Alcanos

Estructura química (arriba) y modelo 3D (abajo) del metano , el alcano más simple

Los alcanos ( parafinas , también hidrocarburos saturados o saturados ) son hidrocarburos acíclicos de estructura lineal o ramificada, que contienen solo enlaces simples (simples) y forman una serie homóloga con la fórmula general C n H 2n + 2 .

Todos los alcanos y alquenos pertenecen a la clase de hidrocarburos alifáticos . Los alcanos son hidrocarburos saturados, es decir, contienen el máximo número posible de átomos de hidrógeno para un número dado de átomos de carbono. Cada átomo de carbono en las moléculas de alcano está en un estado de hibridación sp 3 : los 4 orbitales híbridos del átomo de C son idénticos en forma y energía, 4 enlaces se dirigen a los vértices del tetraedro en ángulos de 109 ° 28 '. Los enlaces C-C son enlaces σ caracterizados por baja polaridad y polarizabilidad . La longitud del enlace C-C es de 0,154 nm , la longitud del enlace C-H es de 0,1087 nm .

El representante más simple de la clase es el metano (CH 4 ). El hidrocarburo de cadena más larga, el nonacontatrictano C 390 H 782 , fue sintetizado en 1985 por los químicos ingleses I. Bidd y M. K. Whiting [1] .

Nomenclatura

Racional

Se selecciona uno de los átomos de la cadena carbonada, se considera que está sustituido por metano, y se construye en relación con él el nombre “alquil1alquil2alquil3alquil4metano”, por ejemplo:

a : n- butil- sec - butilisobutilmetano b : triisopropilmetano en : trietilpropilmetano

Sistemática IUPAC

De acuerdo con la nomenclatura de la IUPAC , los nombres de los alcanos se forman usando el sufijo -an sumando a la raíz correspondiente del nombre del hidrocarburo. Se selecciona la cadena hidrocarbonada no ramificada más larga, comenzando la numeración de esta cadena por el lado del sustituyente más cercano al final de la cadena. En el nombre del compuesto, el número del átomo de carbono en el que se encuentra el grupo sustituyente o heteroátomo se indica con un número , luego el nombre del grupo o heteroátomo y el nombre de la cadena principal. Si los grupos se repiten, enumere los números que indican su posición, y el número de grupos idénticos se indica mediante los prefijos di-, tri-, tetra-. Si los grupos no son iguales, sus nombres se enumeran en orden alfabético. [2]

Por ejemplo:

2,6,6-trimetil-3-etilheptano (de izquierda a derecha) / 2,2,6-trimetil-5-etilheptano (de derecha a izquierda)

Al comparar las posiciones de los sustituyentes en ambas combinaciones, se da preferencia a aquella en la que el primer dígito diferente es el más pequeño. Por lo tanto, el nombre correcto es 2,2,6 -trimetil-5- etilheptano .

Series homológicas e isomería

Los alcanos forman una serie homóloga .

Serie homóloga de alcanos (primeros 10 miembros)
Metano	Canal 4	Canal 4
etano	CH 3 -CH 3	C 2 H 6
Propano	CH 3 -CH 2 -CH 3	C 3 H 8
Butano	CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3	C 4 H 10
pentano	CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3	C 5 H 12
Hexano	CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3	C 6 H 14
heptano	CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3	C 7 H 16
Octano	CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3	C 8 H 18
Nonan	CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3	C 9 H 20
Decano	CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3	C 10 H 22

Los alcanos con más de tres átomos de carbono tienen isómeros. La isomería de los hidrocarburos saturados se debe al tipo más simple de isomería estructural - isomería del esqueleto de carbono, ya partir de C 7 H 16 - también a la isomería óptica [3] . El número de isómeros estructurales de los alcanos C n H 2n+2 en función del número de átomos de carbono n sin tener en cuenta el estereoisomerismo [4] [5] y teniendo en cuenta el estereoisomerismo [6] :

norte	Número de isómeros	Teniendo en cuenta el estereoisomerismo
cuatro	2	2
5	3	3
6	5	5
7	9	once
ocho	Dieciocho	24
9	35	55
diez	75	136
once	159	345
12	355	900
13	802	2412
catorce	1858	6563
quince	4347	18 127
veinte	366 319	3 396 844
25	36 797 588	749 329 719
treinta	4 111 846 763	182 896 187 256

El número de isómeros estructurales de hidrocarburos inferiores hasta C 14 H 30 se determinó por contaje directo; en 1931 se desarrolló un método recursivo para contar el número de isómeros [7] . No se encontró una relación simple entre el número de átomos de carbono n y el número de isómeros [7] . En , el número de diferentes isómeros estructurales de alcanos se puede estimar utilizando el teorema de Redfield-Polyi [8] . $n\rightarrow {\mathcal {1}}$

Propiedades físicas

Los puntos de fusión y ebullición aumentan con el peso molecular y la longitud de la cadena carbonada principal.
Bajo las condiciones estándar establecidas por la IUPAC ( presión 10 5 Pa , temperatura 0 °C), los alcanos de cadena lineal de CH 4 a C 4 H 10 son gases, de C 5 H 12 a C 13 H 28 son líquidos, y a partir de de C 14 H 30 y más - sólidos.
Los puntos de fusión y ebullición disminuyen de menos ramificados a más ramificados. Entonces, por ejemplo, a 20 ° C, el n - pentano es un líquido y el neopentano es un gas.
Los alcanos gaseosos y sólidos no huelen, algunos alcanos líquidos tienen un olor característico a "gasolina".
Todos los alcanos son incoloros, más ligeros que el agua e insolubles en ella. Los alcanos se disuelven bien en disolventes orgánicos, los alcanos líquidos ( pentano , hexano ) se utilizan como disolventes.

Propiedades físicas de los alcanos normales

norte	Nombre	T pl , °C	Tpb , ° C	Densidad , g / cm 3	Índice de refracción
una	Metano	−182,48	−161,5	0,416 en T pb
2	etano	−183,3	−88,63	0.546 en Tkip
3	Propano	−187,7	−42,1	0,585 en T pb
cuatro	Butano	−138,35	−0,5	0,6 en T pb	1.3326
cuatro	isobutano	−159,60	−11,73	0.5510 en Tkip
5	pentano	−129,7	36.07	0.6262	1.3575
6	Hexano	−95,3	68.7	0.6594	1.3749
7	heptano	−90,6	98.4	0.6795	1.3876
ocho	Octano	−55,8	125.7	0.7025	1.3974
9	Nonan	−54	150.8	0.718	1.4054
diez	Decano	−29,7	174.1	0.730	1.4119
once	Undecan	−25,6	195.9	0.7402	1.4151
12	dodecano	−9,6	216.3	0.7487	1.4216
13	tridecano	−5,4	235.5	0.7564	1.4256
catorce	tetradecano	5.9	253.6	0.7628	1.4289
quince	pentadecano	9.9	270.6	0.7685	1.4310
dieciséis	hexadecano	18.2	286.8	0.7734	1.4345
17	heptadecano	22.0	301.9	0.778*	1.4369*
Dieciocho	octadecano	28.2	316.1	0.7819*	1.4390*
19	Nonadecán	32.1	329.76	0.7855*	1.4409*
veinte	Eikozán	36.8	342.7	0.7887*	1.4426*
21	Geneikosan	40.5	355.1	0.7917*	1.4441*
22	Docosán	44.4	367.0	0.7944*	1.4455*
23	Trikozán	47.6	380.2	0.7969*	1.4468*
24	tetracosano	50,9	389.2	0.7991*	1.4480*
25	pentacosano	53.7	401.0	0,8012*	1.4491*
26	hexacosano	57	262 (15 mmHg)	0.778
27	heptacosano	60	270 (15 mmHg)	0.780
28	octacosan	61.1	280 (15 mm Hg)	0.807
29	nonacozano	64	286 (15 mmHg)	0.808
treinta	Triacontán	65.8	446.4	0.897*	1.4536*
31	Gentriacontán	67,9	455	0.8111*	1.4543*
32	dotriacontán	69.7	463	0.8124*	1.4550*
33	Tritriacontán	71	474	0.811
34	tetratriacontán	73.1	478	0.8148*	1.4563*
35	Pentatriacontán	74.7	486	0.8159*	1.4568*
36	hexatriacontano	75	265 a 130 Pa	0.814
37	heptatriacontano	77.4	504.14	0.815
38	Octatriacontán	79	510.93	0.816
39	no atriacontano	78	517.51	0.817
40	tetracontán	81.4	523.88	0.817
41	gentetracontan	80.7	530.75	0.818
42	dotetracontán	82,9	536.07	0.819
43	tritetracontano	85.3	541.91	0.820
44	tetratetracontano	86.4	547.57	0.820
45	Pentatetracontano		553.1	0.821
46	hexatetracontano		558.42	0.822
47	heptatetracontano		563.6	0.822
48	Octatetracontán		568.68	0.823
49	Nonatetracontán		573.6	0.823
cincuenta	Pentacontán	93	421	0.824
51	Genpentacontán		583	0.824
52	dopentacontano	94	587.6	0.825
53	tripentacontan		592	0.825
54	tetrapentacontán	95	596.38	0.826
…	…	…	…	…	…
60	Hexacontán	98.9
…	…	…	…	…	…
70	heptacontán	105.3
…	…	…	…	…	…
100	Hectano	115.2
…	…	…	…	…	…
150	pentacontagectano	123
…	…	…	…	…	…
390	nocontatrican	132

Nota de la tabla: * se marcan los valores obtenidos para un líquido sobreenfriado.

Propiedades espectrales

espectroscopia IR

En los espectros IR de los alcanos, las frecuencias de las vibraciones de estiramiento del enlace C–H se manifiestan claramente en la región de 2850–3000 cm– 1 . Las frecuencias de las vibraciones de estiramiento del enlace C—C son variables ya menudo de baja intensidad. Las vibraciones de flexión características en el enlace C–H en los grupos metilo y metileno generalmente se encuentran en el rango de 1400–1470 cm – 1 , sin embargo, el grupo metilo da una banda débil en 1380 cm – 1 en los espectros .

espectroscopia UV

Los alcanos puros no absorben la radiación ultravioleta por encima de 2000 Å y, por esta razón, suelen ser excelentes disolventes para medir los espectros UV de otros compuestos.

Propiedades químicas

Los alcanos tienen baja actividad química. Esto se debe a que los enlaces simples C-H y C-C son relativamente fuertes y difíciles de romper. Dado que los enlaces C-C son no polares y los enlaces C-H son de baja polaridad, ambos tipos de enlaces son ligeramente polarizables y pertenecen al tipo σ, su ruptura es muy probable por un mecanismo homolítico, es decir, con la formación de radicales.

Reacciones de sustitución radical

Halogenación

La halogenación de alcanos procede por un mecanismo de radicales . Para iniciar la reacción, es necesario irradiar la mezcla de alcano y halógeno con radiación UV o calentarla.

La cloración del metano no se detiene en la etapa de obtención del cloruro de metilo (si se toman cantidades equimolares de cloro y metano), sino que conduce a la formación de todos los posibles productos de sustitución, desde el clorometano hasta el tetracloruro de carbono . La cloración de otros alcanos da como resultado una mezcla de productos de sustitución de hidrógeno en diferentes átomos de carbono. La proporción de productos de cloración depende de la temperatura. La tasa de cloración de los átomos primarios, secundarios y terciarios depende de la temperatura; a bajas temperaturas, la tasa disminuye en la serie: terciario, secundario, primario. A medida que aumenta la temperatura, la diferencia entre las velocidades disminuye hasta volverse la misma. Además del factor cinético, la distribución de los productos de cloración está influenciada por un factor estadístico: la probabilidad de ataque del cloro a un átomo de carbono terciario es 3 veces menor que el primario y 2 veces menor que el secundario. Por lo tanto, la cloración de alcanos es una reacción no estereoselectiva, excepto en los casos en que solo es posible un producto de monocloración.

La halogenación ocurre más fácilmente cuanto más larga sea la cadena de carbono del n- alcano. En la misma dirección, la energía de ionización de la molécula de sustancia disminuye, es decir, el alcano se convierte más fácilmente en donador de electrones .

La halogenación es una de las reacciones de sustitución . El átomo de carbono menos hidrogenado se halogena primero (el átomo terciario, luego el secundario, los átomos primarios se halogenan al final). La halogenación de los alcanos tiene lugar en etapas con la formación secuencial de clorometano , diclorometano , cloroformo y tetracloruro de carbono : no se reemplaza más de un átomo de hidrógeno en una etapa:

{\mathsf {CH_{4}+Cl_{2}\rightarrow CH_{3}Cl+HCl))

{\mathsf {CH_{3}Cl+Cl_{2}\rightarrow CH_{2}Cl_{2}+HCl))

{\mathsf {CH_{2}Cl_{2}+Cl_{2}\rightarrow CHCl_{3}+HCl))

{\mathsf {CHCl_{3}+Cl_{2}\rightarrow CCl_{4}+HCl))

Bajo la acción de la luz, la molécula de cloro se descompone en radicales, luego atacan a las moléculas de alcano, arrancando su átomo de hidrógeno, como resultado de lo cual se forman radicales metilo CH 3 , que chocan con las moléculas de cloro, destruyéndolas y formando nuevos radicales. .

Mecanismo en cadena de la halogenación:

1) Iniciación

{\displaystyle {\ce {\mathsf {Cl{\text{:}}Cl->[{h\nu }]Cl{\text{ }}+{\text{ }}Cl))))

2) crecimiento de la cadena

{\mathsf {CH_{3}{\text{-}}CH_{2}{\text{-}}CH_{3}+Cl{\text{ }}\rightarrow CH_{3}{\ texto {-}}{\dot {CH}}{\text{-}}CH_{3}+HCl}}

{\mathsf {CH_{3}{\text{-}}{\dot {CH}}{\text{-}}CH_{3}+Cl{\text{:}}Cl\rightarrow CH_{ 3}{\text{-}}CHCl{\text{-}}CH_{3}+Cl{\text{ }}}}

3) circuito abierto

{\displaystyle {\mathsf {CH_{3}{\text{-}}{\dot {CH}}{\text{-}}CH_{3}+Cl{\text{ }}\rightarrow CH_{3 } {\text{-}}CHCl{\text{-}}CH_{3))))

La bromación de alcanos difiere de la cloración en una mayor estereoselectividad debido a la mayor diferencia en las tasas de bromación de los átomos de carbono terciarios, secundarios y primarios a bajas temperaturas.

No se produce la yodación de los alcanos con yodo y los yoduros no se pueden obtener por yodación directa.

Con flúor y cloro, la reacción puede proceder de forma explosiva, en tales casos, el halógeno se diluye con nitrógeno o un disolvente adecuado.

Sulfonación

Con la acción simultánea del óxido de azufre (IV) y del oxígeno sobre los alcanos, con la irradiación ultravioleta o con la participación de sustancias donadoras de radicales libres (diazometano, peróxidos orgánicos), la reacción de sulfonación procede con la formación de ácidos alquilsulfónicos :

{\mathsf {CH_{3}{\text{-}}CH_{2}{\text{-}}CH_{2}{\text{-}}CH_{3}{\xrightarrow {O_{ 2};SO_{2};h\nu }}CH_{3}{\text{-}}CH_{2}{\text{-}}CH_{2}{\text{-}}CH_{2} {\text{-}}SO_{2}OH}}

Sulfocloración (reacción de Reed)

Cuando se irradian con radiación ultravioleta, los alcanos reaccionan con una mezcla de SO 2 y Cl 2. Después de que se forma un radical alquilo con la salida de cloruro de hidrógeno, se agrega dióxido de azufre. El radical complejo resultante se estabiliza mediante la captura de un átomo de cloro con la destrucción de la próxima molécula de este último.

Desarrollo del proceso en cadena:

\mathsf{RH + Cl \cdot \rightarrow R\cdot + HCl}

\mathsf{R\cdot + SO_2 \rightarrow RSO_2\cdot}

\mathsf{RSO_2\cdot + Cl_2 \rightarrow RSO_2Cl + Cl\cdot}

Los hidrocarburos lineales se sulfocloran más fácilmente, en contraste con las reacciones de cloración y nitración. [9]

Los cloruros de sulfonilo resultantes se utilizan ampliamente en la producción de tensioactivos .

Nitración

Los alcanos reaccionan con una solución al 10% de ácido nítrico u óxido nítrico NO 2 en fase gaseosa a una temperatura de 140 °C y baja presión para formar derivados nitro:

\mathsf{RH + HNO_3 \rightarrow RNO_2 + H_2O}

Los datos disponibles apuntan a un mecanismo de radicales libres . Como resultado de la reacción, se forman mezclas de productos.

Reacciones de oxidación Autooxidación

La oxidación de los alcanos en fase líquida procede según el mecanismo de radicales libres y conduce a la formación de hidroperóxidos , productos de su descomposición e interacción con el alcano de partida. Esquema de la principal reacción de autooxidación:

\mathsf{RH + O_2 \rightarrow R\cdot + HOO\cdot}

\mathsf{R\cdot + O_2 \rightarrow ROO\cdot}

\mathsf{ROO\cdot + RH \rightarrow ROOH + R\cdot}

Combustión

La principal propiedad química de los hidrocarburos saturados que determina su uso como combustible es la reacción de combustión . Ejemplo:

\mathsf{CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O + \Delta Q}

El valor Q alcanza los 46.000 - 50.000 kJ/kg .

En caso de falta de oxígeno , en lugar de dióxido de carbono, se obtiene monóxido de carbono (II) o carbón (según la concentración de oxígeno).

oxidación catalítica

En las reacciones de oxidación catalítica de alcanos, se pueden formar alcoholes , aldehídos , ácidos carboxílicos .

Con una oxidación suave de CH 4 en presencia de un catalizador con oxígeno a 200 ° C, se puede formar lo siguiente:

metanol : $\mathsf{2CH_4 + O_2 \rightarrow 2CH_3OH}$
formaldehido : ${\mathsf {CH_{4}+O_{2}\rightarrow HCHO+H_{2}O))$
ácido fórmico : $\mathsf{2CH_4 + 3O_2 \rightarrow 2HCOOH + 2H_2O}$

La oxidación también se puede llevar a cabo con aire. El proceso se lleva a cabo en fase líquida o gaseosa. En la industria, los alcoholes grasos superiores y los ácidos correspondientes se obtienen de esta manera .

Reacción de oxidación de alcanos con dimetildioxirano :

El mecanismo de reacciones para la obtención de ácidos por oxidación catalítica y desdoblamiento de alcanos se muestra a continuación tomando como ejemplo la obtención de ácido acético a partir de butano :

Transformaciones térmicas de alcanos Descomposición

Las reacciones de descomposición ocurren solo bajo la influencia de altas temperaturas. Un aumento de la temperatura provoca la ruptura del enlace de carbono y la formación de radicales libres .

Ejemplos:

\mathsf{CH_4 \xrightarrow[]{^ot > 1000 ^oC} C + 2H_2}

\mathsf{C_2H_6 \rightarrow 2C + 3H_2}

Agrietamiento

Cuando se calientan por encima de 500 °C, los alcanos sufren descomposición pirolítica con la formación de una mezcla compleja de productos, cuya composición y proporción dependen de la temperatura y el tiempo de reacción. Durante la pirólisis , los enlaces carbono-carbono se escinden para formar radicales alquilo.

En 1930-1950. La pirólisis de alcanos superiores se ha utilizado industrialmente para producir una mezcla compleja de alcanos y alquenos que contienen de cinco a diez átomos de carbono. Se llama "craqueo térmico". Con la ayuda del craqueo térmico, fue posible aumentar la cantidad de la fracción de gasolina debido a la división de los alcanos contenidos en la fracción de queroseno ( 10–15 átomos de carbono en el esqueleto de carbono) y la fracción de petróleo diesel ( 12–20 átomos de carbono ). átomos). Sin embargo, el número de octanos de la gasolina obtenida por craqueo térmico no supera los 65, lo que no cumple con los requisitos de las condiciones de funcionamiento de los motores de combustión interna modernos.

Actualmente, el craqueo térmico ha sido completamente suplantado en la industria por el craqueo catalítico, que se lleva a cabo en fase gaseosa a temperaturas más bajas -400-450 °C y baja presión -10-15 atm- sobre un catalizador de aluminosilicato, que se regenera continuamente por combustión. el coque se formó sobre él en una corriente de aire. Durante el craqueo catalítico, el contenido de alcanos con una estructura ramificada aumenta bruscamente en la gasolina resultante.

Para metano:

\mathsf{2CH_4 \xrightarrow[]{^ot > 1500 ^oC} C_2H_2 + 3H_2}

Durante el craqueo, uno de los enlaces (C-C) se rompe, formando dos radicales. Luego ocurren tres procesos simultáneamente, como resultado de lo cual la reacción da muchos productos diferentes:

{\displaystyle {\mathsf {CH_{3}{\text{-}}CH_{2}{\text{:}}CH_{3}{\xrightarrow {1500^{\circ }C}}CH_{3} {\text{-}}CH_{2}{\text{ }}+{\text{ }}CH_{3))))

1) Recombinación:

{\mathsf {CH_{3}{\text{-}}CH_{2}{\text{ }}+{\text{ }}CH_{2}{\text{-}}CH_{ 3} \rightarrow CH_{3}{\text{-}}CH_{2}{\text{-}}CH_{2}{\text{-}}CH_{3}}}

{\displaystyle {\mathsf {CH_{3}{\text{ }}+{\text{ }}CH_{2}{\text{-}}CH_{3}\rightarrow CH_{3}{\text {- }}CH_{2}{\text{-}}CH_{3))))

{\mathsf {CH_{3}{\text{ }}+{\text{ }}CH_{3}\rightarrow CH_{3}{\text{-}}CH_{3}}}

2) Desproporción:

{\mathsf {CH_{3}{\text{ }}+{\text{ }}CH_{2}{\text{-}}CH_{3}\rightarrow CH_{4}+CH_{ 2} {\texto{=}}CH_{2}}}

{\displaystyle {\mathsf {CH_{3}{\text{-}}CH_{2}{\text{ }}+{\text{ }}CH_{2}{\text{-}}CH_{ 3} \rightarrow CH_{3}{\text{-}}CH_{3}+CH_{2}{\text{=}}CH_{2))))

3) desintegración β (rotura de enlaces (CH)):

{\mathsf {CH_{3}{\text{-}}CH_{2}{\text{ }}{\xrightarrow {-H{\text{ }}}}CH_{2}{\ text{ =}}CH_{2}}}

Deshidrogenación

1) En el esqueleto de carbono, 2 (etano) o 3 (propano) átomos de carbono - obteniendo alquenos (terminales), ya que otros no se pueden obtener en este caso; liberación de hidrógeno:

Condiciones de flujo: 400-600 °C, catalizadores - Pt, Ni, Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 , por ejemplo, la formación de etileno a partir de etano:

\mathsf{CH_3\text{-}CH_3 \rightarrow CH_2 \text{=}CH_2 + H_2}

2) En el esqueleto carbonado 4 (butano, isobutano) o 5 (pentano, 2-metilbutano, neopentano ) átomos de carbono - obteniéndose alcadienos, por ejemplo, butadieno-1,3 y butadieno-1,2 a partir de butano:

\mathsf{CH_3\text{-}CH_2\text{-}CH_2\text{-}CH_3 \rightarrow CH_2\text{=}CH\text{-}CH\text{=}CH_2 + 2H_2}

\mathsf{CH_3\text{-}CH_2\text{-}CH_2\text{-}CH_3 \rightarrow CH_2\text{=}C\text{=}CH\text{-}CH_3 + 2H_2}

3) En el esqueleto carbonado de 6 (hexano) o más átomos de carbono - obtención del benceno y sus derivados:

\mathsf{CH_3(CH_2)_5CH_3 \rightarrow C_6H_5CH_3 + 4H_2}

Conversión de metano

En presencia de un catalizador de níquel , la reacción procede:

\mathsf{CH_4 + H_2O \rightarrow CO + 3H_2}

El producto de esta reacción (una mezcla de CO y H 2 ) se denomina " gas de síntesis ".

Reacciones de sustitución electrofílica

Isomerización: La
isomerización de alcanos se produce bajo la acción de un catalizador (p. ej., AlCl 3 ): por ejemplo, el butano (C 4 H 10 ), al interactuar con el cloruro de aluminio (AlCl 3 ), se convierte de n -butano en 2-metilpropano.

Los alcanos no interactúan con el permanganato de potasio (KMnO 4 ) y el agua de bromo (solución de Br 2 en agua).

Estar en la naturaleza

Estar en el espacio

En pequeñas cantidades, los alcanos se encuentran en la atmósfera de los planetas gaseosos exteriores del sistema solar: en Júpiter : 0,1 % de metano , 0,0002 % de etano , en Saturno , 0,2 % de metano y etano: 0,0005 %, metano y etano en Urano , respectivamente. 1.99% y 0.00025%, en Neptuno - 1.5% y 1.5⋅10 −10 , respectivamente [10] . En Titán , el satélite de Saturno, el metano (1,6 %) está contenido en forma líquida y, como el agua que se encuentra en la Tierra en el ciclo , hay lagos (polares) de metano (mezclado con etano) y lluvias de metano en Titán. Además, como era de esperar, el metano ingresa a la atmósfera de Titán como resultado de la actividad volcánica [11] . Además, el metano se encuentra en la cola del cometa Hyakutake y en meteoritos ( condritas carbonáceas ). También se supone que el hielo cometario de metano y etano se formó en el espacio interestelar [12] .

Ubicación en la Tierra

En la atmósfera terrestre, el metano está presente en cantidades muy pequeñas (alrededor del 0,0001%), es producido por algunas arqueas (arqueobacterias) , en particular, ubicadas en el tracto intestinal del ganado . Los depósitos de alcanos inferiores en forma de gas natural , petróleo y, probablemente en el futuro, hidratos de gas (que se encuentran en áreas de permafrost y bajo los océanos) son de importancia industrial. El metano también se encuentra en el biogás .

Los alcanos superiores se encuentran en la cutícula de las plantas , protegiéndolas de la desecación, hongos parásitos y pequeños organismos herbívoros. Suelen ser cadenas con un número impar de átomos de carbono , formadas durante la descarboxilación de ácidos grasos con un número par de átomos de carbono. En los animales, los alcanos se encuentran como feromonas en los insectos , en particular en las moscas tsetsé (2-metilheptadecano C 18 H 38 , 17,21-dimetilheptatriacontano C 39 H 80 , 15,19-dimetilheptatriacontano C 39 H 80 y 15,19,23 - trimetilheptatriacontano C 40 H 82 ). Algunas orquídeas usan feromonas de alcanos para atraer polinizadores.

Conseguir

La principal fuente de alcanos (así como de otros hidrocarburos) es el petróleo y el gas natural , que suelen presentarse juntos.

Recuperación de alcanos halogenados:

Durante la hidrogenación catalítica en presencia de paladio , los haloalcanos se convierten en alcanos [13] :

\mathsf{RCH_2Cl + H_2 \rightarrow RCH_3 + HCl}

La reducción de los yodoalcanos se produce cuando estos últimos se calientan con ácido yodhídrico:

\mathsf{RCH_2I +HI \rightarrow RCH_3 + I_2}

La amalgama de sodio, los hidruros metálicos, el sodio en alcohol, el zinc en ácido clorhídrico o el zinc en alcohol también son adecuados para la reducción de haloalcanos [13]

Recuperación de alcoholes :

La reducción de alcoholes conduce a la formación de hidrocarburos que contienen el mismo número de átomos de C. Por ejemplo, la reacción de reducción del butanol (C 4 H 9 OH) tiene lugar en presencia de LiAlH 4 . En este caso, se libera agua [14] .

\mathsf{CH_3CH_2CH_2CH_2OH \xrightarrow[]{LiAlH_4} CH_3CH_2CH_2CH_3 + H_2O}

Recuperación de compuestos carbonílicos

Reacción de Kizhner-Wolf :

La reacción se lleva a cabo en exceso de hidracina en un disolvente de alto punto de ebullición en presencia de KOH [15] .

Reacción de Clemmensen [16] :

Hidrogenación de hidrocarburos insaturados

de alquenos

\mathsf{C_nH_{2n} + H_2 \rightarrow C_nH_{2n+2}}

de alquinos

\mathsf{C_nH_{2n-2} + 2H_2 \rightarrow C_nH_{2n+2}}

La reacción es catalizada por compuestos de níquel , platino o paladio [17] .

Síntesis Kolbe

Durante la electrólisis de sales de ácidos carboxílicos, el anión ácido - RCOO - se desplaza hacia el ánodo, y allí, cediendo un electrón, se convierte en un radical RCOO• inestable, que es inmediatamente descarboxilado. El radical R• se estabiliza duplicándolo con un radical similar y se forma R-R [18] . Por ejemplo:

\mathsf{CH_3COO^- \rightarrow CH_3COO\cdot + e^-}

\mathsf{CH_3COO\cdot \rightarrow CH_3\cdot + CO_2}

\mathsf{2CH_3\cdot + B \rightarrow C_2H_6}

Gasificación de combustibles sólidos (procesos Berthelot, Schroeder, Bergius )

Ocurre a temperatura y presión elevadas. Catalizador - Ni (para Berthelot), Mo (para Schroeder) o sin catalizador (para Bergius):

\mathsf{C + 2H_2 \rightarrow CH_4}

Reacción de Wurtz

\mathsf{2R\text{-}Br + 2Na \rightarrow R\text{-}R + 2NaBr}

La reacción tiene lugar en THF a una temperatura de -80 °C [19] . La interacción de R y R` puede formar una mezcla de productos (R-R, R`-R`, R-R`)

Síntesis de Fischer-Tropsch

{\mathsf {nCO+(2n+1)H_{2}\rightarrow C_{n}H_{{2n+2}}+nH_{2}O}}

Reacción de Dumas

Obtención de alcanos por descarboxilación de sales de ácidos carboxílicos, cuando se fusionan con un álcali (normalmente NaOH o KOH):

$CH{\scriptstyle {\text{3}}}COONa+NaOH\rightarrow Na{\scriptstyle {\text{2}}}CO{\scriptstyle {\text{3}}}+CH{\scriptstyle { \texto{4}}}$

Hidrólisis de carburo de aluminio [20]

${\mathsf {Al_{4}C_{3}+12H_{2}O\rightarrow 3CH_{4}\uparrow +4Al(OH)_{3}\downarrow ))$

Acción biológica

Los alcanos inferiores tienen un efecto narcótico , causan asfixia e irritan el sistema respiratorio. Con acción crónica, los alcanos interrumpen el funcionamiento del sistema nervioso, lo que se manifiesta en forma de insomnio, bradicardia , aumento de la fatiga y neurosis funcional. Debido al efecto irritante de los gases en intoxicaciones subagudas, agudas y crónicas, se desarrolla neumonía y edema pulmonar.

Notas

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Literatura

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Enlaces

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ver también: Compuestos binarios de hidrógeno ácidos inorgánicos

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