Препаративные способы получения алканов

Нефть и природный газ как источники алканов имеют тот недостаток, что алканы выделяются при различных типах переработки в виде смеси. Выделение из таких смесей индивидуальных соединений представляет собой трудную задачу, особенно с ростом числа атомов углерода, так как при этом резко возрастает количество структурных изомеров, а различия в физических свойствах становятся все меньше.

Известные методы разделения, такие, как перегонка, экстракционная кристаллизация с мочевиной (образование клатратов с н-алканами), молекулярные сита (пропускают н-алканы), становятся неэффективными для тяжелых алканов. По этой причине для получения определенных алканов используются синтетические методы.

 Препаративные методы получения алканов можно разделить на две большие группы: с сохранением углеродного скелета исходного соединения; с изменением углеродного скелета.

Синтезы с сохранением углеродного скелета

К этим способам относятся методы восстановления любых других классов органических соединений в алканы. Каждый класс требует специфических условий реакции и соответствующего восстановителя, все определяется реакционной способностью восстанавливаемой группы. Так, если алкены и алкины легко гидрируются каталитически (мелкораздробленные никель, платина, палладий), то магнийорганические соединения легко восстанавливаются уже от контакта с водой:

Более подробно реакции восстановления рассмотрены в последующих разделах.

Синтезы с изменением углеродного скелета

Удлинение углеродной цепи можно осуществить по реакции Вюрца. Открытая Ш. Вюрцем в 1855 г., исследованная П. П. Шорыгиным, она используется для получения высших алканов, так как низшие образуются с низкими выходами.

Взаимодействие алкилгалогенидов с металлическим натрием дает в качестве основного продукта алканы, побочного — алкены, с промежуточным образованием натрийалкила:

Помимо рекомбинации возможны β-распад, диспропорционирование. Исключительно высокая реакционная способность натрийорганических соединений затрудняет исследование механизма этой реакции и контроль процесса, особенно в случае низших алканов.

Препаративное значение реакция Вюрца имеет для получения симметричных алканов.

Реакция Кольбе (1849 г.) также позволяет получать симметричные алканы через промежуточное образование радикалов при электролизе натриевых или калиевых солей карбоновых кислот:

Укорочение углеродной цепи происходит при декарбоксилировании карбоновых кислот (реакция Дюма). При нагревании солей карбоновых кислот (щелочных или щелочноземельных металлов) с гидроксидами натрия, бария, натронной известью (NaOH + СаО), алкоголятами натрия идет отщепление СО₂ с образованием алкана, содержащего на один атом углерода меньше, чем исходная кислота:

CH₃COONa + NaOH → CH4 + Na₂CO₃

Этот удобный препаративный метод получения метана можно осуществлять и в школьной химической лаборатории.