Алкани у питаннях еге презентація. Презентація на тему "хімічні властивості та застосування алканів"
Слайд 1
Опис слайду:
Слайд 2
Опис слайду:
Слайд 3
Опис слайду:
Слайд 4
Опис слайду:
Слайд 5
Опис слайду:
Слайд 6
Опис слайду:
Слайд 7
Опис слайду:
Слайд 8
Опис слайду:
Слайд 9
Опис слайду:
Слайд 10
Опис слайду:
Слайд 11
Опис слайду:
Слайд 12
Опис слайду:
Слайд 13
Опис слайду:
Слайд 14
Опис слайду:
Слайд 15
Опис слайду:
Слайд 16
Опис слайду:
Слайд 17
Опис слайду:
Слайд 18
Опис слайду:
Слайд 19
Опис слайду:
Слайд 20
Опис слайду:
Слайд 21
Опис слайду:
Слайд 22
Опис слайду:
Слайд 23
Опис слайду:
Слайд 24
Опис слайду:
Слайд 25
Опис слайду:
Слайд 26
Опис слайду:
Слайд 27
Опис слайду:
Слайд 28
Опис слайду:
Слайд 29
Опис слайду:
Слайд 30
Опис слайду:
Слайд 31
Опис слайду:
Слайд 32
Опис слайду:
Слайд 33
Опис слайду:
КАРБОНОВІ КИСЛОТИ Карбонові кислоти - органічні сполуки, молекули яких містять одну або кілька карбоксильних груп -СООН, пов'язаних із вуглеводневим радикалом. Вивчення карбонових кислот краще починати з розгляду насичених одноосновних кислот, загальна формула яких Сп Н2п+1СООН. Карбонові кислоти бувають одноосновні або монокарбонові; за характером вуглеводневого радикала розрізняють граничні, ненасичені та ароматичні кмслоти. Назви карбонових кислот за систематичною номенклатурою производчт від назви граничних вуглеводнів з додаванням закінчення -ова і слова кислота.Нумерацич головного ланцюга починається з вуглецю, що входить до складу карбоксильної групи.
Слайд 35
Опис слайду:
Слайд 36
Опис слайду:
Слайд 37
Опис слайду:
Складні ефіри, R-COOR" - похідні карбонових кислот, в яких гідроксильна група -ОН карбоксилу заміщена на групу OR'. Їх отримують при взаємодії карбонової кислоти зі спиртом (каталізатор - сильна кислота): Складні ефіри, R-COOR" - похідні карбонових кислот, у яких гідроксильна група -ОН карбоксилу заміщена на групу OR'. Їх отримують при взаємодії карбонової кислоти зі спиртом (каталізатор - сильна кислота): Утворення складного ефіру з кислоти та спирту називається реакцією етерифікації. Це оборотний процес. Зворотна реакція – гідроліз складного ефіру. Встановлено, що при етерифікації від кислоти відщеплюється гідроксил, а від спирту водень (тобто спирт виступає як нуклеофіл, утворюючи зв'язок з карбонільним атомом вуглецю за рахунок своєї неподіленої електронної пари). Аміди (R-CONH2) – похідні карбонових кислот, у яких гідроксильна група –ОН заміщена на аміногрупу –NH2. Аміди отримують при взаємодії кислот з аміаком при нагріванні для розкладання амонієвої солі, що утворюється.
Опис слайду:Амінокислоти Амінокислоти - органічні сполуки, що містять у молекулі два типи функціональних груп: карбоксильну -СООН, і аміногрупу -NН2, тобто відноситься до гетерофункціональних сполук. Амінокислоти можна також розглядати як похідні карбонових кислот, що містять у радикалі одну або кілька аміногруп. Амінокислоти грають величезну роль життя тварин і рослинних організмів, оскільки є тими структурними елементами, у тому числі побудовані молекули найважливішого природного полімеру - білка - основи всього живого. Класифікуються амінокислоти за взаємним розташуванням функціональних груп, за числом та характером функціональних груп, за хімічною природою радикалу R-амінокислот. Для амінокислот застосовна міжнародна номенклатура (ІЮПАК), але найчастіше використовують тривіальні назви. Тривіальні назви -амінокислот зазвичай пов'язані з джерелом виділення.
