Получение и химические свойства алканов. Получение алканов из нефти


Способы получения алканов | Химия онлайн

Алканы выделяют из природных источников (природный и попутный газ, нефть, каменный уголь).

Газообразные алканы получают из природного и попутных нефтяных газов, а твердые алканы — из нефти. Природной смесью твердых высокомолекулярных алканов является горный воск — природный битум.

Метан широко распространен в природе. Он является главной составной частью многих горючих газов как природных (80-97%), так и искусственных, выделяющихся при сухой перегонке дерева, торфа, каменного угля, а также при крекинге нефти. Природные газы, особенно попутные газы нефтяных месторождений, помимо метана содержат этан, пропан, бутан и пентан.

Метан выделяется со дня болот и из каменноугольных пластов в рудниках, где он образуется при медленном разложении растительных остатков без доступа воздуха. Поэтому метан часто называют болотным или рудничным газом.

В промышленности

1. Получение алканов из природных источников (нефть, природный газ)

2. Синтезом на основе водяного газа из оксида углерода (II) и водорода можно получить метан:

3. Синтезом из водяного газа (СО+Н2) получают смесь алканов:

В лаборатории

1. Метан можно получить синтезом из простых веществ при нагревании, повышенном давлении в присутствии катализатора (Ni):

2. Гидролиз карбида алюминия (получение метана)

3. Взаимодействие карбида алюминия с сильными кислотами

4. Сплавление солей уксусной кислоты со щелочами (реакция Дюма)

Видеоопыт "Получение метана"

5. Каталитическое гидрирование (+Н2) непредельных углеводородов

6. Взаимодействие галогеналканов с металлическим натрием (реакция Вюрца)

Происходит димеризация углеродной цепи исходного галогеналкана, образуется алкан с четным числом атомов углерода в цепи:

Если в реакции участвуют разные галогеналканы, то образуется смесь алканов:

7. Электролиз растворов солей карбоновых кислот (реакция Кольбе)

Алканы (предельные углеводороды)

himija-online.ru

Получение и химические свойства алканов

Получение алканов

Рассмотрим получение и химические свойства алканов. В промышленности основным исходным сырьем для получения алканов служат такие природные источники как нефть и природный газ. Нефть – сложный природный объект, основную массу которого составляют углеводороды (УВ) трех гомологических рядов – алканы, циклоалканы и арены, однако наиболее широко представлены углеводороды смешанного гибридного строения. В составе различных фракций нефти содержатся алканы с числом углеродных атомов от 5 до 30. На 95% природный газ состоит из метана, остальные 5% —  примесью этана и пропана.

Алканы выделяют из сырья путем фракционной перегонки, основанной на разности температур кипения. Однако выделение чистых индивидуальных алканов является сложным процессом, поэтому чаще всего получают их смеси. Другим способом их получения является крекинг — термическое разложение углеводородов, в результате которого в углеводородной цепи соединений с более высокой молекулярной массой происходит разрыв углерод-углеродной связи с образованием соединений с более низкой молекулярной массой.

Различают термический крекинг и каталитический крекинг.

Термический крекинг был открыт русским инженером В.Г. Шуховым в 1891 г. Термический крекинг проводят при температуре 450–700oС. При этом происходит разрыва С–С связей высококипящих алканов с образованием более низкокипящих алканов и алкенов:

C12h36 → C6h24 + C6h22

При температуре более 1000°С происходит разрыв как С–С связей, так и более прочных С–Н связей.

Каталитический крекинг осуществляется при температуре 500°С, атмосферном давлении в присутствии катализаторов (чаще всего оксидов алюминия и кремния). В этом случае разрыв связей молекул сопровождается реакциями изомеризации и дегидрирования.

Синтетические методы получения алканов

1.Гидрирование ненасыщенных углеводородов.

Реакцию осуществляют в присутствии катализаторов (Ni, Pd) при нагревании:

СН3-СН=СН-СН3 + Н2 → СН3-СН2-СН2-СН3

   бутан                               бутен-2

СНз-C≡С-СН3  + 2Н2 → СН3-СН2-СН2-СН

                                                                                                                    бутин-2                            бутан

2.Дегалогенирование моногалогенпроизводных алканов.

В присутствии металлического натрия нагревание моногалогензамещенных алканов приводит к образованию алканов с удвоенным числом атомов углерода (реакция Вюрца):

СН3-СН-СН-СН2-Cl + 2Na + Cl-СН2-СН-СН-СН3  → СН3-СН-СН-СН2-СН2-СН-СН-СН3 + 2NaCl.

3.Сплавление безводных солей карбоновых кислот с щелочами. При получаются алканы, содержащие на один атом углерода меньше по сравнению с углеродной цепью исходных карбоновых кислот (реакция Дюма):

Ch4-Ch3-COONa + NaOH→СН3-СН3↑ + Na2CO3

4.Получение смеси алканов из синтез-газа (СО + Н2):

nCO + (2n+1)h3 = Cnh3n+2 + nh3O

5.Электролиз раствора солей карбоновых кислот (синтез Кольбе).

При электролизе солей карбоновых кислот на аноде выделятся соответствующий алкан и углекислый газ, на катоде — водород и щелочь

Ch4-Ch3-COONa + h3O → СН3-СН3↑ + 2СО2 + Н2 + 2NaОН

Получение метана

1. Действие на раскаленную медь смеси сероводорода и сероуглерода:

CS2 + 2h3S + 8Cu = Ch5+ Cu2S

2. Нагревание до 1200 градусов смеси водорода и углерода (а в присутствии никелевого катализатора до 475 градусов):

С + 2Н2 → СН4

Та же самая реакция протекает в горящей в атмосфере водорода электрической дуге.

3. Взаимодействие карбида алюминия с водой:

Аl4С3 + 12Н2О = ЗСН4↑ + 4Аl(ОН)3.

4. Нагревание смеси щелочи и ацетата натрия:

СН3СООNa + NaOH = Na2CO3 + Ch5.

5. Взаимодействие водорода и оксида углерода (II):

CO + 3h3 = Ch5 + h3O

Химические свойства алканов

Алканы ввиду насыщенности связей при нормальных условиях являются инертными веществами (их еще называют «химические мертвецы»). Они не способны вступать в реакции восстановления, при комнатной температуре не окисляются даже под действием таких сильных окислителей как К2Cr2O7, KMnO4 и т.п. Однако в определенных  условиях они могут вступать в реакции окисления (горения), дегидрирования, дегидроциклизации, изомеризации, разложения (крекинг), замещения.

1.Реакция дегидрирования (протекает при повышенной температуре в присутствии катализаторов Pt, Pd, Ni, Fe, Cr2O3, Fe2O3, ZnO):

СН3-СН2-СН3 → СН3-СН=СН2 + h3 (катализатор — Ni, 500°С)

                                                              пропан                     пропен

СН3-СН2-СН2-СН3 → СН3-СН=СН-СН3 + h3 (катализатор — Ni, 500°С)

                                                       бутан                             бутен-2

СН3-СН2-СН2-СН3 → Ch3=CH-CH=Ch3 + h3 (катализатор — Cr2O3/Al2O3, ~550°С)

                                               бутан                               бутадиен-1,3

2СН4 → CH≡CH+ h3 (катализатор — С, 1500°С)

                                                                           метан      ацетилен

2.Реакция дегидроциклизации (протекает при повышенной температуре в присутствии катализаторов):

3.Реакция изомеризации (протекает при повышенной температуре в присутствии катализатора):

4.Крекинг (нагрев до высоких температур без доступа воздуха):

C6h24 → C3H8 + C3H6

5.Окисление:

Неполное окисление алканов используют для получения карбоновых кислот, кетонов, альдегидов, спиртов:

СН3-СН2-СН2-СН3 + 3O2 → 2СН3-СOOH + 2h3O

                                                                                 бутан                               уксусная кислота

Действие кислорода воздуха в присутствии солей марганца на алканы с числом атомов углерода в цепи более 25 приводит к образованию смеси карбоновых кислот, среднее число атомов углерода в цепи которых составляет 12-18.

Полное окисление алканов (горение) –это экзотермическая реакция, которая сопровождается разрывом всех С-С и С-Н связей:

C6h24 + 9,5O2 6CО2 + 7h3O + Q

Низшие алканы (метан, этан, пропан, бутан) – легко воспламеняются, увеличение углеродной цепи алканов ведет к затруднению их горения, что объясняется недостатком кислорода воздуха, необходимого для полного окисления всего углерода. При этом происходит горение с образованием копоти, угарного газа.

6.Реакция образования «синтез-газа»:

СН4 + h3O → CO + 3h3 (катализатор — Ni, 800°С)

7. Реакция замещения (SR)

Замещение атома водорода происходит по радикальному механизму.  Вначале преимущественно замещается третичный атом углерода, затем вторичный и первичный.

  • Реакция галогенирования алканов возможна только при действии света или высокой температуры. При этом образуются галогеналканы:

Реакция продолжается до тех пор, пока не израсходуется один из реагентов. При большом количестве галогена в результате реакции образуется смесь продуктов замещения 2-х, 3-х и т.д. атомов водорода

  • Реакция нитрования алканов (реакция Коновалова) протекает при действии разбавленной азотной кислоты:

  • Реакция сульфохлорирования

Ch4(Ch3)10Ch4 + SO2 + Cl2Ch4(Ch3)10Ch3-SO2Cl + HClCh4(Ch3)10Ch3-SO2Cl + 2NaOHCh4(Ch3)10-Ch3SO3Na + NaCl

Применение алканов

zadachi-po-khimii.ru

Получение. Свойства. - Алканы - Предельные углеводороды - Органическая химия

Физические свойства. В обычных условиях первые четыре члена гомологического ряда алканов (С1 — С4) — газы. Нормальные алканы от пентана до гептадекана (C5 — C17) — жидкости, начиная с С18 и выше — твердые вещества. По мере увеличения числа атомов углерода в цепи, т.е. с ростом относительной моле­кулярной массы, возрастают температуры кипения и плавления алканов. При одинаковом числе атомов углерода в молекуле ал­каны с разветвленным строением имеют более низкие температу­ры кипения, чем нормальные алканы.

Алканы практически нерастворимы в воде, так как их молеку­лы малополярны и не взаимодействуют с молекулами воды, они хорошо растворяются в неполярных органических растворителях, таких как бензол, тетрахлорметан и др. Жидкие алканы легко смешиваются друг с другом.

Основные природные источники алканов — нефть и природный газ. Различные фракции нефти содержат алканы от C5h22 до С30Н62. Природный газ состоит из метана (95%) с примесью этана и пропана.

Из синтетических методов получения алканов можно выделить следующие:/>

1. Получение из ненасыщенных углеводородов. Взаимодействие алкенов или алкинов с водородом ("гидрирование") происходит в присутствии металлических катализаторов (/>Ni, Pd) принагревании:

tº. Ni
СН3-СН=СН2 + Н2    →  СН3-СН2-СН3,

СНз—C≡СН + 2Н2  → СН3-СН2-СН3.

2. Получение из галогенпротводных. При нагревании моногалогензамещенных алканов с металлическим натрием получают алканы с удвоенным числом атомов углерода (реакция Вюрца):/>

С2Н5Br + 2Na + Br—C2H5 → C2H5—C2H5 + 2NaBr.

Подобную реакцию не проводят с двумя разными галогензамещенными алканами, поскольку при этом получается смесь трех различных алканов

3. Получение из солей карбоновых кислот. При сплавлении безводных солей карбоновых кислот с щелочами получаются алканы, содержащие на один атом углерода меньше по сравнению с углеродной цепью исходных карбоновых кислот:/>

Ch4COONa + NaOH  →  СН4↑ + Na2CO3.

4.Получение метана. В электрической дуге, горящей в атмосфере водорода, образуется значительное количество метана:/>

 С + 2Н2 → СН4.

Такая же реакция идет при нагревании углерода в атмосфере водорода до 400-500 °С при повышенном давлении в присутствии катализатора.

В лабораторных условиях метан часто получают из карбида алюминия:

Аl4С3 + 12Н2О = ЗСН4↑ + 4Аl(ОН)3.

Химические свойства. В обычных условиях алканы химически инертны. Они устойчивы к действию многих реагентов: не взаимодействуют с концентрированными серной и азотной кислотами, с концентрированными и расплавленными щелочами, не окисляются сильными окислителями — перманганатом калия KMnО4 и т.п.

Химическая устойчивость алканов объясняется высокой проч­ностью s—связей С-С и С-Н, а также их неполярностью. Непо­лярные связи С-С и С-Н в алканах не склонны к ионному разрыву, но способны расщепляться гомолитически под действием активных свободных радикалов. Поэтому для алканов характер­ны радикальные реакции, в результате которых получаются сое­динения, где атомы водорода замещены на другие атомы или группы атомов. Следовательно, алканы вступают в реакции, про­текающие по механизму радикального замещения, обозначаемого символом SR (от англ, substitution radicalic). По этому механизму легче всего замещаются атомы водорода у третичных, затем у вторичных и первичных атомов углерода.

1. Галогенирование. При взаимодействии алканов с галогена­ми (хлором и бромом) под действием УФ-излучения или высокой температуры образуется смесь продуктов от моно- до полигалогензамещенных алканов. Общая схема этой реакции показана на примере метана:/>

  >

  >

 Сl2 Сl2 Сl2  Сl2
 СН4 СН3Сl  →  СН2Сl2  →  СНСl3 →  ССl4 (*)
-HCl   -HCl -НСl -HCl

Реакция образования хлорметана протекает по цепному механизму, который характеризуется следующими стадиями:

а) инициирование цепи:

б) Рост цепи. Радикал хлора отнимает у молекулы алкана атом водорода:

Cl·+ СН4→НС/>l + СН3·

При этом образуется алкильный радикал, который отнимает атом хлора у молекулы хлора:

СН3· + Сl2→СН3Сl + Сl·

Эти реакции повторяются до тех пор, пока не произойдет обрыв цепи по одной из реакций:

Cl· + Cl· → Сl/>2, СН3· + СН3· → С2Н6, СН3· + Cl· → СН3Сl·

Суммарное уравнение реакции:

hv
СН4 + Сl2  →  СН3Сl + НСl.

Образующийся хлорметан может подвергаться дальнейшему хло­рированию, давая смесь продуктов Ch3Cl2, CHCl3, ССl4 по схеме  (*).

Развитие теории цепных свободнорадикальных реакций тесно связа­но с именем выдающегося русского ученого, лауреата Нобелевской премии Н.И. Семенова (1896-1986).

2. Нитрование (реакция Коновалова). При действии разбав­ленной азотной кислоты на алканы при 140°С и небольшом дав­лении протекает радикальная реакция:/>

t °
Ch4-Ch4 + HNO3  →  Ch4-Ch3-NO2 + h3O./>/>

При радикальных реакциях (галогенирование, нитрование) в первую очередь замешаются атомы водорода у третичных, затем у вторичных и первичных атомов углерода. Это объясняется тем, что легче всего разрывается гомолитически связь третичного атома углерода с водородом (энергия связи 376 кДж/моль), затем — вторичного (390 кДж/моль) и только потом — первичного (415 кДж/моль).

3. Изомеризация.  Нормальные алканы при определенных условиях могут превращаться в алканы с разветвленной цепью:/>

4. Крекинг — это гемолитический разрыв связей С-С, который протекает при нагревании и под действием катализаторов.При крекинге высших алканов образуются алкены и низшие ал­каны, при крекинге метана и этана образуются ацетилен:/>

C/>8h28 → C4h20 + С4Н8,/>

 2СН4 → С2Н2 + ЗН2,

С2Н6 → С2Н2+ 2Н2.

Эти реакции имеют большое промышленное значение. Таким путем высококипящие фракции нефти (мазут) превращают в бензин, керосин и другие ценные продукты.

5. Окисление. При мягком окислении метана кислородом воздуха в присутствии различных катализаторов могут быть получе­ны метиловый спирт, формальдегид, муравьиная кислота:

 

Мягкое каталитическое окисление бутана кислородом воздуха — один из промышленных способов получения уксусной кислоты:

 t°          2C4/>H/>10 + 5O/>2 → 4CH/>3COOH/> + 2Н2О . кат 

На воздухе алканы сгорают до СО2 и Н2О:/>

СnН2n+2 + (Зn+1)/2О2 = nСО2 + (n+1)Н2О.

www.himhelp.ru

Углеводороды. Алканы. Строение, получение и свойства

Сегодня урок по химии 29 — Углеводороды. Алканы. Строение, получение и  свойства.

Углеводороды — органические соединения, в состав которых входят только два элемента: углерод и водород.

Алканы – алифатические (ациклические) предельные углеводороды, в которых атомы углерода связаны между собой простыми (одинарными) связями,  состав которых выражается общей формулой Cnh3n+2, где n – число атомов углерода.

Алканы являются углеводородами, наиболее богатыми водородом, они насыщены им до предела. Отсюда название – насыщенные или предельные углеводороды. Их также называют парафинами. Общая черта в  строении алканов и циклоалканов – простая или одинарная связь между атомами углерода. На образование этой связи затрачивается одна пара электронов, причем максимальное перекрывание орбиталей находится на линии, соединяющей центры атомов. Такую связь называют σ-связью, а электроны, образующие её – σ-электронами. Распределение электронной плотности σ‑ связи симметрично относительно оси, проходящей через центры связанных атомов

Все атомы углерода находятся в состоянии  sp3— гибридизации, валентный угол равен 109о28’,  длина связи С – С  составляет  1,54 Ао. Ниже приводятся формулы и названия первых десяти членов гомологического ряда предельных углеводородов и соответсвующих им алкильных радикалов.

 Гомологический ряд алканов
Мелекулярная формула иНазвание алкана Формула и название алкильного радикала
СН4 ,     метан — СН3,     метил
С2Н6,     этан — С2Н5,    этил
С3 Н8,    пропан — С3 Н7,   пропил
С4 Н10,   бутан — С4 Н9,   бутил
С5 Н12,   пентан — С 5Н11,   пентил (амил)
С6 Н14,   гексан — С6 Н13,   гексил
С7 Н16,   гептан — С 7Н15,   гептил
С8 Н18,   октан — С8 Н17,   октил
С9 Н20,    нонан — С9 Н19,    нонил
С10 Н22,   декан — С10 Н21,    децил
  1. Для простейших алканов (С1-С4) приняты тpивиальные названия:  метан, этан, пpопан, бутан, изобутан.
  2. Начиная с пятого гомолога, названия нормальных (неpазветвленных) алканов стpоят в соответствии с числом атомов углеpода, используя гpеческие числительные и суффикс -ан: пентан, гексан, гептан, октан, нонан, декан и т.д.
  3. В основе названия разветвленного алкана лежит название входящего в его конструкцию нормального алкана с наиболее длинной углеродной цепью. При этом углеводоpод с pазветвленной цепью pасcматpивают как пpодукт замещения атомов водоpода в ноpмальном алкане углеводоpодными pадикалами.

Напишем формулы изомеров гексана:

СН3-СН2-СН2-СН2-СН2-СН3    — н-гексан

СН3-СН(СН3) -СН2-СН2-СН3                          СН3-СН2-СН(СН3)-СН2-СН3

2-метилпентан                                                           3-метилпентан

СН3 –С( СН3)2– СН2— СН3                        СН3-СН(Ch4)-СН(Ch4)- СН3

        2,2-диметилбутан                                          2,3 –диметилбутан

Спосoбы получения алканов.

 1. По реакции Вюрца – действием металлического натрия на галоидные алкилы:

СН3 – СI  +  2Nа  + СI – СН3  →  СН3 – СН3  + 2NаСI

2.  Сплавлением натриевых солей карбоновых кислот с едкими щелочами:

СН3 –СН2 – СООNа  + NаОН  →   СН 3–СН3  + Nа2СО3.

3.  Гидролиз карбида алюминия, получается метан:

АI4С3   + 12Н2О   →    3СН4  +  4АI(ОН)3.

4.  Гидрирование непредельных углеводородов в присутствии катализаторов.

СnН2n  + Н2   →   СnН2n+2

5.  Синтез из оксида углерода (II) и водорода:

nСО + (2n+1)Н2   →   Cnh3n+2  + nН2О

Химические свойства алканов.

 1. Галогенирование (реакция радикального замещения):

СН4 + СI2 →  СН3СI +  HCl

2. Нитрование (реакция М.И.Коновалова) на примере 3-метилпентана:

СН3 —  СН2 – СН(СН3) – СН2СН3 + НО — NО2   →  СН3–СН2 -С(СН3)(NО2)–СН2-СН3 +Н2О

3-метил-пентан                                                         3-метил-3-нитропентан

3. Сульфирование:

СН3 – СН2 – СН2 – СН3 +НО -SО3Н  →  СН 3– СН(SО3Н) – СН2 – СН3 + Н2 О

Бутан                                                                    2-сульфобутан (бутан-2-сульфокислота).

4. Реакции окисления.

а) неполное окисление       2СН4  + 3О2   →  2СО  +  4Н2О

б) полное окисление            СН4  + 2О2   →  СО 2  +  2Н2О

5. Крекинг  ( расщепление ) алканов.

С4Н10   →   С2Н6 + СН2 = СН2

6. Дегидрирование:

СН3 – СН3   →    СН2 = СН2 + Н2↑

Этан                       Этен

Метан используется в основном в качестве дешевого топлива. При горении он дает почти бесцветное пламя. Из метана получают ценные химические продукты: метанол, синтез-газ, формальдегид, ацетилен, различные хлорпроизводные. Этан используется при синтезе этилена. Пропан в смеси с бутаном используется в качестве топлива. Средние члены гомологического ряда используют как горючее для двигателей (бензин, керосин), а также в качестве растворителей. Высшие алканы – топливо для дизельных двигателей, смазочные масла и сырье для производства моющих средств.

Это был урок по химии 29 — Углеводороды. Алканы. Строение, получение и  свойства.

Расскажите об этой статье друзьям:

Friend me:

к нашему сайту.

sovety-tut.ru

Электронное и геометрическое строение алканов

Атомы углерода в алканах находятся в sp3-гибридизованном состоянии. В алканах имеются связи С-С и С-Н. В метане имеются только С-Н связи. Связи С-Н образуются путем перекрывания 2s АО атома водорода с sp3 гибридизованной АО атома углерода. Связи С-С образуются путем перекрывания sp3-гибридизованных орбиталей атомов углерода.

Перекрывание атомных орбиталей происходит по линии, связывающей ядра атомов. Такие связи называются -связями.

Направленность -связей в метане – к вершинам правильного тетраэдра под углом 1090, что соответствует направленности четырех sp3-гибридизованных атомных орбиталей атома углерода.

Длина связи между атомами углерода в алканах 0,154нм, длина связи между атомами углерода и водорода 0,112нм.

Природные источники алканов

Природными источниками алканов являются нефть и природный газ. Природный газ в основном состоит из метана (до 98%), этана, пропана. Эти же газообразные углеводороды растворены в нефти. Метан, выделяющийся в угольных шахтах, называется рудничным газом. В результате гниения целлюлозы без доступа воздуха также образуется метан, который выделяется со дна болот (болотный газ).

При перегонке нефти получаются продукты, представляющие собой смеси углеводородов, содержащих алканы. Такими являются: петролейный эфир (Ткип. 40-750С), бензин (Ткип. 70-1800С), керосин (Ткип. 180-2300С), дизельное топливо (Ткип. 230-3050С) и мазут. При перегонке мазута при пониженном давлении или с водяным паром получают соляровое масло, смазочные масла, вазелин, парафин.

Синтетические способы получения алканов

  1. Гидрирование угля.

Гидрирование угля происходит под действием водорода только в присутствии катализаторов (оксиды и сульфиды молибдена, вольфрама, никеля) и при высоких температурах (450-4700С). Процесс проводят под давлением до 300 атм.:

nC + (n+1)h3  Cnh3n+2.

В результате образуется смесь различных алканов, которая используется в качестве моторного топлива.

  1. Гидрирование двуокиси и окиси углерода.

В присутствии катализатора, содержащего кобальт или железо, при температуре от 1800 до 3000С смесь СО и Н2 реагирует с образованием смеси алканов (синтин).

nCО + (2n+1)h3  Cnh3n+2 + nН2О

  1. Взаимодействие галогеналканов с натрием (реакция Вюрца).

Пример:

2Ch4Br + 2Na  Ch4 - Ch4 + 2NaBr

Реакция идет через образование промежуточного натрийорганического соединения.

Ch4Br + 2Na  Ch4Na + NaBr

метилнатрий

Ch4Na + Ch4Br  Ch4 - Ch4 + NaBr

  1. Электролиз солей карбоновых кислот (реакция Кольбе).

В этой реакции анион карбоновой кислоты на аноде отдает электрон (окисляется), образуя свободный радикал, который разлагается на СО2 и алкильный радикал. Алкильные радикалы димеризуются.

Пример:

  1. Декарбоксилирование карбоновых кислот.

При нагревании солей карбоновых кислот в присутствии щелочей при 2500-3000 С происходит их разложение, и выделяется алкан.

Пример:

  1. Гидрирование ненасыщенных углеводородов

Примеры:

Химические свойства алканов

Слабая полярность -связей в алканах является причиной их малой реакционной способности. При обычных условиях на них не действуют окислители, восстановители, кислоты и щелочи.

  1. Реакции радикального замещения атомов водорода.

Связи С-Н в алканах при sp3-гибридизованном атоме углерода малополярны, поэтому для них характерен гомолитический разрыв с образованием свободных радикалов:

Пример:

Такой разрыв связей происходит в реакциях галогенирования, нитрования, сульфохлорирования и сульфоокисления.

  1. Галогенирование.

Гомолитический разрыв связей требует большой энергии активации, поэтому реакции радикального замещения проходят при высоких температурах или при облучении светом.

По уменьшению реакционной способности галогены располагаются в ряд: F2  Cl2  Br2. Иод не реакционноспособен.

Хлорирование и бромирование

При освещении смеси Cl2 (или Br2) и алкана светом подходящей длины волны протекают следующие элементарные реакции.

а) Инициирование цепной реакции:

Для гомолитического разрыва связи в молекуле хлора требуется 300кДж на 1 моль хлора. Время жизни хлор-радикала 10-2 сек.

б) Цикл цепной реакции (рост цепи):

в) Обрыв цепи:

Реакции, при которых стадия инициирования приводит к двум или более самоподдерживающимся реакциям (рост цепи), заканчивающиеся обрывом цепи, называются цепными. Реакция не останавливается на стадии получения только монохлорпроизводного:

По энергии С-Н связи в алканах отличаются друг от друга:

Тип связи Энергия связи (Е, кДж/моль)

Сперв.–Н 410

Свтор.–Н 390

Стрет.–Н 380

Таким образом, наиболее активными являются С-Н связи при третичном атоме углерода.

Фторирование

При взаимодействии алканов с фтором выделяется большое количество тепла, что приводит к расщеплению С-С связей.

Сnh3n+2 + (n+1)F2  (2n+2)HF + nC

В связи с этим фторирование алканов проводят при разбавлении фтора азотом.

  1. Нитрование.

При взаимодействии алканов с разбавленной азотной кислотой или оксидами азота при нагревании происходит замещение атомов водорода на нитро-группу, и образуются нитроалканы (метод Коновалова).

Пример:

  1. Сульфохлорирование.

Пример:

  1. Сульфоокисление.

Алканы взаимодействуют с SO2 и O2 при ультрафиолетовом облучении. В результате образуются алкансульфокислоты.

Пример:

  1. Реакции алканов с кислородом.

а) В присутствии кислорода воздуха алканы легко сгорают с образованием СО2 и Н2О и выделением большого количества тепла (46000-50000 кДж/кг). Эта реакция широко используется в энергетических целях. Такое сгорание происходит в двигателях всех типов. В двигателе внутреннего сгорания при сжатии смеси паров бензина с воздухом нормальные углеводороды образуют перекиси, вызывающие преждевременное воспламенение (без участия запальной свечи). Это явление называется детонацией и причиняет вред, так как способствует изнашиванию двигателя. Разветвленные алканы лишены этого недостатка. Особенно ценны в качестве моторного топлива углеводороды, имеющие четвертичный углеродный атом (с неоструктурой), например:

Изооктан был положен в основу условной шкалы оценки моторных топлив по «октановому числу». Ему было приписано октановое число 100, а

н-гептану – 0. Бензин сравнивают со смесью, содержащей а% изооктана и (100-а)% н-гептана. При одинаковом поведении обеих проб в двигателе бензину приписывают октановое число а.

В дизельных и ракетных двигателях, где ценной является способность топлива быстро загораться, самые ценные топлива состоят из нормальных углеводородов. В оценочной условной шкале «цетановых чисел» точка 100 соответствует алкану цетану н-С16Н34, а точка 0 – метилнафталину.

Смеси газообразных алканов с кислородом взрывоопасны.

б) Окислением алканов в газообразной или в жидкой фазе воздухом или кислородом в присутствии катализаторов могут быть получены продукты частичного окисления, в основном, карбоновые кислоты.

Пример: окисление н-бутана при 80-1000С, давлении 400атм, в присутствии в качестве ктализатора солей марганца или оксидов металлов (MnO2).

Реакция проходит с разрывом углерод-углеродных цепей.

в) Окислительный пиролиз метана.

г) Конверсия метана.

Эта реакция является главным источником СО и Н2, которые широко применяются в промышленных синтезах.

  1. Термические превращения алканов.

При температуре выше 5000С алканы распадаются с выделением водорода и образованием углеводородов с более низкой молекулярной массой. Присутствие катализаторов уменьшает температуру распада. В этих реакциях происходит гомолитический разрыв связей С-С и С-Н. Термические превращения алканов называют крекингом. Термический и каталитический крекинг широко применяется в промышленности.

Труднее всего превращается метан.

Алканы с более длинной углеводородной цепью образуют ненасыщенные углеводороды или распадаются на углеводороды с меньшей молекулярной массой.

Примеры:

Алканы с шестью и более углеродными атомами в присутствии катализаторов способны к циклизации и образованию бензола и его производных – ароматических углеводородов.

Пример:

Эта реакция называется дегидроциклизацией или ароматизацией.

studfiles.net

Получение алканов,алкенов,алкинов

РЕФЕРАТ ПО

Органической химии

ТЕМА:

ПОЛУЧЕНИЕ АЛКАНОВ,АЛКЕНОВ,АЛКИНОВ.

ВАЖНЕЙШИЕ ПРЕДСТАВИТЕЛИ.

ПРИМЕНЕНИЕ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ.

План.

    1. АЛКАНЫ (предельные углеводороды).
    1. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ АЛКАНОВ.
    1. ПРЕДСТАВИТЕЛИ АЛКАНОВ.
    1. АЛКЕНЫ (этиленовые углеводороды).
    1. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ АЛКЕНОВ.
    1. ПРЕДСТАВИТЕЛИ АЛКЕНОВ.
    1. АЛКИНЫ (ацетиленовые углеводороды).
    1. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ АЛКИНОВ.
    1. ПРЕДСТАВИТЕЛИ АЛКИНОВ.

4. ПРИМЕНЕНИЕ АЛКАНОВ, АЛКЕНОВ, АЛКИНОВ.

1.1 ПРЕДЕЛЬНЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ (алканы).

Предельными углеводородами (алканами) называются соединения, состоящие из атомов углерода и водорода, соединенных между собой только Q-связями, и не содержащие циклов. В алканах атомы углерода находятся в степени гибридизации sp3.

1.2 Методы получения алканов.

Главным природным источником предельных углеводородов яв­ляется нефть, а для первых членов гомологического ряда — природный газ. Однако выделение индивидуальных соединений из нефти или продуктов ее крекинга- весьма трудоемкая, а часто и невыполнимая задача, поэтому приходится прибегать к синтетическим методам полу­чения.

1. Алканы образуются при действии металлического натрия на моногалогенпроизводные — реакция Вюрца:

НзС-СН2—Вг + Вг-СН2-Сh4 СНз-СН2—СН2—СНз + 2NaBr

Если взяты разные галогенпроизводные, то образуется смесь трех различных алканов, так как вероятность встречи в реакционном комплексе молекул одинаковых или разных равна, а реакционная способность их близка:

3C2H5I + 3Ch4Ch3Ch3IС4Н10 + С5Н12 + С6Н14 + 6NaI

2. Алканы могут быть получены при восстановлении алкенов или алкинов водородом в присутствии катализаторов :

НзС-СН=СН-СНз НзС-СН2-СН2-СНз

3. Самые разнообразные производные алканов могут быть восста­новлены при высокой температуре иодистоводородной кислотой:

H3C h4C

CHBr +2HI Ch3 + HBr + I2

h4C h4C Однако в этих случаях иногда наблюдается частичная изомеризация углеродного скелета — образуются более разветвленные алканы.

4. Алканы могут быть получены при сплавлении солей карбоновых кислот со щелочью. Образующийся при этом алкан содержит на один атом углерода меньше, чем исходная карбоновая кислота: O

СНз—С +NaOH Ch5+Na2C03

ONa

1.3 Представители алканов

Согласно теории строения А. М. Бутлерова, физические свойства веществ зависят от их состава и строения. Рассмотрим на примере предельных углеводородов изменение физических свойств в гомоло­гическом ряду .

Четыре первых члена гомологического ряда, начиная с метана, газообразные вещества. Начиная с пентана и выше, нормальные угле­водороды представляют собой жидкости. Метан сгущается в жидкость лишь при —162 °С. У последующих членов ряда температура кипения возрастает, причем при переходе к следующему гомологу она воз­растает приблизительно на 25°.

Плотность углеводородов при температуре кипения для нижних членов ряда увеличивается сначала быстро, а затем все медленнее: от 0,416 у метана до величины, несколько большей 0,78 .Температура плавления нормальных углеводородов в гомологичес­ком ряду увеличивается медленно. Начиная с углеводорода С16Н34, высшие гомологи при обычной температуре — вещества твердые.

Температура кипения у всех разветвленных алканов ниже, чем у нормальных алканов, и притом тем ниже, чем более разветвлена углеродная цепь молекулы. Это видно, например, из сравнения температур кипения трех изомерных пентанов. Наоборот, температура плавления оказывается самой высокой у изомеров с макси­мально разветвленной углеродной цепью. Так, из всех изомерных октанов лишь гекса-метилэтап (СН3)3С—С (СНз)3 является твердым веществом уже при обычной темпе­ратуре (т. пл. 104° С). Эти закономерности объясняются следующими причинами.

Превращению жидкости в газ препятствуют ван-дер-ваальсовы силы взаимодей­ствия между атомами отдельных молекул. Поэтому чем больше атомов в молекуле, тем выше температура кипения вещества, следовательно, в гомологическом ряду тем­пература кипения должна равномерно расти. Если сравнить силы взаимодействия молекул н-пентана и неопентана, то ясно, что эти силы больше для молекулы с нор­мальной цепью углеродных атомов, чем для разветвленных, так как в молекуле неопентана центральный атом вообще выключен из взаимодействия.

Главным фактором, влияющим на температуру плавления вещества, является плотность упаковки молекулы в кристаллической решетке. Чем симметричнее моле­кула, тем плотнее ее упаковка в кристалле и тем выше температура плавления (у н-пентана —132° C, у неопентана —20° С)

2.1 АЛКЕНЫ (этиленовые углеводороды, олефины)

Углеводороды, в молекуле которых помимо простых Q-связей углерод — углерод и углерод — водород имеются углерод-углеродные

-связи, называются непредельными. Так как образование -связи формально эквивалентно потере молекулой двух атомсв годорода, то непредельные углеводороды содержат на 2п атомов иодорода меньше, чем предельные, где n число - связей С6h24 C6h22C6h20C6H8C6H6 Ряд, члены которого отличаются друг от друга на (2Н)n, называется изологическим рядом. Так, в приведенной выше схеме изологами являются гексан, гексены, гексадиены, гексины, гексатриены и бензол.

Углеводороды, содержащие одну - связь (т. е. двойную связь), называваются алкенами (олефинами) или, по первому члену ряда - этилену, этиленовыми углеводородами. Общая формула их гомологического ряда — Cnh3n

2.2 Методы получения алкенов

При действии спиртовых растворов едких щелочей на галогенпроизводные:отщепляется галогенводород и образуется двойная связь:

h4C-Ch3-Ch3Brh4C-CH=Ch3+NaBr+h3O

Бромистый пропил Пропилен

Если в α-положении к атому углерода, связанному с галогеном, находится третичный, вторичный и первичный атомы водорода, то преимущественно отщепляется третичный атом водорода, в меньшей степени вторичный и тем более первичный (правило Зайцева):

Ch4 Ch4

Ch3 Ch3

h4C-C-CI h4C-C + KCL + h3O

CH C

h4C Ch4 h4C Ch4

2,3-Диметил-3-хлорпентан 2,3-Диметелпентен-2

Это связано с термодинамической устойчивостью образующихся алке-нoв. Чем больше заместителей имеет алкен у винильных атомов углерода, тем выше его устойчивость.

2. Действием на спирты водоотнимающих средств: а) при про­пускании спиртов над окисью алюминия при 300—400° С.

НзС-СН-СН2.-СНзНзС-СН=СН-СНз

OH Бутен-2

Втор-Бутиловый спирт

б) при действии на спирты серной кислоты в мягких условиях реакция идет через промежуточное образование эфиров серной кислоты:

НзС-СН-СНз НзС-СН-СН3 h4C-CH=Ch3

OH O-SO3H

изопропнлопып спирт

При дегидратации спиртов в жестких условиях в кислых средах наблюдается та же закономерность в отщеплении водородных атомов разного типа, как и при отщеплении галогенводорода.

Первой стадией этого процесса является протонирование спирта, после чего от­щепляется молекула воды и образуется карбкатион: СНз-СН2-СН-СНз + H Ch4-Ch3-CH-Ch4 Ch4-CH-CH-

OH O H

H H

Ch4Ch4-CH-CH-Ch4Ch4-CH=CH-Ch4 Образовавшийся карбкатион стабилизируется выбросом протона из соседнего поло­жения с образованием двойной связи (β-элиминирование). В этом слу­чае тоже образуется наиболее разветвленный алкен (термодинамически более устойчивыи). При этом процессе часто наблюдаются перегруппировки карбкатионов связанные с изомеризацией углеродного скелета:

Ch4 Ch4

Ch4 C-CH – Ch4 Ch4 C-CH-Ch4

Ch4 OH Ch4 Ch4 Ch4 Ch4 Ch4

C-CH C=C

Ch4 Ch4 Ch4 Ch4

3. При действии Zn или Mg на дигалогенпроизводные с двумя

атомами галогена у соседних атомов углерода:

CI h4C – C Ch3CIh4C - C - Ch3+MgCI2

Ch4 Ch4

1,2-дихлор-2-метал- изобутилен

пропан

4. Гидрированием ацетиленовых углеводородов над катализато­рами с пониженной активностью (Fe или «отравленные», т. е. обрабо­танные серусодержащнми соединениями для понижения каталити­ческой активности, Pt и Pd):

НСС-СН(СНз)2Н2С=СН-СН(СНз)2

2.3 Представители алкенов.

Как и алкаиы, низшие гомологи ряда простейших алкенов при обычных условиях — газы, а начиная с С5 — низкокипящие жидкости (см. табл. ).

т.пл., Т. d4
Формула Название °с Кип.,°С
Ch3=Ch3 Этилен -169 -104 0,5660 (при —102° С)
СН3СН=СН3 Пропилен -185 -47 0,6090 (при —47" С)
СНзСНзСН=СН2 СНз-СН=СН-СНз (цис)Бутен-1 -130 -5 0,6696 (при —5° С) 0,6352 (приО°С)
-139 +4
(цис)
СНз-СН=СН-СНз (транс)-Бутеп-2 -105 +1 0,6361 (при 0°С)
(транс)
(СНз)зС=СН2 Иэобутилен -140 -7 0,6407 (при 0°С)

Все алкены, как и алканы, практически нерастворимы в воде и хорошо растворимы в других органических растворителях, за исключением метилового спирта; все они имеют меньшую плотность, чем вода.

3.1 АЛКИНЫ (ацетиленовые углеводороды)

Алкинами называются углеводороды, содержащие кроме Q-связей две

-связи (тройную связь) у одной пары углеродных атомов. Общая формула гомологического ряда ацетиленовых углеводородов СnН2n-2 образование одной-связи формально эквивалентно потере двух атомов водорода.

Различными физическими методами доказано, что ацетилен C2h3 — I простейший представитель гомологического ряда алкинов — имеет линейную молекулу, в которой длина углерод-углеродной тройной связи равна 1,20 А, а длина связей углерод—водород 1,06 A.

Связи С—Н в ацетилене относятся к числу Q-связей, образованных путем перекрывапия s-орбитали водорода с гибридизованной sp- орбиталью углерода; в молекуле имеется одна углерод-углеродная а-связь (образованная перекрыванием двух гибридизованных sp-орби-талей углерода) и две углерод-углеродные -связи — результат перекрывания двух взаимно перпендикулярных пар «чистых» p-орбиталей (р иР) соседних атомов углерода. Валентные углы в ацетилене на основании этой модели равны 180° и молекула имеет линейную конформацию, что делает невозможной цис-транс-изомерию при тройной связи. 3.2Методы получения алкинов.

Наиболее общим способом получения ацетиленовых углеводородов является действие спиртового раствора щелочей на дигалогенпроиз-водные предельных углеводородов с вицинальным (а) или геминаль-ным (б) расположением атомов галогена

  1. Ch3Br –Ch3Br -> СНСН + 2НВг
б) СНз—СН2—СНСl2 ->СHз-ССН+2ИСl

Ch4-Ch3-CCl2-Ch4 -> СНз-С С-СНз + 2НС1

Так как вицинальные дигалогенпроизводные обычно получают присоединением галогенов к этиленовым углеводородам, то реакцию (а) можно рассматривать как реакцию превращения этиленовых угле­водородов в ацетиленовые.

Геминальные дигалогенпроизводные (оба атома галогена у одного атома углерода) являются производными кетонов или альдегидов и, следовательно, с помощью реакций (б) можно осуществить переход от карбонильных соединений к алкинам. При отщеплении галогенводородов действует уже известное правило Зайцева, что водород отщеп­ляется от углеродного атома, содержащего меньшее количество атомов водорода.

Ацетилен можно получать непосредственно при высокотемператур­ном крекинге (термическом или электротермическом) метана или более , сложных углеводородов:

2СН4Н-СС-Н + ЗН2

3.3 Представители алкинов. Как у алканов и алкенов, низшие члены гомологического ряда алкинов в обычных условиях—газообразные вещества. Данные табл. 22 показывают, что основные физико-химические характеристики углеводородов рассмотренных классов мало отличаются друг от друга (см. таблицу).

Формула Название Т. пл., °С Т кип., °С D4
HCCH

Ch4CCH

HCC- Ch3Ch4 СНзСCСНз

Ацетилен Пропин

Бутин-1

Бутин-2
-82

-105

-137

-33

-84

(возг,-23) 9

27

0,6200 (при-84° С) 0,6785 (при -27° С) 0;669б (при -10° С) 0,6880 (при 25° С)
4. ПРИМЕНЕНИЕ АЛКАНОВ, АЛКИНОВ, АЛКЕНОВ

Алкены вместе с алканами, ацетиленом и ароматическими уг­леводородами являются одним из главных сырьевых источников промышленности тяжелого (многотоннажного) органического син­теза.

Этилен в громадных количествах используется для переработки в полиэтилен и этиловый спирт, он идет на переработку в этилен-гликоль и употребляется в теплицах для ускорения вызревания плодов.

Пропилен перерабатывается в полипропилен, ацетон, изопропиловый спирт.

Ацетилен играет исключи­тельно важную роль в про­мышленности. Его мировое производство достигает не­скольких миллионов тонн. Громадное количество ацети­лена используется для свар­ки металлов, при его горении

в кислороде температура достигает 2800° С. Это значительно более высокая температура, чем при сгорании водорода в кислороде, не говоря уже о сгорании метана. Причина этого в значительно меньшей теплоемкости СО2 по сравнению с Н2О, которой образуется больше при сгорании алканов, чем алкинов:

2СзН6 + 7O2 -> 4СО2 + 6Н2О

2С2 Н2 + 5O2 -> 4СО2 + ЗН2О

Неприятный запах ацетилена, получаемого из карбида, обусловлен примесями Ph4 и Ash4, чистый ацетилен пахнет, как и все низшие углеводороды (бензин). Ацетилен и его смеси с воздухом крайне взрывчаты; ацетилен хранят и транспортируют в баллонах в виде ацетоновых растворов, пропитывающих пористые материалы.

НЕФТЬ И ЕЕ ПЕРЕРАБОТКА

Состав нефти. Главным природным источником предельных углеводородов является нефть. Состав нефтей различается в зависимости от месторождения, однако все нефти при простой перегонке обычно разделяются на следующие фракции: газовая фракция, бензин, реак­тивное топливо, керосин, дизельное топливо, парафин, нефтяной гудрон.

Газовая фракция (т. кип. до40◦C) содержит нормальные и развет­вленные алканы до С,, в основном пропан и бутаны. Природный газ из газовых месторождений состоит в основном из метана и этана.

Бензин авиационный (т. кип. 40—180 °С) содержит углеводороды С6 — С10 В бензине обнаружено более 100 индивидуальных соедине­ний, в число которых входят нормальные и разветвленные алканы, циклоалканы и алкилбензолы (арены).

Реактивное топливо (т. кип. 150—280°С).

Керосин тракторный (т, кип. 110—300 °С) содержит углеводороды С7—С14.

Дизельное топливо (т. кип. 200—330 °С), в состав которого входят углеводороды C13 — C18, в больших масштабах подвергается крекингу, превращаясь в алканы (и алкены) с меньшей молекулярной массой (см. ниже).

Смазочные масла (т. кип. 340—400°С) содержат углеводороды C18 — C25.

Парафин нефтяной (т. кип. 320—500 °С), в его состав входят угле­водороды С26—С38, из которых выделяют вазелин. Остаток после перегонки обычно называют асфальтом или гудроном.

Помимо углеводородов самых различных классов в нефти содер­жатся кислородные, сернистые и азотсодержащие вещества; иногда их суммарное содержание доходит до нескольких процентов.

В настоящее время наиболее признанной является теория органического происхождения нефти как продукта превращения растительных и животных остатков. Это подтверждается тем, что в образцах нефтей были найдены остатки порфиринов, стероиды растительного и животного происхождения и так называемый «хемофоссилий» — самые разнообразные фрагменты, содержащиеся в планк­тоне.

Хотя общепризнанно, что нефть является наиболее ценным природ­ным источником химического сырья, до сих пор основное количество нефти и нефтепродуктов сгорает в двигателях внутреннего сгорания (бензин), дизелях и реактивных двигателях (керосин).

Моторное топливо. Октановое число. Бензины различного проис­хождения по-разному ведут себя в двигателях внутреннего сгорания.

Стремясь к максимальному повышению мощности двигателя при малых габаритах и массе, стараются увеличить степень сжатия горючей смеси в цилиндре. Однако в быстроходных четырехтактных двигателях, работающих с принудительным зажиганием, при этом иногда происхо­дит преждевременное воспламенение смеси — детонация. Это снижает мощность мотора и ускоряет его износ. Это явление связано с составом жидкого топлива, так как углеводороды разного строения при исполь­зовании их в качестве моторного топлива ведут себя различно. Наихуд­шие показатели — у парафинов нормального строения.

За стандарт горючего вещества с большой способностью к детона­ции принят нормальный гептан. Чем больше разветвлена углеродная цепь парафинового углеводорода, тем лучше протекает сгорание его в цилиндре и тем большей степени сжатия горючей смеси можно достичь. В качестве стандарта моторного топлива принят 2, 2, 4-триметилпентан (который обычно называют изооктаном) с хорошими антидетонационными свойствами. Составляя в различных пропорциях смеси этого октана с я-гептапом, сравнивают их поведение в моторе с поведением испытуемого бензина. Если смесь, содержащая 70% изооктана, ведет себя так же, как исследуемый бензин, то говорят, что последний имеет октановое число 70 (октановое число изооктана принято за 100; октановое число н-гептана принято равным нулю).

Одним из путей повышения детонационной стойкости топлив для двигателей с зажиганием от искры является применение антидетона­торов.

Антидетонаторы — это вещества, которые добавляют к бензинам (не более 0,5%) для улучшения аптидетопацнонных свойств. Доста­точно эффективным антидетонатором является тетраэтилсвинец (ТЭС) РЬ (C2H5)4

Однако бензин с ТЭС и продукты его сгорания очень токсичны. В настоящее время найдены новые антидетонаторы на основе марганец-органических соединений типа циклопентадиеиклпснтакарбонилмарганца С5Н5Мn (СО)5: они менее токсичны и обладают лучшими анти­детонационными свойствами. Добавление этих антидетонаторов к хоро­шим сортам бензина позволяет получать топливо с октановым числом до 135.

Для ракетных и дизельных двигателей, наоборот, наиболее ценны топлива с нормальной цепью углеродных атомов, обладающие наиболее низкой температурой воспламенения. Эту характеристику принято

оценивать в цетановых числах. Цетановое число 100 имеет углеводород н-Сц,Нд4, а цетаповое число 0 — 1-метилнафталин.

Синтез углеводородов из CO+h3. Пропуская над мелко раздробленным нике­лем смесь окиси углерода (II) и водорода при 250° С, можно получить метан:

СО+ЗН2СН4+Н2О

Если эту реакцию проводить при давлении 100—200 атм и температуре до 400°С, получается смесь, состоящая главным образом из кислородсодержащих продуктов, среди которых преобладают спирты; смесь эта была названа счшполом.

При применении железо-кобальтовых катализаторов и температуре 200° С образуется смесь алканов — синтин.

nСО + (2n + 1) Н2 СnН2n + 2 + h3О

Синтин и синтол являются продуктами многотоннажного органического синтеза и широко используются в качестве сырья для многих химических производств.

Клатраты. Синтин и бензиновые фракции нефти состоят из смесей углеводо­родов нормального строения и с разветвленными цепями. Недавно был найден эффек­тивный метод разделения органических соединений с нормальными цепями и развет­вленных, получивший в общем случае название метода клатратного разделения. Для разделения углеводородов была использована мочевина. Кристаллы мочевины построены таким образом, что внутри кристаллов имеются узкие шестигранные ка­налы. Диаметр этих каналов таков, что внутрь их может пройти и задержаться за счет адсорбционных сил только углеводород нормального строения. Поэтому при обработке смеси органических соединений мочевиной (или некоторыми другими соеди­нениями) вещества с нормальной цепью углеродных атомов кристаллизуются вместе с ней в виде комплексов. Этот метод имеет, безусловно, очень большое будущее — когда будет найдено большее число эффективных клатратообразователей.

mognovse.ru

Методы получения (синтеза) алканов.

1 группа синтезов. «Синтез алканов, при котором углеродный скелет остается постоянным».

Восстановление галогенпроизводных алканов.

Чаще всего восстановление проводят либо водородом (при высоких температурах), либо иодоводородом. Возможность проведение таких реакций определяется энергетическим фактором:

С – Br (65 ккал/моль), С – Н (98 ккал/моль)

Связь С – Н оказывается прочнее, поэтому можно провести следующую реакцию:

СН3-СН2-СН2-Br + [Н] → СН3-СН2-СН2-Н + НBr

 

2. Гидролиз металлоорганических соединений.

СН3-СН2-Li + НОН → СН3-СН2-Н + LiОН

(связь С - Li сильно полярная, поэтому очень легко разрывается).

3. Гидpиpование непредельных углеводородов:

СН3-СН=СН2 +Н2 → СН3-СН2-СН3

СН3-С≡СН + 2Н2 → СН3-СН2-СН3

(«гидрирование» происходит в присутствии металлических катализаторов никеля или палладия при нагревании).

 

4. Восстановление карбонильной группы альдегидов или кетонов под действием амальгамы цинка в соляной кислоте (реакция Клемменса).

5. Восстановление циклоалканов водородом в присутствии катализаторов.

 

Такие реакции возможны только для циклопропана, циклобутана и частично для циклопентана. Реакция с циклогексаном не идет.

Реакции связаны с разрывом углеродного цикла и присоединением водорода к циклическому алкану.

 

2 группа синтезов. «Создание нового углерод - углеродного скелета».

А. Синтез более сложных алканов из галогенопроизводных с меньшим числом атомов углерода:

1. Взаимодействие галогеналканов с металлическими производными

 

СН3-СН2-Br + СН3-СН2-Li → СН3-СН2-СН2-СН3 + LiBr

Реакция проходит в органических растворителях, не может идти в водной среде, т к в водной среде будет проходить гидролиз металлорганического производного и мы не получим нужного результата.

 

2. Взаимодействие галогеналканов с металлическим натрием.

(реакция Вюрца)

2RX + 2Na = R-R + 2NaX

(X = Br, I, Cl, растворитель – эфир, реакцию нельзя проводить в водной среде).

Реакция легко протекает, если алкилгалогенид имеет большую молекулярную массу, а галоген связан с первичным атомом углерода. Алкилгалогениды с галогеном у третичного атома углерода в реакцию не вступают.

При вступление в реакцию Вюрца различных алкилгалогенидов, получаются не один, а три алкана:

3R1X + 3R2X + 6Na → R1-R1 + R2-R2 + R1-R2 + 6NaX

 

3. Каталитическое гидрирование угарного газа под давлением (синтез Фишера-Тропша) с образованием смеси углеводородов.

Данный синтез используется в промышленности для производства синтетического топлива. Смесь алканов содержит небольшую примесь непредельных углеводородов.

 

4. Синтез углеводородов электролизом растворов солей щелочных металлов карбоновых кислот (реакция Кольбе).

RCOO- = [RCOO. +R. ] =R – R

Разветвление углеродной цепи затрудняет проведение реакции.

Б. Синтез алканов с меньшим числом атомов углерода в цепи.

1. Крекинг нефти (промышленный способ)

 

Алканы выделяют из природных источников (природный и попутный газы, нефть, каменный уголь). Используются также синтетические методы.

При крекинге алканы получаются вместе с непредельными соединениями (алкенами). Этот способ важен тем, что при разрыве молекул высших алканов получается очень ценное сырье для органического синтеза: пропан, бутан, изобутан, изопентан и др.

2. Получение алканов из солей карбоновых кислот (реакция Дюма).

Получение ведут сплавлением солей карбоновых кислот с щелочами. Получают алканы, содержащие на один атом углерода меньше по сравнению с углеродной цепью исходных карбоновых кислот. Увеличение углеродной цепи карбоновой кислоты затрудняет проведение реакции. Легче всего идут реакции с солями уксусной и пропионовой кислот.

Получение метана.

1. Газификация твердого топлива (при повышенной температуре и давлении, катализатор Ni):

Реакция идет в электрической дуге, горящей в атмосфере водорода. Реакция идет с большим выходом. Реакция может идти при нагревании углерода в атмосфере водорода при температуре 4000-5000С при повышенном давлении в присутствии катализатора.

2. Разложение карбида алюминия водой:

Реакцию проводят в лабораторных условиях.

3. Метан получают из природного газа и при крекинге нефти.

 

stydopedia.ru