Урок №6. Физические и химические свойства алканов

Физические свойства

В обычных условиях

С₁- С₄ – газы

С₅- С₁₅– жидкие

С₁₆– твёрдые

Температуры плавления и кипения алканов, их плотности увеличиваются в гомологическом ряду с ростом молекулярной массы. Все алканы легче воды, в ней не растворимы, однако растворимы в неполярных растворителях (например, в бензоле) и сами являются хорошими растворителями. Физические свойства некоторых алканов представлены в таблице.

Таблица 2. Физические свойства некоторых алканов

Химические свойства алканов

1. Реакции замещения.

а) Галогенирование

при действии света - hν или нагревании (стадийно – замещение атомов водорода на галоген носит последовательный цепной характер. Большой вклад в разработку цепных реакций внёс физик, академик, лауреат Нобелевской премии Н. Н. Семёнов )

В реакции образуются вещества галогеналканы R-Cl или С_nH_2n+1 – Cl

CH₄ + Cl₂ ^hν→ CH₃Cl + HCl (1 стадия) ;

метан хлорметан ( был широкоприменяемым хладагентом. Но такое его применение прекратили из-за токсичности и пожароопасности. Хлорметан был использован для производства добавок к бензину на основе свинца (тетраметилсвинец). Наиболее важное использование хлорметана сейчас в качестве химического полупродукта в производстве силиконовых полимеров. Меньшие количества используют в качестве растворителя при производстве бутилкаучука и очистке бензина. Хлорметан используют как метилирующий или хлорирующий агент в органической химии. Он находит также множество различных применений: удаления жирных загрязнений, следов смол, как ракетное топливо, для получения пенополистирола. Как локальное обезболивающее, как промежуточный продукт при синтезе лекарств, как носитель в низкотемпературной полимеризации, как жидкость для термометрического и термостатического оборудования, в качестве гербицида.)

CH₃Cl + Cl₂ ^hν→ CH₂Cl₂ + HCl (2 стадия);

дихлорметан - растворитель

СH₂Cl₂ + Cl₂ ^hν→ CHCl₃ + HCl (3 стадия);

трихлорметан (В конце XIX и начале XX веков хлороформ использовался как анестетик при проведении хирургических операций. Впервые как средство для наркоза хлороформ был применён при хирургических операциях шотландским врачом Симпсоном (1848 г.). В России хлороформ как средство для наркоза впервые применил Н. И. Пирогов. Однако в данной роли хлороформ впоследствии был заменён более безопасными веществами. Хлороформ используется в качестве растворителя в фармакологической промышленности, а также для производства красителей и пестицидов. Хлороформ, содержащий дейтерий (CDCl₃) — наиболее общий растворитель, используемый в ядерном магнитном резонансе (ЯМР).)

CHCl₃ + Cl₂ ^hν→ CCl₄ + HCl (4 стадия).

тетрахлорметан (Применяется как растворитель (жиров, смол, каучука и др.), для получения фреонов, как экстрагент, в медицине).

Скорость реакции замещения водорода на атом галогена у галогеналканов выше, чем у соответствующего алкана, это связано с взаимным влиянием атомов в молекуле:

Электронная плотность связи С – Cl смещена к более электроотрицательному хлору, в результате на нём скапливается частичный отрицательный заряд, а на атоме углерода – частичный положительный заряд.

На атом углерода в метильной группе ( - СН₃) создаётся дефицит электронной плотности, поэтому он компенсирует свой заряд за счёт соседних атомов водорода, в результате связь С – Н становится менее прочной и атомы водорода легче замещаются на атомы хлора. При увеличении углеводородного радикала наиболее подвижными остаются атомы водорода у атома углерода ближайщего к заместителю:

CH₃– CH₂ – Cl + Cl₂ ^hν→ CH₃– CHCl₂ + HCl

хлорэтан 1,1 -дихлорэтан

Со фтором реакция идёт со взрывом.

С хлором и бромом (молекулярным!) требуется инициатор (свет).

Иодирование происходит обратимо, поэтому требуется окислитель для удаления HI из реакции

Внимание!

В реакциях замещения алканов легче всего замещаются атомы водорода у третичных атомов углерода, затем у вторичных и, в последнюю очередь, у первичных.

Для хлорирования эта закономерность не соблюдается при T>400˚C.

4 3 2 1

CH₃-CH₂-CH-CH₃ + Cl₂ ^hν→ смесь галогеналканов.

│

CH₃

1; 4 – первичные; 3 – вторичный; 2 – третичный.

б) Нитрование (реакция М.И. Коновалова, он провёл её впервые в 1888 г)

CH₄ + HNO₃ ^t˚С→ CH₃NO₂ + H₂O

раствор нитрометан

R-NO₂ или С_nH_2n+1 – NO₂ (нитроалкан)