Alkaner

Kemisk struktur (överst) och 3D-modell (botten) av metan , den enklaste alkanen

Alkaner ( paraffiner , även mättade eller mättade kolväten ) är acykliska kolväten med linjär eller grenad struktur, som endast innehåller enkla (enkel)bindningar och bildar en homolog serie med den allmänna formeln C n H 2n + 2 .

Alla alkaner och alkener tillhör klassen av alifatiska kolväten. Alkaner är mättade kolväten, det vill säga de innehåller det maximala antalet väteatomer för ett givet antal kolatomer. Varje kolatom i alkanmolekyler är i ett tillstånd av sp 3 -hybridisering - alla 4 hybridorbitaler i C-atomen är identiska i form och energi, 4 bindningar är riktade mot tetraederns hörn i vinklar på 109 ° 28'. C-C-bindningar är σ-bindningar som kännetecknas av låg polaritet och polariserbarhet . Längden på C-C-bindningen är 0,154 nm , längden på C-H-bindningen är 0,1087 nm .

Den enklaste representanten för klassen är metan (CH 4 ). Kolvätet med den längsta kedjan, nonacontatrictane C 390 H 782 , syntetiserades 1985 av de engelska kemisterna I. Bidd och M. K. Whiting [1] .

Nomenklatur

Rationell

En av atomerna i kolkedjan väljs, den anses vara substituerad med metan, och namnet "alkyl1alkyl2alkyl3alkyl4metan" är byggt i förhållande till det, till exempel:

a : n-butyl - sek - butylisobutylmetan b : triisopropylmetan i : trietylpropylmetan

Systematisk IUPAC

Enligt IUPAC-nomenklaturen bildas namnen på alkaner med suffixet -an genom att addera till motsvarande rot från namnet på kolvätet. Den längsta ogrenade kolvätekedjan väljs, varvid numreringen av denna kedja börjar från den sida av substituenten som är närmast slutet av kedjan. I föreningens namn indikeras numret på kolatomen där substituentgruppen eller heteroatomen är belägen med ett nummer , sedan namnet på gruppen eller heteroatomen och namnet på huvudkedjan. Om grupperna upprepas, lista sedan siffrorna som anger deras position, och antalet identiska grupper indikeras av prefixen di-, tri-, tetra-. Om grupperna inte är samma listas deras namn i alfabetisk ordning. [2]

Till exempel:

2,6,6-trimetyl-3-etylheptan (vänster till höger) / 2,2,6-trimetyl-5-etylheptan (höger till vänster)

Vid jämförelse av substituenternas positioner i båda kombinationerna, föredras den där den första avvikande siffran är den minsta. Således är det korrekta namnet 2,2,6 -trimetyl-5- etylheptan .

Homologiska serier och isomerism

Alkaner bildar en homolog serie .

Homolog serie av alkaner (första 10 medlemmarna)
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 _	C6H 14 _ _
Heptan	CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 _	C7H 16 _ _
Oktan	CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 _	C8H 18 _ _
Nonan	CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 _	C9H20 _ _ _
Dekanus	CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 _	C10H 22 _ _

Alkaner med mer än tre kolatomer har isomerer. Isomerism av mättade kolväten beror på den enklaste typen av strukturell isomerism - isomerism av kolskelettet, och från C 7 H 16 - även till optisk isomerism [3] . Antalet strukturella isomerer av alkanerna C n H 2n+2 beroende på antalet kolatomer n utan att ta hänsyn till stereoisomerism [4] [5] och med hänsyn till stereoisomerism [6] :

n	Antal isomerer	Med hänsyn till stereoisomerism
fyra	2	2
5	3	3
6	5	5
7	9	elva
åtta	arton	24
9	35	55
tio	75	136
elva	159	345
12	355	900
13	802	2412
fjorton	1858	6563
femton	4347	18 127
tjugo	366 319	3 396 844
25	36 797 588	749 329 719
trettio	4 111 846 763	182 896 187 256

Antalet strukturella isomerer av lägre kolväten upp till C14H30 bestämdes genom direkt räkning; 1931 utvecklades en rekursiv metod för att räkna antalet isomerer [7] . Inget enkelt samband mellan antalet kolatomer n och antalet isomerer hittades [7] . Vid , kan antalet olika strukturella isomerer av alkaner uppskattas med hjälp av Redfield-Polyi-satsen [8] . $n\högerpil {\mathcal {1}}$

Fysiska egenskaper

Smält- och kokpunkter ökar med molekylvikten och längden på huvudkolkedjan.
Under de standardförhållanden som fastställts av IUPAC ( tryck 10 5 Pa , temperatur 0 ° C), är rakkedjiga alkaner från CH 4 till C 4 H 10 gaser, från C 5 H 12 till C 13 H 28 är de vätskor, och startande från C14H30 och vidare - fasta ämnen.
Smält- och kokpunkten minskar från mindre grenad till mer grenad. Så, till exempel, vid 20 ° C är n-pentan en vätska och neopentan är en gas.
Gasformiga och fasta alkaner luktar inte, vissa flytande alkaner har en karakteristisk "bensin" lukt.
Alla alkaner är färglösa, lättare än vatten och olösliga i det. Alkaner löser sig väl i organiska lösningsmedel, flytande alkaner ( pentan , hexan ) används som lösningsmedel.

Fysikaliska egenskaper hos normala alkaner

n	namn	Tpl , °C	T bp , °C	Densitet , g/cm 3	Brytningsindex
ett	Metan	−182,48	−161,5	0,416 vid T bp
2	Etan	−183,3	−88,63	0,546 vid T kip
3	Propan	−187,7	−42.1	0,585 vid T bp
fyra	Butan	−138,35	−0,5	0,6 vid T bp	1,3326
fyra	Isobutan	−159,60	−11.73	0,5510 vid 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
åtta	Oktan	−55,8	125,7	0,7025	1,3974
9	Nonan	−54	150,8	0,718	1,4054
tio	Dekanus	−29,7	174,1	0,730	1,4119
elva	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
fjorton	Tetradekan	5.9	253,6	0,7628	1,4289
femton	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*
arton	Octadecan	28.2	316,1	0,7819*	1,4390*
19	Nonadecan	32.1	329,76	0,7855*	1,4409*
tjugo	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	Hexakosan	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
trettio	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 vid 130 Pa	0,814
37	Heptatriakontan	77,4	504,14	0,815
38	Octatriacontan	79	510,93	0,816
39	Nonatriakontan	78	517,51	0,817
40	Tetracontan	81,4	523,88	0,817
41	Gentetracontan	80,7	530,75	0,818
42	Dotetracontan	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
femtio	Pentakontan	93	421	0,824
51	Genpentacontan		583	0,824
52	Dopentakontan	94	587,6	0,825
53	tripentakontan		592	0,825
54	Tetrapentakontan	95	596,38	0,826
…	…	…	…	…	…
60	Hexakontan	98,9
…	…	…	…	…	…
70	Heptacontan	105,3
…	…	…	…	…	…
100	Hektan	115,2
…	…	…	…	…	…
150	Pentakontagektan	123
…	…	…	…	…	…
390	Nonacontatrictan	132

Notera till tabellen: * de värden som erhålls för en underkyld vätska är markerade.

Spektralegenskaper

IR- spektroskopi

I IR-spektra för alkaner manifesteras frekvenserna av sträckningsvibrationer av C–H-bindningen tydligt i området 2850–3000 cm– 1 . Frekvenserna för töjningsvibrationerna i C-C-bindningen är varierande och ofta av låg intensitet. De karakteristiska böjvibrationerna i C–H-bindningen i metyl- och metylengrupperna ligger vanligtvis i intervallet 1400–1470 cm – 1 , dock ger metylgruppen ett svagt band vid 1380 cm – 1 i spektrat .

UV- spektroskopi

Rena alkaner absorberar inte ultraviolett strålning över 2000 Å och är därför ofta utmärkta lösningsmedel för att mäta UV-spektra för andra föreningar.

