烷類(Alkanes)（二）──化學反應

烷類(Alkanes)（二）──化學反應
國立臺灣大學化學系學士生張育唐/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

烷類的反應性相當低。其上的氫的pK_a約僅50，這代表著其上的氫極不容易解離，也就是碳──氫鍵相當穩定。所以常見烷類的反應為燃燒反應(Combustion reaction)、裂解反應(Cracking reaction)，以及鏈反應或鏈鎖反應(Chain reaction)。

烷類的燃燒產生二氧化碳與水，由於涉及大量的碳─碳、碳─氫鍵斷裂，產生大量的熱，產生的熱稱為「燃燒熱(Heat of combustion)」。然而當氧氣不足時，可能產生一氧化碳與黑碳。

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(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、或較具經濟價值的烯類或炔類等分子。部份的裂解反應為鏈反應(Chain reaction)。鏈反應必須先有自由基的生成，然後自由基和烷類反應產生更多新的自由基，最後兩個自由基互相結合使得反應終止。例如一個乙烷的裂解自由基反應：

自然界中的烷類大多是透過石油的提煉、裂解、分餾而得。由於烷類的反應性低，因此其用途並不廣泛；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。而較長碳鏈的固體烷類，則可以做為潤滑油、瀝青等等用途。

另一個烷類重要的反應是鹵化反應(Halogenation)，即烷類上的氫原子被鹵素(F, Cl, Br, I)取代的反應(Substitution reaction)。烷類的取代反應通常也是鏈反應，例如甲烷的氯化反應：

可以發現雖然起始反應需要較高的能量，能量來源可以是紫外光或加熱。由於反應中會放出大量的熱，鏈反應一經啟動反應激烈。鹵化反應的產物為混合物，包含不同程度氯取代的產物，如CH₃Cl、CH₂Cl₂、CHCl₃和CCl₄，隨著使用鹵素和烷類比例的不同，主要產物也不同；氯氣過量時大量的產生CHCl₃和CCl₄，反之烷類為過量時產物以CH₃Cl、CH₂Cl₂為主。

反應得到的產物鹵烷(alkane halide)是重要的有機反應起始物，例如溴化烷常用來製備有機合成當中相當常見的格林納試劑(Grignard Reagent)。

參考資料
1. Wade, L. G., Jr. Organic Chemistry, 6^th edition; Pearson Education International: Upper Saddle River, 2006; Chapter 3.
2. Virtual Textbook of Organic Chemistry，Michigan State University- Department of Chemistry。 http://www2.chemistry.msu.edu/fa … rtTxtJml/intro1.htm
3. Wikipedia– Alkane  http://en.wikipedia.org/wiki/Alkane
4. Wikipedia– Cracking  http://en.wikipedia.org/wiki/Cracking_(chemistry)