Alkaanit

Metaanin , yksinkertaisimman alkaanin , kemiallinen rakenne (ylhäällä) ja 3D-malli (alhaalla) .

Alkaanit ( parafiinit , myös tyydyttyneet tai tyydyttyneet hiilivedyt ) ovat lineaarisen tai haarautuneen rakenteen omaavia asyklisiä hiilivetyjä , jotka sisältävät vain yksinkertaisia (yksittäisiä) sidoksia ja muodostavat homologisen sarjan yleiskaavalla C n H 2n + 2 .

Kaikki alkaanit ja alkeenit kuuluvat alifaattisten hiilivetyjen luokkaan. Alkaanit ovat tyydyttyneitä hiilivetyjä, eli ne sisältävät suurimman mahdollisen määrän vetyatomeja tietylle määrälle hiiliatomeja. Jokainen alkaanimolekyylien hiiliatomi on sp 3 -hybridisaatiotilassa - kaikki 4 C-atomin hybridiorbitaalia ovat muodoltaan ja energialtaan identtisiä, 4 sidosta on suunnattu tetraedrin kärkiin 109 ° 28' kulmissa. C-C-sidokset ovat σ-sidoksia , joille on ominaista alhainen polariteetti ja polarisoituvuus . C-C-sidoksen pituus on 0,154 nm , C-H-sidoksen pituus on 0,1087 nm .

Luokan yksinkertaisin edustaja on metaani (CH 4 ). Englantilaiset kemistit I. Bidd ja M. K. Whiting syntetisoivat vuonna 1985 pisimmän ketjun omaavan hiilivedyn, noncontatrictane C 390 H 782 .

Nimikkeistö

Rational

Hiiliketjun yksi atomeista valitaan, sen katsotaan olevan substituoitu metaanilla ja nimi "alkyyli1alkyyli2alkyyli3alkyyli4metaani" rakennetaan sen suhteen esim.:

a : n -butyyli- sek - butyyli- isobutyylimetaani b : tri-isopropyylimetaani julkaisussa : trietyylipropyylimetaani

Systemaattinen IUPAC

IUPAC - nimikkeistön mukaan alkaanien nimet muodostetaan käyttämällä päätettä -an lisäämällä vastaavaan juureen hiilivedyn nimestä. Valitaan pisin haarautumaton hiilivetyketju, jolloin tämän ketjun numerointi alkaa ketjun päätä lähinnä olevasta substituentin puolelta. Yhdisteen nimessä sen hiiliatomin numero, jossa substituenttiryhmä tai heteroatomi sijaitsee, on merkitty numerolla , sitten ryhmän tai heteroatomin nimi ja pääketjun nimi. Jos ryhmät toistuvat, luettele numerot, jotka osoittavat niiden sijainnin, ja identtisten ryhmien lukumäärä ilmaistaan etuliitteillä di-, tri-, tetra-. Jos ryhmät eivät ole samat, niiden nimet on lueteltu aakkosjärjestyksessä. [2]

Esimerkiksi:

2,6,6-trimetyyli-3-etyyliheptaani (vasemmalta oikealle) / 2,2,6-trimetyyli-5-etyyliheptaani (oikealta vasemmalle)

Verrattaessa substituenttien paikkoja molemmissa yhdistelmissä, etusija annetaan sille, jossa ensimmäinen eroava numero on pienin. Siten oikea nimi on 2,2,6 -trimetyyli-5- etyyliheptaani .

Homologiset sarjat ja isomeria

Alkaanit muodostavat homologisen sarjan .

Homologinen alkaanisarja (ensimmäiset 10 jäsentä)
Metaani	CH 4	CH 4
Ethane	CH3 - CH3 _	C2H6 _ _ _
Propaani	CH3 - CH2 - CH3 _	C3H8 _ _ _
Butaani	CH3 - CH2 - CH2 - CH3 _	C4H10 _ _ _
Pentaani	CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 _	C5H12 _ _ _
Heksaani	CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 _	C6H14 _ _ _
Heptaani	CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 _	C7H16 _ _ _
Oktaani	CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 _	C8H18 _ _ _
Nonan	CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 _	C9H20 _ _ _
dekaani	CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 _	C 10 H 22

Alkaaneilla, joissa on enemmän kuin kolme hiiliatomia, on isomeerejä. Tyydyttyneiden hiilivetyjen isomeria johtuu yksinkertaisimmasta rakenteellisesta isomeriasta - hiilirungon isomeriasta ja alkaen C 7 H 16 - myös optisesta isomeriasta [3] . Alkaanien rakenteellisten isomeerien lukumäärä C n H 2n+2 riippuen hiiliatomien lukumäärästä n ottamatta huomioon stereoisomeriaa [4] [5] ja stereoisomeriaa [6] :

n	Isomeerien lukumäärä	Stereoisomeria huomioon ottaen
neljä	2	2
5	3	3
6	5	5
7	9	yksitoista
kahdeksan	kahdeksantoista	24
9	35	55
kymmenen	75	136
yksitoista	159	345
12	355	900
13	802	2412
neljätoista	1858	6563
viisitoista	4347	18 127
kaksikymmentä	366 319	3 396 844
25	36 797 588	749 329 719
kolmekymmentä	4 111 846 763	182 896 187 256

