Alkaner

Kemisk struktur (øverst) og 3D-model (nederst) af metan , den enkleste alkan

Alkaner ( paraffiner , også mættede eller mættede carbonhydrider ) er acykliske carbonhydrider med en lineær eller forgrenet struktur, der kun indeholder simple (enkelt)bindinger og danner en homolog serie med den almene formel C n H 2n + 2 .

Alle alkaner og alkener tilhører klassen af alifatiske kulbrinter. Alkaner er mættede kulbrinter, det vil sige, at de indeholder det maksimalt mulige antal brintatomer for et givet antal kulstofatomer. Hvert carbonatom i alkanmolekyler er i en tilstand af sp 3 - hybridisering - alle 4 hybridorbitaler af C-atomet er identiske i form og energi, 4 bindinger er rettet mod tetraederens hjørner i vinkler på 109 ° 28'. C-C-bindinger er σ-bindinger karakteriseret ved lav polaritet og polariserbarhed . Længden af C-C-bindingen er 0,154 nm , længden af C-H-bindingen er 0,1087 nm .

Klassens enkleste repræsentant er metan (CH 4 ). Kulbrinten med den længste kæde, nonacontatrictane C 390 H 782 , blev syntetiseret i 1985 af de engelske kemikere I. Bidd og M. K. Whiting [1] .

Nomenklatur

Rationel

Et af atomerne i carbonkæden er valgt, det anses for at være substitueret med methan, og navnet "alkyl1alkyl2alkyl3alkyl4methan" er bygget i forhold til det, for eksempel:

a : n -butyl- sek - butylisobutylmethan b : triisopropylmethan i : triethylpropylmethan

Systematisk IUPAC

Ifølge IUPAC-nomenklaturen dannes navnene på alkaner ved hjælp af suffikset -an ved at tilføje til den tilsvarende rod fra navnet på carbonhydriden. Den længste uforgrenede carbonhydridkæde vælges, hvor nummereringen af denne kæde starter fra den side af substituenten, der er tættest på enden af kæden. I navnet på forbindelsen er nummeret på det carbonatom, hvor substituentgruppen eller heteroatomet er placeret, angivet med et tal , derefter navnet på gruppen eller heteroatomet og navnet på hovedkæden. Hvis grupperne gentages, skal du angive numrene, der angiver deres position, og antallet af identiske grupper er angivet med præfikserne di-, tri-, tetra-. Hvis grupperne ikke er ens, er deres navne listet i alfabetisk rækkefølge. [2]

For eksempel:

2,6,6-trimethyl-3-ethylheptan (venstre mod højre) / 2,2,6-trimethyl-5-ethylheptan (højre mod venstre)

Når man sammenligner substituenternes positioner i begge kombinationer, foretrækkes den, hvor det første afvigende ciffer er det mindste. Det korrekte navn er således 2,2,6 -trimethyl-5- ethylheptan .

Homologiske serier og isomerisme

Alkaner danner en homolog serie .

Homolog serie af alkaner (første 10 medlemmer)
Metan	CH 4	CH 4
Ethan	CH3 - CH3 _	C2H6 _ _ _
Propan	CH3 - CH2 - CH3 _	C3H8 _ _ _
Butan	CH3 - CH2 - CH2 - CH3 _	C4H10 _ _ _
Pentan	CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 _	C5H12 _ _ _
Hexan	CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 _	C6H 14 _ _
Heptan	CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 _	C7H 16 _ _
Oktan	CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 _	C8H 18 _ _
Nonan	CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 _	C9H20 _ _ _
Dekan	CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 _	C10H 22 _ _

Alkaner med mere end tre carbonatomer har isomerer. Mættede kulbrinters isomerisme skyldes den simpleste form for strukturel isomerisme - isomerisme af kulstofskelettet, og startende fra C 7 H 16 - også til optisk isomerisme [3] . Antallet af strukturelle isomerer af alkanerne C n H 2n+2 afhængigt af antallet af carbonatomer n uden hensyntagen til stereoisomerisme [4] [5] og under hensyntagen til stereoisomerisme [6] :

n	Antal isomerer	Under hensyntagen til stereoisomerisme
fire	2	2
5	3	3
6	5	5
7	9	elleve
otte	atten	24
9	35	55
ti	75	136
elleve	159	345
12	355	900
13	802	2412
fjorten	1858	6563
femten	4347	18 127
tyve	366 319	3 396 844
25	36 797 588	749 329 719
tredive	4 111 846 763	182 896 187 256

Antallet af strukturelle isomerer af lavere carbonhydrider op til C14H30 blev bestemt ved direkte tælling ; i 1931 blev der udviklet en rekursiv metode til at tælle antallet af isomerer [7] . Der blev ikke fundet nogen simpel sammenhæng mellem antallet af carbonatomer n og antallet af isomerer [7] . Ved kan antallet af forskellige strukturelle isomerer af alkaner estimeres ved hjælp af Redfield-Polyi-sætningen [8] . $n\højrepil {\mathcal {1}}$

Fysiske egenskaber

Smelte- og kogepunkter stiger med molekylvægten og længden af hovedkulstofkæden.
Under standardbetingelserne fastsat af IUPAC ( tryk 10 5 Pa , temperatur 0 ° C) er ligekædede alkaner fra CH 4 til C 4 H 10 gasser, fra C 5 H 12 til C 13 H 28 er de væsker, og startende fra C14H30 og yderligere - faste stoffer .
Smelte- og kogepunkterne falder fra mindre forgrenet til mere forgrenet. Så for eksempel ved 20 ° C er n - pentan en væske, og neopentan er en gas.
Gasformige og faste alkaner lugter ikke, nogle flydende alkaner har en karakteristisk "benzin" lugt.
Alle alkaner er farveløse, lettere end vand og uopløselige i det. Alkaner opløses godt i organiske opløsningsmidler, flydende alkaner ( pentan , hexan ) bruges som opløsningsmidler.

Fysiske egenskaber af normale alkaner

n	Navn	Tpl , ° C	T bp , °C	Massefylde , g/cm 3	Brydningsindeks
en	Metan	−182,48	−161,5	0,416 ved T bp
2	Ethan	−183,3	−88,63	0,546 ved T kip
3	Propan	−187,7	−42,1	0,585 ved T bp
fire	Butan	−138,35	-0,5	0,6 ved T bp	1,3326
fire	Isobutan	−159,60	−11.73	0,5510 ved T kip
5	Pentan	−129,7	36,07	0,6262	1,3575
6	Hexan	−95,3	68,7	0,6594	1,3749
7	Heptan	−90,6	98,4	0,6795	1,3876
otte	Oktan	−55,8	125,7	0,7025	1,3974
9	Nonan	−54	150,8	0,718	1,4054
ti	Dekan	−29.7	174,1	0,730	1,4119
elleve	Undecan	−25.6	195,9	0,7402	1,4151
12	Dodecan	−9.6	216,3	0,7487	1,4216
13	Tridecan	−5.4	235,5	0,7564	1,4256
fjorten	Tetradecan	5.9	253,6	0,7628	1,4289
femten	Pentadecan	9.9	270,6	0,7685	1,4310
16	Hexadecan	18.2	286,8	0,7734	1,4345
17	Heptadecan	22,0	301,9	0,778*	1,4369*
atten	Octadecan	28.2	316,1	0,7819*	1,4390*
19	Nonadecan	32.1	329,76	0,7855*	1,4409*
tyve	Eikozan	36,8	342,7	0,7887*	1,4426*
21	Geneikosan	40,5	355,1	0,7917*	1,4441*
22	Docosan	44,4	367,0	0,7944*	1,4455*
23	Trikozan	47,6	380,2	0,7969*	1,4468*
24	tetracosan	50,9	389,2	0,7991*	1.4480*
25	Pentacosan	53,7	401,0	0,8012*	1.4491*
26	Hexacosan	57	262 (15 mmHg)	0,778
27	Heptacosan	60	270 (15 mmHg)	0,780
28	Octacosan	61,1	280 (15 mmHg)	0,807
29	Nonacozane	64	286 (15 mmHg)	0,808
tredive	Triacontan	65,8	446,4	0,897*	1,4536*
31	Gentriacontan	67,9	455	0,8111*	1,4543*
32	Dotriacontan	69,7	463	0,8124*	1.4550*
33	Tritriacontan	71	474	0,811
34	Tetratriacontan	73,1	478	0,8148*	1,4563*
35	Pentatriacontan	74,7	486	0,8159*	1,4568*
36	Hexatriacontane	75	265 ved 130 Pa	0,814
37	Heptatriacontane	77,4	504,14	0,815
38	Octatriacontan	79	510,93	0,816
39	Nonatriacontane	78	517,51	0,817
40	Tetracontan	81,4	523,88	0,817
41	Gentetracontan	80,7	530,75	0,818
42	Dotetracontan	82,9	536,07	0,819
43	Tritetracontan	85,3	541,91	0,820
44	tetratetracontan	86,4	547,57	0,820
45	Pentatetracontan		553,1	0,821
46	Hexatetracontan		558,42	0,822
47	Heptatetracontane		563,6	0,822
48	Octatetracontan		568,68	0,823
49	Nonatetracontan		573,6	0,823
halvtreds	Pentacontan	93	421	0,824
51	Genpentacontan		583	0,824
52	Dopentacontan	94	587,6	0,825
53	tripentacontan		592	0,825
54	Tetrapentacontan	95	596,38	0,826
…	…	…	…	…	…
60	Hexacontan	98,9
…	…	…	…	…	…
70	Heptacontan	105,3
…	…	…	…	…	…
100	Hektan	115,2
…	…	…	…	…	…
150	Pentacontagectan	123
…	…	…	…	…	…
390	Nonakontatrictan	132

Bemærk til tabellen: * de opnåede værdier for en underafkølet væske er markeret.

Spektralegenskaber

IR -spektroskopi

I IR-spektrene for alkaner er frekvenserne af strækvibrationer af C-H-bindingen tydeligt manifesteret i området 2850-3000 cm- 1 . Frekvenserne af strækvibrationerne i C-C-bindingen er variable og ofte af lav intensitet. De karakteristiske bøjningsvibrationer i C–H-bindingen i methyl- og methylengrupperne ligger normalt i området 1400–1470 cm – 1 , dog giver methylgruppen et svagt bånd ved 1380 cm – 1 i spektrene .

