На схемі представлено два типи реакцій: розкладання та заміщення. Усі вони протікають як радикальні. Гомолітичне розщеплення С-Н зв'язків протікає або під дією нагрівання (дегідрування), або під дією радикальних частинок, що утворюються з реагентів (Br, Cl, NO2). Окислення відбувається лише у жорстких умовах (висока температура).
Приклад механізму реакції радикального заміщення:
При бромуванні та нітруванні по Коновалову утворюються переважно вторинні та третинні галоїдні алкіли та нітрозаміщені, оскільки вторинні радикали більш стійкі порівняно з первинними.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1
Досвід 1. Горіння алканів.
Помістіть у порцелянові філіжанки 2 мл гептану і 0.5 г парафіну, підпаліть. (Досвід виконується під тягою). Прослідкуйте за характером полум'я. Напишіть рівняння горіння гептану та парафіну. Спостереження та висновки запишіть у журнал.
Досвід 2.Взаємодія алканів із бромом.
Налийте у дві пробірки по 1 мл бромної води. В одну пробірку додайте 1 мл н-гептану, в іншу – 1 мл циклогексану. Струсіть вміст пробірок. Спостереження та висновки запишіть у лабораторний журнал.
Досвід 3.Взаємодія алканів із розчином перманганату калію.
У дві пробірки налийте по 1 мл розчину калію перманганату. У першу пробірку додайте 1 мл гептану, а в другу – 1 мл циклогексану. Струсіть пробірки. Спостереження та висновки запишіть у лабораторний журнал.
Досвід 4.Одержання метану.
Пробірку з газовідвідною трубкою, в яку вміщена суміш ацетату натрію та натронного вапна (суміш гідроксиду натрію та оксиду кальцію), нагрійте в полум'ї пальника доти, доки не почне виділятися газ. (Щоб побачити виділення газу, опустіть газовідвідну трубку у пробірку із 2 мл води). Підпаліть газ. Доведіть що виділяється газ – алкан (досліди 2 і 3).
Рівняння реакції утворення метану із ацетату натрію.
Завдання (алкани)
1. Яка загальна формула гомологічного ряду алканів? Напишіть структурні формули та назвіть ізомери складу: З 4 Н 10, З 5 Н 12, З 6 Н 14. Вкажіть у цих формулах первинні, вторинні, третинні та четвертинні атоми вуглецю.
2. Напишіть структурні формули ізомерів гептану, що містять третинні та четвертинні атоми вуглецю та назвіть їх.
3. Назвіть за номенклатурою ІЮПАК такі вуглеводні:
4. З якими з наведених сполук реагує н-бутан у зазначених умовах? 1) HNO 3 (розб.)/t°, р; 2) H 2 SO 4 (конц.)/20 ° С; 3) Про 2 (полум'я); 4) KMnO 4 /H 2 O, 20°C; 5) SO 2 +Cl 2 /hn; 6) HNO 3 (конц.) / 20 ° С; 7) Br 2 /hn, 20°C; 8) Br 2 /20°C (у темряві). Напишіть рівняння цих реакцій.
5. Які монохлорпохідні утворюються при хлоруванні: а) пропану, б) 2-метилбутану, в) 2,2-диметилпропану? Які умови реакції? Який механізм реакції?
6. При хлоруванні 2-метилпропану в умовах радикального заміщення виходять 2 ізомерних монохлорпохідних. Яка їх структура і яка з них утворюється легше? Які умови реакції?
7. Напишіть реакцію нітрування за Коноваловим (10% HNO 3 , 140°С, тиск) для наступних вуглеводнів: етану, пропану, 2-метилбутану. Назвіть продукти реакції. Який з них утворюватиметься найлегше? Вкажіть механізм реакції.
8. Напишіть структурну формулу вуглеводню складу З 5 Н 12якщо при його бромуванні виходить тільки третинне бромпохідне.
9. Напишіть механізм реакції фотохімічного сульфохлорування н-гексану. Що таке СМС? На яких властивостях ґрунтується їх застосування?
10. Отримайте етан усіма відомими вам методами, дайте визначення s-зв'язку. Якими є її основні відмінності від іонного зв'язку?
Алкени
Алкенами називаються вуглеводні, що мають між атомами вуглецю подвійні зв'язки. Вони мають загальну формулу C n H 2 n. Атоми вуглецю при подвійному зв'язку перебувають у стані sp 2 -гібридизації.
Три гібридних sp 2 -орбіталі такого атома вуглецю розташовані в площині; кут між ними 120 °. Перпендикулярно цій площині розташована негібридизована р-орбіталь.
Модель молекули етену (етилену) СН 2 = СН 2
Один із кратних зв'язків, утворена рахунок перекривання гібридних орбіталей, називається s-зв'язком. Інша зв'язок, утворена рахунок бічного перекривання р z -орбіталей, називається p-зв'язком. Вона менш міцна, ніж s-зв'язок. Електрони p-зв'язку більш рухливі, ніж електрони s-зв'язку. В алкенах p-зв'язок розташований у площині перпендикулярної площині розташування s-зв'язків.
Для етиленових вуглеводнів можливі два типи ізомерії: структурна (ізомерія ланцюга та ізомерія положення кратного зв'язку) та геометрична ( цис-транс) Ізомерія. Геометрична ізомерія обумовлена різним розташуванням замісників щодо площини подвійного зв'язку.
У цис-ізомерів заступники розташовані по одну сторону від площини подвійного зв'язку, транс-ізомерів – різні. Транс-ізомери термодинамічно стійкіші, ніж цис-, оскільки у них відсутня стерична (просторова взаємодія між заступниками).
Методи одержання алкенів засновані на відщепленні водню, галогенів, води або галогеноводів під дією нагрівання або відповідних реагентів (NaOH/ спирт, H 2 SO 4 , t°C).
Хімічні властивості алкенів пов'язані з наявністю вони p-зв'язку, яка легко перетворюється на більш стійкі s-зв'язку, тобто. вступає у реакцію приєднання.
Також легко відбувається окислення подвійних зв'язків водяним розчином перманганату калію.
Ці реакції називаються реакціями електрофільного приєднання та протікають у дві стадії.
Приєднання до несиметричних алкенів відбувається за правилом Марковнікова. Переважне утворення вторинних і третинних похідних обумовлено тим, що проміжно утворюється найбільш стабільний третинний або вторинний катіон.
Для ідентифікації алкенів використовується їхня здатність до реакцій приєднання. Алкени зазвичай за кімнатної температури приєднують бром, утворюючи безбарвні бромпохідні, тобто. відбувається знебарвлення бромної води.
Також легко відбувається знебарвлення водного розчину перманганату калію. Це також проба на подвійний зв'язок.
Гептан насилу входить у будь-які реакції. У цієї органічної речовини існує дев'ять (а якщо рахувати ще й оптичні, то можна виділити 11 ізомерів). Всі вони мають однакову емпіричну формулу С7Н16, але розрізняються за структурою та, відповідно, за фізичними властивостями.
Всі ізомери – це безбарвні прозорі легкозаймисті рідини з різким запахом. Їхня температура кипіння коливається від 79,20оС (2.2-Диметилпентан) до 98,43оС (н-гептан). А щільність лежить у межах від 0,6727 г/см3 (2,4-Диметилпентан) до 0,6982 г/см3 (3-Етилпентан).
Ізомери гептану практично нерозчинні у воді, але добре розчиняються у багатьох органічних рідинах. Вони малоактивні, проте можуть брати участь у реакціях, що протікають із утворенням вільних радикалів. Наприклад, у реакціях галогенування, при підвищеній температурі або УФ-опроміненні. Однак таким чином можна здійснити фторування, хлорування або бромування, а йод у реакцію з цими речовинами не вступає.
Відомо, що можуть брати участь у реакціях сульфохлорирования, каталітичного окислення. Вони здатні розкладатися (для цього необхідна або дуже висока температура, понад 1000оС, або наявність спеціального каталізатора, що дозволяє проводити реакцію при нижчих температурах, близько 400 - 500оС), а також горіти в атмосфері кисню, з утворенням води та вуглекислого газу. Ця реакція протікає за такою формулою: 2 С7Н14 + 21О2 = 14СО2 + 14Н2О
При нестачі кисню реакція може призвести або до утворення чадного газу, виглядатиме формула так: С7Н14 + 7О2 = 7СО + 7Н2О.
Або до утворення вуглецю. В цьому випадку записати її можна у вигляді реакції: 2С7Н14 + 7О2 = 14С + 14Н2О
Як застосовуються ізомери гептану
Н-Гептан є сировиною для отримання деяких видів органічних сполук. Крім того, він застосовується в якості первинного еталона при визначенні детонаційних властивостей палива, оскільки його октанове число (показник, що характеризує здатність палива чинити опір самозайманню при стисканні) дорівнює 0. А один із ізомерів цієї органічної речовини 2,2,3-Триметилбутан, навпаки, підвищує октанове число палива, тому широко використовується як присадка до нього.
Гептан(від др.-грец. ἑπτά – сім) СН 3 (СН 2) 5 СН 3 – органічна сполука класу алканів. Гептан та його ізомери - безбарвні рідини, добре розчинні у більшості органічних розчинників, нерозчинні у воді. Мають всі хімічні властивості алканів.
Фізичні та хімічні властивості
Безбарвна легкозаймиста рідина з температурою спалаху мінус 4°С, температурою самозаймання 223°С. Область займання парів гептану повітря 1,1-6,7% (за обсягом).
Аналогічні хімічним властивостям інших вищих алканів.
Безпека
Еталонний нормальний гептан являє собою вуглеводень парафінового ряду, має наркотичну подразнювальну дію. Тривала робота з гептаном викликає легке подразнення шкіри та порушення травлення.
Гранично допустима концентрація парів гептану повітря виробничих приміщень (у перерахунку на вуглець) 300 мг/м 3 .
Концентрацію парів гептану визначають лінійноколористичним методом за допомогою універсального газоаналізатора.
Апаратура та комунікації мають бути герметизовані, приміщення мають бути обладнані належною вентиляцією. При роботах, пов'язаних з отриманням нормального гептану, персонал повинен проходити медичний огляд раз на 12 міс.
Як індивідуальні засоби захисту застосовують фільтруючий протигаз марки А, спеціальний одяг, спеціальне взуття та запобіжні пристрої згідно з діючими типовими галузевими нормами.
При загорянні еталонного нормального гептану необхідно застосовувати такі засоби пожежогасіння: пісок, хімічну піну, тонкорозпорошену воду, інертний газ, ковдру азбестову, порошкові та газові вогнегасники.