Слайд 41
Опис слайду:
Слайд 42
Опис слайду:
З катіонами важких металів а -амінокислоти як біфункціональні сполуки, утворюють внутрішньокомплексні солі, наприклад, зі свіжоприготованим гідроксидом міді (П) в м'яких умовах виходять добре кристалізуються хелатні З катіонами важких металів а -амінокислоти як біфункціональні сполуки, утворюють внутрішньокомплексні солі, наприклад, гідроксидом міді (П) в м'яких умовах виходять хелатні солі міді (П) синього кольору, що добре кристалізуються, (від грец. "хела" - клешня). Ці комплекси добре розчиняються у воді, в деяких органічних розчинниках і широко використовуються для виявлення - амінокислот в аналітичній хімії. Завдяки своїй амфотерності амінокислоти у живому організмі грають роль буферних речовин, що підтримують певну концентрацію водневих іонів.
Слайд 43
Опис слайду:
Урок – вивчення нового матеріалу
«Хімічні властивості та застосування алканів».
10 клас, тривалість уроку 45 хвилин.
Мета уроку:Вивчення хімічних властивостей алканів, особливостей рівнянь та умов перебігу реакцій за участю органічних речовин. познайомити учнів із основними областями застосування алканів.
Завдання уроку:формування комунікативних навичок, навичок саме та взаємоконтролю, розвиток вміння застосовувати отримані знання у подібній або новій ситуації, розвиток інтелектуальних здібностей.
Обладнання:мобільний клас, презентація «Хімічні властивості та застосування алканів», таблиця «Природний газ - хімічна сировина», «синій» ящик - у ньому газета, холодильник, газовий балон, автомобільне колесо, машинка, катридж. На столі – свічка, загадки щодо застосування алканів (Додаток № 4), на партах – робочі листи (додатки 1,2,3), кольорові листи паперу (за кількістю груп).
Оформлення дошки:зліва - хімічні властивості алканов- рівняння реакцій, дублюються з додатка № 2 (запис рівнянь кольоровим крейдою за кольором листів кольорового паперу на партах), справа- рівняння, що ілюструють хімічні властивості сірчаної кислоти (основні), обидва записи закриті білими листами різного размера обороті лівої дошки-таблиця «Природний газ - хімічна сировина», на обороті правої «ключ» до вирішення перевірочного тесту (додаток № 3).
Хід уроку:
1. Організаційно - мотиваційний етап. (3-5 хв.)
Діяльність вчителя
Діяльність учнів
Вітання:
- «Здрастуйте, я вітаю вас на черговому уроці хімії і рада бачити всіх у класі. Втомилися? Нам сьогодні на уроці знадобляться сили. Ось що говорить Дистервег із цього приводу «Розвиток та освіта жодній людині не можуть бути дані або повідомлені. Кожен, хто хоче до них долучитися, повинен досягти цього своєю діяльністю, своїми силами, своєю напругою». А сили справді стануть у нагоді, т.к. нам належить сьогодні розібратися з білими плямами на дошці і ось цим синім скринькою. Чи готові?
Вітають вчителі, заінтриговані наявністю свічки та оксамитової скриньки на столі, висловлюють готовність розпочати урок.
Перш ніж приступити до розгадування таємниці двох білих плям на дошці, подивимося, які білі плями знання про граничні вуглеводні є у нас.
Учні звертаються до робочого листа, вклеєного в них у зошитах на останній сторінці під назвою «Знаю, вмію» (Додаток 1), де знаками + або – зазначено засвоєння матеріалу та повідомляють, що вони не знають хімічні властивості алканів, особливості рівнянь реакцій та застосування алканів.
Справді, ось ці два питання нам і належить сьогодні розглянути.
Записують тему уроку.
Скажіть, від чого залежить хімічні властивості речовин?
Від будови та складу речовини (користуються підказкою на робочому аркуші «Знаю, вмію», за необхідності)
Добре, який склад мають алкани?
Вони складаються з двох хімічних елементів вуглецю та водню.
Яку будову мають дані вуглеводні?
Усі атоми у молекулі з'єднані одинарними зв'язками.
Погодьтеся, досить проста склад і склад мають алкани. Може, й хімічні властивості можна описати нескладною хімічною реакцією, наприклад, горіння свічки (вказую на свічку на столі).
Погоджуються, адже свічка – це твердий вуглеводень, який добре горить і можна визначити продукти реакції.
Що ж, перевіримо і розберемося вже із цими білими плямами на дошці. За ними заховані записи хімічних властивостей речовин, з одного боку – неорганічного – сірчаної кислоти, з іншого – метану та його гомологів. Припустіть, де та які записи?
Діти вказують на невеликий аркуш праворуч, припускаючи, що там записані властивості алканів і відповідно ліворуч за великим листом – властивості сірчаної кислоти.
Перевіримо (відкриває білі листи).
Діти охають! і роблять висновок, що речовини простої будови та складу не завжди мають «прості» хімічні властивості.
Виражають інтерес та бажання докладно вивчити всі хімічні реакції та їх особливості.
2. Інформаційно-пошуковий етап. (20-25 хв.)
Діяльність вчителя
Діяльність учнів
Порядок роботи:
На столах лежать робочі листи (Додаток № 2), у яких дублюється запис на дошці (рівняння записані ризноцветным крейдою, але в партах- такі самі листи кольорового паперу- це покажчик, які реакції розглядає дана група);
На робочому столі комп'ютера презентація «Хімічні властивості алканів», підручник;
- «Ваше завдання: уважно познайомитися з матеріалом презентації та підручника, дати повну характеристику «своїм» реакціям та представити їх класу, а також бути готовим до того, що групи можуть поставити запитання, якщо щось у цій реакції їм буде незрозуміло. Фіксуємо інформацію у свої робочі листи»;
Час виконання роботи – 10 хвилин.
Визначилися з групами та реакціями, які їм необхідно вивчити та подати класу (за кольоровим папером). Уважно вивчають та переглядають презентацію, матеріал підручника, роблять записи у свої робочі листи, готуються до виступу, розподіляють між собою реакції.
Після закінчення часу запрошує групи по черзі представити свій матеріал.
Групи представляють матеріал, інші фіксують, ставлять питання, уточнюють назви, особливості та умови реакцій.
Після закінчення роботи ще раз порівняти записи на дошці та у своїх робочих аркушах.
Добре, з хімічними властивостями розібралися, приступимо до вивчення застосування алканів, зокрема природного газу, не можемо ж ми поза увагою залишити цей симпатичний синій скриньку! (Демонструє таблицю «Природний газ – хімічна сировина»). Розгляньте області застосування природного газу, користуючись даною таблицею та малюнком у підручнику.
Вивчають таблицю та малюнок у підручнику. З цікавістю поглядають на синю скриньку на столі. Готові перерахувати сфери застосування алканів.
- Для результативного підбиття підсумків пропоную провести зарядку сил
Діти виходять з-за парт і разом з учителем виконують вправу: піднімаються на шкарпетки, піднімають руки вгору, при цьому глибоко вдихають, опускаючись-видихають (3-4 рази). Після цього повертають голову вліво-вправо і посміхаються сусідові.
3. Оцінно-рефлексивний етап. (12-15 хв)
Діяльність вчителя
Діяльність учнів
Виконують тест індивідуально, підписують листи.
Чи готові перевірити? (правильні відповіді на розвороті правої дошки), позначте кількість правильних відповідей і результат перенесіть у лист «Знаю, вмію» відповідним знаком (усі відповіді правильні – знак + у графі Хімічні властивості алканів, правильно чотири відповіді, знак - , якщо 3 , то - Поділіться своїми результатами.
Перевіряють відповіді, зазначають у робочому аркуші, аналізують і повідомляють, які недоліки чи помилки припустилися, з чим упоралися чи ні, що потрібно ще додатково, самостійно вивчити.
Листи здають вчителю.
Назвіть області застосування метану та його гомологів (запрошує одного з учнів допомогти відкрити синю скриньку).
При труднощі, вчитель ставить загадки (додаток № 4)
Учень дістає предмети з шухлядки, діти по черзі називають предмет і речовину, яку використовують для його виготовлення або безпосередньо область застосування.
Молодці і із застосуванням алканів ви теж впоралися, відзначте плюсом графу «Застосування алканів» у листі «Знаю, вмію».
Працюють із робочими листами
Запишіть домашнє завдання: сайт Хімуля, урок 7-8, знайти в даному матеріалі те, чого сьогодні на уроці ми не знайшли.
Записують домашнє завдання.
Є питання? Всім дякую, до побачення.
Алкани – вуглеводні із загальною формулою: З n H 2n+2 ,
у молекулах яких атоми пов'язані одинарними зв'язками.
Метан
Пропан
Етан
Бутан
Структурна формула пропану
S Р 3 - Гібридизація
Валентний кут -109 про 28
Тетраедр
Довжина вуглець – вуглецевий зв'язок: 0,154 нм
Алкани з великою кількістю атомів вуглецю мають зигзагоподібну будову
Модель молекули пентана
Відмінності порядку з'єднання атомів у молекулах (т. е. у хімічному будові) призводять до структурної ізомерії . Будова структурних ізомерів відбивається структурними формулами. У ряді алканів структурна ізомерія проявляється при вмісті в ланцюзі 4-х і більше атомів вуглецю, тобто починаючи з бутану 4 Н 10 .
З З
З З З З З З З З
З З
2,2 диметилбутан
2,3 диметилбутан
Всі алкани погано розчиняються у воді. Зі зростанням молекулярної маси закономірно збільшуються температури кипіння та плавлення.
Починаючи з гексадекану, з'являються тверді алкани.
1 – виділення вуглеводнів із природної сировини
2- гідрування циклоалканів та ненасичених вуглеводнів
4- синтез Вюрца
5- гідроліз карбідів
Реакції гідрування
Циклоалканів:
З 5 Н 8 + Н 2 = З 5 Н 10
Алкінов:
З 2 Н 2 + 2Н 2 = З 2 Н 6
Алкенов:
З 2 Н 4 + Н 2 = З 2 Н 6
Алкадієнов:
З 4 Н 6 + 2Н 2 = З 4 Н 10
+ Н 2
Одержання метану при сплавленні ацетату натрію з лугом :
CH 3 COONa + NaOH CH 4 + Na 2 CO 3
ацетат натрію метан
Властивості метану:
1) метан не вступає в реакцію окиснення при дії водного розчину KMnO 4;
2) метан не входить у реакцію з розчином брому;
3) горіння метану:
CH 4 + 2О 2 СО 2 + 2Н 2 Про + Q
Синтез Вюрца
проводять з метою отримання алканів з довшим вуглецевим ланцюгом.
Наприклад: отримання етану з метану
1 етап. Галогенування вихідного алкану
СН 4 + З l 2 = CH 3 Cl + HCl
2 етап. Взаємодія з натрієм
2CH 3 Cl + 2 Na = C 2 H 6 + 2NaCl
Метан у лабораторії можна отримати гідролізом карбіду алюмінію
Al 4 C 3 + 12 H 2 O = 4 Al(OH) 3 + 3 CH 4
1- реакції заміщення
2- реакції дегідрування
3 реакції горіння
4 - реакції ізомеризації
5-термічне розщеплення
Хлорування метану:
CH 4 + Cl 2 = CH 3 Cl +HCl
CH 3 Cl + Cl 2 = CH 2 Cl 2 +HCl
CH 2 Cl 2 + Cl 2 = CHCl 3 + HCL
CHCl 3 + Cl 2 = CCL 4 + HCL
Приклад реакції заміщення:
Взаємодія декану з бромом
З 10 Н 22 + Br 2 = З 10 Н 2 1 Br + HBr
При дегідруванні алканів утворюються алкени та інші ненасичені вуглеводні.
Наприклад, дегідрування пентану:
З 5 Н 10 З 5 Н 8 + Н 2
пентен
Усі алкани горять з утворенням вуглекислого газу та води
Наприклад: горіння бутану
2С 4 Н 10 + 13О 2 = 8СО 2 + 10Н 2 Про
Реакції ізомеризації йдуть при нагріванні та у присутності каталізатора.
Наприклад: ізомеризація пентану (з хлоридом алюмінію)
СН 3 -СН 2 -СН 2 -СН 2 -СН 3 СН 3 -СН-СН 2 -СН 3
СН 3
Термічне розщеплення
1 крекінг (400-500 про С)
Алкан новий алкан та алкен
З 20 Н 42 З 10 Н 22 + З 10 Н 20
2- піроліз метану при 1000 про З
СН 4 З + 2Н 2
3 одержання ацетилену при нагріванні до 1500 про З
2СН 4 З 2 Н 2 + 3Н 2
Одержання розчинників
Одержання ацетилену
А також сировину для синтезу спиртів, альдегідів, кислот.
Пальне для дизельних та турбореактивних двигунів
У металургії
- Які вуглеводні відносять до алканів?
- Запишіть формули можливих ізомерів гексану та назвіть їх за систематичною номенклатурою.