Alempien hiilivetyjen rakenteellisten isomeerien lukumäärä C14H30:een asti määritettiin suoralla laskennalla; vuonna 1931 kehitettiin rekursiivinen menetelmä isomeerien lukumäärän laskemiseksi [7] . Hiiliatomien lukumäärän n ja isomeerien lukumäärän välillä ei löydetty yksinkertaista yhteyttä [7] . Klo , alkaanien erilaisten rakenteellisten isomeerien lukumäärä voidaan arvioida käyttämällä Redfield-Polyi-lausetta [8] . $n\rightarrow {\mathcal {1}}$

Fysikaaliset ominaisuudet

Sulamis- ja kiehumispisteet kasvavat päähiiliketjun molekyylipainon ja pituuden mukaan.
IUPAC :n määrittämissä standardiolosuhteissa ( paine 10 5 Pa , lämpötila 0 °C) suoraketjuiset alkaanit CH 4 - C 4 H 10 ovat kaasuja, C 5 H 12 - C 13 H 28 ne ovat nesteitä ja lähtökohtana C14H30:sta ja edelleen - kiinteät aineet .
Sulamis- ja kiehumispisteet laskevat vähemmän haarautuneesta haarautuneemmaksi. Joten esimerkiksi 20 °C:ssa n - pentaani on nestettä ja neopentaani on kaasu.
Kaasumaiset ja kiinteät alkaanit eivät haise, joillakin nestemäisillä alkaaneilla on tyypillinen "bensiinin" haju.
Kaikki alkaanit ovat värittömiä, vettä kevyempiä ja liukenemattomia siihen. Alkaanit liukenevat hyvin orgaanisiin liuottimiin, nestemäisiä alkaaneita ( pentaani , heksaani ) käytetään liuottimina.

Normaalien alkaanien fysikaaliset ominaisuudet

n	Nimi	T pl , °C	T kp , °C	Tiheys , g / cm3	Taitekerroin
yksi	Metaani	−182.48	−161,5	0,416 T bp :ssä
2	Ethane	−183,3	−88,63	0,546 T kipissä
3	Propaani	−187,7	−42.1	0,585 T bp :ssä
neljä	Butaani	−138.35	−0,5	0,6 T bp :ssä	1,3326
neljä	Isobutaani	−159.60	−11.73	0,5510 T kipissä
5	Pentaani	−129.7	36.07	0,6262	1,3575
6	Heksaani	−95.3	68.7	0,6594	1,3749
7	Heptaani	−90.6	98.4	0,6795	1,3876
kahdeksan	Oktaani	−55.8	125,7	0,7025	1,3974
9	Nonan	−54	150,8	0,718	1,4054
kymmenen	dekaani	−29.7	174.1	0,730	1,4119
yksitoista	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
neljätoista	Tetradekaani	5.9	253,6	0,7628	1,4289
viisitoista	Pentadekaani	9.9	270,6	0,7685	1,4310
16	Heksadekaani	18.2	286,8	0,7734	1,4345
17	Heptadekaani	22.0	301.9	0,778*	1,4369*
kahdeksantoista	Oktadekaani	28.2	316.1	0,7819*	1,4390*
19	Nonadecan	32.1	329,76	0,7855*	1,4409*
kaksikymmentä	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	tetrakosaani	50.9	389.2	0,7991*	1,4480*
25	Pentakosaani	53.7	401.0	0,8012*	1,4491*
26	Hexacosan	57	262 (15 mmHg)	0,778
27	Heptosaani	60	270 (15 mmHg)	0,780
28	Octacosan	61.1	280 (15 mmHg)	0,807
29	Nonakosaani	64	286 (15 mmHg)	0,808
kolmekymmentä	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	Heksatriakontaani	75	265 130 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	Dotetrakontaani	82.9	536,07	0,819
43	Tritetrakontaani	85.3	541,91	0,820
44	tetratetrakontaani	86.4	547,57	0,820
45	Pentatetrakontaani		553.1	0,821
46	Heksatetrakontaani		558,42	0,822
47	Heptatetrakontaani		563,6	0,822
48	Octatetracontan		568,68	0,823
49	Nonatetrakontaani		573,6	0,823
viisikymmentä	Pentacontan	93	421	0,824
51	Genpentacontan		583	0,824
52	Dopentakontaani	94	587,6	0,825
53	tripentakontaani		592	0,825
54	Tetrapentakontaani	95	596,38	0,826
…	…	…	…	…	…
60	Hexacontan	98.9
…	…	…	…	…	…
70	Heptacontan	105.3
…	…	…	…	…	…
100	Hektaani	115.2
…	…	…	…	…	…
150	Pentakontagektaani	123
…	…	…	…	…	…
390	Nonacontatrictan	132

Huomautus taulukkoon: * alijäähdytetylle nesteelle saadut arvot on merkitty.

Spektriominaisuudet

IR -spektroskopia

Alkaanien IR-spektreissä C–H-sidoksen venytysvärähtelyjen taajuudet näkyvät selvästi alueella 2850–3000 cm– 1 . C-C-sidoksen venytysvärähtelyjen taajuudet ovat vaihtelevia ja usein matalan intensiteetin. Tyypilliset taivutusvärähtelyt C–H-sidoksessa metyyli- ja metyleeniryhmissä ovat yleensä välillä 1400–1470 cm – 1 , mutta metyyliryhmä antaa spektrissä heikon kaistan kohdassa 1380 cm – 1 .

UV -spektroskopia

Puhtaat alkaanit eivät absorboi yli 2000 Å :n ultraviolettisäteilyä ja ovat tästä syystä usein erinomaisia liuottimia muiden yhdisteiden UV-spektrien mittaamiseen.

Kemialliset ominaisuudet

Alkaaneilla on alhainen kemiallinen aktiivisuus. Tämä johtuu siitä, että C-H- ja C-C-yksittäiset sidokset ovat suhteellisen vahvoja ja vaikeita katkaista. Koska C-C-sidokset ovat ei-polaarisia ja C-H-sidokset ovat vähän polarisoituvia, molemmat sidostyypit ovat hieman polarisoituvia ja kuuluvat σ-tyyppiin, niiden katkeaminen tapahtuu todennäköisimmin homolyyttisellä mekanismilla, eli radikaalien muodostumisella.

Radikaalisubstituutioreaktiot

Halogenointi

Alkaanien halogenointi tapahtuu radikaalimekanismilla . Reaktion käynnistämiseksi on välttämätöntä säteilyttää alkaanin ja halogeenin seosta UV-säteilyllä tai lämmittää sitä.

Metaanin klooraus ei pysähdy metyylikloridin saantivaiheeseen (jos otetaan ekvimolaariset määrät klooria ja metaania), vaan johtaa kaikkien mahdollisten korvaustuotteiden muodostumiseen kloorimetaanista hiilitetrakloridiin . Muiden alkaanien klooraus johtaa eri hiiliatomeissa olevien vetysubstituutiotuotteiden seokseen . Klooraustuotteiden suhde riippuu lämpötilasta. Primaaristen, sekundaaristen ja tertiääristen atomien kloorausnopeus riippuu lämpötilasta; matalissa lämpötiloissa nopeus laskee sarjassa: tertiäärinen, sekundaarinen, primaarinen. Lämpötilan noustessa nopeuksien välinen ero pienenee, kunnes se muuttuu samaksi. Klooraustuotteiden jakautumiseen vaikuttaa kineettisen tekijän lisäksi tilastollinen tekijä: kloorin hyökkäyksen todennäköisyys tertiääriseen hiiliatomiin on 3 kertaa pienempi kuin primaarinen ja 2 kertaa pienempi kuin toissijainen. Siten alkaanien klooraus on ei-stereoselektiivinen reaktio, paitsi tapauksissa, joissa vain yksi monoklooraustuote on mahdollinen.

Halogenoituminen tapahtuu helpommin, mitä pidempi n- alkaanin hiiliketju on . Samaan suuntaan ainemolekyylin ionisaatioenergia pienenee, eli alkaanista tulee helpommin elektronin luovuttaja .

Halogenointi on yksi substituutioreaktioista . Vähiten hydrattu hiiliatomi halogenoidaan ensin (tertiäärinen atomi, sitten sekundäärinen, primaariset atomit halogenoidaan viimeisenä). Alkaanien halogenointi tapahtuu vaiheittain, jolloin muodostuu peräkkäin kloorimetaania , dikloorimetaania , kloroformia ja hiilitetrakloridia : yhdessä vaiheessa ei korvata enempää kuin yksi vetyatomi:

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

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

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

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

Valon vaikutuksesta kloorimolekyyli hajoaa radikaaleiksi, sitten ne hyökkäävät alkaanimolekyylejä vastaan repimällä irti vetyatominsa, minkä seurauksena muodostuu metyyliradikaaleja CH 3 , jotka törmäävät kloorimolekyylien kanssa tuhoten niitä ja muodostaen uusia radikaaleja. .

Halogenoinnin ketjumekanismi:

1) Initiaatio

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

2) ketjun kasvu

{\mathsf {CH_{3}{\text{-}}CH_{2}{\text{-}}CH_{3}+Cl{\text{ }}\rightarrow CH_{3}{\ text {-}}{\piste {CH}}{\text{-}}CH_{3}+HCl}}

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

3) Avoin piiri

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

Alkaanibromaus eroaa kloorauksesta suuremmalla stereoselektiivisyydellä johtuen suuremmasta erosta tertiääristen, sekundaaristen ja primääristen hiiliatomien bromausnopeuksissa matalissa lämpötiloissa.