UV -spektroskopi

Rene alkaner absorberer ikke ultraviolet stråling over 2000 Å og er derfor ofte fremragende opløsningsmidler til måling af UV-spektre af andre forbindelser.

Kemiske egenskaber

Alkaner har lav kemisk aktivitet. Dette skyldes, at C-H og C-C enkeltbindinger er relativt stærke og svære at bryde. Da C-C-bindinger er upolære, og C-H-bindinger har lav polaritet, er begge typer bindinger let polariserbare og tilhører σ-typen, deres brud er højst sandsynligt ved en homolytisk mekanisme, det vil sige med dannelsen af radikaler.

Radikale substitutionsreaktioner

Halogenering

Halogenering af alkaner foregår ved en radikal mekanisme. For at starte reaktionen er det nødvendigt at bestråle blandingen af alkan og halogen med UV-stråling eller opvarme den.

Kloreringen af metan stopper ikke ved opnåelse af methylchlorid (hvis der tages ækvimolære mængder af chlor og metan), men fører til dannelsen af alle mulige substitutionsprodukter, fra chlormethan til carbontetrachlorid . Klorering af andre alkaner resulterer i en blanding af hydrogensubstitutionsprodukter ved forskellige kulstofatomer. Forholdet mellem kloreringsprodukter afhænger af temperaturen. Hastigheden af chlorering af primære, sekundære og tertiære atomer afhænger af temperaturen; ved lave temperaturer falder hastigheden i rækken: tertiær, sekundær, primær. Når temperaturen stiger, falder forskellen mellem hastighederne, indtil den bliver den samme. Ud over den kinetiske faktor er fordelingen af chloreringsprodukter påvirket af en statistisk faktor: Sandsynligheden for et angreb af klor på et tertiært carbonatom er 3 gange mindre end det primære og 2 gange mindre end det sekundære. Kloreringen af alkaner er således en ikke-stereoselektiv reaktion, undtagen i tilfælde, hvor kun ét monochloreringsprodukt er muligt.

Halogenering sker lettere, jo længere kulstofkæden er i n - alkanen. I samme retning falder stofmolekylets ioniseringsenergi , det vil sige, at alkanen lettere bliver en elektrondonor .

Halogenering er en af substitutionsreaktionerne . Det mindst hydrogenerede carbonatom halogeneres først (tertiært atom, derefter sekundære, primære atomer halogeneres sidst). Halogeneringen af alkaner finder sted i trin med sekventiel dannelse af chlormethan , dichlormethan , chloroform og carbontetrachlorid : ikke mere end et brintatom udskiftes i ét trin:

{\mathsf {CH_{4}+Cl_{2}\rightarrow CH_{3}Cl+HCl))

{\mathsf {CH_{3}Cl+Cl_{2}\højrepil CH_{2}Cl_{2}+HCl))

{\mathsf {CH_{2}Cl_{2}+Cl_{2}\højrepil CHCl_{3}+HCl))

{\mathsf {CHCl_{3}+Cl_{2}\højrepil CCl_{4}+HCl))

Under påvirkning af lys nedbrydes klormolekylet til radikaler, hvorefter de angriber alkanmolekylerne og river deres brintatom af, hvorved der dannes methylradikaler CH 3 , som kolliderer med klormolekyler, ødelægger dem og danner nye radikaler .

Kædemekanisme for halogenering:

1) Indledning

{\displaystyle {\ce {\mathsf {Cl{\text{:}}Cl->[{h\nu }]Cl{\text{ }}+{\text{}}Cl))))

2) kædevækst

{\mathsf {CH_{3}{\text{-}}CH_{2}{\text{-}}CH_{3}+Cl{\text{ }}\højrepil CH_{3}{\ tekst {-}}{\dot {CH}}{\text{-}}CH_{3}+HCl}}

{\mathsf {CH_{3}{\text{-}}{\dot {CH}}{\text{-}}CH_{3}+Cl{\text{:}}Cl\højrepil CH_{ 3}{\text{-}}CHCl{\text{-}}CH_{3}+Cl{\text{ }}}}

3) Åbent kredsløb

{\displaystyle {\mathsf {CH_{3}{\text{-}}{\dot {CH}}{\text{-}}CH_{3}+Cl{\text{ }}\højrepil CH_{3 } {\text{-}}CHCl{\text{-}}CH_{3))))

Alkanbromering adskiller sig fra chlorering i højere stereoselektivitet på grund af den større forskel i bromeringshastigheder af tertiære, sekundære og primære carbonatomer ved lave temperaturer.

Iodisering af alkaner med jod forekommer ikke, og iodider kan ikke opnås ved direkte iodering.

Med fluor og klor kan reaktionen forløbe eksplosivt, i sådanne tilfælde fortyndes halogenet med nitrogen eller et egnet opløsningsmiddel.

