Гомологические ряды углеводородов

Предельные углеводороды:

1. Алканы (С_nH_2n+2, ациклические, все атомы углерода находятся в состоянии sp³-гибридизации).

2. Циклоалканы (С_nH_2n, циклические, все атомы углерода находятся в состоянии sp³-гибридизации).

Непредельные углеводороды:

1. Алкены (С_nH_2n, ациклические, атомы углерода находятся в состояниях sp² и sp³-гибридизации, в молекуле имеется одна двойная связь).

2. Алкадиены (С_nH_2n-2, ациклические, атомы углерода находятся в состояниях sp² и sp³-гибридизации, в молекуле имеются две двойные связи).

3. Алкины (С_nH_2n-2, ациклические, атомы углерода находятся в состояниях sp и sp³-гибридизации, в молекуле имеется одна тройная связь).

Ароматические углеводороды: арены (С_nH_2n-6, циклические, атомы углерода находятся в состоянии sp²-гибридизации, в молекуле имеется сопряженная система двойных связей).

Алканы

Физические свойства. Алканы, содержащие от одного до четырех атомов углерода – газы; от пяти до шестнадцати атомов углерода – жидкости; остальные – твердые вещества. Температуры плавления и кипения увеличиваются с увеличением числа атомов углерода в молекуле и степени разветвления углеродного скелета. Алканы неполярны и практически нерастворимы в воде, но хорошо растворяются в растворителях с неполярными и малополярными молекулами (эфире, бензоле и др.). В чистом виде алканы бесцветны и имеют слабый запах.

Химические свойства. Ковалентные связи алканов малополярные и очень прочные, поэтому предельные углеводороды в химических реакциях малоактивны. Основными видами химических реакций алканов являются:

1. Галогенирование (реакции радикального замещения, S_R):

(при хлорировании образуется смесь монохлорзамещенных алканов)

(бромирование идет преимущественно по наименее гидрированному атому углерода:

третичный > вторичный > первичный)

Фторирование алканов идет в темноте при комнатной температуре со взрывом и приводит к разрушению атомов углерод – углерод. Иодирование алканов не происходит.

Образующиеся галогеноалканы (алкилгалогениды) используются для получения алканов с более длинной углеродной цепью, а также соединений других классов (алкенов, спиртов):

(реакция Вюрца)

2. Сульфохлорирование.

RН + SO₂ + Cl₂ → HCl + RSO₂Cl (алкилсульфохлорид)

RSO₂Cl + NaOH → NaCl + RSO₃Na (алкилсульфонат натрия, основа синтетических моющих средств)

3. Нитрование (реакция Коновалова):

2-нитропропан

Образующиеся нитросоединения восстанавливают различными восстановителями для получения аминов:

4. Окисление:

С_nH_2n+2 + (1,5n+0,5)O₂ ® nCO₂ + (n+1)H₂O (горение);

(мягкое или неполное окисление).

5. Изомеризация:

6. Дегидрирование:

7. Крекинг:

СH₄ C + 2H₂; 2CH₄ C₂H₂ + 3H₂;

С₁₈H₃₈ C₉H₁₈ + C₉H₂₀

алкен алкан

8. Конверсия метана:

CH₄ + 2H₂O CO₂ + 4H₂

Получение алканов

1. Переработка нефти и природного газа;

2.Гидрирование алкенов или алкинов:

CH₂=CH₂+H₂ CH₃-СH₃

3.Из галогеноалканов по реакции Вюрца;

4.Декарбоксилирование солей карбоновых кислот:

CH₃COONa + NaOH CH₄ + Na₂CO₃;

5. Электролиз солей карбоновых кислот (синтез Кольбе):

;

6. Гидролиз карбида алюминия: Al₄C₃ + 12H₂O ® 3CH₄ + 4Al(OH)₃.

Циклоалканы

Химические свойства. Углы между связями в малых циклах – С₃Н₆ (60°) и С₄Н₈ (90°) – меньше, чем требует геометрия атома углерода в состоянии sp³-гибридизации (109,5°), поэтому они неустойчивы, для них характерны реакции присоединения, идущие с разрывом цикла:

С₄H₈ + H₂ C₄H₁₀;

С₃H₆ + HBr C₃H₇Br; С₃H₆ + Br₂ C₃H₆Br₂.

Циклоалканы на основе 5, 6 и 7 атомов углерода (нормальные циклы) химически малоактивны, для них наиболее характерны реакции замещения (аналогично алканам):

С₆H₁₂ + Сl₂ C₆H₁₁Cl + HCl.

Дегидрирование циклогексана приводит к образованию бензола: С₆H₁₂ C₆H₆ +3H₂.