HIDROCARBURI SATURATE : ALCANI

Se numesc alcani hidrocarburile neciclice, în care există numai legături simple de tipul C-C şi C-H. Compoziţia chimică a alcanilor poate fi exprimată prin formula generală:

CnH2n+2

I CLASIFICARE. NOMENCLATURĂ. IZOMERIE.

Dacă se înlocuieşte în formula generală n cu valori întregi şi succesive (şirul natural al numerelor),se va obţine şirul omolog al alcanilor. Denumirea alcanilor se formează în felul următor: Primii patru reprezentanţi din şirul omolog şi-au păstrat denumirile raţionale cu sufixul -an. Denumirea următorilor reprezentanţi din şirul omolog provine de la numărul atomilor de carbon exprimat în limba greacă, prin adăugarea sufixului -an:

n=1 CH4

CH4

metan

n=2 C2H6

CH3-CH3

 

etan

n=3 C3H8

CH3-CH2-CH3

 

propan

n=4 C4H10

CH3-CH2-CH2-CH3

butan

n=5 C5H12

CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 pentan

n=6 C64 CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 hexan

...

Şirul omolog prezentat mai sus reprezintă alcani cu catene liniare. Dar există numeroşi alcani cu catene ramificate - izomeri ai alcanilor liniari. Începînd cu butanul alcanii formează izomeri cu catena ramificată.

CH3-CH2-CH2-CH3

butan

izobutan (2-metilpropan)

La denumirea alcanilor ramificaţi se procedează în felul următor:

-se alege catena cea mai lungă a hidrocarburii;

-se determină tipul ramificărilor şi poziţia lor în catenă, numerotînd atomii de carbon din catenă de la capătul de unde este mai aproape ramificarea;

-numele alcanului începe cu poziţia radicalului şi apoi denumirea hidrocarburii cu lanţul cel mai lung.

Cei mai des întîlniţi radicali sunt:

-CH3 metil;

-CH2-CH3 etil;

-CH2-CH2-CH3 propil;

De exemplu:

CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 pentan

2-metilbutan

2,5-dimetil-3,5-dietilheptan

II METODE DE PREPARARE

Hidrocarburile inferioare de la metan pînă la pentan şi izopentan pot fi obţinute din gazele naturale sau petrol la distilarea fracţionară. Începînd cu hexanul apar mulţi izomeri, care puţin se deosebesc după punctul de fierbere şi sunt greu de obţinut în stare pură. Au

fost elaborate şi alte metode de laborator şi industriale de obţinere a hidrocarburilor:

1.Metode industriale.

a)Cel mai simplu reprezentant al alcanilor, metanul, în industrie se mai poate obţine la hidrogenarea oxidului de carbon (II) (gazul de generator) în prezenţa catalizatorului de nichel:

(Ni)

C=O + 3H2 CH4 + H2O

b)Hidrocarburile saturate pot fi obţinute la hidrogenarea catalitică a alchenelor:

(Ni)

CH3-CH=CH2 + H2 CH3-CH2-CH3

propenăpropan

2.Metode de laborator.

a)În laborator metanul se obţine la calcinarea acetatului de Na cu exces de hidroxid alcalin:

(t0C)

CH3COONa + NaOH CH4 + Na2CO3

Analog pot fi obţinute şi alte hidrocarburi.

b) Metanul poate fi obţinut uşor şi la hidroliza carburii de aluminiu:

Al4C3 + 12H2O 4Al(OH)3 + 3CH4

c)Hidrocarburile cu lanţ mai lung se obţin prin reacţia lui Wurtz, ce constă în interacţiunea halogenurilor de alchil cu Na sau Zn

metalic după următoarea schemă:

R-X + 2Na + X-R R-R + 2NaX

IIIPROPRIETĂŢI CHIMICE

Alcanii în condiţii obişnuite sunt destul de inerţi din punct de vedere chimic. În toate reacţiile chimice, în care participă, decurg în condiţii dure (temperaturi şi presiuni înalte, concentraţii mari şi exces al reagenţilor). Aceasta se explică prin faptul că legăturile sigma C-C şi C-H sunt destul de puternice.

1.Oxidarea poate decurge ca ardere cu formarea produselor finale: CO2 şi H2O sau parţială cu formarea diferitor produse oxidate intermediare:

a)arderea hidrocarburilor începe la temperaturi înalte şi continuă de la sine cu degajare de căldură.

(flacără)

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O + Q

b)la oxidarea parţială din metan se obţine: acetilenă, oxid de carbon(II) şi hidrogen, care se utilizează în sinteza organică.

(1500oC)

6CH4 + O2 2HC¬CH + 2CO + 10H2;

(8500C)

CH4 + H2O CO + 3H2

Din parafine se obţin acizi graşi care se utilizează la fabricarea săpunului:

CH3-(CH2)16-CH2-CH2-CH2-CH2-(CH26-CH3 + [O] 2CH3-(CH26-COOH

+2CO2+3H2O

acid stearic

2. Descompunerea alcanilor.

Descompunerea poate decurge foarte variat:

a)prin descompunere totală cu formarea produselor finale carbon şi hidrogen molecular. Această reacţie decurge în condiţii rigide:

(15000C,P)

CH3-CH2-CH3 3C + 8[H]

b)prin dehidrogenare cu formare de alchene:

(Ni)

2CH3-CH2-CH2-CH3 CH2=CH-CH2-CH3 + CH3-CH=CH-CH3 + 2H2

1-butenă2-butenă

c)prin cracare cu fragmentarea catenei şi ruperea hidrogenului:

(t0C)

CH3-CH2-CH2-CH3 2CH2=CH2 + H2

etenă

3. Izomerizarea.

Această reacţie reprezintă transformarea alcanului în izoalcan sub influenţa catalizatorului:

Alcanii participă la reacţiile de substituţie, în rezultatul cărora are loc substituirea unui atom de hidrogen printr-un atom al altei substanţe.

4.Halogenarea, adică reacţia cu halogenii (F2, Cl2, Br2, I2).

Alcanii mai uşor reacţionează cu F2; reacţia cu Cl2 se petrece la iluminare. Cu Br2 reacţia decurge doar la iluminare şi încălzire.

Cu I2 alcanii nu reacţionează.

a) Substituţia primului atom de hidrogen:

CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl

clorometan

b)Substituţia următorului atom de hidrogen:

CH3Cl + Cl2 CH2Cl2 + HCl diclorometan

(După acest algoritm are loc substituţia celorlalţi atomi de hidrogen în catenă nu numai la metan dar şi la alte hidrocarburi).

Schema acestei reacţii este:

R-H + X2 R-X + HX (X2 = F2, Cl2, Br2)

5. Nitrarea.

Această reacţie se petrece la încălzire, sub presiune, cu HNO3 concentrat în urma căreea unul din atomii de hidrogen este substituit prin grupa nitro şi se elimină apa:

(1400C)

R-H + HO-NO2 R-NO2 + H2O

10-12%

C2H6 + HO-NO2 C2H5NO2 + H2O

Nitroetan