Sulfonering

Med den samtidige virkning af svovloxid (IV) og oxygen på alkaner, med ultraviolet bestråling eller med deltagelse af stoffer, der er donorer af frie radikaler (diazomethan, organiske peroxider), fortsætter sulfoneringsreaktionen med dannelsen af alkylsulfonsyrer :

{\mathsf {CH_{3}{\text{-}}CH_{2}{\text{-}}CH_{2}{\text{-}}CH_{3}{\xrightarrow {O_{ 2};SO_{2};h\nu }}CH_{3}{\text{-}}CH_{2}{\text{-}}CH_{2}{\text{-}}CH_{2} {\text{-}}SO_{2}OH}}

Sulfochlorering (Reeds reaktion)

Når de bestråles med ultraviolet stråling, reagerer alkaner med en blanding af SO 2 og Cl 2. Efter at et alkylradikal er dannet med afgang af hydrogenchlorid, tilsættes svovldioxid. Det resulterende komplekse radikal stabiliseres ved indfangning af et chloratom med ødelæggelsen af det næste molekyle af sidstnævnte.

Udvikling af kædeprocessen:

\mathsf{RH + Cl \cdot \rightarrow R\cdot + HCl}

\mathsf{R\cdot + SO_2 \rightarrow RSO_2\cdot}

\mathsf{RSO_2\cdot + Cl_2 \rightarrow RSO_2Cl + Cl\cdot}

Lineære kulbrinter sulfokloreres lettest i modsætning til reaktionerne ved chlorering og nitrering. [9]

De resulterende sulfonylchlorider anvendes i vid udstrækning til fremstilling af overfladeaktive stoffer .

Nitrering

Alkaner reagerer med en 10% opløsning af salpetersyre eller nitrogenoxid NO 2 i gasfasen ved en temperatur på 140 ° C og lavt tryk for at danne nitroderivater:

\mathsf{RH + HNO_3 \rightarrow RNO_2 + H_2O}

Tilgængelige data peger på en fri radikal mekanisme. Som et resultat af reaktionen dannes blandinger af produkter.

Oxidationsreaktioner Autooxidation

Oxidationen af alkaner i flydende fase forløber i overensstemmelse med den frie radikalmekanisme og fører til dannelsen af hydroperoxider , produkter af deres nedbrydning og interaktion med udgangsalkanen. Skema for den vigtigste autooxidationsreaktion:

\mathsf{RH + O_2 \rightarrow R\cdot + HOO\cdot}

\mathsf{R\cdot + O_2 \rightarrow ROO\cdot}

\mathsf{ROO\cdot + RH \rightarrow ROOH + R\cdot}

Forbrænding

Den vigtigste kemiske egenskab ved mættede kulbrinter, der bestemmer deres anvendelse som brændstof, er forbrændingsreaktionen . Eksempel:

\mathsf{CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O + \Delta Q}

Q - værdien når 46.000 - 50.000 kJ/kg .

I tilfælde af iltmangel opnås i stedet for kuldioxid kulilte (II) eller kul (afhængig af iltkoncentrationen).

katalytisk oxidation

I reaktionerne med katalytisk oxidation af alkaner, kan alkoholer , aldehyder , carboxylsyrer dannes .

Med mild oxidation af CH 4 i nærværelse af en katalysator med oxygen ved 200 ° C, kan følgende dannes:

methanol : $\mathsf{2CH_4 + O_2 \rightarrow 2CH_3OH}$
formaldehyd : ${\mathsf {CH_{4}+O_{2}\højrepil HCHO+H_{2}O))$
myresyre : $\mathsf{2CH_4 + 3O_2 \rightarrow 2HCOOH + 2H_2O}$

Oxidation kan også udføres med luft. Processen udføres i væske- eller gasfase. I industrien opnås højere fedtalkoholer og tilsvarende syrer på denne måde .

Alkanoxidationsreaktion med dimethyldioxiran :

Reaktionsmekanismen til opnåelse af syrer ved katalytisk oxidation og spaltning af alkaner er vist nedenfor ved hjælp af eksemplet på opnåelse af eddikesyre fra butan :

Termiske transformationer af alkaner Nedbrydning

Nedbrydningsreaktioner forekommer kun under påvirkning af høje temperaturer. En stigning i temperaturen fører til brydning af kulstofbindingen og dannelsen af frie radikaler .

Eksempler:

\mathsf{CH_4 \xrightarrow[]{^ot > 1000 ^oC} C + 2H_2}

\mathsf{C_2H_6 \rightarrow 2C + 3H_2}

Revner

Ved opvarmning til over 500 °C gennemgår alkaner pyrolytisk nedbrydning med dannelse af en kompleks blanding af produkter, hvis sammensætning og forhold afhænger af temperaturen og reaktionstiden. Under pyrolyse spaltes carbon-carbon-bindinger for at danne alkylradikaler.

I 1930-1950. pyrolyse af højere alkaner er blevet brugt industrielt til at fremstille en kompleks blanding af alkaner og alkener indeholdende fem til ti kulstofatomer. Det kaldes "termisk revnedannelse". Ved hjælp af termisk krakning var det muligt at øge mængden af benzinfraktionen på grund af spaltningen af alkaner indeholdt i petroleumsfraktionen ( 10-15 kulstofatomer i kulstofskelettet) og dieseloliefraktionen ( 12-20 kulstof ). atomer). Oktantallet for benzin opnået ved termisk krakning overstiger dog ikke 65, hvilket ikke opfylder kravene til driftsbetingelserne for moderne forbrændingsmotorer.

I øjeblikket er termisk krakning blevet fuldstændig fortrængt i industrien af katalytisk krakning, som udføres i gasfasen ved lavere temperaturer - 400-450 ° C og lavt tryk - 10-15 atm på en aluminosilikatkatalysator, som kontinuerligt regenereres ved afbrænding koks dannet på det i en luftstrøm. Under katalytisk krakning stiger indholdet af alkaner med en forgrenet struktur kraftigt i den resulterende benzin.

For metan:

\mathsf{2CH_4 \xrightarrow[]{^ot > 1500 ^oC} C_2H_2 + 3H_2}

Under revnedannelse bryder en af bindingerne (C-C) og danner to radikaler. Derefter sker der tre processer samtidigt, hvorved reaktionen giver mange forskellige produkter:

{\displaystyle {\mathsf {CH_{3}{\text{-}}CH_{2}{\text{:}}CH_{3}{\xrightarrow {1500^{\circ }C}}CH_{3} {\text{-}}CH_{2}{\text{ }}+{\text{ }}CH_{3))))

1) Rekombination:

{\mathsf {CH_{3}{\text{-}}CH_{2}{\text{ }}+{\text{ }}CH_{2}{\text{-}}CH_{3} \rightarrow CH_{3}{\text{-}}CH_{2}{\text{-}}CH_{2}{\text{-}}CH_{3}}}

{\displaystyle {\mathsf {CH_{3}{\text{ }}+{\text{ }}CH_{2}{\text{-}}CH_{3}\højrepil CH_{3}{\text {- }}CH_{2}{\text{-}}CH_{3))))

{\mathsf {CH_{3}{\text{ }}+{\text{ }}CH_{3}\højrepil CH_{3}{\text{-}}CH_{3}}}

2) Disproportionering:

{\mathsf {CH_{3}{\text{ }}+{\text{ }}CH_{2}{\text{-}}CH_{3}\højrepil CH_{4}+CH_{ 2} {\text{=}}CH_{2}}}

{\displaystyle {\mathsf {CH_{3}{\text{-}}CH_{2}{\text{ }}+{\text{ }}CH_{2}{\text{-}}CH_{3} \rightarrow CH_{3}{\text{-}}CH_{3}+CH_{2}{\text{=}}CH_{2))))

3) β-henfald (bindingsbrud (CH)):

{\mathsf {CH_{3}{\text{-}}CH_{2}{\text{ }}{\xrightarrow {-H{\text{ }}}}CH_{2}{\ text{ =}}CH_{2}}}

Dehydrogenering

1) I kulstofskelettet, 2 (ethan) eller 3 (propan) kulstofatomer - opnåelse af (terminale) alkener, da andre ikke kan opnås i dette tilfælde; brintfrigivelse:

Strømningsbetingelser: 400-600 °C, katalysatorer - Pt, Ni, Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 , for eksempel dannelsen af ethylen fra ethan:

\mathsf{CH_3\text{-}CH_3 \rightarrow CH_2 \text{=}CH_2 + H_2}

2) I kulstofskelettet 4 (butan, isobutan) eller 5 (pentan, 2-methylbutan, neopentan ) kulstofatomer - opnåelse af alkadiener, for eksempel butadien-1,3 og butadien-1,2 fra butan:

\mathsf{CH_3\text{-}CH_2\text{-}CH_2\text{-}CH_3 \rightarrow CH_2\text{=}CH\text{-}CH\text{=}CH_2 + 2H_2}

\mathsf{CH_3\text{-}CH_2\text{-}CH_2\text{-}CH_3 \rightarrow CH_2\text{=}C\text{=}CH\text{-}CH_3 + 2H_2}

3) I kulstofskelettet af 6 (hexan) eller flere kulstofatomer - opnåelse af benzen og dets derivater:

\mathsf{CH_3(CH_2)_5CH_3 \højrepil C_6H_5CH_3 + 4H_2}

Methankonvertering

I nærværelse af en nikkelkatalysator forløber reaktionen:

\mathsf{CH_4 + H_2O \rightarrow CO + 3H_2}

Produktet af denne reaktion (en blanding af CO og H 2 ) kaldes " syntesegas ".

Elektrofile substitutionsreaktioner

Isomerisering:
Alkanisomerisering sker under påvirkning af en katalysator (f.eks. AlCl 3 ): for eksempel omdannes butan (C 4 H 10 ), der interagerer med aluminiumchlorid (AlCl 3 ), fra n -butan til 2-methylpropan.

Alkaner interagerer ikke med kaliumpermanganat (KMnO 4 ) og bromvand (opløsning af Br 2 i vand).

