НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ
(предельные углеводороды), органическое соединение, углеродные атомы которых соединены
между собой простыми (ординарными) связями. В статье рассмотрены алифатич. насыщ.
углеводороды общей формулы СnН2n 2 (алканы,
парафины, метановые углеводороды). О циклический НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. см. в ст. Алщиклические
соединения. Номенклатура. Различают
неразветвленные (нормальные) и разветвленные НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. Названия первых четырех членов
гомологич. Названия разветвленных
НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. образуют из названия неразветвленных, к-рым соответствует наиболее длинная
цепь с обозначением места боковой цепи цифрами. Для НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. возможна структурная
изомерия (начиная с С4) и оптическая (начиная с С7); число
возможных изомеров возрастает с увеличением числа атомов С. Распространение в природе.
Осн. источник НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. в природе-нефть; фракции нефти 200-430 °С содержат
30-50% (по массе) НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. (из них до 60% углеводородов нормального строения); низшие
газообразные НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. входят в состав природные газа (до 98% метана) и растворены в
нефти; твердые встречаются в виде залежей озокерита, а также образуют восковые
покрытия листьев, цветов и семян растений, входят в состав пчелиного воска. Свойства. Длины
связей С—С в НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. ~ 0,154 нм, С—Н ~0,109 нм, угол ССС в газообразном состоянии
109,47°, в кристаллическом-на 2-3° больше. Низшие НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. до бутана и
неопентан-газы без цвета и запаха, углеводороды С5-С17-бесцв.-бесцв.
твердые вещества. Физ. свойства некоторых НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. приведены в таблице. Температуры плавления и
кипения зависят от размера молекулы и возрастают в гомологич. ряду с увеличением
молекулярной массы. Среди изомеров углеводороды нормального строения имеют наиболее высокие
температуры кипения и плотности. Кристаллическая НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. с четным числом атомов С (имеют моноклинную
сингонию) плавятся выше, чем соседние члены гомологич. ряда с нечетным числом
атомов С (кристаллизуются в ромбич. сингонии); чем симметричнее молекула НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу.,
тем выше температура плавления. Большинство НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. имеют несколько аллотропич. модификаций.
НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. обладают большой теплотворной способностью; DH0сгор
(МДж/кг) для СН4 - 56, для С4Н10 - 50, для
С8Н18 — 48, а также характеризуются высоким удельная электрич.
сопротивлением. НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. практически не растворим в воде и не растворяют ее. В НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу.
раств. галогены, S, Р и некоторые неорганическое соли, например BF3, СоСl2,
NiCl2. Растворимость НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. падает по мере увеличения полярности растворителя:
они хорошо растворим в углеводородах, их галогенопроизводных, в эфирах; хуже-в
этаноле и пиридине; мало растворим в метаноле, феноле, анилине, нитробензоле; практически
не растворим в глицерине и этиленгликоле. a
При температура кипения b В жидком состоянии под давлением. в
При - 25 °С. г Переохлажденная жидкость. ИК спектры НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. имеют характеристич.
полосы 2850-3000см-1 (С -Н), 1400-1470 см-1 (деформационные
колебания связи С—Н в СН3- и СН2-группах) и дополнительной
слабую полосу СН3-группы при 1380 см-1. Чистые НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. не
поглощают в УФ области выше 200 нм и поэтому в УФ спектроскопии их часто применяют
в качестве растворителей. В спектре ЯМР химический сдвиги d для СН3-групп 0,9
м.д., для СН2-групп 1,25 м.д. В масс-спектрах практически всех НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу.
присутствует мол. ион, хотя и малоинтенсивный, и ионы с m/z = 14n
1; наиболее интенсивны пики ионов с m/z 43 и 57. НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. относятся к наим.
реакционноспособным органическое соединение, однако они не являются химически инертными.
При определенных условиях они вступают в реакции окисления, галогени-рования,
нитрования, сульфохлорирования и др. Наиб. инертны метан и этан. Высокотемпературное окисление
НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. в избытке О2 приводит к их полному сгоранию до СО2
и воды и протекает по цепному радикальному механизму. Такое окисление происходит
в двигателях всех типов. Низкотемпературное жидкофазное окисление НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. О2
в присутствии солей Мn приводит к образованию смеси предельных кислот. Этот процесс
используют в промышлености для получения СН3СООН из бутана и низкокипящих
фракций нефти, а также при производстве жирных кислот С12-С18
окислением твердых НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. При газофазном окислении при низких температурах образуются
спирты, альдегиды, кетоны и кислоты (окислители - соединение переходных металлов); в
промышлености газофазное окисление используется в производстве ацетальдегида, метанола
и формальдегида. Нагревание НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. без доступа
воздуха выше 450 СС приводит к гомолитич. разрыву связей С—Сu образованию
олефинов (термодинамически крекинг). Пром. значение имеет пиролиз легких нефтяных фракций
в этилен. В отличие от термического каталитических крекинг НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. протекает по ионному
механизму и служит для получения высокооктановых бензинов из более тяжелых фракций
нефти. В присут. Н2 под давлением и катализаторов (Ni, Pt) идет гидрогенолиз
(гидрокрекинг) с образованием НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. меньшей молекулярной массы. Каталитич. риформинг
на Pt/Al2O3 приводит к дегидроциклиза-ции НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. в ароматические
и циклопентановые углеводороды и сопровождается гидрокрекингом и изомеризацией.
При дегидрировании НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. на различные катализаторах при 500-600 °С образуются
олефиновые и диеновые углеводороды, в присутствии АlСl3 или Pt/Al2O3
НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. нормального строения изомеризуются в НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. с разветвленной углеродной цепью. Галогены (F, Cl, Вr) легко
реагируют с НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу., образуя моно-и полигалогенопроизводные. Иод, как правило,
не реагирует. Для хлорирования может быть использованы SO2Cl2,
ICl, трет-бутилгипохлорит и дихлориодбензол, для фторирования-CoF3.
Хлорирование НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. с длинной углеродной цепью сопровождается разрывом связей
С—С. Галогенирование НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. протекает по радикальному механизму, в сильнокислотных
средах (в присутствии SbF5, AlCl3) возможен ионный механизм
реакции. Нитрование НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. HNO3
или N2O4 в газовой фазе приводит к образованию смеси нитропроизводных
и протекает по радикальному механизму с разрывом связей С—С (реакция Коновалова).
По ионному механизму протекает нитрование устойчивыми нитрониевыми солями, например
NOPFeT в растворах HF или HSO3F. НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. вступают в реакции сульфохлорирования
и сульфоокисления; образующиеся соединение используют в синтезе ПАВ. Обработка НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу.
нитрозилхлоридом или смесью NO
и Cl2 приводит к нитрозоалканам-промежуточные продуктам в производстве полиамидов.
При фосфонилировании смесью РСl3 и О2 образуются дихлориды
фосфоновых кислот, а при карбоксилировании фосгеном или оксалилхлоридом-ацил-хлориды. Для НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. характерно образование
клатратных соединений (см. Газовые гидраты). НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. нормального строения, начиная
с гексана, образуют комплексы с мочевиной, что используется в промышлености при карбамидной
депарафинизации нефтепродуктов. НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. изостроения образуют аналогичные соединения
с тиомочевиной, циклодекстрином и холевой кислотой. Низшие газообразные НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу., особенно
под давлением, склонны к образованию клатратных соединений с водой (6 молекул воды),
которые могут вымерзать на внутр. стенках газопроводов. Получение. В промышлености
НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. получают в составе технический продуктов или выделяют из них при переработке
нефти и природные газа, а также угля и горючих сланцев. Смесь различные алканов может быть
получена синтезом на основе СО и Н2. Твердые НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. нормального строения
получают при депарафинизации масляных дистиллятов нефти (см. Парафин); смеси
состава С36-С55 (см. Церезин)-очисткой озокерита. В лабораторная условиях НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. получают
гидрированием олефинов на катализаторах (Pt, Pd, Ni, Rh); восстановлением гало-генопроизводных
НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. амальгамой Na, гидридами металлов, а также Н2 на Pd/BaCO3;
по реакции Вюрца [в основном симметрич. НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. (1)]; гидролизом реактивов Гриньяра
(2); окислит. декарбоксилированием кислот (3) (полученные НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. содержат на 1 атом
углерода меньше, чем исходная кислота). НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. образуются также при фотохимический декарбоксилировании
первичных карбоновых кислот Рb(ОСОСН3)4 в СНСl3
или электрохимический синтезом Кольбе (4): Применение. Н.у.
применяют главным образом в составе моторных и реактивных топлив, как сырье для химический
и нефтехимический промышлености; жидкие НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫу. и хлорпроизводные метана и этана используют
в качестве растворителей, твердые (парафин, церезин)-в производстве пластмасс, каучуков,
синтетич. волокон, моющих средств, а также в пищевая промышлености, электро- и радиотехнике. Литература: Петров Ал.
А., Химия алканов, М., 1974; его же, Углеводороды нефти, М., 1984; Несмеянов
А. НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ, Несмеянов НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ А., Начало органической химии, 2 изд., кн. 1, М., 1974;
Общая органическая химия, пер. с англ., т. 1, М., 1981. А. А. Братков. |
