солярового масла ( углерода). Однако октановое число бензина, полученного при термическом крекинге, не превышает 65, что не удовлетворяет требованиям условий эксплуатации современных двигателей внутреннего сгорания.

В настоящее время термический крекинг полностью вытеснен в промышленности каталитическим крекингом, который проводят в газовой фазе при более низких температурах — и низком давлении — на алюмосиликатном катализаторе, который непрерывно регенерируется сжиганием образующегося на нём кокса в токе воздуха. При каталитическом крекинге в полученном бензине резко возрастает содержание алканов с разветвлённой структурой.

1500 ^oC} C_2H_2 + 3H_2}”>

Во время крекинга одна из связей (С-С) разрывается, образуя два радикала. Далее одновременно происходят три процесса, вследствие которых реакция дает множество различных продуктов:

3) β-распад (разрыв связи (C-H)):

Дегидрирование

1) В углеродном скелете 2 (этан) или 3 (пропан) атома углерода — получение (терминальных) алкенов, так как других в данном случае не может получиться; выделение водорода:

Условия протекания: 400—600 °C, катализаторы — Pt, Ni, Al ₂
O ₃
, Cr ₂
O ₃
, например, образование этилена из этана:

2) В углеродном скелете 4 (бутан, изобутан) или 5 (пентан, 2-метилбутан, неопентан
) атомов углерода — получение алкадиенов, например, бутадиена-1,3 и бутадиена-1,2 из бутана:

3) В углеродном скелете 6 (гексан) и более атомов углерода — получение бензола и его производных:

В присутствии никелевого
катализатора протекает реакция:

Продукт этой реакции (смесь CO и H ₂
) называется « синтез-газом
».

Реакции электрофильного замещения

Изомеризация:

Под действием катализатора (например, AlCl ₃
) происходит изомеризация алкана: например, бутан (C ₄
H ₁₀
), взаимодействуя с хлоридом алюминия (AlCl ₃
), превращается из н
-бутана в 2-метилпропан.

С марганцевокислым калием (KMnO ₄
) и бромной водой (раствор Br ₂
в воде) алканы не взаимодействуют.

В ИК-спектрах алканов четко проявляются частоты валентных колебаний связи С—Н в области 2850—3000 см ⁻¹
. Частоты валентных колебаний связи С—С переменны и часто малоинтенсивны. Характеристические деформационные колебания в связи С—Н в метильной и метиленовой группах обычно лежат в интервале 1400—1470 см ⁻¹
, однако метильная группа даёт в спектрах слабую полосу при 1380 см ⁻¹
.

Чистые алканы не поглощают излучение в ультрафиолетовой области выше 2000 Å
и по этой причине часто оказываются отличными растворителями для измерения УФ-спектров других соединений.

Нахождение в природе и физиологическая роль алкенов

Один из немногих природных алкенов — мускалур
( цис
– трикозен-9) является половым аттрактантом
самки домашней мухи
( Musca domestica
).

• Этилен

 — вызывает наркоз, обладает раздражающим и мутагенным действием
.

Пропилен
 — вызывает наркоз (сильнее, чем этилен), оказывает

общетоксическое

и мутагенное
действие, а его межклассовый изомер- циклопропан также используется в качестве наркоза.

Бутен-2
 — вызывает наркоз, обладает раздражающим действием

[9]

.