Циклопентан + HNO3 –(t,p)à нитроциклопентан + вода.
3. Дегидрирование. Производные циклогексана дегидрируются в производные бензола:
| ––300°C,Pdà
| 
| + 3H2
|
4. Горение. Как и любые органические вещества, циклоалканы горят с образованием углекислого газа и воды.
АЛКАНЫ (ПАРАФИНЫ)
– это предельные (или насыщенные) нециклические углеводороды, в которых все связи одинарные.
| Общая формула:
CnH2n+2
| Все атомы углерода в алканах имеют sp3- гибридизацию.
| Первые четыре члена гомологического ряда алканов – газы, C5–C17 – жидкости, начиная с C18 – твердые вещества. Все алканы легче воды, не растворимы в воде и не смешиваются с ней.
|
Химические свойства.
1) Связь углерода с водородом в алканах малополярна.
2) Поэтому разрыв её в реакциях возможен только по гомолитическому механизму:
Это возможно только в жестких условиях.
3) Насыщенные (предельные) углеводороды не имеют возможности вступать в реакции присоединения. Для них свойственны реакции замещения водородных атомов и расщепления. Эти реакции протекают или при нагревании, или на свету, или с применением катализаторов.
Алканы не реагируют с концентрированными кислотами, щелочами, перманганатом калия, бромной водой.
I. Реакции замещения.
| 1) Галогенирование: радикальное замещение.
Хлор и бром на свету или при нагревании.
| А) хлорирование: процесс быстрый, поэтому протекает неизбирательно, образуется смесь продуктов замещения:
СН3-СН2-СН3 + Cl2–(свет)à CH3-CH2-CH2Cl + CH3-CHCl-CH3 + HCl
Б) бромирование:
CH3 CH3
│ │
СН3-СН2-СН-СН3 +Br2 –(свет)àСН3-СН2-С-СН3 + HBr
│
Br
Бромирование – более медленный и избирательный процесс.
Избирательность бромирования:
третичный > вторичный > первичный атом углерода.
Механизм радикального замещения: Цепной свободнорадикальный.
Свободный радикал R∙– это ОЧЕНЬ АКТИВНАЯ частица, несущая на себе один неспаренный электрон и стремящаяся образовать связь с каким-либо другим атомом.
1) Инициирование цепи (запуск): молекула хлора под действием кванта света разрывается на два радикала Cl·:
2) Развитие цепи: радикал хлора отрывает от алкана атом водорода. При этом образуется промежуточная частица - алкильный радикал, который в свою очередь отрывает атом хлора от молекулы Cl2. При этом вновь получается радикал хлора и процесс повторяется – идёт продолжение цепи:
3) Обрыв цепи: соединение двух радикалов в молекулу.
|
| 2) Нитрование
(реакция М.И. Коновалова):
| Механизм реакции – также радикальный.
Нагревание до 140°С с разбавленной (10%-ной) азотной кислотой:
CH3 CH3
│ │
СН3-СН2-СН-СН3 + HNO3 à СН3-СН2-С-СН3 + H2O
│
Избирательность нитрования: NO2
третичный > вторичный > первичный атом углерода.
|
| 3) Крекинг - превращения алканов под действием нагревания.
| а) Для алканов с длинными цепями при крекинге получается алкан и алкен. Причём при длине больше 5 атомов С получится смесь углеводородов разной длины.
CH3–CH2–CH2–CH3 -400°Cà CH3-CH3 + CH2=CH2
б) Крекинг метана происходит двумя возможными путями:
1. длительное нагревание метана: CH4 -1500°Cà C+ 2H2
2. мгновенное нагревание до 1500 градусов и сразу охлаждение: 2CH4 -1500°CàH–C≡C–H + 3H2
ацетилен
|
| 4) Изомеризация – перестройка углеродного скелета с образованием других изомеров:при нагревании с катализатором AlCl3.
| СН3-СН2-СН2-СН3 -(100о, AlCl3)à CH3-CH-CH3
│
CH3
|
| 5) Окисление:
| 1) Горение:
CH4 + 2O2 ⇆ CO2 + 2H2O C5H12 + 8O2 ⇆ 5CO2 + 6H2O
2) Каталитическое окисление:
Метана: СН4+О2 -(катализатор)à смесь СН3ОН, НСОН и НСООН
Бутана: С4Н10 + О2 -(катализатор)à2 СН3СООН (уксусная кислота)
|
| 6) Дегидрирование и циклизация.
| 1) Короткие алканы дегидрируются в алкены или диены:
С2Н6 –(кат., t)àC2H4 + H2
CH3-CH2-CH2-CH3 –(кат.Cr2O3, t)àбутадиен + Н2
2) В присутствии катализатора гексан и гептан превращаются в бензол и толуол соответственно.
СН3-СН2-СН2-СН2-СН2-СН3 –(кат.Pt, t)à  + 4 Н2
|
Получение:
| 1) Реакция Вюрца: действие металлического натрия на моногалогенопроизводные углеводородов:
2CH3–CH2Br + 2Naà CH3–CH2–CH2–CH3 +2NaBr
Происходит удвоение углеродного скелета. Реакция подходит для получения симметричных алканов.
|
| 2) Декарбоксилирование солей карбоновых кислот(реакция Дюма): сплавление солей карбоновых кислот со щелочами.
Так получают метан при нагревании ацетата натрия с гидроксидом натрия.
CH3COONa + NaOH(сплавление)àCH4+ Na2CO3
|
| 1) 3) Электролиз растворов солей карбоновых кислот(реакция Кольбе):
2CH3COONa + 2H2O –(эл.ток)à 2СО2 + Н2 + С2Н6 + 2NaOH
катод:
идёт разрядка воды: 2Н2О + 2е à Н2 + 2ОН-
анод:
2) разрядка аниона кислоты: 2СН3СОО- -2е à 2СО2 + СН3-СН3
|
| 4) Гидролиз карбида алюминия – получение метана.
Al4C3 + 12H2Oà3CH4 + 4Al(OH)3
|
5) Гидрирование непредельных или циклических углеводородов в присутствии катализаторов (платины, палладия, никеля).
R–CH=CH–R’ + H2 –katà R–CH2–CH2–R’
 (циклопропан) + H2 –Pdà CH3 –CH2 –CH3(пропан)
|
| 6) Алканы можно получить из нефти крекингом или фракционной перегонкой.
|
Циклоалканы - предельные циклические углеводороды.
Общая формула гомологического ряда CnH2n.
| 
| 
| 
|
| Циклопропан
| Циклобутан
| Циклопентан
| Циклогексан
|
| Малые циклы
| Большие циклы
|
Строение циклоалканов.
Каждый атом углерода в циклоалканах находится в состоянии sp3-гибридизации и образует четыре σ-связи С-С и С-Н.
Углы между связями зависят от размера цикла. В малых циклах С3 и С4 углы между связями С-С сильно отличаются от тетраэдрического угла 109,5°, что создает в молекулах напряжение и обеспечивает их высокую реакционную способность.
σ-связи в циклопропане называют "банановыми";.По свойствам они напоминают ПИ-связи. Поэтому молекулу циклопропана очень легко разорвать и поэтому он способен вступать в реакции присоединения (с разрывом цикла).
Циклобутан в пространстве имеет перегиб по линии, соединяющей 1 и 3 атом С в кольце:
Циклопентан имеет форму, которую называют «конверт»:
Большие циклы очень устойчивы и не склонны к разрыву. Так, молекула циклогексана не является плоским многоугольником и принимает различные конформации, имеющие названия «кресло» и «ванна»:
