Алканы – это углеводороды, в которых все валентности атомов углерода, не затраченные на образование простых С–С связей, насыщены атомами водорода. Атомы углерода в алканах насыщены атомами водорода до предела, поэтому их называют предельными или насыщенными углеводородами.

Алканы, за свою химическую инертность, были названы парафинами (от латинского parumaffinitas – лишенный сродства). Марковников назвал предельные углеводороды «химическими мертвецами». Действительно, в обычных условиях алканы не реагируют с концентрированными кислотами и щелочами и устойчивы к действию сильных окислителей (перманганат калия, хромовая смесь).

Алканы – насыщенные углеводороды и для них характерны реакции замещения водорода на другие атомы или функциональные группы. Кроме того, они могут отщеплять водород и превращаться в непредельные углеводороды.

Поскольку в алканах связи С–С неполярны, а С–Н слабополярны, то наиболее вероятно, что они будут разрушаться по гомолитическому механизму. Следовательно, для алканов предпочтительны радикальные реакции.

Реакции радикального замещения

Реакция фтора с углеводородами экзотермична: со свободным фтором она идет со взрывом и сопровождается полной деструкцией молекулы углеводорода.. Продуктами реакции любого углеводорода являются СF₄ и HF:

Реакция иодирования алканов не имеет практического применения ввиду обратимости. Выделяющийся иодоводород восстанавливает иодалкан до алкана

Наиболее широко применяются реакции хлорирования и бромирования. Эти процессы инициируются ультрафиолетовым светом или высокой температурой. В метане можно последовательно заместить все атомы водорода атомами хлора:

При хлорировании алканов более сложного строения образуется смесь продуктов. Так при монохлорировании (замещении одного атома водорода на хлор) пропана образуются монохлорпропаны почти в равных количествах:

При бромировании образуются соответствующие монобромиды, но в другом соотношении:

Таким образом, бромирование пропана протекает с высокой степенью селективности. Атом брома, обладая низкой реакционной способностью, атакует более слабые третичные С–Н связи.

Нитрование алканов

Прямое нитрование алканов происходит при повышенной температуре в жидкой или газовой фазе разбавленной азотной кислотой или оксидами азота.

Реакцию нитрования алканов в 1888 году осуществил русский химик органик Михаил Иванович Коновалов. Эта реакция названа его именем. При нитровании используется разбавленная азотная кислота (12-25%) и температура 140-150 ^о С. В этих условиях в первую очередь замещаются третичные атомы водорода: