Алканы

АЛКАНЫ (парафины), насыщенные алифатические углеводороды общей формулы С_nН_2n+2. Атомы углерода в алканах связаны между собой в открытые цепи простыми (ординарными) связями. Различают неразветвлённые (нормальные, н-алканы) и разветвлённые алканы. Первый член гомологического ряда метан СН₄. Начиная с бутана С₄Н₁₀, алканы существуют в виде структурных изомеров, число которых возрастает с увеличением числа атомов углерода в молекуле (смотри Изомерия). В алканах атомы углерода имеют sp³-гибридизацию.

Низшие алканы, включающие углеводороды состава С₁-С₄, и неопентан (СН₃)₄С, - газы без цвета и запаха, С₅-С₁₇ - бесцветные жидкости, высшие алканы - бесцветные твёрдые вещества. Большинство алканов имеют несколько аллотропных модификаций. Алканы обладают большой теплотворной способностью, например теплота сгорания для СН₄ — 56, С₄,Н₁₀ — 50, С₈Н₁₈ - 48 МДж/кг. Алканы практически не смешиваются с водой, хорошо растворяются в углеводородах и их галогенпроизводных, простых и сложных эфирах; в полярных растворителях не растворяются.

Высокотемпературное окисление алканов в избытке кислорода протекает по цепному радикальному механизму и приводит к их полному сгоранию до диоксида углерода и воды. Нагревание алканов без доступа воздуха выше 450°С приводит к гомолитическому разрыву связей С—С и образованию алкенов. Окислением низших алканов получают спирты, альдегиды, кетоны, кислоты. Важным является окисление высших алканов до высших жирных кислот. Галогены (F, Сl, Вr) легко реагируют с алканами, образуя алкилгалогениды; хлорирование алканов с длинной углеродной цепью сопровождается разрывом связей С—С и протекает по радикальному механизму, в сильнокислотных средах (например, в присутствии кислот Льюиса) возможен ионный механизм реакции. Хлорированием низших алканов получают ряд промышленных продуктов, например метилхлорид, метиленхлорид, хлороформ. Нитрование алканов HNО₃ или N₂О₄ в газовой фазе также протекает по радикальному механизму с разрывом связей С—С и приводит к образованию смеси нитропроизводных (смотри Нитрование). Производные алканов, образующиеся в результате реакций сульфохлорирования и сульфоокисления, используют в синтезе ПАВ. Для алканов характерно образование клатратов, в том числе газовых гидратов. Образование клатратов алканов нормального строения, начиная с гексана С₆Н₁₄, с мочевиной используется в промышленности для карбамидной депарафинизации нефтепродуктов. Каталитическим дегидрированием алканов получают алкены и диеновые углеводороды. Большое промышленное значение имеют процессы изомеризации и ароматизации алканов, алкилирования изоалканов алкенами, а также процессы деструкции молекул алканов, протекающие при каталитическом и термическом крекинге.

В промышленности алканы получают в составе технических продуктов или выделяют из них при переработке нефти, природного горючего газа, угля и горючих сланцев; смесь различных алканов синтезируют из монооксида углерода и водорода (смотри Фишера - Тропша синтез). Твёрдые алканы нормального строения С₁₈-С₃₅ - парафин - получают депарафинизацией масляных дистиллятов нефти; смеси состава С₃₆—С₅₅ - церезин - очисткой озокерита. В лабораторных условиях алканы получают следующими способами: каталитическим гидрированием ненасыщенных углеводородов; восстановлением алкилгалогенидов гидридами металлов или водородом; по Вюрца реакции; гидролизом реактивов Гриньяра; декарбоксилированием карбоновых кислот; электролизом солей карбоновых кислот (смотри Кольбе реакция).

Алканы - основной компонент нефти. Низшие газообразные алканы входят в состав природных горючих и нефтяных попутных газов, твёрдые алканы встречаются в виде залежей озокерита, а также образуют восковые покрытия листьев, цветков и семян растений, входят в состав пчелиного воска.

Алканы входят в состав моторных, реактивных, бытовых топлив, а также топлив для электростанций, используются как сырьё для химической и нефтехимической промышленности. Жидкие алканы применяют в качестве растворителей, твёрдые алканы - в пищевой промышленности, электро- и радиотехнике.

Лит.: Несмеянов А. Н., Несмеянов Н. А. Начала органической химии: В 2 кн. М., 1969— 1974; Петров А. А. Химия алканов. М., 1974; он же. Углеводороды нефти. М., 1984; Общая органическая химия. М., 1981. Т. 1.