Kemiska egenskaper

Alkaner har låg kemisk aktivitet. Detta beror på att CH- och C-C enkelbindningar är relativt starka och svåra att bryta. Eftersom C-C-bindningar är opolära, och C-H-bindningar har låg polaritet, är båda typerna av bindningar något polariserbara och tillhör σ-typen, deras brott är troligen genom en homolytisk mekanism, det vill säga med bildandet av radikaler.

Radikala substitutionsreaktioner

Halogenering

Halogenering av alkaner sker genom en radikal mekanism. För att initiera reaktionen är det nödvändigt att bestråla blandningen av alkan och halogen med UV-strålning eller värma den.

Kloreringen av metan slutar inte vid erhållandet av metylklorid (om ekvimolära mängder klor och metan tas), utan leder till bildandet av alla möjliga substitutionsprodukter, från klormetan till koltetraklorid . Klorering av andra alkaner resulterar i en blandning av vätesubstitutionsprodukter vid olika kolatomer. Förhållandet mellan kloreringsprodukter beror på temperaturen. Hastigheten för klorering av primära, sekundära och tertiära atomer beror på temperaturen; vid låga temperaturer minskar hastigheten i serien: tertiär, sekundär, primär. När temperaturen stiger minskar skillnaden mellan hastigheterna tills den blir densamma. Förutom den kinetiska faktorn påverkas fördelningen av kloreringsprodukter av en statistisk faktor: sannolikheten för ett angrepp av klor på en tertiär kolatom är 3 gånger mindre än den primära och 2 gånger mindre än den sekundära. Således är kloreringen av alkaner en icke-stereoselektiv reaktion, utom i de fall då endast en monokloreringsprodukt är möjlig.

Halogenering sker lättare ju längre kolkedjan är i n- alkanen . I samma riktning minskar joniseringsenergin hos ämnesmolekylen, det vill säga alkanen blir lättare en elektrondonator .

Halogenering är en av substitutionsreaktionerna . Den minst hydrerade kolatomen halogeneras först (tertiär atom, sedan sekundära, primära atomer halogeneras sist). Halogeneringen av alkaner sker i steg med sekventiell bildning av klormetan , diklormetan , kloroform och koltetraklorid : inte mer än en väteatom ersätts i ett steg:

{\mathsf {CH_{4}+Cl_{2}\högerpil CH_{3}Cl+HCl))

{\mathsf {CH_{3}Cl+Cl_{2}\högerpil CH_{2}Cl_{2}+HCl))

{\mathsf {CH_{2}Cl_{2}+Cl_{2}\högerpil CHCl_{3}+HCl))

{\mathsf {CHCl_{3}+Cl_{2}\högerpil CCl_{4}+HCl))

Under ljusets verkan sönderfaller klormolekylen till radikaler, sedan angriper de alkanmolekylerna, river av deras väteatom, vilket resulterar i att metylradikaler CH 3 bildas , som kolliderar med klormolekyler, förstör dem och bildar nya radikaler .

Kedjemekanism för halogenering:

1) Initiering

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

2) kedjetillväxt

{\mathsf {CH_{3}{\text{-}}CH_{2}{\text{-}}CH_{3}+Cl{\text{ }}\högerpil CH_{3}{\ text {-}}{\dot {CH}}{\text{-}}CH_{3}+HCl}}

{\mathsf {CH_{3}{\text{-}}{\dot {CH}}{\text{-}}CH_{3}+Cl{\text{:}}Cl\högerpil CH_{ 3}{\text{-}}CHCl{\text{-}}CH_{3}+Cl{\text{ }}}}

3) Öppen krets

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

Alkanbromering skiljer sig från klorering i högre stereoselektivitet på grund av den större skillnaden i bromeringshastigheter för tertiära, sekundära och primära kolatomer vid låga temperaturer.

Jodisering av alkaner med jod förekommer inte, och jodider kan inte erhållas genom direkt jodering.

Med fluor och klor kan reaktionen fortgå explosivt, i sådana fall späds halogenen ut med kväve eller lämpligt lösningsmedel.

Sulfonering

Med samtidig verkan av svaveloxid (IV) och syre på alkaner, med ultraviolett bestrålning eller med deltagande av ämnen som är donatorer av fria radikaler (diazometan, organiska peroxider), fortsätter sulfoneringsreaktionen med bildning av alkylsulfonsyror :

{\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}}

Sulfoklorering (Reeds reaktion)

När de bestrålas med ultraviolett strålning, reagerar alkaner med en blandning av SO 2 och Cl 2. Efter att en alkylradikal har bildats med avgången av väteklorid tillsätts svaveldioxid. Den resulterande komplexa radikalen stabiliseras genom infångning av en kloratom med förstörelsen av nästa molekyl av den senare.

Utveckling av kedjeprocessen:

\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}

Linjära kolväten sulfokloreras lättast, i motsats till reaktionerna av klorering och nitrering. [9]

De resulterande sulfonylkloriderna används i stor utsträckning vid framställning av ytaktiva ämnen .

Nitrering

Alkaner reagerar med en 10% lösning av salpetersyra eller kväveoxid NO 2 i gasfas vid en temperatur av 140 ° C och lågt tryck för att bilda nitroderivat:

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

Tillgängliga data pekar på en mekanism för fria radikaler . Som ett resultat av reaktionen bildas blandningar av produkter.

Oxidationsreaktioner Autooxidation

Oxidationen av alkaner i vätskefasen fortskrider enligt mekanismen för fria radikaler och leder till bildning av hydroperoxider , produkter av deras sönderdelning och interaktion med startalkanen. Schema för den huvudsakliga autooxidationsreaktionen:

\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}

Förbränning

Den huvudsakliga kemiska egenskapen hos mättade kolväten som avgör deras användning som bränsle är förbränningsreaktionen . Exempel:

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

Q - värdet når 46 000 - 50 000 kJ/kg .

Vid syrebrist erhålls istället för koldioxid kolmonoxid (II) eller kol (beroende på syrekoncentrationen).

katalytisk oxidation

I reaktionerna av katalytisk oxidation av alkaner, kan alkoholer , aldehyder , karboxylsyror bildas .

Med mild oxidation av CH 4 i närvaro av en katalysator med syre vid 200 ° C, kan följande bildas:

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

Oxidation kan också utföras med luft. Processen utförs i vätske- eller gasfas. Inom industrin erhålls högre fettalkoholer och motsvarande syror på detta sätt .

Alkanoxidationsreaktion med dimetyldioxiran :

Reaktionsmekanismen för att erhålla syror genom katalytisk oxidation och spjälkning av alkaner visas nedan med exemplet att erhålla ättiksyra från butan :

Termiska transformationer av alkaner Sönderfall

Nedbrytningsreaktioner sker endast under inverkan av höga temperaturer. En ökning av temperaturen leder till att kolbindningen bryts och att fria radikaler bildas .

Exempel:

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

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

Krackning

Vid upphettning över 500 °C genomgår alkaner pyrolytisk sönderdelning med bildning av en komplex blandning av produkter, vars sammansättning och förhållande beror på temperaturen och reaktionstiden. Under pyrolys klyvs kol-kolbindningar för att bilda alkylradikaler.

1930-1950. pyrolys av högre alkaner har använts industriellt för att framställa en komplex blandning av alkaner och alkener innehållande fem till tio kolatomer. Det kallas "termisk sprickbildning". Med hjälp av termisk krackning var det möjligt att öka mängden bensinfraktion på grund av spjälkning av alkaner som finns i fotogenfraktionen ( 10–15 kolatomer i kolskelettet) och dieseloljefraktionen ( 12–20 kol ). atomer). Oktantalet för bensin som erhålls genom termisk krackning överstiger dock inte 65, vilket inte uppfyller kraven för driftförhållandena för moderna förbränningsmotorer.

För närvarande har termisk krackning helt ersatts inom industrin genom katalytisk krackning, som utförs i gasfas vid lägre temperaturer - 400-450 ° C och lågt tryck - 10-15 atm på en aluminosilikatkatalysator, som kontinuerligt regenereras genom förbränning koksen bildades på den i en luftström. Under katalytisk krackning ökar halten av alkaner med en grenad struktur kraftigt i den resulterande bensinen.

För metan:

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

Under sprickbildning bryts en av bindningarna (C-C) och bildar två radikaler. Sedan sker tre processer samtidigt, som ett resultat av vilka reaktionen ger många olika produkter:

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

1) Rekombination:

{\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}\högerpil CH_{3}{\text {- }}CH_{2}{\text{-}}CH_{3))))

{\mathsf {CH_{3}{\text{ }}+{\text{ }}CH_{3}\högerpil CH_{3}{\text{-}}CH_{3}}}

2) Disproportionering:

{\mathsf {CH_{3}{\text{ }}+{\text{ }}CH_{2}{\text{-}}CH_{3}\högerpil 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-sönderfall (bindningsbrytning (CH)):

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

Dehydrering

1) I kolskelettet, 2 (etan) eller 3 (propan) kolatomer - erhåller (terminala) alkener, eftersom andra inte kan erhållas i detta fall; vätefrisättning:

Flödesförhållanden: 400-600 °C, katalysatorer - Pt, Ni, Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 , till exempel bildning av eten från etan:

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

2) I kolskelettet 4 (butan, isobutan) eller 5 (pentan, 2-metylbutan, neopentan ) kolatomer - erhåller alkadiener, till exempel butadien-1,3 och butadien-1,2 från butan:

\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) I kolskelettet av 6 (hexan) eller fler kolatomer - erhåller bensen och dess derivat:

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

Metanomvandling

I närvaro av en nickelkatalysator fortskrider reaktionen:

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

Produkten av denna reaktion (en blandning av CO och H 2 ) kallas " syntesgas ".

Elektrofila substitutionsreaktioner

Isomerisering:
Alkanisomerisering sker under inverkan av en katalysator (t.ex. AlCl 3 ): till exempel omvandlas butan (C 4 H 10 ), som interagerar med aluminiumklorid (AlCl 3 ) , från n -butan till 2-metylpropan.

Alkaner interagerar inte med kaliumpermanganat (KMnO 4 ) och bromvatten (lösning av Br 2 i vatten).

Att vara i naturen

Att vara i rymden

I små mängder finns alkaner i atmosfären på solsystemets yttre gasplaneter: på Jupiter - 0,1 % metan , 0,0002 % etan , på Saturnus 0,2 % metan och etan - 0,0005 %, metan och etan på Uranus - respektive 1,99 % och 0,00025 %, på Neptunus - 1,5 % respektive 1,5⋅10 −10 [10] . På Saturnus satellit Titan finns metan (1,6%) i flytande form, och liksom vatten som finns på jorden i kretsloppet finns det (polära) sjöar av metan (blandat med etan) och metanregn på Titan. Dessutom, som förväntat, kommer metan in i Titans atmosfär som ett resultat av vulkanisk aktivitet [11] . Dessutom finns metan i svansen på kometen Hyakutake och i meteoriter ( kolhaltiga kondriter ). Det antas också att metan och etan kometis har bildats i det interstellära rymden [12] .

Plats på jorden

I jordens atmosfär finns metan i mycket små mängder (cirka 0,0001%), det produceras av vissa arkéer (arkaebakterier) , i synnerhet som finns i tarmkanalen hos nötkreatur . Avlagringarna av lägre alkaner i form av naturgas , olja och, förmodligen i framtiden, gashydrater (som finns i permafrostområden och under haven) är av industriell betydelse. Metan finns även i biogas .

Högre alkaner finns i växternas nagelband och skyddar dem från uttorkning, parasitsvampar och små växtätande organismer. Dessa är vanligtvis kedjor med ett udda antal kolatomer , som bildas under dekarboxyleringen av fettsyror med ett jämnt antal kolatomer. Hos djur finns alkaner som feromoner i insekter , särskilt i tsetseflugor (2-metylheptadekan C 18 H 38 , 17,21-dimetylheptatriacontane C 39 H 80 , 15,19-dimethylheptatriacontane C 91 H 80 och 321 H 81 - trimetylheptatriakontan C40H82 ) . Vissa orkidéer använder alkanferomoner för att locka till sig pollinatörer.

