アルカン
接触分解は分子を小さな破片とする反応で、加熱や触媒を用いる。加熱接触分解は等方的な開裂、すなわち結合が対称的に切断することによる1対のラジカルの発生を伴う。触媒的接触分解では酸触媒、通常アルミノケイ酸やゼオライトが使われる。これらはヘテロリシス(異方性分解)を促進し、逆の電荷を持つ1対のイオン、普通はカルボカチオンと非常に不安定なヒドリドイオンを発生させる。発生したラジカルやカルボカチオンは共に不安定で、炭素鎖の転位、C−C結合のβ位での開裂、分子間および分子内での水素あるいはヒドリド転位を起こす。これらの過程では発生する活性中間体(ラジカルやイオン)は次々に再生成し、反応は連鎖的に進行する。最後はラジカルやイオンの再結合によって停止する。
ブタン CH 3 − CH 2 − CH 2 − CH 3 {\displaystyle {\ce {CH3-CH2-CH2-CH3}}} の例を以下に示す。
最も頻繁に起こる反応 (48%)。 CH 3 − CH {\displaystyle {\ce {CH3-CH}}} 2 結合の開裂 — CH 3 ∙ + ∙ CH 2 − CH 2 − CH 3 {\displaystyle {\ce {CH3{\bullet }+{\bullet }CH2-CH2-CH3}}} が生成し、数段階の反応のあと、アルカンとアルケン CH 4 + CH 2 = CH − CH 3 {\displaystyle {\ce {CH4 + CH2=CH-CH3}}} が得られる。
IRスペクトルでは、炭素−水素伸縮振動により2980–2850 cm付近に強い吸収を示す。炭素−炭素伸縮振動による吸収は1300–800 cm付近に現れる。炭素−水素変角振動は置換基の性質によって異なり、メチル基は1450–1375 cmに、メチレン基は1465–1450 cmに吸収を示す。炭素数4以上の場合は725 cm付近に弱い吸収を示す。
およそ全ての有機化合物は炭素−炭素および炭素−水素結合を持ち、種々のスペクトル上にその特徴が現れる。アルカンは他に官能基を持たないので、アルカンのみにみられるような特徴は少ない。
アルカンは化学工業における原料物質として広く利用されるのみならず、世界経済に大きな影響を与える燃料でもある。
処理過程における出発物質は天然ガスまたは原油である。後者は蒸留による石油精製によって分離され、ガソリンなど様々な製品が作られる。原油から得られる種々の留分はそれぞれ異なる沸点を持ち、容易に分離することができる。各留分の沸点の幅は狭い。
アルカンごとの用途はその炭素数によってほぼ決まっているが、以下に示す分類は大まかなものである。炭素数1–4のものは暖房、料理など、いくつかの国では発電にも使われる。メタンとエタンは天然ガスの主成分である。普通は加圧下で気体のまま保存されるが、輸送の際には液体としておくのが便利である。それには圧縮か冷却が必要とされる。
プロパンとブタンはより低い圧力で液体にすることができ、液化石油ガス (LPG) として知られる。プロパンはプロパンガスバーナーなど、ブタンは使い捨てのタバコ用ライター(圧力2バール程度)などに使われる。これらはスプレーにも用いられる。
炭素数5–8のもの(ペンタンからオクタンまで)は揮発性の高い液体である。燃焼の均一性を損なう液滴を作らず容易に気化して燃焼室に導入できるため、内燃機関の燃料に使われる。
アルカンはイオン化エネルギーが大きいため、マススペクトルでの分子イオンピークは強度が低い。フラグメンテーションは一般に解釈が難しいが、枝分かれしたアルカンの場合は生成するラジカルの安定性により4級炭素の部分で解裂が起こりやすい。メチル基を失ったフラグメントイオン (M − 15) のピークは現れないことが多く、メチレン基を1個ずつ失っていくことによる14質量単位ごとのピークがよくみられる。