Скачать презентацию АЛКАНЫ Алканы Алканами называются насыщенные углеводороды молекулы Скачать презентацию АЛКАНЫ Алканы Алканами называются насыщенные углеводороды молекулы

Alkan-2006.ppt

  • Количество слайдов: 73

АЛКАНЫ АЛКАНЫ

Алканы Алканами называются насыщенные углеводороды, молекулы которых состоят из атомов углерода и водорода, связанных Алканы Алканами называются насыщенные углеводороды, молекулы которых состоят из атомов углерода и водорода, связанных между собой только -связями.

Алканы метан Алканы метан

Алканы sp 3 Алканы sp 3

Алканы Гомологический ряд метана и т. д. Сn. Н 2 n+2 Алканы Гомологический ряд метана и т. д. Сn. Н 2 n+2

Алканы. Номенклатура. Названия нормальных алканов по заместительной номенклатуре Углеводород (алкан) Формула Название Радикал (алкил) Алканы. Номенклатура. Названия нормальных алканов по заместительной номенклатуре Углеводород (алкан) Формула Название Радикал (алкил) Формула Название CH 4 метан CH 3— метил CH 3 этан CH 3 CH 2— этил CH 3 CH 2 CH 3 пропан CH 3 CH 2— пропил CH 3(CH 2)2 CH 3 бутан CH 3(CH 2)2 CH 2— бутил CH 3(CH 2)3 CH 3 пентан CH 3(CH 2)3 CH 2— пентил CH 3(CH 2)4 CH 3 гексан CH 3(CH 2)4 CH 2— гексил CH 3(CH 2)5 CH 3 гептан CH 3(CH 2)5 CH 2— гептил CH 3(CH 2)6 CH 3 октан CH 3(CH 2)6 CH 2— октил CH 3(CH 2)7 CH 3 нонан CH 3(CH 2)7 CH 2— нонил CH 3(CH 2)8 CH 3 декан CH 3(CH 2)8 CH 2— децил (декин)

Алканы. Номенклатура Первичный Вторичный Третичный Четвертичный 2, 2, 4 -триметилпентан Алканы. Номенклатура Первичный Вторичный Третичный Четвертичный 2, 2, 4 -триметилпентан

Алканы. Номенклатура Алкан Название Пропан Соответствующий алкильный радикал Строение Название Строение пропил изопропил Бутан Алканы. Номенклатура Алкан Название Пропан Соответствующий алкильный радикал Строение Название Строение пропил изопропил Бутан н-бутил втор-бутил 2 -Метилпропан (изобутан) изобутил трет-бутил 2, 2 -диметилпропан неопентил 8

Алканы. Номенклатура Систематическая номенклатура ИЮПАК 1) определяют самую длинную цепь атомов углерода. Число атомов Алканы. Номенклатура Систематическая номенклатура ИЮПАК 1) определяют самую длинную цепь атомов углерода. Число атомов углерода в этой цепи служит основой названия; 2) нумеруют главную цепь с того конца, ближе к которому находится заместитель (углеводородный радикал); 3) перед основой названия указывают цифровой номер того атома углерода в главной цепи, у которого находится заместитель, а затем в виде префикса называют этот заместитель;

Алканы. Номенклатура 4) при наличии двух и более заместителей нумерацию цепи производят так, чтобы Алканы. Номенклатура 4) при наличии двух и более заместителей нумерацию цепи производят так, чтобы заместители получили наименьшие номера. В названии алкана радикалы перечисляются в алфавитном порядке. Перед названием каждого радикала ставят цифру, обозначающую его положение в главной углеродной цепи. Если заместители одинаковые, то к их названию добавляют умножительные приставки ди-, три-, тетра-, пента- и т. д. 5) если в главной цепи на равном расстоянии от концов стоят одинаковые радикалы, то нумерацию производят таким образом, чтобы радикалы получили наименьшие номера.

Алканы. Номенклатура 3, 5 -диметил-3 -этилоктан Алканы. Номенклатура 3, 5 -диметил-3 -этилоктан

Алканы. Номенклатура 2, 3, 4 -триметилпентан Алканы. Номенклатура 2, 3, 4 -триметилпентан

Алканы. Номенклатура 2, 3, 6 -триметилгептан Алканы. Номенклатура 2, 3, 6 -триметилгептан

Алканы. Номенклатура Рациональная номенклатура тетраметилметан (2, 2 -диметилпропан) метилэтилизопропилметан (2, 3 -диметилпентан) Алканы. Номенклатура Рациональная номенклатура тетраметилметан (2, 2 -диметилпропан) метилэтилизопропилметан (2, 3 -диметилпентан)

Алканы. Номенклатура Структурная изомерия Алканы. Номенклатура Структурная изомерия

Алканы. Номенклатура Структурная изомерия С 4 Н 10 н-бутан Ткип= -0, 5 С изобутан Алканы. Номенклатура Структурная изомерия С 4 Н 10 н-бутан Ткип= -0, 5 С изобутан Ткип= -11, 7 С

Алканы. Номенклатура Структурная изомерия С 5 Н 12 пентан Ткип= 36. 2 С 2 Алканы. Номенклатура Структурная изомерия С 5 Н 12 пентан Ткип= 36. 2 С 2 -метилбутан Ткип= 28 С 2, 2 -диметилпропан Ткип= 9. 5 С

Алканы. Номенклатура Число изомеров в ряду алканов Название Формула Число изомеров Формула Название Число Алканы. Номенклатура Число изомеров в ряду алканов Название Формула Число изомеров Формула Название Число изомеров CH 4 метан 1 C 11 H 24 ундекан 159 C 2 H 6 этан 1 C 12 H 26 додекан 355 C 3 H 8 пропан 1 C 13 H 28 тридекан 802 C 4 H 10 бутан 2 C 14 H 30 тетрадекан 1 858 C 5 H 12 пентан 3 C 15 H 32 пентадекан 4 347 C 6 H 14 гексан 5 C 20 H 42 эйкозан C 7 H 16 гептан 9 C 25 H 52 пентакозан 36 797 588 C 8 H 18 октан 18 C 30 H 62 триаконтан 4 111 846 763 C 9 H 20 нонан 35 C 40 H 82 тетраконтан C 10 H 22 декан 75 366 319 62 491 178 805 831

Алканы. Физические свойства Отдельные представители Название Структурная формула Физические свойства Tпл, С Tкип, С Алканы. Физические свойства Отдельные представители Название Структурная формула Физические свойства Tпл, С Tкип, С Метан CH 4 – 183 – 161, 5 Этан CH 3 – 172 – 89 Пропан CH 3 CH 2 CH 3 – 188 – 42 Бутан CH 3(CH 2)2 CH 3 – 138 – 0, 5 Пентан CH 3(CH 2)3 CH 3 – 130 36 2 -Метилбутан (изопентан) – 160 28 2, 2 -Диметилпропан, (неопентан) – 20 9, 5 Гексан CH 3(CH 2)4 CH 3 – 95 69 Гептан CH 3(CH 2)5 CH 3 – 91 98 Октан CH 3(CH 2)6 CH 3 – 57 126 Нонан CH 3(CH 2)7 CH 3 – 54 151 Декан CH 3(CH 2)8 CH 3 – 30 174 Пентадекан CH 3(CH 2)13 CH 3 10 270, 5 Эйкозан CH 3(CH 2)18 CH 3 37 343

Алканы. Физические свойства Зависимость температуры кипения от числа атомов углерода в молекуле алкана Алканы. Физические свойства Зависимость температуры кипения от числа атомов углерода в молекуле алкана

Алканы. Физические свойства Зависимость температуры плавления от числа атомов углерода в молекуле алкана Алканы. Физические свойства Зависимость температуры плавления от числа атомов углерода в молекуле алкана

