Химическая энциклопедия - насыщенные углеводороды

(предельные углеводороды), орг. соед., углеродные атомы к-рых соединены между собой простыми (ординарными) связями. В статье рассмотрены алифатич. насыщ. углеводороды общей ф-лы С ⁿ Н 2n+2 (алканы, парафины, метановые углеводороды). О циклич. Н. у. см. в ст. Алщиклические соединения.

Номенклатура. Различают неразветвленные (нормальные) и разветвленные Н. у. Названия первых четырех членов гомологич. ряда-метан, этан, пропан, бутан; названия последующих членов ряда состоят из основы-греч. числи-тельного-и окончания "ан", напр. С 5 Н 12 -пентан, С 8 Н 18 -октан, С 20 Н 42 -эйкозан; гексадекан в техн. литературе часто наз. цетаном; для названия углеводородов, имеющих одну или две боковые СН 3 -группы при втором атоме углерода цепи, используют соотв. префиксы "изо" и "нео", напр. (СН 3)2 СНСН 2 СН 3 -изопентан, (СН 3)3 ССН 3 -неопентан. Названия разветвленных Н. у. образуют из названия неразветвленных, к-рым соответствует наиб. длинная цепь с обозначением места боковой цепи цифрами. Для Н. у. возможна структурная изомерия (начиная с С 4) и оптическая (начиная с С 7); число возможных изомеров возрастает с увеличением числа атомов С.

Распространение в природе. Осн. источник Н. у. в природе-нефть; фракции нефти 200-430 °С содержат 30-50% (по массе) Н. у. (из них до 60% углеводородов нормального строения); низшие газообразные Н. у. входят в состав прир. 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 СЧС в Н. у. ~ 0,154 нм, СЧН ~0,109 нм, угол ССС в газообразном состоянии 109,47°, в кристаллическом-на 2-3° больше.

Низшие Н. у. до бутана и неопентан-газы без цвета и запаха, углеводороды С 5 -С 17 -бесцв. жидкости с характерным "бензиновым" запахом, высшие Н. у.-бесцв. твердые в-ва. Физ. св-ва нек-рых Н. у. приведены в таблице. Т-ры плавления и кипения зависят от размера молекулы и возрастают в гомологич. ряду с увеличением мол. массы. Среди изомеров углеводороды нормального строения имеют наиб. высокие т-ры кипения и плотности. Кристаллич. Н. у. 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 Н. у., тем выше т-ра плавления. Большинство Н. у. имеют неск. аллотропич. модификаций. Н. у. обладают большой теплотворной способностью; DH⁰ сгор (МДж/кг) для СН 4 56, для С 4 Н 10 50, для С 8 Н 18 Ч 48, а также характеризуются высоким уд. электрич. сопротивлением. Н. у. практически не раств. в воде и не растворяют ее. В Н. у. раств. галогены, S, Р и нек-рые неорг. соли, напр. BF3, СоСl2, NiCl2. Р-римость Н. у. падает по мере увеличения полярности р-рителя: они хорошо раств. в углеводородах, их галогенопроизводных, в эфирах; хуже-в этаноле и пиридине; мало раств. в метаноле, феноле, анилине, нитробензоле; практически не раств. в глицерине и этиленгликоле.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕКОТОРЫХ НАСЫЩЕННЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ

^a При т. кип. ^b В жидком состоянии под давлением. ^в При 25 °С. ^г Переохлажденная жидкость.

ИК спектры Н. у. имеют характеристич. полосы 2850-3000см ^-1 (С -Н), 1400-1470 см ^-1 (деформационные колебания связи СЧН в СН 3и СН 2 -группах) и дополнит. слабую полосу СН 3 -группы при 1380 см ^-1. Чистые Н. у. не поглощают в УФ области выше 200 нм и поэтому в УФ спектроскопии их часто применяют в качестве р-рителей. В спектре ЯМР хим. сдвиги d для СН 3 -групп 0,9 м. д., для СН 2 -групп 1,25 м. д. В масс-спектрах практически всех Н. у. присутствует мол. ион, хотя и малоинтенсивный, и ионы с m/z =14n + 1; наиб. интенсивны пики ионов с m/z43 и 57.

Н. у. относятся к наим. реакционноспособным орг. соед., однако они не являются химически инертными. При определенных условиях они вступают в р-ции окисления, галогени-рования, нитрования, сульфохлорирования и др. Наиб. инертны метан и этан.

Высокотемпературное окисление Н. у. в избытке О 2 приводит к их полному сгоранию до СО 2 и воды и протекает по цепному радикальному механизму. Такое окисление происходит в двигателях всех типов. Низкотемпературное жидкофазное окисление Н. у. О 2 в присут. солей Мn приводит к образованию смеси предельных к-т. Этот процесс используют в пром-сти для получения СН 3 СООН из бутана и низкокипящих фракций нефти, а также при произ-ве жирных к-т С 12 -С 18 окислением твердых Н. у. При газофазном окислении при низких т-рах образуются спирты, альдегиды, кетоны и к-ты (окислители соед. переходных металлов); в пром-сти газофазное окисление используется в произ-ве ацетальдегида, метанола и формальдегида.

Нагревание Н. у. без доступа воздуха выше 450 ^С С приводит к гомолитич. разрыву связей СЧСu образованию олефинов (термич. крекинг). Пром. значение имеет пиролиз легких нефтяных фракций в этилен. В отличие от термического каталитич. крекинг Н. у. протекает по ионному механизму и служит для получения высокооктановых бензинов из более тяжелых фракций нефти. В присут. Н 2 под давлением и катализаторов (Ni, Pt) идет гидрогенолиз (гидрокрекинг) с образованием Н. у. меньшей мол. массы. Каталитич. риформинг на Pt/Al2O3 приводит к дегидроциклиза-ции Н. у. в ароматич. и циклопентановые углеводороды и сопровождается гидрокрекингом и изомеризацией. При дегидрировании Н. у. на разл. катализаторах при 500-600 °С образуются олефиновые и диеновые углеводороды, в присут. АlСl3 или Pt/Al2O3 Н. у. нормального строения изомеризуются в Н. у. с разветвленной углеродной цепью.