Transcript Alkanai
TURINYS Alkanų sandara....................................................3 Homologinė eilė .................................................12 Nomenklatūra.....................................................14 Izomerija.............................................................17 Gavimo būdai.....................................................22 Fizikinės savybės...............................................29 Cheminės savybės.............................................33 Atpažinimo reakcijos..........................................52 Šaltiniai..............................................................53 2 Alkanai – tai angliavandeniliai, prisotinti vandenilio. Iš čia ir pavadinimas: sotieji, arba prisotintieji, angliavandeniliai. Kitaip jie dar vadinami parafinais. 3 Paplitimas gamtoje • Gamtines dujos - 75%-85% metanas, 25%-2% etanas, propanas ir kiti. • Nafta ir naftos dujos – 30%-80% metanas, 4 % -20 % etanas, 5 % -20 % propanas, 5 % -20 % butanas. • Akmens anglis 4 С18Н38 + СuО = 18СО2 + 19 Н2О + 55Сu Ca (OH)2 + CO2 = CaCO3 ↓ + H2O 5 Anglies atomas Hibridizacijos būklė sp 3. Valentinis kampas 1090 28/. Jungties ilgis 0,154 nm -9 (1 nm – 10 m) 6 Metanas CH4 7 Metanas CH4 Strypinis modelis Pusiau rutulinis modelis 8 Etanas C2H8 9 Etanas C2H8 Strypinis modelis Pusiau rutulinis modelis 10 Pirmieji 4 alkanų eilės junginių pavadinimai yra atsitiktiniai, trivialiniai (iš lot. kalbos - įprastinis). Kitų eilės narių pavadinimai sudaryti iš graikiškų skaitvardžių, rodančių anglies atomų skaičių molekulėje, ir galūnės –anas. 11 Taikant racionalinę nomenklatūrą, alkanų pavadinimai sudaromi taip: imamas metano pavadinimas ir prirašomi radikalų pavadini-mai, pakeitusių metane vandenilio atomus. Radikalai išvardijami iš eilės nuo paprasčiausio iki sudėtingiausio. Jeigu yra keletas vieno-dų radikalų, tai jų skaičius nusakomas priešdėliu – di- (du), tri- (trys), tetra- (keturi): 12 Homologinė eilė Angliavandenilis (alkanas) Formulė Pavadinimas Radikalas (alkilas) Formulė Pavadinimas CH4 metanas CH3— metilas CH3CH3 etanas CH3CH2— etilas CH3CH2CH3 propanas CH3CH2CH2— propilas CH3(CH2)2CH3 butanas CH3(CH2)2CH2— butilas CH3(CH2)3CH3 pentanas CH3(CH2)3CH2— pentilas CH3(CH2)4CH3 heksanas CH3(CH2)4CH2— heksilas CH3(CH2)5CH3 heptanas CH3(CH2)5CH2— heptilas CH3(CH2)6CH3 oktanas CH3(CH2)6CH2— oktilas CH3(CH2)7CH3 nonanas CH3(CH2)7CH2— nonilas CH3(CH2)8CH3 dekanas CH3(CH2)8CH2— decilas (dekinas) 13 Homologinė eilė 14 Pavadinimas pagal šiuolaikinę tarptautinę nomenklatūrą (IUPAC) Skaičiai-radikalai-pagrindinė grandinė-galūnė anas 3-etil-6-metiloktanas 15 Nomenklatūra CH3 CH3 CH2 CH2 CH CH2 C CH3 CH2 CH3 3-etil-3,5-dimetiloktanas CH2 CH3 CH 3 CH CH CH 2,3,4-trimetilpentanas CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH CH 3 CH 2 CH 2 CH CH CH 3 2,3,6-trimetilheptanas CH 3 CH 3 16 Nomenklatūra 3-metilpentanas 3-etil-2-metilpentanas 3,3-dietil-5-propil-4-metiloktanas 2,2,4-trimetilpentanas 2,2,3,3-tetrametilpentanas 2-chlor-2,3-dimetilbutanas 4-etil-2,4-dimetilheptanas 2,2,4,4-tetrametilpentanas 3,3-dietil-2-metilheksanas 17 Izomerija 18 Izomerija C C C C C C C C C C C C C C C C C heptanas C C C C C 2,3,-dimetilpentanas C C C C C 2,3,3-trimetilbutanas C C 2-metilheksanas C C C C C C C C C C C C C C C 2,2-dimetilpentanas C C 3-metilheksanas C C C C C C C C 3-etilpentanas C C 3,3-dimetilpentanas