Алканы. Физические свойства Изменение температуры кипения в изомерах гексана Алканы. Физические свойства Изменение температуры кипения в изомерах гексана

Алканы. Строение метана 23 Алканы. Строение метана 23

Алканы. Строение этана 24 Алканы. Строение этана 24

Алканы. Вращение вокруг простой углерод-углеродной связи. Конформации Конформация - различное расположение групп и атомов Алканы. Вращение вокруг простой углерод-углеродной связи. Конформации Конформация - различное расположение групп и атомов в пространстве, возникающие в результате поворота одного атома относительно другого вдоль линии связи, соединяющей эти атомы. проекции Ньюмена Заслоненная конформация этана (I) Заторможенная конформация этана (II) 25

Алканы. Вращение вокруг простой углерод-углеродной связи. Конформации 26 Алканы. Вращение вокруг простой углерод-углеродной связи. Конформации 26

Алканы. Вращение вокруг простой углерод-углеродной связи. Конформации 27 Алканы. Вращение вокруг простой углерод-углеродной связи. Конформации 27

Алканы. Вращение вокруг простой углерод-углеродной связи. Конформации 28 Алканы. Вращение вокруг простой углерод-углеродной связи. Конформации 28

Алканы. Вращение вокруг простой углерод-углеродной связи. Конформации 29 Алканы. Вращение вокруг простой углерод-углеродной связи. Конформации 29

Алканы. Химические свойства Алканы – малополярные и слабополяризуемые соединения Гетеролитический (а) и гомолитический (б) Алканы. Химические свойства Алканы – малополярные и слабополяризуемые соединения Гетеролитический (а) и гомолитический (б) разрыв связей С–Н в метане: а) СН 4 СН 3+ + Нº Нº = 1313· 103 Дж/моль б) СН 4 СН 3 + Нº Нº = 435· 103 Дж/моль в) H 3 C-CH 3 СН 3 + Нº Нº = 365· 103 Дж/моль Характерными реакциями алканов является свободнорадикальное замещение SR незаряженного атома водорода при действии незаряженных свободнорадикальных реагентов: атомов хлора и брома при галогенировании, NO 2 при нитровании и т. д.

Алканы. Химические свойства Галогенирование Алканы. Химические свойства Галогенирование

Алканы. Химические свойства Галогенирование (Механизм реакции) Инициирование 32 Алканы. Химические свойства Галогенирование (Механизм реакции) Инициирование 32

Алканы. Химические свойства Галогенирование (Механизм реакции) Рост цепи 33 Алканы. Химические свойства Галогенирование (Механизм реакции) Рост цепи 33

Алканы. Химические свойства Галогенирование (Механизм реакции) Обрыв цепи 34 Алканы. Химические свойства Галогенирование (Механизм реакции) Обрыв цепи 34

Алканы. Химические свойства Галогенирование (Механизм реакции) Скорость цепной реакции сильно снижается в присутствии соединений, Алканы. Химические свойства Галогенирование (Механизм реакции) Скорость цепной реакции сильно снижается в присутствии соединений, которые взаимодействуют с радикалами и превращают их в малореакционноспособные частицы. Такие вещества называют ингибиторами. Например, кислород действует как ингибитор. Радикал СН 3 -О-О значительно менее реакционноспособен, чем радикал Н 3 C , и не может продолжать цепь.

Алканы. Химические свойства Галогенирование (Механизм реакции) 1. Галогенирование начинается только под действием инициатора радикальных Алканы. Химические свойства Галогенирование (Механизм реакции) 1. Галогенирование начинается только под действием инициатора радикальных реакций (УФсвет, радикальные реагенты, нагревание). 2. Реакционная способность в ряду галогенов уменьшается в ряду: F 2 > Cl 2 > Br 2 > I 2 3. Галогенирование под действием фтора может выйти из под контроля и приобрести взрывной характер.

Алканы. Химические свойства Строение метильного радикала) Один из электронов атома углерода оказывается неспаренным. В Алканы. Химические свойства Строение метильного радикала) Один из электронов атома углерода оказывается неспаренным. В свободном радикале он занимает р-орбиталь. Трехвалентный углерод метильного радикала находится в sр2 -гибридном состоянии. Три -связи располагаются в одной плоскости, перпендикулярной оси р( )-орбитали, и образуют углы 37 120°.

Алканы. Химические свойства Галогенирование (Механизм реакции) Изменение энергии в ходе реакции Реакция хлорирования метана Алканы. Химические свойства Галогенирование (Механизм реакции) Изменение энергии в ходе реакции Реакция хлорирования метана Реакция бромирования метана Эндотерми ческие реа кции — химические реакции, сопровождающиеся поглощением теплоты. Для эндотермических реакций изменение энтальпии и внутренней энергии имеют положительные значения (ΔH > 0, ΔU > 0), таким образом, продукты 38 реакции содержат больше энергии, чем исходные компоненты.

Алканы. Химические свойства Галогенирование (Механизм реакции) 4. Реакционная способность водорода у третичного атома углерода Алканы. Химические свойства Галогенирование (Механизм реакции) 4. Реакционная способность водорода у третичного атома углерода выше, чем у вторичного, а вторичного выше, чем у первичного. 376 к. Дж/моль 390 к. Дж/моль 415 к. Дж/моль

Алканы. Химические свойства Энергетическая диаграмма реакции. Связь энергии активации с экзотермичностью. тетраэдрический атом углерода Алканы. Химические свойства Энергетическая диаграмма реакции. Связь энергии активации с экзотермичностью. тетраэдрический атом углерода углерод становится почти плоским ИСХОДНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ПЕРЕХОДНОЕ СОСТОЯНИЕ Неспаренный электрон одновременно принадлежит атомам хлора и углерода плоский метильный радикал КОНЕЧНЫЕ ПРОДУКТЫ 40

Е, к. Дж моль CH 3 . C H 4 + C l . Е, к. Дж моль CH 3 . C H 4 + C l . . . H. . . Cl . E a (2) ΔH = - 4 H 3 C E a(2) =16 . . . Cl. E a(3) =4 E a (3) . HCl + CH 3 + Cl 2 ΔH = - 96 . CH 3 Cl + Cl стадия (2) с высокой Е а стадия (3) с низкой Е а Ход реакции Энергетическая диаграмма стадий роста цепи в реакции хлорирования метана 41

Алканы. Химические свойства Галогенирование (Механизм реакции) Алканы. Химические свойства Галогенирование (Механизм реакции)

Алканы. Химические свойства Галогенирование (Механизм реакции) В свободнорадикальных реакциях углеводородов энергия активации уменьшается с Алканы. Химические свойства Галогенирование (Механизм реакции) В свободнорадикальных реакциях углеводородов энергия активации уменьшается с увеличением экзотермичности. В свободнорадикальном процессе реакция образования свободного алкильного радикала является самой медленной, стадией определяющей скорость процесса. Следовательно, различие в значениях тепловых эффектов Н обусловлено различием в энергиях связей галоген-водород. Реакционная способность галогена по отношению к метану зависит от энергии связи галоген-водород.

Алканы. Химические свойства Галогенирование Зависимость реакционной способности галогенов от энергии связи H–Hal Энергия связи Алканы. Химические свойства Галогенирование Зависимость реакционной способности галогенов от энергии связи H–Hal Энергия связи H–Hal, к. Дж/моль H–F 560 Реакционная способность F 2 H–Cl 431 > H–Br 364 H–I 297 Cl 2 > Br 2 > I 2 не реагирует 44

Алканы. Химические свойства Галогенирование высших алканов CH 3 H 3 C Cl 2 C Алканы. Химические свойства Галогенирование высших алканов CH 3 H 3 C Cl 2 C - Н hn CH 3 CH 2 Cl H 3 C CH 3 C - H + H 3 C CH 3 : 5 CH 3 CH 2 C- H CH 3 Cl CH 3 9 H 3 C C + H 3 C C CH 3 а не 9: 1!

Алканы. Химические свойства Галогенирование высших алканов Ряд легкости образования радикалов: третичный > вторичный > Алканы. Химические свойства Галогенирование высших алканов Ряд легкости образования радикалов: третичный > вторичный > первичный > Н 3 С

Алканы. Химические свойства Энергии разрыва связей С–Н в алканах Тип связи Энергия связи, к. Алканы. Химические свойства Энергии разрыва связей С–Н в алканах Тип связи Энергия связи, к. Дж/моль 427 первичная 406 втори чная 393 трети чная 381 47

Алканы. Химические свойства Галогенирование высших алканов Ряд устойчивости радикалов: третичный > вторичный > первичный Алканы. Химические свойства Галогенирование высших алканов Ряд устойчивости радикалов: третичный > вторичный > первичный > СН 3. Чем устойчивее радикал, тем легче он образуется. Региоселективными называются такие реакции, в ходе которых различные положения в молекуле подвергаются химическим превращениям с различными скоростями.

Алканы. Химические свойства Причина различной устойчивости радикалов . . H C C Связь -C–H Алканы. Химические свойства Причина различной устойчивости радикалов . . H C C Связь -C–H частично "расспарена", на атоме водорода появляется частичный неспаренный электрон Чем больше возможность для распределения неспаренного электрона, тем более устойчив радикал. 49

Алканы. Химические свойства Галогенирование высших алканов Во всех случаях, когда в молекуле присутствует «нештатное» Алканы. Химические свойства Галогенирование высших алканов Во всех случаях, когда в молекуле присутствует «нештатное» количество электронов: радикал, катион, анион – молекула тем более устойчива, чем в большей степени эта «нештатность» распределена (делокалазована)!

Алканы. Химические свойства Селективность в реакциях хлорирования и бромирования Энергия активации медленной стадии реакции Алканы. Химические свойства Селективность в реакциях хлорирования и бромирования Энергия активации медленной стадии реакции (SR) RH + Х • R • +HX R • Еа, к. Дж/моль X = Cl X = Br CH 3 • 16 75 Первичный 4 54 Вторичный 2 42 Третичный 1 31 Чем меньше реакционная способность реагента, тем больше его избирательность (селективность). 51

Увеличение устойчивости радикала приводит к снижению величины энергии активации и, как следствие, к увеличению Увеличение устойчивости радикала приводит к снижению величины энергии активации и, как следствие, к увеличению скорости реакции! В случае хлорирования соотношение скоростей составляет: третичный : вторичный : первичный = 5 : 3, 8 : 1 В случае бромирования соотношение скоростей составляет: третичный : вторичный : первичный = 1600 : 82 : 1 52

Иодирование алканов не происходит, при фторировании алканов происходит разрыв всех связей С-С 53 Иодирование алканов не происходит, при фторировании алканов происходит разрыв всех связей С-С 53

Снижение температуры повышает селективность реакции 54 Снижение температуры повышает селективность реакции 54

Алканы. Химические свойства Сульфохлорирование С 10 H 22 + SO 2 + Cl 2 Алканы. Химические свойства Сульфохлорирование С 10 H 22 + SO 2 + Cl 2 C 10 H 21 SO 2 Cl + HCl декан сульфохлорид декана C 10 H 21 SO 2 Cl + 2 Na. OH C 10 H 21 SO 3 Na + Na. Cl + H 2 O алкилсульфонат 55

Алканы. Химические свойства Сульфоокисление В реакциях сульфоокисления и сульфохлорирования замещению не подвергаются атомы водорода Алканы. Химические свойства Сульфоокисление В реакциях сульфоокисления и сульфохлорирования замещению не подвергаются атомы водорода при третичном углероде из-за пространственных затруднений для подхода реагента с большим объемом. 56

Алканы. Химические свойства Нитрование Жидкофазное нитрование: 10 -20%-ная HNO 3, 150 ОС (М. И. Алканы. Химические свойства Нитрование Жидкофазное нитрование: 10 -20%-ная HNO 3, 150 ОС (М. И. Коновалов, 1888 г. Парофазное нитрование: HNO 3(конц. ), 420 -430 ОС (Хесс, 1936 г. ) Реакция М. И. Коновалова 57

Алканы. Химические свойства Коновалов Михаил Иванович 1858 - 1906 58 Алканы. Химические свойства Коновалов Михаил Иванович 1858 - 1906 58

Алканы. Химические свойства Окисление Алканы. Химические свойства Окисление

Алканы. Химические свойства Окисление CH 4 + H 2 O CO + 3 H Алканы. Химические свойства Окисление CH 4 + H 2 O CO + 3 H 2 CH 4 + ½O 2 CO + H 2 CH 4 + CO 2 2 CO + 2 H 2 CH 4 + 2 O 2 CO 2 + H 2 O + 890 к. Дж/моль

Алканы. Химические свойства Изомеризация Алканы. Химические свойства Изомеризация

Алканы. Химические свойства Термическое разложение (Крекинг) Температура – 470— 650°С; В. Г. Шухов (1891) Алканы. Химические свойства Термическое разложение (Крекинг) Температура – 470— 650°С; В. Г. Шухов (1891) Давление – 7 МПа CH 3 + H 2 C CH 2 H 2 C CH CH 3 + CH 4 H 2 C CH CH 2 CH 3 + H 3 C CH CH CH 3 + H 2 CH 3 CH 2 CH 3 H 2 C CH CH CH 2 + 2 H 2 H 3 C CH 3 + CH 4 + C 2 HC CH + 3 H 2

Алканы. Химические свойства Каталитический крекинг Катализаторы – Аl. Сl 3, Сr 2 О 3, Алканы. Химические свойства Каталитический крекинг Катализаторы – Аl. Сl 3, Сr 2 О 3, алюмосиликаты; Температура – 470— 500°С; Давление 0, 01— 0, 1 МПа Пиролиз и риформинг

Алканы. Природные источники Алканы. Природные источники

Алканы. Переработка нефти Перегонка Каталитический крекинг Алканы. Переработка нефти Перегонка Каталитический крекинг

Алканы. Способы получения Газофикация угля (Бертло, 1869) Сжижение угля Метод Фишера-Тропша Синтетический бензин — Алканы. Способы получения Газофикация угля (Бертло, 1869) Сжижение угля Метод Фишера-Тропша Синтетический бензин — «синтин»

Алканы. Способы получения Получение из галогенопроизводных Реакция Ш. А. Вюрца (1854) Алканы. Способы получения Получение из галогенопроизводных Реакция Ш. А. Вюрца (1854)

Алканы. Способы получения Получение из галогенопроизводных Реакция Ш. А. Вюрца (1854) Алканы. Способы получения Получение из галогенопроизводных Реакция Ш. А. Вюрца (1854)

Алканы. Способы получения Получение из ненасыщенных углеводородов Алканы. Способы получения Получение из ненасыщенных углеводородов

Алканы. Способы получения Восстановление галогеналканов Алканы. Способы получения Восстановление галогеналканов

Алканы. Способы получения Электролиз солей щелочных металлов и карбоновых кислот (реакция Кольбе) 72 Алканы. Способы получения Электролиз солей щелочных металлов и карбоновых кислот (реакция Кольбе) 72

Алканы. Способы получения Получение алканов из альдегидов и кетонов Алканы. Способы получения Получение алканов из альдегидов и кетонов