At være i naturen

At være i rummet

I små mængder findes alkaner i atmosfæren på solsystemets ydre gasplaneter: på Jupiter - henholdsvis 0,1% metan , 0,0002% ethan , på Saturn 0,2% metan og ethan - 0,0005%, henholdsvis metan og ethan på Uranus - 1,99% og 0,00025%, på Neptun - henholdsvis 1,5% og 1,5⋅10 −10 [10] . På Saturns satellit Titan er metan (1,6%) indeholdt i flydende form, og ligesom vand, der er på Jorden i kredsløbet , er der (polære) søer af metan (blandet med ethan) og metanregn på Titan. Derudover kommer metan som forventet ind i Titans atmosfære som følge af vulkansk aktivitet [11] . Derudover findes metan i halen på kometen Hyakutake og i meteoritter ( kulstofholdige kondritter ). Det antages også, at metan og ethan kometis er dannet i det interstellare rum [12] .

Placering på jorden

I jordens atmosfære er metan til stede i meget små mængder (ca. 0,0001%), det produceres af nogle arkæer (arkæbakterier) , især placeret i tarmkanalen hos kvæg . Aflejringerne af lavere alkaner i form af naturgas , olie og sandsynligvis i fremtiden gashydrater (findes i permafrostområder og under havene) er af industriel betydning. Metan findes også i biogas .

Højere alkaner findes i planters neglebånd og beskytter dem mod udtørring, parasitiske svampe og små planteædende organismer. Disse er normalt kæder med et ulige antal carbonatomer , dannet under decarboxyleringen af fedtsyrer med et lige antal carbonatomer. Hos dyr findes alkaner som feromoner i insekter , især i tsetse-fluer (2-methylheptadecan C 18 H 38 , 17,21-dimethylheptatriacontane C 39 H 80 , 15,19-dimethylheptatriacontane C 91 H 80 og 321 H 80 og 321 H - trimethylheptatriacontan C40H82 ) . Nogle orkideer bruger alkanferomoner til at tiltrække bestøvere.

Henter

Hovedkilden til alkaner (såvel som andre kulbrinter) er olie og naturgas , som normalt forekommer sammen.

Genvinding af halogenerede alkaner:

Under katalytisk hydrogenering i nærværelse af palladium omdannes haloalkaner til alkaner [13] :

\mathsf{RCH_2Cl + H_2 \rightarrow RCH_3 + HCl}

Reduktionen af iodalkaner sker, når sidstnævnte opvarmes med jodbrinte:

\mathsf{RCH_2I +HI \rightarrow RCH_3 + I_2}

Natriumamalgam, metalhydrider, natrium i alkohol, zink i saltsyre eller zink i alkohol er også velegnede til reduktion af haloalkaner [13]

Genvinding af alkoholer :

Reduktionen af alkoholer fører til dannelse af carbonhydrider indeholdende det samme antal C-atomer. For eksempel foregår reduktionsreaktionen af butanol (C 4 H 9 OH) i nærværelse af LiAlH 4 . I dette tilfælde frigives vand [14] .

\mathsf{CH_3CH_2CH_2CH_2OH \xrightarrow[]{LiAlH_4} CH_3CH_2CH_2CH_3 + H_2O}

Genvinding af carbonylforbindelser

Kizhner-Wolf reaktion :

Reaktionen udføres i overskud af hydrazin i et højtkogende opløsningsmiddel i nærvær af KOH [15] .

Clemmensen reaktion [16] :

Hydrogenering af umættede kulbrinter

Fra alkener

\mathsf{C_nH_{2n} + H_2 \rightarrow C_nH_{2n+2}}

Fra alkyner

\mathsf{C_nH_{2n-2} + 2H_2 \rightarrow C_nH_{2n+2}}

Reaktionen katalyseres af nikkel- , platin- eller palladiumforbindelser [17] .

Syntese Kolbe

Under elektrolysen af salte af carboxylsyrer bevæger syreanionen - RCOO - sig til anoden, og der, ved at donere en elektron, bliver den til en ustabil RCOO•-radikal, som straks decarboxyleres. R• radikalet stabiliseres ved at fordoble med et lignende radikal, og R-R dannes [18] . For eksempel:

\mathsf{CH_3COO^- \rightarrow CH_3COO\cdot + e^-}

\mathsf{CH_3COO\cdot \rightarrow CH_3\cdot + CO_2}

\mathsf{2CH_3\cdot + B \rightarrow C_2H_6}

Forgasning af fast brændsel (Berthelot, Schroeder, Bergius processer )

Opstår ved forhøjet temperatur og tryk. Katalysator - Ni (for Berthelot), Mo (for Schroeder) eller uden katalysator (for Bergius):

\mathsf{C + 2H_2 \rightarrow CH_4}

Wurtz reaktion

\mathsf{2R\text{-}Br + 2Na \rightarrow R\text{-}R + 2NaBr}

Reaktionen foregår i THF ved en temperatur på -80 °C [19] . Interaktionen mellem R og R` kan danne en blanding af produkter (R-R, R`-R`, R-R`)

Fischer-Tropsch syntese

{\mathsf {nCO+(2n+1)H_{2}\højrepil C_{n}H_{{2n+2}}+nH_{2}O}}

Dumas reaktion

Fremstilling af alkaner ved decarboxylering af salte af carboxylsyrer, når de er fusioneret med en alkali (normalt NaOH eller KOH):

$CH{\scriptstyle {\text{3}}}COONa+NaOH\rightarrow Na{\scriptstyle {\text{2}}}CO{\scriptstyle {\text{3}}}+CH{\scriptstyle { \tekst{4}}}$

Hydrolyse af aluminiumcarbid [20]

${\mathsf {Al_{4}C_{3}+12H_{2}O\rightarrow 3CH_{4}\uparrow +4Al(OH)_{3}\downarrow ))$

Biologisk handling

Lavere alkaner har en narkotisk virkning , forårsager kvælning og irriterer luftvejene. Med kronisk virkning forstyrrer alkaner nervesystemets funktion, hvilket viser sig i form af søvnløshed, bradykardi , øget træthed og funktionel neurose. På grund af den irriterende virkning af gasser ved subakut, akut og kronisk forgiftning udvikles lungebetændelse og lungeødem.

Noter

↑ Bidd, Ilesh and Whiting, Mark C. Syntesen af rene n-paraffiner med kædelængder mellem et og fire hundrede. J. Chem. Soc., Chem. Commun., hæfte 19, 1985, s. 543-544
↑ Deryabina G.I., Kantaria G.V. 2.4.2. Regler for konstruktion af navne på alkaner i henhold til IUPAC's systematiske internationale nomenklatur (utilgængeligt link) . Interaktiv multimedielærebog "Organisk kemi" . Institut for Organisk, Bioorganisk og Medicinsk Kemi SamGU . Hentet 10. oktober 2012. Arkiveret fra originalen 14. oktober 2012. (ubestemt)
↑ Chemical encyclopedia, bind 3, 1992 , s. 177.
↑ Fizer L., Fizer M. Organic Chemistry, bind 1, 1966 , s. 125.
↑ OEIS -sekvens A000602 = Antal n-knudeløse kvartstræer; antallet af n-carbonalkaner C(n)H(2n+2), der ignorerer stereoisomerer
↑ OEIS -sekvens A000628 = Antal n-node uberodede steriske kvartstræer; antal n-carbonalkaner C(n)H(2n+2) under hensyntagen til stereoisomerer
↑ 1 2 Henze Henry R., Blair Charles M. Antallet af isomere kulbrinter i methanserien // Journal of the American Chemical Society. - ACS Publishers , 1931. - Vol. 53 , nr. 8 . - P. 3077-3085 . - doi : 10.1021/ja01359a034 .
↑ G. Polya. Kombinatorische Anzahlbestimmungen für Gruppen, Graphen und Chemical Verbindungen // Acta Mathematica . - 1937. - Bd. 68.—S. 145–254. - doi : 10.1007/BF02546665 .
↑ Perekalin V.V., Zonis S.A. Organisk kemi
↑ (engelsk) Dr. David R. Williams Jupiter-faktaark (engelsk) (utilgængeligt link) . NASA (2007). Hentet 6. oktober 2010. Arkiveret fra originalen 5. oktober 2011.
↑ Emily Lakdawalla . Titan: Arizona i en isboks? . Hentet 21. januar 2004. Arkiveret fra originalen 6. april 2008. (ubestemt)
↑ Mumma , MJ; Disanti, MA, dello Russo, N., Fomenkova, M., Magee-Sauer, K., Kaminski, CD og DX Xie. Påvisning af rigelig ethan og methan, sammen med kulilte og vand, i Comet C/1996 B2 Hyakutake: Evidence for Interstellar Origin // Science : journal. - 1996. - Bd. 272 , nr. 5266 . — S. 1310 . - doi : 10.1126/science.272.5266.1310 . — PMID 8650540 .
↑ 1 2 Kemikaliekatalog >> Organisk kemi side 63
↑ ALKOHOL - artikel fra leksikonet "Round the World"
↑ Kizhner - Wolf reaktion // Great Soviet Encyclopedia : [i 30 bind] / kap. udg. A. M. Prokhorov . - 3. udg. - M . : Sovjetisk encyklopædi, 1969-1978.
↑ http://www.cnshb.ru/AKDiL/0048/base/RK/160003.shtm
↑ Hydrogeneringskatalysatorer (utilgængeligt link) . Hentet 10. juni 2009. Arkiveret fra originalen 22. april 2009. (ubestemt)
↑ Kolbe-reaktion // Great Soviet Encyclopedia : [i 30 bind] / kap. udg. A. M. Prokhorov . - 3. udg. - M . : Sovjetisk encyklopædi, 1969-1978.
↑ WURZ REACTION (utilgængeligt link) . Hentet 10. juni 2009. Arkiveret fra originalen 3. maj 2011. (ubestemt)
↑ carbid, dets hydrolyse - Chemist's Handbook 21 . chem21.info. Hentet: 12. april 2018. (ubestemt)