Alkaanien jodoitumista jodilla ei tapahdu, eikä jodideja voida saada suoralla jodauksella.

Fluorilla ja kloorilla reaktio voi edetä räjähdysmäisesti, jolloin halogeeni laimennetaan typellä tai sopivalla liuottimella.

Sulfonointi

Rikkioksidin (IV) ja hapen samanaikainen vaikutus alkaaneihin, ultraviolettisäteilytys tai aineiden, jotka ovat vapaiden radikaalien luovuttajia (diatsometaani, orgaaniset peroksidit) osallistumista, sulfonointireaktio etenee muodostaen alkyylisulfonihappoja :

{\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}}

Sulfoklooraus (Reedin reaktio)

Ultraviolettisäteilyllä säteilytettäessä alkaanit reagoivat SO 2 :n ja Cl 2 :n seoksen kanssa. Alkyyliradikaalin muodostumisen jälkeen kloorivedyn poistuessa lisätään rikkidioksidia. Tuloksena oleva kompleksiradikaali stabiloidaan sieppaamalla klooriatomi ja tuhoamalla jälkimmäisen seuraavan molekyylin.

Ketjuprosessin kehittäminen:

\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}

Lineaariset hiilivedyt sulfokloorautuvat helpoimmin, toisin kuin kloorauksen ja nitrauksen reaktiot. [9]

Syntyviä sulfonyyliklorideja käytetään laajalti pinta -aktiivisten aineiden tuotannossa .

Nitraus

Alkaanit reagoivat 10-prosenttisen typpihapon tai typpioksidin NO 2 -liuoksen kanssa kaasufaasissa 140 °C:n lämpötilassa ja matalassa paineessa muodostaen nitrojohdannaisia:

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

Saatavilla olevat tiedot viittaavat vapaiden radikaalien mekanismiin. Reaktion seurauksena muodostuu tuoteseoksia.

Hapetusreaktiot Itsehapetus

Alkaanien hapettuminen nestefaasissa etenee vapaiden radikaalien mekanismin mukaisesti ja johtaa hydroperoksidien muodostumiseen , niiden hajoamistuotteisiin ja vuorovaikutukseen lähtöalkaanin kanssa. Pääasiallisen itsehapetusreaktion kaavio:

\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}

Palaminen

Tyydyttyneiden hiilivetyjen tärkein kemiallinen ominaisuus, joka määrää niiden käytön polttoaineena, on palamisreaktio . Esimerkki:

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

Q - arvo saavuttaa 46 000 - 50 000 kJ / kg .

Hapen puutteessa hiilidioksidin sijasta saadaan hiilimonoksidia (II) tai hiiltä (riippuen happipitoisuudesta).

katalyyttinen hapetus

Alkaanien katalyyttisen hapetuksen reaktioissa voi muodostua alkoholeja , aldehydejä , karboksyylihappoja .

CH4 :n lievällä hapetuksella hapella olevan katalyytin läsnä ollessa 200 °C:ssa voi muodostua seuraavaa:

metanoli : $\mathsf{2CH_4 + O_2 \rightarrow 2CH_3OH}$
formaldehydi : ${\mathsf {CH_{4}+O_{2}\rightarrow HCHO+H_{2}O))$
muurahaishappo : $\mathsf{2CH_4 + 3O_2 \rightarrow 2HCOOH + 2H_2O}$

Hapetus voidaan suorittaa myös ilmalla. Prosessi suoritetaan neste- tai kaasufaasissa. Teollisuudessa tällä tavalla saadaan korkeampia rasva-alkoholeja ja vastaavia happoja .

Alkaanien hapetusreaktio dimetyylidioksraanin kanssa :

Reaktioiden mekanismi happojen saamiseksi katalyyttisen hapetuksen ja alkaanien pilkkomisen avulla on esitetty alla käyttämällä esimerkkiä etikkahapon saamiseksi butaanista :

Alkaanien lämpömuutokset Hajoaminen

Hajoamisreaktiot tapahtuvat vain korkeiden lämpötilojen vaikutuksesta. Lämpötilan nousu johtaa hiilisidoksen katkeamiseen ja vapaiden radikaalien muodostumiseen .

Esimerkkejä:

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

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

Halkeilu

Yli 500 °C:een kuumennettaessa alkaanit hajoavat pyrolyyttisesti, jolloin muodostuu monimutkainen tuoteseos, jonka koostumus ja suhde riippuvat lämpötilasta ja reaktioajasta. Pyrolyysin aikana hiili-hiili-sidokset katkeavat muodostaen alkyyliradikaaleja.

Vuosina 1930-1950. korkeampien alkaanien pyrolyysiä on käytetty teollisesti monimutkaisen alkaanien ja alkeenien seoksen valmistamiseksi, joka sisältää 5-10 hiiliatomia. Sitä kutsutaan "lämpösäröilyksi". Terminen krakkauksen avulla pystyttiin lisäämään bensiinijakeen määrää kerosiinifraktiossa ( 10-15 hiiliatomia hiilirungossa) ja dieselöljyfraktiossa ( 12-20 hiiltä ) sisältyvien alkaanien halkeamisen vuoksi. atomit). Termisellä krakkauksella saadun bensiinin oktaaniluku ei kuitenkaan ylitä 65:tä, mikä ei täytä nykyaikaisten polttomoottoreiden käyttöolosuhteiden vaatimuksia.

Tällä hetkellä lämpökrakkaus on teollisuudessa syrjäytynyt kokonaan katalyyttisellä krakkauksella, joka suoritetaan kaasufaasissa alemmissa lämpötiloissa - 400-450 °C ja matalassa paineessa - 10-15 atm alumiinisilikaattikatalyytillä, joka regeneroidaan jatkuvasti polttamalla. sille muodostunut koksi ilmavirrassa. Katalyyttisen krakkauksen aikana haaroittuneen rakenteen omaavien alkaanien pitoisuus kasvaa jyrkästi tuloksena olevassa bensiinissä.

Metaanille:

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

Halkeilun aikana yksi sidoksista (C-C) katkeaa muodostaen kaksi radikaalia. Sitten tapahtuu kolme prosessia samanaikaisesti, minkä seurauksena reaktio antaa monia erilaisia tuotteita:

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

1) Rekombinaatio:

{\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}\rightarrow CH_{3}{\text {- }}CH_{2}{\text{-}}CH_{3))))

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

2) Epäsuhtaisuus:

{\mathsf {CH_{3}{\text{ }}+{\text{ }}CH_{2}{\text{-}}CH_{3}\rightarrow 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-hajoaminen (sidoksen katkaisu (CH)):

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

Dehydraus

1) Hiilirungossa 2 (etaani) tai 3 (propaani) hiiliatomia - saadaan (pääte) alkeeneja, koska muita ei tässä tapauksessa saada; vedyn vapautuminen:

Virtausolosuhteet: 400-600 °C, katalyytit - Pt, Ni, Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 , esim. eteenin muodostus etaanista:

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

2) Hiilirungossa 4 (butaani, isobutaani) tai 5 (pentaani, 2-metyylibutaani, neopentaani ) hiiliatomia - alkadieenien, esimerkiksi butadieeni-1,3:n ja butadieeni-1,2:n saaminen butaanista:

\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\teksti{-}CH_3 + 2H_2}

3) 6 (heksaani) tai useamman hiiliatomin hiilirungossa - bentseenin ja sen johdannaisten saaminen:

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

Metaanin konversio

Nikkelikatalyytin läsnä ollessa reaktio etenee:

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

Tämän reaktion tuotetta (CO:n ja H2:n seosta ) kutsutaan " synteesikaasuksi ".

Elektrofiiliset substituutioreaktiot

Isomerointi:
Alkaanien isomeroituminen tapahtuu katalyytin (esim. AlCl 3 ) vaikutuksesta: esimerkiksi butaani (C 4 H 10 ), joka on vuorovaikutuksessa alumiinikloridin (AlCl 3 ) kanssa, muuttuu n - butaanista 2-metyylipropaaniksi.

Alkaanit eivät ole vuorovaikutuksessa kaliumpermanganaatin (KMnO 4 ) ja bromiveden (Br 2 -liuos vedessä) kanssa.

Luonnossa oleminen

Avaruudessa oleminen

Pieniä määriä alkaaneja löytyy aurinkokunnan ulompien kaasuplaneettojen ilmakehästä: Jupiterilla - 0,1% metaania , 0,0002% etaania , Saturnuksella 0,2% metaania ja etaanilla - 0,0005%, metaania ja etaania Uranuksella - vastaavasti. 1,99 % ja 0,00025 % Neptunuksella - 1,5 % ja 1,5⋅10 -10 [ 10] . Saturnuksen satelliitilla Titanilla metaania (1,6 %) on nestemäisessä muodossa, ja kuten maapallolla olevan veden kiertokulkuun , Titaanissa on (napaisia) metaanijärviä (sekoitettuna etaaniin) ja metaanisateita. Lisäksi metaania pääsee odotetusti Titanin ilmakehään vulkaanisen toiminnan seurauksena [11] . Lisäksi metaania löytyy komeetan Hyakutaken pyrstöstä ja meteoriiteista ( hiilipitoisista kondriiteista ). On myös oletettu, että metaani ja etaani komeetan jäät muodostuivat tähtienvälisessä avaruudessa [12] .

Sijainti maan päällä

Maapallon ilmakehässä metaania on hyvin pieniä määriä (noin 0,0001%), sitä tuottavat jotkin arkeat (arkebakteerit) , erityisesti karjan suolistossa . Alempien alkaanien esiintymät maakaasun , öljyn ja luultavasti tulevaisuudessa kaasuhydraattien muodossa (löytyy ikiroudan alueilla ja valtamerten alta) ovat teollisesti tärkeitä. Metaania löytyy myös biokaasusta .

Kasvien kynsinauhoissa on korkeampia alkaaneja , jotka suojaavat niitä kuivumiselta, loissieniltä ja pieniltä kasvinsyöjiltä. Nämä ovat yleensä ketjuja, joissa on pariton määrä hiiliatomeja ja jotka muodostuvat parillisen hiiliatomimäärän sisältävien rasvahappojen dekarboksylaatiossa . Eläimissä alkaaneja esiintyy feromoneina hyönteisissä , erityisesti tsetse - kärpäsissä (2-metyyliheptadekaani C 18 H 38 , 17,21-dimetyyliheptatriakontaani C 39 H 80 , 15,19-dimetyyliheptatriakontaani C 39 H 80 ja 15,19-dimetyyliheptatriakontaani C 39 H 80 - trimetyyliheptatriakontaani C40H82 ) . Jotkut orkideat käyttävät alkaaniferomoneja houkutellakseen pölyttäjiä.

Haetaan

Alkaanien (sekä muiden hiilivetyjen) päälähde on öljy ja maakaasu , joita esiintyy yleensä yhdessä.

Halogenoitujen alkaanien talteenotto:

Katalyyttisessä hydrauksessa palladiumin läsnä ollessa halogeenialkaanit muuttuvat alkaaneiksi [13] :

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

Jodialkaanien pelkistyminen tapahtuu, kun jälkimmäisiä kuumennetaan jodihapolla:

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

Natriumamalgaami, metallihydridit, natrium alkoholissa, sinkki suolahapossa tai sinkki alkoholissa sopivat myös halogeenialkaanien pelkistämiseen [13]

Alkoholien talteenotto :

Alkoholien pelkistyminen johtaa hiilivetyjen muodostumiseen, joissa on sama määrä C-atomeja, esimerkiksi butanolin (C 4 H 9 OH) pelkistysreaktio tapahtuu LiAlH 4 :n läsnä ollessa . Tässä tapauksessa vapautuu vettä [14] .

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

Karbonyyliyhdisteiden talteenotto

Kizhner-Wolfin reaktio :

Reaktio suoritetaan ylimäärässä hydratsiinia korkealla kiehuvassa liuottimessa KOH :n läsnä ollessa [15] .

Clemmensenin reaktio [16] :

Tyydyttymättömien hiilivetyjen hydraus

Alkeeneista _

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

Alkyeneistä _

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

Reaktiota katalysoivat nikkeli- , platina- tai palladiumyhdisteet [17] .

Synteesi Kolbe

Karboksyylihappojen suolojen elektrolyysin aikana happoanioni - RCOO - siirtyy anodille, jossa se luovuttaen elektronin muuttuu epästabiiliksi RCOO•-radikaaliksi, joka dekarboksyloituu välittömästi. R•-radikaali stabiloituu kaksinkertaistumalla samanlaisella radikaalilla ja muodostuu R-R [18] . Esimerkiksi:

\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}

Kiinteän polttoaineen kaasutus (Berthelot-, Schroeder-, Bergius- prosessit )

Esiintyy korotetussa lämpötilassa ja paineessa. Katalyytti - Ni (Berthelot), Mo (Schroeder) tai ilman katalyyttiä (Bergius):

\mathsf{C + 2H_2 \rightarrow CH_4}

Wurtzin reaktio

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

Reaktio tapahtuu THF :ssä lämpötilassa -80 °C [19] . R:n ja R`:n vuorovaikutus voi muodostaa tuotteiden seoksen (R-R, R`-R`, R-R`)

Fischer-Tropsch-synteesi

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

Dumasin reaktio

Alkaanien saaminen dekarboksyloimalla karboksyylihappojen suoloja, kun ne fuusioidaan alkalin (yleensä NaOH tai KOH) kanssa:

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

Alumiinikarbidin hydrolyysi [20]

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

Biologinen toiminta

Alemmilla alkaaneilla on narkoottinen vaikutus , ne aiheuttavat tukehtumista ja ärsyttävät hengityselimiä. Kroonisella vaikutuksella alkaanit häiritsevät hermoston toimintaa, mikä ilmenee unettomuuden, bradykardian , lisääntyneen väsymyksen ja toiminnallisten neuroosien muodossa. Kaasujen ärsyttävästä vaikutuksesta johtuen subakuuteissa, akuuteissa ja kroonisissa myrkytyksissä kehittyy keuhkokuume ja keuhkopöhö.

