Tabela reakcij ogljikovodikov. Značilne kemijske lastnosti ogljikovodikov. Reakcijski mehanizmi. Zgradba in lastnosti ogljikovodikov
Kemijske lastnosti alkanov
Alkani (parafini) so neciklični ogljikovodiki, v molekulah katerih so vsi ogljikovi atomi povezani le z enojnimi vezmi. Z drugimi besedami, v molekulah alkanov ni večkratnih, dvojnih ali trojnih vezi. Pravzaprav so alkani ogljikovodiki, ki vsebujejo največje možno število vodikovih atomov, zato jih imenujemo omejevalni (nasičeni).
Zaradi nasičenja alkani ne morejo vstopiti v adicijske reakcije.
Ker imajo atomi ogljika in vodika precej blizu elektronegativnosti, to vodi v dejstvo, da so vezi CH v njihovih molekulah izjemno nizke polarnosti. V zvezi s tem so za alkane bolj značilne reakcije, ki potekajo po mehanizmu radikalne substitucije, označene s simbolom S R.
1. Nadomestne reakcije
Pri tovrstnih reakcijah se vezi ogljik-vodik prekinejo.
RH + XY → RX + HY
Halogeniranje
Alkani reagirajo s halogeni (klorom in bromom) pod vplivom ultravijolične svetlobe ali pri močnem segrevanju. V tem primeru nastane mešanica halogenskih derivatov z različnimi stopnjami substitucije vodikovih atomov - mono-, di-tri- itd. s halogenom substituirani alkani.
Na primeru metana je videti takole:
S spreminjanjem razmerja halogen/metan v reakcijski zmesi je mogoče zagotoviti, da v sestavi produktov prevladuje katerikoli določen metanski halogenski derivat.
reakcijski mehanizem
Analizirajmo mehanizem reakcije substitucije prostih radikalov na primeru interakcije metana in klora. Sestavljen je iz treh stopenj:
- iniciacija (ali verižna iniciacija) - proces nastajanja prostih radikalov pod vplivom energije od zunaj - obsevanje z UV svetlobo ali segrevanje. Na tej stopnji je molekula klora podvržena homolitičnemu cepljenju vezi Cl-Cl s tvorbo prostih radikalov:
Prosti radikali, kot je razvidno iz zgornje slike, imenujemo atome ali skupine atomov z enim ali več nesparjenimi elektroni (Cl, H, CH 3 , CH 2 itd.);
2. Razvoj verige
Ta stopnja je sestavljena iz interakcije aktivnih prostih radikalov z neaktivnimi molekulami. V tem primeru nastanejo novi radikali. Še posebej, ko klorovi radikali delujejo na molekule alkanov, nastaneta alkilni radikal in vodikov klorid. Po drugi strani pa alkilni radikal, ki trči z molekulami klora, tvori derivat klora in nov radikal klora:
3) Prekinitev (smrt) verige:
Nastane kot posledica rekombinacije dveh radikalov med seboj v neaktivne molekule:
2. Oksidacijske reakcije
V normalnih pogojih so alkani inertni glede na tako močne oksidante, kot so koncentrirana žveplova in dušikova kislina, permanganat in kalijev dikromat (KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7).
Zgorevanje v kisiku
A) popolno zgorevanje s presežkom kisika. Povzroča nastanek ogljikovega dioksida in vode:
CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O
B) nepopolno zgorevanje s pomanjkanjem kisika:
2CH 4 + 3O 2 \u003d 2CO + 4H 2 O
CH 4 + O 2 \u003d C + 2H 2 O
Katalitska oksidacija s kisikom
Kot rezultat segrevanja alkanov s kisikom (~ 200 o C) v prisotnosti katalizatorjev lahko iz njih dobimo najrazličnejše organske produkte: aldehide, ketone, alkohole, karboksilne kisline.
Na primer, metan, odvisno od narave katalizatorja, se lahko oksidira v metilni alkohol, formaldehid ali mravljično kislino:
3. Toplotne transformacije alkanov
Pokanje
Krekiranje (iz angleščine to crack – trgati) je kemijski proces, ki poteka pri visoki temperaturi, zaradi česar se ogljikov skelet molekul alkanov zlomi s tvorbo alkena in molekul alkanov z nižjo molekulsko maso v primerjavi s prvotnimi alkani. Na primer:
CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 → CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 + CH 3 -CH \u003d CH 2
Krekiranje je lahko termično ali katalitsko. Za izvedbo katalitskega krekinga se zaradi uporabe katalizatorjev uporabljajo bistveno nižje temperature v primerjavi s termičnim krekingom.
Dehidrogenacija
Izločanje vodika nastane kot posledica pretrganja C-H vezi; izvajajo v prisotnosti katalizatorjev pri povišanih temperaturah. Z dehidrogenacijo metana nastane acetilen:
2CH 4 → C 2 H 2 + 3H 2
Segrevanje metana na 1200 ° C povzroči njegovo razgradnjo na preproste snovi:
CH 4 → C + 2H 2
Dehidrogenacija drugih alkanov daje alkene:
C 2 H 6 → C 2 H 4 + H 2
Pri dehidrogeniranju n-nastanejo butan, buten-1 in buten-2 (slednji v obliki cis- in trans-izomeri):
Dehidrociklizacija
Izomerizacija
Kemijske lastnosti cikloalkanov
Kemijske lastnosti cikloalkanov z več kot štirimi ogljikovimi atomi v ciklih so na splošno skoraj enake lastnostim alkanov. Za ciklopropan in ciklobutan so nenavadno značilne adicijske reakcije. To je posledica visoke napetosti znotraj cikla, kar vodi do dejstva, da se ti cikli radi prekinejo. Torej ciklopropan in ciklobutan zlahka dodajata brom, vodik ali vodikov klorid:
Kemijske lastnosti alkenov
1. Adicijske reakcije
Ker je dvojna vez v molekulah alkena sestavljena iz ene močne sigma vezi in ene šibke pi vezi, so precej aktivne spojine, ki zlahka vstopijo v adicijske reakcije. Alkeni pogosto vstopajo v takšne reakcije tudi v blagih pogojih - na mrazu, v vodnih raztopinah in organskih topilih.
Hidrogeniranje alkenov
Alkeni lahko dodajo vodik v prisotnosti katalizatorjev (platina, paladij, nikelj):
CH 3 -CH \u003d CH 2 + H 2 → CH 3 -CH 2 -CH 3
Hidrogeniranje alkenov poteka enostavno tudi pri normalnem tlaku in rahlem segrevanju. Zanimivo dejstvo je, da lahko iste katalizatorje uporabimo za dehidrogenacijo alkanov v alkene, le da proces dehidrogenacije poteka pri višji temperaturi in nižjem tlaku.
Halogeniranje
Alkeni zlahka vstopijo v adicijsko reakcijo z bromom tako v vodni raztopini kot v organskih topilih. Zaradi interakcije sprva rumene raztopine broma izgubijo barvo, tj. razbarvati.
CH 2 \u003d CH 2 + Br 2 → CH 2 Br-CH 2 Br
Hidrohalogeniranje
Zlahka je videti, da bi moral dodatek vodikovega halida k nesimetrični molekuli alkena teoretično voditi do mešanice dveh izomerov. Na primer, ko propenu dodamo vodikov bromid, bi morali dobiti naslednje produkte:
Kljub temu, če ni posebnih pogojev (na primer prisotnost peroksidov v reakcijski mešanici), bo dodajanje molekule vodikovega halida potekalo strogo selektivno v skladu z Markovnikovim pravilom:
Adicija vodikovega halida k alkenu poteka tako, da je vodik vezan na ogljikov atom z večjim številom vodikovih atomov (bolj hidrogeniran), halogen pa je vezan na ogljikov atom z manjšim številom vodikovih atomov (manj hidrogenirano).
Hidracija
Ta reakcija vodi v nastanek alkoholov in poteka tudi v skladu z Markovnikovim pravilom:
Kot lahko uganete, je zaradi dejstva, da se dodajanje vode k molekuli alkena zgodi po Markovnikovem pravilu, tvorba primarnega alkohola možna le v primeru hidratacije etilena:
CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O → CH 3 -CH 2 -OH
S to reakcijo se v industriji velikih zmogljivosti proizvede glavna količina etilnega alkohola.
Polimerizacija
Poseben primer adicijske reakcije je reakcija polimerizacije, ki za razliko od halogeniranja, hidrohalogeniranja in hidratacije poteka preko mehanizma prostih radikalov:
Oksidacijske reakcije
Tako kot vsi drugi ogljikovodiki tudi alkeni zlahka gorijo v kisiku in tvorijo ogljikov dioksid in vodo. Enačba za zgorevanje alkenov v presežku kisika ima obliko:
C n H 2n + (3/2)nO 2 → nCO 2 + nH 2 O
Za razliko od alkanov se alkeni zlahka oksidirajo. Pod delovanjem vodne raztopine KMnO 4 na alkene, razbarvanje, ki je kvalitativna reakcija na dvojne in trojne CC vezi v molekulah organskih snovi.
Oksidacija alkenov s kalijevim permanganatom v nevtralni ali rahlo alkalni raztopini povzroči nastanek diolov (dihidrični alkoholi):
C 2 H 4 + 2KMnO 4 + 2H 2 O → CH 2 OH–CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH (hlajenje)
V kislem okolju pride do popolne cepitve dvojne vezi s transformacijo ogljikovih atomov, ki tvorijo dvojno vez, v karboksilne skupine:
5CH 3 CH=CHCH 2 CH 3 + 8KMnO 4 + 12H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5C 2 H 5 COOH + 8MnSO 4 + 4K 2 SO 4 + 17H 2 O (ogrevanje)
Če je dvojna vez C=C na koncu molekule alkena, potem nastane ogljikov dioksid kot produkt oksidacije skrajnega ogljikovega atoma pri dvojni vezi. To je posledica dejstva, da se vmesni produkt oksidacije, mravljinčna kislina, zlahka oksidira sama v presežku oksidanta:
5CH 3 CH=CH 2 + 10KMnO 4 + 15H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5CO 2 + 10MnSO 4 + 5K 2 SO 4 + 20H 2 O (ogrevanje)
Pri oksidaciji alkenov, pri katerih atom C pri dvojni vezi vsebuje dva ogljikovodikova substituenta, nastane keton. Na primer, oksidacija 2-metilbutena-2 proizvaja aceton in ocetno kislino.
Oksidacijo alkenov, ki zlomi ogljikov skelet pri dvojni vezi, uporabimo za vzpostavitev njihove strukture.
Kemijske lastnosti alkadienov
Adicijske reakcije
Na primer, dodatek halogenov:
Bromna voda postane brezbarvna.
V normalnih pogojih pride do adicije atomov halogena na koncih molekule butadiena-1,3, medtem ko se vezi π prekinejo, atomi broma se vežejo na skrajne atome ogljika in proste valence tvorijo novo vez π. Tako kot da pride do "gibanja" dvojne vezi. S presežkom broma lahko na mesto nastale dvojne vezi dodamo še eno molekulo broma.
reakcije polimerizacije
Kemijske lastnosti alkinov
Alkini so nenasičeni (nenasičeni) ogljikovodiki in so zato sposobni vstopati v adicijske reakcije. Med adicijskimi reakcijami za alkine je najpogostejša elektrofilna adicija.
Halogeniranje
Ker je trojna vez alkinskih molekul sestavljena iz ene močnejše sigma vezi in dveh šibkejših pi vezi, lahko vežejo eno ali dve molekuli halogena. Adicija dveh molekul halogena z eno molekulo alkina poteka po elektrofilnem mehanizmu zaporedno v dveh stopnjah:
Hidrohalogeniranje
Tudi adicija molekul vodikovega halida poteka po elektrofilnem mehanizmu in dvostopenjsko. V obeh fazah dodajanje poteka v skladu z Markovnikovim pravilom:
Hidracija
Dodajanje vode k alkinom se pojavi v prisotnosti rutijevih soli v kislem mediju in se imenuje reakcija Kucherova.
Kot posledica hidratacije dodajanja vode acetilenu nastane acetaldehid (ocetni aldehid):
Pri homologih acetilena dodatek vode povzroči nastanek ketonov:
Hidrogeniranje alkinov
Alkini reagirajo z vodikom v dveh korakih. Kot katalizatorji se uporabljajo kovine, kot so platina, paladij, nikelj:
Trimerizacija alkinov
Ko acetilen prehaja preko aktivnega oglja pri visoki temperaturi, iz njega nastane mešanica različnih produktov, od katerih je glavni benzen, produkt trimerizacije acetilena:
Dimerizacija alkinov
Acetilen vstopi tudi v reakcijo dimerizacije. Postopek poteka v prisotnosti bakrovih soli kot katalizatorjev:
Alkinska oksidacija
Alkini gorijo v kisiku:
C n H 2n-2 + (3n-1) / 2 O 2 → nCO 2 + (n-1) H 2 O
Interakcija alkinov z bazami
Alkini s trojnim C≡C na koncu molekule so za razliko od drugih alkinov sposobni vstopiti v reakcije, v katerih se vodikov atom v trojni vezi zamenja s kovino. Na primer, acetilen reagira z natrijevim amidom v tekočem amoniaku:
HC≡CH + 2NaNH 2 → NaC≡CNa + 2NH 3,
in tudi z amoniakovo raztopino srebrovega oksida, ki tvori netopne soli podobne snovi, imenovane acetilenidi:
Zahvaljujoč tej reakciji je mogoče prepoznati alkine s končno trojno vezjo, pa tudi izolirati tak alkin iz mešanice z drugimi alkini.
Opozoriti je treba, da so vsi srebrovi in bakrovi acetilenidi eksplozivne snovi.
Acetilidi lahko reagirajo s halogenimi derivati, kar se uporablja pri sintezi kompleksnejših organskih spojin s trojno vezjo:
CH 3 -C≡CH + NaNH 2 → CH 3 -C≡CNa + NH 3
CH 3 -C≡CNa + CH 3 Br → CH 3 -C≡C-CH 3 + NaBr
Kemijske lastnosti aromatskih ogljikovodikov
Aromatska narava vezi vpliva na kemijske lastnosti benzenov in drugih aromatskih ogljikovodikov.
En sistem 6pi elektronov je veliko bolj stabilen kot običajne pi vezi. Zato so za aromatske ogljikovodike substitucijske reakcije bolj značilne kot adicijske reakcije. Areni vstopajo v substitucijske reakcije z elektrofilnim mehanizmom.
Nadomestne reakcije
Halogeniranje
Nitriranje
Reakcija nitracije najbolje poteka pod delovanjem ne čiste dušikove kisline, temveč njene mešanice s koncentrirano žveplovo kislino, tako imenovane nitrirne mešanice:
Alkiliranje
Reakcija, pri kateri je eden od atomov vodika v aromatskem jedru nadomeščen z radikalom ogljikovodikov:
Namesto halogeniranih alkanov lahko uporabimo tudi alkene. Kot katalizatorje lahko uporabimo aluminijeve halogenide, železove železove halogenide ali anorganske kisline.<
Adicijske reakcije
hidrogeniranje
Pristop klora
Poteka po radikalnem mehanizmu pri intenzivnem obsevanju z ultravijolično svetlobo:
Podobno lahko reakcija poteka samo s klorom.
Oksidacijske reakcije
zgorevanje
2C 6 H 6 + 15O 2 \u003d 12CO 2 + 6H 2 O + Q
nepopolna oksidacija
Benzenov obroč je odporen na oksidante, kot sta KMnO 4 in K 2 Cr 2 O 7 . Reakcija ne gre.
Delitev substituentov v benzenovem obroču na dve vrsti:
Razmislite o kemijskih lastnostih homologov benzena na primeru toluena.
Kemijske lastnosti toluena
Halogeniranje
Molekulo toluena lahko štejemo za sestavljeno iz fragmentov molekul benzena in metana. Zato je logično domnevati, da bi morale kemične lastnosti toluena do neke mere združevati kemične lastnosti teh dveh snovi, vzetih ločeno. Še posebej je to tisto, kar opazimo med njegovim halogeniranjem. Vemo že, da benzen vstopi v substitucijsko reakcijo s klorom po elektrofilnem mehanizmu, za izvedbo te reakcije pa je treba uporabiti katalizatorje (aluminijeve ali železove halogenide). Hkrati je metan sposoben reagirati tudi s klorom, vendar po mehanizmu prostih radikalov, kar zahteva obsevanje začetne reakcijske zmesi z UV svetlobo. Toluen, odvisno od pogojev, pod katerimi je podvržen kloriranju, lahko daje produkte substitucije vodikovih atomov v benzenovem obroču - za to morate uporabiti enake pogoje kot pri kloriranju benzena ali produkte substitucije vodikovih atomov v metilnem radikalu, če je na njem, kako delovati na metan s klorom pri obsevanju z ultravijolično svetlobo:
Kot lahko vidite, je kloriranje toluena v prisotnosti aluminijevega klorida vodilo do dveh različnih produktov - orto- in para-klorotoluena. To je posledica dejstva, da je metilni radikal substituent prve vrste.
Če se kloriranje toluena v prisotnosti AlCl 3 izvaja v presežku klora, je možna tvorba toluena, substituiranega s triklorom:
Podobno, ko toluen kloriramo na svetlobi pri višjem razmerju klor/toluen, lahko dobimo diklorometilbenzen ali triklorometilbenzen:
Nitriranje
Zamenjava vodikovih atomov za nitroskupino med nitriranjem toluena z mešanico koncentrirane dušikove in žveplove kisline vodi do substitucijskih produktov v aromatskem jedru in ne v metilnem radikalu:
Alkiliranje
Kot že omenjeno, je metilni radikal orientant prve vrste, zato njegova Friedel-Craftsova alkilacija vodi do substitucijskih produktov v orto in para položaju:
Adicijske reakcije
Toluen lahko hidrogeniramo v metilcikloheksan z uporabo kovinskih katalizatorjev (Pt, Pd, Ni):
C 6 H 5 CH 3 + 9O 2 → 7CO 2 + 4H 2 O
nepopolna oksidacija
Pod delovanjem takšnega oksidanta, kot je vodna raztopina kalijevega permanganata, se stranska veriga oksidira. Aromatičnega jedra pod takimi pogoji ni mogoče oksidirati. V tem primeru bo odvisno od pH raztopine nastala karboksilna kislina ali njena sol.
Mejni ogljikovodiki imajo v svojih molekulah le nizkopolarne in šibko polarizirajoče vezi, ki so zelo obstojne, zato so v normalnih pogojih snovi, ki so rahlo kemično aktivne glede na polarne reagente: ne delujejo s koncentriranimi kislinami, celinami, alkalijske kovine, oksidanti. To je bil razlog za njihovo ime - parafini. Parumaffinus je latinsko za nepovezano. Njihove kemične transformacije potekajo predvsem pri povišanih temperaturah in pod vplivom UV sevanja.
Obstajajo tri glavne vrste reakcij nasičenih ogljikovodikov: substitucija, oksidacija in eliminacija. Te reakcije lahko potekajo tako, da prekinejo vez C-C (energija 83,6 kcal) ali prekinejo vez C-H (energija 98,8 kcal/mol). Reakcije pogosto potekajo s prekinitvijo C-H vezi, tk. je bolj dostopna delovanju reagenta, čeprav C-C vez zahteva manj energije za cepitev. Kot rezultat takšnih reakcij se vmes tvorijo zelo aktivne vrste - alifatski ogljikovodikovi radikali.
Priprava in lastnosti alifatskih radikalov
1. Tvorba prostih radikalov med homolitično cepitvijo C-C ali C-H vezi se pojavi pri temperaturi 300-700 ° C ali pod delovanjem reagentov prostih radikalov.
2. Življenjska doba prostih radikalov (odpornost) se poveča od primarnih do sekundarnih in terciarnih radikalov:
b) Interakcija z nenasičenimi spojinami: pride do adicije tudi s tvorbo novega radikala:
CH3. + CH 2 \u003d CH 2 CH 3 -CH 2 -CH 2.
c) -razpad - radikali z dolgo ogljikovo verigo razpadejo s pretrganjem C-C vezi v -položaju na ogljik z nesparjenim elektronom.
CH 3 - CH 2: CH 2 - CH 2 . CH3-CH2. + CH 2 \u003d CH 2
d) Disproporcionacija - prerazporeditev vodika, povezana z -razpadom vzdolž C-H vezi:
| + CH 3 -CH 2. | + CH 3 -CH 3 |
e) Rekombinacija - kombinacija prostih radikalov med seboj
CH 3 . + CH 3 . CH 3 -CH 3
Če poznamo značilnosti obnašanja prostih radikalov, je lažje razumeti osnovne zakonitosti specifičnih reakcij nasičenih ogljikovodikov.
Tipkam. substitucijska reakcija
1. Reakcije halogeniranja. Najbolj energijsko močan reagent je fluor. Neposredno fluoriranje povzroči eksplozijo. Reakcije kloriranje. Lahko potekajo pod delovanjem molekul klora na svetlobi že pri sobni temperaturi. Reakcija poteka po verižnem mehanizmu prostih radikalov in vključuje naslednje glavne faze:
a) prva počasna stopnja - začetek verige:
Cl:ClCl. +Cl.
R: H + . Cl HCl + R.
b) razvoj verige - nastanek reakcijskih produktov s hkratnim nastankom prostih radikalov, ki nadaljujejo verižni proces:
R. + Cl: Cl RCl + Cl.
R:H+Cl. HCl+R.
c) odprto vezje:
Od CI. reagent je aktiven, lahko napade molekulo že pridobljenega klorovega derivata, posledično nastane mešanica mono- in polihalogeniranih spojin. Na primer:
CH 4 + Cl 2 HCl + CH 3 Cl CH 2 Cl 2 CHCl 3 CCl 4
metil klorid –HCl -HCl -HCl
metilen klorid kloroform štiri-
ogljikov klorid
Reakcija bromiranja poteka veliko težje, saj brom je manj aktiven kot klor in reagira predvsem s tvorbo stabilnejših terciarnih ali sekundarnih radikalov. V tem primeru drugi atom broma običajno vstopi v položaj, ki meji na prvega, predvsem pri sekundarnem ogljiku.
reakcije jodiranja praktično ne puščajo, ker HI reducira nastale alkilne jodide.
2. Nitriranje- substitucija atoma H s skupino NO 2 pod delovanjem dušikove kisline. Deluje z razredčeno dušikovo kislino (12%) pri visoki temperaturi 150 ° C pod pritiskom (Konovalovova reakcija). Parafini izostrukture reagirajo lažje, tk. do substitucije pride lažje pri terciarnem ogljikovem atomu:
Mehanizem reakcije nitracije je povezan z vmesno tvorbo prostih radikalov. Iniciacijo olajša delno potekajoč proces oksidacije:
RH + HONO 2 ROH + HONO
dušikova kislina
HONO + HONO 2 HOH + 2 . NE 2
| + . NE 2 |
CH3-C-CH3+. NO 2 CH 3 -C-CH 3 + HNO 2
CH3-C-CH3+. NO 2 CH 3 -C-CH 3
tiste. radikalna reakcija nitracije ogljikovodikov nima verižnega značaja.
II vrsta. Oksidacijske reakcije
V normalnih pogojih parafini ne oksidirajo niti s kisikom niti z močnimi oksidanti (KMnO 4 , HNO 3 , K 2 Cr 2 O 7 itd.).
Ko v zmes ogljikovodika z zrakom vnesemo odprt plamen, pride do popolne oksidacije (zgorevanja) ogljikovodika v CO 2 in H 2 O. Segrevanje nasičenih ogljikovodikov v zmesi z zrakom ali kisikom v prisotnosti katalizatorjev za oksidacijo MnO 2 in drugi do temperature 300 ° C vodi do njihove oksidacije s tvorbo peroksidnih spojin. Reakcija poteka po verižnem mehanizmu prostih radikalov.
In: R: H R. +H. iniciacija vezja
R:R. + O: :O: R-O-O .
R-O-O. + R: H R-O-O-H + R.
alkan hidroperoksid
O:R-O-O. +R. R-O-O-R odprt tokokrog
alkan peroksid
Najlažje oksidirajo terciarne enote, težje sekundarne, še težje primarne. Nastali hidroperoksidi se razgradijo.
Primarni hidroperoksidi ko se razgradijo, tvorijo aldehide ali primarni alkohol, na primer:
CH3-C-C-O: O-H CH3-C-O. + . OH CH 3 -C \u003d O + H 2 O
etan hidroperoksid acetaldehid
CH 3 -CH 3
strani
CH 3 -CH 2 OH + CH 3 -CH 2.
Sekundarni hidroperoksidi pri razgradnji tvorijo ketone ali sekundarne alkohole, na primer:
CH3-C-O:OH CH3-C-O. + . OH H 2 O + CH 3 -C \u003d O
CH 3 CH 3 CH 3
propan hidroperoksid
CH3-CH2-CH3
strani
CH3-CH-OH + CH3-. CH-CH 3
izopropilni alkohol
Terciarni hidroperoksidi tvorijo ketone, pa tudi primarne in terciarne alkohole, na primer:
CH 3 CH 3 CH 3
CH 3 -C-CH 3 CH 3 -C: CH 3 +. OH CH 3 OH + CH 3 -C \u003d O
izobutan hidroperoksid
CH 3 -CH-CH 3
strani
izobutan
CH 3 -C-CH 3 + CH 3 -C-CH 3
terc-butilni alkohol
Vsak hidroperoksid lahko razpade tudi s sproščanjem atomskega kisika: CH 3 -CH 2 -O-O-H CH 3 CH 2 -OH + [O],
ki gre v nadaljnjo oksidacijo:
CH3-C + [O] CH3-C-OH
Zato poleg alkoholov, aldehidov in ketonov nastajajo karboksilne kisline.
Z izbiro reakcijskih pogojev je mogoče dobiti katerega koli produkta. Na primer: 2 CH 4 + O 2 2 CH 3 OH.
DIENSKI OGLJIKOVODIKI (ALKADIENI)
Dienski ogljikovodiki ali alkadieni so nenasičeni ogljikovodiki, ki vsebujejo dve dvojni vezi ogljik-ogljik. Splošna formula alkadienov je C n H 2 n -2.
Glede na medsebojno razporeditev dvojnih vezi delimo diene na tri vrste:
1) ogljikovodiki z kumulirano dvojne vezi, tj. ki meji na en ogljikov atom. Na primer, propadien ali alen CH2=C=CH2;
2) ogljikovodiki z izolirana dvojne vezi, tj. ločene z dvema ali več enostavnimi vezmi. Na primer, pentadien -1,4 CH 2 \u003d CH–CH 2 -CH \u003d CH 2;
3) ogljikovodiki z konjugiran dvojne vezi, tj. ločeni z eno samo povezavo. Na primer, butadien -1,3 ali divinil CH 2 \u003d CH–CH \u003d CH 2, 2-metilbutadien -1,3 ali izopren
2) dehidrogenacija in dehidracija etilnega alkohola s prehajanjem alkoholnih hlapov preko segretih katalizatorjev (metoda akademika S.V. Lebedeva)
2CH 3 CH 2 OH - - ~ 450 ° С; ZnO, Al2O3 ® CH 2 \u003d CH - CH \u003d CH 2 + 2H 2 O + H 2
Fizične lastnosti
Kemijske lastnosti
Ogljikovi atomi v molekuli 1,3-butadiena so v sp 2 hibridnem stanju, kar pomeni, da se ti atomi nahajajo v isti ravnini in ima vsak od njih eno p-orbitalo, ki jo zaseda en elektron in leži pravokotno na omenjeno ravnino .
| a) | b) |
| Shematski prikaz zgradbe molekul didivinila (a) in pogled modela od zgoraj (b). Prekrivanje elektronskih oblakov med C 1 -C 2 in C 3 -C 4 je večje kot med C 2 -C 3 . |
|
p-Orbitale vseh ogljikovih atomov se med seboj prekrivajo, tj. ne samo med prvim in drugim, tretjim in četrtim atomom, ampak tudi med drugim in tretjim. To kaže, da vez med drugim in tretjim atomom ogljika ni preprosta s-vez, ampak ima določeno gostoto p-elektronov, tj. šibka dvojna vez. To pomeni, da s-elektroni ne pripadajo strogo določenim parom ogljikovih atomov. V molekuli ni enojnih in dvojnih vezi v klasičnem smislu, opaziti pa je delokalizacijo p-elektronov, tj. enakomerna porazdelitev gostote p-elektronov po vsej molekuli s tvorbo enega samega oblaka p-elektronov.
Interakcija dveh ali več sosednjih p-vezi s tvorbo enega samega p-elektronskega oblaka, ki povzroči prenos interakcije atomov v tem sistemu, se imenuje konjugacijski učinek.
Tako je za molekulo -1,3 butadiena značilen sistem konjugiranih dvojnih vezi.
Zaradi te značilnosti v strukturi dienskih ogljikovodikov so sposobni dodajati različne reagente ne le na sosednje atome ogljika (1,2-adicija), temveč tudi na dva konca konjugiranega sistema (1,4-adicija) s tvorbo dvojna vez med drugim in tretjim atomom ogljika. Upoštevajte, da je 1,4-adicijski produkt zelo pogosto glavni produkt.
Razmislite o reakcijah halogeniranja in hidrohalogeniranja konjugiranih dienov.
Polimerizacija dienskih spojin
V poenostavljeni obliki lahko reakcijo polimerizacije -1,3 butadiena po adicijski shemi 1,4 predstavimo na naslednji način:
| ––––® | . |
Pri polimerizaciji sodelujeta obe dvojni vezi diena. Med reakcijo se zlomijo, pari elektronov, ki tvorijo s-vezi, se ločijo, nato pa vsak neparni elektron sodeluje pri tvorbi novih vezi: elektroni drugega in tretjega atoma ogljika kot rezultat posploševanja dajejo dvojna vez in elektroni skrajnih atomov ogljika v verigi, če jih posplošimo z elektroni, pa ustrezni atomi druge molekule monomera povežejo monomere v polimerno verigo.
Elementna celica polibutadiena je predstavljena na naslednji način:
.Kot je razvidno, je za nastali polimer značilno trans- konfiguracija elementarne celice polimera. Vendar pa so najbolj dragoceni izdelki v praktičnem smislu pridobljeni s stereopravilno (z drugimi besedami, prostorsko urejeno) polimerizacijo dienskih ogljikovodikov po 1,4-adicijski shemi s tvorbo cis- konfiguracija polimerne verige. na primer cis- polibutadien
.Naravni in sintetični kavčuk
Naravni kavčuk se pridobiva iz mlečnega soka (lateksa) kavčukovca Hevea, ki raste v deževnih gozdovih Brazilije.
Pri segrevanju brez dostopa do zraka se guma razgradi in tvori dienski ogljikovodik - 2-metilbutadien-1,3 ali izopren. Kavčuk je stereopravilen polimer, v katerem so molekule izoprena povezane med seboj v 1,4-adicijski shemi z cis- konfiguracija polimerne verige:
Molekulska masa naravnega kavčuka se giblje od 7 . 10 4 do 2,5 . 10 6 .
trans- Izopren polimer se naravno pojavlja tudi v obliki gutaperče.
Naravni kavčuk ima edinstven nabor lastnosti: visoko fluidnost, odpornost proti obrabi, adhezivnost, vodo in plinoprepustnost. Da bi gumi dali potrebne fizikalne in mehanske lastnosti: trdnost, elastičnost, odpornost na topila in agresivna kemična okolja, se guma vulkanizira s segrevanjem do 130-140 ° C z žveplom. V poenostavljeni obliki lahko postopek vulkanizacije gume predstavimo na naslednji način:
Atomi žvepla se prilepijo na mestu pretrganja nekaterih dvojnih vezi in linearne molekule kavčuka se »zamrežijo« v večje tridimenzionalne molekule – dobi se kavčuk, ki je veliko močnejši od nevulkaniziranega kavčuka. Gume, polnjene z aktivnimi sajami, se uporabljajo pri izdelavi avtomobilskih pnevmatik in drugih izdelkov iz gume.
Leta 1932 je S. V. Lebedev razvil metodo za sintezo sintetičnega kavčuka na osnovi butadiena, pridobljenega iz alkohola. In šele v petdesetih letih so domači znanstveniki izvedli katalitično stereopolimerizacijo dienskih ogljikovodikov in pridobili stereopravilni kavčuk, po lastnostih podoben naravnemu kavčuku. Trenutno se guma proizvaja v industriji,
Značilne kemijske lastnosti ogljikovodikov: alkani, alkeni, dieni, alkini, aromatski ogljikovodiki
Alkani
Alkani so ogljikovodiki, v katerih molekulah so atomi povezani z enojnimi vezmi in ustrezajo splošni formuli $C_(n)H_(2n+2)$.
Homologne vrste metana
Kot že veste, homologi so snovi, ki so si podobne po zgradbi in lastnostih ter se razlikujejo po eni ali več skupinah $CH_2$.
Mejni ogljikovodiki sestavljajo homologno vrsto metana.
Izomerija in nomenklatura
Za alkane je značilna tako imenovana strukturna izomerija. Strukturni izomeri se med seboj razlikujejo po zgradbi ogljikovega skeleta. Kot že veste, je najpreprostejši alkan, za katerega so značilni strukturni izomeri, butan:
Oglejmo si podrobneje osnove nomenklature IUPAC za alkane:
1. Izbira glavnega tokokroga.
Oblikovanje imena ogljikovodika se začne z opredelitvijo glavne verige - najdaljše verige ogljikovih atomov v molekuli, ki je tako rekoč njegova osnova.
2.
Atomom glavne verige so dodeljene številke. Številčenje atomov glavne verige se začne od konca, ki je najbližje substituentu (strukturi A, B). Če so substituenti enako oddaljeni od konca verige, potem se številčenje začne od konca, na katerem jih je več (struktura B). Če so različni substituenti na enaki razdalji od koncev verige, potem se številčenje začne od konca, ki mu je starejši bližje (struktura D). Seniornost substituentov ogljikovodikov je določena z vrstnim redom, v katerem v abecedi sledi črka, s katero se začne njihovo ime: metil (—$CH_3$), nato propil ($—CH_2—CH_2—CH_3$), etil ($—CH_2 —CH_3$ ) itd.
Upoštevajte, da ime nadomestka nastane z zamenjavo pripone -an končnica -mulj v imenu ustreznega alkana.
3. Oblikovanje imena.
Na začetku imena so navedene številke - številke ogljikovih atomov, na katerih se nahajajo substituenti. Če je pri danem atomu več substituentov, se ustrezna številka v imenu dvakrat ponovi, ločena z vejicami ($2,2-$). Za številko vezaj označuje število substituentov ( di- dva, tri- trije, tetra- štiri, penta- pet) in ime namestnika ( metil, etil, propil). Nato brez presledkov in vezajev - ime glavne verige. Glavna veriga se imenuje ogljikovodik - član homologne serije metana ( metan, etan, propan itd.).
Imena snovi, katerih strukturne formule so navedene zgoraj, so naslednja:
- struktura A: $2$ -metilpropan;
- Struktura B: $3$ -etilheksan;
- Struktura B: $2,2,4$ -trimetilpentan;
- struktura G: $2$ -metil$4$-etilheksan.
Fizikalne in kemijske lastnosti alkanov
fizične lastnosti. Prvi štirje predstavniki homologne vrste metana so plini. Najenostavnejši med njimi je metan - plin brez barve, okusa in vonja (vonj plina, pri vonju katerega morate poklicati 104 $, določa vonj merkaptanov - spojin, ki vsebujejo žveplo, posebej dodanih metanu, ki se uporablja v gospodinjstvu in gospodinjstvu. industrijske plinske naprave, tako da lahko ljudje v njihovi bližini zavohajo puščanje).
Ogljikovodiki sestave od $С_5Н_(12)$ do $С_(15)Н_(32)$ so tekočine; težji ogljikovodiki so trdne snovi.
Vrelišče in tališče alkanov postopoma narašča z večanjem dolžine ogljikove verige. Vsi ogljikovodiki so slabo topni v vodi; tekoči ogljikovodiki so pogosta organska topila.
Kemijske lastnosti.
1. substitucijske reakcije. Najbolj značilne za alkane so reakcije substitucije prostih radikalov, med katerimi se vodikov atom zamenja z atomom halogena ali kakšno skupino.
Predstavimo enačbe najznačilnejših reakcij.
Halogeniranje:
$CH_4+Cl_2→CH_3Cl+HCl$.
V primeru presežka halogena lahko gre kloriranje dlje, do popolne zamenjave vseh vodikovih atomov s klorom:
$CH_3Cl+Cl_2→HCl+(CH_2Cl_2)↙(\text"diklorometan(metilen klorid)")$,
$CH_2Cl_2+Cl_2→HCl+(CHСl_3)↙(\text"triklorometan(kloroform)")$,
$CHCl_3+Cl_2→HCl+(CCl_4)↙(\text"tetraklorometan(ogljikov tetraklorid)")$.
Nastale snovi se pogosto uporabljajo kot topila in izhodne snovi v organski sintezi.
2. Dehidrogenacija (izločanje vodika). Med prehodom alkanov preko katalizatorja ($Pt, Ni, Al_2O_3, Cr_2O_3$) pri visoki temperaturi ($400-600°C$) se molekula vodika odcepi in nastane alken:
$CH_3—CH_3→CH_2=CH_2+H_2$
3. Reakcije, ki jih spremlja uničenje ogljikove verige. Vsi nasičeni ogljikovodiki gorijo s tvorbo ogljikovega dioksida in vode. Plinasti ogljikovodiki, pomešani z zrakom v določenih razmerjih, lahko eksplodirajo. Zgorevanje nasičenih ogljikovodikov je eksotermna reakcija prostih radikalov, kar je zelo pomembno pri uporabi alkanov kot goriva:
$CH_4+2O_2→CO_2+2H_2O+880 kJ.$
Na splošno lahko reakcijo zgorevanja alkanov zapišemo takole:
$C_(n)H_(2n+2)+((3n+1)/(2))O_2→nCO_2+(n+1)H_2O$
Toplotna razgradnja ogljikovodikov:
$C_(n)H_(2n+2)(→)↖(400-500°C)C_(n-k)H_(2(n-k)+2)+C_(k)H_(2k)$
Proces poteka po mehanizmu prostih radikalov. Povišanje temperature povzroči homolitično pretrganje vezi ogljik-ogljik in nastanek prostih radikalov:
$R—CH_2CH_2:CH_2—R→R—CH_2CH_2+CH_2—R$.
Ti radikali medsebojno delujejo in izmenjujejo atom vodika, pri čemer nastaneta molekula alkana in molekula alkena:
$R—CH_2CH_2+CH_2—R→R—CH=CH_2+CH_3—R$.
Reakcije termične cepitve so osnova industrijskega procesa – krekinga ogljikovodikov. Ta proces je najpomembnejša stopnja rafiniranja nafte.
Ko se metan segreje na temperaturo $1000°C$, se začne piroliza metana - razgradnja na enostavne snovi:
$CH_4(→)↖(1000°C)C+2H_2$
Pri segrevanju na temperaturo $1500°C$ je možna tvorba acetilena:
$2CH_4(→)↖(1500°C)CH=CH+3H_2$
4. Izomerizacija. Pri segrevanju linearnih ogljikovodikov z izomerizacijskim katalizatorjem (aluminijev klorid) nastanejo snovi z razvejanim ogljikovim skeletom:
5. Aromatizacija. Alkani s šestimi ali več atomi ogljika v verigi se v prisotnosti katalizatorja ciklizirajo v benzen in njegove derivate:
Kaj je razlog, da alkani vstopajo v reakcije, ki potekajo po mehanizmu prostih radikalov? Vsi ogljikovi atomi v molekulah alkanov so v hibridizacijskem stanju $sp^3$. Molekule teh snovi so zgrajene s pomočjo kovalentnih nepolarnih $C—C$ (ogljik-ogljik) vezi in šibko polarnih $C—H$ (ogljik-vodik) vezi. Ne vsebujejo območij z visoko in nizko elektronsko gostoto, zlahka polarizacijskih vezi, t.j. takšne vezi, pri katerih se elektronska gostota lahko premakne pod vplivom zunanjih dejavnikov (elektrostatična polja ionov). Zato alkani ne bodo reagirali z nabitimi delci, ker vezi v molekulah alkanov se ne prekinejo s heterolitskim mehanizmom.
Alkeni
Nenasičeni ogljikovodiki vključujejo ogljikovodike, ki vsebujejo več vezi med ogljikovimi atomi v molekulah. Neomejeno so alkeni, alkadieni (polieni), alkini. Ciklični ogljikovodiki, ki vsebujejo dvojno vez v ciklu (cikloalkeni), pa tudi cikloalkani z majhnim številom ogljikovih atomov v ciklu (tri ali štiri atome) imajo tudi nenasičen značaj. Lastnost nenasičenosti je povezana s sposobnostjo teh snovi, da vstopijo v reakcije dodajanja, predvsem vodika, s tvorbo nasičenih ali nasičenih ogljikovodikov - alkanov.
Alkeni so aciklični ogljikovodiki, ki vsebujejo v molekuli poleg enojnih vezi še eno dvojno vez med ogljikovimi atomi in ustrezajo splošni formuli $C_(n)H_(2n)$.
Njegovo drugo ime olefini- alkeni so bili pridobljeni po analogiji z nenasičenimi maščobnimi kislinami (oleinska, linolna), katerih ostanki so del tekočih maščob - olj (iz lat. oleum- olje).
Homologna vrsta etena
Nerazvejeni alkeni sestavljajo homologno vrsto etena (etilena):
$C_2H_4$ je eten, $C_3H_6$ je propen, $C_4H_8$ je buten, $C_5H_(10)$ je penten, $C_6H_(12)$ je heksen itd.
Izomerija in nomenklatura
Za alkene, pa tudi za alkane, je značilna strukturna izomerija. Strukturni izomeri se med seboj razlikujejo po zgradbi ogljikovega skeleta. Najenostavnejši alken, za katerega so značilni strukturni izomeri, je buten:
Posebna vrsta strukturne izomerije je izomerija položaja dvojne vezi:
$CH_3—(CH_2)↙(buten-1)—CH=CH_2$ $CH_3—(CH=CH)↙(buten-2)—CH_3$
Okoli ene same vezi ogljik-ogljik je možno skoraj prosto vrtenje ogljikovih atomov, zato lahko molekule alkanov zavzamejo najrazličnejše oblike. Vrtenje okoli dvojne vezi je nemogoče, kar vodi do pojava druge vrste izomerije v alkenih - geometrijske ali cis-trans izomerije.
cis- izomeri se razlikujejo od trans- izomeri po prostorski razporeditvi fragmentov molekule (v tem primeru metilnih skupin) glede na ravnino $π$-vezi in posledično po lastnostih.
Alkeni so izomerni cikloalkanom (medrazredna izomerija), na primer:
Nomenklatura alkenov, ki jo je razvil IUPAC, je podobna nomenklaturi alkanov.
1. Izbira glavnega tokokroga.
Oblikovanje imena ogljikovodika se začne z opredelitvijo glavne verige - najdaljše verige ogljikovih atomov v molekuli. V primeru alkenov mora glavna veriga vsebovati dvojno vez.
2. Oštevilčenje atomov glavne verige.
Številčenje atomov glavne verige se začne od konca, ki mu je dvojna vez najbližja. Pravilno ime povezave je na primer:
$5$-metilheksen-$2$, ne $2$-metilheksen-$4$, kot bi lahko pričakovali.
Če ni mogoče določiti začetka oštevilčenja atomov v verigi s položajem dvojne vezi, potem je to določeno s položajem substituentov, tako kot pri nasičenih ogljikovodikih.
3. Oblikovanje imena.
Imena alkenov so tvorjena na enak način kot imena alkanov. Na koncu imena navedite številko ogljikovega atoma, pri katerem se začne dvojna vez, in pripono, ki označuje, da spojina spada v razred alkenov - -en.
Na primer:
Fizikalne in kemijske lastnosti alkenov
fizične lastnosti. Prvi trije predstavniki homolognega niza alkenov so plini; snovi sestave $C_5H_(10)$ - $C_(16)H_(32)$ so tekočine; višji alkeni so trdne snovi.
Vrelišče in tališče se seveda povečata s povečanjem molekulske mase spojin.
Kemijske lastnosti.
Adicijske reakcije. Spomnimo se, da je značilnost predstavnikov nenasičenih ogljikovodikov - alkenov sposobnost vstopanja v adicijske reakcije. Večina teh reakcij poteka po mehanizmu
1. hidrogeniranje alkenov. Alkeni lahko dodajo vodik v prisotnosti katalizatorjev za hidrogeniranje, kovine - platina, paladij, nikelj:
$CH_3—CH_2—CH=CH_2+H_2(→)↖(Pt)CH_3—CH_2—CH_2—CH_3$.
Ta reakcija poteka pri atmosferskem in povišanem tlaku in ne zahteva visoke temperature, ker je eksotermna. S povišanjem temperature na istih katalizatorjih lahko pride do obratne reakcije, dehidrogenacije.
2. Halogeniranje (dodajanje halogenov). Interakcija alkena z bromovo vodo ali raztopino broma v organskem topilu ($CCl_4$) vodi do hitrega razbarvanja teh raztopin zaradi dodajanja molekule halogena k alkenu in tvorbe dihalogen alkanov:
$CH_2=CH_2+Br_2→CH_2Br—CH_2Br$.
3.
$CH_3-(CH)↙(propen)=CH_2+HBr→CH_3-(CHBr)↙(2-bromopropen)-CH_3$
Ta reakcija je podvržena Markovnikovo pravilo:
Ko alkenu dodamo vodikov halid, je vodik vezan na bolj hidrogeniran ogljikov atom, tj. atom, na katerem je več atomov vodika, in halogen - na manj hidrogeniran.
Hidracija alkenov povzroči nastanek alkoholov. Na primer, dodajanje vode k etenu je osnova ene od industrijskih metod za proizvodnjo etilnega alkohola:
$(CH_2)↙(eten)=CH_2+H_2O(→)↖(t,H_3PO_4)CH_3-(CH_2OH)↙(etanol)$
Upoštevajte, da primarni alkohol (s hidrokso skupino na primarnem ogljiku) nastane samo, ko je eten hidriran. Ko se propen ali drugi alkeni hidrirajo, nastanejo sekundarni alkoholi.
Tudi ta reakcija poteka po Markovnikovem pravilu - vodikov kation je vezan na bolj hidrogeniran atom ogljika, hidrokso skupina pa na manj hidrogeniran.
5. Polimerizacija. Poseben primer adicije je reakcija polimerizacije alkenov:
$nCH_2(=)↙(eten)CH_2(→)↖(UV svetloba,R)(...(-CH_2-CH_2-)↙(polietilen)...)_n$
Ta adicijska reakcija poteka po mehanizmu prostih radikalov.
6. Reakcija oksidacije.
Kot vse organske spojine alkeni gorijo v kisiku in tvorijo $CO_2$ in $H_2O$:
$CH_2=CH_2+3O_2→2CO_2+2H_2O$.
Na splošno:
$C_(n)H_(2n)+(3n)/(2)O_2→nCO_2+nH_2O$
Za razliko od alkanov, ki so odporni proti oksidaciji v raztopinah, se alkeni zlahka oksidirajo z delovanjem raztopin kalijevega permanganata. V nevtralnih ali alkalnih raztopinah se alkeni oksidirajo v diole (dihidrične alkohole), hidroksilne skupine pa so vezane na tiste atome, med katerimi je pred oksidacijo obstajala dvojna vez:
Alkadieni (dienski ogljikovodiki)
Alkadieni so aciklični ogljikovodiki, ki vsebujejo v molekuli poleg enojnih vezi še dve dvojni vezi med ogljikovimi atomi in ustrezajo splošni formuli $C_(n)H_(2n-2)$.
Glede na medsebojno razporeditev dvojnih vezi ločimo tri vrste dienov:
- alkadieni z kumulirano razporeditev dvojnih vezi:
- alkadieni z konjugiran dvojne vezi;
$CH_2=CH—CH=CH_2$;
- alkadieni z izolirana dvojne vezi
$CH_2=CH—CH_2—CH=CH_2$.
Vse tri vrste alkadienov se med seboj bistveno razlikujejo po strukturi in lastnostih. Centralni atom ogljika (atom, ki tvori dve dvojni vezi) v alkadienih s kumuliranimi vezmi je v $sp$-hibridizacijskem stanju. Tvori dve $σ$-vezi, ki ležita na isti premici in sta usmerjeni v nasprotni smeri, ter dve $π$-vezi, ki ležita v pravokotnih ravninah. $π$-vezi nastanejo zaradi nehibridiziranih p-orbital vsakega ogljikovega atoma. Lastnosti alkadienov z izoliranimi dvojnimi vezmi so zelo specifične, ker konjugirane $π$-vezi pomembno vplivajo druga na drugo.
p-Orbitale, ki tvorijo konjugirane $π$-vezi, sestavljajo praktično en sistem (imenuje se $π$-sistem), ker p-orbitale sosednjih $π$-vezi se delno prekrivajo.
Izomerija in nomenklatura
Za alkadiene je značilna tako strukturna izomerija kot cis- in trans-izomerija.
Strukturna izomerija.
— izomerija ogljikovega skeleta:
— izomerija položaja več vezi:
$(CH_2=CH—CH=CH_2)↙(butadien-1,3)$ $(CH_2=C=CH—CH_3)↙(butadien-1,2)$
cis-, trans- izomerija (prostorska in geometrijska)
Na primer:
Alkadieni so izomerne spojine iz razredov alkinov in cikloalkenov.
Pri oblikovanju imena alkadiena so navedena števila dvojnih vezi. Glavna veriga mora nujno vsebovati dve večkratni vezi.
Na primer:
Fizikalne in kemijske lastnosti alkadienov
fizične lastnosti.
V normalnih pogojih sta propandien-1,2, butadien-1,3 plina, 2-metilbutadien-1,3 je hlapljiva tekočina. Alkadieni z izoliranimi dvojnimi vezmi (najenostavnejši med njimi je pentadien-1,4) so tekočine. Višji dieni so trdne snovi.
Kemijske lastnosti.
Kemijske lastnosti alkadienov z izoliranimi dvojnimi vezmi se malo razlikujejo od lastnosti alkenov. Alkadieni s konjugiranimi vezmi imajo nekatere posebnosti.
1. Adicijske reakcije. Alkadieni lahko dodajajo vodik, halogene in vodikove halogenide.
Značilnost dodatka k alkadienom s konjugiranimi vezmi je zmožnost pritrjevanja molekul na položajih 1 in 2 ter na položajih 1 in 4.
Razmerje produktov je odvisno od pogojev in načina izvajanja ustreznih reakcij.
2.reakcija polimerizacije. Najpomembnejša lastnost dienov je sposobnost polimerizacije pod vplivom kationov ali prostih radikalov. Polimerizacija teh spojin je osnova sintetičnega kavčuka:
$nCH_2=(CH—CH=CH_2)↙(butadien-1,3)→((... —CH_2—CH=CH—CH_2— ...)_n)↙(\text"sintetični butadienski kavčuk")$ .
Polimerizacija konjugiranih dienov poteka kot 1,4-adicija.
V tem primeru se izkaže, da je dvojna vez osrednja v povezavi, elementarna povezava pa lahko prevzame obe cis-, in trans- konfiguracijo.
alkini
Alkini so aciklični ogljikovodiki, ki vsebujejo v molekuli poleg enojnih vezi še eno trojno vez med ogljikovimi atomi in ustrezajo splošni formuli $C_(n)H_(2n-2)$.
Homologna serija etina
Nerazvejeni alkini sestavljajo homologno vrsto etina (acetilena):
$C_2H_2$ - etin, $C_3H_4$ - propin, $C_4H_6$ - butin, $C_5H_8$ - pentin, $C_6H_(10)$ - heksin itd.
Izomerija in nomenklatura
Za alkine, pa tudi za alkene, je značilna strukturna izomerija: izomerija ogljikovega skeleta in izomerija položaja večkratne vezi. Najenostavnejši alkin, za katerega so značilni strukturni izomeri položaja večkratne vezi razreda alkinov, je butin:
$CH_3—(CH_2)↙(butin-1)—C≡CH$ $CH_3—(C≡C)↙(butin-2)—CH_3$
Izomerija ogljikovega skeleta v alkinih je možna, začenši s pentinom:
Ker trojna vez predpostavlja linearno strukturo ogljikove verige, je geometrijska ( cis-, trans-) izomerija za alkine ni mogoča.
Prisotnost trojne vezi v molekulah ogljikovodikov tega razreda se odraža s pripono -in, in njegov položaj v verigi - število ogljikovega atoma.
Na primer:
Alkini so izomerne spojine nekaterih drugih razredov. Torej imajo heksin (alkin), heksadien (alkadien) in cikloheksen (cikloalken) kemijsko formulo $С_6Н_(10)$:
Fizikalne in kemijske lastnosti alkinov
fizične lastnosti. Vrelišče in tališče alkinov, pa tudi alkenov, se seveda poveča s povečanjem molekulske mase spojin.
Alkini imajo specifičen vonj. V vodi so bolj topni kot alkani in alkeni.
Kemijske lastnosti.
Adicijske reakcije. Alkini so nenasičene spojine in vstopajo v adicijske reakcije. V bistvu so to reakcije. elektrofilni dodatek.
1. Halogeniranje (dodajanje molekule halogena). Alkin lahko veže dve molekuli halogena (klor, brom):
$CH≡CH+Br_2→(CHBr=CHBr)↙(1,2-dibromoetan),$
$CHBr=CHBr+Br_2→(CHBr_2-CHBr_2)↙(1,1,2,2-tetrabromoethane)$
2. Hidrohalogeniranje (dodajanje vodikovega halida). Adicijska reakcija vodikovega halida, ki poteka po elektrofilnem mehanizmu, prav tako poteka v dveh stopnjah in na obeh stopnjah je izpolnjeno Markovnikovo pravilo:
$CH_3-C≡CH+Br→(CH_3-CBr=CH_2)↙(2-bromopropen),$
$CH_3-CBr=CH_2+HBr→(CH_3-CHBr_2-CH_3)↙(2,2-dibromopropan)$
3. Hidracija (dodajanje vode). Za industrijsko sintezo ketonov in aldehidov je zelo pomembna reakcija dodajanja vode (hidratacija), ki jo imenujemo Reakcija Kucherova:
4. hidrogeniranje alkinov. Alkini dodajajo vodik v prisotnosti kovinskih katalizatorjev ($Pt, Pd, Ni$):
$R-C≡C-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH=CH-R,$
$R-CH=CH-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH_2-CH_2-R$
Ker trojna vez vsebuje dve reaktivni $π$ vezi, alkani dodajajo vodik v korakih:
1) trimerizacija.
Ko etin prehajamo preko aktivnega oglja, nastane mešanica produktov, od katerih je eden benzen:
2) dimerizacija.
Poleg trimerizacije acetilena je možna tudi njegova dimerizacija. Pod delovanjem monovalentnih bakrovih soli nastane vinilacetilen:
$2HC≡CH→(HC≡C-CH=CH_2)↙(\text"buten-1-in-3(vinilacetilen)")$
Ta snov se uporablja za proizvodnjo kloroprena:
$HC≡C-CH=CH_2+HCl(→)↖(CaCl)H_2C=(CCl-CH)↙(kloropren)=CH_2$
s polimerizacijo katere nastane kloropren kavčuk:
$nH_2C=CCl-CH=CH_2→(...-H_2C-CCl=CH-CH_2-...)_n$
Alkinska oksidacija.
Etin (acetilen) gori v kisiku s sproščanjem zelo velike količine toplote:
$2C_2H_2+5O_2→4CO_2+2H_2O+2600kJ$ Ta reakcija temelji na delovanju oksi-acetilenskega gorilnika, katerega plamen ima zelo visoko temperaturo (več kot $3000°C$), kar omogoča njegovo uporabo za rezanje in varjenje kovin.
V zraku acetilen gori z dimljenim plamenom, ker. vsebnost ogljika v njegovi molekuli je večja kot v molekulah etana in etena.
Alkini tako kot alkeni razbarvajo nakisane raztopine kalijevega permanganata; v tem primeru pride do uničenja večkratne vezi.
Ionski (pravilo V.V. Markovnikova) in radikalski reakcijski mehanizmi v organski kemiji
Vrste kemijskih reakcij v organski kemiji
Reakcije organskih snovi lahko formalno razdelimo na štiri glavne vrste: substitucija, adicija, eliminacija (eliminacija) in preureditev (izomerizacija). Očitno celotne raznolikosti reakcij organskih spojin ni mogoče zmanjšati na predlagano klasifikacijo (na primer reakcije zgorevanja). Vendar bo takšna razvrstitev pomagala vzpostaviti analogije z reakcijami, ki potekajo med anorganskimi snovmi, ki so vam že znane iz tečaja anorganske kemije.
Praviloma se glavna organska spojina, ki sodeluje v reakciji, imenuje substrat, druga komponenta reakcije pa se pogojno šteje za reagent.
Nadomestne reakcije
Reakcije, pri katerih pride do zamenjave enega atoma ali skupine atomov v prvotni molekuli (substratu) z drugimi atomi ali skupinami atomov, imenujemo substitucijske reakcije.
Substitucijske reakcije vključujejo nasičene in aromatske spojine, kot so alkani, cikloalkani ali areni.
Navedimo primere takih reakcij.
Pod vplivom svetlobe se atomi vodika v molekuli metana lahko nadomestijo z atomi halogena, na primer z atomi klora:
$CH_4+Cl_2→CH_3Cl+HCl$
Drug primer zamenjave vodika s halogenom je pretvorba benzena v bromobenzen:
Enačbo za to reakcijo lahko zapišemo drugače:
Pri tej obliki zapisa so nad puščico zapisani reagenti, katalizator, reakcijski pogoji, pod njo pa anorganski produkti reakcije.
Adicijske reakcije
Reakcije, pri katerih se dve ali več molekul reaktantov združijo v eno, imenujemo adicijske reakcije.
Nenasičene spojine, kot so alkeni ali alkini, vstopajo v adicijske reakcije.
Glede na to, katera molekula deluje kot reagent, ločimo hidrogeniranje (ali redukcijo), halogeniranje, hidrohalogeniranje, hidratacijo in druge adicijske reakcije. Vsak od njih zahteva določene pogoje.
1. hidrogeniranje- reakcija adicije molekule vodika na večkratno vez:
$CH_3(-CH=)↙(\text"propen")CH_2+H_2(→)↖(Pt)CH_3(-CH_2-)↙(\text"propane")-CH_3$
2.Hidrohalogeniranje— reakcija adicije vodikovega halida (hidrokloriranje):
$(CH_2=)↙(\text"eten")CH_2+HCl→CH_3(-CH_2-)↙(\text"kloroetan")-Cl$
3.Halogeniranje- reakcija dodajanja halogena:
$(CH_2=)↙(\text"eten")CH_2+Cl_2→(CH_2Cl-CH_2Cl)↙(\text"1.2-dikloroetan")$
4. Polimerizacija- posebna vrsta adicijskih reakcij, med katerimi se molekule snovi z majhno molekulsko maso med seboj spajajo v molekule snovi z zelo visoko molekulsko maso - makromolekul.
Reakcije polimerizacije so procesi združevanja številnih molekul nizkomolekularne snovi (monomera) v velike molekule (makromolekule) polimera.
Primer reakcije polimerizacije je proizvodnja polietilena iz etilena (etena) pod vplivom ultravijoličnega sevanja in radikalnega iniciatorja polimerizacije $R:$
$(nCH_2=)↙(\text"eten")CH_2(→)↖(\text"UV svetloba,R")((...-CH_2-CH_2-...)_n)↙(\text" polietilen ")$
Kovalentna vez, ki je najbolj značilna za organske spojine, nastane ob prekrivanju atomskih orbital in tvorbi skupnih elektronskih parov. Posledično se oblikuje orbitala, skupna dvema atomoma, na kateri se nahaja skupni elektronski par. Ko se vez prekine, je lahko usoda teh skupnih elektronov drugačna.
Vrste reaktivnih delcev v organski kemiji
Orbitala z nesparjenim elektronom, ki pripada enemu atomu, se lahko prekriva z orbitalo drugega atoma, ki prav tako vsebuje nesparjen elektron. Posledica tega je nastanek kovalentne vezi menjalni mehanizem:
$H + H→H:H,$ ali $H-H$
menjalni mehanizem Kovalentna vez nastane, če iz neparnih elektronov, ki pripadajo različnim atomom, nastane skupni elektronski par.
Proces, ki je nasproten nastanku kovalentne vezi z mehanizmom izmenjave, je prekinitev vezi, pri kateri gre en elektron k vsakemu atomu. Posledično nastaneta dva nenabita delca z neparnimi elektroni:
Takšni delci se imenujejo prosti radikali.
prosti radikali- atomi ali skupine atomov, ki imajo nesparjene elektrone.
Reakcije, ki potekajo pod delovanjem in s sodelovanjem prostih radikalov, imenujemo prostoradikalske reakcije.
V tečaju anorganske kemije so to reakcije interakcije vodika s kisikom, halogeni, reakcije zgorevanja. Upoštevajte, da je za tovrstne reakcije značilna visoka hitrost, sproščanje velike količine toplote.
Kovalentna vez lahko nastane tudi z donorsko-akceptorskim mehanizmom. Ena od orbital atoma (ali aniona), na kateri se nahaja nedeljeni elektronski par, se prekriva z nezapolnjeno orbitalo drugega atoma (ali kationa), ki ima nezapolnjeno orbitalo, in nastane kovalentna vez npr. :
$H^(+)+(:O-H^(-))↙(\text"acceptor")→(H-O-H)↙(\text"donor")$
Pretrganje kovalentne vezi povzroči nastanek pozitivno in negativno nabitih delcev; ker v tem primeru oba elektrona iz skupnega elektronskega para ostaneta pri enem od atomov, ima drugi atom nezapolnjeno orbitalo:
$R:|R=R:^(-)+R^(+)$
Razmislite o elektrolitski disociaciji kislin:
$H:|Cl=H^(+)+Cl^(-)$
Zlahka ugibamo, da bodo delec z nedeljenim elektronskim parom $R:^(-)$, torej negativno nabit ion, privlačili pozitivno nabiti atomi ali atomi, na katerih je vsaj delni ali efektivni pozitivni naboj. Imenujemo delce z nedeljenimi elektronskimi pari nukleofilna sredstva (jedro- jedro, pozitivno nabit del atoma), torej "prijatelji" jedra, pozitivni naboj.
Nukleofili ($Nu$)- anioni ali molekule, ki imajo osamljen elektronski par, ki medsebojno delujejo z deli molekul, na katerih je koncentriran učinkovit pozitivni naboj.
Primeri nukleofilov: $Cl^(-)$ (kloridni ion), $OH^(-)$ (hidroksidni anion), $CH_3O^(-)$ (metoksidni anion), $CH_3COO^(-)$ (acetatni anion ).
Nasprotno, delci, ki imajo nezapolnjeno orbitalo, se bodo trudili, da bi jo zapolnili, zato jih bodo privlačila območja molekul, ki imajo povečano gostoto elektronov, negativen naboj in nedeljen elektronski par. So elektrofili, »prijatelji« elektrona, negativnega naboja ali delci s povečano elektronsko gostoto.
elektrofili- kationi ali molekule, ki imajo nezapolnjeno elektronsko orbitalo, ki jo težijo zapolniti z elektroni, saj to vodi do ugodnejše elektronske konfiguracije atoma.
Primeri elektrofilov: $NO_2$ (nitro skupina), -$COOH$ (karboksil), -$CN$ (nitrilna skupina), -$COH$ (aldehidna skupina).
Ni vsak delec s prazno orbitalo elektrofil. Tako imajo na primer kationi alkalijskih kovin konfiguracijo inertnih plinov in ne težijo k pridobivanju elektronov, saj imajo nizko afiniteto do elektronov. Iz tega lahko sklepamo, da kljub prisotnosti nezapolnjene orbite takšni delci ne bodo elektrofili.
Glavni reakcijski mehanizmi
Identificirali smo tri glavne vrste reagirajočih delcev - proste radikale, elektrofile, nukleofile - in tri vrste reakcijskih mehanizmov, ki jim ustrezajo:
- prosti radikal;
- elektrofilna;
- nukleofilni.
Organska kemija poleg razvrščanja reakcij glede na vrsto reagirajočih delcev loči štiri vrste reakcij po principu spreminjanja sestave molekul: adicijo, substitucijo, eliminacijo ali eliminacijo (iz lat. izločanje- brisanje, odcepitev) in preureditev. Ker lahko pride do dodajanja in substitucije pod delovanjem vseh treh tipov reaktivnih vrst, je mogoče razlikovati med več glavnimi reakcijskimi mehanizmi.
1.Zamenjava prostih radikalov:
$(CH_4)↙(\text"metan")+Br_2(→)↖(\text"UV svetloba")(CH_3Br)↙(\text"bromometan")+HBr$
2. Dodatek prostih radikalov:
$nCH_2=CH_2(→)↖(\text"UV luč,R")(...-CH_2-CH_2-...)_n$
3. Elektrofilna substitucija:
4. Elektrofilna povezava:
$CH_3-(CH=)↙(\text"propen")CH_2+HBr(→)↖(\text"raztopina")(CH_3-CHBr-CH_3)↙(\text"2-bromopropan")$
$CH_3(-C≡)↙(\text"propyne")CH+Cl_2(→)↖(\text"raztopina")(CH_3-CCl=CHCl)↙(\text"1,2-dikloropropen")$
5. Nukleofilni dodatek:
Poleg tega bomo obravnavali reakcije cepitve oziroma eliminacije, ki potekajo pod vplivom nukleofilnih delcev – baz.
6. Odprava:
$CH_3-CHBr-CH_3+NaOH(→)↖(\text"alkoholna raztopina")CH_3-CH=CH_2+NaBr+H_2O$
Pravilo V. V. Markovnikova
Posebna značilnost alkenov (nenasičenih ogljikovodikov) je sposobnost vstopa v adicijske reakcije. Večina teh reakcij poteka po mehanizmu elektrofilni dodatek.
Hidrohalogeniranje (dodajanje vodikovega halida):
$CH_3(-CH-)↙(\text"propen")CH_2+HBr→CH_3(-CHBr-CH_3)↙(\text"2-bromopropan")$
Ta reakcija je podvržena Pravilo V. V. Markovnikova: ko vodikov halid dodamo alkenu, se vodik doda bolj hidrogeniranemu ogljikovemu atomu, tj. atom, na katerem je več atomov vodika, in halogen - na manj hidrogeniran.
Ogljikovodiki, v molekulah katerih so atomi povezani z enojnimi vezmi in ki ustrezajo splošni formuli C n H 2 n +2.
V molekulah alkanov so vsi ogljikovi atomi v stanju sp 3 hibridizacije. To pomeni, da so vse štiri hibridne orbitale ogljikovega atoma enake po obliki, energiji in usmerjene v vogale enakostranične trikotne piramide - tetraedra. Kota med orbitalama sta 109° 28'.
Okoli ene same vezi ogljik-ogljik je možno skoraj prosto vrtenje, molekule alkanov pa lahko prevzamejo najrazličnejše oblike s koti pri ogljikovih atomih blizu tetraedrskih (109 ° 28 ′), na primer v molekuli n-pentan.
Še posebej velja spomniti na vezi v molekulah alkanov. Vse vezi v molekulah nasičenih ogljikovodikov so enojne. Prekrivanje se pojavi vzdolž osi,
ki povezujejo jedra atomov, tj. to so σ-vezi. Vezi ogljik-ogljik so nepolarne in slabo polarizacijske. Dolžina C-C vezi v alkanih je 0,154 nm (1,54 10 - 10 m). C-H vezi so nekoliko krajše. Elektronska gostota je nekoliko premaknjena proti bolj elektronegativnemu atomu ogljika, kar pomeni, da je vez C-H šibko polarna.
Odsotnost polarnih vezi v molekulah nasičenih ogljikovodikov vodi do dejstva, da so slabo topni v vodi in ne delujejo z nabitimi delci (ioni). Za alkane so najbolj značilne reakcije, pri katerih sodelujejo prosti radikali.
Homologne vrste metana
homologi- snovi, podobne zgradbi in lastnostim, ki se razlikujejo po eni ali več skupinah CH 2 .
Izomerija in nomenklatura
Za alkane je značilna tako imenovana strukturna izomerija. Strukturni izomeri se med seboj razlikujejo po zgradbi ogljikovega skeleta. Najenostavnejši alkan, za katerega so značilni strukturni izomeri, je butan. 
Osnove nomenklature
1. Izbira glavnega tokokroga. Oblikovanje imena ogljikovodika se začne z opredelitvijo glavne verige - najdaljše verige ogljikovih atomov v molekuli, ki je tako rekoč njena osnova.
2. Oštevilčenje atomov glavne verige. Atomom glavne verige so dodeljene številke. Številčenje atomov glavne verige se začne od konca, ki je najbližje substituentu (strukturi A, B). Če so substituenti enako oddaljeni od konca verige, potem se številčenje začne od konca, na katerem jih je več (struktura B). Če so različni substituenti na enaki razdalji od koncev verige, potem se številčenje začne od konca, ki mu je starejši bližje (struktura D). Seniornost substituentov ogljikovodikov je določena z vrstnim redom, v katerem v abecedi sledi črka, s katero se začne njihovo ime: metil (-CH 3), nato etil (-CH 2 -CH 3), propil (-CH 2 -CH 2 -CH 3 ) itd.
Upoštevajte, da se ime nadomestka tvori z zamenjavo pripone -an s pripono - mulj v imenu ustreznega alkana.
3. Oblikovanje imena. Na začetku imena so navedene številke - številke ogljikovih atomov, na katerih se nahajajo substituenti. Če je pri danem atomu več substituentov, se ustrezna številka v imenu dvakrat ponovi, ločena z vejico (2,2-). Za številko vezaj označuje število substituentov ( di- dva, tri- trije, tetra- štiri, penta- pet) in ime substituenta (metil, etil, propil). Nato brez presledkov in vezajev - ime glavne verige. Glavna veriga se imenuje ogljikovodik - član metanske homologne serije ( metan CH 4, etan C 2 H 6, propan C 3 H 8, C 4 H 10, pentan C 5 H 12, heksan C 6 H 14, heptan C 7 H 16, oktan C 8 H 18, nonan C 9 H 20, dekan C 10 H 22).
Fizikalne lastnosti alkanov
Prvi štirje predstavniki homologne vrste metana so plini. Najenostavnejši med njimi je metan - plin brez barve, okusa in vonja (vonj "plina", ki ga občutite, morate poklicati 04, določa vonj merkaptanov - spojin, ki vsebujejo žveplo, posebej dodanih metanu, ki se uporablja v gospodinjskih in industrijskih plinskih naprav, tako da lahko ljudje v njihovi bližini zavohajo puščanje).
Ogljikovodiki s sestavo od C 4 H 12 do C 15 H 32 - tekočine; težji ogljikovodiki so trdne snovi. Vrelišče in tališče alkanov postopoma narašča z večanjem dolžine ogljikove verige. Vsi ogljikovodiki so slabo topni v vodi; tekoči ogljikovodiki so pogosta organska topila.
Kemijske lastnosti alkanov
substitucijske reakcije.
Najbolj značilne za alkane so reakcije substitucije prostih radikalov, med katerimi se vodikov atom zamenja z atomom halogena ali kakšno skupino. Predstavimo enačbe karakterističnih reakcij halogeniranje: 
V primeru presežka halogena lahko gre kloriranje dlje, do popolne zamenjave vseh vodikovih atomov s klorom: 
Nastale snovi se pogosto uporabljajo kot topila in izhodne snovi v organski sintezi.
Reakcija dehidrogeniranja(odcepitev vodika).
Med prehodom alkanov preko katalizatorja (Pt, Ni, Al 2 0 3, Cr 2 0 3) pri visoki temperaturi (400-600 ° C) se molekula vodika odcepi in nastane alken:
Reakcije, ki jih spremlja uničenje ogljikove verige.
Vsi nasičeni ogljikovodiki gorijo s tvorbo ogljikovega dioksida in vode. Plinasti ogljikovodiki, pomešani z zrakom v določenih razmerjih, lahko eksplodirajo.
1. Zgorevanje nasičenih ogljikovodikov je eksotermna reakcija prostih radikalov, kar je zelo pomembno pri uporabi alkanov kot goriva:
Na splošno lahko reakcijo zgorevanja alkanov zapišemo takole:
2. Toplotna cepitev ogljikovodikov.
Proces poteka po mehanizmu prostih radikalov. Povišanje temperature povzroči homolitično pretrganje vezi ogljik-ogljik in nastanek prostih radikalov.
Ti radikali medsebojno delujejo in izmenjujejo atom vodika, pri čemer nastaneta molekula alkana in molekula alkena:
Reakcije termične cepitve so osnova industrijskega procesa – krekinga ogljikovodikov. Ta proces je najpomembnejša stopnja rafiniranja nafte.
3. Piroliza. Ko se metan segreje na temperaturo 1000 ° C, se začne piroliza metana - razgradnja na preproste snovi: 
Pri segrevanju na temperaturo 1500 ° C je možna tvorba acetilena:
4. Izomerizacija. Pri segrevanju linearnih ogljikovodikov z izomerizacijskim katalizatorjem (aluminijev klorid) nastanejo snovi z razvejanim ogljikovim skeletom: 
5. Aromatizacija. Alkani s šestimi ali več atomi ogljika v verigi se v prisotnosti katalizatorja ciklizirajo v benzen in njegove derivate: 
Alkani vstopajo v reakcije, ki potekajo po mehanizmu prostih radikalov, saj so vsi ogljikovi atomi v molekulah alkanov v stanju sp 3 hibridizacije. Molekule teh snovi so zgrajene s pomočjo kovalentnih nepolarnih vezi C-C (ogljik - ogljik) in šibko polarnih vezi C-H (ogljik - vodik). Nimajo območij z visoko in nizko elektronsko gostoto, zlahka polarizirajočih vezi, to je takšnih vezi, v katerih se elektronska gostota lahko premakne pod vplivom zunanjih dejavnikov (elektrostatična polja ionov). Posledično alkani ne bodo reagirali z nabitimi delci, saj se vezi v molekulah alkanov ne pretrgajo s heterolitskim mehanizmom. 