- Напишіть формули можливих продуктів крекінгу октану
4. У якому об'ємному співвідношенні суміш метану з повітрям стає вибухонебезпечною?
5. Які природні джерела одержання алканів?
6. Назвіть галузі застосування алканів
ТЕСТ
ВІДПОВІДІ ДО ТЕСТУ:
Алгоритм складання назв органічних сполук Вибирають найбільш довгий (головний) ланцюг і нумерують його ближче до кінця, до якого стоїть радикал (заступник, позначений жовтим кольором) (3) (4) (5) (6) (7) СН 3 – СН - СН 2 - СН 2 - СН 2 - СН - СН 2 - СН 3! ! (2) СН 2 СН 2 - СН 2 - СН 3! (8) (9) (10) (1) СН 3 Дана речовина називається: 3-метил, 7-етилдекан
2. Назва будується в наступній послідовності: А) ПРЕФІКС: складається з цифри, що вказує на номер вуглецевого атома, біля якого стоїть радикал. Наприклад: 3 - і пишеться назва самого радикала. Наприклад: 3-метил,7-етил……. Якщо молекула містить кілька однакових радикалів, то після перерахування всіх цифр, що вказують їхнє місце, до радикалу додають числову приставку (ді – два, три – три, тетра – чотири). Наприклад: 2,3 – диметил………….., чи 3,4,5 – триетил……. Б) КОРІНЬ: ставиться відповідно до гомологічним рядом алканів (дивись за кількістю атомів вуглецю в головному ланцюзі) В) СУФІКС: у алканів суфікс «АН».
5. Кут між атомами вуглецю в алканах складає: а) 120 градусів; б) 90 градусів; в) 109 градусів; г) 110 градусів. б) група атомів, що відрізняється від метану на СН2; в) група атомів, що має позитивний заряд; г) група атомів, яка називається функціональною
7. Встановіть порядок для визначення назви вуглеводню а) Визначають місцезнаходження радикалів б) Вибирають найдовший ланцюг і нумерують атоми вуглецю в ньому в) Визначають корінь назви за кількістю атомів вуглецю в довгому ланцюгу г) Складають приставку у вигляді цифр та грецьких чисельників8. відповідність: 1. Пропан а) СН3-СН2-СН2-СН2-СН2-СН2-СН2-СН3 2. Пентан б) СН3-СН2-СН3 3. Бутан в) СН3-СН2-СН2-СН3 4. Октан г) СН3 -СН2-СН2-СН2-СН3
алканів
Парафіни - parum affinitas (лат.) - не мають спорідненості.
A
A
B
B
A+ + B A- + B+
A +B
гетеролітичний
розрив зв'язку
гомолітичний
розрив зв'язку Який тип розриву зв'язку характерний
для алканів?
CH3- + H+
H3C H
369 ккал/моль
CH3+H
102 ккал/моль
CH3+ + H-
312 ккал/моль
енергія
дисоціації
зв'язку
Висновок:
Гомолітичний розрив зв'язку
для алканів вигідніший 1.Галогенування
(Реакція металепсії Дюма, 1828)
hν
CH4 + Cl2
CH3Cl + HCl
брутто-реакція
йде тільки на світлі!
Cl
Cl 58 ккал/моль
Cl
Cl
C
Cl+ + Cl-270 ккал/моль
H 102 ккал/моль
hν ~ 70 ккал/моль 1 квант світла, близького до hν, викликає гомоліз молекули Сl2
Реакція хлорування протікає як ланцюгова
радикальна нерозгалужена реакція.
На 1 hν ~ 10000 циклів
3 етапи
1. Ініціювання ланцюга
Cl Cl hν 2Cl
2. Розвиток ланцюга
CH3 + HCl
CH4+Cl
CH3 + Cl2
CH3Cl + Cl
CH2Cl + Cl2
CH3Cl + Cl
CH2Cl + HCl
CH2Cl2 + Cl ….. CHCl3, CCl4
Ланцюг триває доки є активні радикали 3. Обрив ланцюга (загибель активних радикалів)
Cl
+ CH3
CH3 + CH3
2Cl
CH3Cl
H3C CH3
рекомбінація
димеризація
Cl2
Добавка стабільних радикалів:
CH3 + H2C
H2
H3C C Бромування алканів протікає аналогічно, але
повільніше і вибірково: радикал брому переважно відриває атом водню від вторинного або
третинного атома вуглецю
Br 2
hν
2Br
H3C
H2
C CH 3
H3C
H
C
CH3
H3C
Br2
H
C
CH3+HBr
H
H3C C CH 3 + Br
і т.д.
