CH 3
advertisement
ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ, РЕАКЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ И МЕТОДЫ СИНТЕЗА АЛКАНОВ 1 Алифатические углеводороды АЛИФАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ Ненасыщенные Насыщенные Алканы Алкены Алкадиены Алкины 2 Алканы Алканами называются насыщенные углеводороды, молекулы которых состоят из атомов углерода и водорода, связанных между собой только -связями. 3 Алканы H H H C H H H C H H метан 4 Алканы 5 Алканы Гомологический ряд метана CH4 CH3CH3 CH3CH2CH3 CH3CH2CH2CH3 и т.д. Гомологический ряд изобутана CH3 CH3CHCH3 CH3 CH3CHCH2CH3 CH3 CH3CHCH2CH2CH3 CH3 CH3CHCH2CH2CH2CH3 СnН2n+2 6 Алканы. Номенклатура. Названия нормальных алканов по заместительной номенклатуре Углеводород (алкан) Формула Название Радикал (алкил) Формула Название CH4 метан CH3— метил CH3CH3 этан CH3CH2— этил CH3CH2CH3 пропан CH3CH2CH2— пропил CH3(CH2)2CH3 бутан CH3(CH2)2CH2— бутил CH3(CH2)3CH3 пентан CH3(CH2)3CH2— пентил CH3(CH2)4CH3 гексан CH3(CH2)4CH2— гексил CH3(CH2)5CH3 гептан CH3(CH2)5CH2— гептил CH3(CH2)6CH3 октан CH3(CH2)6CH2— октил CH3(CH2)7CH3 нонан CH3(CH2)7CH2— нонил CH3(CH2)8CH3 декан CH3(CH2)8CH2— децил (декин) 7 Алканы. Номенклатура CH3 CH3 H3C CH CH2 C CH3 CH3 Первичный Вторичный Третичный Четвертичный 2,2,4-триметилпентан 8 Алканы. Номенклатура Алкан Название Соответствующий алкильный радикал Строение Пропан Название Строение пропил CH3CH2CH3 Бутан CH3CH2CH2 изопропил н-бутил CH3CH2CH2CH3 CH3CHCH3 CH3CH2CH2CH2 втор-бутил 2-Метилпропан (изобутан) CH3 CH3 CH3 C CH3CHCH2 изобутил CH3CHCH3 CH3 2,2-диметилпропан CH3CHCH2CH3 CH3 CH3 CH3 трет-бутил CH3 неопентил CH3 CH3 C CH2 CH3 C CH3 9 Алканы. Номенклатура Систематическая номенклатура ИЮПАК 1) определяют самую длинную цепь атомов углерода. Число атомов углерода в этой цепи служит основой названия; 2) нумеруют главную цепь с того конца, ближе к которому находится заместитель (углеводородный радикал); 3) перед основой названия указывают цифровой номер того атома углерода в главной цепи, у которого находится заместитель, а затем в виде префикса называют этот заместитель; 10 Алканы. Номенклатура 4) при наличии двух и более заместителей нумерацию цепи производят так, чтобы заместители получили наименьшие номера. В названии алкана радикалы перечисляются в алфавитном порядке. Перед названием каждого радикала ставят цифру, обозначающую его положение в главной углеродной цепи. Если заместители одинаковые, то к их названию добавляют умножительные приставки ди-, три-, тетра-, пента- и т. д. 5) если в главной цепи на равном расстоянии от концов стоят одинаковые радикалы, то нумерацию производят таким образом, чтобы радикалы получили наименьшие номера. 11 Алканы. Номенклатура CH3 CH3 CH2 CH2 CH CH2 C CH2 CH3 CH3 CH2 CH3 3,5-диметил-3-этилоктан 12 Алканы. Номенклатура CH3 CH CH CH CH3 CH3 CH3 CH3 2,3,4-триметилпентан 13 Алканы. Номенклатура CH3 CH CH2 CH2 CH CH CH3 CH3 CH3 CH3 2,3,6-триметилгептан 14 Алканы. Номенклатура Рациональная номенклатура CH3 CH3 C CH3 CH3 тетраметилметан (2,2-диметилпропан) C2H5 H3C CH CH CH3 CH3 метилэтилизопропилметан (2,3-диметилпентан) 15 Алканы. Номенклатура Структурная изомерия 16 Алканы. Номенклатура Структурная изомерия С4Н10 CH3 H3C CH2 CH2 CH3 н-бутан Ткип= -0,5С H3C CH CH3 изобутан Ткип= -11,7С 17 Алканы. Номенклатура Структурная изомерия С5Н12 H3C CH2 CH2 CH2 CH3 пентан Ткип= 36.2С H3C CH CH2 CH3 CH3 2-метилбутан Ткип= 28С CH3 H3C C CH3 CH3 2,2-диметилпропан 18 Ткип= 9.5С Алканы. Номенклатура Число изомеров в ряду алканов Название Формула Число изомеров Формула Название Число изомеров CH4 метан 1 C11H24 ундекан 159 C2H6 этан 1 C12H26 додекан 355 C3H8 пропан 1 C13H28 тридекан 802 C4H10 бутан 2 C14H30 тетрадекан 1 858 C5H12 пентан 3 C15H32 пентадекан 4 347 C6H14 гексан 5 C20H42 эйкозан C7H16 гептан 9 C25H52 пентакозан 36 797 588 C8H18 октан 18 C30H62 триаконтан 4 111 846 763 C9H20 нонан 35 C40H82 тетраконтан C10H22 декан 75 366 319 62 491 178 805 831 19 Алканы. Физические свойства Отдельные представители Название Физические свойства Структурная формула Tпл, С Tкип, С Метан CH4 –183 –161,5 Этан CH3CH3 –172 –89 Пропан CH3CH2CH3 –188 –42 Бутан CH3(CH2)2CH3 –138 –0,5 Пентан CH3(CH2)3CH3 –130 36 –160 28 –20 9,5 –95 69 2-Метилбутан (изопентан) CH3 CH3CHCH2CH2CH3 2,2-Диметилпропан, (неопентан) CH3 CH3 C CH3 CH3 Гексан CH3(CH2)4CH3 Гептан CH3(CH2)5CH3 –91 98 Октан CH3(CH2)6CH3 –57 126 Нонан CH3(CH2)7CH3 –54 151 Декан CH3(CH2)8CH3 –30 174 Пентадекан CH3(CH2)13CH3 10 Эйкозан CH3(CH2)18CH3 37 270,5 20 343 Алканы. Физические свойства Зависимость температуры кипения от числа атомов углерода в молекуле алкана 21 Алканы. Физические свойства Зависимость температуры плавления от числа атомов углерода 22 в молекуле алкана Алканы. Физические свойства Изменение температуры кипения в изомерах гексана 23 Алканы. Природные источники ПРИРОДНЫЕ ИСТОЧНИКИ АЛКАНОВ Нефть Попутный газ Природный газ Растительное сырье, торф Горный воск (озокерит) 24 Алканы. Переработка нефти Перегонка Каталитический крекинг 25 Алканы. Способы получения Газофикация угля (Бертло, 1869) nC + (n+1)H2 480-490°C, 37МПа 1,3% Fe CnH2n+2 Сжижение угля Метод Фишера-Тропша 200-400°C nCO + (n+1)H2 катализатор Синтетический бензин — «синтин» CnH2n+2 26 Алканы. Способы получения Получение из ненасыщенных углеводородов CH3 CH CH CH3 + H2 Pd/C 25°C CH3 CH CH CH3 бутен-2 H H бутан Получение из галогенопроизводных 2CH3I + 2Na иодметан CH3CH3 + 2NaI этан 27 Алканы. Способы получения CH3I + CH3CH2I Na CH3CH3 этан CH3CH2CH3 пропан CH3CH2CH2CH3 бутан Реакция Ш.А. Вюрца (1854) 28 Алканы. Способы получения Восстановление галогеналканов Pt H3C Cl + H2 R I + HI t CH4 + HCl RH + I2 29 Алканы. Способы получения Получение из солей карбоновых кислот CH3COONa + NaOH ацетат натрия CH4 + Na2CO3 метан Электролиз солей щелочных металлов и карбоновых кислот (реакция Кольбе) 2RCOONa + 2H2O электролиз R R + 2CO2 + 2NaOH + H2 анод катод 30 Алканы. Способы получения Получение алканов из альдегидов и кетонов H2 (Pd/C) C O Zn/Hg, HCl CH2 1) NH2NH2, 2) KOH 31 Алканы. Способы получения Гидролиз карбидов металлов 1) Карбиды, при гидролизе, которых образуется метан. (Карбиды алюминия и берилия Al4C3, Be2C) Al4C3 + 12H2O = 3CH4 + 4Al(OH)3 2) Карбиды при гидролизе, которых образуется ацетилен. (Na2C2, K2C2, CaC2, BaC2, Cu2C2, Ag2C2) 3) Карбиды при гидролизе, которых образуется смесь углеводородов (карбиды переходных металлов) Переработка отходов биологического происхождения 32 Алканы. Химические свойства Галогенирование CH4 + Cl2 hv CH3Cl + HCl хлорметан CH3Cl + Cl2 CH2Cl2 + Cl2 CHCl3 + Cl2 hv CH2Cl2 + HCl дихлорметан hv CHCl3 + HCl трихлорметан hv CCl4 + HCl тетрахлорметан 33 Алканы. Химические свойства Галогенирование (Механизм реакции) Инициирование Cl : Cl hv 2Cl Рост цепи H3C : H + Cl H3C + H : Cl H3C + Cl : Cl H3C : Cl + Cl хлорметан p-AO H C sp2 H H 34 Алканы. Химические свойства Галогенирование (Механизм реакции) Обрыв цепи Cl + Cl Cl + CH3 CH3 + CH3 Cl2 CH3Cl CH3CH3 35 Алканы. Химические свойства Галогенирование (Механизм реакции) 1.Галогенирование начинается только под действием инициатора радикальных реакций (УФсвет, радикальные реагенты, нагревание). 2. Реакционная способность в ряду галогенов уменьшается в ряду: F2 > Cl2 > Br2 > I2 3. Галогенирование под действием фтора и хлора может выйти из под контроля и приобрести взрывной характер. 36 Алканы. Химические свойства Галогенирование (Механизм реакции) 4. Реакционная способность водорода у третичного атома углерода выше, чем у вторичного, а вторичного выше, чем у первичного. CH3 CH3 C > CH3 CH CH3 > CH3CH2 > CH3 CH3 376 кДж/моль 390 кДж/моль 415 кДж/моль 37 Алканы. Химические свойства Галогенирование (Механизм реакции) 38 Алканы. Химические свойства Сульфохлорирование С10H22 + SO2 + Cl2 C10H21SO2Cl + HCl декан сульфохлорид декана C10H21SO2Cl + 2NaOH C10H21SO3Na + NaCl + H2O алкилсульфонат 39 Алканы. Химические свойства Нитрование CH3 CH3CH2CHCH2CH3 + HNO3 CH3 140°C CH3CH2CCH2CH3 + H2O NO2 3-метилпентан 3-метил-3-нитропентан Реакция М.И. Коновалова 40 Алканы. Химические свойства Окисление Сильные окислители (KMnO4, K2Cr2O7 и др.) [O] R CH2 CH2 R катализатор CH3CH2CH2CH3 O2, t kat R CH2OH O R C H R COOH 2CH3COOH + H2O 41 Алканы. Химические свойства Окисление CH4 + H2O CO + 3H2 CH4 + ½O2 CO + H2 CH4 + CO2 2CO + 2H2 CH4 + 2O2 CO2 + H2O + 890 кДж/моль 42 Алканы. Химические свойства Изомеризация CH3 H3C CH CH2 CH3 2-метилбутан H3C CH2 CH2 CH2 CH3 пентан CH3 H3C C CH3 CH3 2,2-диметилпропан 43 Алканы. Химические свойства Термическое разложение (Крекинг) Температура – 470—650°С; В.Г. Шухов (1891) Давление – 7 МПа CH3CH3 + H2C CH2 H2C CH CH3 + CH4 H2C CH CH2 CH3 + H3C CH CH CH3 + H2 CH3CH2CH2CH3 H2C CH CH CH2 + 2H2 H3C CH3 + CH4 + C 2HC CH + 3H2 44 Алканы. Химические свойства Каталитический крекинг Катализаторы – АlСl3, Сr2О3, алюмосиликаты; Температура – 470—500°С; Давление 0,01—0,1 МПа Пиролиз и риформинг 45 46
