Alkanes

Chemická struktura (nahoře) a 3D model (dole) metanu , nejjednoduššího alkanu

Alkany ( parafiny , též nasycené nebo nasycené uhlovodíky ) jsou acyklické uhlovodíky lineární nebo rozvětvené struktury, obsahující pouze jednoduché (jednoduché) vazby a tvořící homologickou řadu s obecným vzorcem C n H 2n + 2 .

Všechny alkany a alkeny patří do třídy alifatických uhlovodíků. Alkany jsou nasycené uhlovodíky, to znamená, že obsahují maximální možný počet atomů vodíku pro daný počet atomů uhlíku. Každý atom uhlíku v molekulách alkanu je ve stavu hybridizace sp 3 - všechny 4 hybridní orbitaly atomu C jsou tvarově i energeticky identické, 4 vazby směřují k vrcholům čtyřstěnu pod úhly 109°28'. C-C vazby jsou σ-vazby charakterizované nízkou polaritou a polarizovatelností . Délka vazby C-C je 0,154 nm , délka vazby C-H je 0,1087 nm .

Nejjednodušším zástupcem třídy je metan (CH 4 ). Uhlovodík s nejdelším řetězcem, nonacontatrictan C 390 H 782 , byl syntetizován v roce 1985 anglickými chemiky I. Biddem a M. K. Whitingem [1] .

Nomenklatura

Racionální

Jeden z atomů uhlíkového řetězce je vybrán, má se za to, že je substituován metanem, a název „alkyl1alkyl2alkyl3alkyl4methan“ je ve vztahu k němu vytvořen, například:

a : n- butyl- sek - butylisobutylmethan b : triisopropylmethan v : triethylpropylmethanu

Systematický IUPAC

Podle nomenklatury IUPAC jsou názvy alkanů tvořeny pomocí přípony -an přidáním k odpovídajícímu kořeni názvu uhlovodíku. Vybere se nejdelší nerozvětvený uhlovodíkový řetězec, přičemž číslování tohoto řetězce začíná od strany substituentu nejblíže konci řetězce. V názvu sloučeniny je číslo atomu uhlíku, na kterém se nachází substituční skupina nebo heteroatom , označeno číslem , pak názvem skupiny nebo heteroatomu a názvem hlavního řetězce. Pokud se skupiny opakují, uveďte čísla označující jejich polohu a počet identických skupin je označen předponami di-, tri-, tetra-. Pokud skupiny nejsou stejné, jsou jejich názvy uvedeny v abecedním pořadí. [2]

Například:

2,6,6-trimethyl-3-ethylheptan (zleva doprava) / 2,2,6-trimethyl-5-ethylheptan (zprava doleva)

Při porovnávání poloh substituentů v obou kombinacích se dává přednost té, ve které je první odlišná číslice nejmenší. Správný název je tedy 2,2,6 -trimethyl-5- ethylheptan .

Homologické řady a izomerie

Alkany tvoří homologickou řadu .

Homologní série alkanů (prvních 10 členů)
Metan	CH 4	CH 4
Etan	CH3 - CH3 _	C2H6 _ _ _
Propan	CH3 - CH2 - CH3 _	C3H8 _ _ _
Butan	CH3 - CH2 - CH2 - CH3 _	C4H10 _ _ _
pentan	CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 _	C5H12 _ _ _
Hexan	CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 _	C6H14 _ _ _
Heptan	CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 _	C7H16 _ _ _
Oktan	CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 _	C 8H 18 _
Nonan	CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 _	C9H20 _ _ _
Děkan	CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 _	C10H22 _ _ _

Alkany s více než třemi atomy uhlíku mají izomery. Izomerie nasycených uhlovodíků je způsobena nejjednodušším typem strukturní isomerie - isomerie uhlíkové kostry a počínaje C 7 H 16 - také optická isomerie [3] . Počet strukturních izomerů alkanů C n H 2n+2 v závislosti na počtu atomů uhlíku n bez zohlednění stereoizomerie [4] [5] a se zohledněním stereoizomerie [6] :

n	Počet izomerů	S přihlédnutím ke stereoizomerii
čtyři	2	2
5	3	3
6	5	5
7	9	jedenáct
osm	osmnáct	24
9	35	55
deset	75	136
jedenáct	159	345
12	355	900
13	802	2412
čtrnáct	1858	6563
patnáct	4347	18 127
dvacet	366 319	3 396 844
25	36 797 588	749 329 719
třicet	4 111 846 763	182 896 187 256