Br
Йодування неможливе, оскільки реакція
сумарно ендотермічна і потребує високої енергії
активації. Реакція йодування стає можливою
лише за температури близько 4500С. Фторування – вкрай екзотермічний процес,
відбувається значне обвуглювання. Якщо береться алкан
відмінний від метану, то процесі рвуться зв'язку С-С.
Як препаративний метод одержання фторидів
фторування елементарним фтором не застосовується.
Реакція нітрування
Реакцію нітрування вперше здійснено російською
хіміком М.І. Коноваловим у 1893 році. Димна
азотна кислота викликає запалення
органічних речовин, тобто. інтенсивний процес їх
окиснення. Коновалов взяв розведену кислоту:
CH
HNO3 (11 – 14%)
0
150 C , запаяна трубка
C NO 2 Механізм реакції остаточно неясний. Чітко
встановлено, що він радикальний, а активний
частинкою є NO2. В даний час
прийнятий наступний механізм цієї реакції:
HNO3 + CH4
HNO3 + HNO 2
NO2 + CH4
2HNO2
NO + 2HNO3
NO2 + CH3
CH3NO2 + H2O
2NO2 + H 2O
HNO2 + CH3
NO2 + NO + H2O
3NO2 + H2O
CH3NO2
У концентрованій азотній кислоті джерелом радикалу NO2
може бути і розкладання молекули HNO3:
HNO3
NO2 + OH
2HNO3
NO2 + NO3 + H2O Реакція сульфохлорування. Для
розуміння механізму даної реакції важливо
знати, що в молекулі SO2 на атомі сірки
є неподілена пара електронів:
Зародження ланцюга:
hν
2Cl
Cl Cl
S
O
Розвиток ланцюга:
CH 4 + Cl
CH3+S
O
O
H3C S + Cl2
O
HCl + CH3
O
H3C S
O
O
метилсульфоксид
O
O
H3C S Cl + Cl
O
метилсульфохлорид O
O
H3C S Cl + NaOH
O
H3C S ONa
O
Мерзоляти – синтетичні миючі речі
Переважна взаємодія алкільного радикала з
діоксидом сірки, що призводить до сульфохлорування, а не з
молекулою хлору (що мало б давати продукт
хлорування) забезпечується тим, що
SO2 навмисно береться у дуже великому надлишку
У цю реакцію вводять алкани з довгим нерозгалуженим ланцюгом
(число атомів вуглецю – десять і більше). Реакції окиснення. Окислювачі, навіть такі сильні як
хромова суміш, перманганат калію або сильні
неорганічні кислоти при звичайних температурах
діють на граничні вуглеводні.
Полум'яне окиснення призводить до повного згоряння всіх
алканів до СО2 та Н2О. Ця реакція широко використовується
в енергетичних, але не хімічних цілях. Окислення
починається вже при передполум'яних температурах за типом
ланцюгових реакцій, що розгалужуються: CH4 + 2O2
CO2 + 2H2O
RH + O2
R+HOO
R+O2
ROO
OH + O
ROO + RH
ROOH + R
ROO + R
ROOR У першій фазі окиснення вуглеводню RH як
малостійких
проміжних
продуктів
утворюються
гідроперекису ROOH, що розпадаються з утворенням альдегідів,
кетонів, спиртів, кислот, а також короткоживучих радикалів R .
Так виглядає горіння бензину в автомобільному двигуні.
У двигуні внутрішнього згоряння при стисканні суміші парів
повітрям, нормальні вуглеводні утворюють перекису,
що викликають передчасне займання без участі
запальної свічки, яка дає іскру тільки в момент найбільшого
стиснення поршнем суміші газів. Явище це називається –
детонацією і завдає шкоди, т.к. сприяє зношування
двигуна і не дозволяє повністю використати його потужність.
Розгалужені парафіни позбавлені цього недоліку. (Реакція
ланцюгова, вільно-радикальна – стабільніші радикали будуть
сприяти «гладкому» перебігу реакції). У 1927 році після того, як було виявлено, що різні
бензини
володіють
різними
детонаційними
властивостями були введені стандарти. Для найкращого
бензину на той час відомий – ізооктан (2,2,4триметилпентан), що детонує при високих ступенях
стиснення, було прийнято октанове число 100, а нгептана, особливо схильного до детонації – за 0.
CH3
CH3
H3C C CH2 CH CH3
CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3
CH3 100
0
Якість бензину, тобто його октанове число, різко підвищується при додаванні
невеликих кількостей антидетонаторів.
4PbNa
сплав
+
4C2H5Cl
Pb(C2H5)4 + 4NaCl + 3Pb
тетраетилсвинець
ТЕС – отруйний, викликає цироз печінки, рак.
Механізм дії тетраетилсвинцю в н-алканах
ΔPb(C2H5)4
Pb + 4C2H5
H2 H2 H2
H 3C C C C CH3 + C2H5
H H2
H2C C C CH3
CH3
C5H12
H2 H H2
H3C C C C CH3 + C2H6
H H2
H 3C C C CH3 + C5H11
CH3
і т.д. Несміянов запропонував ЦПМ - ефективніший і бензини
з цією присадкою неотруйні:
циклопентадієнілпентакарбонілмарганцю
(можна отримати паливо з
OC Mn CO
октановим числом 135)
CO CO CO
У дизельних та ракетних паливах, де стискається повітря, а
потім подається бензин, цінним є здатність палива
швидко спалахувати. Тут спостерігається зворотна залежність: найбільш
цінні палива складаються з нормальних вуглеводнів.
Здатність палива до запалення виявляється у цетанових
числах. В оцінній умовній шкалі «цетанових чисел» точці 100
відповідає вуглеводень - цетан (гексадекан): С16Н34, а точці 0 - αСН3
метил-нафталін:
Для більшості автомобільних дизелів потрібне паливо з
цетановим числом 45. Крекінг алканів.
Метан – найбільш термічно стійкий із алканів. Він
зазнає термічного розпаду при 1400:
2СН4
С2H2
+
3H2
Це термічний процес. Один з промислових
способів одержання ацетилену. Вуглеводні, що містять
довші ланцюги розриваються у будь-якому випадковому місці
ланцюги. Як правило, виходить еквімолярна суміш алканів і
олефінів.
CH3(CH2)4CH3
~
°
1500
CH3+
CH2CH2CH2CH2CH3
CH3CH2 + CH2CH2CH2CH3
CH4 + CH2 CHCH2CH2CH3
CH3CH3 + CH2 CHCH2CH3
У 1934 році Гудрі (США)
вів у практику каталітичний крекінг на
алюмосилікатних каталізаторів, що дозволяє отримувати бензин з високим октановим
числом (до 80). Алюмосилікати діють у цих умовах як кислотні каталізатори.
Вважають, що термічний крекінг – це суто гомолітичний процес.
Каталітичний - гетеролітичний процес, що йде з утворенням іонів, які
перегруповуються у вторинні та третинні як найбільш стабільні. Звідси і
вище за октанове число.
Іонні реакції алканів
З огляду на те, що алкани стійкі до дії звичайнихіонних реагентів, іонні процеси для алканів можна
очікувати лише в тих випадках, коли виконуватимуться по
принаймні дві умови:
Агресивний іонний реагент
Умови проведення реакції, що дозволяють
стабілізувати утворені іонні інтермедіати за
рахунок сольватації, а також які забезпечують наявність
протиіону.
Іонні реакції алканів
Дейтерообмін
Галогенування
Нітрування
Ізомеризація Дейтерообмін
У 1968 р. Ола здійснив реакцію дейтерообміну:
CH 4
DF + SbF5
CH 3D
Процес заміщення водню на дейтерій у цій реакції пояснили
проміжним утворенням іона метонію СН 5 або СН4D+. Існування
іона СН 5 було доведено за допомогою мас-спектральних досліджень у газовій
фазі. Було знайдено, що цей іон є відносно міцним. Енергія дисоціації
його за схемою:
CH3+H2
CH5
ΔН = 40 ккал/моль
Іон метонія містить вуглець, пов'язаний з п'ятьма атомами водню, а не з чотирма,
як у метані. Тобто в цьому іоні зв'язок атомів водню з атомом вуглецю забезпечується
всього чотирма електронами. Атом вуглецю в такому іоні називається
гіперкоординованим, а зв'язок – електрон-дефіцитним. Щоб зрозуміти, як утворюється
зв'язок в іоні метонія, розглянемо спочатку добре відомий приклад з'єднання
електрон-дефіцитними зв'язками – іон Н3
Н
Н
+
про
0,87А
Н
Н
Н
про
0,75 А Пара електронів, яка в молекулі Н2 забезпечувала зв'язок між двома атомами,
Н 3 обслуговує вже три атоми. Такий зв'язок називається трицентровим
іоні
двоелектронної (3с-2е). Згідно з розрахунками, ця система має наступний набір
орбіталей (за умови, що іон є рівностороннім трикутником, а
саме така геометрія відповідає мінімуму енергії):
+
розпушує.
1s
1s
Н
1s
Н
зв'язків.
Н
Утворенню іона метонія в суперкислому середовищі сприяє той фактор,
що при видаленні протона (дейтерону) з суперкислоти утворюється надзвичайно
стабільний комплексний іон:
DF +SbF5
D+SbF6-
A
B
CH4
DF + SbF5
H
F
SbF3
H 3C
D
Б
F
SbF6
A) CH3D
Б) CH4
B) CH3+ H
CH4 + +
H3C
CH 3
SbF6
-H+
H3C CH3
Галогенування.
Подібним шляхом можна провести і іонне хлорування
метану у розчині «магічної кислоти»:
Cl2+SbF5
Cl Cl
Cl+SbF5Cl-
SbF5
A
H
CH4 + Cl Cl
A
B
SbF5
H 3C
Cl
B
CH3Cl + H+
Cl-
CH3Cl
HCl + CH3+
CH 3Cl
H3C
Cl
CH3
SbF5Cl- Нітрування За іонним механізмом можна провести і нітрування алканів. Для цього
потрібен потужний іонний нітруючий агент - тетрафторборат нітронію.
NO2+BF4- + H2O*BF3
HNO3 + HF + 2BF3
O
N
BF4
O
Реакцію проводять при зниженій температурі, як розчинник використовують
суміш дихлорметану та тетраметиленсульфону (сульфолана):
O
CH4+N
H
H 3C
BF4
CH2Cl2 +
O
O
CH3NO2
N
S
O
O-BF4O
-H+ Ізомеризація.
У 1946 році було показано, що бутан ізомеризується в
термодинамічно більш стабільний ізобутан у присутності
кислоти Льюїса – хлориду алюмінію. Було виявлено, що
ця реакція йде тільки в присутності домішки HCl. У відсутності
HCl реакція не відбувається. На початкових стадіях реакції
виділяється невелика кількість водню:
CH3
CH3CH2CH2CH2
AlCl 3
домішка HCl
Н3С
CH
CH3 + трохи H2
на початку реакції
Механізм цієї реакції став зрозумілим після робіт Ола і включає
утворення катіонів із гіперкоординованим вуглецем. H3C
H2 H2
C C CH3 + HCl + AlCl3
H
C
H3C
H
H3C
- H2
CH 3
H3C
C
H
CH 2
H
C
H2
C CH3
H3C
H2
C CH 3
AlCl4-
H
CH 3
CH3
H2 H2
C C CH3
H3C
C
H
CH 2
CH3
H3C
C
H
CH3 + H 3C
H
C
H2
C CH3
І Т.Д.
Алкілювання
Електрофільне алкілювання здійснюється завзаємодії алканів із заздалегідь отриманими
карбкатіонами R3C+ (наприклад t-Bu+SbF6-) або R3C+,
що виникають у результаті перенесення водню:
R3CH + H+
R3C+ + H2
Середовище - розчин сульфурилхлоридфториду, t = -780C
(CH3)3C+SbF6- +
(CH3)3CH
SO2ClF
0
-78 C
(CH3)3C
C(CH3)3+ HSbF6
~2%
Зменшення просторових перешкод підвищує вихід
(CH3)2CH+SbF6-
+ (CH3)3CH
SO2ClF
-780C
(CH3)2HC C(CH3)3 + HSbF6
~12%
Способи одержання алканів
1. З карбіду алюмінію можна отримати метан:Al4C3
H2O
4Al(OH) 3 + 3CH4
Карбід алюмінію
2. Синтез Фішера-Тропша
З синтез-газу можна отримувати насичені вуглеводні з
довжиною ланцюга 12-14 вуглецевих атомів:
nCO + (2n+1)H2
Синтез-газ
CnH2n+2 + nH2O