Изомеризация:
Под действием катализатора (например, AlCl3) происходит изомеризация алкана: например, бутан (C4H10), взаимодействуя с хлоридом алюминия (AlCl3), превращается из н-бутана в 2-метилпропан.
С марганцовокислым калием (KMnO4) и бромной водой (Br2) алканы не взаимодействуют.
Нахождение в природе
Нахождение в космосе
В небольших количествах алканы содержатся в атмосфере внешних газовых планет Солнечной системы: на Юпитере - 0,1 % метана, 0,0002 % этана, на Сатурне метана 0,2 %, а этана - 0,0005 %, метана и этана на Уране - соответственно 1,99 % и 0,00025 %, на Нептуне же - 1,5 % и 1,5·10−10, соответственно. На спутнике Сатурна Титане метан (1,6 %) содержится в жидком виде, причем, подобно воде, находящейся на Земле в круговороте, на Титане существуют (полярные) озёра метана (в смеси с этаном) и метановые дожди. К тому же, как предполагается, метан поступает в атмосферу Титана в результате деятельности вулкана. Кроме того, метан найден в хвосте кометы Хиякутаке и в метеоритах (углистых хондритах). Предполагается также, что метановые и этановые кометные льды образовались в межзвёздном пространстве.
Нахождение на Земле
В земной атмосфере метан присутствует в очень небольших количествах (около 0,0001 %), он производится некоторыми археями (архебактериями), в частности, находящимися в кишечном тракте крупного рогатого скота. Промышленное значение имеют месторождения низших алканов в форме природного газа, нефти и, вероятно, в будущем - газовых гидратов (найдены в областях вечной мерзлоты и под океанами). Также метан содержится в биогазе.
Высшие алканы содержатся в кутикуле растений, предохраняя их от высыхания, паразитных грибков и мелких растительноядных тварей. Это обыкновенно цепи с нечётным числом атомов углерода, образующиеся при декарбоксилировании жирных кислот с чётным количеством углеродных атомов. Среди животных алканы встречаются в качестве феромонов у насекомых, в частности у мухи цеце (2-метилгептадекан C18H38, 17,21-диметилгептатриаконтан C39H80, 15,19-диметилгептатриаконтан C39H80 и 15,19,23-триметилгептатриаконтан C40H82). Некоторые орхидеи при помощи алканов-феромонов привлекают опылителей.
Методы получения
Главным источником алканов (а также других углеводородов) являются нефть и природный газ, которые обычно встречаются совместно.
Восстановление галогенпроизводных алканов:
При каталитическом гидрировании в присутствии палладия галогеналканы превращаются в алканы:
R-CH2Cl + H2 → R-CH3 + HCl
Восстановление иодалканов происходит при нагревании последних с иодоводородной кислотой:
R-CH2I + HI → R-CH3 + I2
Для восстановления галогеналканов пригодны также амальгама натрия, гидриды металлов, натрий в спирте, цинк в соляной кислоте или цинк в спирте.
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
Восстановление карбонильных соединений
Реакция Кижнера-Вольфа:
Реакцию проводят в избытке гидразина в высококипящем растворителе в присутствии KOH.
Реакция Клемменсена:
Гидрирование непредельных углеводородов
· Из алкенов
n + H2 → CnH2n+2
· Из алкинов
n-2 + 2H2 → CnH2n+2
Катализатором реакции являются соединения никеля, платины или палладия.
Синтез Кольбе
При электролизе солей карбоновых кислот, анион кислоты - RCOO− перемещается к аноду, и там, отдавая электрон превращается в неустойчивый радикал RCOO•, который сразу декарбоксилируется. Радикал R• стабилизируется путем сдваивания с подобным радикалом, и образуется R-R. Например:
CH3COO− − 2e → 2[CH3COO•] → 2CH3• → C2H6
C3H7COOK → {электролиз} → C6H14
Газификация твердого топлива
Проходит при повышенной температуре и давлении. Катализатор - Ni:
C+2H2 → CH4
Реакция Вюрца
2R-Br + 2Na = R-R + 2NaBr
Реакция идёт в ТГФ при температуре −80 °C. При взаимодействии R и R` возможно образование смеси продуктов (R-R, R`-R`, R-R`)
Синтез Фишера - Тропша
nCO + (2n+1)H2 → CnH2n+2 + nH2O
Биологическое действие
При хроническом действии алканы нарушают работу нервной системы, что проявляется в виде бессонницы, брадикардии, повышенной утомляемости и функциональных неврозов.
Литература:
1. Активация и каталитические реакции алканов / Пер. с англ.; под ред. К. Хилла - М.: Мир, 1992.
2. Общая токсикология / Под ред. Лойта А. О. - СПб.: ЭЛБИ-СПб., 2006.
. Петров Ал. А. Химия алканов - М.: Наука, 1974. - 243 с.
. Пэрэушану В. Производство и использование углеводородов - М.: Химия, 1987.
. Рудаков Е. С. Реакции алканов с окислителями, металлокомплексами и радикалами в растворах - Киев: Наукова думка, 1985.
. Хейнс А. Методы окисления органических соединений. Алканы, алкены, алкины и арены - М.: Мир, 1988.