Počet strukturních izomerů nižších uhlovodíků až do C14H30 byl stanoven přímým počítáním; v roce 1931 byla vyvinuta rekurzivní metoda pro počítání počtu izomerů [7] . Nebyl nalezen jednoduchý vztah mezi počtem atomů uhlíku n a počtem izomerů [7] . U , počet různých strukturních izomerů alkanů lze odhadnout pomocí Redfield-Polyiho teorému [8] . $n\rightarrow {\mathcal {1}}$

Fyzikální vlastnosti

Teploty tání a varu se zvyšují s molekulovou hmotností a délkou hlavního uhlíkového řetězce.
Za standardních podmínek stanovených IUPAC ( tlak 10 5 Pa , teplota 0 ° C) jsou alkany s přímým řetězcem od CH 4 do C 4 H 10 plyny, od C 5 H 12 do C 13 H 28 jsou kapaliny a počínaje od C 14 H 30 a dále - pevné látky.
Teploty tání a varu klesají z méně rozvětvených na více rozvětvené. Takže například při 20 ° C je n- pentan kapalinou a neopentan je plyn.
Plynné a pevné alkany nezapáchají, některé kapalné alkany mají charakteristický „benzínový“ zápach.
Všechny alkany jsou bezbarvé, lehčí než voda a jsou v ní nerozpustné. Alkany se dobře rozpouštějí v organických rozpouštědlech, jako rozpouštědla se používají kapalné alkany ( pentan , hexan ).

Fyzikální vlastnosti normálních alkanů

n	název	Tpl , ° C	Tbp , ° C	Hustota , g/ cm3	Index lomu
jeden	Metan	−182,48	−161,5	0,416 při Tbp
2	Etan	−183,3	−88,63	0,546 při T kip
3	Propan	−187,7	−42,1	0,585 při Tbp
čtyři	Butan	−138,35	−0,5	0,6 při Tbp	1,3326
čtyři	Isobutan	−159,60	−11,73	0,5510 při T kip
5	pentan	−129,7	36.07	0,6262	1,3575
6	Hexan	−95,3	68,7	0,6594	1,3749
7	Heptan	−90,6	98,4	0,6795	1,3876
osm	Oktan	−55,8	125,7	0,7025	1,3974
9	Nonan	−54	150,8	0,718	1,4054
deset	Děkan	−29.7	174,1	0,730	1,4119
jedenáct	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
čtrnáct	tetradekan	5.9	253,6	0,7628	1,4289
patnáct	pentadekan	9.9	270,6	0,7685	1,4310
16	Hexadekan	18.2	286,8	0,7734	1,4345
17	Heptadekan	22.0	301,9	0,778*	1,4369*
osmnáct	Octadecan	28.2	316,1	0,7819*	1,4390*
19	Nonadecan	32.1	329,76	0,7855*	1,4409*
dvacet	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	tetrakosan	50.9	389,2	0,7991*	1,4480*
25	Pentacosan	53,7	401,0	0,8012*	1,4491*
26	Hexacosan	57	262 (15 mmHg)	0,778
27	Heptacosan	60	270 (15 mmHg)	0,780
28	Octacosan	61.1	280 (15 mmHg)	0,807
29	Nonacozane	64	286 (15 mmHg)	0,808
třicet	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	tetratriakontan	73,1	478	0,8148*	1,4563*
35	Pentatriacontan	74,7	486	0,8159*	1,4568*
36	Hexatriakontan	75	265 při 130 Pa	0,814
37	Heptatriakontan	77,4	504,14	0,815
38	Octatriacontan	79	510,93	0,816
39	Nenatriakontan	78	517,51	0,817
40	tetrakontan	81,4	523,88	0,817
41	Gentetracontan	80,7	530,75	0,818
42	dotetrakontan	82,9	536,07	0,819
43	tritetrakontan	85,3	541,91	0,820
44	tetratetrakontan	86,4	547,57	0,820
45	Pentatetrakontan		553,1	0,821
46	Hexatetrakontan		558,42	0,822
47	heptatetrakontan		563,6	0,822
48	oktatetrakontan		568,68	0,823
49	nonatetrakontan		573,6	0,823
padesáti	Pentacontan	93	421	0,824
51	Genpentacontan		583	0,824
52	dopentacontan	94	587,6	0,825
53	tripentacontan		592	0,825
54	tetrapentakontan	95	596,38	0,826
…	…	…	…	…	…
60	Hexacontan	98,9
…	…	…	…	…	…
70	Heptacontan	105,3
…	…	…	…	…	…
100	Hektan	115,2
…	…	…	…	…	…
150	Pentakontagektan	123
…	…	…	…	…	…
390	Nekontatrictan	132

Poznámka k tabulce: * hodnoty získané pro přechlazenou kapalinu jsou označeny.

Spektrální vlastnosti

IR spektroskopie

V IR spektrech alkanů se zřetelně projevují frekvence natahovacích vibrací vazby C–H v oblasti 2850–3000 cm– 1 . Frekvence natahovacích vibrací vazby C-C jsou proměnlivé a často nízké intenzity. Charakteristické ohybové vibrace ve vazbě C–H v methylových a methylenových skupinách se obvykle pohybují v rozmezí 1400–1470 cm – 1 , avšak methylová skupina dává ve spektrech slabý pás při 1380 cm – 1 .

UV spektroskopie

Čisté alkany neabsorbují ultrafialové záření nad 2000 Å a z tohoto důvodu jsou často vynikajícími rozpouštědly pro měření UV spekter jiných sloučenin.

Chemické vlastnosti

Alkany mají nízkou chemickou aktivitu. Je to proto, že jednoduché vazby C-H a C-C jsou relativně pevné a těžko se rozbíjejí. Vzhledem k tomu, že vazby C-C jsou nepolární a vazby C-H mají nízkou polaritu, oba typy vazeb jsou mírně polarizovatelné a patří k typu σ, jejich roztržení je pravděpodobně způsobeno homolytickým mechanismem, tedy tvorbou radikálů.

Radikální substituční reakce

Halogenace

Halogenace alkanů probíhá radikálním mechanismem. Pro zahájení reakce je nutné směs alkanu a halogenu ozářit UV zářením nebo zahřát.

Chlorace methanu nekončí ve fázi získávání methylchloridu (pokud se odeberou ekvimolární množství chloru a methanu), ale vede ke vzniku všech možných substitučních produktů, od chlormethanu po tetrachlormethan . Chlorace jiných alkanů vede ke směsi vodíkových substitučních produktů na různých atomech uhlíku. Poměr produktů chlorace závisí na teplotě. Rychlost chlorace primárních, sekundárních a terciárních atomů závisí na teplotě, při nízkých teplotách rychlost klesá v řadě: terciární, sekundární, primární. S rostoucí teplotou se rozdíl mezi rychlostmi zmenšuje, až se stane stejný. Distribuci produktů chlorace ovlivňuje kromě kinetického faktoru i statistický faktor: pravděpodobnost napadení terciárního atomu uhlíku chlorem je 3x menší než primární a 2x menší než sekundární. Chlorace alkanů je tedy nestereoselektivní reakcí, s výjimkou případů, kdy je možný pouze jeden monochlorační produkt.

Halogenace probíhá snadněji, čím delší je uhlíkový řetězec n- alkanu. Ve stejném směru klesá ionizační energie molekuly látky, to znamená, že alkan se snadněji stává donorem elektronů .

Halogenace je jednou ze substitučních reakcí . Nejméně hydrogenovaný atom uhlíku je halogenován jako první (terciární atom, pak sekundární, primární atomy jsou halogenovány jako poslední). Halogenace alkanů probíhá ve stupních s postupnou tvorbou chlormethanu , dichlormethanu , chloroformu a tetrachlormethanu : v jednom stupni se nenahradí více než jeden atom vodíku:

{\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))

Působením světla se molekula chloru rozkládá na radikály, ty pak napadají molekuly alkanů, odtrhávají jejich atom vodíku, v důsledku čehož vznikají methylové radikály CH 3 , které se srážejí s molekulami chloru, ničí je a tvoří nové radikály .

