Химические свойства алканов

CnH2n+2
Химическая устойчивость алканов объясняется высокой прочностью б - связей С-С и С-Н, а также их неполярностью. Неполярные связи С-С и С-Н не склонны к ионному разрыву, но способны расщепляться гомолитически под действием активных свободных радикалов.
В обычных условиях алканы химически инертны. Они устойчивы к действию многих реагентов: не взаимодействуют с концентрированными серной и азотной кислотами, с концентрированными и расплавленными щелочами, не окисляются сильными окислителями – перманганатом калия KMnO4 и т. п.

Наиболее характерны для алканов реакции замещения, отщепления, горения:

Реакции замещения.
Протекают по механизму радикального замещения, обозначаемого Sr (англ. substitution radicalic).
а) с галогенами (с Cl2 – на свету, с Br2 – при нагревании).
hv
трихлорметан
(хлороформ)
hv
тетрахлорметан
Хлорирование метана
CH4 + Cl2
CH3Cl + HCl
хлорметан
CH3Cl + Cl2
hv
CH2Cl2 + HCl
дихлорметан
CH2Cl2 + Cl2
hv
CHCl3 + HCl
CHCl3 + Cl2
CCl4 + HCl

Механизм реакции замещения
Состоит из 3 стадий:
-зарождение цепи
Cl2
2Cl·
-развитие цепи
CH4
+
Cl·
свет
·CH3
+
HCl
-обрыв цепи
·CH3
·CH3
+
Cl2
CH3Cl
+
Cl·
+
Cl·
CH3Cl
2Cl·
Cl2
2·CH3
C2H6

Общая схема реакции Sr
* Замещение у хлорметана идет легче, чем у метана, так как атом хлора поляризует связи С-Н и делает их реакционноспособными.
* Замещение легче всего идет у третичного атома углерода, сложнее – у вторичного, первичного атомов.

Взаимодействие со фтором
в) в атмосфере фтора происходит следующая реакция:

Нитрование алканов
б) замещение может происходить с азотной кислотой при t=140º (реакция Коновалова), при этом получаются нитросоединения:
Схема реакции:
R-H + HO-NO2
140-150 C°,P
R-NO2 + H2O

Реакции отщепления.
а) дегидрирование:
CH3 – CH3
Pt,t°
CH2=CH2 + H2
б) крекинг алканов:
CH3 – CH2 – CH2 – CH3
t°
C2H6 + C2H4
в) полное термическое разложение:
CH4
1000° C
C + 2H2
г) для метана характерен пиролиз:
2CH4
C2H2 + 3H2
1500° C
CnH2n+2
nC + (n +1)H2
этилен
этан
этен
ацетилен

Крекинг алканов
Крекинг – реакции расщепления углеродного скелета крупных молекул при нагревании и в присутствии катализаторов.
При температуре 450 – 700 ° С алканы распадаются за счет разрыва связей С – С (более прочные связи С – Н при этом сохраняются) и образуются алканы и алкены с меньшим числом углеродных атомов.
Распад связей происходит гомолитически с образованием свободных радикалов:

Виды крекинга

Реакции окисления.
а) все алканы горят с образованием углекислого газа и воды :
* б) при недостатке кислорода алканы могут сгорать до угарного газа или с образованием сажи (коптят):
в) каталитически алканы могут окисляться с разрывом С – С связи примерно в середине молекулы:

Реакции изомеризации.
Алканы подвергаются изомеризации при нагревании на катализаторе AlCl3 :

Ароматизация.
Алканы с 6 и более атомами углерода вступают в реакции дегидрирования с образованием цикла (дегидроциклизации) :