C C C C C C C 2,4-dimetilpentanas 19 Alkanų izomerų skaičius Formulė Pavadinimas Izomerų skaičius Formulė Pavadinimas Izomerų skaičius CH4 metanas 1 C11H24 undekanas 159 C2H6 etanas 1 C12H26 dodekanas 355 C3H8 propanas 1 C13H28 tridekanas 802 C4H10 butanas 2 C14H30 tetradekanas 1 858 C5H12 pentanas 3 C15H32 pentadekanas 4 347 C6H14 heksanas 5 C20H42 eikozanas C7H16 heptanas 9 C25H52 pentakozanas C8H18 oktanas 18 C30H62 triakontanas C9H20 nonanas 35 C40H82 tetrakontanas C10H22 dekanas 75 366 319 36 797 588 4 111 846 763 62 491 178 805 831 20 Anglies atomai angliavandeniliuose nėra lygiaverčiai: pirminis tretinis antrinis ketvirtinis 21 Anglies atomai alkanose nėra lygiaverčiai: pirminis antrinis tretinis ketvirtinis 22 Alkanų gavimo būdai Reakcijos, kurioms vykstant nesikeičia anglies atomų skaičius molekulėje: ► Nesočiųjų angliavandenilių hidrinimas Reakcijos, kurioms vykstant sumažėja anglies atomų skaičius molekulėje: ► Krekingas ► Monokarboninių rūgščių druskų lydymas su šarmais Reakcijos, kurioms vykstant pasidaro sudėtingesnis anglies skeletas: ► Viurco reakcija ► Tiesioginė sintezė iš elementų ► Katalizinis anglies monoksido hidrinimas 200 - 400°C temperatūroje 23 Nesočiųjų angliavandenilių hidrinimas Vykstant reakcijai, dviguboje jungtyje prisijungia vandenilis. Reakcijai reikalingas katalizatorius (nikelis, platina): 24 Krekingas Įkaitinus alkanus iki 400-600°C, jų molekulėms suteikiama pakankamai energijos, kad galėtų homolitiškai nutrūkti anglis – anglis jungtis. Šis procesas vadinamas krekingu (iš angl. crack - skaidymas). Alkanas → Paprastesnis alkanas + Alkenas CH3 — CH2 — CH2 — CH3 → CH3 — CH3 + CH2 = CH2 butanas etanas etenas C4H10 → C2H6 + C2H4 C–4=2+2 H – 10 = 6 + 4 25 Monokarboninių rūgščių druskų lydymas su šarmais CH3COONa + NaOH = CH4 + Na2CO3 26 Viurco reakcija Viurco reakcija - metalinio natrio sąveika su alkilų halogenidais. Ją atrado 1855 m. prancūzų chemikas Š. Viurcas: 27 Tiesioginė sintezė iš elementų Metanas susidaro elektros lanke tarp anglies dalyvaujant vandeniliui: elektrodų, C + 2H2 → CH4 Katalizinis anglies monoksido hidrinimas 200 - 400°C temperatūroje: nCO + 2(n + 1) H2 → CnH2n+2 + nH2O 28 Fizikinės savybės •С 1 – С4 – bespalvės ir bekvapės dujos •С 5 – С 17 – bespalviai skysčiai turi benzino arba žibalo kvapą •С 18 … - kietos medžiagos, baltos spalvos, bekvapiai. •Visų alkanų tankiai mažesni už vienetą. • Jie beveik netirpsta vandenyje, bet tirpsta eteryje ir kitose organiniuose tirpikliuose. 29 Fizikinės savybės Alkanai Pavadinimas Struktūrinė formulė Tlyd, С Tvir, С Metanas CH4 –183 –161,5 Etanas CH3CH3 –172 –89 Propanas CH3CH2CH3 –188 –42 Butanas CH3(CH2)2CH3 –138 –0,5 Pentanas CH3(CH2)3CH3 –130 36 –160 28 –20 9,5 2-metilbutanas (izopentanas) CH3 C H 3C H C H 2C H 2C H 3 CH3 2,2-dimetilpropanas, (neopentanas) CH3 C CH3 CH3 Heksanas CH3(CH2)4CH3 –95 69 Heptanas CH3(CH2)5CH3 –91 98 Оktanas CH3(CH2)6CH3 –57 126 Nonanas CH3(CH2)7CH3 –54 151 Dekanas CH3(CH2)8CH3 –30 174 Pentadekanas CH3(CH2)13CH3 10 270,5 Eikozanas CH3(CH2)18CH3 37 343 30 Homologinėje eilėje laipsniškai didėja alkanų virimo, lydimosi temperatūra, taip pat tankis. 31 Šakotos grandinės alkanai verda daug žemesnėje temperatūroje, negu izomerai su normalia grandine. Lydymosi temperatūros, priešingai, kyla, didėjant anglies grandinės šakotumui. 32 Cheminės savybės Alkanai chemiškai mažai aktyvus, dėl to jie ir buvo pavadinti parafinais (iš lot. kalbos parum afinis – neturįs giminystės). Prijungimo reakcijose alkanai nedalyvauja. Tik ypatingomis sąlygomis galima atlikti kitas alkanų chemines reakcijas. Viena jų – radikalinė pakaitų reakcija. Jai būdingas grandininis mechanizmas. Grandininė reakcija – reakcija, kurios kiekvienoje stadijoje susidaro aktyvi dalelė – radikalas, sužadinantis sekančią reakciją. 33 Grandininis mechanizmas Reakcijos pradžia (iniciacija): 1) X—X 2 X• Grandinės augimo reakcijos: 2) X• + R—H H—X + R• 3) R• + X—X R—X + X• 2), 3), 2), 3)… Grandinės nutrūkimas (reakcijos pabaiga): 4) 2 X• X—X 5) R• + X• R—X 6) 2 R• R—R 34 Halogeninimas Halogeninimas – labai svarbi alkanų reakcija. Halogeninimo agentu gali būti ne tik chloras, bet ir bromas. Jodas nepajėgia reakcijoje tiesiogiai pakeisti vandenilio, o fluoras reaguoja labai energingai ir, gali visiškai suardyti organines molekules. 35 Halogeninimas Reakcijos reagentai: metanas, chloras, amoniako vandeninis tirpalas 36 Halogeninimas Metanas, tekantis vamzdeliu, padegamas 37 Halogeninimas Stiklinis dangtis, uždengiantis cilindrą, pripildytą chloro, nuimamas ir į cilindro vidų įkišama metano liepsna 38 Halogeninimas Metanas reaguoja su chloru sudarydamas suodžius, vandenilio chloridą ir įvairių metano ir chloro darinių mišinį metano ir chloro CH4 (d.) + Cl2(d.) → HCl (d.) + C (k.) + darinių mišinys 39 Halogeninimas Norint įrodyti, kad reakcijos metu susidaro vandenilio chloridas, prie cilindro angos prikišamas kamštis nuoamoniako vandeninio tirpalo butelio. 40 Halogeninimas Susidaro baltos spalvos amonio chlorido dūmai HCl (d.) + NH4OH (d.) → NH4Cl (d.) + H2O (d.) 41 Nitrinimas Paprastose temperatūrose alkanai atsparūs koncentruotai azoto rūgščiai. Tačiau, šildant juos su praskiesta azoto rūgštimi arba su azoto oksidais, vyksta nitrinimo reakcija – vandenilis pasikeičia nitrogrupe NO2. 42 Oksidavimas Alkanų paprastoje temperatūroje neveikia oro deguonis ir paprasti oksidatoriai. Ore padegti alkanai liepsnoja ir dega: 43 Oksidavimas Metano ir deguonies mišinys yra labai sprogus 44 Oksidavimas Heksano ir žibalo (C12-C18) degimas 45 Oksidavimas Parafino (C16-C40) degimas 46 Oksidavimas (katalizinis) 47 Krekingas Įkaitinus alkanus iki 400-600°C, jų molekulėms suteikiama pakankamai energijos, kad galėtų homolitiškai nutrūkti anglis – anglis jungtis. Šis procesas vadinamas krekingu (iš angl. crack - skaidymas). Alkanas → Paprastesnis alkanas + Alkenas CH3 — CH2 — CH2 — CH3 → CH3 — CH3 + CH2 = CH2 butanas etanas etenas C4H10 → C2H6 + C2H4 C–4=2+2 H – 10 = 6 + 4 48 Pirolizė (t > 600 °С) Aukštesnėse temperatūrose (650-700 °С) vyksta gilesnis skilimas – pirolizė; tada susidaro daug vandenilio, anglies likučio (kokso), paprasčiausių sočiųjų ir nesočiųjų angliavandenilių. • • 49 Dehidrinimas Dehidrinimas – vandenilio atskilimas, virstant sotiesiems angliavandeniliams nesočiaisiais: 1500°C 2CH4 → C2H2 + 3H2 Metano konversija Anglies monoksido ir vandenilio mišinys gaminamas vykdant metano konversiją vandens garais: 800°C CH4 + H2O → CO + 3H2 50 Izomerizacija Izomerizacija – anglies skeleto persitvarkimas, 51 Atpažinimo reakcijos Neblukina bromo ir kalio permanganato tirpalus 52 Šaltiniai Literatūra: V.Potatovas, S. Tatarinčik “Organinė chemija”, Vilnius, “Mokslas”,1977 Nuotraukų šaltinis: www. jce.divched.org Filmukų šaltinis: http://school-collection.edu.ru/ 53