Способы получения алканов

В промышленности предельные углеводороды получают из нефти фракционированием или крекингом. Перегонка позволяет выделить алканы, изначально присутствующие в нефти, при крекиге происходит разрыв С-С связей, в результате чего образуются углеводороды меньшей молекулярной массы, чем исходные. Низшие гомологи алканов зачастую получают из природного газа. Лабораторные способы можно разделить на три группы:

• 1. Образование алкана с сохранением углеродного скелета исходной молекулы.
• а) гидрирование непредельных углеводородов

К реакциям восстановления относят и реакции получения предельных углеводородов из непредельных, т. е. содержащих двойные и тройные связи. Здесь речь идет о непосредственном присоединении атомов водорода (реакции гидрирования), например:

Эти реакции также протекают при действии таких восстановителей, как иодистоводородная кислота, но могут идти и с газообразным водородом. Однако в последнем случае, вследствие инертности водорода при обыкновенной температуре, приходится прибегать к помощи катализаторов. Наиболее сильными из них являются металлы группы платины в мелко раздробленном состоянии, особенно сама платина, палладий и осмий.

б) восстановление йодалканов Восстановление йодалканов происходит при нагревании последних с йодоводородной кислотой:

R—CH₂I + HI > R—CH₃ + I₂

в) замена галогенпроизводных на водород При каталитическом гидрировании в присутствии палладия галогеналканы превращаются в алканы:

R—CH2Cl + H2 > R—CH3 + HCl.

г) восстановление карбонильных соединений (реакции Кижнера-Вольфа и Клемменсена) Реакцию Кижнера-Вольфа проводят в избытке гидразина в высококипящем растворителе в присутствии KOH.

Реакция Клемменсена (восстановление по Клемменсену) — восстановление карбонильной группы альдегидов и кетонов до метиленовой (дезоксигенирование) под действием амальгамы цинка в соляной кислоте. Реакцию проводят при кипячении карбонильного соединения и Zn/Hg с избытком НСl в присутствии органического растворителя или без него.

д) гидролиз (сольволиз) реактивов Гриньяра.

При прибавлении раствора алкилгалогенида в сухом диэтиловом эфире (C₂H₅)₂O к металлическому магнию при перемешивании происходит бурная реакция; раствор мутнеет, начинает кипеть, а металлический магний постепенно исчезает. Получающийся раствор называется реактивом Гриньяра по имени Виктора Гриньяра (Лионский университет), который в 1912 г. получил за это открытие Нобелевскую премию. Это один из наиболее полезных и многосторонних реагентов, известных химику-органику.

Реактив Гриньяра имеет формулу RMgX и общее название алкилмагний-галогенид. Считается, что связь углерод — магний является ковалентной, но сильно полярной, связь магний — галоген по существу ионная [4].

е) Восстановление спиртов Восстановление спиртов приводит к образованию углеводородов, содержащих то же количество атомов С. Так, например, проходит реакция восстановления бутанола (C₄H₉OH), проходящую в присутствии LiAlH₄. При этом выделяется вода.

H₃C—CH₂—CH₂—CH₂OH > H₃C—CH₂—CH₂—CH₃ + H₂O.

ж) Разложение карбидов металлов (метанидов) водой:

2) Реакции, протекающие с укорочением углеродной цепи.

Декарбоксилирование карбоновых кислот заключается в отщеплении от молекулы карбоновой кислоты карбоксильной группы, протекающем согласно следующей общей схеме:

R-C (O)OH —> R-H + CO₂

Наиболее известны реакции декарбоксилирования уксусной и бензойной кислот, которые проводят нагреванием до высокой температуры смеси соли карбоновой кислоты и щелочи [5]:

• 3) Получение алканов с более длинной цепью, чем исходные соединения.
• а) Взаимодействие галогеналканов с металлическим натрием или калием (реакция Вюрца)

Реакция Вюрца, или синтез Вюрца — метод синтеза симметричных насыщенных углеводородов действием металлического натрия на алкилгалогениды (обычно бромиды или хлориды). Приводит к увеличению углеводородной цепи (суммированию углеводородных радикалов и объединению в один больший):

б) электролиз солей карбоновых кислот (реакция Кольбе) Электролиз солей одноосновных органических. В растворах соли одноосновных органических кислот распадаются на ионы:

При электролизе ион металла, теряя на электроде заряд, действует на воду с выделением водорода и образованием едкой щелочи, а ион кислотного остатка, потеряв свой заряд, распадается на радикал R· и двуокись углерода СО ₂. Два радикала R· соединяются в молекулу R—R.

в) Взаимодействие диалкиллитий купратов или других металлорганических соединений с активными алкилгалогенидами.