Органическая химия

 Главная   Общая  Неорганическая  Органическая  Физическая  Поиск реакции 

Предельные углеводороды - алканы

Алканы — предельные (насыщенные, парафиновые) углеводороды, то есть органические соединения, состоящие из углерода и водорода, не имеющие кратных (двойных или тройных) связей.

Алканы содержат химические связи двух типов: С-С и С-Н. Это типичные ковалентные двухцентровые, двухэлектронные, неполярные химические связи. Прочность связей С-С и С-Н зависит от типа атома углерода, у которого происходит разрыв связи. Наименее прочной она является у третичного атома углерода, что делает такую связь наиболее уязвимой при химических реакциях.

Молекулы алканов неполярны (их дипольный момент равен нулю), межмолекулярное взаимодействие слабое. Пространственные конформационные изомеры алканов имеют малый энергетический барьер и в нормальных условиях не могут быть выделены в индивидуальном виде, так как они быстро переходят друг в друга. Но, поскольку конформационная изомерия проявляется относительно каждой С—С связи, ее суммарное влияние может стать заметным.

Физические свойства

В гомологическом ряду углеводородов с нормальной цепью четыре первых члена при обычной температуре - газы, далее следуют жидкости,а начиная с С16 - твердые вещества . Температуры кипения в гомологическом ряду возрастают, причем разность температур кипения ближайших гомологов все это время уменьшается. Изомеры с нормальной цепью углеродных атомов кипят при более высокой температуре, чем углеводороды с разветвленной цепью. Это объясняется меньшим взаимодействием между молекулами с разветвленной цепью в жидком состояния: ответвления от главной цепи создают пространственные препятствия для сближения молекул.

Алканы практически не растворимы в воде, плотность их меньше плотности воды. Жидкие алканы обладают характерным запахом (запахом бензина), газообразные и твердые запаха не имеют.

Химические свойства

Химические превращения предельных углеводородов могут происходить либо в результате гомолитического разрыва цепи углеродных атомов, либо за счет отрыва атомов водорода, также обычно гомолитического, с последующим замещением их другими атомами или группами. Поэтому для предельных углеводородов характерны реакции расщепления и замещения.

Расщепление цепи по С—С требует меньшей энергии, так как эта связь менее прочная связь С—Н , однако химические реакции идут чаще с расщепление связей С—Н, так как эти связи доступнее действию реагентов.

Процессы расщепления связей С—С или С—Н с образованием свободных радикалов требуют большой энергии активации и поэтому при обычной температуре идут только в присутствии катализаторов. Предельные углеводороды при обычной температуре не реагируют с концентрированными кислотами и сильными окислителями.

Реакции замещения в предельных углеводородах протекают по радикальному механизму SR. Место вступления заместителя в молекулу определяется в первую очередь вероятностью образования и стабильностью возникающего радикала. Радикалы со свободным электроном у третичного атома углерода более стабильны благодаря сверхсопряжению и потому легче образуются. В соответствии с этим реакции замещения в большинстве случаев идут избирательно, наиболее легко у третичного углеродного атома.

Механизм реакции радикального замещения SR

Cвободные радикалы возникают при гомолитическом разрыве связи, при этом всегда затрачивается энергия. Эта энергия может приобретаться различными способами. Одним из способов расщепления -связи является термолиз. При температуре 500оС большинство органических реакций протекает по радикальному механизму (пиролиз, крекинг-процесс), поскольку при таких процессах энергии достаточно для разрыва большинства связей. Разрыв -связи может происходить и под действием ультрафиолетового излучения.

Типичная реакция, протекающая по механизму SR - взаимодействие алканов с галогенами. При взаимодеймствии метана с хлором в газовой фазе реакция начинается с диссоциации молекулы галогена на атомы под действием УФ-излучения или высокой температуры. Эта стадия называется инициированием, на этой стадии возникают активные частицы - радикалы:

Радикал хлора является очень активной частицей, которая атакует молекулу метана с образованием HCl и радикала CH3.. Метильный радикал реагирует с новой молекулой хлора, при этом образуется метанхлорид и новый радикал хлора, который может начать новый цикл таких же реакций. Эта стадия носит название стадии роста цепи. На этой стадии число активных частиц сохраняется:

Реакция заканчивается стадией обрыва цепи в результате столкновений свободных радикалов. Это может произойти несколькими способами:



    © Короленко М.В., 2009-2016                      *7656*18*42*

          Индекс цитирования          Эта страница помогла? Покажите ее друзьям!