Химические свойства. В молекулах алканов атом углерода находится в sp3-гибридизации и имеет тетраэдрическое строение (рис

В молекулах алканов атом углерода находится в sp³-гибридизации и имеет тетраэдрическое строение (рис. 4 и 5).

Рис. 4. sp³-Гибридизация

Рис. 5. Тетраэдрические модели метана и этана

Четыре sp³-гибридизованные орбитали атома углерода (рис.6) перекрываются или с s-орбитами атома водорода, образуя σ-связь С-Н (а) или с sp³-гибридизованными орбиталями другого атома углерода, образуя σ-связь С-С (б).

С – Н С – С

Рис. 6. σ-Связь

Таким образом, алканы содержат σ-связи двух типов С-Н и С-С. Это типичные ковалентные двухцентровые двухэлектронные неполярные химические связи. Дипольный момент алканов равен нулю, что свидетельствует о неполярном характере связей.

Так как в алканах существует 2 типа σ-связей, следовательно, и реакции будут протекать в 2-х направлениях:

а) реакции с разрушением связей С-Н;

б) реакции с разрушением связей С-С (табл. 3).

Таблица 3

Энергия разрыва связей алканов (кДж/моль, 25⁰С)

Реакции с разрушением σ-связи С-Н (замещение водорода)

Разрушение связей С-Н требует большой энергии активации и поэтому алканы при обычной температуре не реагируют с концентрированными кислотами, сильными окислителями (KMnO₄, HNO₃).

Малая полярность связи С-Н предопределяет в основном гомолитический разрыв связи и радикальный характер химических реакций.

Рассмотрим примеры реакций замещения водорода в алканах.

ГАЛОГЕНИРОВАНИЕ

.

Механизм реакции – радикальное замещение (S_R) протекает в 3 стадии.

Первая стадия. Инициирование:

.

Вторая стадия. Развитие цепи:

Третья стадия. Обрыв цепи:

На галогенирование оказывает влияние как характер галогена, так и структура субстрата.

Характер галогена

Активность галогенов в рассматриваемых реакциях убывает в ряду

Cl > Br > I.

Из приведенных в табл. 4 галогенов видно, что наиболее активным является хлор, однако бром обладает наибольшей избирательностью.