Výroba alkanů a jejich vlastnosti

Nejjednodušší sloučeniny studované v průběhu organické chemie jsou nasycené uhlovodíky nebo parafiny, také nazývané alkány. Jejich kvalitativní složení je reprezentováno atomy pouze dvou prvků: uhlíkem a vodíkem. Molekuly sloučenin obsahují pouze jeden typ chemické vazby - jednoduché nebo jednoduché. V tomto článku budeme studovat strukturu, způsoby získání a vlastnosti alkanů.

Zástupci série a jejich jména

Prvým spojením třídy parafinů je metan. Jeho molekulární vzorec je CH₄, odpovídá obecnému vzorci látek, které mají tuto formu:_nH_2n+2. První čtyři alkány mají jednotlivá jména, například metan, ethan. Počínaje pátou sloučeninou je nomenklatura konstruována pomocí řeckých čísel. Například látka s pěti atomy uhlíku v molekule C₅H_12. pentan (z řeckého slova "Penta" - pět). Podle racionální nomenklatury mohou být alkany, chemické vlastnosti a příprava, které studujeme, reprezentovány ve formě látek - derivátů methanu. Ve své molekule je jeden nebo více atomů vodíku nahrazeno uhlovodíkovými radikály. By systematická nomenklatura jeden by měl zvolit nejdelší řetězec uhlíkových atomů, které jsou číslovány od konce, ke kterému jsou radikály blíže. Pak se stanoví počet atomů uhlíku spojené s sigma vazby radikálu částice a objasnit zbytek, čímž se i název alkanu, například, 3-methylbutan.

Příprava alkanů

Hlavním a nejrozšířenějším zdrojem výroby parafinů jsou minerály: zemní plyn a ropa. Stopy metanu, společně s vodíkem a dusíkem, lze nalézt ve složení bažinatého plynu. Pevný alkan, který obsahuje velké množství atomů uhlíku v molekule, je přítomen v ozoceritu. Jedná se o horský vosk, který má celou řadu jedinečných vlastností, jejichž ložiska jsou vyvíjena například na území západní Ukrajiny. Existuje také řada syntetických metod pro výrobu limitních uhlovodíků, zejména redukční reakce. V průmyslu lze rozlišit způsoby výroby alkanů oxidačními redukčními reakcemi, například mezi halogenalkylovými skupinami a jodovodíkem nebo amalgamem sodným. Jednoduchší je redukce alkenů, alkynů nebo alkadienů vodíkem v přítomnosti niklového katalyzátoru. Produkt reakce bude odpovídajícím parafinem. Proces lze vyjádřit následující reakční rovnicí:

CH₂ = CH₂ + H₂ = H₃C-CH₃ (ethan)

Alkalické tavení solí karboxylových kyselin

Pokud je sodná sůl CH₃COONa nebo jiné látky této třídy, které obsahují aktivní atomy kovu, s hydroxidem sodným nebo uhličitanem sodným, je možné získat konečné uhlovodíky. První typ reakce je častěji používán v laboratorních podmínkách, druhý je používán k přesné analýze struktury karboxylové kyseliny, která je součástí soli. Tento způsob získání alkanů umožňuje pozorování štěpení uhlíkového řetězce činidla a snížení počtu atomů uhlíku v něm.

Reakce Wurze

Látky, které jsou odvozeny z parafinů, v nichž nahrazení atomů vodíku částicí chloru, bromu nebo jodu, mohou interagovat s jemně rozmělněným kovovým sodíkem. Reakční rovnice v obecné podobě bude následující:

2RHal + 2Na → R-R + 2NaHal,

Tento proces objevil v roce 1870 francouzský chemik F. Wurz. Později PP Sharygin vyjasnil svůj mechanismus, který vedl k výrobě alkanů. Ukázalo se, že atom halogenu je nejprve nahrazen kovem. Poté výsledná organosírová sloučenina reaguje s další molekulou halogenalkanu. Tato reakce nalezla uplatnění v technologii syntézy vyšších parafinů.

Vlastnosti konečných uhlovodíků

Fyzikální charakteristika každé třídy organických sloučenin je určena vlastnostmi, které se liší přirozeně a závisí na struktuře molekul látek. Takže první čtyři homology alkanů, jejichž reakce jsme diskutovali dříve, jsou plyny. Parafiny obsahující 5 až 14 atomů uhlíku existují v kapalné fázi, zatímco zbývající alkány jsou pevné sloučeniny. Plynné a pevné látky necítí, kvapalné parafiny pachují petrolej nebo benzín. Mezi nejdůležitější chemické vlastnosti látek patří např. Tvrdé oxidace - spalování, což vede k velkému množství tepla:

CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O

Připomeňme, že metan je hlavní složkou hlavního paliva - zemní plyn.

Substituční reakce

Halogenace, která prochází mechanismem radikálů, je dalším rysem alkánů. Jedná se o substituční reakce a vede k tvorbě sloučenin - halogenovaných parafinů:

C₅H_12.+Cl₂ = HCI + C₅H₁₁Cl (chloropentan).

Nitrace je interakce alkanů s zředěnou kyselinou dusičnou v přítomnosti katalyzátoru a pod tlakem, objeveným v roce 1889 NM Konovalovem. Nitrozlúčeniny parafinů mají široké spektrum použití jako suroviny pro výrobu raketového paliva, výbušnin a také pro výrobu karboxylových kyselin a aminů.

Oxidace vyšších členy homologní řady alkanů v přítomnosti katalyzátoru, získají alkoholy a karboxylové kyseliny, používané pro syntézu změkčovadel používaných pro výrobu plastů a pracích prostředků.

V tomto článku jsme zkoumali vlastnosti konečných uhlovodíků a studovali metody jejich výroby.