Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не следует путать с алкеном , щелочью , алкиновый или щелочным .

Химическая структура метана , простейшего алкана

В области органической химии , в алкане , или парафине (историческое тривиальное название , что также имеет другие значения ), представляет собой ациклический насыщенные углеводородный . Другими словами, алкан , состоит из водорода и углерода атомов , расположенных в виде древовидной структуры , в которой все углерод-углеродные связи являются сингл . [1] Алканы имеют общую химическую формулу C n H 2 n +2 . Алканы по сложности варьируются от простейшего случая метана (CH4 ), где n  = 1 (иногда называемая родительской молекулой), до произвольно больших и сложных молекул, таких как пентаконтан (C 50 H 102 ) или 6-этил-2-метил-5- (1-метилэтил) октан, изомер из тетрадекана (С 14 Н 30 ).

Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) определяет алканы , как «ациклическую разветвленные или неразветвленные углеводороды , имеющие общую формулу C п H 2 п + 2 , и , следовательно , состоящий исключительно из атомов водорода и насыщенных атомов углерода». Однако в некоторых источниках этот термин используется для обозначения любого насыщенного углеводорода, включая те, которые являются либо моноциклическими (т.е. циклоалканы ), либо полициклическими [2], несмотря на то, что они имеют отличную общую формулу (т.е. циклоалканы представляют собой C n H 2 n ).

В алкане каждый атом углерода sp 3 -гибридизован с 4-мя сигма-связями (либо C – C, либо C – H ), и каждый атом водорода присоединен к одному из атомов углерода (в связи C – H). Самый длинный ряд связанных атомов углерода в молекуле известен как углеродный скелет или углеродный скелет. Число атомов углерода можно рассматривать как размер алкана.

Одной группой высших алканов являются парафины , твердые вещества при стандартной температуре и давлении окружающей среды (SATP), для которых количество атомов углерода в углеродной основной цепи превышает примерно 17. С их повторяющимися звеньями –CH 2 алканы образуют гомологичные ряд органических соединений, в которых члены различаются по молекулярной массе на величину, кратную 14,03  ед. (общая масса каждой такой метиленовой мостиковой единицы, которая включает один атом углерода массой 12,01 ед. и два атома водорода массой ~ 1,01 ед. каждый) .

Метан вырабатывается метаногенными бактериями, а некоторые длинноцепочечные алканы действуют как феромоны у определенных видов животных или как защитные воски у растений и грибов. Тем не менее, большинство алканов не обладают большой биологической активностью . Их можно рассматривать как молекулярные деревья, на которые можно повесить более активные / реактивные функциональные группы биологических молекул.

Алканы имеют два основных коммерческих источника: нефть (сырая нефть) [3] и природный газ .

Алкильная группа представляет собой алкан , на основе молекул рный фрагмент , который имеет одну открытую валентность для склеивания. Обычно они сокращаются до символа любой органильной группы, R, хотя Alk иногда используется для специфического обозначения алкильной группы (в отличие от алкенильной группы или арильной группы).

Структура и классификация [ править ]

Насыщенные углеводороды - это углеводороды, имеющие только одинарные ковалентные связи между атомами углерода. Они могут быть:

  • линейный (общая формула C
    п    ЧАС
    2 п +2    ) в котором атомы углерода объединены в змееподобную структуру;
  • разветвленный (общая формула C
    п    ЧАС
    2 п +2    , n  > 3) в котором углеродная основная цепь отщепляется в одном или нескольких направлениях; Простейшим разветвленным алканом является 2-метилпропан, или более известный как изобутан , который имеет три атома углерода в качестве основной цепи и другой углерод (метильная группа), связанный со вторым атомом основной цепи, чтобы образовать "T" "сформированная молекула. Приставка «изо-» происходит от того факта, что атом водорода отсутствует от центрального атома углерода изопропилового радикала (наиболее известного своим соединением изопропилового спирта или медицинским спиртом);
  • циклический (общая формула C
    п    ЧАС
    2 п    , n  > 3), в которой углеродная основная цепь связана с образованием петли.

Согласно определению IUPAC , первые два являются алканами, а третья группа называется циклоалканами . [1] Насыщенные углеводороды также могут сочетать любую из линейных, циклических (например, полициклических) и разветвленных структур; общая формула C
пЧАС
2 п - 2 к +2, где k - количество независимых шлейфов. Алканы - ациклические (беспетлевые), соответствующие k  = 0.

Изомерия [ править ]

C 4 алканы и циклоалканы (слева направо): н -бутан и изобутан - два изомера C 4 H 10 ; циклобутан и метилциклопропан являются двумя изомерами C 4 H 8 алкана.
Бицикло [1.1.0] бутан является единственным C 4 H 6 алканом и не имеет изомера алкана; тетраэдран (ниже) является единственным алканом C 4 H 4 и поэтому не имеет изомера алкана.
Тетраэдран

Алканы с более чем тремя атомами углерода могут располагаться по-разному, образуя структурные изомеры . Самый простой изомер алкана - это тот, в котором атомы углерода расположены в единую цепь без разветвлений. Этот изомер иногда называют n- изомером ( n означает «нормальный», хотя он не обязательно является наиболее распространенным). Однако цепь атомов углерода также может быть разветвленной в одной или нескольких точках. Число возможных изомеров быстро увеличивается с увеличением числа атомов углерода. Например, для ациклических алканов: [4]

  • C 1 : только метан
  • C 2 : только этан
  • C 3 : только пропан
  • C 4 : 2 изомеры: бутан и изобутан
  • C 5 : 3 изомеры: пентан , изопентан и неопентан
  • Изомеры C 6 : 5: гексан , 2-метилпентан , 3-метилпентан , 2,2-диметилбутан и 2,3-диметилбутан.
  • Изомеры C 7 : 9: гептан , метилгексан (2 изомера), диметилпентан (4 изомера), 3-этилпентан , 2,2,3-триметилбутан.
  • C 12 : 355 изомеров
  • C 32 : 27 711 253 769 изомеров
  • C 60 : 22 158 734 535 770 411 074 184 изомеров, многие из которых нестабильны.

Разветвленные алканы могут быть хиральными . Например, 3-метилгексан и его высшие гомологи являются хиральными из-за их стереогенного центра у атома углерода 3. Приведенный выше список включает только различия связности, но не стереохимии. Помимо изомеров алканов, цепь атомов углерода может образовывать одно или несколько колец. Такие соединения называются циклоалканами , и они также исключены из приведенного выше списка, поскольку изменение количества колец меняет молекулярную формулу . Циклобутан и метилциклопропан являются изомерами друг друга, но не изомерами бутана. [ необходима цитата ]

Номенклатура [ править ]

Основная статья: номенклатура органической химии ИЮПАК

Номенклатура ИЮПАК (систематический способ именования соединений) для алканов основан на идентификации углеводородных цепей. Неразветвленные насыщенные углеводородные цепи систематически называются греческим числовым префиксом, обозначающим количество атомов углерода, и суффиксом «-ан». [5]

В 1866 году Август Вильгельм фон Хофманн предложил систематизировать номенклатуру, используя всю последовательность гласных a, e, i, o и u для создания суффиксов -ane, -ene, -ine (или -yne), -one, -une, для в углеводороды C п H 2 п + 2 , C п H 2 н , C п H 2 п -2 , C п H 2 н -4 , C п H 2 п -6 . [6] Итак, первые три названия углеводородов с одинарными, двойными и тройными связями; [7] «-one» представляет собойкетон ; «-ol» представляет собой спирт или группу ОН; «-окси-» означает простой эфир и относится к кислороду между двумя атомами углерода, так что метоксиметан - это название диметилового эфира по ИЮПАК . [8]

Трудно или невозможно найти соединения с более чем одним названием IUPAC . Это связано с тем, что более короткие цепи, прикрепленные к более длинным цепям, являются префиксами, и соглашение включает скобки. Цифры в названии, обозначающие, к какому углероду присоединена группа, должны быть как можно меньше, чтобы подразумевалось 1- и обычно опускалось в названиях органических соединений только с одной боковой группой. У симметричных соединений будет два способа получить одно и то же имя. [ необходима цитата ]

Линейные алканы [ править ]

Алканы с прямой цепью иногда обозначаются префиксом «n-» или « n -» (для «нормального»), если существует нелинейный изомер . Хотя это не является строго необходимым, использование все еще широко распространена в тех случаях , когда есть важное различие в свойствах между прямой цепью и разветвленной цепью изомеров, например, « п -бутан » , а не просто «бутан» , чтобы отличить его от изобутан . Альтернативные названия этой группы: линейные парафины или n -парафины . [ необходима цитата ]

Первые шесть членов ряда (по количеству атомов углерода) названы следующим образом:

метан
CH 4 - один углерод и 4 водорода
этан
C 2 H 6 - два углерода и 6 водород
пропан
C 3 H 8 - три углерода и 8 водорода
бутан
C 4 H 10 - четыре углерода и 10 водорода
пентан
C 5 H 12 - пять атомов углерода и 12 водорода
гексан
C 6 H 14 - шесть атомов углерода и 14 водорода

Первые четыре названия произошли от метанола , эфира , пропионовой кислоты и масляной кислоты . Алканы с пятью или более атомами углерода называют добавлением суффикса -ane к соответствующему префиксу числового умножителя [9] с исключением любой конечной гласной ( -a или -o ) из основного числового термина. Следовательно, пентан , C 5 H 12 ; гексан , C 6 H 14 ; гептан , C 7 H16 ; октан , C 8 H 18 ; Приставка обычно греческая, однако алканы с числом атомов углерода, оканчивающимся на девять, например нонан , используют латинский префикс non- . Для более полного списка см. Список алканов с прямой цепью .

Разветвленные алканы [ править ]

Бал-и-палка модель из изопентана (общее название) или 2-метилбутана (IUPAC систематического название)

Простые разветвленные алканы часто имеют общее название, в котором используется префикс, чтобы отличить их от линейных алканов, например н- пентан , изопентан и неопентан .

Соглашения об именах ИЮПАК могут использоваться для создания систематического имени.

Ключевые шаги в названии более сложных разветвленных алканов следующие: [10]

  • Определите самую длинную непрерывную цепочку атомов углерода
  • Назовите эту самую длинную корневую цепочку, используя стандартные правила именования
  • Назовите каждую боковую цепь, изменив суффикс названия алкана с «-ан» на «-ил».
  • Пронумеруйте самую длинную непрерывную цепь, чтобы дать наименьшее возможное количество боковых цепей [11]
  • Пронумеруйте и назовите боковые цепи перед названием корневой цепи.
  • Если есть несколько боковых цепей одного и того же типа, используйте префиксы, такие как «ди-» и «три-», чтобы обозначить это как таковое, и пронумеровать каждую.
  • Добавьте имена боковых цепей в алфавитном порядке (без учета префиксов «ди-» и т. Д.) Перед именем корневой цепочки.
Сравнение номенклатур трех изомеров C 5 H 12
Распространенное имян- пентанизопентаннеопентан
Название ИЮПАКпентан2-метилбутан2,2-диметилпропан
Структура

Насыщенные циклические углеводороды [ править ]

Основная статья: Циклоалкан

Хотя этот класс углеводородов технически отличается от алканов, некоторые называют его «циклическими алканами». Как следует из их описания, они содержат одно или несколько колец. [ необходима цитата ]

Простые циклоалканы имеют приставку «цикло-», чтобы отличать их от алканов. Циклоалканы названы в соответствии с их ациклическими аналогами относительно числа атомов углерода в их основных цепях, например, циклопентан (C 5 H 10 ) представляет собой циклоалкан с 5 атомами углерода, как и пентан (C 5 H 12 ), но они соединены вверх в пятичленное кольцо. Подобным образом пропан и циклопропан , бутан и циклобутан и т. Д. [ Необходима цитата ]

Замещенные циклоалканы названы аналогично замещенным алканам - указано циклоалкановое кольцо, а заместители указаны в соответствии с их положением в кольце, а нумерация определяется правилами приоритета Кана – Ингольда – Прелога . [9]

Тривиальные / распространенные имена [ править ]

Основная статья: Список алканов с прямой цепью

Тривиальное ( несистематическое ) название алканов - «парафины». Вместе алканы известны как «парафиновая серия». Тривиальные названия соединений обычно являются историческими артефактами. Они были придуманы до появления систематических названий и были сохранены благодаря привычному использованию в промышленности. Циклоалканы еще называют нафтенами. [ необходима цитата ]

Почти наверняка термин «парафин» пришел из нефтехимической промышленности . Алканы с разветвленной цепью называются изопарафинами . Использование термина «парафин» является общим термином и часто не делает различия между чистыми соединениями и смесями изомеров , то есть соединениями одной химической формулы , например, пентаном и изопентаном . [ необходима цитата ]

В ИЮПАК

Следующие тривиальные имена сохранены в системе IUPAC:

  • изобутан для 2-метилпропана
  • изопентан для 2-метилбутана
  • неопентан для 2,2-диметилпропана.
Не-ИЮПАК

Иногда используются некоторые тривиальные имена, не относящиеся к IUPAC:

  • цетан, гексадекан
  • церан, для гексакозана [12]

Физические свойства [ править ]

Все алканы бесцветны. [13] [14] Алканы с самым низким молекулярным весом - это газы, с промежуточным молекулярным весом - жидкости, а самые тяжелые - это воскообразные твердые вещества. [ необходима цитата ]

Таблица алканов [ править ]

АлканФормулаТочка кипения [° C]Точка плавления [° C]Плотность [кг / м 3 ] (при 20 ° C )Изомеры
МетанCH 4-162−1820,656 (газ)1
ЭтанС 2 Н 6-89−1831,26 (газ)1
ПропанС 3 Н 8−42−1882,01 (газ)1
БутанС 4 Н 100−1382,48 (газ)2
ПентанС 5 Н 1236−130626 (жидкость)3
ГексанС 6 Н 1469−95659 (жидкость)5
ГептанС 7 Н 1698−91684 (жидкость)9
ОктанС 8 Н 18126−57703 (жидкость)18
НонанC 9 H 20151−54718 (жидкость)35 год
DecaneС 10 Н 22174−30730 (жидкость)75
УндеканС 11 Ч 24196−26740 (жидкость)159
ДодеканС 12 Ч 26216−10749 (жидкость)355
ТридеканC 13 H 28235-5,4756 (жидкость)802
ТетрадеканС 14 Ч 302535.9763 (жидкость)1858 г.
ПентадеканС 15 Н 3227010769 (жидкость)
ГексадеканС 16 Н 3428718773 (жидкость)
ГептадеканС 17 Н 3630322777 (сплошной)
ОктадеканС 18 Н 3831728781 (цельный)
НонадеканС 19 Ч 4033032785 (цельный)
ИкосанС 20 Ч 4234337789 (сплошной)
ТриаконтанС 30 Н 6245066810 (сплошной)
ТетраконтанС 40 Н 8252582817 (цельный)
ПентаконтанеС 50 Н 10257591824 (сплошной)
ГексаконтанС 60 Н 122625100829 (цельный)
ГептаконтанС 70 Н 142653109869 (цельный)

Точка кипения [ править ]

Точки плавления (синий) и кипения (оранжевый) первых 16 н- алканов в ° C.

Алканы испытывают межмолекулярные силы Ван-дер-Ваальса . Более сильные межмолекулярные силы Ван-дер-Ваальса приводят к более высоким температурам кипения алканов. [15]

Есть два определяющих фактора силы Ван-дер-Ваальса:

  • количество электронов, окружающих молекулу , которое увеличивается с молекулярной массой алкана
  • площадь поверхности молекулы

В стандартных условиях алканы от CH 4 до C 4 H 10 являются газообразными; от C 5 H 12 до C 17 H 36 они являются жидкостями; а после C 18 H 38 они твердые. Поскольку температура кипения алканов в первую очередь определяется массой, неудивительно, что температура кипения имеет почти линейную зависимость от размера ( молекулярной массы ) молекулы. Как показывает практика, точка кипения повышается на 20–30 ° C для каждого углерода, добавляемого в цепь; это правило применяется к другим гомологичным сериям. [15]

Алкан с прямой цепью будет иметь температуру кипения выше, чем алкан с разветвленной цепью, из-за большей площади поверхности в контакте, следовательно, больших сил Ван-дер-Ваальса между соседними молекулами. Например, сравните изобутан (2-метилпропан) и н-бутан (бутан), которые кипят при -12 и 0 ° C, и 2,2-диметилбутан и 2,3-диметилбутан, которые кипят при 50 и 58 ° C соответственно. . [15] В последнем случае две молекулы 2,3-диметилбутана могут «сцепляться» друг с другом лучше, чем 2,2-диметилбутан в форме креста, отсюда большие силы Ван-дер-Ваальса. [ необходима цитата ]

С другой стороны, циклоалканы имеют тенденцию иметь более высокие температуры кипения, чем их линейные аналоги из-за заблокированных конформаций молекул, которые создают плоскость межмолекулярного контакта. [16]

Точки плавления [ править ]

Температуры плавления алканов следуют той же тенденции, что и температуры кипения.по той же причине, что указана выше. То есть (при прочих равных) чем больше молекула, тем выше температура плавления. Есть одно существенное различие между температурами кипения и плавления. Твердые тела имеют более жесткую и фиксированную структуру, чем жидкости. Эта жесткая конструкция требует энергии для разрушения. Таким образом, для разрушения более прочных твердых конструкций потребуется больше энергии. Для алканов это видно из графика выше (т.е. синей линии). Алканы с нечетными номерами имеют более низкую тенденцию к температуре плавления, чем алканы с четными номерами. Это связано с тем, что даже пронумерованные алканы хорошо упаковываются в твердой фазе, образуя хорошо организованную структуру, для разрушения которой требуется больше энергии. Алканы с нечетными номерами упаковываются хуже, поэтому «более рыхлая» организованная твердая структура упаковки требует меньше энергии для разрушения.[17] Для визуализации кристаллических структур см. [18]

Точки плавления алканов с разветвленной цепью могут быть как выше, так и ниже, чем у соответствующих алканов с прямой цепью, опять же в зависимости от способности рассматриваемого алкана хорошо упаковываться в твердой фазе: это особенно верно для изоалканов (2 -метилизомеры), которые часто имеют температуры плавления выше, чем у линейных аналогов. [ необходима цитата ]

Электропроводность и растворимость [ править ]

Алканы не проводят электричество в любом случае, ни они , по существу , поляризованный с помощью электрического поля . По этой причине они не образуют водородных связей и нерастворимы в полярных растворителях, таких как вода. Поскольку водородные связи между отдельными молекулами воды выровнены от молекулы алкана, сосуществование алкана и воды приводит к увеличению молекулярного порядка (снижению энтропии ). Поскольку между молекулами воды и молекулами алканов нет значительной связи, второй закон термодинамики предполагает, что это снижение энтропии должно быть минимизировано за счет минимизации контакта между алканом и водой: алканы считаются гидрофобными.поскольку они отталкивают воду. [ необходима цитата ]

Их растворимость в неполярных растворителях относительно высока, и это свойство называется липофильностью . Например, алканы могут смешиваться между собой во всех пропорциях. [ необходима цитата ]

Плотность алканов обычно увеличивается с увеличением числа атомов углерода, но остается меньшей, чем у воды. Следовательно, алканы образуют верхний слой в смеси алкан – вода. [ необходима цитата ]

Молекулярная геометрия [ править ]

sp 3 -гибридизация в метане .

Молекулярная структура алканов напрямую влияет на их физические и химические характеристики. Это происходит от электронной конфигурации из углерода , который имеет четыре валентных электронов . Атомы углерода в алканах всегда sp 3 -гибридизованы, то есть говорят, что валентные электроны находятся на четырех эквивалентных орбиталях, образованных комбинацией 2s-орбитали и трех 2p-орбиталей. Эти орбитали, имеющие одинаковую энергию, пространственно расположены в виде тетраэдра , угол cos −1 (-1/3) ≈ 109,47 ° между ними. [ необходима цитата ]

Длины связки и углы связи [ править ]

Алкан имеет только одинарные связи C – H и C – C. Первые являются результатом перекрытия sp 3 -орбитали углерода с 1s-орбиталью водорода; последний - перекрытием двух sp 3 орбиталей на соседних атомах углерода. Длина связи составляет 1,09 × 10 -10  м для связи C – H и 1,54 × 10 -10  м для связи C – C. [ необходима цитата ]

Тетраэдрическая структура метана.

Пространственное расположение связей аналогично расположению четырех орбиталей sp 3 - они расположены тетраэдрически, с углом между ними 109,47 °. Структурные формулы, которые представляют связи как находящиеся под прямым углом друг к другу, хотя и являются общими и полезными, не соответствуют действительности. [ необходима цитата ]

Соответствие [ править ]

Основная статья: Стереохимия алканов

Структурная формула и валентные углы обычно не достаточны для полного описания геометрии молекулы. Для каждой связи углерод-углерод существует еще одна степень свободы : торсионный угол между атомами или группами, связанными с атомами на каждом конце связи. Пространственное расположение, описываемое торсионными углами молекулы, известно как ее конформация .

Проекции Ньюмана двух конформаций этана: затмение слева и смещение справа.
Шаровидные модели двух ротамеров этана

Этан представляет собой простейший случай для изучения конформации алканов, так как существует только одна связь C – C. Если посмотреть вниз по оси связи C – C, можно увидеть так называемую проекцию Ньюмана . Атомы водорода как на переднем, так и на заднем атоме углерода имеют угол 120 ° между собой, что является результатом проекции основания тетраэдра на плоскую плоскость. Однако торсионный угол между данным атомом водорода, присоединенным к переднему углероду, и данным атомом водорода, присоединенным к заднему углероду, может свободно изменяться от 0 ° до 360 °. Это следствие свободного вращения вокруг одинарной связи углерод – углерод. Несмотря на эту кажущуюся свободу, важны только две ограничивающие конформации: затменная конформация и ступенчатая конформация .

Две конформации различаются по энергии: ступенчатая конформация на 12,6 кДж / моль ниже по энергии (более стабильна), чем затменная конформация (наименее устойчивая).

Эта разница в энергии между двумя конформациями, известная как энергия кручения , мала по сравнению с тепловой энергией молекулы этана при температуре окружающей среды. Существует постоянное вращение вокруг связи C – C. Время, необходимое молекуле этана для перехода от одной ступенчатой ​​конформации к другой, что эквивалентно повороту одной группы CH 3 на 120 ° относительно другой, составляет порядка 10 -11  секунд.

Случай высших алканов более сложен, но основан на схожих принципах, при этом антиперипланарная конформация всегда является наиболее предпочтительной для каждой углерод-углеродной связи. По этой причине алканы обычно изображаются зигзагообразно на схемах или в моделях. Фактическая структура всегда будет несколько отличаться от этих идеализированных форм, поскольку различия в энергии между конформациями невелики по сравнению с тепловой энергией молекул: молекулы алканов не имеют фиксированной структурной формы, что бы ни предлагали модели.

Спектроскопические свойства [ править ]

Практически все органические соединения содержат углерод-углеродные и углерод-водородные связи, поэтому в своих спектрах проявляются некоторые особенности алканов. Алканы отличаются отсутствием других групп и, следовательно, отсутствием других характерных спектроскопических особенностей функциональной группы, такой как –OH , –CHO , –COOH и т. Д.

Инфракрасная спектроскопия [ править ]

Валентная мода углерод-водород дает сильное поглощение между 2850 и 2960  см -1 , тогда как мода углерод-углерод поглощает между 800 и 1300 см -1 . Изгибные режимы углерод-водород зависят от природы группы: метильные группы показывают полосы при 1450 см -1 и 1375 см -1 , тогда как метиленовые группы показывают полосы при 1465 см -1 и 1450 см -1 . Углеродные цепочки с более чем четырьмя атомами углерода показывают слабое поглощение на уровне около 725 см -1 .

ЯМР-спектроскопия [ править ]

Протонные резонансы алканов обычно находятся при δ H = 0,5–1,5. Резонансы углерода-13 зависят от числа атомов водорода, присоединенных к углероду: δ C = 8–30 (первичный, метил, –CH 3 ), 15–55 (вторичный, метилен, –CH 2 -), 20–60 (третичный, метиловый, C – H) и четвертичный. Углерод-13-резонанс четвертичных атомов углерода является характерным слабым из-за отсутствия ядерного эффекта Оверхаузера и большого времени релаксации , и его можно упустить в слабых образцах или образцах, которые не были исследованы в течение достаточно длительного времени.

Масс-спектрометрия [ править ]

Алканы обладают высокой энергией ионизации , а молекулярный ион обычно слабый. Характер фрагментации может быть трудным для интерпретации, но в случае алканов с разветвленной цепью углеродная цепь предпочтительно расщепляется по третичным или четвертичным атомам углерода из-за относительной стабильности образующихся свободных радикалов . Фрагмент, образовавшийся в результате потери одной метильной группы ( M  - 15), часто отсутствует, а другие фрагменты часто разделены интервалами в четырнадцать единиц массы, что соответствует последовательной потере групп CH 2 .

Химические свойства [ править ]

Алканы слабо реагируют с большинством химических соединений. Значения константы кислотной диссоциации (p K a ) всех алканов оцениваются в диапазоне от 50 до 70, в зависимости от метода экстраполяции, следовательно, они являются чрезвычайно слабыми кислотами, которые практически инертны по отношению к основаниям (см. Углеродные кислоты ). Они также являются чрезвычайно слабыми основаниями, не претерпевающими заметного протонирования в чистой серной кислоте ( H 0 ~ –12), хотя суперкислоты , которые, по крайней мере, в миллионы раз сильнее, как известно, протонируют их с образованием сверхкоординированных ионов алкана (см. Ион метания ) . Точно так же они проявляют реактивность только с самыми сильными электрофильными реагентами (например,диоксираны и соли, содержащие катион NF 4 + ). Благодаря прочным связям C – H (~ 100 ккал / моль) и C-C (~ 90 ккал / моль, но обычно менее стерически доступным) они также относительно инертны по отношению к свободным радикалам, хотя многие электронодефицитные радикалы будет реагировать с алканами в отсутствие других богатых электронами связей (см. ниже). Эта инертность является источником термина парафины (со значением здесь «отсутствие сродства»). В сырой нефти молекулы алканов оставались химически неизменными в течение миллионов лет. [ необходима цитата ]

Свободные радикалы , молекулы с неспаренными электронами, играют большую роль в большинстве реакций алканов, таких как крекинг и реформация, когда длинноцепочечные алканы превращаются в алканы с более короткой цепью, а алканы с прямой цепью - в изомеры с разветвленной цепью. Более того, окислительно-восстановительные реакции алканов с участием свободнорадикальных промежуточных продуктов, в частности, с кислородом и галогенами, возможны, поскольку атомы углерода находятся в сильно восстановленном состоянии; в случае метана углерод находится в самой низкой возможной степени окисления (-4). Реакция с кислородом ( если он присутствует в количестве, достаточном для удовлетворения стехиометрии реакции ) приводит к горению без дыма с образованием диоксида углерода и воды. Свободнорадикальное галогенированиепроисходят реакции с галогенами, приводящие к образованию галогеналканов . Кроме того, было показано, что алканы взаимодействуют с некоторыми комплексами переходных металлов и связываются с ними в реакциях активации связи C – H. [ необходима цитата ]

В сильно разветвленных алканах валентный угол может значительно отличаться от оптимального значения (109,5 °) для размещения объемных групп. Такие искажения вызывают напряжение в молекуле, известное как стерическое препятствие или деформация. Деформация существенно увеличивает реактивность.

Однако в целом и, возможно, удивительно, когда разветвление недостаточно обширно для создания крайне неблагоприятных 1,2- и 1,3-алкил-алкил-стерических взаимодействий (что составляет ~ 3,1 ккал / моль и ~ 3,7 ккал / моль в случае Затмевая конформации бутана и пентана соответственно) неизбежно, разветвленные алканы на самом деле более термодинамически стабильны, чем их линейные (или менее разветвленные) изомеры. Например, сильно разветвленный 2,2,3,3-тетраметилбутан примерно на 1,9 ккал / моль более стабилен, чем его линейный изомер, н- октан. [19] Из-за тонкости этого эффекта, точные причины этого правила активно обсуждаются в химической литературе и до сих пор не определены. Несколько объяснений, включая стабилизацию разветвленных алканов электронной корреляцией, [20]дестабилизация линейных алканов стерическим отталкиванием, [21] стабилизация нейтральным сверхсопряжением, [22] [19] и / или электростатическими эффектами [23] были выдвинуты как возможности. Споры связаны с вопросом о том, является ли традиционное объяснение гиперконъюгации основным фактором, определяющим стабильность алкильных радикалов. [24] [21]

Реакции с кислородом (реакция горения) [ править ]

Все алканы вступают в реакцию с кислородом в реакции горения , хотя воспламенение их становится все труднее по мере увеличения числа атомов углерода. Общее уравнение полного сгорания:

C n H 2 n +2 + (3/2п  + 1/2) O 2 → ( n  + 1) H 2 O + n  CO 2
или C n H 2 n +2 + (3 п + 1/2) O 2 → ( n  + 1) H 2 O + n  CO 2

При отсутствии достаточного количества кислорода может образоваться окись углерода или даже сажа , как показано ниже:

C n H 2 n +2 + ( n  + 1/2)  O 2 → ( n  + 1) H 2 O + n  CO
C n H 2 n +2 + (1/2п  + 1/2)  O 2 → ( n  + 1) H 2 O + n  C

Например, метан :

2 СН 4 + 3 О 2 → 2 СО + 4 Н 2 О
CH 4 +3/2 О 2 → СО + 2 Н 2 О

См. Подробные данные в таблице теплоты образования алканов . Стандартное изменение энтальпии сгорания , Δ с Н ⊖ , для алканов увеличивается примерно на 650 кДж / моль на СН 2 группу. Разветвленные цепи алканы имеют более низких значения Д гр Н ⊖ , чем неразветвленные алканы с одинаковым числом атомов углерода, и поэтому может быть видно, несколько более стабильным.

Реакции с галогенами [ править ]

Основная статья: Свободнорадикальное галогенирование

Алканы реагируют с галогенами в так называемой реакции свободнорадикального галогенирования . Атомы водорода алкана постепенно заменяются атомами галогена. Свободные радикалы - это химически активные частицы, которые участвуют в реакции, которая обычно приводит к смеси продуктов. Реакция сильно экзотермична и может привести к взрыву. [ необходима цитата ]

Эти реакции являются важным промышленным путем получения галогенированных углеводородов. Есть три шага:

  • Инициирование образования радикалов галогена путем гомолиза . Обычно требуется энергия в виде тепла или света.
  • Затем происходит цепная реакция или распространение - радикал галогена отрывает водород от алкана с образованием алкильного радикала. Это реагирует дальше.
  • Обрыв цепи, при котором радикалы рекомбинируют.

Эксперименты показали, что при галогенировании образуется смесь всех возможных изомеров, что указывает на то, что все атомы водорода восприимчивы к реакции. Полученная смесь, однако, не является статистической смесью: вторичные и третичные атомы водорода предпочтительно заменяются из-за большей стабильности вторичных и третичных свободных радикалов. Пример можно увидеть в монобромировании пропана: [15]

Взлом [ править ]

Основная статья: Крекинг (химия)

При крекинге более крупные молекулы разбиваются на более мелкие. Это можно сделать термическим или каталитическим методом. Процесс термического крекинга следует гомолитическому механизму с образованием свободных радикалов . Процесс каталитического крекинга включает в себя присутствие кислотных катализаторов (обычно твердых кислот, таких как оксид кремния-оксид алюминия и цеолиты ), которые способствуют гетеролитическому (асимметричному) разрыву связей с образованием пар ионов противоположных зарядов, обычно карбокатион и очень нестабильный гидрид- анион.. Как свободные радикалы, так и катионы, локализованные в углероде, очень нестабильны и подвергаются процессам перегруппировки цепей, расщепления C – C в бета- положении (т. Е. Крекинга) и внутри- и межмолекулярного переноса водорода или переноса гидрида . В обоих типах процессов соответствующие реакционноспособные промежуточные продукты (радикалы, ионы) постоянно регенерируются, и поэтому они протекают по самораспространяющемуся цепному механизму. Цепочка реакций в конечном итоге обрывается рекомбинацией радикалов или ионов. [ необходима цитата ]

Изомеризация и реформация [ править ]

Драган и его коллега первыми сообщили об изомеризации алканов. [25] Изомеризация и преобразование - это процессы, в которых алканы с прямой цепью нагревают в присутствии платинового катализатора. При изомеризации алканы становятся изомерами с разветвленной цепью. Другими словами, он не теряет ни углеродов, ни водорода, сохраняя тот же молекулярный вес. [25] При реформации алканы превращаются в циклоалканы или ароматические углеводороды с выделением водорода в качестве побочного продукта. Оба эти процесса повышают октановое число вещества. Бутан - наиболее распространенный алкан, подвергаемый изомеризации, поскольку он дает много разветвленных алканов с высокими октановыми числами.[25]

Другие реакции [ править ]

Алканы реагируют с паром в присутствии никелевого катализатора с образованием водорода . Алканы могут быть хлорсульфонированными и нитрованными , хотя обе реакции требуют особых условий. Ферментации алканов до карбоновых кислот имеют определенное техническое значение. В реакции Рид , двуокись серы , хлор и свет преобразовывает углеводороды в сульфонилхлориды . Нуклеофильная абстракцияможет использоваться для отделения алкана от металла. Алкильные группы можно переносить от одного соединения к другому посредством реакций трансметаллирования . Смесь пентафторида сурьмы (SbF 5 ) и фторсульфоновой кислоты (HSO 3 F), называемая волшебной кислотой , может протонировать алканы. [26]

Возникновение [ править ]

Появление алканов во Вселенной [ править ]

Метан и этан составляют крошечную часть атмосферы Юпитера.
Добыча нефти, содержащей множество различных углеводородов, включая алканы.

Алканы образуют небольшую часть атмосфер внешних газовых планет, таких как Юпитер (0,1% метана, 2  частей на миллион этана), Сатурн (0,2% метана, 5 частей на миллион этана), Уран (1,99% метана, 2,5 частей на миллион этана) и Нептун ( 1,5% метана, 1,5 промилле этана). Титан (1,6% метана), спутник Сатурна, был исследован зондом Гюйгенс , который показал, что атмосфера Титана периодически проливает жидкий метан на поверхность Луны. [27] Также на Титане миссия Кассини сфотографировала сезонные метановые / этановые озера возле полярных областей Титана. Метан и этантакже были обнаружены в хвосте кометы Хиякутаке . Химический анализ показал, что содержания этана и метана примерно равны, что, как считается, означает, что его льды образовались в межзвездном пространстве, вдали от Солнца, которое испарило эти летучие молекулы. [28] Алканы также были обнаружены в метеоритах, таких как углеродистые хондриты .

Распространение алканов на Земле [ править ]

В атмосфере Земли присутствуют следы метана (около 0,0002% или 1745 частей на миллиард), производимого в основном метаногенными микроорганизмами, такими как археи в кишечнике жвачных животных. [29]

Наиболее важными коммерческими источниками алканов являются природный газ и нефть . [15] Природный газ содержит в основном метан и этан, с некоторым количеством пропана и бутана : нефть представляет собой смесь жидких алканов и других углеводородов . Эти углеводороды образовались, когда морские животные и растения (зоопланктон и фитопланктон) умирали и опускались на дно древних морей, покрывались отложениями в бескислородной среде и за многие миллионы лет при высоких температурах и высоком давлении преобразовывались в их нынешнюю форму. Таким образом, природный газ образовался, например, в результате следующей реакции:

С 6 Н 12 О 6 → 3 СН 4 + 3 СО 2

Эти залежи углеводородов, собранные в пористых породах, заключенных под непроницаемыми покрывающими породами, составляют промышленные месторождения нефти . Они формировались за миллионы лет, и однажды исчерпанные, их невозможно легко заменить. Истощение этих запасов углеводородов является причиной так называемого энергетического кризиса .

Метан также присутствует в так называемом биогазе , производимом животными и разлагающимся веществом, который является возможным возобновляемым источником энергии .

Алканы плохо растворяются в воде, поэтому их содержание в океанах незначительно; однако при высоких давлениях и низких температурах (например, на дне океанов) метан может совместно кристаллизоваться с водой с образованием твердого клатрата метана (гидрата метана). Хотя это не может быть коммерчески использовано в настоящее время, количество горючей энергии известных месторождений клатрата метана превышает энергоемкость всех месторождений природного газа и нефти вместе взятых. Таким образом, метан, извлеченный из клатрата метана, является кандидатом в качестве топлива в будущем.

Биологическое происхождение [ править ]

Ациклические алканы встречаются в природе по-разному.

Бактерии и археи
Метаногенные археи в кишечнике этой коровы ответственны за часть метана в атмосфере Земли.

Определенные типы бактерий могут метаболизировать алканы: они предпочитают углеродные цепи с четными номерами, поскольку их легче разложить, чем цепи с нечетными номерами. [30]

С другой стороны, некоторые археи , метаногены , производят большие количества метана в результате метаболизма углекислого газа или других окисленных органических соединений. Энергия высвобождается при окислении водорода :

СО 2 + 4 Н 2 → СН 4 + 2 Н 2 О

Метаногены также являются производителями болотного газа на водно-болотных угодьях . Выход метана из крупного рогатого скота и других травоядных , который может выпустить от 30 до 50 литров в день, [31] и термитов , [32] также из - за метаногенами. Они также производят этот простейший из алканов в кишечнике человека. Таким образом, метаногенные археи находятся в конце углеродного цикла , когда углерод выбрасывается обратно в атмосферу после фиксации посредством фотосинтеза . Вероятно, аналогично формировались и наши нынешние месторождения природного газа. [33]

Грибы и растения

Алканы также играют роль, хотя и второстепенную, в биологии трех эукариотических групп организмов: грибов , растений и животных. Некоторые специализированные дрожжи, например Candida tropicale , Pichia sp., Rhodotorula sp., Могут использовать алканы в качестве источника углерода или энергии. Грибок Amorphotheca resinae предпочитает длинноцепочечные алканы в авиационном топливе и может вызвать серьезные проблемы для самолетов в тропических регионах. [34]

В растениях твердые длинноцепочечные алканы обнаруживаются в кутикуле растений и эпикутикулярном воске многих видов, но лишь изредка являются основными составляющими. [35] Они защищают растение от потери воды, предотвращают вымывание важных минералов дождем и защищают от бактерий, грибков и вредных насекомых. Углеродные цепи в алканах растений обычно имеют нечетные номера, от 27 до 33 атомов углерода в длину [35] и образуются растениями путем декарбоксилирования четных жирных кислот.. Точный состав слоя воска не только зависит от вида, но также меняется в зависимости от сезона и таких факторов окружающей среды, как условия освещения, температура или влажность. [35]

Более летучие короткоцепочечные алканы также производятся и обнаруживаются в тканях растений. Джеффри сосны известен производить исключительно высокие уровни п - гептан в его смоле, и по этой причине его дистиллят был определен в качестве нулевой точки на одну октановое число . Цветочные ароматы также давно известны, содержат летучие компоненты алканов и п - нонана является важным компонентом в запахе некоторых роз . [36] Выбросы газообразных и летучих алканов, таких как этан , пентан и гексан.также зарегистрированы на низких уровнях, хотя обычно они не считаются основным компонентом биогенного загрязнения воздуха. [37]

Пищевые растительные масла также обычно содержат небольшие фракции биогенных алканов с широким спектром углеродных чисел, в основном от 8 до 35, обычно с пиком от низкого до верхнего 20, с концентрациями до десятков миллиграммов на килограмм (частей на миллион по весу) и иногда более сотни для общей фракции алканов. [38]

Животные

Алканы содержатся в продуктах животного происхождения, хотя они менее важны, чем ненасыщенные углеводороды. Одним из примеров является жир печени акулы, который на 14% состоит из пристана (2,6,10,14-тетраметилпентадекан, C 19 H 40 ). Они важны как феромоны , химические вещества-посредники, от которых насекомые зависят в общении. У некоторых видов, например у жука-носителя Xylotrechuscolonus , пентакозан (C 25 H 52 ), 3-метилпентаикозан (C 26 H 54 ) и 9-метилпентаикозан (C 26 H 54 ) переносятся при контакте с телом. С другими, какмуха цеце Glossina morsitans morsitans , феромон содержит четыре алкана 2-метилгептадекан (C 18 H 38 ), 17,21-диметилгептатриаконтан (C 39 H 80 ), 15,19-диметилгептатриаконтан (C 39 H 80 ) и 15,19, 23-триметилгептатриаконтан (C 40 H 82 ) и действует через запах на большие расстояния. Танцующие медоносные пчелы производят и выделяют два алкана, трикозан и пентакозан. [39]

Экологические отношения [ править ]

Ранняя паучья орхидея ( Ophrys sphegodes )

Одним из примеров, в котором играют роль как растительные, так и животные алканы, является экологическая взаимосвязь между песчаной пчелой ( Andrena nigroaenea ) и ранней паучьей орхидеей ( Ophrys sphegodes ); Опыление последнего зависит от первого. Песчаные пчелы используют феромоны, чтобы определить партнера; в случае A. nigroaenea самки выделяют смесь трикозана (C 23 H 48 ), пентакозана (C 25 H 52 ) и гептакозана (C 27 H 56).) в соотношении 3: 3: 1, и именно этим запахом привлекает самцов. Орхидея пользуется преимуществом этого спаривания, чтобы заставить пчел-самца собирать и распространять ее пыльцу; части его цветка не только напоминают внешний вид песчаных пчел, но также производят большое количество трех алканов в том же соотношении, что и самки песчаных пчел. В результате многочисленные самцы соблазняются цветением и пытаются совокупиться со своим воображаемым партнером: хотя эта попытка не увенчалась успехом для пчелы, она позволяет орхидее передать свою пыльцу, которая будет рассеяна после ухода пчелы. разочарованный самец к другим цветкам.

Производство [ править ]

Нефтепереработка [ править ]

Нефтеперерабатывающий завод в Martinez, Калифорния .

Как указывалось ранее, наиболее важным источником алканов является природный газ и сырая нефть . [15] алканы разделены в нефтеперерабатывающей нефти путем фракционной перегонки и обрабатывается во многие продукты.

Фишер-Тропш [ править ]

Процесс Фишера – Тропша - это метод синтеза жидких углеводородов, включая алканы, из монооксида углерода и водорода. Этот метод используется для производства заменителей нефтяных дистиллятов .

Лабораторная подготовка [ править ]

Обычно нет необходимости в синтезе алканов в лаборатории, поскольку они обычно имеются в продаже. Кроме того, алканы, как правило, не реагируют химически или биологически и не подвергаются полностью взаимным превращениям функциональных групп . Когда алканы производятся в лаборатории, они часто являются побочным продуктом реакции. Например, использование н- бутиллития в качестве сильного основания дает сопряженную кислоту н- бутан в качестве побочного продукта:

C 4 H 9 Li + H 2 O → C 4 H 10 + LiOH

Однако иногда может быть желательно преобразовать часть молекулы в алканоподобную функциональную группу ( алкильную группу), используя вышеуказанные или аналогичные методы. Например, этильная группа представляет собой алкильную группу; когда он присоединен к гидроксигруппе , он дает этанол , который не является алканом. Чтобы сделать это, наиболее известные методы гидрогенизации из алкенов :

RCH = CH 2 + H 2 → RCH 2 CH 3      (R = алкил )

Алканы или алкильные группы также могут быть получены непосредственно из алкилгалогенидов в реакции Кори-Хауса-Познера-Уайтсайдса . Бартон-McCombie дезоксигенирование [40] [41] удаляет из гидроксильных групп спирты , например ,

и восстановление Клемменсена [42] [43] [44] [45] удаляет карбонильные группы из альдегидов и кетонов с образованием алканов или алкилзамещенных соединений, например:

Получение алканов из других органических соединений [ править ]

Алканы могут быть получены из различных органических соединений, включая алкены, алкины, галогеналканы, спирты, альдегиды, кетоны и карбоновые кислоты.

Из алкенов и алкинов [ править ]

Когда алкены и алкины подвергаются реакции гидрирования путем обработки их водородом в присутствии палладиевого, платинового или никелевого катализатора, они производят алканы. В этой реакции порошковый катализатор является предпочтительным для увеличения площади поверхности, так что адсорбция водорода на катализаторе увеличивается. В этой реакции водород присоединяется к катализатору с образованием связи водород-катализатор, что приводит к ослаблению связи HH, что приводит к присоединению водорода к алкенам и алкинам. Реакция экзотермична, потому что полученный алкан стабилен, поскольку он имеет больше сигма-связей, чем реагирующие алкены и алкины из-за превращения пи-связи в сигма-связи. [46]

Из галоалканов [ править ]

Алканы можно получать из галогеналканов разными способами.

Реакция Вурца [ править ]

Когда галогеналкан обрабатывают натрием в сухом эфире, получается алкан с удвоенным числом атомов углерода. Эта реакция протекает через свободнорадикальный промежуточный продукт и имеет возможность образования алкена в случае третичных галогеналканов и вицинальных дигалогенидов.

Кори-Хаус-Синтез [ править ]

Когда галогеналкан обрабатывают диалкиллитиевым купритом, который иначе известен как реагент Гилмана, получается любой высший алкан.

Реакция с металлогидридом [ править ]

Когда галогеналканы обрабатывают гидридом металла, например гидридом натрия и алюмогидридом лития.

Реакция Франкленда [ править ]

Когда галогеналкан обрабатывают цинком в сложном эфире, получается алкан.

Реакция Фиттига [ править ]

Когда арилгалогенид обрабатывают натрием в сухом эфире, он образует бифенил.

Биариловый синтез Ульмана [ править ]

Когда арилгалогенид обрабатывают медью, он образует бифенил.

Реакция Вюрца-Фиттига [ править ]

Когда арилгалогенид обрабатывают галогеналканом, мы получаем алкилбензол.

Приложения [ править ]

Применение алканов зависит от числа атомов углерода. Первые четыре алкана используются в основном для отопления и приготовления пищи, а в некоторых странах для производства электроэнергии. Метан и этан - основные компоненты природного газа; они обычно хранятся в виде газов под давлением. Однако их легче транспортировать в жидком виде: для этого требуется как сжатие, так и охлаждение газа.

Пропан и бутан - это газы при атмосферном давлении, которые можно сжижать при довольно низких давлениях, и они широко известны как сжиженный нефтяной газ (LPG). Пропан используется в пропановых газовых горелках и в качестве топлива для дорожных транспортных средств [47], бутан в обогревателях помещений и одноразовых зажигалках. Оба используются в качестве пропеллентов в аэрозольных баллончиках .

Алканы - от пентана до октана - очень летучие жидкости. Они используются в качестве топлива в двигателях внутреннего сгорания , поскольку они легко испаряются при входе в камеру сгорания, не образуя капель, которые могут ухудшить однородность сгорания. Алканы с разветвленной цепью предпочтительны, поскольку они гораздо менее склонны к преждевременному возгоранию, вызывающему детонацию , чем их гомологи с прямой цепью. Эта склонность к преждевременному возгоранию измеряется октановым числом топлива, где 2,2,4-триметилпентан ( изооктан ) имеет произвольное значение 100, а гептанимеет нулевое значение. Помимо использования в качестве топлива, средние алканы также являются хорошими растворителями для неполярных веществ.

Алканы от нонана до, например, гексадекана (алкана с шестнадцатью атомами углерода) представляют собой жидкости с более высокой вязкостью , все менее и менее подходящие для использования в бензине. Вместо этого они составляют основную часть дизельного и авиационного топлива . Дизельное топливо характеризуется цетановым числом , причем цетан - старое название гексадекана. Однако более высокие температуры плавления этих алканов могут вызывать проблемы при низких температурах и в полярных регионах, где топливо становится слишком густым для правильного течения.

Алканы, начиная с гексадекана и выше, образуют наиболее важные компоненты жидкого топлива и смазочного масла . В последнем случае они работают одновременно с антикоррозийными средствами, поскольку их гидрофобная природа означает, что вода не может достичь поверхности металла. Многие твердые алканы находят применение в качестве парафинового воска , например, в свечах . Однако его не следует путать с настоящим воском , который состоит в основном из сложных эфиров .

Алканы с длиной цепи приблизительно 35 или более атомов углерода содержатся в битумах , используемых, например, в дорожных покрытиях. Однако высшие алканы имеют небольшую ценность и обычно расщепляются на низшие алканы путем крекинга .

Некоторые синтетические полимеры, такие как полиэтилен и полипропилен, представляют собой алканы с цепями, содержащими сотни или тысячи атомов углерода. Эти материалы используются в бесчисленном множестве приложений, и каждый год производятся и используются миллиарды килограммов этих материалов.

Преобразования окружающей среды [ править ]

Алканы - это химически очень инертные неполярные молекулы, которые не очень активны в качестве органических соединений. Эта инертность приводит к серьезным экологическим проблемам, если они попадают в окружающую среду. Из-за отсутствия функциональных групп и низкой растворимости в воде алканы обладают низкой биодоступностью для микроорганизмов. [48]

Однако существуют некоторые микроорганизмы, обладающие метаболической способностью использовать н- алканы в качестве источников углерода и энергии. [49] Некоторые виды бактерий сильно специализируются на разложении алканов; их называют углеводородокластическими бактериями. [50]

Опасности [ править ]

Метан горюч, взрывоопасен и опасен для вдыхания; Поскольку это бесцветный газ без запаха, с метаном следует соблюдать особую осторожность. [51] Этан также чрезвычайно огнеопасен, взрывоопасен и опасен для вдыхания. [52] Оба они могут вызвать удушье. [51] [52] Пропан также легко воспламеняется и взрывоопасен, [53] и может вызвать сонливость или потерю сознания при вдыхании. [53] Бутан представляет те же опасности, что и пропан. [54]

Алканы также представляют угрозу для окружающей среды. Разветвленные алканы обладают меньшей способностью к биологическому разложению, чем неразветвленные алканы. [55] Метан считается парниковым газом, который наиболее опасен для окружающей среды, [56] хотя количество метана в атмосфере относительно невелико. [56]

См. Также [ править ]

  • Алкен
  • Алкин
  • Циклоалкан
  • Высшие алканы

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн исправленная версия: (2006–) « алканы ». DOI : 10,1351 / goldbook.A00222
  2. ^ "Алканы" . Химия LibreTexts . 28 ноября 2016.
  3. Перейти ↑ Arora, A. (2006). Углеводороды (алканы, алкены и алкины) . Discovery Publishing House Pvt. Ограничено. ISBN 9788183561426.
  4. ^ Интернет -энциклопедия целочисленных последовательностей (последовательность A000602 в OEIS )
  5. ^ IUPAC, Комиссия по номенклатуре органической химии (1993). «Р-2.2.1: Углеводороды» . Руководство по номенклатуре органических соединений ИЮПАК (Рекомендации 1993 г.) . Blackwell Scientific. ISBN 978-0-632-03488-8. Проверено 12 февраля 2007 года .
  6. ^ Алканов Номенклатура архивации 2 февраля 2012 в Wayback Machine
  7. ^ Таким образом, окончание «-диен» применяется в некоторых случаях, когда фон Хофманн имел «-ine»
  8. ^ «ГЛАВА P-6. Приложения к определенным классам соединений». Номенклатура органической химии: Рекомендации ИЮПАК и предпочтительные названия 2013 (Синяя книга) . Кембридж: Королевское химическое общество . 2014. с. 703. DOI : 10.1039 / 9781849733069-00648 . ISBN 978-0-85404-182-4.
  9. ^ а б Уильям Ройш. «Номенклатура - Алканы» . Виртуальный учебник органической химии . Архивировано из оригинального 21 мая 2016 года . Проверено 5 апреля 2007 года .
  10. ^ Уильям Ройш. «Примеры практических правил IUPAC» . Виртуальный учебник органической химии . Архивировано из оригинального 21 мая 2016 года . Проверено 5 апреля 2007 года .
  11. ^ «Правила ИЮПАК» . www.chem.uiuc.edu . Проверено 13 августа 2018 .
  12. ^ Дональд Маккей, Справочник по физико-химическим свойствам и окружающей среде для органических химикатов , ISBN 1420044397 , стр. 206 
  13. ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 29 октября 2013 года . Проверено 17 февраля 2014 года . CS1 maint: archived copy as title (link)
  14. ^ «13. Углеводороды | Учебники» . textbook.s-anand.net. Архивировано из оригинала 8 мая 2011 года . Проверено 3 октября 2014 года .
  15. ^ Б с д е ф Р. Т. Моррисона; Р. Н. Бойд (1992). Органическая химия (6-е изд.). Нью-Джерси: Прентис-Холл. ISBN 978-0-13-643669-0.
  16. ^ "Физические свойства циклоалканов" . Химия LibreTexts . 29 ноября 2015. Архивировано из оригинала 2 февраля 2018 года . Проверено 2 февраля 2018 .
  17. ^ Boese R, Вайс HC, Blaser D (1999). «Изменение температуры плавления в короткоцепочечных н- алканах: рентгеноструктурный анализ монокристалла пропана при 30 К и н- бутана в н- нонан при 90 К». Angew Chem Int Ed . 38 : 988–992. DOI : 10.1002 / (SICI) 1521-3773 (19990401) 38: 7 <988 :: AID-ANIE988> 3.3.CO; 2-S .
  18. ^ визуализация кристаллических структур.
  19. ^ а б Алабугин Игорь Васильевич (профессор) (2016). Стереоэлектронные эффекты: мост между структурой и реактивностью . Чичестер, Великобритания. ISBN 978-1-118-90637-8. OCLC  957525299 .
  20. ^ Wodrich, Мэтью D .; Wannere, Chaitanya S .; Мо, Иронг; Яровски, Питер Д .; Houk, Kendall N .; Шлейер, Пол фон Раге (2007). «Концепция проторазветвления и ее многочисленные последствия изменения парадигмы для оценки энергии». Химия - европейский журнал . 13 (27): 7731–7744. DOI : 10.1002 / chem.200700602 . ISSN 1521-3765 . PMID 17607688 .  
  21. ^ a b Гронерт, Скотт (1 февраля 2006 г.). «Альтернативная интерпретация прочности связи C − H алканов». Журнал органической химии . 71 (3): 1209–1219. DOI : 10.1021 / jo052363t . ISSN 0022-3263 . PMID 16438539 .  
  22. ^ Kemnitz, Карл Р. (2013). «Делокализация электронов во многом объясняет стабильность ветвления и протоветвления». Химия - европейский журнал . 19 (33): 11093–11095. DOI : 10.1002 / chem.201302549 . ISSN 1521-3765 . PMID 23868617 .  
  23. ^ Ess, Дэниел Х .; Лю, Шубин; Де Профт, Франк (16 декабря 2010 г.). "Функциональный стерический анализ плотности линейных и разветвленных алканов". Журнал физической химии . 114 (49): 12952–12957. Bibcode : 2010JPCA..11412952E . DOI : 10.1021 / jp108577g . ISSN 1089-5639 . PMID 21086970 .  
  24. ^ Ингольд, KU; ДиЛабио, Джино А. (1 декабря 2006 г.). «Сильные связи: важность гиперконъюгации». Органические буквы . 8 (26): 5923–5925. DOI : 10.1021 / ol062293s . ISSN 1523-7060 . PMID 17165895 .  
  25. ^ a b c Азинджер, Фридрих (1967). Парафины; Химия и технология . Оксфорд: Pergamon Press.
  26. ^ Джордж А. Олах , Schlosberg RH (1968). «Химия в суперкислотах. I. Водородный обмен и поликонденсация метана и алканов в растворе FSO 3 H – SbF 5 (« волшебная кислота »). Протонирование алканов и промежуточное действие CH 5 + и родственных ионов углеводородов. Высокая химическая реакционная способность «Парафинов» в реакциях ионных растворов ». Журнал Американского химического общества . 90 (10): 2726–7. DOI : 10.1021 / ja01012a066 .
  27. ^ Эмили Лейкдеуолла. «Титан: Аризона в морозильнике?» . Архивировано из оригинала 6 апреля 2008 года . Проверено 21 января 2004 года .
  28. ^ Мумма, MJ; Дисанти, Массачусетс; dello Russo, N .; Фоменкова, М .; Magee-Sauer, K .; Камински, CD; DX, Се (1996). «Обнаружение большого количества этана и метана, а также окиси углерода и воды в комете C / 1996 B2 Hyakutake: доказательства межзвездного происхождения». Наука . 272 (5266): 1310–4. Bibcode : 1996Sci ... 272.1310M . DOI : 10.1126 / science.272.5266.1310 . PMID 8650540 . S2CID 27362518 .  
  29. ^ Janssen, PH; Кирс, М. (2008). «Структура архейского сообщества румена» . Appl Environ Microbiol . 74 (12): 3619–3625. DOI : 10,1128 / AEM.02812-07 . PMC 2446570 . PMID 18424540 .  
  30. ^ «Метаболизм алканов и жирных кислот - бета-документация eQuilibrator 0.2» . equilibrator.weizmann.ac.il . Проверено 11 апреля 2018 года .
  31. ^ TodayIFoundOut.com, Мэтт Блиц -. «Действительно ли коровье пердеж способствует глобальному потеплению?» . Gizmodo . Проверено 11 апреля 2018 года .
  32. ^ Бучковски, Гжегож; Бертельсмайер, Клео (15 января 2017 г.). «Инвазивные термиты в меняющемся климате: глобальная перспектива» . Экология и эволюция . 7 (3): 974–985. DOI : 10.1002 / ece3.2674 . PMC 5288252 . PMID 28168033 .  
  33. ^ Общество, National Geographic (24 июля 2012 г.). «природный газ» . Национальное географическое общество . Проверено 11 апреля 2018 года .
  34. ^ Hendey, Н. (1964). «Некоторые наблюдения Cladosporium resinae как загрязнителя топлива и его возможной роли в коррозии топливных баков из алюминиевого сплава». Труды Британского микологического общества . 47 (7): 467–475. DOI : 10.1016 / s0007-1536 (64) 80024-3 .
  35. ^ a b c EA Baker (1982) Химия и морфология эпикутикулярных восков растений. С. 139-165. В "Кутикуле растения". под редакцией DF Cutler, KL Alvin и CE Price. Academic Press, Лондон. ISBN 0-12-199920-3 
  36. ^ Ким, Хён Чжон; Ким, НамСан; Ли, DongSun (2000). «Определение цветочных ароматов Rosa hybrida с использованием твердофазной улавливающей экстракции растворителем и газовой хроматографии – масс-спектрометрии». Журнал хроматографии A . 902 (2): 389–404. DOI : 10.1016 / S0021-9673 (00) 00863-3 . PMID 11192171 . 
  37. ^ Kesselmeier, J .; Штаудт, Н. (1999). «Биогенные летучие органические соединения (ЛОС): обзор выбросов, физиологии и экологии» (PDF) . Журнал химии атмосферы . 33 (1): 22–38. Bibcode : 1999JAtC ... 33 ... 23K . DOI : 10,1023 / A: 1006127516791 . S2CID 94021819 . Архивировано из оригинального (PDF) 13 марта 2013 года.  
  38. ^ Moreda, W .; Перес-Камино, MC; Серт, А. (2001). «Газовая и жидкостная хроматография углеводородов в пищевых растительных маслах» . Журнал хроматографии A . 936 (1–2): 159–171. DOI : 10.1016 / s0021-9673 (01) 01222-5 . PMID 11760997 . 
  39. ^ Том; и другие. (21 августа 2007 г.). "Аромат танца покачивания" . PLOS Биология . 5 (9): e228. DOI : 10.1371 / journal.pbio.0050228 . PMC 1994260 . PMID 17713987 .  
  40. ^ Бартон, DHR ; Маккомби, SW (1975). «Новый метод деоксигенации вторичных спиртов». J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1 (16): 1574–1585. DOI : 10.1039 / P19750001574 .
  41. ^ Крич, Дэвид; Кинтеро, Летисия (1989). «Радикальная химия, связанная с тиокарбонильной группой». Chem. Ред. 89 (7): 1413–1432. DOI : 10.1021 / cr00097a001 .
  42. ^ Мартин, EL (1942). «Редукция Клемменсена». Орг. Реагировать . 1 : 155. doi : 10.1002 / 0471264180.or001.07 . ISBN 0471264180.
  43. ^ Бьюкенен, JG St. C .; Woodgate, PD Quart. Rev.1969 , 23 , 522, (Обзор).
  44. ^ Vedejs, Е. (1975). «Восстановление Клемменсена кетонов в безводных органических растворителях». Орг. Реагировать . 22 : 401. DOI : 10.1002 / 0471264180.or022.03 . ISBN 0471264180.
  45. ^ Ямамура, S .; Nishiyama, S. Compr. Орг. Synth. 1991, 8 , 309–313, (Обзор).
  46. ^ Harikiran.B, KE Mannanam, Kottayam
  47. ^ «Использование пропана в качестве топлива» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 12 октября 2013 года . Проверено 27 ноября 2012 года .
  48. ^ Сингх, SN; Kumari, B .; Мишра, Светлана (2012). «Микробное разложение алканов» . В Сингхе, Шри Натх (ред.). Микробная деградация ксенобиотиков . Springer. С. 439–469. DOI : 10.1007 / 978-3-642-23789-8_17 . ISBN 978-3-642-23788-1.
  49. ^ Berthe-Corti, L .; Фецнер, С. (1 июля 2002 г.). «Бактериальный метаболизм н- алканов и аммиака в кислородных, субоксических и аноксических условиях». Acta Biotechnologica . 22 (3–4): 299–336. DOI : 10,1002 / 1521-3846 (200207) 22: 3/4 <299 :: АИД-ABIO299> 3.0.CO; 2-F . ISSN 1521-3846 . 
  50. ^ Дашти, Нарджес; Али, Недаа; Элияс, Мохамед; Ханафер, Маджида; Соркох, Насер А .; Радван, Самир С. (март 2015 г.). «Большинство гидрокарбонокластных бактерий в окружающей среде являются диазотрофными, что подчеркивает их значение в биоремедиации углеводородных загрязнителей» . Микробы и окружающая среда . 30 (1): 70–75. DOI : 10.1264 / jsme2.ME14090 . ISSN 1342-6311 . PMC 4356466 . PMID 25740314 .   
  51. ^ a b "CDC - МЕТАН - Международные карты химической безопасности - NIOSH" . www.cdc.gov . Проверено 19 сентября 2017 года .
  52. ^ a b «CDC - ETHANE - Международные карты химической безопасности - NIOSH» . www.cdc.gov . Проверено 19 сентября 2017 года .
  53. ^ a b "CDC - ПРОПАН - Международные карты химической безопасности - NIOSH" . www.cdc.gov . Архивировано из оригинального 23 ноября 2017 года . Проверено 19 сентября 2017 года .
  54. ^ "CDC - БУТАН - Международные карты химической безопасности - NIOSH" . www.cdc.gov . Проверено 19 сентября 2017 года .
  55. ^ Вудсайд, Гейл; Коцюрек, Дианна (26 мая 1997 г.). Инженерия окружающей среды, безопасности и здоровья . Джон Вили и сыновья. ISBN 9780471109327.
  56. ^ a b «Информационный бюллетень о загрязнителях» . apps.sepa.org.uk . Проверено 19 сентября 2017 года .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Виртуальный учебник органической химии
  • Визуализация кристаллических структур от алканов до нонана.