Самый скучный класс на вид — и самый важный как база: без него не понять, почему всё остальное «особенное».
Алканы (парафины) — углеводороды с общей формулой CnH2n+2, все связи одинарные (σ), все атомы углерода в sp3-гибридизации. «Предельные» — значит цепь насыщена водородом до предела, присоединять больше нечего.
| n | Формула | Название | Радикал R– |
|---|---|---|---|
| 1 | CH₄ | метан | метил CH₃– |
| 2 | C₂H₆ | этан | этил C₂H₅– |
| 3 | C₃H₈ | пропан | пропил |
| 4 | C₄H₁₀ | бутан | бутил |
| 5 | C₅H₁₂ | пентан | пентил |
| 6 | C₆H₁₄ | гексан | гексил |
| 7–10 | C₇–C₁₀ | гептан, октан, нонан, декан | — |
мет-1, эт-2, проп-3, бут-4, пент-5, гекс-6, гепт-7, окт-8, нон-9, дек-10. Эти же корни используются в названиях алкенов, спиртов, кислот — выучи один раз, применяй везде.
1. Найти самую длинную непрерывную цепь — это «корень» названия. 2. Пронумеровать цепь так, чтобы заместители получили наименьшие номера. 3. Назвать заместители в алфавитном порядке с номерами через дефис. 4. Одинаковые заместители объединить приставками ди-, три-, тетра-.
Главная цепь — 5 атомов C (пентан). Заместители: метил при C2, этил при C4.
2-метил-4-этилпентан
Проверка нумерации: если считать с другого конца, номера будут 2 и 4 — сумма та же, значит нумерация симметрична и определяющим становится следующее правило: заместители перечисляют в алфавитном порядке их названий. «Метил» стоит раньше «этила» (м предшествует э), поэтому первым в названии идёт «метил».
Газы (метан, этан, пропан, бутан).
Жидкости (пентан…гептадекан) — основа бензина, керосина.
Твёрдые вещества (парафин).
Растёт с длиной цепи (больше ван-дер-ваальсовы силы). При равном числе атомов разветвлённый изомер кипит ниже линейного — молекула компактнее, площадь контакта между молекулами меньше.
Алканы малоактивны (все связи одинарные и прочные), но всё же вступают в характерный набор реакций — все идут по механизму радикального замещения или горения/разложения.
Нитрование алканов идёт только разбавленной HNO3 при нагреве под давлением. С концентрированной алканы не реагируют вовсе — их путают с ароматикой (бензол нитруется концентрированной смесью).
Инициирование (разрыв связи светом): Cl₂ →(hν) Cl• + Cl•
Рост цепи (два повторяющихся шага):
Cl• + CH₄ → •CH₃ + HCl
•CH₃ + Cl₂ → CH₃Cl + Cl•
Обрыв цепи (радикалы рекомбинируют): Cl• + •CH₃ → CH₃Cl
При галогенировании разветвлённых алканов радикал предпочитает атаковать третичный атом водорода (при атоме C, связанном с тремя другими C), а не первичный. Причина — устойчивость промежуточного радикала: третичный радикал стабилизирован за счёт гиперконъюгации (донорного эффекта соседних C–H связей) сильнее, чем первичный. Поэтому в смеси продуктов преобладает изомер, где галоген встал у третичного атома, даже если статистически первичных атомов H больше.
Работает только с одинаковыми (или для несимметричного продукта — смешанными, с потерей селективности) галогеналканами: натрий «сшивает» два радикала, число атомов углерода в продукте = сумме атомов углерода двух исходных галогеналканов.
Запись C₄H₁₀ не показывает главного — как соединены атомы. А именно от этого зависит и название, и свойства, и то, какой продукт получится при хлорировании.
Атом углерода называют первичным, если он связан с одним соседним углеродом, вторичным — с двумя, третичным — с тремя, четвертичным — с четырьмя. От этого зависит, куда пойдёт замещение.
Замещение идёт легче у того углерода, где радикал устойчивее: третичный > вторичный > первичный. Поэтому при хлорировании 2-метилбутана главный продукт — замещение у третичного атома, хотя первичных водородов численно больше.
При избытке хлора замещение идёт дальше: CH₄ → CH₃Cl → CH₂Cl₂ → CHCl₃ → CCl₄. Если в условии сказано «избыток Cl₂» — продуктом будет тетрахлорметан, а не хлорметан. И наоборот: чтобы получить именно CH₃Cl, хлор берут в недостатке.
Сколько монохлорпроизводных даст пропан CH₃–CH₂–CH₃ при хлорировании?
Два. Замещение может пойти либо у крайнего (первичного) атома, либо у среднего (вторичного):
Оба крайних атома равноценны — замещение у левого и у правого даёт одно и то же вещество. Считать их за два разных изомера — типичная ошибка.
Реакция идёт по радикальному механизму, и её первая стадия — разрыв связи Cl–Cl с образованием радикалов. Сама по себе она не происходит: нужна энергия извне. Свет (hν) или высокая температура дают её. В темноте на холоде метан с хлором не реагирует — это прямо спрашивают в заданиях.
Ответь мысленно, потом раскрой карточку.
Главная цепь — 4 атома C (бутан), метил при C2: 2-метилбутан.
2CH₄ + 3O₂ → 2CO + 4H₂O — угарный газ CO вместо CO2.
2C₂H₅Br + 2Na → C₄H₁₀ + 2NaBr — н-бутан (сумма атомов C: 2+2=4).
У них нет кратных связей для реакции присоединения — только одинарные σ-связи, а замещение с Br2 в воде без света/нагрева не идёт. Это качественный тест на отличие алканов от алкенов.
Радикальное замещение (SR), три стадии: инициирование (гомолиз Cl2 светом), рост цепи (два повторяющихся шага), обрыв цепи (рекомбинация радикалов).
Al₄C₃ + 12H₂O → 4Al(OH)₃ + 3CH₄↑ — гидролиз карбида, классический лабораторный способ получения метана.
Неопентан (2,2-диметилпропан) — самая разветвлённая, компактная форма, меньше площадь межмолекулярного контакта → самая низкая t кипения среди изомеров C5H12.
Орбита оценит уровень по каждой из 34 тем ЕГЭ и сама подберёт, что решать дальше. Первая диагностика — 12 задач, регистрация по логину, почту не спрашиваем.
Начать бесплатно Сейчас доступ бесплатный. Можно сначала решить три задачи без регистрации.