Traven__39__39_Organicheskaya_khimia_39_ _39__Tom_1 (1125750), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Можно отметить, по крайней мере, некоторые из них. Алканы, находящиеся в природе в составе природного газа, нефти, среди продуктов биологического разложения растительных остатков, являются одним из основных сырьевых источников органического синтеза. Трансформация алканов введением в их молекулы разнообразных функциональных групп и последующие превращения дают химикам возможность получать самые различные органические соединения.
Кроме того (и это также подчеркивает важность алканов как ключевого класса органических соединений), названия алканов лежат в основе Глана '. Ллнаны номенклатуры органических соединений, поскольку их фрагменты присут- ствуют в большинстве органических молекул. 2.1. НОМЕНКЛАТУРА И ИЗОМЕРИЯ Ациклические углеводороды линейного или разветвленного строения, содержащие только простые связи и образующие гомологический ряд обгцей формулы СнН „, называют алканами. В табл. 2.2 даны формулы и названия некоторых неразветвленных (нормальных) алканов. Молекулы нормальных алканов, перечисленных в табл.
2.2, имеют линейное строение и содержат только первичные и вторичные аенолеы углерода. вторнчные С-атомы СН3 СН2 СН2 СНз и-бутан у' первочные С-нто.ны Как видно из формулы н-бутана, первичный атом углерода имеет лишь один соседний С-атом, а вторичный — два соседних атома углерода. Молекулы изоалканов содержат кроме первичных и вторичных еще и третичные, и (или) четвертичные атолеы углерода. Третичный атом углерода связан с тремя С-атомами, а четвертичный — с четырьмя атомами углерода. п~реенвчньки С-атом чеп1вертнчнену С-атом сн, СН вЂ” СН вЂ” СН вЂ” С вЂ” СН 3 з СН3 СНз 2,2,4-триметнласнтан сн з СН вЂ” С вЂ” СН вЂ” СН з, ° з СН,СН3 1 2 3 4 5 6 СНз — СН вЂ” СН2 — СН2 — СН2 — СНз СНз 2-метилгсксан 2,2.3-триметилбутан Ниже даны примеры названий по номенклатуре ИЮПАК ряда разветвленных алканов.
)35 2.!. Номенклатура и изомсрия Таблица 2.2, Молекулярные формулы и названия нормальных алканоя Структура Нлзкакнс Мллскслкркак фсрнзла Назкаккс Мслскулкркак Фср"улл 11-Допекал Метан Этан л-Тридекаи л-Тстрадскан н-Эйкозаи Прона н н-Бутан н-Пентан л-Гсиэйкозан н-Трикозан н-Т)зиаконтаи и-Дотриаконтан и-Тетраконтап и-Пснтакоитан л-Гектан С,нб СН3 7 6 5) 4 3 2~ СН3 СН СН СН2 СН С СН3 СН, СН3 СНз 2,2,3,б-тстраметнл-5-этилгептан Обратите внимание! 2,2,3-Триметилбутан и 2-метилгекспн являются структурными изомерами.
На примере даже средних (С вЂ” С„) алканов видно, что традиционные (полные) структурные формулы весьма громоздки при изображении сложных молекул. В настоящее время предложено несколько упрощенных модификаций структурных формул. В сжатой структурной формуле (сопс)епзес! Рлщсщга! (оппп)а) обозначение некоторых или всех ковалентных связей опускают, а идентичные группы, связанные с каким-либо из атомов, записывают в скобках, указывая число этих групп. При этом обычно принято писать заместители, стоящие прн углеродном атоме, справа от этого атома.
СН(СНз)2СН2С(СНз)з 2.2,4-триметилпентан С(СН3) 3СН(СН3)2 2,2,3-триметилбутан з СН4 С„Н„ Сзнз 4 1О С Н14 СУН,„ С„Н, С9Н20 С ЮН22 С31( 24 СН, СН,-СН, СН,-СН;СН3 СН3 (СН2)з СН3 СН3 — (СН')3 СНУ СН5-(СН2)4-СН3 СН,-(СН,),-СН, Снз-(СНз)с — СН3 СН3-(СН5)7-С))3 СН -(СН„) -СН СН,— (СН,) -СН и-Гексан н-Гсптан иипктан и-Нонан и-Декан н-Уидеклн Сонза СМН,„ С,оН4.
С„Н „ С, Нл„ Сон 2 С32Н66 С4снз ( зоН1о" Сн,Н,„„ 136 Глино 2. Алкины Еще большим упрощением является формула углеродного остова (сагЬоп эхе)е1оп Н)арагп), в которой в виде символов записывают только атомы, отличные от углерода и водорода (атомы водорода в составе функциональных групп также изображают). он 2,2»птриметилбутан 2,2.4-триметилнентан и-бутанол 2.2. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ 2.2.1. Алканы в природе. Природные источники Значительные количества метана содержатся в атмосфере тяжелых планет (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун).
Этн планеты имеют восстановительную атмосферу, богатую водородом. Поэтому и углерод, и азот находятся на них в восстановленной форме: в виде метана и аммиака соответственно. Содержание метана на тяжелых планетах так велико, что были предложены фантастические проекты его транспортировки в далеком будущем на Землю.
Силы притяжения на Земле значительно слабее, что приводит к потере водорода. Земля имеет поэтому окислительную итмосферу. Тем не менее и на Земле есть (и ежегодно образуется -2 млрд т!) значительное количество метана благодаря бактериям-нметаногенам», которые разлагают растительные и животные остатки в отсутствие кислорода. Болотный газ, например, на 99% состоит из метана.
Природный газ и нефть в настоящее время являются основными источниками алканов в промышленности. Природный газ особенно богат метаном (его содержание достигает 98%). Газообразные алканы встречаются также в местах нефтяных отложений (попутный газ). Содержание метана в попутном газе достигает 75 — 85%. В заметных количествах в попутном газе присутствуют также этан и пропан. Нефть представляет собой жидкую смесь нескольких сотен углеводородов, половина из которых — алканы и циклоалканы (подробнее о переработке нефти с целью выделения алканов см. в разд.
2.6). 2.2. Способы попучсипя 2.2.2. Методы синтеза Каталитическое гидрирование СО2 и СО Гидрирование оксидов углерода в различных условиях ведет к получению алканов. Особо следует отметить возможность использования смеси монооксида углерода н водорода («синтез-газ») для получения алканов по .иетпду Фишера-Трпизиа. С02 + 4Нз ~~ с СН4 + 2Н20, % и СО + (2и+1) На ~~ с С„Н2и»2 + и Н20.
Каталитическая гидрогенизация угля Каталитическая гидрогенизация угля получила название «ожижение» угля. Твердый каменный уголь в ходе этого процесса тонко измельчают и превращают в смесь жидких алканов. Эта реакция лежит в основе получения синтетического бензина. В настоящее время, однако, бензин по такой схеме в промьппленности не производят. и С + (и+!)Нз або-42о'с,ззо С Н Восстановление галогеналканов В некоторых случаях восстановление галогеналканов действием цинка в водной минеральной или уксусной кислоте является удобным лабораторным способом получения алканов. 2 СНз СН2 Вг + Ул <,",,в, 2 СНз СНз + 7пВг2. бромзтаи зтаи Разложение реагентов Гриньяра водой Разложение реагентов Гриньяра водой также приводит к получению алканов.
Аналогично ведут себя органические соединения лития (см. разд. 15.1.4). й — Х + Мд —  — МкХ =  — Н + Мд(ОН)Х (эфир) Реакция Вюрца Реакции Вюрца 11855 г.) имеет некоторое значение лищь для синтеза симметричных алканов. Зта реакция, однако„представляет историческин Гилям 2.
Алкины интерес; в частности, известны работы П.П. Ц)орыгина по изучению ее ме- ханизма (см. разд, 15. !.2). 2К вЂ” Х + 2Ма — ' К вЂ” К + 2(а(аХ. Реакция галогеиалкаиов с диалкилкупратами лития Эта реакция получила в последние годы значительное распространение в лабораторных синтезах алканов. Ь1(СНз)зСн + СНз(СНз)зВг — СНз(СН )зСНз + 1гВг + СиСНз . лнтийанметнл- кунраа бромбутан нентан Применяемые при этом в качестве исходных реагентов диалкилкупраты лития легко доступны по схеме (см. разд.
15.!.4). К вЂ” Х + 21л К вЂ” 1.1 + 1лХ, 2 К вЂ” 1л + Си) — КзСп — 1л + 111. Декарбоксилироваиие карбоиовых кислот и их солей Декарбоксилирование карбоновых кислот является общим способом получения углеводородов. КСООН вЂ” К вЂ” Н + СОз. Насыщенные углеводороды в ряде случаев удобнее получать нагреванием Ма-соли карбоновой кислоты с избытком едкого патра или патронной извести. СНзСОО1Яа + НаОН вЂ” СНа + Ма СОз. ацетат натрия метан Гидрироваиие алкеиов Иа/РИ Рд или М СнНз.
-' .- — СлН,л.„, Гидрирование алкенов водородом под невысоким давлением в присутствии катализатора в настоящее время является важным лабораторным способом получения алканов (см. разд. 5,4.4). 139 2.3. Фпзи !вские свойства и строение 2.3. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОИСТВА И СТРОЕНИЕ 2.3.1. Физические свойства Низшие алканы С вЂ” С4 при комнатной температуре газообразны.
Линейные алканы от С5 до С,б являются жидкостями, а высшие — твердыми веществами. Легколетучие жидкие алканы имеют запах бензина. Газообразные алканы и высшие углеводороды не обладают запахом. Как следует из данных табл. 2.3, температуры кипения алканов монотонно возрастают с увеличением числа СН -звеньев в молекуле алкана. Этой четкой зависимости не подчиняются разветвленные алканы. Сравним для примера температуры кипения трех изомеров пентана: СН СНЗ С СНЗ СН СН, СН,— СН вЂ” СН,— СН, СНЗ вЂ” СН2 — СН2 — СН2 — СНЗ 2-метилбутан Т. кип.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
