Алканы Тема 2 · микротема 4 из 4

Химические свойства алканов

Замещение, а не присоединение — и почему именно так

Присоединять алканам нечего: свободных валентностей нет. Поэтому для них характерны реакции замещения, идущие по радикальному механизму, а также реакции расщепления при высокой температуре.

1. Галогенирование — механизм SR

CH4 + Cl2 →(hν) CH3Cl + HCl
Реакция не останавливается: далее образуются CH₂Cl₂, CHCl₃ и CCl₄.
Селективность: какой водород уходит первым

Легче всего отрывается водород от третичного атома углерода, труднее всего — от первичного:

третичный > вторичный > первичный

Причина — устойчивость образующегося радикала: чем больше вокруг алкильных групп с +I-эффектом, тем лучше они «размазывают» неспаренный электрон. Поэтому при хлорировании пропана основной продукт — 2-хлорпропан, а не 1-хлорпропан.

Про галогены
  • F2 — реагирует со взрывом, с разрушением молекулы.
  • Cl2, Br2 — нормальное замещение на свету; бром заметно избирательнее хлора.
  • I2 — не реагирует: реакция обратима, HI восстанавливает продукт обратно.

2. Нитрование по Коновалову

CH3–CH2–CH3 + HNO3(разб.) →(140 °C) CH3–CH(NO2)–CH3 + H2O

Условия обязательны: разбавленная азотная кислота (10–20 %) и нагревание под давлением. Механизм тоже радикальный, поэтому замещается водород преимущественно у третичного атома.

3. Горение и окисление

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + Q
CnH2n+2 + 3n+1⁄2 O2 → nCO2 + (n+1)H2O
2CH4 + 3O2(недостаток) → 2CO + 4H2O
CH4 + O2(сильный недостаток) → C + 2H2O
Каталитическое окисление

При мягком окислении в присутствии катализатора цепь не разрушается, а появляется функциональная группа: 2CH4 + O2 →(кат.) 2CH3OH. Окислением бутана в промышленности получают уксусную кислоту.

4. Термические превращения

5. Конверсия метана

CH4 + H2O →(Ni, 800 °C) CO + 3H2

Смесь CO и H2 называется синтез-газом; из неё получают метанол и синтетические углеводороды.

Чего алканы НЕ делают — вопрос на каждом экзамене
  • Не обесцвечивают бромную воду.
  • Не обесцвечивают раствор KMnO4.
  • Не реагируют с кислотами, щелочами и большинством окислителей на холоду.

Это качественное отличие алканов от алкенов и алкинов: если углеводород не обесцвечивает бромную воду — он предельный.

Контрольная точка 4 · Химические свойства 10 вопросов