Får

Den huvudsakliga källan till alkaner (liksom andra kolväten) är olja och naturgas , som vanligtvis förekommer tillsammans.

Återvinning av halogenerade alkaner:

Under katalytisk hydrogenering i närvaro av palladium omvandlas haloalkaner till alkaner [13] :

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

Reduktionen av jodalkaner sker när de senare värms upp med jodvätesyra:

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

Natriumamalgam, metallhydrider, natrium i alkohol, zink i saltsyra eller zink i alkohol är också lämpliga för reduktion av haloalkaner [13]

Återvinning av alkoholer :

Reduktionen av alkoholer leder till bildning av kolväten innehållande samma antal C-atomer, till exempel sker reduktionsreaktionen av butanol (C 4 H 9 OH) i närvaro av LiAlH 4 . I detta fall släpps vatten ut [14] .

\mathsf{CH_3CH_2CH_2CH_2OH \xrightarrow[]{LiAlH_4} CH_3CH_2CH_2CH_3 + H_2O}

Återvinning av karbonylföreningar

Kizhner-Wolf reaktion :

Reaktionen utförs i överskott av hydrazin i ett högkokande lösningsmedel i närvaro av KOH [15] .

Clemmensen reaktion [16] :

Hydrering av omättade kolväten

Från alkener

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

Från alkyner

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

Reaktionen katalyseras av nickel- , platina- eller palladiumföreningar [17] .

Syntes Kolbe

Under elektrolysen av salter av karboxylsyror, flyttar syraanjonen - RCOO - till anoden och där, genom att donera en elektron, förvandlas den till en instabil RCOO•-radikal, som omedelbart dekarboxyleras. R•-radikalen stabiliseras genom att fördubblas med en liknande radikal, och R-R bildas [18] . Till exempel:

\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}

Fastbränsleförgasning (Berthelot, Schroeder, Bergius processer )

Förekommer vid förhöjd temperatur och tryck. Katalysator - Ni (för Berthelot), Mo (för Schroeder) eller utan katalysator (för Bergius):

\mathsf{C + 2H_2 \rightarrow CH_4}

Wurtz reaktion

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

Reaktionen sker i THF vid en temperatur på -80 °C [19] . Interaktionen mellan R och R` kan bilda en blandning av produkter (R-R, R`-R`, R-R`)

Fischer-Tropsch-syntes

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

Dumas reaktion

Erhålla alkaner genom dekarboxylering av salter av karboxylsyror, när de smälts samman med en alkali (vanligtvis NaOH eller KOH):

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

Hydrolys av aluminiumkarbid [20]

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

Biologisk verkan

Lägre alkaner har en narkotisk effekt , orsakar kvävning och irriterar andningsorganen. Med kronisk verkan stör alkaner nervsystemets funktion, vilket visar sig i form av sömnlöshet, bradykardi , ökad trötthet och funktionell neuros. På grund av den irriterande effekten av gaser vid subakut, akut och kronisk förgiftning utvecklas lunginflammation och lungödem.

Anteckningar

↑ Bidd, Ilesh och Whiting, Mark C. Syntesen av rena n-paraffiner med kedjelängder mellan ett och fyrahundra. J. Chem. Soc., Chem. Commun., nummer 19, 1985, sid. 543-544
↑ Deryabina G.I., Kantaria G.V. 2.4.2. Regler för att konstruera namn på alkaner enligt IUPAC:s systematiska internationella nomenklatur (otillgänglig länk) . Interaktiv multimedialärobok "Organisk kemi" . Institutionen för organisk, bioorganisk och medicinsk kemi SamGU . Hämtad 10 oktober 2012. Arkiverad från originalet 14 oktober 2012. (obestämd)
↑ Chemical encyclopedia, vol. 3, 1992 , sid. 177.
↑ Fizer L., Fizer M. Organic Chemistry, vol 1, 1966 , sid. 125.
↑ OEIS -sekvens A000602 = Antal n-nods orotade kvartsträd; antal n-kolalkaner C(n)H(2n+2) ignorerande stereoisomerer
↑ OEIS -sekvens A000628 = Antal n-nods orotade steriska kvartsträd; antal n-kolalkaner C(n)H(2n+2) med hänsyn till stereoisomerer
↑ 1 2 Henze Henry R., Blair Charles M. Antalet isomera kolväten i metanserien // Journal of the American Chemical Society. - ACS Publishers , 1931. - Vol. 53 , nr. 8 . - P. 3077-3085 . - doi : 10.1021/ja01359a034 .
↑ G. Polya. Kombinatorische Anzahlbestimmungen für Gruppen, Graphen und Chemical Verbindungen // Acta Mathematica . - 1937. - Vol. 68.—S. 145–254. - doi : 10.1007/BF02546665 .
↑ Perekalin V.V., Zonis S.A. Organisk kemi
↑ (engelska) Dr. David R. Williams Jupiter faktablad (engelska) (inte tillgänglig länk) . NASA (2007). Hämtad 6 oktober 2010. Arkiverad från originalet 5 oktober 2011.
↑ Emily Lakdawalla . Titan: Arizona i en islåda? . Hämtad 21 januari 2004. Arkiverad från originalet 6 april 2008. (obestämd)
↑ Mumma , MJ; Disanti, MA, dello Russo, N., Fomenkova, M., Magee-Sauer, K., Kaminski, CD och DX Xie. Detektion av rikligt med etan och metan, tillsammans med kolmonoxid och vatten, i Comet C/1996 B2 Hyakutake: Evidence for Interstellar Origin // Science : journal. - 1996. - Vol. 272 , nr. 5266 . — S. 1310 . - doi : 10.1126/science.272.5266.1310 . — PMID 8650540 .
↑ 1 2 Kemisk katalog >> Organisk kemi sida 63
↑ ALKOHOL - artikel från uppslagsverket "Round the World"
↑ Kizhner - Vargreaktion // Great Soviet Encyclopedia : [i 30 volymer] / kap. ed. A. M. Prokhorov . - 3:e uppl. - M . : Soviet Encyclopedia, 1969-1978.
↑ http://www.cnshb.ru/AKDiL/0048/base/RK/160003.shtm
↑ Hydrogeneringskatalysatorer (otillgänglig länk) . Hämtad 10 juni 2009. Arkiverad från originalet 22 april 2009. (obestämd)
↑ Kolbe-reaktion // Stora sovjetiska encyklopedin : [i 30 volymer] / kap. ed. A. M. Prokhorov . - 3:e uppl. - M . : Soviet Encyclopedia, 1969-1978.
↑ WURZ REACTION (otillgänglig länk) . Hämtad 10 juni 2009. Arkiverad från originalet 3 maj 2011. (obestämd)
↑ karbid, dess hydrolys - Chemist's Handbook 21 . chem21.info. Hämtad: 12 april 2018. (obestämd)

Litteratur

Aktivering och katalytiska reaktioner av alkaner / Per. från engelska; ed. K. Hill. — M .: Mir , 1992.
Allmän toxikologi / Ed. Loita A. O .. - St. Petersburg. : ELBI-SPb., 2006.
Petrov Al. A. Chemistry of Alkanes . — M .: Nauka , 1974. — 243 sid.
Poya D. Kombinatoriska beräkningar för grupper, grafer och kemiska föreningar // Uppräkningsproblem av kombinatorisk analys. - M .: Mir, 1979. - S. 36-138 . (ryska)
Peraushanu V. Produktion och användning av kolväten. — M .: Kemi, 1987.
Rudakov ES Reaktioner av alkaner med oxidationsmedel, metallkomplex och radikaler i lösningar. - Kiev: Naukova Dumka , 1985.
Fizer L., Fizer M. Organisk kemi. Avancerad kurs. - M. , 1966. - T. 1. - 680 sid.
Haynes A. Metoder för oxidation av organiska föreningar. Alkaner, alkener, alkyner och arener. — M .: Mir, 1988.
Chemical Encyclopedia / Kap. ed. I. L. Knunyants. - M . : Great Russian Encyclopedia, 1992. - T. 3: Kopparsulfider - Polymerfärgämnen. — 640 sid. — ISBN 5-85270-039-8 .
Perekalin V.V., Zonis S.A. Organisk kemi. - 4:e uppl., reviderad. - M . : Education , 1982. - 560 sid.
Akutvård vid akut förgiftning. Handbok i toxikologi / Ed. Akademiker vid Akademien för medicinska vetenskaper i Sovjetunionen S. N. Golikov. — M .: Medicin , 1977.

Länkar

Ordböcker och uppslagsverk	Stor dansk Stor norsk Stor ryss runt världen Brockhaus
I bibliografiska kataloger	BNF : 11946931w GND : 4191827-7 J9U : 987007563165105171 LCCN : sh85097763 NKC : ph115667

kolväten
Alkaner	Metan Etan Propan Butan Isobutan Pentan Isopentan Neopentan Hexan Heptan Oktan Isooktan Nonan Dekanus Undecan Dodecan Tridecan Tetradekan Pentadekan Hexadekan Heptadekan Octadecan Nonadecan pir Eikozan Geneikosan Docosan Trikozan tetrakosan Pentacosan Gentriacontan Pentatriokontan Hektan Nonacontatrictan
Alkenes	Eten propen butener Pentenes hexener Heptenes Okten
Alkyner	Acetylen propyn Men i
dienes	Propadien Butadien Isopren Cyklobutadien
Andra omättade	Vinylacetylen Diacetylen Karotin
Cykloalkaner	Cyklopropan Cyklobutan Cyklopentan Cyklohexan Cykloheptan Cyklooktan Cyklononan Cyclodecan Cyklondekan Cyclodecan Cyklotridekan Cyklotetradekan Cyklopentadekan Cyklohexadekan Cykloheptadekan
Cykloalkener	Cyklopropen Cyklobuten cyklopenten Cyklohexen Cyklohepten 1,3-cyklohexadien 1,4-cyklohexadien 1,5-cyklooktadien
aromatisk	Bensen Toluen Dimetylbensener Etylbensen Propylbensen Cumol Styren Fenylacetylen Difenyl Difenylmetan Trifenylmetan Tetrafenylmetan Mesitylene Hexametylbensen
Polycyklisk	Dekalin
Polycykliska aromater	Naftalen Antracen Bensantracen Pentacen fenantren pyren Benspyren Azulene Chrysen Inden indan
se även: Binära föreningar av väte oorganiska syror

Klasser av organiska föreningar
kolväten	Alkaner Alkenes Arenas Alkyner dienes Cykloalkaner
Syrehaltig	Alkoholer Etrar (estrar) Aldehyder Ketoner Keteny karboxylsyror Estrar (estrar) ortoestrar Kolhydrater Fetter Kinoner Fenoler Enols Hydroxisyror Oxosyror Peroxider
Kvävehaltig	Aminer Aminoxider Amider hydrazider Hydrazoner Osazoner Nitroföreningar Nitrosoföreningar Imines oximer Nitroner Nitrolic syror Diazoföreningar Diazoniumsalter Nitriler isonitriler organiska azider Isocyanater Aminosyror Ekorrar Peptider
Svavel	Thiols Sulfider Sulfoxider Sulfoner Tioestrar Salt Bunte Xanthater disulfider Sulfonsyror Sulfinsyror Tioaldehyder tioketoner Tiokarboxylsyror Organiska tiocyanater Isotiocyanater
Fosforhaltig	Fosfiner Fosfonsyror fosfinsyror Fosfonsyror Nukleinsyra Nukleotider
haloorganiska	halokarboner Organofluorföreningar Perfluorkolväten Organiska klorföreningar Bromorganiska föreningar Organiska jodföreningar
organosilikon	Silaner Silazans Siltians Siloxaner Silikoner
Organoelement	germaniumorganisk organobor Organotin Ekologiskt bly Aluminiumorganisk Ekologiskt kvicksilver Andra organometalliska
Andra viktiga klasser	Cykliska föreningar