Muistiinpanot

↑ Bidd, Ilesh ja Whiting, Mark C. Puhtaiden n-parafiinien synteesi, joiden ketjun pituus on yhdestä neljäänsataan. J. Chem. Soc., Chem. Commun., Issue 19, 1985, s. 543-544
↑ Deryabina G.I., Kantaria G.V. 2.4.2. Säännöt alkaanien nimien muodostamiseksi IUPAC:n systemaattisen kansainvälisen nimikkeistön mukaisesti (pääsemätön linkki) . Interaktiivinen multimediaoppikirja "Orgaaninen kemia" . Orgaanisen, bioorgaanisen ja lääketieteellisen kemian laitos SamGU . Haettu 10. lokakuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 14. lokakuuta 2012. (määrätön)
↑ Chemical encyclopedia, osa 3, 1992 , s. 177.
↑ Fizer L., Fizer M. Organic Chemistry, osa 1, 1966 , s. 125.
↑ OEIS - sekvenssi A000602 = n -solmun juurtumattomien kvarttisten puiden lukumäärä; n-hiilialkaanien lukumäärä C(n)H(2n+2) stereoisomeerit huomioimatta
↑ OEIS - sekvenssi A000628 = n -solmun juurtumattomien steeristen kvarttisten puiden lukumäärä; n-hiilialkaanien lukumäärä C(n)H(2n+2) stereoisomeerit huomioon ottaen
↑ 1 2 Henze Henry R., Blair Charles M. Metaanisarjan isomeeristen hiilivetyjen lukumäärä // Journal of the American Chemical Society. - ACS Publishers , 1931. - Voi. 53 , no. 8 . - P. 3077-3085 . - doi : 10.1021/ja01359a034 .
↑ G. Polya. Kombinatorische Anzahlbestimmungen für Gruppen, Graphen und chemische Verbindungen // Acta Mathematica . - 1937. - Voi. 68.—s. 145–254. - doi : 10.1007/BF02546665 .
↑ Perekalin V.V., Zonis S.A. Orgaaninen kemia
↑ (englanniksi) Dr. David R. Williams Jupiter Fact Sheet (englanniksi) (linkki ei saatavilla) . NASA (2007). Haettu 6. lokakuuta 2010. Arkistoitu alkuperäisestä 5. lokakuuta 2011.
↑ Emily Lakdawalla . Titan: Arizona jäälaatikossa? . Haettu 21. tammikuuta 2004. Arkistoitu alkuperäisestä 6. huhtikuuta 2008. (määrätön)
↑ Mumma , MJ; Disanti, MA, dello Russo, N., Fomenkova, M., Magee-Sauer, K., Kaminski, CD ja DX Xie. Runsaan etaanin ja metaanin havaitseminen yhdessä hiilimonoksidin ja veden kanssa komeetassa C/1996 B2 Hyakutake: Evidence for Interstellar Origin // Science : Journal. - 1996. - Voi. 272 , no. 5266 . - s. 1310 . - doi : 10.1126/tiede.272.5266.1310 . — PMID 8650540 .
↑ 1 2 Kemikaaliluettelo >> Orgaaninen kemia sivu 63
↑ ALKOHOLI - artikkeli tietosanakirjasta "Maailman ympäri"
↑ Kizhner - Wolfin reaktio // Suuri Neuvostoliiton tietosanakirja : [30 nidettä] / ch. toim. A. M. Prokhorov . - 3. painos - M . : Neuvostoliiton tietosanakirja, 1969-1978.
↑ http://www.cnshb.ru/AKDiL/0048/base/RK/160003.shtm
↑ Hydrauskatalyytit (pääsemätön linkki) . Haettu 10. kesäkuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 22. huhtikuuta 2009. (määrätön)
↑ Kolben reaktio // Suuri Neuvostoliiton Encyclopedia : [30 nidettä] / ch. toim. A. M. Prokhorov . - 3. painos - M . : Neuvostoliiton tietosanakirja, 1969-1978.
↑ WURZ REACTION (pääsemätön linkki) . Haettu 10. kesäkuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 3. toukokuuta 2011. (määrätön)
↑ karbidi, sen hydrolyysi - Kemistin käsikirja 21 . chem21.info. Haettu: 12.4.2018. (määrätön)

Kirjallisuus

Alkaanien aktivointi ja katalyyttiset reaktiot / Per. englannista; toim. K. Hill. - M .: Mir , 1992.
Yleinen toksikologia / Toim. Loita A. O .. - Pietari. : ELBI-SPb., 2006.
Petrov Al. A. Alkaanien kemia . — M .: Nauka , 1974. — 243 s.
Poya D. Kombinatoriset laskelmat ryhmille, kuvaajille ja kemiallisille yhdisteille // Kombinatorisen analyysin laskentatehtävät. - M .: Mir, 1979. - S. 36-138 . (Venäjän kieli)
Peraushanu V. Hiilivetyjen tuotanto ja käyttö. - M .: Kemia, 1987.
Rudakov ES Alkaanien reaktiot hapettimien, metallikompleksien ja radikaalien kanssa liuoksissa. - Kiova: Naukova Dumka , 1985.
Fizer L., Fizer M. Orgaaninen kemia. Jatkokurssi. - M. , 1966. - T. 1. - 680 s.
Haynes A. Orgaanisten yhdisteiden hapetusmenetelmät. Alkaanit, alkeenit, alkyynit ja areeenit. - M .: Mir, 1988.
Chemical Encyclopedia / Ch. toim. I. L. Knunyants. - M . : Great Russian Encyclopedia, 1992. - T. 3: Kuparisulfidit - Polymeerivärit. — 640 s. — ISBN 5-85270-039-8 .
Perekalin V.V., Zonis S.A. Orgaaninen kemia. - 4. painos, tarkistettu. - M . : Koulutus , 1982. - 560 s.
Ensiapu akuutin myrkytyksen varalta. Toksikologian käsikirja / Toim. Neuvostoliiton lääketieteellisen akatemian akateemikko S. N. Golikov. - M .: Lääketiede , 1977.

Linkit

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Suuri tanskalainen Hienoa norjalaista Iso venäläinen maailman ympäri Brockhaus
Bibliografisissa luetteloissa	BNF : 11946931w GND : 4191827-7 J9U : 987007563165105171 LCCN : sh85097763 NKC : ph115667

hiilivedyt
Alkaanit	Metaani Ethane Propaani Butaani Isobutaani Pentaani Isopentaani Neopentaani Heksaani Heptaani Oktaani Isooktaani Nonan dekaani Undecan Dodecan Tridecan Tetradekaani Pentadekaani Heksadekaani Heptadekaani Oktadekaani Nonadecan laituri Eikozan Geneikosan Docosan Trikozan tetrakosaani Pentakosaani Gentriacontan Pentatriokontaani Hektaani Nonacontatrictan
Alkeenit	Etyleeni propeeni buteenit Pentenes hekseenit Hepteenit Okteeni
Alkynes	Asetyleeni propyyni Butin
dieenit	Propadien Butadieeni Isopreeni Syklobutadieeni
Muut tyydyttymättömät	Vinyyliasetyleeni Diasetyleeni karoteenia
Sykloalkaanit	Syklopropaani Syklobutaani Syklopentaani Sykloheksaani Sykloheptaani Syklooktaani Cyclononane Syklodekaani Syklondekaani Syklodekaani Syklotridekaani Syklotetradekaani Syklopentadekaani Sykloheksadekaani Sykloheptadekaani
Sykloalkeenit	Syklopropeeni Syklobuteeni syklopenteeni Syklohekseeni Syklohepteeni 1,3-sykloheksadieeni 1,4-sykloheksadieeni 1,5-syklo-oktadieeni
aromaattinen	Bentseeni Tolueeni Dimetyylibentseenit Etyylibentseeni Propyylibentseeni Cumol Styreeni Fenyyliasetyleeni Difenyyli Difenyylimetaani Trifenyylimetaani Tetrafenyylimetaani Mesitylene Heksametyylibentseeni
Polysyklinen	Decalin
Polysykliset aromaatit	Naftaleeni Antraseeni Bentsantraseeni Pentaseeni Fenantreeni pyreeni Bentspyreeni Azuleeni Chrysen Inden indan
Katso myös: Vedyn binääriset yhdisteet epäorgaaniset hapot

Orgaanisten yhdisteiden luokat
hiilivedyt	Alkaanit Alkeenit Arenat Alkynes dieenit Sykloalkaanit
Happipitoinen	Alkoholit Eetterit (esterit) Aldehydit Ketonit Keteny karboksyylihapot Esterit (esterit) ortoesterit Hiilihydraatit Rasvat Kinonit Fenolit Enols Hydroksihapot Oksohapot Peroksidit
Typpeä sisältävä	Amiinit Amiinioksidit amidit hydratsidit Hydrazones Osazones Nitroyhdisteet Nitrosoyhdisteet Imines oksiimit Nitronit Nitrolihapot Diatsoyhdisteet Diatsoniumsuolat Nitriilit Isonitriilit orgaaniset atsidit Isosyanaatit Aminohappoja Oravat Peptidit
Rikki	tiolit Sulfidit Sulfoksidit Sulfonit Tioesterit Suola Bunte Ksantaatit disulfidit Sulfonihapot Sulfiinihapot Tioaldehydit Tioketonit Tiokarboksyylihapot Orgaaniset tiosyanaatit Isotiosyanaatit
Fosforia sisältävä	Fosfiinit Fosfonihapot fosfiinihapot Fosfonihapot Nukleiinihappo Nukleotidit
haloorgaaninen	halogeenihiilivetyjä Organofluoriyhdisteet Perfluorihiilivedyt Orgaaniset klooriyhdisteet Bromiorgaaniset yhdisteet Orgaaniset jodiyhdisteet
organopiitä	Silaanit Silazanit Siltilaiset Siloksaanit Silikonit
Organoelementti	orgaaninen germanium organoboori Organotina Orgaaninen lyijy Orgaaninen alumiini Orgaaninen elohopea Muut organometalliset
Muut tärkeät luokat	Sykliset yhdisteet