Halogenační řetězový mechanismus:

1) Zasvěcení

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

2) růst řetězce

{\mathsf {CH_{3}{\text{-}}CH_{2}{\text{-}}CH_{3}+Cl{\text{ }}\rightarrow CH_{3}{\ text {-}}{\dot {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) Otevřený obvod

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

Alkanová bromace se liší od chlorace vyšší stereoselektivitou v důsledku většího rozdílu v rychlostech bromace terciárních, sekundárních a primárních atomů uhlíku při nízkých teplotách.

K jodizaci alkanů jodem nedochází a jodidy nelze získat přímou jodací.

S fluorem a chlorem může reakce probíhat explozivně, v takových případech se halogen ředí dusíkem nebo vhodným rozpouštědlem.

Sulfonace

Za současného působení oxidu sírového (IV) a kyslíku na alkany, za ultrafialového záření nebo za účasti látek, které jsou donory volných radikálů (diazomethan, organické peroxidy), probíhá sulfonační reakce za vzniku alkylsulfonových kyselin :

{\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}}

Sulfochlorace (Reedova reakce)

Při ozařování ultrafialovým zářením reagují alkany se směsí SO 2 a Cl 2. Po vzniku alkylového radikálu s odchodem chlorovodíku se přidává oxid siřičitý. Výsledný komplexní radikál je stabilizován zachycením atomu chloru s destrukcí další molekuly chloru.

Vývoj řetězového procesu:

\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}

Lineární uhlovodíky se nejsnáze sulfochlorují, na rozdíl od reakcí chlorace a nitrace. [9]

Výsledné sulfonylchloridy jsou široce používány při výrobě povrchově aktivních látek .

Nitrace

Alkany reagují s 10% roztokem kyseliny dusičné nebo oxidu dusnatého NO 2 v plynné fázi při teplotě 140 °C a nízkém tlaku za vzniku nitroderivátů:

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

Dostupné údaje ukazují na mechanismus volných radikálů . V důsledku reakce se tvoří směsi produktů.

Oxidační reakce Autooxidace

Oxidace alkanů v kapalné fázi probíhá podle mechanismu volných radikálů a vede ke vzniku hydroperoxidů , produktů jejich rozkladu a interakce s výchozím alkanem. Schéma hlavní autooxidační reakce:

\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}

Spalování

Hlavní chemickou vlastností nasycených uhlovodíků, která určuje jejich použití jako paliva, je spalovací reakce . Příklad:

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

Hodnota Q dosahuje 46 000 - 50 000 kJ / kg .

V případě nedostatku kyslíku se místo oxidu uhličitého získává oxid uhelnatý (II) nebo uhlí (v závislosti na koncentraci kyslíku).

katalytická oxidace

Při reakcích katalytické oxidace alkanů mohou vznikat alkoholy , aldehydy , karboxylové kyseliny .

Při mírné oxidaci CH4 v přítomnosti katalyzátoru s kyslíkem při 200 °C mohou vznikat:

metanol : $\mathsf{2CH_4 + O_2 \rightarrow 2CH_3OH}$
formaldehyd : ${\mathsf {CH_{4}+O_{2}\rightarrow HCHO+H_{2}O))$
kyselina mravenčí : $\mathsf{2CH_4 + 3O_2 \rightarrow 2HCOOH + 2H_2O}$

Oxidace může být také provedena vzduchem. Proces se provádí v kapalné nebo plynné fázi. V průmyslu se tímto způsobem získávají vyšší mastné alkoholy a odpovídající kyseliny .

Oxidační reakce alkanů s dimethyldioxiranem :

Mechanismus reakcí pro získání kyselin katalytickou oxidací a štěpením alkanů je ukázán níže na příkladu získávání kyseliny octové z butanu :

Tepelné přeměny alkanů Rozklad

K rozkladným reakcím dochází pouze pod vlivem vysokých teplot. Zvýšení teploty vede k rozbití uhlíkové vazby a vzniku volných radikálů .

Příklady:

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

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

Praskání

Při zahřátí nad 500 °C podléhají alkany pyrolytickému rozkladu za vzniku komplexní směsi produktů, jejichž složení a poměr závisí na teplotě a reakční době. Během pyrolýzy se vazby uhlík-uhlík štěpí za vzniku alkylových radikálů.

V letech 1930-1950. pyrolýza vyšších alkanů byla průmyslově využívána k výrobě komplexní směsi alkanů a alkenů obsahující pět až deset atomů uhlíku. Říká se tomu „tepelné praskání“. Pomocí tepelného krakování bylo možné zvýšit množství benzinové frakce v důsledku štěpení alkanů obsažených v petrolejové frakci ( 10–15 atomů uhlíku v uhlíkovém skeletu) a naftové frakci ( 12–20 uhlíkových atomy). Oktanové číslo benzínu získaného tepelným krakováním však nepřesahuje 65, což nesplňuje požadavky na provozní podmínky moderních spalovacích motorů.

V současné době je tepelné krakování v průmyslu zcela vytlačeno katalytickým krakováním, které se provádí v plynné fázi při nižších teplotách - 400-450 °C a nízkém tlaku - 10-15 atm na hlinitokřemičitém katalyzátoru, který se průběžně regeneruje spalováním koks se na něm vytvořil v proudu vzduchu. Při katalytickém krakování se ve výsledném benzinu prudce zvyšuje obsah alkanů s rozvětvenou strukturou.

Pro metan:

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

Při krakování se jedna z vazeb (C-C) přeruší a vytvoří dva radikály. Poté probíhají tři procesy současně, v důsledku čehož reakce poskytuje mnoho různých produktů:

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

1) Rekombinace:

{\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) Disproporce:

{\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-rozpad (přerušení vazby (CH)):

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

Dehydrogenace

1) V uhlíkovém skeletu 2 (ethan) nebo 3 (propan) atomy uhlíku - získání (koncových) alkenů, protože jiné v tomto případě získat nelze; uvolňování vodíku:

Podmínky toku: 400-600 °C, katalyzátory - Pt, Ni, Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 , např. tvorba ethylenu z ethanu:

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

2) V uhlíkovém skeletu 4 (butan, isobutan) nebo 5 (pentan, 2-methylbutan, neopentan ) atomy uhlíku - získání alkadienů, například butadien-1,3 a butadien-1,2 z butanu:

\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\text{-}CH_3 + 2H_2}

3) V uhlíkovém skeletu o 6 (hexan) nebo více atomech uhlíku - získání benzenu a jeho derivátů:

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

Přeměna metanu

V přítomnosti niklového katalyzátoru reakce probíhá:

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

Produkt této reakce (směs CO a H 2 ) se nazývá „ syntézní plyn “.

Elektrofilní substituční reakce

Izomerizace:
K izomeraci alkanu dochází působením katalyzátoru (např. AlCl 3 ): například butan (C 4 H 10 ), interagující s chloridem hlinitým (AlCl 3 ), se převádí z n- butanu na 2-methylpropan.

Alkany neinteragují s manganistanem draselným (KMnO 4 ) a bromovou vodou (roztok Br 2 ve vodě).

Být v přírodě

Být ve vesmíru

V malém množství se alkany nacházejí v atmosféře vnějších plynných planet sluneční soustavy: na Jupiteru - 0,1 % metanu , 0,0002 % ethanu , na Saturnu 0,2 % metanu a ethanu - 0,0005 %, metanu a etanu na Uranu - resp. 1,99 % a 0,00025 % na Neptunu - 1,5 % a 1,5⋅10 −10 [10] . Na Saturnově satelitu Titan je metan (1,6 %) obsažen v kapalné formě a stejně jako voda, která je na Zemi v cyklu , jsou na Titanu (polární) jezera metanu (smíšené s ethanem) a metanové deště. Podle očekávání se navíc metan dostává do atmosféry Titanu v důsledku vulkanické činnosti [11] . Kromě toho se metan nachází v ohonu komety Hyakutake a v meteoritech ( uhlíkové chondrity ). Předpokládá se také, že metanový a etanový kometární led vznikl v mezihvězdném prostoru [12] .

Poloha na Zemi

V zemské atmosféře je metan přítomen ve velmi malém množství (asi 0,0001 %), je produkován některými archaeami (archebakteriemi) , zejména lokalizovanými ve střevním traktu skotu . Průmyslový význam mají ložiska nižších alkanů ve formě zemního plynu , ropy a pravděpodobně v budoucnu plynových hydrátů (nacházející se v oblastech permafrostu a pod oceány). Metan se také nachází v bioplynu .

