烷類的反應(yīng)性相當(dāng)?shù)?。其上的氫的pKa約僅50,這代表著其上的氫極不容易解離,也就是碳──氫鍵相當(dāng)穩(wěn)定。所以常見烷類的反應(yīng)為燃燒反應(yīng)(Combustion reaction)、裂解反應(yīng)(Cracking reaction),以及鏈反應(yīng)或鏈鎖反應(yīng)(Chain reaction)。烷類的燃燒產(chǎn)生二氧化碳與水,由于涉及大量的碳─碳、碳─氫鍵斷裂,產(chǎn)生大量的熱,產(chǎn)生的熱稱為「燃燒熱(Heat of combustion)」。然而當(dāng)氧氣不足時(shí),可能產(chǎn)生一氧化碳與黑碳。
C5H12 + 8 O2 → 5 CO2 + 6 H2O + HEAT
C5H12 + 6 O2 → CO2 + 4 CO + 6 H2O + HEAT
C5H12 + 5 O2 → 4 CO + C + 6 H2O + HEAT
裂解反應(yīng)(Cracking)則為大的烷類分子在高溫高壓,以及催化劑的作用下,分裂成較小的烷類、或較具經(jīng)濟(jì)價(jià)值的烯類或炔類等分子。部份的裂解反應(yīng)為鏈反應(yīng)(Chain reaction)。鏈反應(yīng)必須先有自由基的生成,然后自由基和烷類反應(yīng)產(chǎn)生更多新的自由基,最后兩個(gè)自由基互相結(jié)合使得反應(yīng)終止。例如一個(gè)乙烷的裂解自由基反應(yīng):
自然界中的烷類大多是透過石油的提煉、裂解、分餾而得。由于烷類的反應(yīng)性低,因此其用途并不廣泛;最多的情形是做為燃料。天然氣、汽油、柴油等等,幾乎都是以烷類做為主要成分。而較長(zhǎng)碳鏈的固體烷類,則可以做為潤(rùn)滑油、瀝青等等用途。另一個(gè)烷類重要的反應(yīng)是鹵化反應(yīng)(Halogenation),即烷類上的氫原子被鹵素(F, Cl, Br, I)取代的反應(yīng)(Substitution reaction)。烷類的取代反應(yīng)通常也是鏈反應(yīng),例如甲烷的氯化反應(yīng):
可以發(fā)現(xiàn)雖然起始反應(yīng)需要較高的能量,能量來源可以是紫外光或加熱。由于反應(yīng)中會(huì)放出大量的熱,鏈反應(yīng)一經(jīng)啟動(dòng)反應(yīng)激烈。鹵化反應(yīng)的產(chǎn)物為混合物,包含不同程度氯取代的產(chǎn)物,如CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4,隨著使用鹵素和烷類比例的不同,主要產(chǎn)物也不同;氯氣過量時(shí)大量的產(chǎn)生CHCl3和CCl4,反之烷類為過量時(shí)產(chǎn)物以CH3Cl、CH2Cl2為主。反應(yīng)得到的產(chǎn)物鹵烷(alkane halide)是重要的有機(jī)反應(yīng)起始物,例如臭化烷常用來製備有機(jī)合成當(dāng)中相當(dāng)常見的格林納試劑(Grignard Reagent)。
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