44

Глава 4.

АЛКАНЫ

4.1. НОМЕНКЛАТУРА АЛКАНОВ

4.2. КОНФОРМАЦИИ ЭТАНА И ПРОПАНА

4.3. КОНФОРМАЦИИ Н-БУТАНА

4.4. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛКАНОВ

4.4.1. ХЛОРИРОВАНИЕ МЕТАНА

4.4.2. БРОМИРОВАНИЕ, ЙОДИРОВАНИЕ И ФТОРИРОВАНИЕ МЕТАНА

4.4.3. ГАЛОГЕНИРОВАНИЕ ГОМОЛОГОВ МЕТАНА

4.4.4. СТАБИЛЬНОСТЬ АЛКИЛЬНЫХ РАДИКАЛОВ

4.4.5. СУЛЬФОХЛОРИРОВАНИЕ АЛКАНОВ

4.4.6. ПАРОФАЗНОЕ НИТРОВАНИЕ

4.4.7. КРЕКИНГ АЛКАНОВ

4.4.8. ОКИСЛИТЕЛЬНАЯ ДЕСТРУКЦИЯ АЛКАНОВ

4.4.9. ИДЕНТИФИКАЦИЯ АЛКИЛЬНЫХ РАДИКАЛОВ

4.4.10. ЭЛЕКТРОФИЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ АЛКАНОВ

4.4.10.а. СТРОЕНИЕ ИОНА МЕТОНИЯ

4.4.10.б. МЕХАНИЗМ ЭЛЕКТРОФИЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ АЛКАНОВ

4.4.10.в. ПРИМЕРЫ ЭЛЕКТРОФИЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ

Алканы – это простейший класс органических соединений, не содержащих какой-либо функциональной группы. Другое название этих соединений – предельные углеводороды – отражает другую особенность, заключающуюся в том, что все атомы углерода связаны между собой посредством одинарной связи. Общая формула алканов – C_nH_(2n+2); для неразветвленных алканов с длинной цепочкой углерод-углеродной связи она может быть выражена как H-(CH₂)_n-H. Семейство родственных соединений с одинаковой общей формулой, отличающихся друг от друга числом метиленовых групп CH₂, называется гомологическим рядом, а CH₂-группа – гомологической разницей, отличающей два соседних члена гомологического ряда. Неразветвленные алканы называют нормальными алканами для того, чтобы отличить их от алканов с разветвленной цепью углерод-углеродных связей. Гомологический ряд алканов содержит практически любое число гомологов, т.е. величина n для этого гомологического ряда может быть очень большой. Полиэтилен низкого давления (CH₂-CH₂)­_n, полученный при полимеризации этилена на катализаторах Циглера-Натта (гл. 5), дает убедительные доказательства того, что углерод-углеродные цепи могут быть практически бесконечной длины.

Насыщенные углеводороды широко распространены в природе. Природный газ и нефть представляют собой главным образом смеси предельных углеводородов. Основной составляющей природного газа является метан, доля которого колеблется от 70 до 95%. Алканы C₁-C₄₀ являются основной составляющей нефти, где наряду с предельными углеводородами содержатся циклоалканы, ароматические углеводороды, сернистые соединения и другие компоненты. В незначительных количествах предельные углеводороды C₂₇-C₃₇ содержатся в природных восках. Нонакозан C₂₉H₆₀ был выделен из листьев капусты, а углеводороды C₂₇H₅₆ и C₃₁H₆₄ содержатся в пчелином воске.

Физические свойства алканов представлены в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Физические свойства алканов

4.1. НОМЕНКЛАТУРА АЛКАНОВ

Нормальные алканы имеют названия, происходящие от греческих числительных. Разветвленные алканы называют по систематической номенклатуре ИЮПАК. Подробное описание систематической номенклатуры ИЮПАК можно найти во всех вводных курсах органической химии для студентов первого года обучения этой дисциплины. Там же обсуждается явление изомерии органических соединений. В этом разделе будут приведены некоторые примеры, иллюстрирующие основные принципы систематической номенклатуры. Названия предельных углеводородов характеризуется окончанием «ан» . Все разветвленные алканы рассматриваются как производные углеводорода с наиболее длинной цепью атомов углерода, содержащей одну или несколько алкильных групп в качестве заместителей. Нумерация наиболее длинной цепи начинается с конца, ближайшего к первому разветвлению. Каждый заместитель в цепи обозначается цифрой, и группы называются в алфавитном порядке. Если при одном и том же атоме углерода находятся два заместителя, цифра, указывающая положение этого атома углерода в цепи, повторяется дважды. Для одинаковых заместителей употребляются префиксы ди-, три-, тетра-, пента- и т.д. Если имеются две цепи одинаковой длины, выбирается та из них, которая содержит наибольшее число заместителей. Эти правила можно наглядно проиллюстрировать на следующих примерах:

Если имеются три заместителя, из которых два находятся на равном расстоянии от края цепи, нумерация проводится таким образом, чтобы средний заместитель имел наименьший номер: