A szénhidrogének reakciói táblázat. A szénhidrogének jellemző kémiai tulajdonságai. Reakció mechanizmusok. A szénhidrogének szerkezete és tulajdonságai

Az alkánok kémiai tulajdonságai

Az alkánok (paraffinok) nem ciklikus szénhidrogének, amelyek molekuláiban minden szénatom csak egyszeres kötéssel kapcsolódik össze. Más szóval, az alkánok molekuláiban nincsenek többszörös, kettős vagy hármas kötések. Valójában az alkánok olyan szénhidrogének, amelyek a lehető legtöbb hidrogénatomot tartalmazzák, ezért korlátozónak (telítettnek) nevezik őket.

A telítettség miatt az alkánok nem léphetnek be addíciós reakcióba.

Mivel a szén- és hidrogénatomok elektronegativitása meglehetősen közeli, ez ahhoz a tényhez vezet, hogy a molekuláik CH-kötései rendkívül alacsony polaritásúak. E tekintetben az alkánokra jellemzőbbek az SR szimbólummal jelölt, gyökös szubsztitúciós mechanizmus szerint lezajló reakciók.

1. Szubsztitúciós reakciók

Az ilyen típusú reakciókban a szén-hidrogén kötések felbomlanak.

RH + XY → RX + HY

Halogénezés

Az alkánok halogénekkel (klór és bróm) reagálnak ultraibolya fény hatására vagy erős hő hatására. Ebben az esetben a hidrogénatomok különböző szubsztitúciós fokával rendelkező halogénszármazékok keveréke képződik - mono-, di-tri- stb. halogénnel szubsztituált alkánok.

A metán példáján ez így néz ki:

A reakcióelegyben a halogén/metán arány változtatásával biztosítható, hogy a termékek összetételében bármely adott metán-halogénszármazék domináljon.

reakció mechanizmus

Elemezzük a szabad gyökös szubsztitúciós reakció mechanizmusát a metán és a klór kölcsönhatásának példáján. Három szakaszból áll:

1. iniciáció (vagy lánckezdés) - a szabad gyökök képződésének folyamata kívülről érkező energia hatására - UV fénnyel vagy melegítéssel történő besugárzás. Ebben a szakaszban a klórmolekula a Cl-Cl kötés homolitikus hasításán megy keresztül, szabad gyökök képződésével:

A szabad gyököket, amint az a fenti ábrán látható, atomoknak vagy atomcsoportoknak nevezzük, amelyek egy vagy több párosítatlan elektront tartalmaznak (Cl, H, CH 3, CH 2 stb.);

2. Láncfejlesztés

Ez a szakasz az aktív szabad gyökök és az inaktív molekulák kölcsönhatásából áll. Ebben az esetben új gyökök képződnek. Különösen, ha klór gyökök hatnak az alkánmolekulákra, alkilgyök és hidrogén-klorid képződik. Az alkilgyök viszont a klórmolekulákkal ütközve klórszármazékot és új klórgyököt képez:

3) A lánc elszakadása (elhalása):

Két gyök egymással inaktív molekulákká való rekombinációja eredményeként jön létre:

2. Oxidációs reakciók

Normál körülmények között az alkánok közömbösek az olyan erős oxidálószerekkel szemben, mint a tömény kénsav és salétromsav, permanganát és kálium-dikromát (KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7).

Égés oxigénben

A) teljes égés oxigénfelesleggel. Szén-dioxid és víz képződéséhez vezet:

CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O

B) tökéletlen égés oxigénhiánnyal:

2CH 4 + 3O 2 \u003d 2CO + 4H 2 O

CH 4 + O 2 \u003d C + 2H 2 O

Katalitikus oxidáció oxigénnel

Az alkánok oxigénnel (~200 o C) katalizátorok jelenlétében történő hevítése eredményeként sokféle szerves termék nyerhető belőlük: aldehidek, ketonok, alkoholok, karbonsavak.

Például a metán a katalizátor jellegétől függően oxidálható metil-alkohollá, formaldehiddé vagy hangyasavvá:

3. Alkánok termikus átalakulása

Reccsenés

A repedés (angol nyelvtől crack - to tear) egy magas hőmérsékleten lezajló kémiai folyamat, melynek eredményeként az alkánmolekulák szénváza megszakad, és az eredeti alkánokhoz képest kisebb molekulatömegű alkének és alkánmolekulák képződnek. Például:

CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 → CH3-CH2-CH2-CH3 + CH3-CH \u003d CH2

A repedés lehet termikus vagy katalitikus. A katalitikus krakkolás megvalósításához a katalizátorok alkalmazása miatt lényegesen alacsonyabb hőmérsékleteket alkalmaznak a termikus krakkoláshoz képest.

Dehidrogénezés

A hidrogén eliminációja a CH-kötések felbomlásának eredményeként következik be; katalizátorok jelenlétében, emelt hőmérsékleten végezzük. A metán dehidrogénezése során acetilén keletkezik:

2CH 4 → C 2 H 2 + 3H 2

A metán 1200 °C-ra melegítése egyszerű anyagokra bomlásához vezet:

CH4 → C + 2H 2

Más alkánok dehidrogénezése alkéneket eredményez:

C 2 H 6 → C 2 H 4 + H 2

Dehidrogénezéskor n-bután, butén-1 és butén-2 képződik (utóbbi formában cisz-És transz-izomerek):

Dehidrociklizálás

Izomerizáció

A cikloalkánok kémiai tulajdonságai

A négynél több szénatomot tartalmazó cikloalkánok kémiai tulajdonságai általában majdnem azonosak az alkánokéval. A ciklopropán és a ciklobután esetében furcsa módon az addíciós reakciók jellemzőek. Ez a cikluson belüli nagy feszültségnek köszönhető, ami ahhoz a tényhez vezet, hogy ezek a ciklusok hajlamosak megszakadni. Tehát a ciklopropán és a ciklobután könnyen ad brómot, hidrogént vagy hidrogén-kloridot:

Az alkének kémiai tulajdonságai

1. Addíciós reakciók

Mivel az alkénmolekulák kettős kötése egy erős szigma kötésből és egy gyenge pi kötésből áll, meglehetősen aktív vegyületek, amelyek könnyen lépnek be addíciós reakciókba. Az alkének gyakran még enyhe körülmények között is részt vesznek ilyen reakciókban - hidegben, vizes oldatokban és szerves oldószerekben.

Alkének hidrogénezése

Az alkének képesek katalizátorok (platina, palládium, nikkel) jelenlétében hidrogént hozzáadni:

CH3-CH \u003d CH2 + H2 → CH3-CH2-CH3

Az alkének hidrogénezése még normál nyomáson és enyhe melegítésen is könnyen lezajlik. Érdekes tény, hogy az alkánok alkénekké történő dehidrogénezésére ugyanazok a katalizátorok használhatók, csak a dehidrogénezési folyamat magasabb hőmérsékleten és alacsonyabb nyomáson megy végbe.

Halogénezés

Az alkének könnyen addíciós reakcióba lépnek brómmal mind vizes oldatban, mind szerves oldószerekben. A kölcsönhatás következtében kezdetben a bróm sárga oldatai elvesztik színüket, i.e. elszíntelenedik.

CH 2 \u003d CH 2 + Br 2 → CH 2 Br-CH 2 Br

Hidrohalogénezés

Könnyen belátható, hogy hidrogén-halogenid hozzáadása egy aszimmetrikus alkénmolekulához elméletileg két izomer keverékéhez vezet. Például, ha hidrogén-bromidot adnak a propénhez, a következő termékeket kell előállítani:

Mindazonáltal speciális feltételek hiányában (például peroxidok jelenléte a reakcióelegyben) a hidrogén-halogenid molekula hozzáadása szigorúan szelektíven történik a Markovnikov-szabály szerint:

Hidrogén-halogenid hozzáadása egy alkénhez úgy történik, hogy a hidrogén egy nagyobb számú hidrogénatomot tartalmazó szénatomhoz kapcsolódik (több hidrogénezett), a halogén pedig egy kisebb számú hidrogénatomot tartalmazó szénatomhoz kapcsolódik. (kevésbé hidrogénezett).

Hidratáció

Ez a reakció alkoholok képződéséhez vezet, és a Markovnikov-szabálynak megfelelően megy végbe:

Mint sejthető, mivel a víz hozzáadása az alkénmolekulához a Markovnikov-szabály szerint történik, a primer alkohol képződése csak etilén hidratálása esetén lehetséges:

CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O → CH 3 -CH 2 -OH

Ez a reakció az etil-alkohol fő mennyisége a nagy kapacitású iparban.

Polimerizáció

Az addíciós reakció sajátos esete a polimerizációs reakció, amely a halogénezéstől, hidrohalogénezéstől és hidratálástól eltérően szabad gyökös mechanizmuson keresztül megy végbe:

Oxidációs reakciók

Mint minden más szénhidrogén, az alkének is könnyen égnek oxigénben, szén-dioxidot és vizet képezve. Az alkének oxigénfeleslegben való elégetésének egyenlete a következő:

C n H 2n + (3/2) nO 2 → nCO 2 + nH 2 O

Az alkánokkal ellentétben az alkének könnyen oxidálódnak. A KMnO 4 vizes oldatának alkénekre gyakorolt ​​hatására elszíneződés, amely minőségi reakció a szerves anyagok molekuláiban képződő kettős és hármas CC kötésekre.

Az alkének kálium-permanganáttal semleges vagy enyhén lúgos oldatban történő oxidációja diolok (kétértékű alkoholok) képződéséhez vezet:

C 2 H 4 + 2KMnO 4 + 2H 2 O → CH 2 OH–CH 2 OH + 2 MnO 2 + 2KOH (hűtés)

Savas környezetben a kettős kötés teljes hasadása a kettős kötést létrehozó szénatomok karboxilcsoportokká történő átalakulásával történik:

5CH 3 CH=CHCH 2 CH 3 + 8KMnO 4 + 12H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5C 2 H 5 COOH + 8 MnSO 4 + 4K 2 SO 4 + 17H 2 O (fűtés)

Ha a kettős C=C kötés az alkénmolekula végén van, akkor a kettős kötés szélső szénatomjának oxidációs termékeként szén-dioxid képződik. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy az oxidációs közbenső termék, a hangyasav, önmagában könnyen oxidálódik oxidálószer feleslegében:

5CH 3 CH=CH 2 + 10 KMnO 4 + 15H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5CO 2 + 10 MnSO 4 + 5K 2 SO 4 + 20 H 2 O (fűtés)

Az alkének oxidációja során, amelyekben a kettős kötés szénatomja két szénhidrogén szubsztituenst tartalmaz, keton keletkezik. Például a 2-metil-butén-2 oxidációja acetont és ecetsavat termel.

Az alkének oxidációját, amely a kettős kötésnél megbontja a szénvázat, a szerkezetük megállapítására használják.

Az alkadiének kémiai tulajdonságai

Addíciós reakciók

Például halogének hozzáadása:

A brómos víz színtelenné válik.

Normál körülmények között a halogénatomok hozzáadása a butadién-1,3 molekula végein történik, miközben a π kötések megszakadnak, a bróm atomok a szélső szénatomokhoz kapcsolódnak, és a szabad vegyértékek új π kötést képeznek. Így mintha a kettős kötés "mozgása" lenne. A bróm feleslegével még egy brómmolekulát lehet hozzáadni a kialakult kettős kötés helyére.

polimerizációs reakciók

Alkinok kémiai tulajdonságai

Az alkinek telítetlen (telítetlen) szénhidrogének, ezért addíciós reakciókba léphetnek be. Az alkinek addíciós reakciói közül az elektrofil addíció a leggyakoribb.

Halogénezés

Mivel az alkinmolekulák hármas kötése egy erősebb szigma kötésből és két gyengébb pi kötésből áll, képesek egy vagy két halogénmolekulát összekapcsolni. Két halogénmolekula hozzáadása egy alkinmolekulához az elektrofil mechanizmus révén, egymás után két lépésben történik:

Hidrohalogénezés

A hidrogén-halogenid molekulák hozzáadása szintén elektrofil mechanizmussal és két lépésben történik. Az összeadás mindkét szakaszban a Markovnikov-szabály szerint történik:

Hidratáció

A víz alkinekhez való hozzáadása rutiumsók jelenlétében, savas közegben történik, és ezt Kucserov-reakciónak nevezik.

A víz acetilénhez való hozzáadásának hidratálása következtében acetaldehid (ecetsav-aldehid) képződik:

Az acetilén homológok esetében a víz hozzáadása ketonok képződéséhez vezet:

Alkin hidrogénezés

Az alkinek két lépésben reagálnak a hidrogénnel. Katalizátorként olyan fémeket használnak, mint a platina, palládium, nikkel:

Alkin trimerizáció

Amikor az acetilént magas hőmérsékleten aktív szénen vezetik át, különféle termékek keveréke képződik belőle, amelyek fő része a benzol, az acetilén trimerizálásának terméke:

Alkinek dimerizációja

Az acetilén szintén dimerizációs reakcióba lép. Az eljárás katalizátorként rézsók jelenlétében megy végbe:

Alkin oxidáció

Az alkinek oxigénben égnek:

C n H 2n-2 + (3n-1) / 2 O 2 → nCO 2 + (n-1) H 2 O

Alkinok kölcsönhatása bázisokkal

A molekula végén hármas C≡C-t tartalmazó alkinek – a többi alkinektől eltérően – képesek olyan reakciókba lépni, amelyekben a hármas kötésben a hidrogénatomot fém helyettesíti. Például az acetilén nátrium-amiddal reagál folyékony ammóniában:

HC≡CH + 2NaNH 2 → NaC≡CNa + 2NH3,

valamint ezüst-oxid ammóniás oldatával, amely oldhatatlan sószerű anyagokat, úgynevezett acetilenideket képez:

Ennek a reakciónak köszönhetően lehetséges a terminális hármas kötéssel rendelkező alkinok felismerése, valamint az ilyen alkinek izolálása más alkinek keverékéből.

Meg kell jegyezni, hogy minden ezüst- és réz-acetilenid robbanásveszélyes anyag.

Az acetilidok képesek reagálni halogénszármazékokkal, amelyeket összetettebb, hármas kötéssel rendelkező szerves vegyületek szintézisében használnak:

CH 3 -C≡CH + NaNH 2 → CH 3 -C≡CNa + NH 3

CH3-C≡CNa + CH3Br → CH3-C≡C-CH3 + NaBr

Az aromás szénhidrogének kémiai tulajdonságai

A kötés aromás jellege befolyásolja a benzolok és más aromás szénhidrogének kémiai tulajdonságait.

Egyetlen 6pi elektronrendszer sokkal stabilabb, mint a hagyományos pi kötések. Ezért az aromás szénhidrogénekre a szubsztitúciós reakciók jellemzőbbek, mint az addíciós reakciók. Az arének elektrofil mechanizmussal lépnek be szubsztitúciós reakciókba.

Szubsztitúciós reakciók

Halogénezés

Nitrálás

A nitrálási reakció legjobban nem tiszta salétromsav, hanem tömény kénsavval való elegye, az úgynevezett nitráló keverék hatására megy végbe:

Alkilezés

Az a reakció, amelyben az aromás magban az egyik hidrogénatomot szénhidrogéngyökkel helyettesítjük:

A halogénezett alkánok helyett alkének is használhatók. Katalizátorként alumínium-halogenidek, vas-vas-halogenidek vagy szervetlen savak használhatók.<

Addíciós reakciók

hidrogénezés

A klór csatlakozása

Radikális mechanizmussal megy végbe intenzív ultraibolya fénnyel történő besugárzás mellett:

Hasonlóképpen, a reakció csak klórral mehet végbe.

Oxidációs reakciók

Égés

2C 6 H 6 + 15O 2 \u003d 12CO 2 + 6H 2 O + Q

nem teljes oxidáció

A benzolgyűrű ellenáll az olyan oxidálószereknek, mint a KMnO 4 és a K 2 Cr 2 O 7 . A reakció nem megy.

A benzolgyűrű szubsztituenseinek felosztása két típusra:

Tekintsük a benzolhomológok kémiai tulajdonságait, példaként a toluolt használva.

A toluol kémiai tulajdonságai

Halogénezés

A toluol molekula benzol- és metánmolekulák töredékeiből áll. Ezért logikus azt feltételezni, hogy a toluol kémiai tulajdonságainak bizonyos mértékig kombinálniuk kell e két anyag kémiai tulajdonságait külön-külön. A halogénezés során pontosan ez figyelhető meg. Azt már tudjuk, hogy a benzol elektrofil mechanizmussal lép szubsztitúciós reakcióba klórral, és ehhez a reakcióhoz katalizátorokat (alumínium- vagy vas-halogenideket) kell használni. Ugyanakkor a metán is képes reagálni klórral, de szabad gyökös mechanizmussal, ami a kezdeti reakcióelegy UV-fénnyel történő besugárzását igényli. A toluol, attól függően, hogy milyen körülmények között klórozódik, képes vagy a hidrogénatomok szubsztitúciós termékeit adni a benzolgyűrűben - ehhez ugyanazokat a feltételeket kell használni, mint a benzol klórozásánál, vagy a helyettesítés termékeit hidrogénatomok a metilcsoportban, ha rajta van, hogyan kell hatni a metánra klórral ultraibolya fénnyel besugározva:

Amint látható, a toluol alumínium-klorid jelenlétében történő klórozása két különböző termékhez vezetett - orto- és para-klórtoluolhoz. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a metilcsoport az első típusú szubsztituens.

Ha a toluol klórozását AlCl 3 jelenlétében klórfeleslegben végezzük, triklórral szubsztituált toluol képződése lehetséges:

Hasonlóképpen, ha a toluolt fényben klórozzuk magasabb klór/toluol arány mellett, akkor diklór-metil-benzolt vagy triklór-metil-benzolt kaphatunk:

Nitrálás

A hidrogénatomok nitrocsoportok helyettesítése a toluol tömény salétromsav és kénsav keverékével történő nitrálása során szubsztitúciós termékekhez vezet az aromás magban, nem pedig a metilcsoportban:

Alkilezés

Mint már említettük, a metilgyök az első típusú orientáns, ezért Friedel-Crafts alkilezése orto és para helyzetben szubsztitúciós termékekhez vezet:

Addíciós reakciók

A toluol fémkatalizátorok (Pt, Pd, Ni) segítségével metilciklohexánná hidrogénezhető:

C 6 H 5 CH 3 + 9O 2 → 7CO 2 + 4H 2 O

nem teljes oxidáció

Egy ilyen oxidálószer, például kálium-permanganát vizes oldatának hatására az oldallánc oxidáción megy keresztül. Az aromás mag nem oxidálható ilyen körülmények között. Ebben az esetben az oldat pH-értékétől függően vagy karbonsav, vagy sója képződik.

A határszénhidrogének molekuláiban csak alacsony polaritású és gyengén polarizálódó kötések vannak, amelyek nagyon tartósak, ezért normál körülmények között olyan anyagok, amelyek kémiailag enyhén aktívak a poláris reagensekkel szemben: nem lépnek kölcsönhatásba koncentrált savakkal, egészekkel, alkálifémek, oxidálószerek. Ez volt az oka a nevüknek - paraffinok. A parumaffinus latinul rokontalan. Kémiai átalakulásaik főleg magas hőmérsékleten és UV-sugárzás hatására mennek végbe.

A telített szénhidrogének reakcióinak három fő típusa van: szubsztitúció, oxidáció és elimináció. Ezek a reakciók vagy a C-C kötés (energia 83,6 kcal) vagy a C-H kötés felszakításával (energia 98,8 kcal/mol) mehet végbe. A reakciók gyakran a C-H kötés megszakadásával járnak, tk. jobban hozzáférhető a reagens hatására, bár a C-C kötésnek kevesebb energiára van szüksége a hasításhoz. Az ilyen reakciók eredményeként nagyon aktív vegyületek képződnek közbensően - alifás szénhidrogén gyökök.

Alifás gyökök előállítása és tulajdonságai

1. A szabad gyökök képződése a C-C vagy C-H kötések homolitikus hasítása során 300-700 °C hőmérsékleten vagy szabad gyökös reagensek hatására megy végbe.

2. A szabad gyökök élettartama (rezisztencia) az elsődlegestől a másodlagos és harmadlagos gyökökig növekszik:

b) Kölcsönhatás telítetlen vegyületekkel: az addíció új gyök képződésével is fellép:

CH3. + CH 2 = CH 2 CH 3 - CH 2 - CH 2.

c) -bomlás - a hosszú szénláncú gyökök a -helyzetű C-C kötés megszakadásával párosítatlan elektronnal szénné bomlanak.

CH3-CH2: CH2-CH2. CH3-CH2. + CH 2 \u003d CH 2

d) Disproporcionálás - a hidrogén újraeloszlása ​​a bomlás során a C-H kötés mentén:

e) Rekombináció - a szabad gyökök kombinációja egymással

CH 3. + CH 3 . CH3-CH3

A szabad gyökök viselkedésének sajátosságait ismerve könnyebben megérthetjük a telített szénhidrogének specifikus reakcióinak alaptörvényeit.

Gépelek. helyettesítési reakció

1. Halogénezési reakciók. A legerősebb reagens a fluor. A közvetlen fluorozás robbanást eredményez. A reakciók klórozás. Klórmolekulák hatására a fényben már szobahőmérsékleten is továbbhaladhatnak. A reakció a szabad gyökös láncmechanizmus szerint megy végbe, és a következő fő szakaszokból áll:

a) az első lassú szakasz - lánckezdés:

Cl:ClCl. +Cl.

R: H+. Cl HCl + R.

b) láncfejlesztés - reakciótermékek képződése a láncfolyamatot folytató szabad gyökök egyidejű képződésével:

R. + Cl: Cl RCl + Cl.

R:H+Cl. HCl+R.

c) nyitott áramkör:

Mivel a CI. a reagens aktív, megtámadhatja a már kapott klórszármazék molekuláját, ennek eredményeként mono- és polihalogénezett vegyületek keveréke képződik. Például:

CH 4 + Cl 2 HCl + CH 3 Cl CH 2 Cl 2 CHCl 3 CCl 4

metil-klorid –HCl -HCl -HCl

metilén-klorid kloroform négy-

szén-klorid

Brómozási reakció sokkal nehezebben megy, mert a bróm kevésbé aktív, mint a klór, és főleg stabilabb tercier vagy szekunder gyökök képződésével reagál. Ebben az esetben a második brómatom általában az elsővel szomszédos helyzetbe kerül, főleg a szekunder szénatomnál.

jódozási reakciók gyakorlatilag nem szivárog, mert A HI redukálja a keletkező alkil-jodidokat.

2. Nitrálás- a H atom NO 2 csoporttal történő helyettesítése salétromsav hatására. Híg salétromsav (12%) hatására magas, 150 ° C-os nyomáson (Konovalov-reakció) történik. Az izostruktúrájú paraffinok könnyebben reagálnak, tk. a helyettesítés könnyebben megy végbe a tercier szénatomon:

A nitrálási reakció mechanizmusa a szabad gyökök közbenső képződésével függ össze. Az iniciációt egy részben lezajló oxidációs folyamat segíti elő:

RH + HONO 2 ROH + HONO

salétromsav

HONO + HONO 2 HOH + 2 . NEM 2

CH3-C-CH3+. NO 2 CH 3 -C-CH 3 + HNO 2

CH3-C-CH3+. NO2CH3-C-CH3

azok. a szénhidrogének nitrálásának gyökös reakciója nem láncjellegű.

II típusú. Oxidációs reakciók

Normál körülmények között a paraffinok nem oxidálódnak sem oxigén, sem erős oxidálószerek (KMnO 4, HNO 3, K 2 Cr 2 O 7 stb.) hatására.

Ha nyílt lángot vezetünk be szénhidrogén és levegő keverékébe, a szénhidrogén teljes oxidációja (égése) CO 2 -vé és H 2 O-vá történik Telített szénhidrogének hevítése levegővel vagy oxigénnel keverékben katalizátorok jelenlétében az oxidációhoz. A MnO 2 és mások 300 ° C hőmérsékletre oxidációjához vezetnek peroxidvegyületek képződésével. A reakció lánc-szabadgyök-mechanizmussal megy végbe.

És: R: H R . +H. áramkör indítása

R:R. + O: :O: R-O-O .

R-O-O. + R: H R-O-O-H + R.

alkán-hidroperoxid

O:R-O-O. +R. R-O-O-R szakadt áramkör

alkán-peroxid

A harmadlagos egységek a legkönnyebben oxidálódnak, a másodlagosak nehezebbek, az elsődlegesek pedig még nehezebbek. A keletkező hidroperoxidok lebomlanak.

Elsődleges hidroperoxidok lebomlásuk során aldehideket vagy primer alkoholt képeznek, például:

CH3-C-C-O: O-H CH3-C-O. + . OH CH 3 -C \u003d O + H 2 O

etán-hidroperoxid acetaldehid

CH3-CH3

oldal

CH3-CH2OH + CH3-CH2.

Másodlagos hidroperoxidok bomláskor ketonokat vagy szekunder alkoholokat képeznek, például:

CH3-C-O:OH CH3-C-O. + . OH H 2 O + CH 3 -C \u003d O

CH 3 CH 3 CH 3

propán-hidroperoxid

CH3-CH2-CH3

oldal

CH3-CH-OH + CH3-. CH-CH 3

izopropil-alkohol

Tercier hidroperoxidok ketonokat, valamint primer és tercier alkoholokat képeznek, például:

CH 3 CH 3 CH 3

CH3-C-CH3CH3-C: CH3+. OH CH 3 OH + CH 3 -C \u003d O

izobután-hidroperoxid

CH3-CH-CH3

oldal

izobután

CH3-C-CH3 + CH3-C-CH3

terc-butil-alkohol

Bármely hidroperoxid is lebomolhat atomi oxigén felszabadulásával: CH 3 -CH 2 -O-O-H CH 3 CH 2 -OH + [O],

ami további oxidációhoz megy:

CH3-C + [O]CH3-C-OH

Ezért az alkoholokon, aldehideken és ketonokon kívül karbonsavak is keletkeznek.

A reakciókörülmények megválasztásával bármely termék előállítható. Például: 2 CH 4 + O 2 2 CH 3 OH.

DIENE SZÉNhidrogén (ALKADIÉNEK)

A dién-szénhidrogének vagy alkadiének olyan telítetlen szénhidrogének, amelyek két kettős szén-szén kötést tartalmaznak. Az alkadiének általános képlete C n H 2 n -2.
A kettős kötések kölcsönös elrendezésétől függően a diének három típusra oszthatók:

1) szénhidrogének kumulált kettős kötések, azaz egy szénatommal szomszédos. Például propadién vagy allén CH2=C=CH2;

2) szénhidrogének izolált kettős kötések, azaz két vagy több egyszerű kötés választja el őket. Például pentadién -1,4 CH 2 \u003d CH–CH 2 -CH \u003d CH 2;

3) szénhidrogének konjugált kettős kötések, azaz egyetlen link választja el. Például butadién-1,3 vagy divinil-CH 2 \u003d CH-CH \u003d CH 2, 2-metil-butadién-1,3 vagy izoprén

2) az etil-alkohol dehidrogénezése és dehidratálása alkoholgőz átvezetésével fűtött katalizátorokon (S. V. Lebedev akadémikus módszere)

2CH 3 CH 2 OH - - ~ 450 ° С; ZnO, Al2O3 ® CH 2 \u003d CH - CH \u003d CH 2 + 2H 2 O + H 2

Fizikai tulajdonságok

Kémiai tulajdonságok

Az 1,3-butadién molekulában lévő szénatomok sp 2 hibrid állapotban vannak, ami azt jelenti, hogy ezek az atomok ugyanabban a síkban helyezkednek el, és mindegyiküknek van egy p-pályája, amelyet egy elektron foglal el és merőleges az említett síkra. .

Az összes szénatom p-pályája átfedésben van egymással, azaz. nemcsak az első és második, harmadik és negyedik atom között, hanem a második és a harmadik között is. Ez azt mutatja, hogy a második és a harmadik szénatom közötti kötés nem egyszerű s-kötés, hanem bizonyos p-elektronsűrűséggel rendelkezik, pl. gyenge kettős kötés. Ez azt jelenti, hogy az s-elektronok nem tartoznak a szigorúan meghatározott szénatompárok közé. A molekulában nincsenek klasszikus értelemben vett egyes és kettős kötések, és a p-elektronok delokalizációja figyelhető meg, i.e. a p-elektronsűrűség egyenletes eloszlása ​​a molekulában egyetlen p-elektronfelhő kialakulásával.
Két vagy több szomszédos p-kötés kölcsönhatása egyetlen p-elektronfelhő képződésével, ami az atomok kölcsönhatásának átadását eredményezi ebben a rendszerben, az ún. konjugációs hatás.
Így az -1,3-butadién molekulát konjugált kettős kötések rendszere jellemzi.
A dién-szénhidrogének szerkezetének ez a tulajdonsága lehetővé teszi, hogy nemcsak a szomszédos szénatomokhoz (1,2-addíció), hanem a konjugált rendszer két végéhez (1,4-addíció) különféle reagenseket adjon. kettős kötés a második és a harmadik szénatom között. Ne feledje, hogy az 1,4 hozzáadott termék nagyon gyakran a fő termék.
Tekintsük a konjugált diének halogénezési és hidrohalogénezési reakcióit.

Diénvegyületek polimerizációja

Egyszerűsített formában a -1,3-butadién polimerizációs reakciója az 1,4 addíciós séma szerint a következőképpen ábrázolható:

A dién mindkét kettős kötése részt vesz a polimerizációban. A reakció során felszakadnak, az s-kötést alkotó elektronpárok szétválnak, majd minden párosítatlan elektron új kötések kialakításában vesz részt: a második és harmadik szénatom elektronjai az általánosítás eredményeként egy kettős kötés, és a lánc szélső szénatomjainak elektronjai, ha elektronokkal általánosítjuk, egy másik monomer molekula megfelelő atomjai a monomereket polimerláncba kapcsolják.

A polibutadién elemi sejtje a következőképpen ábrázolható:

Amint látható, a kapott polimert az jellemzi transz- a polimer elemi cellájának konfigurációja. A gyakorlati szempontból legértékesebb termékeket azonban dién-szénhidrogének sztereoreguláris (más szóval térben rendezett) polimerizálásával nyerjük az 1,4-addíciós séma szerint, képződéssel. cis- a polimer lánc konfigurációja. Például, cisz- polibutadién

Természetes és szintetikus gumik

A természetes gumit a brazil esőerdőkben növő Hevea gumifa tejszerű nedvéből (latexéből) nyerik.

Levegőhöz való hozzáférés nélkül melegítve a gumi lebomlik, és dién-szénhidrogén - 2-metil-butadién-1,3 - vagy izoprén keletkezik. A gumi egy sztereoreguláris polimer, amelyben az izoprén molekulák 1,4 addíciós sémában kapcsolódnak egymáshoz. cis- polimer lánc konfiguráció:

A természetes gumi molekulatömege 7-ig terjed . 10 4-től 2,5-ig . 10 6 .

transz- Az izoprén polimer a természetben is előfordul guttapercha formájában.

A természetes gumi egyedülálló tulajdonságokkal rendelkezik: nagy folyékonyság, kopásállóság, tapadás, víz- és gázáteresztő képesség. A gumi szükséges fizikai és mechanikai tulajdonságainak megadása érdekében: szilárdság, rugalmasság, oldószerekkel és agresszív kémiai környezetekkel szembeni ellenállás, a gumit 130-140 °C-ra kénnel vulkanizálják. Egyszerűsített formában a gumi vulkanizálási folyamata a következőképpen ábrázolható:

A kénatomok néhány kettős kötés felszakadásának pontján kapcsolódnak, és a lineáris gumimolekulák nagyobb, háromdimenziós molekulákká "térhálósodnak" - gumit kapnak, amely sokkal erősebb, mint a vulkanizálatlan gumi. Az aktív korommal töltött gumikat autógumik és egyéb gumitermékek gyártásához használják.

1932-ben S. V. Lebedev kidolgozott egy módszert a szintetikus gumi szintézisére, amely alkoholból nyert butadién alapú. És csak az ötvenes években a hazai tudósok dién-szénhidrogének katalitikus sztereopolimerizálását végezték, és sztereoreguláris gumit kaptak, amely tulajdonságai hasonlóak a természetes gumihoz. Jelenleg az iparban gyártják a gumit,

A szénhidrogének jellemző kémiai tulajdonságai: alkánok, alkének, diének, alkinok, aromás szénhidrogének

Alkánok

Az alkánok olyan szénhidrogének, amelyek molekuláiban az atomok egyes kötéssel kapcsolódnak egymáshoz, és amelyek megfelelnek a $C_(n)H_(2n+2)$ általános képletnek.

A metán homológ sorozata

Mint már tudod, homológok olyan anyagok, amelyek szerkezetükben és tulajdonságaiban hasonlóak, és egy vagy több $CH_2$ csoportban különböznek egymástól.

Limit szénhidrogének alkotják a metán homológ sorozatát.

Izomerizmus és nómenklatúra

Az alkánokat az úgynevezett szerkezeti izoméria jellemzi. A szerkezeti izomerek a szénváz szerkezetében különböznek egymástól. Mint már tudja, a legegyszerűbb alkán, amelyet szerkezeti izomerek jellemeznek, a bután:

Tekintsük részletesebben az alkánok esetében az IUPAC-nómenklatúra alapjait:

1. A fő áramkör kiválasztása.

A szénhidrogén nevének kialakulása a fő lánc meghatározásával kezdődik - a molekula szénatomjainak leghosszabb lánca, amely mintegy az alapja.

2.

A főlánc atomjai számokkal vannak rendelve. A főlánc atomjainak számozása a szubsztituenshez legközelebb eső végtől kezdődik (A, B szerkezetek). Ha a szubsztituensek egyenlő távolságra vannak a lánc végétől, akkor a számozás attól a végtől kezdődik, ahol több van (B szerkezet). Ha a különböző szubsztituensek egyenlő távolságra vannak a lánc végeitől, akkor a számozás attól a végtől kezdődik, amelyikhez a régebbi közelebb van (D szerkezet). A szénhidrogén szubsztituensek rangját az határozza meg, hogy a nevük kezdőbetűje milyen sorrendben következik az ábécében: metil (—$CH_3$), majd propil ($—CH_2—CH_2—CH_3$), etil ($—CH_2). –CH_3$ ) stb.

Vegye figyelembe, hogy a helyettesítő neve az utótag cseréjével jön létre -en utótaghoz -iszap a megfelelő alkán nevében.

3. Névképzés.

A számok a név elején vannak feltüntetve - azon szénatomok száma, amelyeknél a szubsztituensek találhatók. Ha egy adott atomon több szubsztituens van, akkor a névben szereplő megfelelő szám kétszer megismétlődik, vesszővel elválasztva ($2,2-$). A szám után kötőjel jelzi a szubsztituensek számát ( di- kettő, három- három, tetra- négy, penta- öt) és a helyettes nevét ( metil, etil, propil). Ezután szóközök és kötőjelek nélkül - a főlánc neve. A főláncot szénhidrogénnek nevezik, amely a metán homológ sorozatának tagja ( metán, etán, propán stb.).

Azon anyagok nevei, amelyek szerkezeti képlete fent van, a következők:

- A szerkezet: $2$ -metil-propán;

- B szerkezet: 3 dollár -etil-hexán;

- B szerkezet: $2,2,4$ -trimetil-pentán;

- szerkezet Г: $2$ -metil$4$-etil-hexán.

Az alkánok fizikai és kémiai tulajdonságai

fizikai tulajdonságok. A metán homológ sorozatának első négy képviselője gáz. A legegyszerűbb közülük a metán – színtelen, íztelen és szagtalan gáz (a gáz szagát, amelynek megszagolásakor $104 dollárt kell hívni, a merkaptánok szaga határozza meg - a kéntartalmú vegyületek speciálisan a metánhoz adják a háztartásban és a háztartásban. ipari gázkészülékek, hogy a közelükben lévők érezzék a szivárgás szagát).

A $С_5Н_(12)$-tól $С_(15)Н_(32)$-ig terjedő összetételű szénhidrogének folyadékok; a nehezebb szénhidrogének szilárd anyagok.

Az alkánok forrás- és olvadáspontja a szénlánc hosszának növekedésével fokozatosan növekszik. Minden szénhidrogén rosszul oldódik vízben, a folyékony szénhidrogének gyakori szerves oldószerek.

Kémiai tulajdonságok.

1. helyettesítési reakciók. Az alkánokra a legjellemzőbbek a szabad gyökös szubsztitúciós reakciók, amelyek során egy hidrogénatomot halogénatommal vagy valamilyen csoporttal helyettesítenek.

Mutassuk be a legjellemzőbb reakciók egyenleteit!

Halogénezés:

$CH_4+Cl_2→CH_3Cl+HCl$.

Halogénfelesleg esetén a klórozás tovább mehet, egészen az összes hidrogénatom klórral való teljes helyettesítéséig:

$CH_3Cl+Cl_2→HCl+(CH_2Cl_2)↙(\text"diklór-metán(metilén-klorid)")$,

$CH_2Cl_2+Cl_2→HCl+(CHСl_3)↙(\text"triklórmetán(kloroform)")$,

$CHCl_3+Cl_2→HCl+(CCl_4)↙(\text"tetraklórmetán(szén-tetraklorid)")$.

A kapott anyagokat széles körben használják oldószerként és kiindulási anyagként a szerves szintézisekben.

2. Dehidrogénezés (a hidrogén eltávolítása). Amikor az alkánok a katalizátoron ($Pt, Ni, Al_2O_3, Cr_2O_3$) magas hőmérsékleten ($400-600°C$) haladnak át, egy hidrogénmolekula leszakad, és alkén képződik:

$CH_3—CH_3→CH_2=CH_2+H_2$

3. A szénlánc lebomlásával járó reakciók. Minden telített szénhidrogén égnek szén-dioxid és víz képződésével. A levegővel bizonyos arányban kevert gáznemű szénhidrogének felrobbanhatnak. A telített szénhidrogének elégetése egy szabad gyökös exoterm reakció, amely nagy jelentőséggel bír az alkánok tüzelőanyagként történő felhasználása esetén:

$CH_4+2O_2→CO_2+2H_2O+880 kJ.$

Általában az alkánok égési reakciója a következőképpen írható le:

$C_(n)H_(2n+2)+((3n+1)/(2))O_2→nCO_2+(n+1)H_2O$

A szénhidrogének termikus lebontása:

$C_(n)H_(2n+2)(→)↖(400-500°C)C_(n-k)H_(2(n-k)+2)+C_(k)H_(2k)$

A folyamat a szabad gyökök mechanizmusa szerint megy végbe. A hőmérséklet emelkedése a szén-szén kötés homolitikus felszakadásához és szabad gyökök képződéséhez vezet:

$R—CH_2CH_2:CH_2—R—R—CH_2CH_2+CH_2—R$.

Ezek a gyökök kölcsönhatásba lépnek egymással, hidrogénatomot cserélnek, és alkánmolekulát és alkénmolekulát képeznek:

$R—CH_2CH_2+CH_2—R—R—CH=CH_2+CH_3—R$.

Az ipari folyamat – a szénhidrogén krakkolás – hátterében termikus hasadási reakciók állnak. Ez a folyamat az olajfinomítás legfontosabb szakasza.

Amikor a metánt 1000 USD hőmérsékletre melegítjük, megkezdődik a metán pirolízise - egyszerű anyagokra bomlik:

$CH_4(→)↖(1000°C)C+2H_2$

$1500°C$-os hőmérsékletre hevítve acetilén képződése lehetséges:

$2CH_4(→)↖(1500°C)CH=CH+3H_2$

4. Izomerizáció. Ha a lineáris szénhidrogéneket izomerizációs katalizátorral (alumínium-klorid) hevítjük, elágazó szénvázú anyagok képződnek:

5. Aromatizálás. A láncban hat vagy több szénatomot tartalmazó alkánok katalizátor jelenlétében ciklizálva benzolt és származékait képezik:

Mi az oka annak, hogy az alkánok szabad gyökös mechanizmus szerint mennek végbe? Az alkánmolekulák összes szénatomja $sp^3$ hibridizációs állapotban van. Ezeknek az anyagoknak a molekulái kovalens nempoláris $C-C$ (szén-szén) kötések és gyengén poláris $C-H$ (szén-hidrogén) kötések felhasználásával épülnek fel. Nem tartalmaznak nagy és alacsony elektronsűrűségű, könnyen polarizálható kötésű területeket, pl. olyan kötések, amelyekben az elektronsűrűség külső tényezők (az ionok elektrosztatikus mezői) hatására eltolható. Ezért az alkánok nem reagálnak töltött részecskékkel, mert az alkánmolekulák kötései nem szakadnak meg heterolitikus mechanizmussal.

Alkének

A telítetlen szénhidrogének közé tartoznak azok a szénhidrogének, amelyek több kötést tartalmaznak a molekulák szénatomjai között. Korlátlan alkének, alkadiének (poliének), alkinek. A ciklusban kettős kötést tartalmazó ciklikus szénhidrogének (cikloalkének), valamint a ciklusban kis szénatomszámú (három vagy négy atomos) cikloalkánok szintén telítetlenek. A telítetlenség tulajdonsága ezen anyagok azon képességével függ össze, hogy addíciós reakciókba lépjenek, elsősorban hidrogénnel, telített vagy telített szénhidrogének - alkánok képződésével.

Az alkének olyan aciklusos szénhidrogének, amelyek a molekulában az egyszeres kötéseken kívül egy kettős kötést is tartalmaznak a szénatomok között, és megfelelnek a $C_(n)H_(2n)$ általános képletnek.

A második neve olefinek- az alkéneket a telítetlen zsírsavak (olajsav, linolsav) analógiájával nyerték, amelyek maradványai folyékony zsírok - olajok (a lat. oleum- olaj).

Az etén homológ sorozata

Az el nem ágazó alkének alkotják az etén (etilén) homológ sorozatát:

A $C_2H_4$ az etén, a $C_3H_6$ a propén, a $C_4H_8$ a butén, a $C_5H_(10)$ a pentén, a $C_6H_(12)$ a hexén stb.

Izomerizmus és nómenklatúra

Az alkénekre, valamint az alkánokra jellemző a szerkezeti izoméria. A szerkezeti izomerek a szénváz szerkezetében különböznek egymástól. A legegyszerűbb alkén, amelyet szerkezeti izomerek jellemeznek, a butén:

A szerkezeti izoméria egy speciális típusa a kettős kötési izoméria:

$CH_3—(CH_2)↙(butén-1)—CH=CH_2$ $CH_3—(CH=CH)↙(butén-2)—CH_3$

A szénatomok szinte szabad forgása lehetséges egyetlen szén-szén kötés körül, így az alkánmolekulák nagyon sokféle formát ölthetnek. A kettős kötés körüli forgás lehetetlen, ami egy másik típusú izoméria megjelenéséhez vezet az alkénekben - geometriai vagy cisz-transz izoméria.

cisz- az izomerek különböznek transz- izomerek a molekula fragmentumainak (jelen esetben a metilcsoportok) $π$-kötéssíkhoz viszonyított térbeli elrendezésével, és ebből következően tulajdonságaival.

Az alkének izomerek a cikloalkánokkal szemben (osztályközi izoméria), például:

Az alkének IUPAC által kidolgozott nómenklatúrája hasonló az alkánok nómenklatúrájához.

1. A fő áramkör kiválasztása.

A szénhidrogén nevének kialakulása a fő lánc meghatározásával kezdődik - a molekula szénatomjainak leghosszabb lánca. Alkének esetében a főláncnak kettős kötést kell tartalmaznia.

2. A főlánc atomszámozása.

A főlánc atomjainak számozása attól a végtől kezdődik, amelyikhez a kettős kötés a legközelebb van. Például a kapcsolat helyes neve:

$5$-metil-hexén-$2$, nem pedig $2$-metil-hexén-$4$, ahogy az várható volt.

Ha a láncban lévő atomok számozásának kezdetét nem lehet meghatározni a kettős kötés helyzetével, akkor azt a szubsztituensek helyzete határozza meg, csakúgy, mint a telített szénhidrogének esetében.

3. Névképzés.

Az alkének nevei ugyanúgy keletkeznek, mint az alkánok. A név végén jelölje meg annak a szénatomnak a számát, amelynél a kettős kötés kezdődik, és az utótagot, amely azt jelzi, hogy a vegyület az alkének osztályába tartozik - -en.

Például:

Az alkének fizikai és kémiai tulajdonságai

fizikai tulajdonságok. Az alkének homológ sorozatának első három képviselője gáz; a $C_5H_(10)$ - $C_(16)H_(32)$ összetételű anyagok folyadékok; a magasabb alkének szilárd anyagok.

A forrás- és olvadáspont természetesen növekszik a vegyületek molekulatömegének növekedésével.

Kémiai tulajdonságok.

Addíciós reakciók. Emlékezzünk vissza, hogy a telítetlen szénhidrogének - alkének képviselőinek megkülönböztető jellemzője az addíciós reakciókba való belépés. A legtöbb ilyen reakció a mechanizmus szerint megy végbe

1. alkének hidrogénezése. Az alkének képesek hidrogént hozzáadni hidrogénező katalizátorok, fémek - platina, palládium, nikkel jelenlétében:

$CH_3—CH_2—CH=CH_2+H_2(→)↖(Pt)CH_3—CH_2—CH_2—CH_3$.

Ez a reakció atmoszférikus és megemelt nyomáson megy végbe, és nem igényel magas hőmérsékletet, mert exoterm. Ugyanazon katalizátoron a hőmérséklet emelkedésével a fordított reakció, a dehidrogénezés fordulhat elő.

2. Halogénezés (halogének hozzáadása). Egy alkén kölcsönhatása brómos vízzel vagy bróm szerves oldószerben készült oldatával ($CCl_4$) ezeknek az oldatoknak a gyors elszíneződését eredményezi, ha az alkénhez halogénmolekulát adnak, és dihalogén-alkánokat képződnek:

$CH_2=CH_2+Br_2→CH_2Br—CH_2Br$.

3.

$CH_3-(CH)↙(propén)=CH_2+HBr→CH_3-(CHBr)↙(2-brómpropén)-CH_3$

Ez a reakció ki van téve Markovnikov szabálya:

Ha hidrogén-halogenidet adunk egy alkénhez, a hidrogén egy hidrogénezettebb szénatomhoz kapcsolódik, azaz az atom, amelyen több hidrogénatom van, és a halogén - a kevésbé hidrogénezetthez.

Az alkének hidratálása alkoholok képződéséhez vezet. Például az etil-alkohol előállításának egyik ipari módszere a víz eténhez való hozzáadása az alapja:

$(CH_2)↙(etén)=CH_2+H_2O(→)↖(t,H_3PO_4)CH_3-(CH_2OH)↙(etanol)$

Megjegyzendő, hogy primer alkohol (a primer szénatomon hidroxocsoporttal) csak akkor képződik, ha az etént hidratálják. Amikor propént vagy más alkéneket hidratálnak, szekunder alkoholok képződnek.

Ez a reakció is Markovnikov szabálya szerint megy végbe - a hidrogénkation a jobban hidrogénezett szénatomhoz, a hidroxocsoport pedig a kevésbé hidrogénezetthez kapcsolódik.

5. Polimerizáció. Az addíció speciális esete az alkének polimerizációs reakciója:

$nCH_2(=)↙(etén)CH_2(→)↖(UV fény,R)(...(-CH_2-CH_2-)↙(polietilén)...)_n$

Ez az addíciós reakció szabad gyökös mechanizmussal megy végbe.

6. Oxidációs reakció.

Mint minden szerves vegyület, az alkének oxigénben égnek, és $CO_2$ és $H_2O$ keletkeznek:

$CH_2=CH_2+3O_2→2CO_2+2H_2O$.

Általában:

$C_(n)H_(2n)+(3n)/(2)O_2→nCO_2+nH_2O$

Ellentétben az alkánokkal, amelyek ellenállnak az oldatok oxidációjának, az alkének könnyen oxidálódnak a kálium-permanganát oldatok hatására. Semleges vagy lúgos oldatokban az alkének diolokká (kétértékű alkoholokká) oxidálódnak, a hidroxilcsoportok pedig azokhoz az atomokhoz kapcsolódnak, amelyek között az oxidáció előtt kettős kötés létezett:

Alkadiének (dién szénhidrogének)

Az alkadiének aciklusos szénhidrogének, amelyek a molekulában az egyszeres kötéseken kívül két kettős kötést tartalmaznak a szénatomok között, és megfelelnek a $C_(n)H_(2n-2)$ általános képletnek.

A kettős kötések kölcsönös elrendeződésétől függően a diének három típusa létezik:

- alkadiének kumulált kettős kötések elrendezése:

- alkadiének konjugált kettős kötések;

$CH_2=CH—CH=CH_2$;

- alkadiének izolált kettős kötések

$CH_2=CH—CH_2—CH=CH_2$.

Mindhárom típusú alkadién szerkezetében és tulajdonságaiban jelentősen különbözik egymástól. A kumulált kötéssel rendelkező alkadiének központi szénatomja (egy atom, amely két kettős kötést képez) $sp$-hibridizációs állapotban van. Két, ugyanazon az egyenesen fekvő és ellentétes irányú $σ$-kötést, valamint két merőleges síkban fekvő $π$-kötést alkot. A $π$-kötések az egyes szénatomok nem hibridizált p-pályái miatt jönnek létre. Az izolált kettőskötésű alkadiének tulajdonságai nagyon specifikusak, mert konjugált $π$-kötések jelentősen befolyásolják egymást.

A konjugált $π$-kötéseket alkotó p-pályák gyakorlatilag egyetlen rendszert alkotnak (ezt $π$-rendszernek nevezik), mert a szomszédos $π$-kötések p-pályái részben átfedik egymást.

Izomerizmus és nómenklatúra

Az alkadiéneket mind szerkezeti izoméria, mind cisz- és transz-izoméria jellemzi.

Strukturális izoméria.

— a szénváz izomériája:

— a többszörös kötések helyzetének izomériája:

$(CH_2=CH—CH=CH_2)↙(butadién-1,3)$ $(CH_2=C=CH—CH_3)↙(butadién-1,2)$

cisz-, transz- izoméria (térbeli és geometriai)

Például:

Az alkadiének az alkinek és cikloalkének osztályába tartozó izomer vegyületek.

Az alkadién nevének kialakításakor a kettős kötések számát jelzik. A főláncnak szükségszerűen két többszörös kötést kell tartalmaznia.

Például:

Az alkadiének fizikai és kémiai tulajdonságai

fizikai tulajdonságok.

Normál körülmények között a propandién-1,2, butadién-1,3 gázok, a 2-metil-butadién-1,3 illékony folyadék. Az izolált kettős kötést tartalmazó alkadiének (a legegyszerűbb a pentadién-1,4) folyadékok. A magasabb diének szilárd anyagok.

Kémiai tulajdonságok.

Az izolált kettős kötéssel rendelkező alkadiének kémiai tulajdonságai alig térnek el az alkénekétől. A konjugált kötésekkel rendelkező alkadiéneknek van néhány különleges tulajdonsága.

1. Addíciós reakciók. Az alkadiének képesek hidrogént, halogéneket és hidrogén-halogenideket hozzáadni.

A konjugált kötésekkel rendelkező alkadiének hozzáadásának sajátossága az a képesség, hogy az 1-es és 2-es, valamint az 1-es és 4-es pozíciókban molekulákat tud kötni.

A termékek aránya a megfelelő reakciók körülményeitől és végrehajtási módjától függ.

2.polimerizációs reakció. A diének legfontosabb tulajdonsága, hogy képesek kationok vagy szabad gyökök hatására polimerizálni. Ezen vegyületek polimerizációja a szintetikus gumik alapja:

$nCH_2=(CH—CH=CH_2)↙(butadién-1,3)→((... —CH_2—CH=CH—CH_2— ...)_n)↙(\text"szintetikus butadién gumi")$ .

A konjugált diének polimerizációja 1,4-addícióként megy végbe.

Ebben az esetben a kettős kötés központinak bizonyul a linkben, az elemi kötés pedig mindkettőt veheti cisz-, és transz- konfigurációt.

Alkinok

Az alkinek aciklusos szénhidrogének, amelyek a molekulában az egyszeres kötéseken kívül egy hármas kötést is tartalmaznak a szénatomok között, és megfelelnek a $C_(n)H_(2n-2)$ általános képletnek.

Az etin homológ sorozata

Az el nem ágazó alkinek az etin (acetilén) homológ sorozatát alkotják:

$C_2H_2$ - etin, $C_3H_4$ - propilén, $C_4H_6$ - butin, $C_5H_8$ - pentin, $C_6H_(10)$ - hexin stb.

Izomerizmus és nómenklatúra

Az alkinekre, valamint az alkénekre jellemző a szerkezeti izoméria: a szénváz izomériája és a többszörös kötés helyzetének izomériája. A legegyszerűbb alkin, amelyet az alkinosztály többszörös kötési helyzetének szerkezeti izomerjei jellemeznek, a butin:

$CH_3—(CH_2)↙(butin-1)—C≡CH$ $CH_3—(C≡C)↙(butin-2)—CH_3$

A szénváz izomériája az alkinekben lehetséges, a pentintől kezdve:

Mivel a hármas kötés a szénlánc lineáris szerkezetét feltételezi, a geometriai ( cisz-, transz-) izoméria nem lehetséges az alkinek esetében.

A hármas kötés jelenlétét az ebbe az osztályba tartozó szénhidrogén molekulákban az utótag tükrözi -ban ben, és a láncban elfoglalt helyzete - a szénatom száma.

Például:

Az alkinek néhány más osztályba tartozó izomer vegyületek. Tehát a hexin (alkin), hexadién (alkadién) és ciklohexén (cikloalkén) kémiai képlete $С_6Н_(10)$:

Az alkinok fizikai és kémiai tulajdonságai

fizikai tulajdonságok. Az alkinok, valamint az alkének forrás- és olvadáspontja természetesen növekszik a vegyületek molekulatömegének növekedésével.

Az alkinek sajátos illatúak. Vízben jobban oldódnak, mint az alkánok és alkének.

Kémiai tulajdonságok.

Addíciós reakciók. Az alkinek telítetlen vegyületek, és addíciós reakciókba lépnek. Alapvetően ezek reakciók. elektrofil addíció.

1. Halogénezés (halogén molekula hozzáadása). Az alkin két halogén molekulát (klór, bróm) képes kötni:

$CH≡CH+Br_2→(CHBr=CHBr)↙(1,2-dibróm-etán),$

$CHBr=CHBr+Br_2→(CHBr_2-CHBr_2)↙(1,1,2,2-tetrabróm-etán)$

2. Hidrohalogénezés (hidrogén-halogenid hozzáadása). A hidrogén-halogenid addíciós reakciója az elektrofil mechanizmus szerint szintén két lépésben megy végbe, és mindkét szakaszban teljesül a Markovnikov-szabály:

$CH_3-C≡CH+Br→(CH_3-CBr=CH_2)↙(2-brómpropén),$

$CH_3-CBr=CH_2+HBr→(CH_3-CHBr_2-CH_3)↙(2,2-dibróm-propán)$

3. Hidratálás (víz hozzáadása). A ketonok és aldehidek ipari szintézise szempontjából nagy jelentőségű a víz addíciós reakció (hidratálás), amely ún. Kucserov reakciója:

4. alkinok hidrogénezése. Az alkinek hidrogént adnak hozzá fémkatalizátorok ($Pt, Pd, Ni$) jelenlétében:

$R-C≡C-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH=CH-R,$

$R-CH=CH-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH_2-CH_2-R$

Mivel a hármas kötés két reaktív $π$ kötést tartalmaz, az alkánok lépésenként adják hozzá a hidrogént:

1) trimerizáció.

Amikor az etint aktív szénen vezetjük át, termékek keveréke képződik, amelyek közül az egyik benzol:

2) dimerizáció.

Az acetilén trimerizálása mellett dimerizációja is lehetséges. Egy vegyértékű rézsók hatására vinil-acetilén képződik:

$2HC≡CH→(HC≡C-CH=CH_2)↙(\text"butén-1-in-3(vinil-acetilén)")$

Ezt az anyagot kloroprén előállítására használják:

$HC≡C-CH=CH_2+HCl(→)↖(CaCl)H_2C=(CCl-CH)↙(kloroprén)=CH_2$

amelynek polimerizációja kloroprén gumit eredményez:

$nH_2C=CCl-CH=CH_2→(...-H_2C-CCl=CH-CH_2-...)_n$

Alkin oxidáció.

Az etin (acetilén) oxigénben ég, és nagyon nagy mennyiségű hő szabadul fel:

$2C_2H_2+5O_2→4CO_2+2H_2O+2600kJ$ Ez a reakció egy oxi-acetilén fáklyán alapul, melynek lángja nagyon magas hőmérsékletű (több mint $3000°C$), ami lehetővé teszi a használatát. fémek vágásához és hegesztéséhez.

Levegőben az acetilén füstös lánggal ég, mert. molekulájában a széntartalom magasabb, mint az etán és az etén molekuláiban.

Az alkinek az alkénekhez hasonlóan színtelenítik a kálium-permanganát savanyított oldatait; ebben az esetben a többszörös kötés megsemmisülése következik be.

Ionos (V. V. Markovnikov szabálya) és gyökös reakciómechanizmusok a szerves kémiában

A kémiai reakciók típusai a szerves kémiában

A szerves anyagok reakciói formálisan négy fő típusra oszthatók: szubsztitúció, addíció, elimináció (elimináció) és átrendeződés (izomerizáció). Nyilvánvaló, hogy a szerves vegyületek reakcióinak sokfélesége nem redukálható a javasolt osztályozásra (például égési reakciók). Ez a besorolás azonban segít analógiák megállapításában azokkal a reakciókkal, amelyek a szervetlen anyagok között lejátszódnak, és amelyek már ismertek a szervetlen kémia során.

A reakcióban részt vevő fő szerves vegyületet általában szubsztrátumnak nevezik, a reakció másik komponensét pedig feltételesen reagensnek tekintik.

Szubsztitúciós reakciók

Azokat a reakciókat, amelyek eredményeképpen az eredeti molekulában (szubsztrátumban) egy atom vagy atomcsoport más atomokkal vagy atomcsoportokkal helyettesítődik, szubsztitúciós reakcióknak nevezzük.

A szubsztitúciós reakciók telített és aromás vegyületeket, például alkánokat, cikloalkánokat vagy aréneket foglalnak magukban.

Mondjunk példákat ilyen reakciókra.

Fény hatására a metánmolekulában a hidrogénatomok helyettesíthetők halogénatomokkal, például klóratomokkal:

$CH_4+Cl_2→CH_3Cl+HCl$

Egy másik példa a hidrogén halogénnel való helyettesítésére a benzol bróm-benzollá való átalakítása:

Ennek a reakciónak az egyenlete másképp is felírható:

Ezzel az írási formával a nyíl fölé írjuk a reagenseket, katalizátort, reakciókörülményeket, alatta pedig a szervetlen reakciótermékeket.

Addíciós reakciók

Azokat a reakciókat, amelyek eredményeként két vagy több reagens molekula egyesül, addíciós reakcióknak nevezzük.

A telítetlen vegyületek, például alkének vagy alkinek addíciós reakciókba lépnek.

Attól függően, hogy melyik molekula működik reagensként, megkülönböztetünk hidrogénezést (vagy redukciót), halogénezést, hidrohalogénezést, hidratálást és egyéb addíciós reakciókat. Mindegyikhez bizonyos feltételek szükségesek.

1. hidrogénezés- hidrogénmolekula többszörös kötéshez való addíciójának reakciója:

$CH_3(-CH=)↙(\szöveg"propén")CH_2+H_2(→)↖(Pt)CH_3(-CH_2-)↙(\szöveg"propán")-CH_3$

2.Hidrohalogénezés— hidrogén-halogenid addíciós reakció (hidroklórozás):

$(CH_2=)↙(\szöveg"etén")CH_2+HCl→CH_3(-CH_2-)↙(\text"klóretán")-Cl$

3.Halogénezés- halogén addíciós reakció:

$(CH_2=)↙(\text"etén")CH_2+Cl_2→(CH_2Cl-CH_2Cl)↙(\text"1,2-diklór-etán")$

4. Polimerizáció- az addíciós reakciók egy speciális típusa, amelynek során egy kis molekulatömegű anyag molekuláit kombinálják egymással, és nagyon nagy molekulatömegű anyag molekuláit képezik - makrómolekulák.

A polimerizációs reakciók olyan folyamatok, amelyek során egy kis molekulatömegű anyag (monomer) sok molekuláját egy polimer nagy molekuláivá (makromolekuláivá) egyesítik.

A polimerizációs reakcióra példa a polietilén előállítása etilénből (eténből) ultraibolya sugárzás és gyökös polimerizációs iniciátor hatására $R:$

$(nCH_2=)↙(\text"etén")CH_2(→)↖(\text"UV fény,R")((...-CH_2-CH_2-...)_n)↙(\text" polietilén ")$

A szerves vegyületekre legjellemzőbb kovalens kötés az atompályák átfedésekor és közös elektronpárok keletkezésekor jön létre. Ennek eredményeként két atommal közös pálya jön létre, amelyen egy közös elektronpár található. Amikor a kötés megszakad, ezeknek a közös elektronoknak a sorsa eltérő lehet.

A reaktív részecskék típusai a szerves kémiában

Az egyik atomhoz tartozó párosítatlan elektront tartalmazó pálya átfedhet egy másik atom pályájával, amely szintén párosítatlan elektront tartalmaz. Ez kovalens kötés kialakulását eredményezi csere mechanizmus:

$H + H→H:H,$ vagy $H-H$

cseremechanizmus A kovalens kötés kialakulása akkor valósul meg, ha a különböző atomokhoz tartozó párosítatlan elektronokból közös elektronpár jön létre.

A kovalens kötés cseremechanizmussal történő kialakulásával ellentétes folyamat a kötés felszakadása, amelyben minden atomhoz egy elektron jut. Ennek eredményeként két töltetlen részecske képződik párosítatlan elektronokkal:

Az ilyen részecskéket ún szabad radikálisok.

szabad radikálisok- párosítatlan elektronokkal rendelkező atomok vagy atomcsoportok.

Azokat a reakciókat, amelyek a cselekvés alatt és a szabad gyökök részvételével mennek végbe, szabadgyök-reakcióknak nevezzük.

A szervetlen kémia során ezek a hidrogén kölcsönhatásának reakciói oxigénnel, halogénekkel, égési reakciók. Felhívjuk figyelmét, hogy az ilyen típusú reakciókat nagy sebesség, nagy mennyiségű hő felszabadulása jellemzi.

Kovalens kötés a donor-akceptor mechanizmussal is kialakítható. Egy atom (vagy anion) egyik pályáját, amelyen egy meg nem osztott elektronpár található, átfedi egy másik atom (vagy kation) kitöltetlen pályája, amelynek kitöltetlen pályája van, és kovalens kötés jön létre pl. :

$H^(+)+(:O-H^(-))↙(\text"akceptor")→(H-O-H)↙(\text"donor")$

A kovalens kötés felszakadása pozitív és negatív töltésű részecskék képződéséhez vezet; mivel ebben az esetben a közös elektronpárból származó mindkét elektron az egyik atomnál marad, a második atomnak van egy kitöltetlen pályája:

$R:|R=R:^(-)+R^(+)$

Tekintsük a savak elektrolitikus disszociációját:

$H:|Cl=H^(+)+Cl^(-)$

Könnyen kitalálható, hogy egy $R:^(-)$ meg nem osztott elektronpárral rendelkező részecske, azaz egy negatív töltésű ion, vonzódni fog a pozitív töltésű atomokhoz, vagy olyan atomokhoz, amelyeken legalább részleges vagy effektív pozitív töltés van. A meg nem osztott elektronpárral rendelkező részecskéket nevezzük nukleofil ágensek (atommag- az atommag, az atom pozitív töltésű része), vagyis az atommag „barátai”, a pozitív töltés.

Nukleofilek ($Nu$)- olyan anionok vagy molekulák, amelyekben magányos elektronpár található, amelyek kölcsönhatásba lépnek a molekulák azon részeivel, amelyeken hatékony pozitív töltés koncentrálódik.

Példák nukleofilekre: $Cl^(-)$ (kloridion), $OH^(-)$ (hidroxid-anion), $CH_3O^(-)$ (metoxid-anion), $CH_3COO^(-)$ (acetát-anion) ).

A kitöltetlen pályával rendelkező részecskék éppen ellenkezőleg, hajlamosak megtölteni azt, és ezért vonzódni fognak a molekulák azon részeihez, amelyek megnövekedett elektronsűrűséggel, negatív töltéssel és meg nem osztott elektronpárral rendelkeznek. Ezek elektrofilek, egy elektron "barátai", egy negatív töltésű vagy megnövekedett elektronsűrűségű részecskék.

elektrofilek- feltöltetlen elektronpályával rendelkező kationok vagy molekulák, amelyek hajlamosak azt elektronokkal megtölteni, mivel ez az atom kedvezőbb elektronkonfigurációjához vezet.

Példák elektrofilekre: $NO_2$ (nitrocsoport), -$COOH$ (karboxilcsoport), -$CN$ (nitrilcsoport), -$COH$ (aldehidcsoport).

Nem minden üres orbitális részecske elektrofil. Így például az alkálifém-kationok inert gázok konfigurációjával rendelkeznek, és nem hajlamosak elektronokat szerezni, mivel alacsony elektronaffinitással rendelkeznek. Ebből arra következtethetünk, hogy a kitöltetlen pálya jelenléte ellenére az ilyen részecskék nem lesznek elektrofilek.

Fő reakciómechanizmusok

A reagáló részecskék három fő típusát - szabad gyököket, elektrofileket, nukleofileket - és a hozzájuk tartozó reakciómechanizmus három típusát azonosítottuk:

- szabad gyök;

- elektrofil;

- nukleofil.

Amellett, hogy a reakciókat a reagáló részecskék típusa szerint osztályozza, a szerves kémia négyféle reakciót különböztet meg a molekulák összetételének megváltoztatásának elve szerint: addíció, szubsztitúció, elimináció vagy elimináció (a lat. megszüntetése- törlés, szétválasztás) és átrendezés. Mivel addíció és szubsztitúció mindhárom típusú reaktív vegyület hatására létrejöhet, több fő reakciómechanizmust különböztethetünk meg.

1.Szabad gyökök helyettesítése:

$(CH_4)↙(\text"metán")+Br_2(→)↖(\text"UV fény")(CH_3Br)↙(\text"bróm-metán")+HBr$

2. Szabad gyökök kiegészítése:

$nCH_2=CH_2(→)↖(\text"UV fény,R")(...-CH_2-CH_2-...)_n$

3. Elektrofil helyettesítés:

4. Elektrofil csatlakozás:

$CH_3-(CH=)↙(\szöveg"propén")CH_2+HBr(→)↖(\szöveg"oldat")(CH_3-CHBr-CH_3)↙(\text"2-brómpropán")$

$CH_3(-C≡)↙(\text"propin")CH+Cl_2(→)↖(\text"oldat")(CH_3-CCl=CHCl)↙(\text"1,2-diklórpropén")$

5. Nukleofil addíció:

Ezenkívül figyelembe vesszük azokat a hasítási vagy eliminációs reakciókat, amelyek nukleofil részecskék - bázisok - hatására mennek végbe.

6. Kiesés:

$CH_3-CHBr-CH_3+NaOH(→)↖(\text"alkoholos oldat")CH_3-CH=CH_2+NaBr+H_2O$

V. V. Markovnyikov szabálya

Az alkének (telítetlen szénhidrogének) megkülönböztető jellemzője az addíciós reakciókba való belépés. A legtöbb ilyen reakció a mechanizmus szerint megy végbe elektrofil addíció.

Hidrohalogénezés (hidrogén-halogenid hozzáadása):

$CH_3(-CH-)↙(\szöveg"propén")CH_2+HBr→CH_3(-CHBr-CH_3)↙(\szöveg"2-brómpropán")$

Ez a reakció ki van téve V. V. Markovnikov szabálya: ha hidrogén-halogenidet adunk egy alkénhez, akkor hidrogént adunk egy jobban hidrogénezett szénatomhoz, azaz. az atom, amelyen több hidrogénatom van, és a halogén - a kevésbé hidrogénezetthez.

Szénhidrogének, amelyek molekuláiban az atomok egyes kötéssel kapcsolódnak egymáshoz, és amelyek megfelelnek a C n H 2 n +2 általános képletnek.
Az alkánmolekulákban minden szénatom sp 3 hibridizációs állapotban van. Ez azt jelenti, hogy a szénatom mind a négy hibrid pályája azonos alakú, energiájú, és egy egyenlő oldalú háromszög alakú piramis - egy tetraéder - sarkaira irányul. A pályák közötti szögek 109° 28'.

Szinte szabad forgás lehetséges egyetlen szén-szén kötés körül, és az alkánmolekulák sokféle formát ölthetnek, a szénatomok szögei közel tetraéderhez (109 ° 28 ′), például egy molekulában. n-pentán.

Különösen érdemes felidézni az alkánok molekuláiban lévő kötéseket. A telített szénhidrogének molekuláiban minden kötés egyszeres. Az átfedés a tengely mentén történik,
az atommagokat összekötő, azaz ezek σ-kötések. A szén-szén kötések nem polárisak és rosszul polarizálhatók. A C-C kötés hossza az alkánokban 0,154 nm (1,54 x 10 - 10 m). A C-H kötések valamivel rövidebbek. Az elektronsűrűség kissé eltolódik az elektronegatívabb szénatom felé, azaz a CH kötés gyengén poláris.

A poláris kötések hiánya a telített szénhidrogének molekuláiban azt a tényt okozza, hogy rosszul oldódnak vízben, és nem lépnek kölcsönhatásba töltött részecskékkel (ionokkal). Az alkánokra a legjellemzőbbek azok a reakciók, amelyekben szabad gyökök vesznek részt.

A metán homológ sorozata

homológok- szerkezetükben és tulajdonságaiban hasonló, egy vagy több CH 2 csoporttal eltérő anyagok.

Izomerizmus és nómenklatúra

Az alkánokat az úgynevezett szerkezeti izoméria jellemzi. A szerkezeti izomerek a szénváz szerkezetében különböznek egymástól. A legegyszerűbb alkán, amelyet szerkezeti izomerek jellemeznek, a bután.

A nómenklatúra alapjai

1. A főáramkör kiválasztása. A szénhidrogén nevének kialakulása a fő lánc meghatározásával kezdődik - a molekula szénatomjainak leghosszabb lánca, amely mintegy az alapja.
2. A főlánc atomjainak számozása. A főlánc atomjai számokkal vannak rendelve. A főlánc atomjainak számozása a szubsztituenshez legközelebb eső végtől kezdődik (A, B szerkezetek). Ha a szubsztituensek egyenlő távolságra vannak a lánc végétől, akkor a számozás attól a végtől kezdődik, ahol több van (B szerkezet). Ha a különböző szubsztituensek egyenlő távolságra vannak a lánc végeitől, akkor a számozás attól a végtől kezdődik, amelyikhez a régebbi közelebb van (D szerkezet). A szénhidrogén szubsztituensek rangját az határozza meg, hogy a nevük kezdőbetűje milyen sorrendben következik az ábécében: metil (-CH 3), majd etil (-CH 2 -CH 3), propil (-CH 2 -CH 2 -CH3) stb.
Vegye figyelembe, hogy a helyettesítő neve az -an utótag helyére a - utótaggal - iszap a megfelelő alkán nevében.
3. Névképzés. A számok a név elején vannak feltüntetve - azon szénatomok száma, amelyeknél a szubsztituensek találhatók. Ha egy adott atomon több szubsztituens van, akkor a névben szereplő megfelelő szám kétszer megismétlődik, vesszővel elválasztva (2,2-). A szám után kötőjel jelzi a szubsztituensek számát ( di- kettő, három- három, tetra- négy, penta- öt) és a szubsztituens neve (metil, etil, propil). Ezután szóközök és kötőjelek nélkül - a főlánc neve. A főláncot szénhidrogénnek nevezik, amely a metán homológ sorozat tagja ( metán CH 4, etán C 2 H 6, propán C 3 H 8, C 4 H 10, pentán C 5 H 12, hexán C 6 H 14, heptán C 7 H 16, oktán C 8 H 18, nonan C 9 H 20, dékán C10H22).

Az alkánok fizikai tulajdonságai

A metán homológ sorozatának első négy képviselője gáz. A legegyszerűbb közülük a metán - színtelen, íztelen és szagtalan gáz (a "gáz szagát" érezve, amelyet a 04-es számon kell hívni, a merkaptánok szaga határozza meg - olyan kéntartalmú vegyületek, amelyeket speciálisan a metánhoz adnak. háztartási és ipari gázkészülékek, hogy a közelükben lévők érezzék a szivárgás szagát).
C 4 H 12 - C 15 H 32 összetételű szénhidrogének - folyadékok; a nehezebb szénhidrogének szilárd anyagok. Az alkánok forrás- és olvadáspontja a szénlánc hosszának növekedésével fokozatosan növekszik. Minden szénhidrogén rosszul oldódik vízben, a folyékony szénhidrogének gyakori szerves oldószerek.

Az alkánok kémiai tulajdonságai

helyettesítési reakciók.
Az alkánokra a legjellemzőbbek a szabad gyökös szubsztitúciós reakciók, amelyek során egy hidrogénatomot halogénatommal vagy valamilyen csoporttal helyettesítenek. Mutassuk be a karakterisztikus reakciók egyenleteit! halogénezés:


Halogénfelesleg esetén a klórozás tovább mehet, egészen az összes hidrogénatom klórral való teljes helyettesítéséig:

A kapott anyagokat széles körben használják oldószerként és kiindulási anyagként a szerves szintézisekben.
Dehidrogénezési reakció(hidrogén leválik).
Amikor az alkánok a katalizátoron (Pt, Ni, Al 2 0 3, Cr 2 0 3) magas hőmérsékleten (400-600 °C) haladnak át, egy hidrogénmolekula leszakad, és alkén képződik:


A szénlánc lebomlásával járó reakciók.
Minden telített szénhidrogén szén-dioxid és víz képződésével ég. A levegővel bizonyos arányban kevert gáznemű szénhidrogének felrobbanhatnak.
1. Telített szénhidrogének elégetése szabad gyökös exoterm reakció, ami nagyon fontos, ha alkánokat használunk tüzelőanyagként:

Általában az alkánok égési reakciója a következőképpen írható le:

2. Szénhidrogének termikus hasítása.

A folyamat a szabad gyökök mechanizmusa szerint megy végbe. A hőmérséklet emelkedése a szén-szén kötés homolitikus megszakadásához és szabad gyökök képződéséhez vezet.

Ezek a gyökök kölcsönhatásba lépnek egymással, hidrogénatomot cserélnek, és alkánmolekulát és alkénmolekulát képeznek:

Az ipari folyamat – a szénhidrogén krakkolás – hátterében termikus hasadási reakciók állnak. Ez a folyamat az olajfinomítás legfontosabb szakasza.

3. Pirolízis. Amikor a metánt 1000 ° C-ra melegítjük, a metán pirolízise megkezdődik - egyszerű anyagokra bomlik:

1500 ° C-ra melegítve acetilén képződése lehetséges:

4. Izomerizáció. Ha a lineáris szénhidrogéneket izomerizációs katalizátorral (alumínium-klorid) hevítjük, elágazó szénvázú anyagok képződnek:

5. Aromatizálás. A láncban hat vagy több szénatomot tartalmazó alkánok katalizátor jelenlétében ciklizálva benzolt és származékait képezik:

Az alkánok olyan reakciókba lépnek be, amelyek a szabad gyökös mechanizmus szerint mennek végbe, mivel az alkánmolekulák összes szénatomja sp 3 hibridizációs állapotban van. Ezen anyagok molekulái kovalens nem poláris C-C (szén-szén) kötések és gyengén poláris C-H (szén-hidrogén) kötések felhasználásával épülnek fel. Nincsenek bennük nagy és kis elektronsűrűségű, könnyen polarizálható kötések, azaz olyan kötések, amelyekben az elektronsűrűség külső tényezők hatására (az ionok elektrosztatikus mezői) eltolható. Következésképpen az alkánok nem lépnek reakcióba töltött részecskékkel, mivel az alkánmolekulák kötései nem szakadnak meg heterolitikus mechanizmussal.