I реакции радикального замещения. Sr

Галогенирование. Эта реакция идёт сравнительно легко с замещением атомов водорода в алканах на галогены. Как было установлено Н.Н. Семёновым, эта реакция протекает по радикально цепному механизму. Молекулярный хлор под влиянием света расщепляется на атомный, который инициирует (начинает) радикальную реакцию; он отщепляет водород от метана, образуя радикал - метил и хлороводород. Метильный радикал взаимодействует с молекулярным хлором и стабилизируется в первый продукт хлорирования метана - хлор метан, который по аналогичной схеме подвергается дальнейшему хлорированию, образуя последовательно дихлор- метан CH₂Cl₂, хлороформ и тетрахлорметан (четырёххлористый углерод):

Сl:Cl→Cl- + Cl-

H₃C:H + Cl-→H₃C-  + HCl

МетанМетил

H₃C- + Cl:Cl→H₃CCl + Cl-

CH₃Cl + Cl- → -CH₂Cl + HCl

CH₂Cl- + Cl:Cl→CH₂Cl₂ + Cl-

СH₂Cl₂ + Cl - → -CCl₃+ HCl

Cl₂+-СCl3 →CCl4    + Cl–

Чередование: радикал вещества+ HCl; радикал хлора + целевовой продукт. Хлорированию могут подвергатьсяи другие алканы. Скорость реакции замещения для третичных УВ выше, чем вторичных, а для вторичных выше, чем первичных.

Нитрование. Реакция Коновалова.

Нитрование алканов осуществляют с помощью разбавленной азотной кислоты при температуре 200-450 0С. Из пропана получают смесь продуктов, происходит иреакция окисления:наряду с 2-нитропропаном образуются и нитрометан, нитроэтан:

CH₃ -CH₂ - CH₃ + HO-NO₂ →CH₃- CH(NO₂)- CH₃ + H₂O

Сульфирование. При слабом нагревании дымящая серная кислота сульфирует алканы, т. е. атом водорода в них замещается на сульфогруппу:

R H + H₂SO₄ →R SO₃H + HCl.

В результате образуются алкансульфокислоты.

Сульфохлорирование. При действии на алканы смеси сернистого газа и хлораУФ идёт реакция сульфохлорирования:

R H + SO₂ + Cl₂ →R SO₂Cl + HCl.алкилсульфохлорид

Сульфохлориды легко гидролизуются до сульфокислот:

R – SO₂Cl + H₂O → R – SO₃H

Алкансульфокислоты образуют со щелочами соли – сульфонаты:

RSO₃H+ NaOH →RSO₃Na + H₂O

Сульфонаты с 12-18 и выше атомами углерода, получаемые на основе жидких парафинов, служат в качестве поверхностно-активных и моющих веществ.

II. Реакции окисления.

 В присутствии большого избытка кислорода (или воздуха) при высокой температуре алканы сгорают полностью до воды и диоксида углерода, например: C_nH_2n+2 + (3n+1)O₂ → nCO₂ + (n+1)H₂O. Эта реакция используется для получения тепловой энергии.

 Неполное окисление метана кислородом воздуха приводит к образованию смеси оксида углерода и водорода, называемой синтез-газом:

CH₄ + 0,5O₂→ CO + 2H₂

Синтез-газ используют для получения многих органических продуктов. Окисление алканов кислородом воздуха в более мягких условиях приводит к получению смеси карбоновых кислот, спиртов, альдегидов, кетонов. Каталитическим окислением метана и продуктов его окисления можно получить метиловый спирт, формальдегид, муравьиную кислоту:

CH₄ + O₂→ H₂CO +H₂O

 В процессе неполного окисления бутанаполучаются уксусный альдегид и уксусная кислота, этилацетат, этанол:

CH₃- CH₂- CH₂ -CH₃ + O₂→ CH₃-CHO + CH₃- COOH + CH₃- C O O -C₂H₅ + CH₃CH₂OH

III. Реакции термического превращения

Дегидрирование. В присутствии катализатора при нагревании из алканов за счёт разрыва связи С-Н происходит отщепление атомов водорода, что приводит к образованию алкенов. дегидрированием этана можно получить этен: CH₃-CH₃→ CH₂= CH₂ + H₂

 В результате дегидрирования бутанав присутствии Cr₂O₃и темпер.580 образуется бутен:

C₄H₁₀→CH₃ -CH₂-CH =CH₂ +CH₃ -CH =CH-CH₃+H₂

C₄H₁₀→CH₂=CH -CH =CH₂ + 2 H₂

Дегидрированиенизшихалкановприоченьвысокихтемпературахприводиткобразованиюацетилена:

2CH₄→CH≡ CH + 3H₂1500 С⁰

C₂H₆→CH≡CH + 2H₂ 1100-1200 С⁰

Изомеризация. Под влиянием катализаторов при нагревании алканыизомеризуются в углеводороды разветвлённого строения в присутствииAlCl₃ 100С⁰:

CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃→CH₃ -CH (CH₃) -CH₂ -CH₃.

Реакция изомеризации используется для повышения октанового числа бензинов.

Дегидроциклизация(ароматизация) – дегидрированеалканов с образованием ароматических соединений.

CH₃-CH₂-CH₂-CH₂ - CH₂ - CH₂ - CH₃ →метилбензол + 4Н₂

Крекинг (каталит., термический) – происходит разрушениеуглеродной цепи, образуются алкан + алкен с меньшей длиной углеродной цепи.

CH₃-CH₂-CH₂-CH₂ - CH₂ - CH₂ - CH₃→CH₃-CH₂-CH₂–CH₃  +CH₂=CH- CH₃