Vyšší alkany se nacházejí v kutikule rostlin a chrání je před vysycháním, parazitickými houbami a malými býložravými organismy. Obvykle se jedná o řetězce s lichým počtem atomů uhlíku , vzniklé při dekarboxylaci mastných kyselin se sudým počtem atomů uhlíku. U zvířat se alkany vyskytují jako feromony u hmyzu , zejména u much tse -tse (2-methylheptadekan C 18 H 38 , 17,21-dimethylheptatriacontan C 39 H 80 , 15,19-dimethylheptatriacontan C 39 H 39 H 80 a dimethylheptatriacontan - trimethylheptatriacontan C 40 H 82 ). Některé orchideje používají alkanové feromony k přilákání opylovačů.

Získání

Hlavním zdrojem alkanů (stejně jako jiných uhlovodíků) je ropa a zemní plyn , které se obvykle vyskytují společně.

Získávání halogenovaných alkanů:

Během katalytické hydrogenace v přítomnosti palladia se halogenalkany přeměňují na alkany [13] :

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

K redukci jodoalkanů dochází, když se posledně jmenované zahřívají s kyselinou jodovodíkovou:

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

Pro redukci halogenalkanů je vhodný i amalgám sodný, hydridy kovů, sodík v alkoholu, zinek v kyselině chlorovodíkové nebo zinek v alkoholu [13]

Regenerace alkoholů :

Redukce alkoholů vede ke vzniku uhlovodíků obsahujících stejný počet atomů C. Například redukční reakce butanolu (C 4 H 9 OH) probíhá v přítomnosti LiAlH 4 . V tomto případě se uvolňuje voda [14] .

\mathsf{CH_3CH_2CH_2CH_2OH \xšipka doprava[]{LiAlH_4} CH_3CH_2CH_2CH_3 + H_2O}

Získávání karbonylových sloučenin

Kizhner-Wolfova reakce :

Reakce se provádí v nadbytku hydrazinu ve vysokovroucím rozpouštědle v přítomnosti KOH [15] .

Clemmensenova reakce [16] :

Hydrogenace nenasycených uhlovodíků

Z alkenů

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

Z alkynů

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

Reakce je katalyzována sloučeninami niklu , platiny nebo palladia [17] .

Syntéza Kolbe

Při elektrolýze solí karboxylových kyselin se anion kyseliny - RCOO - přesune na anodu a tam se darováním elektronu změní na nestabilní radikál RCOO•, který je okamžitě dekarboxylován. Radikál R• je stabilizován zdvojením s podobným radikálem a vzniká R-R [18] . Například:

\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}

Zplyňování pevných paliv (procesy Berthelot, Schroeder, Bergius )

Vyskytuje se při zvýšené teplotě a tlaku. Katalyzátor - Ni (pro Berthelot), Mo (pro Schroeder) nebo bez katalyzátoru (pro Bergius):

\mathsf{C + 2H_2 \rightarrow CH_4}

Wurtzova reakce

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

Reakce probíhá v THF při teplotě −80 °C [19] . Interakce R a R` může tvořit směs produktů (R-R, R`-R`, R-R`)

Fischer-Tropschova syntéza

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

Dumasova reakce

Získávání alkanů dekarboxylací solí karboxylových kyselin, když jsou kondenzovány s alkálií (obvykle NaOH nebo KOH):

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

Hydrolýza karbidu hliníku [20]

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

Biologické působení

Nižší alkany mají narkotický účinek , způsobují asfyxii a dráždí dýchací systém. Při chronickém působení alkany narušují činnost nervového systému, což se projevuje nespavostí, bradykardií , zvýšenou únavou a funkčními neurózami. Vlivem dráždivého účinku plynů při subakutní, akutní a chronické otravě vzniká zápal plic a plicní edém.

Poznámky

↑ Bidd, Ilesh a Whiting, Mark C. Syntéza čistých n-parafinů s délkami řetězců mezi jednou a čtyřmi sty. J. Chem. Soc., Chem. Commun., číslo 19, 1985, str. 543-544
↑ Deryabina G.I., Kantaria G.V. 2.4.2. Pravidla pro konstrukci názvů alkanů podle systematické mezinárodní nomenklatury IUPAC (nepřístupný odkaz) . Interaktivní multimediální učebnice "Organická chemie" . Ústav organické, bioorganické a lékařské chemie SamGU . Získáno 10. října 2012. Archivováno z originálu 14. října 2012. (neurčitý)
↑ Chemická encyklopedie, díl 3, 1992 , s. 177.
↑ Fizer L., Fizer M. Organic Chemistry, vol. 1, 1966 , str. 125.
↑ OEIS sekvence A000602 = Počet n-uzlových nezakořeněných kvartických stromů ; počet n-uhlíkových alkanů C(n)H(2n+2) bez ohledu na stereoizomery
↑ OEIS sekvence A000628 = Počet n-uzlových nezakořeněných sterických kvartických stromů ; počet n-uhlíkových alkanů C(n)H(2n+2) s přihlédnutím ke stereoizomerům
↑ 1 2 Henze Henry R., Blair Charles M. Počet izomerních uhlovodíků metanové řady // Journal of the American Chemical Society. - ACS Publishers , 1931. - Sv. 53 , č. 8 . - str. 3077-3085 . - doi : 10.1021/ja01359a034 .
↑ G. Polya. Kombinatorische Anzahlbestimmungen für Gruppen, Graphen und chemische Verbindungen // Acta Mathematica . - 1937. - Sv. 68.—S. 145–254. - doi : 10.1007/BF02546665 .
↑ Perekalin V.V., Zonis S.A. Organická chemie
↑ (anglicky) Dr. David R. Williams Jupiter Fact Sheet (anglicky) (nedostupný odkaz) . NASA (2007). Získáno 6. října 2010. Archivováno z originálu 5. října 2011.
↑ Emily Lakdawalla . Titan: Arizona v lednici? . Získáno 21. ledna 2004. Archivováno z originálu 6. dubna 2008. (neurčitý)
↑ Maminka , MJ; Disanti, MA, dello Russo, N., Fomenkova, M., Magee-Sauer, K., Kaminski, CD a DX Xie. Detekce hojného ethanu a metanu spolu s oxidem uhelnatým a vodou v kometě C/1996 B2 Hyakutake: Evidence for Interstellar Origin // Science : journal. - 1996. - Sv. 272 , č.p. 5266 . — S. 1310 . - doi : 10.1126/science.272.5266.1310 . — PMID 8650540 .
↑ 1 2 Chemický katalog >> Organická chemie strana 63
↑ ALKOHOL - článek z encyklopedie "Kolem světa"
↑ Kizhner - Wolfova reakce // Velká sovětská encyklopedie : [ve 30 svazcích] / kap. vyd. A. M. Prochorov . - 3. vyd. - M .: Sovětská encyklopedie, 1969-1978.
↑ http://www.cnshb.ru/AKDiL/0048/base/RK/160003.shtm
↑ Hydrogenační katalyzátory (nepřístupný odkaz) . Získáno 10. června 2009. Archivováno z originálu 22. dubna 2009. (neurčitý)
↑ Kolbeho reakce // Velká sovětská encyklopedie : [ve 30 svazcích] / kap. vyd. A. M. Prochorov . - 3. vyd. - M .: Sovětská encyklopedie, 1969-1978.
↑ WURZ REACTION (nepřístupný odkaz) . Získáno 10. června 2009. Archivováno z originálu 3. května 2011. (neurčitý)
↑ karbid, jeho hydrolýza - Příručka chemika 21 . chem21.info. Staženo: 12. dubna 2018. (neurčitý)

Literatura

Aktivační a katalytické reakce alkanů / Per. z angličtiny; vyd. K. Hill. — M .: Mir , 1992.
Obecná toxikologie / Ed. Loita A. O .. - Petrohrad. : ELBI-SPb., 2006.
Petrov Al. A. Chemie alkanů . — M .: Nauka , 1974. — 243 s.
Poya D. Kombinatorické výpočty pro grupy, grafy a chemické sloučeniny // Výčtové problémy kombinatorické analýzy. - M .: Mir, 1979. - S. 36-138 . (Ruština)
Peraushanu V. Výroba a použití uhlovodíků. — M .: Chemie, 1987.
Rudakov ES Reakce alkanů s oxidačními činidly, kovovými komplexy a radikály v roztocích. - Kyjev: Naukova Dumka , 1985.
Fizer L., Fizer M. Organická chemie. Pokročilý kurz. - M. , 1966. - T. 1. - 680 s.
Haynes A. Metody oxidace organických sloučenin. Alkany, alkeny, alkyny a areny. — M .: Mir, 1988.
Chemická encyklopedie / Ch. vyd. I. L. Knunyants. - M . : Velká ruská encyklopedie, 1992. - T. 3: Sulfidy mědi - Polymerní barviva. — 640 s. — ISBN 5-85270-039-8 .
Perekalin V.V., Zonis S.A. Organická chemie. - 4. vyd., revidováno. - M . : Vzdělávání , 1982. - 560 s.
Pohotovostní péče při akutní otravě. Příručka toxikologie / Ed. Akademik Akademie lékařských věd SSSR S. N. Golikov. — M .: Medicína , 1977.

Odkazy

Slovníky a encyklopedie	Velká dánština Skvělý norský Velký Rus okolo světa Brockhaus
V bibliografických katalozích	BNF : 11946931w GND : 4191827-7 J9U : 987007563165105171 LCCN : sh85097763 NKC : ph115667

uhlovodíky
Alkanes	Metan Etan Propan Butan Isobutan pentan Isopentan Neopentan Hexan Heptan Oktan Isooktan Nonan Děkan Undecan Dodecan Tridecan tetradekan pentadekan Hexadekan Heptadekan Octadecan Nonadecan molo Eikozan Geneikosan Docosan Trikozan tetrakosan Pentacosan Gentriacontan Pentatriocontane Hektan Nekontatrictan
alkeny	Ethylen propen buteny penteny hexeny Hepteny Octene
alkyny	Acetylén propin Ale v
dieny	Propadien butadien Isopren Cyklobutadien
Ostatní nenasycené	Vinylacetylen Diacetylen karoten
Cykloalkany	cyklopropan cyklobutan cyklopentan cyklohexan cykloheptan Cyklooktan cyklononan cyklodekan cykloundekan cyklodekan cyklotridekan Cyklotetrakan Cyklopentadekan Cyklohexadekan Cykloheptadekan
Cykloalkeny	Cyklopropen cyklobuten cyklopenten cyklohexen cyklohepten 1,3-cyklohexadien 1,4-cyklohexadien 1,5-cyklooktadien
aromatický	Benzen Toluen Dimethylbenzeny Ethylbenzen Propylbenzen Cumol styren Fenylacetylen difenyl difenylmethan trifenylmethan tetrafenylmethan Mesitylen Hexamethylbenzen
Polycyklický	Decalin
Polycyklické aromáty	Naftalen Anthracene benzanthracen Pentacene fenantren pyren Benzpyren Azulen Chrysen Inden indan
viz také: Binární sloučeniny vodíku anorganické kyseliny

Třídy organických sloučenin
uhlovodíky	Alkanes alkeny Arenas alkyny dieny Cykloalkany
Obsahující kyslík	Alkoholy ethery (estery) Aldehydy Ketony Keteny karboxylové kyseliny Estery (estery) ortoestery Sacharidy Tuky Chinony Fenoly Enols Hydroxykyseliny Oxokyseliny Peroxidy
Obsahující dusík	Aminy Aminoxidy Amidy hydrazidy Hydrazony Osazones Nitrosloučeniny Nitroso sloučeniny iminy oximy Nitrony Nitrolové kyseliny Diazo sloučeniny Diazoniové soli Nitrily izotrily organické azidy izokyanáty Aminokyseliny Veverky Peptidy
Síra	Thioly Sulfidy Sulfoxidy Sulfony Thioestery Salt Bunte xantáty disulfidy Sulfonové kyseliny Sulfinové kyseliny Thioaldehydy Thioketony Thiokarboxylové kyseliny Organické thiokyanáty Isothiokyanáty
S obsahem fosforu	Fosfiny Fosfonové kyseliny fosfinové kyseliny Fosfonové kyseliny Nukleová kyselina Nukleotidy
halogenorganické	halogenované uhlovodíky Organofluorové sloučeniny Perfluorované uhlovodíky Organické sloučeniny chloru Bromoorganické sloučeniny Organické sloučeniny jodu
organokřemičitý	Silany silazané Siltians Siloxany Silikony
Organoelement	germaniumorganické organoboron Organocín Organické olovo Hliník organický Organická rtuť Ostatní organokovové
Další důležité třídy	Cyklické sloučeniny