Litteratur

Aktivering og katalytiske reaktioner af alkaner / Pr. fra engelsk; udg. K. Hill. — M .: Mir , 1992.
Generel toksikologi / Udg. Loita A. O .. - St. Petersborg. : ELBI-SPb., 2006.
Petrov Al. A. Alkanernes kemi . — M .: Nauka , 1974. — 243 s.
Poya D. Kombinatoriske beregninger for grupper, grafer og kemiske forbindelser // Optællingsproblemer ved kombinatorisk analyse. - M .: Mir, 1979. - S. 36-138 . (Russisk)
Peraushanu V. Produktion og anvendelse af kulbrinter. - M .: Kemi, 1987.
Rudakov ES Reaktioner af alkaner med oxidationsmidler, metalkomplekser og radikaler i opløsninger. - Kiev: Naukova Dumka , 1985.
Fizer L., Fizer M. Organisk kemi. Avanceret kursus. - M. , 1966. - T. 1. - 680 s.
Haynes A. Metoder til oxidation af organiske forbindelser. Alkaner, alkener, alkyner og arener. — M .: Mir, 1988.
Chemical Encyclopedia / Kap. udg. I. L. Knunyants. - M . : Great Russian Encyclopedia, 1992. - T. 3: Kobbersulfider - Polymerfarvestoffer. — 640 s. — ISBN 5-85270-039-8 .
Perekalin V.V., Zonis S.A. Organisk kemi. - 4. udg., revideret. - M .: Uddannelse , 1982. - 560 s.
Akuthjælp ved akut forgiftning. Håndbog i toksikologi / Red. Akademiker fra Akademiet for Medicinske Videnskaber i USSR S. N. Golikov. — M .: Medicin , 1977.

Links

Ordbøger og encyklopædier	Flot dansk Fantastisk norsk Stor russer jorden rundt Brockhaus
I bibliografiske kataloger	BNF : 11946931w GND : 4191827-7 J9U : 987007563165105171 LCCN : sh85097763 NKC : ph115667

kulbrinter
Alkaner	Metan Ethan Propan Butan Isobutan Pentan Isopentan Neopentan Hexan Heptan Oktan Isooctan Nonan Dekan Undecan Dodecan Tridecan Tetradecan Pentadecan Hexadecan Heptadecan Octadecan Nonadecan mole Eikozan Geneikosan Docosan Trikozan tetracosan Pentacosan Gentriacontan Pentatriocontane Hektan Nonakontatrictan
Alkenes	Ethylen propen butener Pentenes hexener Heptenes Okten
Alkyner	Acetylen propyn Men i
dienes	Propadien Butadien Isopren Cyclobutadien
Andre umættede	Vinylacetylen Diacetylen Caroten
Cykloalkaner	Cyclopropan Cyclobutan Cyclopentan Cyclohexan Cycloheptan Cyclooctan Cyklononan Cyclodecan Cycloundecan Cyclodecan Cyclotridecan Cyclotetradecan Cyclopentadecan Cyclohexadecan Cycloheptadecan
Cykloalkener	Cyclopropen Cyclobuten cyclopenten Cyclohexen Cyclohepten 1,3-cyclohexadien 1,4-cyclohexadien 1,5-cyclooctadien
aromatisk	Benzen Toluen Dimethylbenzener Ethylbenzen Propylbenzen Cumol Styren Phenylacetylen Diphenyl Diphenylmethan Triphenylmethan Tetraphenylmethan Mesitylene Hexamethylbenzen
Polycyklisk	Decalin
Polycykliske aromater	Naphthalen Antracen Benzantracen Pentacen Phenantren pyren Benzpyren Azulene Chrysen Inden indan
se også: Binære forbindelser af brint uorganiske syrer

Klasser af organiske forbindelser
kulbrinter	Alkaner Alkenes Arenaer Alkyner dienes Cykloalkaner
Iltholdig	Alkoholer Ethere (estere) Aldehyder Ketoner Keteny carboxylsyrer Estere (estere) ortoestere Kulhydrater Fedtstoffer Quinoner Fenoler Enols Hydroxy syrer Oxosyrer Peroxider
Nitrogenholdig	Aminer Aminoxider Amider hydrazider Hydrazoner Osazoner Nitroforbindelser Nitroso-forbindelser Imines oximer Nitroner Salpetersyrer Diazo-forbindelser Diazoniumsalte Nitriler isonitriler organiske azider Isocyanater Aminosyrer Egern Peptider
Svovl	Thiols Sulfider Sulfoxider Sulfoner Thioestere Salt Bunte Xanthater disulfider Sulfonsyrer Sulfinsyrer Thioaldehyder Thioketoner Thiocarboxylsyrer Organiske thiocyanater Isothiocyanater
Fosforholdig	Fosfiner Fosfonsyrer phosphinsyrer Fosfonsyrer Nukleinsyre Nukleotider
halogenorganisk	halogencarboner Organofluorforbindelser Perfluorcarboner Organiske chlorforbindelser Bromorganiske forbindelser Organiske jodforbindelser
organosilicium	Silaner Silazans Siltians Siloxaner Silikoner
Organoelement	germaniumorganisk organobor Organotin Økologisk bly Aluminium organisk Økologisk kviksølv Andre organometalliske
Andre vigtige klasser	Cykliske forbindelser