6. Предельные углеводороды

Предельными углеводородами (алканами) называются соединения, состоящие из атомов углерода и водорода, соединенных между собой только σ-связями. В алканах атомы углерода находятся в состоянии sp³-гибридизации.

Изомерия и номенклатура

Для предельных углеводородов характерна структурная изомерия. Изомеры этого типа отличаются друг от друга порядком связей между отдельными атомами в молекуле (структурой углеродной цепи).

Как ранее отмечалось, первые четыре члена гомологического ряда предельных углеводородов сохранили тривиальные названия: метан, этан, пропан, бутан. По рациональной номенклатуре алканы называют как производные метана. При выборе основы используют или самый разветвленный атом углерода, или тот, вокруг которого стоят наиболее простые радикалы. По номенклатуре ИЮПАК названия предельных углеводородов характеризуются суффиксом «ан».

триметилизобутилметан трет-бутилнеопентилметан

2,2,4-триметилпентан 2,2,5,5-тетраметилгексан

Способы получения

Главным природным источником предельных углеводородов является нефть, а для первых членов гомологического ряда – природный и попутный газы.

Выделение индивидуальных соединений из нефти или продуктов ее крекинга – задача весьма трудоемкая, поэтому приходится прибегать к синтетическим методам получения.

1. Алканы могут быть получены при восстановлении алкенов или алкинов водородом в присутствии катализаторов. Катализаторами гидрирования и дегидрирования чаще всего используют специальным образом обработанные металлические платину, палладий или никель.

пропин пропен

пропен пропан

2. Самые разнообразные производные алканов могут быть восстановлены при высокой температуре восстановителями или водородом на катализаторе. Обычно эта реакция используется для восстановления галогенопроизводных:

иодэтан этан

бромистый этил этан

3. Предельные углеводороды образуются при действии воды на металлоорганические соединения:

бромистый этилмагний этан

4. В лабораторной практике алканы получают сплавлением солей карбоновых кислот со щелочами:

ацетат натрия метан

5. При действии металлического натрия на моногалогенопроизводные (реакция Вюрца):

2 CH₃─CH₂─J 2NaJ + CH₃─CH₂─CH₂─CH₃

иодэтан бутан

Если в реакции Вюрца участвуют два типа галогенопроизводных, то образуется смесь трех различных алканов, так как вероятность встречи в реакционном комплексе молекул одинаковых или разных равна:

6. Электролиз солей карбоновых кислот (реакция Кольбе):

Анионы кислотного остатка окисляются на аноде с образованием свободных радикалов:

которые объединяются в молекулы предельных углеводородов: