ПОЛУЧЕНИЕ АЛКАНОВ

Мы приступаем к изучению нового типа вопросов, который в дальнейшем станет для Вас привычным. Это изучение химических реакций. Здесь Вам будет необходимо усвоить и запомнить, какие вещества и в каких условиях должны прореагировать, чтобы произошли желательные изменения в структуре молекул. Эти изменения в структуре приведут к появлению новых физических, химических и физиологических свойств.

Теперь перейдем к рассмотрению конкретных реакций, иллюстрируя каждую примерами.

Получение метана

Простейший алкан — метан может быть получен в лаборатории нагреванием смеси ацетата натрия и гидроксида натрия;

Метан — газ и, если он нужен для дальнейших экспериментов, его необходимо собрать в специальную ловушку.

Получение алканов из алкенов

Водород присоединяется по двойной связи алкенов. При этом образуются алканы. Реакция идет в присутствии небольших количеств тщательно измельченного металла, такого, как никель, платина или палладий. Металл является катализатором. Его присутствие необходимо для Протекания реакции, но он не расходуется в реакции и может быть использован многократно. Такая реакция называется реакцией каталитического гидрирования и в общем виде записьгоается так:

При таком способе записи показывают только те части молекул, которые подвергаются изменениям. Подразумевается, что к этим частям

молекул присоединены другие фрагменты, чаще всего атомы водорода или алкильные группы, которые не участвуют в реакции. Некоторые конкретные примеры приводятся ниже:

В этих реакциях два атома водорода удерживаются на поверхности металлического катализатора, а затем оба присоединяются с одной стороны двойной связи. Такое течение реакции называется цис-присоединением или син-присоединением. В некоторых случаях, как, например, в последнем из приведенных выше примеров, это имеет стере о химическое значение. Поскольку атомы водорода подходят с одной стороны молекулы, обе метальные группы оказываются с другой стороны кольца. Продукт реакции в результате имеет цис-строение, т. е. оба заместителя находятся по одну сторону цикла.

Другая реакция, приводящая к образованию алканов, — взаимодействие алкенов с литием в жидком аммиаке

Реакция протекает при. (температура кипения аммиака) и состоит из двух последовательных стадий. Два атома водорода присоединяются с разных сторон двойной связи, что может сказываться на стерео химическом результате реакции. Такое течение реакции носит название транс-присоединения или анти-присоединения.

В первых двух случаях строение продуктов реакции не зависит от того, используем ли мы каталитическое гидрирование или восстановление литием в аммиаке. В последнем примере метальные группы оказываются по разные стороны цикла или в тряиоположении относительно друг друга. Геометрические аспекты двух реакций рассмотрены ниже еще раз на примере другого циклического алкена:

Обе реакции используются для превращения алкенов в алканы с таким же углеродным скелетом.

Получение алканов из алкинов

Гидрирование алкинов протекает аналогично гидрированию алкенов. Алкины присоединяют 2 моль водорода, образуя алканы:

Например:

Стереохимия присоединения не имеет в этом случае большого значения.

Получение алканов из галогеналканов

Следующая последовательность реакций позволяет удалять галоген из галогеналканов, заменяя его на водород. При этом образуются алканы:

В этих формулах X обозначает атом галогена. Первая стадия называется реакцией Гриньяра, а получающийся при этом реактив Гриньяра находит широкое применение в органическом синтезе. Мы еще неоднократно встретимся с реактивами Гриньяра, а пока запомним, что эти вещества реагируют с водой, давая алканы. Например:

Реакции сочетания

Можно также строить молекулу алкана из меньших по размеру молекул галогеналканов. Эта реакция универсальна, так как позволяет соединять два различных алкильных фрагмента и получать самые разные алканы с четным и нечетным числом атомов углерода, симметричные или несимметричные. В общем виде этот синтез, называемый синтезом Кори — Хауса, показан ниже:

где алкильные группы; X - атом галогена.

Галогеналкан реагирует с литием, а образующееся литийорганическое соединение добавляют к галогениду меди (1). Соединение называемое диалкилкупратом лития, реагирует с другим галогеналканом, образуя желаемый алкан.

Первый из используемых галогеналканов может иметь любую структуру, а второй должен быть первичным галогенидом, т. е. атом галогена должен находиться на конце углеродной цепи. В итоге этой последовательности реакций две алкильные группы, ранее связанные с атомами галогена, оказываются соединенными между собой. Здесь и далее

мы не будем останавливаться на неорганических веществах, образующихся в обсуждаемых реакциях. Примеры: