1.1 ALKAN (gesättigte Kohlenwasserstoffe).
1.2 VERFAHREN ZUR GEWINNUNG VON ALKANEN.
1.3 ALKANVERTRETER.
2.1 ALKENE (Ethylenkohlenwasserstoffe).
2.2 VERFAHREN ZUR ERHALTUNG VON ALKENEN.
2.3 VERTRETER DER ALKENE.
3.1 ALKYNE (acetylenische Kohlenwasserstoffe).
3.2 VERFAHREN ZUR ERHALTUNG VON ALKYNEN.
3.3 VERTRETER VON ALKYNEN.
4. ANWENDUNG VON ALKANEN, ALKENEN, ALKYNEN.
1.1 BEGRENZTE KOHLENWASSERSTOFFE (Alkane).
Gesättigte Kohlenwasserstoffe (Alkane) sind Verbindungen, die aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen bestehen, die nur durch Q-Bindungen miteinander verbunden sind und keine Zyklen enthalten. In Alkanen befinden sich Kohlenstoffatome im Grad der sp3-Hybridisierung.
1.2 Methoden zur Gewinnung von Alkanen.
Die wichtigste natürliche Quelle gesättigter Kohlenwasserstoffe ist Öl und für die ersten Mitglieder der homologen Reihe Erdgas. Die Isolierung einzelner Verbindungen aus Öl oder seinen Crackprodukten ist jedoch eine sehr mühsame und oft unmögliche Aufgabe, sodass auf synthetische Herstellungsverfahren zurückgegriffen werden muss.
1. Alkane entstehen durch die Einwirkung von metallischem Natrium auf Monohalogenderivate - die Wurtz-Reaktion:
H3C-CH2-Br + Br-CH2-CH3 CH3-CH2-CH2-CH3 + 2NaBr
Wenn verschiedene Halogenderivate genommen werden, entsteht eine Mischung aus drei verschiedenen Alkanen, da die Wahrscheinlichkeit, identische oder verschiedene Moleküle im Reaktionskomplex zu treffen, gleich ist und ihre Reaktivität nahe ist:
3C2H5I + 3CH3CH2CH2IC4H10 + C5H12 + C6H14 + 6NaI
2. Alkane können durch Reduktion von Alkenen oder Alkinen mit Wasserstoff in Gegenwart von Katalysatoren erhalten werden:
NzS-CH \u003d CH-CHz NzS-CH2-CH2-CH3
3. Eine Vielzahl von Alkanderivaten kann bei hoher Temperatur mit Jodwasserstoffsäure reduziert werden:
H3C H3C
CHBr + 2HI CH2 + HBr + I2
H3C H3C
In diesen Fällen wird jedoch manchmal eine teilweise Isomerisierung des Kohlenstoffgerüsts beobachtet – es werden stärker verzweigte Alkane gebildet.
4. Alkane können durch Schmelzen von Salzen erhalten werden Carbonsäuren mit Alkali. Das resultierende Alkan enthält ein Kohlenstoffatom weniger als die ursprüngliche Carbonsäure:
Ö
CH3-C + NaOH CH4 + Na2C03
Auf einen
1.3 Vertreter von Alkanen
Nach der Strukturtheorie von A. M. Butlerov hängen die physikalischen Eigenschaften von Substanzen von ihrer Zusammensetzung und Struktur ab. Betrachten Sie am Beispiel von gesättigten Kohlenwasserstoffen die Veränderung physikalische Eigenschaften in der homologen Reihe.
Die ersten vier Mitglieder der homologen Reihe, beginnend mit Methan, gasförmige Stoffe. Ab Pentan aufwärts sind normale Kohlenwasserstoffe Flüssigkeiten. Methan kondensiert erst bei -162 °C zu einer Flüssigkeit. Bei nachfolgenden Mitgliedern der Reihe steigt der Siedepunkt und beim Übergang zum nächsten Homolog um etwa 25 °.
Die Dichte der Kohlenwasserstoffe am Siedepunkt der unteren Reihen steigt zunächst schnell und dann langsamer an: von 0,416 für Methan auf einen Wert etwas über 0,78 Der Schmelzpunkt normaler Kohlenwasserstoffe in der homologen Reihe steigt langsam an. Beginnend mit dem Kohlenwasserstoff C16H34 sind die höchsten Homologen bei gewöhnlicher Temperatur feste Substanzen.
Der Siedepunkt aller verzweigten Alkane ist niedriger als der von normalen Alkanen, und außerdem ist die Kohlenstoffkette des Moleküls umso verzweigter, je niedriger sie ist. Dies ist beispielsweise aus einem Vergleich der Siedepunkte dreier isomerer Pentane ersichtlich. Umgekehrt ist der Schmelzpunkt für die Isomere mit der am stärksten verzweigten Kohlenstoffkette am höchsten. Somit ist von allen isomeren Oktanen nur die Hexamethylstufe (CH3)3C-C(CH3)3 fest bereits bei gewöhnlicher Temperatur (Smp. 104 ° C). Diese Muster werden durch die folgenden Gründe erklärt.
Die Umwandlung einer Flüssigkeit in ein Gas wird durch Van-der-Waals-Wechselwirkungskräfte zwischen den Atomen einzelner Moleküle verhindert. Je mehr Atome im Molekül vorhanden sind, desto höher ist der Siedepunkt der Substanz. Daher sollte der Siedepunkt in der homologen Reihe gleichmäßig ansteigen. Wenn wir die Wechselwirkungskräfte von n-Pentan- und Neopentan-Molekülen vergleichen, wird deutlich, dass diese Kräfte bei einem Molekül mit einer normalen Kette von Kohlenstoffatomen größer sind als bei einem verzweigten, da bei einem Neopentan-Molekül das Zentralatom im Allgemeinen von der Molekülkette ausgeschlossen ist Interaktion.
Entscheidend für den Schmelzpunkt eines Stoffes ist die Packungsdichte des Moleküls im Kristallgitter. Je symmetrischer das Molekül, desto dichter ist seine Packung im Kristall und desto höher der Schmelzpunkt (bei n-Pentan -132° C, bei Neopentan -20° C)
2.1 ALKENE (Ethylenkohlenwasserstoffe, Olefine)
Kohlenwasserstoffe, in deren Molekül zusätzlich zu einfache Q-Bindungen Kohlenstoff-Kohlenstoff und Kohlenstoff-Wasserstoff gibt es Kohlenstoff-Kohlenstoff
-Anleihen werden als unbegrenzt bezeichnet. Da die Bildung einer -Bindung formal dem Verlust von zwei Wasserstoffatomen durch ein Molekül entspricht, enthalten ungesättigte Kohlenwasserstoffe 2n weniger Wasserstoffatome als die limitierenden, wobei n die Anzahl der -Bindungen ist
C6H14 C6H12C6H10C6H8C6H6
Eine Reihe, deren Glieder sich um (2H)n unterscheiden, heißt isologische Reihe. Somit sind in dem obigen Schema die Isologe Hexan, Hexene, Hexadiene, Hexine, Hexatriene und Benzol.
Kohlenwasserstoffe, die eine Bindung (d. h. eine Doppelbindung) enthalten, werden Alkene (Olefine) oder, gemäß dem ersten Mitglied der Reihe, Ethylen, Ethylenkohlenwasserstoffe genannt. Die allgemeine Formel für ihre homologe Reihe ist CnH2n
2.2 Methoden zur Gewinnung von Alkenen
Bei Einwirkung alkoholischer Lösungen von Ätzalkalien auf Halogenderivate wird Halogenwasserstoff abgespalten und eine Doppelbindung gebildet:
H3C-CH2-CH2BrH3C-CH=CH2+NaBr+H2O
Propylbromid Propylen
Befinden sich in α-Stellung zum an das Halogen gebundenen Kohlenstoffatom tertiäre, sekundäre und primäre Wasserstoffatome, so wird das tertiäre Wasserstoffatom überwiegend abgespalten, weniger sekundär und mehr noch primär (Zaitsev-Regel):
H3C-C-CI H3C-C + KCL + H2O
H3C CH3 H3C CH3
2,3-Dimethyl-3-chlorpentan 2,3-Dimethylpenten-2
Dies liegt an der thermodynamischen Stabilität der resultierenden Alkene. Je mehr Substituenten ein Alken an den Vinylkohlenstoffatomen hat, desto höher ist seine Stabilität.
2. Wirkung von Wasserentfernern auf Alkohole: a) wenn Alkohole bei 300-400 °C über Aluminiumoxid geleitet werden.
NzS-CH-CH2.-CHzNzS-CH \u003d CH-CH3
OH Buten-2
sec-Butylalkohol
B) Wenn Schwefelsäure unter milden Bedingungen auf Alkohole einwirkt, verläuft die Reaktion über die intermediäre Bildung von Schwefelsäureestern:
H3C-CH-CH3 H3C-CH-CH3 H3C-CH=CH2
OH O-SO3H
Isopropylalkohol
Bei der Dehydratisierung von Alkoholen unter harschen Bedingungen in sauren Umgebungen wird das gleiche Muster bei der Abspaltung von Wasserstoffatomen beobachtet Anderer Typ, wie bei der Eliminierung eines Halogenwasserstoffs.
Die erste Stufe dieses Prozesses ist die Protonierung von Alkohol, danach wird ein Wassermolekül abgespalten und ein Carbokation gebildet:
CH3-CH2-CH-CH3 + H CH3-CH2-CH-CH3 CH3-CH-CH-
OHOH
HH
CH3CH3-CH-CH-CH3CH3-CH=CH-CH3
Das entstehende Carbokation wird durch die Abspaltung eines Protons von einer Nachbarposition unter Bildung einer Doppelbindung (β-Eliminierung) stabilisiert. In diesem Fall wird auch das am stärksten verzweigte Alken gebildet (thermodynamisch stabiler). Während dieses Prozesses werden häufig Umlagerungen von Carbokationen beobachtet, die mit der Isomerisierung des Kohlenstoffgerüsts verbunden sind:
CH3 CH3
CH3 C-CH – CH3 CH3 C-CH-CH3
CH3OHCH3
CH3 CH3 CH3 CH3
C-CH C=C
CH3 CH3 CH3 CH3
3. Unter Einwirkung von Zn oder Mg auf Dihalogenderivate mit zwei
Halogenatome an benachbarten Kohlenstoffatomen:
H3C – CCH2CIH3C – C – CH2+MgCI2
CH3 CH3
1,2-Dichlor-2-metall-isobutylen
Propan
4. Hydrierung von acetylenischen Kohlenwasserstoffen an Katalysatoren mit reduzierter Aktivität (Fe oder „vergiftet“, d. h. behandelt mit schwefelhaltigen Verbindungen zur Reduzierung der katalytischen Aktivität, Pt und Pd):
HCC-CH(CH3)2H2C=CH-CH(CH3)2
2.3 Vertreter von Alkenen.
Wie Alkaii sind die niederen Homologen einiger der einfachsten Alkene unter Normalbedingungen Gase und ab C5 niedrigsiedende Flüssigkeiten (siehe Tabelle).
MP, T. d4
Formelname °C Bip, °C
Ch2=CH2 Ethylen -169 -104 0,5660 (bei -102°C)
CH3CH \u003d CH3-Propylen -185 -47 0,6090 (bei -47 "C)
CH3CH3CH=CH2 CH3-CH=CH-CH3 (cis) Buten-1 -130 -5 0,6696 (bei -5 °C) 0,6352 (bei 0 °C)
-139 +4
(cis)
CH3-CH=CH-CH3 (trans)-Butep-2 -105 +1 0,6361 (bei 0°C)
(Trance)
(CH3)3C=CH2 Ieobutylen -140 -7 0,6407 (bei 0°C)
Alle Alkene sind wie Alkane praktisch unlöslich in Wasser und gut löslich in anderen organischen Lösungsmitteln, mit Ausnahme von Methylalkohol; sie alle haben eine geringere Dichte als Wasser.
3.1 ALKYNE (acetylenische Kohlenwasserstoffe)
Alkine sind Kohlenwasserstoffe, die zusätzlich zu Q-Bindungen zwei enthalten
-Bindungen (Dreifachbindung) an einem Paar von Kohlenstoffatomen. Die allgemeine Formel der homologen Reihe von acetylenischen Kohlenwasserstoffen lautet СnН2n-2.Die Bildung einer Bindung entspricht formal dem Verlust von zwei Wasserstoffatomen.
Verschieden physikalische Methoden Es wurde bewiesen, dass Acetylen C2H2 - I ist der einfachste Vertreter der homologen Reihe von Alkinen - ein lineares Molekül hat, in dem die Länge der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Dreifachbindung 1,20 Å und die Länge der Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen 1,06 Å beträgt .
Die C-H-Bindungen in Acetylen gehören zu den Q-Bindungen, die durch Überlappung des s-Orbitals von Wasserstoff mit dem hybridisierten sp-Orbital von Kohlenstoff gebildet werden; Das Molekül hat eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-a-Bindung (gebildet durch die Überlappung von zwei hybridisierten sp-Orbitalen von Kohlenstoff) und zwei Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen - das Ergebnis der Überlappung von zwei zueinander senkrechten Paaren "reiner" p-Orbitale (P und P) benachbarter Kohlenstoffatome. Valenzwinkel in Acetylen sind sie nach diesem Modell gleich 180° und das Molekül hat eine lineare Konformation, die eine cis-trans-Isomerie mit einer Dreifachbindung unmöglich macht.
3.2 Methoden zur Gewinnung von Alkinen.
Der gebräuchlichste Weg, um acetylenische Kohlenwasserstoffe zu erhalten, ist die Einwirkung einer alkoholischen Lösung von Alkalien auf Dihalogenderivate gesättigter Kohlenwasserstoffe mit einer vicinalen (a) oder geminalen (b) Anordnung von Halogenatomen
a) CH2Br –CH2Br -> CHCH + 2HBr
b) CH3-CH2-CHCl2 -> CH3-CCH+2IS1
CH3-CH2-CCl2-CH3 -> CH3-C C-CH3 + 2HC1
Da vicinale Dihalogenderivate üblicherweise durch Addition von Halogenen an Ethylenkohlenwasserstoffe erhalten werden, kann Reaktion (a) als Reaktion zur Umwandlung von Ethylenkohlenwasserstoffen in acetylenische betrachtet werden.
Geminale Dihalogenderivate (beide Halogenatome an einem Kohlenstoffatom) sind Derivate von Ketonen oder Aldehyden und daher ist es möglich, unter Verwendung der Reaktionen (b) den Übergang von Carbonylverbindungen zu Alkinen vorzunehmen. Bei der Abspaltung von Halogenwasserstoffen gilt die bereits bekannte Zaitsev-Regel, dass Wasserstoff von einem Kohlenstoffatom abgespalten wird, das eine geringere Anzahl von Wasserstoffatomen enthält.
Acetylen kann direkt durch Hochtemperaturkracken (thermisch oder elektrothermisch) von Methan oder komplexeren Kohlenwasserstoffen gewonnen werden:
2SN4N-SS-N + ZN2
3.3 Vertreter von Alkinen.
Wie bei den Alkanen und Alkenen sind die unteren Glieder der homologen Reihe der Alkine unter Normalbedingungen gasförmige Substanzen. Tabellendaten. 22 zeigen, dass sich die wesentlichen physikalisch-chemischen Eigenschaften der Kohlenwasserstoffe der betrachteten Klassen kaum voneinander unterscheiden (siehe Tabelle).
Formel Name Schmelzpunkt, °С Siedepunkt, °С D4
HCCHCH3CCHHCC- CH2CH3 CH3CCCH3 Acetylen PropynButyn-1Butyn-2 -82-105-137-33 -84(sub-23) 927 0,6200 (bei -84°C) 0,6785 (bei -27°C) 0,669b (bei -10° °C) 0,6880 (bei 25 °C)
4. ANWENDUNGEN VON ALKANEN, ALKYNEN, ALKENEN
Alkene sind zusammen mit Alkanen, Acetylen und aromatischen Kohlenwasserstoffen eines der Hauptrohstoffe für die schwere (große Tonnage) organische Syntheseindustrie.
Ethylen wird in großen Mengen zur Verarbeitung zu Polyethylen und Ethylalkohol, zur Verarbeitung zu Ethylenglykol und in Gewächshäusern zur Beschleunigung der Fruchtreife verwendet.
Propylen wird zu Polypropylen, Aceton, Isopropylalkohol verarbeitet.
Acetylen spielt in der Industrie eine äußerst wichtige Rolle. Seine Weltproduktion erreicht mehrere Millionen Tonnen. Eine große Menge Acetylen wird zum Schweißen von Metallen verwendet, wenn es brennt
in Sauerstoff erreicht die Temperatur 2800 ° C. Dies ist eine deutlich höhere Temperatur als die Verbrennung von Wasserstoff in Sauerstoff, ganz zu schweigen von der Verbrennung von Methan. Grund dafür ist die deutlich geringere Wärmekapazität von CO2 im Vergleich zu H2O, das bei der Verbrennung von Alkanen mehr entsteht als von Alkinen:
2СзН6 + 7O2 -> 4СО2 + 6Н2О
2C2 H2 + 5O2 -> 4CO2 + 3H2O
Der unangenehme Geruch von aus Carbid gewonnenem Acetylen ist auf Verunreinigungen von PH3 und AsH3 zurückzuführen, reines Acetylen riecht wie alle niederen Kohlenwasserstoffe (Benzin). Acetylen und seine Gemische mit Luft sind hochexplosiv; Acetylen wird in Flaschen in Form von Acetonlösungen gelagert und transportiert, die poröse Materialien imprägnieren.
Öl und seine Raffination
Ölzusammensetzung. Die wichtigste natürliche Quelle gesättigter Kohlenwasserstoffe ist Erdöl. Die Zusammensetzung von Ölen variiert je nach Bereich, aber alle Öle werden normalerweise während der einfachen Destillation in die folgenden Fraktionen getrennt: Gasfraktion, Benzin, Düsentreibstoff, Kerosin, Dieselkraftstoff, Paraffin, Ölteer.
Die Gasfraktion (Sdp. bis 40 °C) enthält normale und verzweigte Alkane bis C, hauptsächlich Propan und Butane. Erdgas aus Gasfeldern besteht hauptsächlich aus Methan und Ethan.
Flugbenzin (Sdp. 40-180 °C) enthält Kohlenwasserstoffe C6 - C10 Mehr als 100 einzelne Verbindungen wurden in Benzin gefunden, darunter normale und verzweigte Alkane, Cycloalkane und Alkylbenzole (Arene).
Düsentreibstoff (Sdp. 150–280 °C).
Traktorkerosin (t, Sdp. 110-300 °C) enthält C7-C14-Kohlenwasserstoffe.
Dieselkraftstoff (Sdp. 200–330 °C), der C13–C18-Kohlenwasserstoffe enthält, wird in großem Maßstab gecrackt, wodurch Alkane (und Alkene) mit niedrigerem Molekulargewicht entstehen (siehe unten).
Schmieröle (Sdp. 340-400°C) enthalten Kohlenwasserstoffe C18 - C25.
Petroleumparaffin (Kp. 320-500 ° C), es enthält Kohlenwasserstoffe C26-C38, aus denen Vaseline isoliert wird. Der Rückstand nach der Destillation wird allgemein als Asphalt oder Teer bezeichnet.
Neben Kohlenwasserstoffen verschiedener Klassen enthält Öl sauerstoff-, schwefel- und stickstoffhaltige Substanzen; manchmal erreicht ihr Gesamtgehalt mehrere Prozent.
Die derzeit anerkannteste Theorie ist der organische Ursprung des Öls als Produkt der Umwandlung pflanzlicher und tierischer Reststoffe. Bestätigt wird dies durch die Tatsache, dass in Ölproben Porphyrin-Rückstände, Steroide pflanzlichen und tierischen Ursprungs und die sogenannten „Chemofossilien“ – die unterschiedlichsten im Plankton enthaltenen Fragmente – gefunden wurden.
Obwohl allgemein anerkannt ist, dass Öl die wertvollste natürliche Quelle chemischer Rohstoffe ist, wird die Hauptmenge an Öl und Ölprodukten immer noch in Verbrennungsmotoren (Benzin), Dieselmotoren und Strahltriebwerken (Kerosin) verbrannt.
Kraftstoff. Oktanzahl. Benzine unterschiedlicher Herkunft verhalten sich in Verbrennungsmotoren unterschiedlich.
Um die Motorleistung bei geringen Abmessungen und geringem Gewicht zu maximieren, versuchen sie, das Verdichtungsverhältnis des brennbaren Gemisches im Zylinder zu erhöhen. Bei Hochgeschwindigkeits-Viertaktmotoren, die mit Zwangszündung arbeiten, führt dies jedoch manchmal zu einer Vorzündung des Gemischs - einer Detonation. Dies verringert die Leistung des Motors und beschleunigt seinen Verschleiß. Dieses Phänomen hängt mit der Zusammensetzung von flüssigem Kraftstoff zusammen, da sich Kohlenwasserstoffe unterschiedlicher Struktur bei der Verwendung als Motorkraftstoff unterschiedlich verhalten. Die schlechteste Leistung - in Paraffinen der normalen Struktur.
Normales Heptan wurde als Standard für eine brennbare Substanz mit hoher Detonationsfähigkeit angenommen. Je verzweigter die Kohlenstoffkette des paraffinischen Kohlenwasserstoffs ist, desto besser verläuft dessen Verbrennung im Zylinder und desto höher kann der Verdichtungsgrad des brennbaren Gemisches erreicht werden. 2,2,4-Trimethylpentan (allgemein als Isooctan bezeichnet) mit guten Antiklopfeigenschaften wurde als Motorkraftstoffstandard angenommen. Aus Mischungen dieses Oktans mit n-Heptap in verschiedenen Anteilen wird ihr Verhalten im Motor mit dem Verhalten des getesteten Benzins verglichen. Verhält sich ein Gemisch mit 70 % Isooktan genauso wie das untersuchte Benzin, so hat dieses eine Oktanzahl von 70 (die Oktanzahl von Isooktan wird mit 100 angenommen, die Oktanzahl von n-Heptan). Null sein).
Eine Möglichkeit, die Klopffestigkeit von Kraftstoffen für Motoren mit Fremdzündung zu erhöhen, ist der Einsatz von Antiklopfmitteln.
Antiklopfmittel sind Substanzen, die Benzinen zugesetzt werden (nicht mehr als 0,5 %), um die Antidetonationseigenschaften zu verbessern. Ein ausreichend wirksames Antiklopfmittel ist Bleitetraethyl (TES) Pb (C2H5)4
Allerdings sind Benzin aus Wärmekraftwerken und seine Verbrennungsprodukte sehr giftig. Derzeit wurden neue Antiklopfmittel auf Basis organischer Manganverbindungen des Typs CycC5H5Mn (CO)5 gefunden: Sie sind weniger toxisch und haben bessere Antiklopfeigenschaften. Die Zugabe dieser Antiklopfmittel zu guten Benzinsorten ergibt Kraftstoff mit einer Oktanzahl von bis zu 135.
Für Raketen- und Dieselmotoren hingegen sind Kraftstoffe mit einer normalen Kette von Kohlenstoffatomen, die die niedrigste Zündtemperatur haben, am wertvollsten. Dieses Merkmal wird übernommen
in Cetanzahl auswerten. Die Cetanzahl 100 hat den Kohlenwasserstoff n-Sc, Hd4 und die Cetanzahl 0 hat 1-Methylnaphthalin.
Synthese von Kohlenwasserstoffen aus CO+H2. Indem ein Gemisch aus Kohlenmonoxid (II) und Wasserstoff über fein zerkleinertes Nickel bei 250 ° C geleitet wird, kann Methan erhalten werden:
CO+3H2CH4+H2O
Wenn diese Reaktion bei einem Druck von 100–200 atm und einer Temperatur von bis zu 400°C durchgeführt wird, wird ein Gemisch erhalten, das hauptsächlich aus sauerstoffhaltigen Produkten besteht, unter denen Alkohole überwiegen; diese Mischung wurde schshpol genannt.
Bei Verwendung von Eisen-Kobalt-Katalysatoren und einer Temperatur von 200 ° C entsteht ein Gemisch aus Alkanen - Syntin.
nCO + (2n + 1) H2 CnH2n + 2 + H2O
Sintin und Synthol sind Produkte der großtechnischen organischen Synthese und werden in großem Umfang als Rohstoffe für viele chemische Industrien verwendet.
Clathraten. Sintin- und Benzinfraktionen von Öl bestehen aus Mischungen von Kohlenwasserstoffen mit normaler Struktur und verzweigten Ketten. Wurde vor kurzem gefunden effektive Methode Trennung von organischen Verbindungen mit normalen Ketten und verzweigten, erhalten in Allgemeiner Fall der Name der Clathrat-Trennmethode. Harnstoff wurde verwendet, um Kohlenwasserstoffe zu trennen. Harnstoffkristalle sind so aufgebaut, dass sich im Inneren der Kristalle schmale sechseckige Kanäle befinden. Der Durchmesser dieser Kanäle ist so, dass nur normale Kohlenwasserstoffe hindurchtreten und durch Adsorptionskräfte zurückgehalten werden können. Wenn daher ein Gemisch organischer Verbindungen mit Harnstoff (oder einigen anderen Verbindungen) behandelt wird, kristallisieren Substanzen mit einer normalen Kette von Kohlenstoffatomen zusammen mit ihm in Form von Komplexen. Diese Methode hat natürlich eine sehr große Zukunft - wenn sie gefunden wird mehr wirksame Clathratbildner.
HERSTELLUNG VON BUTADIENE-1,3 (DIVINYL)
Butadien-1,3 CH 2 = CH-CH-CH 2 ist das Hauptmonomer für die Herstellung von Synthesekautschuken.
Die von S. V. Lebedev entwickelte Synthese von Butadien-1,3 aus Ethanol war das erste industrielle Verfahren zur Herstellung eines Monomers, auf dessen Grundlage 1932 weltweit erstmals eine Anlage zur Herstellung von Synthesekautschuk in Betrieb genommen wurde .
Die Gesamtreaktionsgleichung kann geschrieben werden als
2C 2 H 5 OH ® C 4 H 6 + H 2 + 2 H 2 O, ΔH = 85 kJ
Aus der Gleichung ist ersichtlich, dass die Gesamtreaktion eine Kombination aus Kondensation, Dehydrierung und Dehydratisierung ist. Diese Anforderungen erfüllt der von Lebedev vorgeschlagene bifunktionelle Oxidkatalysator, der dehydrierende und dehydratisierende Komponenten enthält. Mittlerweile hat die Methode jedoch ihren praktischen Wert verloren. Der Hauptnachteil des Verfahrens ist seine geringe Selektivität (selbst die theoretische Ausbeute an Divinyl aus 100 % Ethanol beträgt 58,7 %).
Derzeit sind die wichtigsten Methoden zur Synthese von Divinyl die Dehydrierung n- Aus Erdgas isoliertes Butan und komplexe Verarbeitung von Butan-Butylen-Pyrolysefraktionen von Erdölprodukten, einschließlich Butadienextraktion, Isobutylenisolierung und Dehydrierung n-Butylene zu Butadien.
Bei der Dehydrierung von Butan spielen thermodynamische Limitationen eine erhebliche Rolle, wodurch es unter Normalbedingungen fast unmöglich ist, Butadien-1,3 in einer Stufe mit technisch akzeptabler Ausbeute und nur mit Hilfe spezieller Verfahren zu gewinnen ( durch Vakuum, oxidative Dehydrierung) kann die Ausbeute auf das erforderliche Niveau angehoben werden .
Die meisten industriellen Anlagen zur Herstellung von Divinyl aus Butan arbeiten in einem zweistufigen Schema. Die erste Stufe der Dehydrierung von Butan besteht darin, es in Butylen umzuwandeln, und die zweite ist das Verfahren zur Gewinnung von Divinyl aus Butylen.
Die Dehydrierung von Butan zu Butylen auf einem mit Chromoxid beschleunigten Katalysator, der auf Aluminiumoxid geträgert ist, verläuft gemäß der Reaktion
C 4 H 10 ® C 4 H 8 + H 2, ΔH = 131 kJ
Zusammensetzung ...... Al 2 O 3 Fe 2 O 3 Cr 2 O 3 SiO 2 KNO 3 CaO H 2 O
Massenanteil, % 66,10 1,72 15,8 7,9 4,93 0,14 3,34
Bei der Butan-Dehydrierung wird der Katalysator mit Kohlenstoffablagerungen bedeckt und verändert seine chemische Zusammensetzung. In diesem Fall nimmt die Aktivität des Katalysators stark ab. Zur Reaktivierung wird der Katalysator kontinuierlich aus dem Reaktor abgezogen und in einem Wirbelschichtregenerator im Luftstrom kalziniert. Dabei brennen kohlenstoffhaltige Verbindungen aus und niedere Chromoxide werden zu Cr 2 Oz oxidiert. Technologiesystem Butan-Dehydrierungseinheit ist in Abb. 1 dargestellt. ein.
Butan in flüssiger Form gelangt in den Trockner 1 mit einem Adsorptionsmittel (Al 2 O 3 , Zeolithe) gefüllt und dann in den Verdampfer 2. Die entstehenden Brüden werden in einem Röhrenofen erhitzt 3 bis zu einer Temperatur von 780-820 K und treten unter das Verteilergitter des Reaktors ein 4 für Austrocknung. Die für den Ablauf der Reaktion notwendige Wärmemenge wird mit dem Strom des aufgeheizten regenerierten Katalysators aus dem Regenerator 5 zugeführt. Die Temperatur im Regenerator beträgt 890–920 K. Der regenerierte Katalysator wird dem oberen Verteilerrost zugeführt und somit dem Katalysator und Reaktionsgase bewegen sich im Gegenstrom. Im oberen Teil befindet sich eine Rohrschlange zum Quenchen der Reaktionsgase. Dadurch sinkt die Temperatur von Gasen schnell auf 720-750 K und ihre weitere Zersetzung wird verhindert.
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Der Katalysator wird durch einen Luftstrom zum Regenerator und durch die anfänglichen Kohlenwasserstoffdämpfe oder Stickstoff zum Reaktor transportiert. Das Kontaktgas aus dem Reaktor wird dem Abhitzekessel zugeführt 6 Sekundärdampf zu erhalten und dann den Katalysatorstaub abzufangen und weiter zu kühlen - in den mit Wasser bewässerten Wäscher 7 . Rauchgase aus dem Regenerator werden in einem Elektrofilter von Katalysatorstaub befreit 8, passieren dann den Wäscher und werden in die Atmosphäre freigesetzt.
Um Verluste auszugleichen und die Aktivität aufrechtzuerhalten, wird dem im System zirkulierenden Katalysator täglich frischer Katalysator zugesetzt. Das gereinigte Kontaktgas gelangt in den Turbolader 9, dessen Austrittsdruck etwa 0,5 MPa beträgt, und dann in das Kondensationssystem 10, wo Wasser und siedendes Propan nacheinander als Kältemittel verwendet werden. Das nicht kondensierte Produkt wird dem Absorber zugeführt 11 . Die Absorption erfolgt durch eine Mischung von Kohlenwasserstoffen C 6 -C 12 . Gelöstes Butylen wird in einem Desorber abdestilliert 12 und Mischungen mit verflüssigtem Produkt aus dem Kondensator 10 tritt in das System der Destillationskolonnen ein 13 und 14. In Kolonnen werden leicht- und hochsiedende Verunreinigungen aus dem Dehydrierprodukt abdestilliert (letztere werden dem zirkulierenden Absorptionsmittel zum Verlustausgleich zugesetzt.). Die Produkte der Butandehydrierung werden der Extraktivdestillationseinheit zugeführt 15 um die Butylenfraktion zu isolieren.
Die Dehydrierung von Butylen zu Divinyl schreitet fort
Calciumchromphosphat-Katalysator durch die Reaktion
C 4 H 8 → C 4 H 8 + H 2, ΔH = 119 kJ.
Das technologische Schema der Butylen-Dehydrierung ist in Abb. 2 dargestellt.
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Die ursprüngliche Butylenfraktion und Wasserdampf werden in Rohröfen überhitzt 1
und 2
bis 770 bzw. 990 K direkt vor dem Reaktor in einem Injektionsmischer gemischt 3
und zum Reaktorblock geschickt 4.
Das Gas-Dampf-Gemisch am Ausgang des Reaktors wird mit Wasserkondensat "gequencht" und kühlt sofort auf 810 K ab. Jeder Reaktor ist mit einem Abhitzekessel 5 ausgestattet, nach dessen Durchlaufen das Kontaktgas zusätzlich gekühlt und in einem gereinigt wird System aus zwei Wäschern 6
und 7, von denen der erste mit Dieselkraftstoff und der zweite mit Wasser bewässert wird. In Wäschern wird Wasserdampf vollständig kondensiert. Nach Verlassen des Wäschers 7 wird das Gas im Verdichter verdichtet 8
und kondensiert im Brennwertsystem 9.
Nicht kondensierte Kohlenwasserstoffe werden zusätzlich in der Absorber-Desorber-Einheit zurückgewonnen 10
und 11
. Das Absorptionsmittel sind als Nebenprodukte gebildete C 6 -C 12 -Kohlenwasserstoffe. Der gesamte verflüssigte Fluss wird zu den Säulen geleitet 12
und 13
zur Vorabscheidung leicht- und hochsiedender Verunreinigungen und weiter zur Extraktivdestillation 14.
Die Umwandlung von Butylen beträgt durchschnittlich 40-45 % bei einer Selektivität für Divinyl von etwa 85 %. Chlorierung von Paraffinen und ihren Halogenidderivaten
In der Industrie wird die thermische Chlorierung in der Gasphase bei einer Temperatur durchgeführt, die für die Aktivierung von Chlormolekülen erforderlich ist, wodurch eine radikalische Kettenreaktion entsteht: C1 2 ® C1× + C1×
RH + C1× ® R + HCl
R + Cl 2 ® RCl + C1× usw.
Die Reaktion der Substitution von Wasserstoffatomen für Chloratome führt zu
zur Bildung eines Gemisches aus Mono-, Di- und Polychlorprodukten und zur Freisetzung von Chlorwasserstoff.
Die überwiegende Bildung des einen oder anderen Produkts wird durch die Reaktionsbedingungen bestimmt; Temperaturregime und Molverhältnis von Kohlenwasserstoff und Chlor (Abb. 3).
Die Chlorierung von Methan erfolgt in einem Chlorinator (Abb. 4), bei dem es sich um einen zylindrischen Stahlkörper handelt, der von innen mit Schamottesteinen ausgekleidet ist 2, im oberen Teil befindet sich eine Düse aus Porzellanringen 3, Beitrag zu einer einheitlichen Reaktion. Die halbe Höhe des Innenraums des Chlorinators wird von einem offenen vertikalen Zylinder aus Keramik eingenommen 4 mit Löchern am Boden, in die ein Keramikrohr mit einem verengten Ring abgesenkt wird und Rohstoffe liefert. Der Prozess beginnt mit dem Vorheizen des Inneren des Chlorinators (um die Reaktion einzuleiten). Das Erhitzen erfolgt durch Verbrennen eines Teils des mit Luft gemischten Methans und anschließendes Ersetzen der Luft durch Chlor. Anschließend verläuft die Reaktion autotherm. Chlorierungsprodukte werden aus dem oberen Teil der Apparatur ausgetragen, dann wird Chlorwasserstoff in Säureabsorbern aus dem Gasgemisch abgefangen (Salzsäure wird erhalten), das Gasgemisch wird mit Alkali neutralisiert, gefriergetrocknet, komprimiert und durch Tiefkühlung verflüssigt. Aus einem flüssigen Gemisch, das 28-32 % Methylchlorid, 50-53 % Methylenchlorid, 12-14 % Chloroform und 3-5 % Tetrachlorkohlenstoff enthält, werden einzelne Produkte durch Rektifikation isoliert.
Alle chlorsubstituierten Methane finden Breite Anwendung. So wird Methylchlorid CH 3 C1 als Lösungsmittel bei der Herstellung von Butylkautschuk, als Methylierungsmittel in der organischen Synthese verwendet, um Methylchlorsilane zu erhalten, die als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Organosiliciumpolymeren - Silikonen - dienen. Methylenchlorid CH 2 C1 2 ist ein wertvolles industrielles Lösungsmittel für Celluloseacetat, Fette, Öle, Paraffine, Kautschuke; es ist nicht brennbar und bildet mit Luft keine explosionsfähigen Gemische.
Benzolchlorierung
Durch Chlorierung von Benzol werden je nach Chlorierungsbedingungen Monochlorbenzol oder andere Chlorderivate erhalten. So entsteht bei 310–330 K und einem Molverhältnis von Benzol zu Chlor von 1:0,6 an einem Eisenkatalysator Monochlorbenzol; mit einem niedrigeren Verhältnis und Katalysator A1C1 3 wird hauptsächlich o-Dichlorbenzol erhalten (verwendet in der Synthese von Farbstoffen und Schädlingsbekämpfungsmitteln); bei der gleichen Temperatur wird unter UV-Bestrahlung Hexachlorcyclohexan erhalten. Auf Abb. Abbildung 5 zeigt ein Schema zur Herstellung von Chlorbenzol mit Abführung der Wärme der exothermen Reaktion durch Verdampfung von überschüssigem Benzol.
Die Chlorierung wird in einer zylindrischen Stahlapparatur durchgeführt,
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DAS PROBLEM DER VERWENDUNG VON CHLORWASSERSTOFF, DER IN DEN PROZESSEN DER CHLORIERUNG VON KOHLENWASSERSTOFFEN ERZEUGT WIRD
Chlorwasserstoff ist ein Abfallprodukt der Chlorierung von paraffinischen und aromatischen Kohlenwasserstoffen bei der Ölraffination, das in der Industrie weit verbreitet ist organische Synthese. Recycling ist eine dringende Aufgabe, die mit der Reduzierung der Kosten von Chlorierungsprodukten, der Verbesserung der sanitären Bedingungen und der Bekämpfung von Metallkorrosion verbunden ist.
Ein Teil des Chlorwasserstoffs wird zur Herstellung verwendet von Salzsäure durch Gegenstromabsorption von HC1 in Wasser. Die lokale Nachfrage nach Salzsäure ist jedoch normalerweise viel geringer als die Kapazität, sie aus Chlorwasserstoff herzustellen. Der Transport von Salzsäure über große Entfernungen ist aufgrund ihrer hohen Korrosivität schwierig.
Ein vielversprechender Weg, HC1 zu nutzen, ist die oxidative Chlorierung. Dieses Verfahren wird in der modernen Industrie verwendet, um Vinylchlorid aus Ethylen zu synthetisieren: In einem oxidativen Chlorierungsreaktor wird Ethylen in 1,2-Dichlorethan umgewandelt, aus dem durch katalytische Zersetzung Vinylchlorid gewonnen wird; das entstehende HC1 wird erneut dem Reaktor zugeführt:
2CH 2 \u003d CH 2 + 4HC1 + O 2 ® 2CH 2 C1-CH 2 C1 + 2H 2 O, ΔH \u003d -238 kJ / mol CH 2 C1-CH 2 C1 ® CH 2 \u003d CHCI + HC1.
Der Prozess der oxidativen Chlorierung findet bei 530–570 K in Gegenwart eines Katalysators (Kupferchlorid auf einem inerten Träger) statt; Die Pyrolyse von Dichlorethan wird bei 770 K an einem porösen Katalysator (Bimsstein) durchgeführt.
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Auf Abb. 6 zeigt ein vereinfachtes Schema für die Synthese von Vinylchlorid aus Ethylen. Im Mixer 1 Ethylen, Kreisgas und Chlorwasserstoff werden mit Sauerstoff vermischt und dem Reaktor zugeführt 2 mit Wirbelkatalysator; die Dämpfe des gebildeten Dichlorethans und nicht umgesetzten Ethylens, Sauerstoffs und HCl werden in einem direkt mischenden Kühlschrank gekühlt 3 eine Mischung aus Wasser und Dichlorethan aus dem Kühlschrank 4. Anschließend durchläuft das Gas-Dampf-Gemisch einen heißen alkalischen Wäscher 5, in dem es von HCl und CO 2 gereinigt, in einem Kühlschrank gekühlt und einen Gasabscheider passiert 6, von Gasen getrennt - ein Gemisch aus Ethylen und Sauerstoff, die in den Reaktor zurückgeführt werden (Kreislaufgas). Dichlorethan wird im Abscheider 7 vom Wasser getrennt, das in die Trocknungskolonne gelangt 8, wo es mit Hilfe der azeotropen Destillation schließlich entwässert und einer Destillationskolonne zugeführt wird 9; Dichlorethan wird in einer Sammlung gesammelt 10. Die anschließende Pyrolyse von Dichlorethan zu Vinylchlorid erfolgt in einem Röhrenofen 11 ; das Reaktionsgemisch aus dem Ofen tritt in den Kühler mit direkter Mischung ein, wird durch Zirkulieren von gekühltem Dichlorethan gekühlt und nach Durchlaufen des Kühlers 4, gelangt in die Destillationskolonne 12, wobei HC1 abgetrennt wird, das in den oxidativen Chlorierungsreaktor zurückgeführt wird, und Vinylchlorid und nicht umgesetztes Dichlorethan in einer Destillationskolonne getrennt werden 13; Dichlorethan wird auf die Kolonne zurückgeführt 9, und Vinylchlorid geht in die Polymerisation.
Von erheblichem Interesse für das Recycling ist der Zusammenschluss von Betrieben auf Basis von Raffineriegasen, insbesondere die gemeinsame Verarbeitung von Ethylen und Acetylen und Vinylchlorid; Chlorwasserstoff, der bei der Herstellung von Vinylchlorid aus Ethylen entsteht, wird zur Hydrochlorierung von Acetylen verwendet:
CH 2 \u003d CH 2 + C1 2 ® CH 2 C1-CH 2 C1 (Pyrolyse)® CH 2 \u003d CHC1 + HCl
CHºCH + HC1 ® CH2 = CHC1
Ein wirtschaftlicher Weg, Chlorwasserstoff zu nutzen, ist die Kombination der Methanchlorierung mit der oxidativen Chlorierung, um chlorsubstituiertes Methan zu erhalten:
CH 4 + 4C1 2 ® CCI 4 + 4HCI
CH 4 + 4HC1 + O 2 ® SS! 4 + 2H 2 O
Bei diesem Verfahren fallen neben Tetrachlorkohlenstoff Methylenchlorid und Chloroform an. Tetrachlorkohlenstoff wird als Lösungsmittel, in der Landwirtschaft (Begasungsmittel), zum Löschen von Bränden usw. verwendet. Chloroform ist ein wertvolles Zwischenprodukt bei der Synthese von Phenolen, Fluorkunststoffen usw.
Auch die oxidative Chlorierung erzeugt Chlorbenzol aus einem Gas-Dampf-Gemisch aus Benzol, Chlorwasserstoff und Luft (Sauerstoff) bei 500 K an einem Mischkatalysator (A1 2 O 3 -CuC1 2 - FeCl 3):
C 6 H 6 + HC1 + 1/ 2 O 2 ® C 6 H 5 C1 + H 2 O
Chlorwasserstoff kann durch seine elektrochemische Oxidation zu Chlor verwertet werden.
Es werden ein Chrom-Cäsium-Katalysator und ein Verfahren zu seiner Verwendung für die Oxidation von Chlorwasserstoff zu Chlor, d. h. die Regenerierung von Chlor aus den Abgasen der Chlorierung organischer Verbindungen, vorgeschlagen.
ACETYLENPRODUKTION UND SEINE VERARBEITUNG
Die Herstellung von Acetylen durch Zersetzung von Calciumcarbid erfolgt in Acetylengeneratoren im Nass- und Trockenverfahren nach der Reaktionsgleichung:
CaC 2 + 2H 2 O ® C 2 H 2 + Ca(OH) 2 ΔH = -127 kJ.
Beim Nassverfahren wird bei Generatoren, die nach dem „Carbid to Water“-Prinzip arbeiten, zerkleinertes Calciumcarbid gleichmäßig in den stark wasserhaltigen Generator eingebracht, durch dessen Erwärmung die dabei freigesetzte Wärme abgeführt wird. Die nach diesem Schema verwendeten Geräte und insbesondere die Verbindungen zum Entfernen des anfallenden Schlamms und der Wasserzirkulation sind sehr umständlich. Außerdem bereiten der Transport und die Verwendung von flüssiger Kalkmilch, die bis zu 70 % Wasser enthält, große Schwierigkeiten.
Effiziente industrielle Verfahren zur Herstellung von Acetylen aus Kohlenwasserstoffen wurden ebenfalls entwickelt. Acetylen wird aus Paraffinen durch die folgenden reversiblen endothermen Reaktionen gebildet:
2CH 4 DC 2 H 2 + H 2 ΔH = 376 kJ
C 2 H 6 D C 2 H 2 + 2 H 2 ΔH = 311 kJ
C 3 H 8 D C 2 H 2 + CH 4 + H 2 ΔH = 255 kJ
CH 4 DC + 2H 2 ΔH = 88 kJ
Reaktion (d) ist eine Nebenreaktion.
Das Reaktionsgleichgewicht verschiebt sich mit steigender Temperatur in Richtung Acetylenbildung. Ein hoher Gleichgewichtsumwandlungsgrad wird für Methan bei T > 1670 K erreicht, für Ethan - 1170 K. Bei Temperaturen > 1680 K werden Acetylen und Kohlenwasserstoffe jedoch instabil und zerfallen zu Ruß und Kohlenstoff.
Die Umwandlungsreaktion von Methan in Acetylen bei in der Produktion akzeptierten Temperaturen von 1670-1770 K ist schneller als die Zersetzungsreaktion von Acetylen in Elemente, daher werden die Reaktionsprodukte schnell abgekühlt, was es ermöglicht, die Zersetzung von Acetylen zu verhindern, zum gleichen Zweck werden hohe Gasvolumengeschwindigkeiten verwendet, bei denen sich der Rohstoff nur Tausendstelsekunden in der Reaktionszone befinden muss.
Nach dem Verfahren der Wärmezufuhr zur Durchführung der exothermen Reaktion der Bildung von Acetylen werden die folgenden Verfahren zur Durchführung des Verfahrens unterschieden: 1) Elektrocracken von gasförmigen Kohlenwasserstoffen oder flüssigen Produkten; 2) homogene Pyrolyse; 3) thermisch-oxidative Pyrolyse.
Elektrocracken Es wird mit einem Lichtbogen in Gleichstrom-Elektrolichtbogenöfen durchgeführt.
Homogene Pyrolyse besteht in der Zersetzung von Rohstoffen in einem heißen Rauchgasstrom bei einer Temperatur von etwa 2200 K.
Bei der thermischen oxidativen Pyrolyse Die notwendige Wärme wird durch Verbrennen eines Teils des Methans gewonnen.
Die Hauptnachteile des Carbidverfahrens zur Herstellung von Acetylen sind der hohe Stromverbrauch bei der Herstellung von Calciumcarbid und eine erhebliche Menge an verbrauchten Rohstoffen (Kalkstein und Koks), die in mehreren Stufen verarbeitet werden. Gleichzeitig wird mit dem Carbidverfahren konzentriertes Acetylen gewonnen, dessen Reinigung von kleinen Verunreinigungen keine Schwierigkeiten bereitet.
Die Verfahren zur thermischen Zersetzung von Kohlenwasserstoffen verwenden eine geringere Menge an Ausgangsmaterial, das in einer Stufe in Acetylen umgewandelt wird, aber das Acetylen wird verdünnt und benötigt ein komplexes System seine Reinigung und Konzentration. Es sei darauf hingewiesen, dass das Karbidverfahren etwa 70 % der Weltproduktion von Acetylen liefert.
Es gibt die folgenden Hauptverfahren für die Primärverarbeitung von Acetylen.
Flüssigkeitszufuhr:
a) bei der Herstellung von Acetaldehyd und Essigsäure (Katalysator (HgSO 4):
b) bei der Herstellung von Aceton (ZnO-Katalysator auf Aktivkohle)
2CH \u003d CH + 3H 2 O ® CH 3 COCH 3 + CO 2 + 2H 2
Polymerisation in lineare und zyklische Substanzen, um synthetische Kautschukmonomere und -fasern zu erhalten.
Chlorierung um Lösungsmittel und Monomere zu erhalten.
Vinylierung mit Acetylen verschiedene Substanzen zur Gewinnung von Monomeren:
ROH ® ROCH=CH 2
RCOOH ® RCOOCH=CH 2
Bildungsministerium R.F.
Staatliche Landwirtschaft Kursk
Akademie. Prof.. I. I. Ivanova
ABSTRAKT EIN
organische Chemie
ERHALT VON ALKANEN, ALKENEN, ALKYNEN.
WICHTIGE VERTRETER.
ANWENDUNG IN DER INDUSTRIE.
Abgeschlossen:
KURSK-2001
Planen.
1.1 ALKAN (gesättigte Kohlenwasserstoffe).
1.2 VERFAHREN ZUR GEWINNUNG VON ALKANEN.
1.3 ALKANVERTRETER.
2.1 ALKENE (Ethylenkohlenwasserstoffe).
2.2 VERFAHREN ZUR ERHALTUNG VON ALKENEN.
2.3 VERTRETER DER ALKENE.
3.1 ALKYNE (acetylenische Kohlenwasserstoffe).
3.2 VERFAHREN ZUR ERHALTUNG VON ALKYNEN.
3.3 VERTRETER VON ALKYNEN.
4. ANWENDUNG VON ALKANEN, ALKENEN, ALKYNEN.
1.1 BEGRENZTE KOHLENWASSERSTOFFE (Alkane).
Gesättigte Kohlenwasserstoffe (Alkane) sind Verbindungen, die aus Atomen bestehen
Kohlenstoff und Wasserstoff, die nur durch Q-Bindungen verbunden sind und keine enthalten
Fahrräder. In Alkanen liegen Kohlenstoffatome im Hybridisierungsgrad vor sp3.
1.2 Methoden zur Gewinnung von Alkanen.
Die wichtigste natürliche Quelle für gesättigte Kohlenwasserstoffe ist Öl, und z
Die ersten Mitglieder der homologen Reihe sind Erdgas. Allerdings Auswahl
einzelne Verbindungen aus Öl oder seinen Crackprodukten sind sehr
zeitraubende und oft unmögliche Aufgabe, auf die Sie zurückgreifen müssen
synthetische Methoden zur Gewinnung.
1. Es entstehen Alkane unter Einwirkung von metallischem Natrium auf
Monohalogenderivate - Wurz-Reaktion:
H3C-CH2-Br + Br-CH2-CH3 CH3-CH2-CH2-CH3 + 2NaBr
Wenn verschiedene Halogenderivate genommen werden, dann eine Mischung aus drei verschiedenen
Alkane, da die Wahrscheinlichkeit, Moleküle im Reaktionskomplex zu treffen
identisch oder verschieden ist gleich, und ihre Reaktivität ist nahe:
3C2H5I + 3CH3CH2CH2IC4H10 + C5H12 + C6H14 + 6NaI
2. Alkane können erhalten werden bei der Reduktion von Alkenen oder Alkinen
Wasserstoff in Gegenwart von Katalysatoren:
NzS-CH \u003d CH-CHz NzS-CH2-CH2-CH3
3. Eine große Vielfalt von Alkanderivaten kann sein restauriert bei
Hochtemperatur-Iodwasserstoffsäure:
CHBr + 2HI CH2 + HBr + I2
Allerdings kommt es in diesen Fällen zu einer teilweisen Isomerisierung des Kohlenstoffs
Skelett - es werden mehr verzweigte Alkane gebildet.
4. Alkane können erhalten werden beim Schmelzen von Salzen von Carbonsäuren mit
Alkali. Das resultierende Alkan enthält ein Kohlenstoffatom weniger,
als die ursprüngliche Carbonsäure:
CH3-C + NaOH CH4 + Na2C03
1.3 Vertreter von Alkanen
Nach der Strukturtheorie von A. M. Butlerov hängen die physikalischen Eigenschaften von Substanzen ab
über ihre Zusammensetzung und Struktur. Betrachten Sie das Beispiel von gesättigten Kohlenwasserstoffen
Änderung der physikalischen Eigenschaften in der homologen Reihe.
Die ersten vier Mitglieder der homologen Reihe, beginnend mit Methan, sind gasförmig
Substanzen. Von Pentan aufwärts sind normale Kohlenwasserstoffe
eine Flüssigkeit. Methan kondensiert erst bei -162 °C zu einer Flüssigkeit. Anschließend
Mitglieder der Reihe, der Siedepunkt steigt und beim Übergang zum nächsten
gegenüber dem Homolog nimmt er um etwa 25° zu.
Die Dichte von Kohlenwasserstoffen am Siedepunkt für die unteren Mitglieder der Reihe
steigt zunächst schnell und dann langsamer an: von 0,416 für Methan auf
Werte etwas größer als 0,78 Der Schmelzpunkt ist normal
Kohlenwasserstoffe in der homologen Reihe nimmt langsam zu. Mit ... anfangen
Kohlenwasserstoff С16Н34, höhere Homologe bei normaler Temperatur - Substanzen
Der Siedepunkt aller verzweigten Alkane ist niedriger als der von normalen
Alkane, und außerdem, je niedriger, desto verzweigter die Kohlenstoffkette des Moleküls.
Dies ist beispielsweise aus einem Vergleich der Siedepunkte dreier isomerer Pentane ersichtlich.
Umgekehrt ist der Schmelzpunkt für Isomere mit am höchsten
die am stärksten verzweigte Kohlenstoffkette. Also von allen isomeren Oktanen
nur die Hexamethylstufe (CH3)3C-C(CH3)3 ist sogar fest
Normaltemperatur (Smp. 104 ° C). Diese Muster werden erklärt
die folgenden Gründe.
Die Umwandlung einer Flüssigkeit in ein Gas wird durch Van-der-Waals-Wechselwirkungskräfte verhindert
zwischen den Atomen einzelner Moleküle. Daher gilt: Je mehr Atome in einem Molekül, desto höher
der Siedepunkt eines Stoffes, also in der homologen Reihe die Temperatur
Sieden sollte gleichmäßig zunehmen. Wenn wir die Wechselwirkungskräfte von Molekülen vergleichen
n-Pentan und Neopentan ist es klar, dass diese Kräfte für ein Molekül mit größer sind
eine normale Kette von Kohlenstoffatomen als für verzweigte, da in einem Molekül
Neopentan ist das Zentralatom im Allgemeinen von der Wechselwirkung ausgeschlossen.
Die Dichte ist der Hauptfaktor, der den Schmelzpunkt einer Substanz beeinflusst.
Packung eines Moleküls in einem Kristallgitter. Je symmetrischer das Molekül, desto
je dichter seine Packung im Kristall und je höher der Schmelzpunkt (bei n
Pentan -132° C, Neopentan -20° C)
2.1 ALKENE (Ethylenkohlenwasserstoffe, Olefine)
Kohlenwasserstoffe, in deren Molekül neben einfachen Q-Bindungen Kohlenstoff - Kohlenstoff und
Kohlenstoff - Wasserstoff gibt es Kohlenstoff-Kohlenstoff
Die Verbindungen werden aufgerufen
unbegrenzt. Da ist Bildung
Bindung ist dann formal gleichbedeutend mit dem Verlust von zwei Wasserstoffatomen durch das Molekül
ungesättigte Kohlenwasserstoffe enthalten 2p weniger Wasserstoffatome als
Grenze, wobei n eine Zahl ist
C6H14 C6H12C6H10C6H8C6H6
Eine Reihe, deren Glieder sich um (2½)n unterscheiden, heißt
isologische Seite. Im obigen Schema sind dies also die Isologen
Hexan, Hexene, Hexadiene, Hexine, Hexatriene und Benzol.
Kohlenwasserstoffe, die einen enthalten
Eine Bindung (also eine Doppelbindung) wird genannt Alkene (Olefine) oder von
das erste Mitglied der Reihe - Ethylen, Ethylen Kohlenwasserstoffe. Allgemeine Formel
ihre homologe Reihe - CnH2n
2.2 Methoden zur Gewinnung von Alkenen
Unter Einwirkung von alkoholischen Lösungen von Ätzalkalien auf Halogenderivate:
Halogenwasserstoff wird abgespalten und es entsteht eine Doppelbindung:
H3C-CH2-CH2BrH3C-CH=CH2+NaBr+H2O
Propylbromid Propylen
Wenn in α-Stellung zum Kohlenstoffatom das Halogen gebunden ist
tertiäre, sekundäre und primäre Wasserstoffatome, dann wird überwiegend abgespalten
tertiäres Wasserstoffatom, weniger sekundär und mehr noch primär
(Zaitsevs Regel):
H3C-C-CI H3C-C + KCL + H2O
2,3-Dimethyl-3-chlorpentan 2,3-Dimethylpenten-2
Dies liegt an der thermodynamischen Stabilität der resultierenden Alkene. Wie
je mehr Substituenten ein Alken an Vinylkohlenstoffatomen hat, desto höher ist es
Nachhaltigkeit.
2. Wirkung auf Alkohole von Wasserentfernern: a) beim Überholen
Alkohole über Aluminiumoxid bei 300–400°C.
NzS-CH-CH2.-CHzNzS-CH \u003d CH-CH3
Deut-Butylalkohol
b) wenn Schwefelsäure unter milden Bedingungen auf Alkohole einwirkt, läuft die Reaktion ab
durch die intermediäre Bildung von Schwefelsäureestern:
H3C-CH-CH3 H3C-CH-CH3 H3C-CH=CH2
Isopropylalkohol
Bei der Dehydratisierung von Alkoholen unter erschwerten Bedingungen in sauren Medien dasselbe
Regelmäßigkeit in der Abspaltung von Wasserstoffatomen verschiedener Art, wie in
Eliminierung von Halogenwasserstoff.
Die erste Stufe dieses Prozesses ist die Protonierung von Alkohol, danach
ein Wassermolekül wird abgespalten und ein Carbokation entsteht:
CH3-CH2-CH-CH3 + H CH3-CH2-CH-CH3 CH3-CH-CH-
CH3CH3-CH-CH-CH3CH3-CH=CH-CH3
Die entstehende Carbokation wird durch den Ausstoß eines Protons aus dem Nachbar stabilisiert
Positionen unter Bildung einer Doppelbindung (β-Eliminierung). Darin
Fall wird auch das am stärksten verzweigte Alken gebildet (thermodynamisch mehr
stabil). Während dieses Prozesses werden häufig Umlagerungen von Carbokationen beobachtet.
verbunden mit der Isomerisierung des Kohlenstoffgerüsts:
CH3 C-CH – CH3 CH3 C-CH-CH3
CH3 CH3 CH3 CH3
3. Unter Einwirkung von Zn oder Mg auf Dihalogenderivate mit zwei
Halogenatome an benachbarten Kohlenstoffatomen:
H3C – CCH2CIH3C – C – CH2+MgCI2
1,2-Dichlor-2-metall-isobutylen
4. Hydrierung von acetylenischen Kohlenwasserstoffen an Katalysatoren mit
reduzierter Aktivität (Fe oder "vergiftet", d.h. verarbeitet
HCC-CH(CH3)2H2C=CH-CH(CH3)2
2.3 Vertreter von Alkenen.
Wie Alkaii sind die niederen Homologen einer Reihe der einfachsten Alkene unter normalen Bedingungen
Gase und ab C5 - niedrigsiedende Flüssigkeiten (siehe Tabelle).
| MP, | T. | d4 | ||
| Formel | Name | °C | Kip., °С | |
| Ch2=CH2 | Ethylen | -169 | -104 | 0,5660 (bei -102 °C) |
| CH3CH=CH3 | Propylen | -185 | -47 | 0,6090 (bei -47 "C) |
| CH3CH3CH=CH2CH3-CH=CH-CH3 | (cis)Buten-1 | -130 | -5 | 0,6696 (bei -5 °C) 0,6352 (bei 0 °C) |
| -139 | +4 | |||
(cis) | ||||
| CH3-CH=CH-CH3 | (trans)-Butep-2 | -105 | +1 | 0,6361 (bei 0 °C) |
(Trance) | ||||
| (CH3)3C=CH2 | iobutylen | -140 | -7 | 0,6407 (bei 0 °C) |
Alle Alkene sind wie Alkane in Wasser praktisch unlöslich und gut löslich.
in anderen organischen Lösungsmitteln, mit Ausnahme von Methylalkohol; alles
sie haben eine geringere Dichte als Wasser.
3.1 ALKYNE (acetylenische Kohlenwasserstoffe)
Alkine sind Kohlenwasserstoffe, die zusätzlich zu Q-Bindungen zwei enthalten
Krawatten (dreifach
Bindung) an einem Paar von Kohlenstoffatomen. Allgemeine Formel der homologen Reihe
acetylenische Kohlenwasserstoffe СnН2n-2 Bildung von einem
Eine Bindung entspricht formal dem Verlust von zwei Wasserstoffatomen.
Es wurde durch verschiedene physikalische Methoden bewiesen, dass Acetylen C2H2 - I das einfachste ist
Vertreter der homologen Reihe von Alkinen - hat ein lineares Molekül,
in der die Länge der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Dreifachbindung 1,20 Å beträgt, und die Bindungslänge
Kohlenstoff-Wasserstoff 1,06 A.
Die C-H-Bindungen in Acetylen gehören zu den Q-Bindungen, die von gebildet werden
Überlappung des Wasserstoff-s-Orbitals mit dem hybridisierten sp- orbital
Kohlenstoff; Es gibt eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-a-Bindung im Molekül (gebildet durch
Überlappung von zwei hybridisierten sp-orbi- Kohlenstoff-Hebezeuge) und zwei
Kohlenstoff-Kohlenstoff
Verbindungen sind das Ergebnis der Überlagerung zweier zueinander senkrechter Paare von "reinen"
p-Orbitale (R
benachbarte Kohlenstoffatome. Bindungswinkel in Acetylen nach diesem Modell
gleich 180° sind und das Molekül eine lineare Konformation hat, was dies unmöglich macht
cis-trans-Isomerie an der Dreifachbindung.
3.2 Methoden zur Gewinnung von Alkinen.
Der gebräuchlichste Weg, um acetylenische Kohlenwasserstoffe zu erhalten, ist
die Wirkung einer alkoholischen Lösung von Alkalien auf Dihalogenderivate limitierend
Kohlenwasserstoffe mit vicinaler (a) oder geminaler (b) Atomanordnung
Halogen
a) CH2Br-CH2Br -> SNSN + 2НВг
b) CH3-CH2-CHCl2 -> СНЗ-ССН + 2ISl
CH3-CH2-CCl2-CH3 -> CH3-C C-CH3 + 2HC1
Da vicinale Dihalogenderivate üblicherweise durch Zugabe erhalten werden
Halogene zu Ethylenkohlenwasserstoffen, dann kann Reaktion (a) als betrachtet werden
die Reaktion der Umwandlung von Ethylenkohlenwasserstoffen in acetylenische.
Geminale Dihalogenderivate (beide Halogene an einem Kohlenstoffatom)
sind Derivate von Ketonen oder Aldehyden und daher mit Hilfe von
Reaktionen (b) kann der Übergang von Carbonylverbindungen zu Alkinen durchgeführt werden.
Bei der Abspaltung von Halogenwasserstoffen gilt die bereits bekannte Zaitsev-Regel, die
Wasserstoff wird von einem Kohlenstoffatom abgespalten, das eine geringere Menge enthält
Wasserstoffatome.
Acetylen kann direkt durch Hochtemperaturcracken gewonnen werden
(thermisches oder elektrothermisches) Methan oder mehr, komplex
Kohlenwasserstoffe:
2SN4N-SS-N + ZN2
3.3 Vertreter von Alkinen.
Wie bei den Alkanen und Alkenen sind die unteren Glieder der homologen Reihe der gewöhnlichen Alkine
gasförmige Bedingungen. Tabellendaten. 22 zeigen, dass die wichtigsten
Die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Kohlenwasserstoffe der betrachteten Klassen sind gering
voneinander unterscheiden (siehe Tabelle).
| Formel | Name | T. Pl., ° С | T kochen., ° С | D4 |
HCC-CH2CH3CH3CCCH3 | Acetylenpropin | (Luft,-23) 9 | 0,6200 (bei -84°C) 0,6785 (bei -27°C) 0,669b (bei -10°C) 0,6880 (bei 25°C) | |
4. ANWENDUNGEN VON ALKANEN, ALKYNEN, ALKENEN
Alkene zusammen mit Alkanen, Acetylen und aromatischen Kohlenwasserstoffen
sind eine der wichtigsten Rohstoffquellen der Schwerindustrie
(Multitonnage) organische Synthese.
Ethylen wird in großen Mengen zur Verarbeitung zu Polyethylen und verwendet
Ethylalkohol, es geht zur Verarbeitung zu Ethylenglykol und wird in verwendet
Gewächshäuser, um die Reifung der Früchte zu beschleunigen.
Propylen wird zu Polypropylen, Aceton, Isopropylalkohol verarbeitet.
Acetylen spielt in der Industrie eine äußerst wichtige Rolle. Seine Welt
Die Produktion erreicht mehrere Millionen Tonnen. Riesige Menge
Acetylen wird zum Schweißen von Metallen verwendet, wenn es brennt
in Sauerstoff erreicht die Temperatur 2800 ° C. Dies ist eine viel höhere
Temperatur als die Verbrennung von Wasserstoff in Sauerstoff, ganz zu schweigen von der Verbrennung
Methan. Grund dafür ist die im Vergleich zu CO2 deutlich geringere Wärmekapazität
H2O, das bei der Verbrennung von Alkanen mehr entsteht als von Alkinen:
2СзН6 + 7O2 -> 4CO2 + 6H2O
2C2 H2 + 5O2 -> 4CO2 + ZH2O
Der unangenehme Geruch von Carbid-abgeleitetem Acetylen ist auf PH3-Verunreinigungen zurückzuführen.
und AsH3 riecht reines Acetylen wie alle niederen Kohlenwasserstoffe (Benzin).
Acetylen und seine Gemische mit Luft sind hochexplosiv; Acetylen gespeichert und
transportiert in Zylindern in Form von Acetonlösungen Imprägnieren
poröse Materialien.
Öl und seine Raffination
Ölzusammensetzung. Die wichtigste natürliche Quelle gesättigter Kohlenwasserstoffe
ist Öl. Die Zusammensetzung von Ölen variiert je nach Bereich,
jedoch werden alle Öle in der einfachen Destillation normalerweise in die folgenden Fraktionen getrennt:
Gasfraktion, Benzin, Düsentreibstoff, Kerosin, Dieselkraftstoff,
Paraffin, Ölteer.
Gasanteil(Sdp. bis 40◦C) enthält normale und
verzweigte Alkane bis C, hauptsächlich Propan und Butane. Erdgas aus
Gasfelder bestehen hauptsächlich aus Methan und Ethan.
Flugbenzin(Kp. 40-180°C) enthält Kohlenwasserstoffe
C6 - C10 Mehr als 100 einzelne Verbindungen wurden in Benzin gefunden,
die geradkettige und verzweigte Alkane, Cycloalkane u
Alkylbenzole (Arene).
Kerosin(Sdp. 150–280°C).
Traktor Kerosin(t, Sdp. 110-300 °C) enthält C7-C14-Kohlenwasserstoffe.
Dieselkraftstoff(Sdp. 200-330 ° C), was beinhaltet
Kohlenwasserstoffe C13 - C18, werden großtechnisch gecrackt, drehend
in Alkane (und Alkene) mit niedrigeren Molekulargewichten (siehe unten).
Schmieröle(Sdp. 340-400°C) enthalten Kohlenwasserstoffe C18 - C25.
Erdölparaffin(Sdp. 320-500 °C), es enthält Kohlenwasserstoffe
C26-C38, aus dem Vaseline isoliert wird. Üblicherweise wird der Rückstand nach der Destillation genannt
Asphalt bzw Teer.
Öl enthält neben Kohlenwasserstoffen verschiedener Klassen Sauerstoff,
schwefel- und stickstoffhaltige Substanzen; manchmal reicht ihr gesamter Inhalt
bis zu mehreren Prozent.
Am bekanntesten ist derzeit die Bio-Theorie
den Ursprung des Öls als Produkt der Umwandlung von Pflanzen und Tieren
Reste. Dies wird durch die Tatsache bestätigt, dass Rückstände in den Ölproben gefunden wurden.
Porphyrine, Steroide pflanzlichen und tierischen Ursprungs und die sog
"Chemofossilien" - die unterschiedlichsten Fragmente, die im Plankton enthalten sind.
Obwohl allgemein anerkannt ist, dass Öl die wertvollste natürliche Ressource ist
chemische Rohstoffe, bisher die Hauptmenge an Öl und Ölprodukten
verbrennt in Verbrennungsmotoren (Benzin), Dieselmotoren und Strahltriebwerken
Motoren (Kerosin).
Kraftstoff. Oktanzahl. Benzine verschiedener Herkunft
verhalten sich bei Verbrennungsmotoren anders.
In dem Bemühen, die Motorleistung bei kleinen Abmessungen zu maximieren und
Masse versuchen sie, das Verdichtungsverhältnis des brennbaren Gemisches im Zylinder zu erhöhen. Allerdings hinein
schnelllaufende Viertaktmotoren mit Zwangszündung,
in diesem Fall kommt es manchmal zu einer vorzeitigen Zündung des Gemisches -
Detonation. Dies verringert die Leistung des Motors und beschleunigt seinen Verschleiß. Dieses Phänomen
mit der Zusammensetzung flüssiger Kraftstoffe verbunden, da Kohlenwasserstoffe unterschiedlicher Struktur an
Bei Verwendung als Kraftstoff verhalten sie sich anders. Schlimmste
Indikatoren - für Paraffine mit normaler Struktur.
Der Standard für einen brennbaren Stoff mit hoher Detonationsfähigkeit wird genommen
normales Heptan. Je verzweigter die Kohlenstoffkette des Paraffins
Kohlenwasserstoff, desto besser verläuft seine Verbrennung im Zylinder und desto größer ist der Grad
Verdichtung des brennbaren Gemisches erreicht werden kann. Als Motorkraftstoff Standard
2, 2, 4-Trimethylpentan (allgemein als Isooctan bezeichnet) mit gut angenommen
Antiklopfeigenschaften. Komponieren in verschiedenen Anteilen Mischungen davon
Oktan mit n-Heptap, vergleichen Sie ihr Verhalten im Motor mit dem Verhalten des Probanden
untersucht Benzin, dann sagen sie, dass letzteres hat Oktanzahl 70
mit null angenommen).
Eine der Möglichkeiten, die Klopffestigkeit von Kraftstoffen für Motoren mit zu verbessern
Funkenzündung ist die Anwendung Antiklopfmittel.
Antiklopfmittel sind Substanzen, die dem Benzin (nicht mehr als 0,5 %) zugesetzt werden
Verbesserung der antidetopathischen Eigenschaften. Ausreichend wirksamer Klopfschutz
ist ein Tetraethylblei(TES) Pb (C2H5)4
Allerdings sind Benzin aus Wärmekraftwerken und seine Verbrennungsprodukte sehr giftig. Derzeit
neue Antiklopfmittel auf Basis manganorganischer Verbindungen des Typs
CycC5H5Mn (CO)5: sie sind weniger giftig und
haben die besten Antiklopfeigenschaften. Fügen Sie diese hinzu
Antiklopfmittel für gute Benzinqualitäten ermöglicht es Ihnen, Kraftstoff zu erhalten
Oktan bis 135.
Für Raketen- und Dieselmotoren hingegen Kraftstoffe mit
eine normale Kette von Kohlenstoffatomen mit der niedrigsten Temperatur
Zündung. Dieses Merkmal wird übernommen
einschätzen Cetanzahlen. Eine Cetanzahl von 100 hat ein Kohlenwasserstoff
n-Sc, Hd4, und die Cetap-Zahl 0 ist 1-Methylnaphthalin.
Synthese von Kohlenwasserstoffen aus CO+H2. Fließt über fein zerkleinertes Nickel
Eine Mischung aus Kohlenmonoxid (II) und Wasserstoff bei 250 ° C, Sie können Methan erhalten:
CO+3H2CH4+H2O
Wenn diese Reaktion bei einem Druck von 100–200 atm und einer Temperatur bis zu 400°C durchgeführt wird,
ein Gemisch entsteht, das hauptsächlich aus sauerstoffhaltigen Produkten besteht,
unter denen Alkohole vorherrschen; Diese Mischung hieß schshpolom.
Bei Verwendung von Eisen-Kobalt-Katalysatoren und einer Temperatur von 200°C,
Gemisch von Alkanen syntin.
nCO + (2n + 1) H2 CnH2n + 2 + H2O
Sintin und Synthol sind Produkte großtechnischer organischer Synthesen und
sind als Rohstoffe für viele chemische Industrien weit verbreitet.
Clathraten. Sintin- und Benzinfraktionen von Öl bestehen aus Mischungen von Kohlenwasserstoffen
normale Struktur und verzweigte Ketten. Kürzlich für wirksam befunden
ein Verfahren zur Trennung von organischen Verbindungen mit normalen und verzweigten Ketten,
allgemein bekannt als Clathrat-Trennverfahren. Für
Abtrennung von Kohlenwasserstoffen wurde Harnstoff verwendet. Harnstoffkristalle
so gebaut, dass sich im Inneren der Kristalle schmale Sechsecke befinden
Kanäle. Der Durchmesser dieser Kanäle ist so, dass es durch sie hindurchtreten und darin verweilen kann.
aufgrund von Adsorptionskräften nur Kohlenwasserstoffe mit normaler Struktur. Daher wann
Behandlung einer Mischung organischer Verbindungen mit Harnstoff (oder einem anderen
Verbindungen) Substanzen mit einer normalen Kette von Kohlenstoffatomen kristallisieren
zusammen mit ihm in Form von Komplexen. Diese Methode hat natürlich einen sehr großen
Die Zukunft liegt darin, wirksamere Clathratbildner zu finden.
Charakteristische chemische Eigenschaften von Kohlenwasserstoffen: Alkane, Alkene, Diene, Alkine, aromatische Kohlenwasserstoffe
Alkane
Alkane sind Kohlenwasserstoffe, in deren Molekülen die Atome durch Einfachbindungen verknüpft sind und die der allgemeinen Formel $C_(n)H_(2n+2)$ entsprechen.
Homologe Reihe von Methan
Wie du bereits weißt, Homologe sind Substanzen, die in Struktur und Eigenschaften ähnlich sind und sich durch eine oder mehrere $CH_2$-Gruppen unterscheiden.
Grenzkohlenwasserstoffe bilden die homologe Reihe von Methan.
Isomerie und Nomenklatur
Alkane sind durch die sog strukturelle Isomerie. Strukturisomere unterscheiden sich voneinander in der Struktur des Kohlenstoffgerüsts. Wie Sie bereits wissen, ist das einfachste Alkan, das durch Strukturisomere gekennzeichnet ist, Butan:
Betrachten wir für Alkane die Grundlagen der IUPAC-Nomenklatur genauer:
1. Wahl des Hauptstromkreises.
Die Bildung des Namens eines Kohlenwasserstoffs beginnt mit der Definition der Hauptkette - der längsten Kette von Kohlenstoffatomen im Molekül, die sozusagen seine Basis darstellt.
2.
Den Atomen der Hauptkette sind Nummern zugeordnet. Die Numerierung der Atome der Hauptkette beginnt am Ende, das dem Substituenten am nächsten liegt (Strukturen A, B). Sind die Substituenten gleich weit vom Kettenende entfernt, beginnt die Nummerierung an dem Ende, an dem sie mehr sind (Struktur B). Sind verschiedene Substituenten gleich weit von den Enden der Kette entfernt, so beginnt die Nummerierung an dem Ende, dem der ältere näher ist (Struktur D). Старшинство углеводородных заместителей определяется по тому, в каком порядке следует в алфавите буква, с которой начинается их название: метил (—$СН_3$), затем пропил ($—СН_2—СН_2—СН_3$), этил ($—СН_2—СН_3$ ) usw.
Beachten Sie, dass der Name des Stellvertreters durch Ersetzen des Suffixes gebildet wird -ein zu suffixieren -Schlick im Namen des entsprechenden Alkans.
3. Namensbildung.
Zahlen sind am Anfang des Namens angegeben - die Anzahl der Kohlenstoffatome, an denen sich die Substituenten befinden. Sind an einem Atom mehrere Substituenten vorhanden, so wird die entsprechende Zahl im Namen zweimal, getrennt durch Kommata, wiederholt ($2.2-$). Nach der Zahl gibt ein Bindestrich die Anzahl der Substituenten an ( di- zwei, drei- drei, Tetra- vier, Penta- fünf) und der Name des Stellvertreters ( Methyl, Ethyl, Propyl). Dann ohne Leerzeichen und Bindestriche - der Name der Hauptkette. Die Hauptkette wird als Kohlenwasserstoff bezeichnet - ein Mitglied der homologen Reihe von Methan ( Methan, Ethan, Propan usw.).
Die Namen der Substanzen, deren Strukturformeln oben angegeben sind, lauten wie folgt:
- Struktur A: $2$ -Methylpropan;
- Struktur B: $3$ -Ethylhexan;
- Struktur B: $2,2,4$ -Trimethylpentan;
- Struktur Г: $2$ -Methyl$4$-Ethylhexan.
Physikalische und chemische Eigenschaften von Alkanen
physikalische Eigenschaften. Die ersten vier Vertreter der homologen Reihe von Methan sind Gase. Das einfachste von ihnen ist Methan - ein farb-, geschmack- und geruchloses Gas (der Gasgeruch, den Sie beim Riechen mit 104 $ bezeichnen müssen, wird durch den Geruch von Mercaptanen bestimmt - schwefelhaltige Verbindungen, die speziell dem im Haushalt verwendeten Methan zugesetzt werden). Industriegasgeräte, damit Personen in ihrer Nähe das Leck riechen können).
Kohlenwasserstoffe der Zusammensetzung $С_5Н_(12)$ bis $С_(15)Н_(32)$ sind Flüssigkeiten; schwerere Kohlenwasserstoffe sind Feststoffe.
Die Siede- und Schmelzpunkte von Alkanen steigen allmählich mit zunehmender Kohlenstoffkettenlänge. Alle Kohlenwasserstoffe sind in Wasser schlecht löslich, flüssige Kohlenwasserstoffe sind übliche organische Lösungsmittel.
Chemische Eigenschaften.
1. Substitutionsreaktionen. Die charakteristischsten Alkane sind radikalische Substitutionsreaktionen, bei denen ein Wasserstoffatom durch ein Halogenatom oder eine andere Gruppe ersetzt wird.
Stellen wir die Gleichungen der charakteristischsten Reaktionen vor.
Halogenierung:
$CH_4+Cl_2→CH_3Cl+HCl$.
Bei einem Halogenüberschuss kann die Chlorierung weiter gehen, bis hin zum vollständigen Ersatz aller Wasserstoffatome durch Chlor:
$CH_3Cl+Cl_2→HCl+(CH_2Cl_2)↙(\text"Dichlormethan(methylenchlorid)")$,
$CH_2Cl_2+Cl_2→HCl+(CHСl_3)↙(\text"Trichlormethan(Chloroform)")$,
$CHCl_3+Cl_2→HCl+(CCl_4)↙(\text"Tetrachlormethan(Tetrachlorkohlenstoff)")$.
Die resultierenden Substanzen werden in großem Umfang als Lösungsmittel und Ausgangsmaterialien in der organischen Synthese verwendet.
2. Dehydrierung (Abspaltung von Wasserstoff). Beim Durchgang von Alkanen über den Katalysator ($Pt, Ni, Al_2O_3, Cr_2O_3$) bei hoher Temperatur ($400-600°C$) wird ein Wasserstoffmolekül abgespalten und ein Alken gebildet:
$CH_3—CH_3→CH_2=CH_2+H_2$
3. Reaktionen, die von der Zerstörung der Kohlenstoffkette begleitet sind. Alle gesättigten Kohlenwasserstoffe brennen unter Bildung von Kohlendioxid und Wasser. Gasförmige Kohlenwasserstoffe, die in bestimmten Anteilen mit Luft vermischt sind, können explodieren. Die Verbrennung von gesättigten Kohlenwasserstoffen ist eine radikalische exotherme Reaktion, die eine sehr starke Wirkung hat sehr wichtig bei Verwendung von Alkanen als Brennstoff:
$CH_4+2O_2→CO_2+2H_2O+880 kJ.$
Allgemein kann die Verbrennungsreaktion von Alkanen wie folgt geschrieben werden:
$C_(n)H_(2n+2)+((3n+1)/(2))O_2→nCO_2+(n+1)H_2O$
Thermischer Abbau von Kohlenwasserstoffen:
$C_(n)H_(2n+2)(→)↖(400-500°C)C_(n-k)H_(2(n-k)+2)+C_(k)H_(2k)$
Der Prozess verläuft nach dem Radikalmechanismus. Eine Temperaturerhöhung führt zu einem homolytischen Bruch der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung und zur Bildung freier Radikale:
$R—CH_2CH_2:CH_2—R→R—CH_2CH_2+CH_2—R$.
Diese Radikale interagieren miteinander unter Austausch eines Wasserstoffatoms unter Bildung eines Alkanmoleküls und eines Alkenmoleküls:
$R—CH_2CH_2+CH_2—R→R—CH=CH_2+CH_3—R$.
Thermische Spaltungsreaktionen liegen dem industriellen Prozess zugrunde – dem Cracken von Kohlenwasserstoffen. Dieser Prozess ist die wichtigste Phase der Ölraffination.
Wenn Methan auf eine Temperatur von $1000°C$ erhitzt wird, beginnt die Pyrolyse von Methan – Zersetzung in einfache Substanzen:
$CH_4(→)↖(1000°C)C+2H_2$
Beim Erhitzen auf eine Temperatur von $1500°C$ ist die Bildung von Acetylen möglich:
$2CH_4(→)↖(1500°C)CH=CH+3H_2$
4. Isomerisierung. Beim Erhitzen linearer Kohlenwasserstoffe mit einem Isomerisierungskatalysator (Aluminiumchlorid) entstehen Stoffe mit verzweigtem Kohlenstoffgerüst:
5. Aromatisierung. Alkane mit sechs oder mehr Kohlenstoffatomen in der Kette werden in Gegenwart eines Katalysators zu Benzol und seinen Derivaten cyclisiert:
Was ist der Grund dafür, dass Alkane nach dem Radikalmechanismus ablaufende Reaktionen eingehen? Alle Kohlenstoffatome in Alkanmolekülen befinden sich im $sp^3$-Hybridisierungszustand. Die Moleküle dieser Substanzen sind aus kovalenten unpolaren $C-C$-Bindungen (Kohlenstoff-Kohlenstoff) und schwach polaren $C-H$-Bindungen (Kohlenstoff-Wasserstoff) aufgebaut. Sie enthalten keine Bereiche mit hoher und niedriger Elektronendichte, leicht polarisierbare Bindungen, d.h. solche Bindungen, deren Elektronendichte sich unter dem Einfluss äußerer Faktoren (elektrostatische Felder von Ionen) verschieben kann. Daher reagieren Alkane nicht mit geladenen Teilchen, weil Bindungen in Alkanmolekülen werden nicht durch einen heterolytischen Mechanismus aufgebrochen.
Alkene
Ungesättigte Kohlenwasserstoffe umfassen Kohlenwasserstoffe, die Mehrfachbindungen zwischen Kohlenstoffatomen in Molekülen enthalten. Unbegrenzt sind Alkene, Alkadiene (Polyene), Alkine. Auch cyclische Kohlenwasserstoffe mit einer Doppelbindung im Ring (Cycloalkene) sowie Cycloalkane mit einer geringen Anzahl an Kohlenstoffatomen im Ring (drei oder vier Atome) haben ungesättigten Charakter. Die Eigenschaft der Ungesättigtheit ist mit der Fähigkeit dieser Substanzen verbunden, Additionsreaktionen, hauptsächlich Wasserstoff, unter Bildung von gesättigten oder gesättigten Kohlenwasserstoffen - Alkanen - einzugehen.
Alkene sind acyclische Kohlenwasserstoffe, die neben Einfachbindungen eine Doppelbindung zwischen Kohlenstoffatomen im Molekül enthalten und der allgemeinen Formel $C_(n)H_(2n)$ entsprechen.
Sein zweiter Name Olefine- Alkene wurden in Analogie zu ungesättigten Fettsäuren (Ölsäure, Linolsäure) gewonnen, deren Reste Bestandteil flüssiger Fette sind - Öle (von lat. Oleum- Butter).
Homologe Reihe von Ethen
Unverzweigte Alkene bilden die homologe Reihe von Ethen (Ethylen):
$C_2H_4$ ist Ethen, $C_3H_6$ ist Propen, $C_4H_8$ ist Buten, $C_5H_(10)$ ist Penten, $C_6H_(12)$ ist Hexen usw.
Isomerie und Nomenklatur
Sowohl für Alkene als auch für Alkane ist Strukturisomerie charakteristisch. Strukturisomere unterscheiden sich voneinander in der Struktur des Kohlenstoffgerüsts. Das einfachste Alken, das durch Strukturisomere gekennzeichnet ist, ist Buten:
Eine besondere Art der Strukturisomerie ist die Doppelbindungsstellungsisomerie:
$CH_3–(CH_2)↙(Buten-1)–CH=CH_2$ $CH_3–(CH=CH)↙(Buten-2)–CH_3$
Um eine einzelne Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung ist eine nahezu freie Rotation von Kohlenstoffatomen möglich, sodass Alkanmoleküle eine Vielzahl von Formen annehmen können. Eine Rotation um die Doppelbindung ist nicht möglich, was zum Auftreten einer anderen Art von Isomerie in Alkenen führt - der geometrischen oder cis-trans-Isomerie.
cis- Isomere unterscheiden sich von Trance- Isomere durch die räumliche Anordnung von Fragmenten des Moleküls (in diesem Fall Methylgruppen) relativ zur $π$-Bindungsebene und folglich durch Eigenschaften.
Alkene sind isomer zu Cycloalkanen (Interklassenisomerie), zum Beispiel:
Die von der IUPAC entwickelte Nomenklatur der Alkene ähnelt der Nomenklatur der Alkane.
1. Wahl des Hauptstromkreises.
Die Bildung des Namens eines Kohlenwasserstoffs beginnt mit der Definition der Hauptkette - der längsten Kette von Kohlenstoffatomen in einem Molekül. Bei Alkenen muss die Hauptkette eine Doppelbindung enthalten.
2. Atomnummerierung der Hauptkette.
Die Numerierung der Atome der Hauptkette beginnt mit dem Ende, dem die Doppelbindung am nächsten ist. Der korrekte Verbindungsname lautet beispielsweise:
$5$-Methylhexen-$2$, nicht $2$-Methylhexen-$4$, wie man erwarten könnte.
Lässt sich der Beginn der Nummerierung der Atome in der Kette nicht durch die Position der Doppelbindung bestimmen, so wird sie wie bei gesättigten Kohlenwasserstoffen durch die Position der Substituenten bestimmt.
3. Namensbildung.
Die Namen von Alkenen werden auf die gleiche Weise gebildet wie die Namen von Alkanen. Geben Sie am Ende des Namens die Nummer des Kohlenstoffatoms an, an dem die Doppelbindung beginnt, und das Suffix, das angibt, dass die Verbindung zur Klasse der Alkene gehört - -en.
Zum Beispiel:
Physikalische und chemische Eigenschaften von Alkenen
physikalische Eigenschaften. Die ersten drei Vertreter der homologen Reihe der Alkene sind Gase; Stoffe der Zusammensetzung $C_5H_(10)$ - $C_(16)H_(32)$ sind Flüssigkeiten; höhere Alkene sind Feststoffe.
Siede- und Schmelzpunkte steigen naturgemäß mit zunehmendem Molekulargewicht der Verbindungen an.
Chemische Eigenschaften.
Additionsreaktionen. Daran erinnern, dass eine Besonderheit der Vertreter ungesättigte Kohlenwasserstoffe- Alkene ist die Fähigkeit, Additionsreaktionen einzugehen. Die meisten dieser Reaktionen laufen nach dem Mechanismus ab
1. Hydrierung von Alkenen. Alkene können in Gegenwart von Hydrierungskatalysatoren, Metallen - Platin, Palladium, Nickel - Wasserstoff hinzufügen:
$CH_3—CH_2—CH=CH_2+H_2(→)↖(Pt)CH_3—CH_2—CH_2—CH_3$.
Diese Reaktion läuft bei atmosphärischem und erhöhtem Druck ab und erfordert keine hohe Temperatur, weil ist exotherm. Bei Temperaturerhöhung an den gleichen Katalysatoren kann es zur Rückreaktion, der Dehydrierung, kommen.
2. Halogenierung (Addition von Halogenen). Die Wechselwirkung eines Alkens mit Bromwasser oder einer Lösung von Brom in einem organischen Lösungsmittel ($CCl_4$) führt zu einer schnellen Verfärbung dieser Lösungen durch die Anlagerung eines Halogenmoleküls an das Alken und die Bildung von Dihalogenalkanen:
$CH_2=CH_2+Br_2→CH_2Br—CH_2Br$.
3.
$CH_3-(CH)↙(Propen)=CH_2+HBr→CH_3-(CHBr)↙(2-Brompropen)-CH_3$
Diese Reaktion unterliegt Markownikowsche Regel:
Wenn ein Halogenwasserstoff an ein Alken addiert wird, wird Wasserstoff an ein stärker hydriertes Kohlenstoffatom gebunden, d.h. das Atom, an dem sich mehr Wasserstoffatome befinden, und das Halogen - dem weniger hydrierten.
Die Hydratisierung von Alkenen führt zur Bildung von Alkoholen. Beispielsweise liegt einer der industriellen Methoden zur Herstellung von Ethylalkohol die Zugabe von Wasser zu Ethen zugrunde:
$(CH_2)↙(Ethen)=CH_2+H_2O(→)↖(t,H_3PO_4)CH_3-(CH_2OH)↙(Ethanol)$
Beachten Sie, dass ein primärer Alkohol (mit einer Hydroxogruppe am primären Kohlenstoff) nur gebildet wird, wenn Ethen hydratisiert wird. Wenn Propen oder andere Alkene hydratisiert werden, werden sekundäre Alkohole gebildet.
Auch diese Reaktion verläuft gemäß der Markovnikov-Regel – das Wasserstoffkation ist an das stärker hydrierte Kohlenstoffatom gebunden und die Hydroxogruppe an das weniger hydrierte.
5. Polymerisation. Ein Sonderfall der Addition ist die Polymerisationsreaktion von Alkenen:
$nCH_2(=)↙(Ethen)CH_2(→)↖(UV-Licht,R)(...(-CH_2-CH_2-)↙(Polyethylen)...)_n$
Diese Additionsreaktion verläuft nach einem radikalischen Mechanismus.
6. Oxidationsreaktion.
Wie alle organische Verbindungen, verbrennen Alkene in Sauerstoff zu $СО_2$ und $Н_2О$:
$CH_2=CH_2+3O_2→2CO_2+2H_2O$.
Im Allgemeinen:
$C_(n)H_(2n)+(3n)/(2)O_2→nCO_2+nH_2O$
Im Gegensatz zu Alkanen, die in Lösungen oxidationsbeständig sind, werden Alkene leicht durch die Einwirkung von Kaliumpermanganatlösungen oxidiert. In neutralen oder alkalischen Lösungen werden Alkene zu Diolen (zweiwertigen Alkoholen) oxidiert und Hydroxylgruppen an die Atome gebunden, zwischen denen vor der Oxidation eine Doppelbindung bestand:
Alkadiene (Dienkohlenwasserstoffe)
Alkadiene sind acyclische Kohlenwasserstoffe, die neben Einfachbindungen zwei Doppelbindungen zwischen Kohlenstoffatomen im Molekül enthalten und der allgemeinen Formel $C_(n)H_(2n-2)$ entsprechen.
Abhängig von relative Position Doppelbindungen gibt es drei Arten von Dienen:
- Alkadiene mit kumuliert Anordnung der Doppelbindungen:
- Alkadiene mit konjugiert Doppelbindungen;
$CH_2=CH—CH=CH_2$;
- Alkadiene mit isoliert Doppelbindungen
$CH_2=CH—CH_2—CH=CH_2$.
Alle drei Arten von Alkadienen unterscheiden sich in Struktur und Eigenschaften deutlich voneinander. Das zentrale Kohlenstoffatom (ein Atom, das zwei Doppelbindungen bildet) in Alkadienen mit kumulierten Bindungen befindet sich im $sp$-Hybridisierungszustand. Es bildet zwei $σ$-Bindungen, die auf derselben Geraden liegen und in entgegengesetzte Richtungen gerichtet sind, und zwei $π$-Bindungen, die in senkrechten Ebenen liegen. $π$-Bindungen werden aufgrund nicht hybridisierter p-Orbitale jedes Kohlenstoffatoms gebildet. Die Eigenschaften von Alkadienen mit isolierten Doppelbindungen sind sehr spezifisch, weil konjugierte $π$-Bindungen beeinflussen sich gegenseitig signifikant.
p-Orbitale, die konjugierte $π$-Bindungen bilden, bilden praktisch ein einziges System (man nennt es ein $π$-System), weil p-Orbitale benachbarter $π$-Bindungen überlappen teilweise.
Isomerie und Nomenklatur
Alkadiene sind sowohl durch strukturelle Isomerie als auch durch cis- und trans-Isomerie gekennzeichnet.
Strukturelle Isomerie.
— Isomerie des Kohlenstoffgerüsts:
— Isomerie der Stellung von Mehrfachbindungen:
$(CH_2=CH-CH=CH_2)↙(Butadien-1,3)$ $(CH_2=C=CH-CH_3)↙(Butadien-1,2)$
cis-, trans- Isomerie (räumlich und geometrisch)
Zum Beispiel:
Alkadiene sind isomere Verbindungen aus den Klassen der Alkine und Cycloalkene.
Bei der Namensbildung des Alkadiens wird die Zahl der Doppelbindungen angegeben. Die Hauptkette muss zwingend zwei Mehrfachbindungen enthalten.
Zum Beispiel:
Physikalische und chemische Eigenschaften von Alkadienen
physikalische Eigenschaften.
Propandien-1,2, Butadien-1,3 sind unter Normalbedingungen Gase, 2-Methylbutadien-1,3 ist eine flüchtige Flüssigkeit. Alkadiene mit isolierten Doppelbindungen (das einfachste davon ist Pentadien-1,4) sind Flüssigkeiten. Höhere Diene sind Feststoffe.
Chemische Eigenschaften.
Die chemischen Eigenschaften von Alkadienen mit isolierten Doppelbindungen unterscheiden sich kaum von denen von Alkenen. Alkadiene mit konjugierten Bindungen haben einige Besonderheiten.
1. Additionsreaktionen. Alkadiene können Wasserstoff, Halogene und Halogenwasserstoffe addieren.
Ein Merkmal der Addition an Alkadiene mit konjugierten Bindungen ist die Fähigkeit, Moleküle sowohl in den Positionen 1 und 2 als auch in den Positionen 1 und 4 zu binden.
Das Verhältnis der Produkte hängt von den Bedingungen und der Durchführungsweise der entsprechenden Reaktionen ab.
2.Polymerisationsreaktion. Die wichtigste Eigenschaft Diene ist die Fähigkeit, unter dem Einfluss von Kationen oder freien Radikalen zu polymerisieren. Die Polymerisation dieser Verbindungen ist die Grundlage für Synthesekautschuke:
$nCH_2=(CH—CH=CH_2)↙(Butadien-1,3)→((... —CH_2—CH=CH—CH_2— ...)_n)↙(\text"synthetischer Butadienkautschuk")$ .
Die Polymerisation konjugierter Diene verläuft als 1,4-Addition.
In diesem Fall erweist sich die Doppelbindung als zentral in der Verknüpfung, und die elementare Verknüpfung wiederum kann beide aufnehmen cis-, so und Trance- Aufbau.
Alkine
Alkine sind acyclische Kohlenwasserstoffe, die neben Einfachbindungen eine Dreifachbindung zwischen Kohlenstoffatomen im Molekül enthalten und der allgemeinen Formel $C_(n)H_(2n-2)$ entsprechen.
Homologe Reihe von Ethin
Unverzweigte Alkine bilden die homologe Reihe von Ethin (Acetylen):
$C_2H_2$ - Ethin, $C_3H_4$ - Propin, $C_4H_6$ - Butin, $C_5H_8$ - Pentin, $C_6H_(10)$ - Hexin usw.
Isomerie und Nomenklatur
Sowohl für Alkine als auch für Alkene ist eine strukturelle Isomerie charakteristisch: Isomerie des Kohlenstoffgerüsts und Isomerie der Position der Mehrfachbindung. Das einfachste Alkin, das durch Strukturisomere der Mehrfachbindungsstellung der Alkinklasse gekennzeichnet ist, ist Butin:
$CH_3 – (CH_2)↙(Butin-1) – C≡CH$ $CH_3 – (C≡C)↙(Butin-2) – CH_3$
Die Isomerie des Kohlenstoffgerüsts in Alkinen ist ausgehend von Pentin möglich:
Da die Dreifachbindung eine lineare Struktur der Kohlenstoffkette annimmt, ist die geometrische ( cis-, trans-) Isomerie ist bei Alkinen nicht möglich.
Das Vorhandensein einer Dreifachbindung in Kohlenwasserstoffmolekülen dieser Klasse wird durch das Suffix wiedergegeben -in, und seine Position in der Kette - die Nummer des Kohlenstoffatoms.
Zum Beispiel:
Alkine sind isomere Verbindungen einiger anderer Klassen. So, chemische Formel$С_6Н_(10)$ haben Hexin (Alkin), Hexadien (Alkadien) und Cyclohexen (Cycloalken):
Physikalische und chemische Eigenschaften von Alkinen
physikalische Eigenschaften. Die Siede- und Schmelzpunkte von Alkinen sowie Alkenen steigen naturgemäß mit zunehmendem Molekulargewicht der Verbindungen.
Alkine haben einen spezifischen Geruch. Sie sind besser wasserlöslich als Alkane und Alkene.
Chemische Eigenschaften.
Additionsreaktionen. Alkine sind ungesättigte Verbindungen und gehen Additionsreaktionen ein. Im Grunde sind das Reaktionen. elektrophile Addition.
1. Halogenierung (Addition eines Halogenmoleküls). Alkin ist in der Lage, zwei Halogenmoleküle (Chlor, Brom) zu binden:
$CH≡CH+Br_2→(CHBr=CHBr)↙(1,2-Dibromethan),$
$CHBr=CHBr+Br_2→(CHBr_2-CHBr_2)↙(1,1,2,2-Tetrabromethan)$
2. Hydrohalogenierung (Addition von Halogenwasserstoff). Die nach dem elektrophilen Mechanismus ablaufende Additionsreaktion von Halogenwasserstoff verläuft ebenfalls zweistufig, und auf beiden Stufen ist die Markovnikov-Regel erfüllt:
$CH_3-C≡CH+Br→(CH_3-CBr=CH_2)↙(2-Brompropen),$
$CH_3-CBr=CH_2+HBr→(CH_3-CHBr_2-CH_3)↙(2,2-Dibrompropan)$
3. Hydratation (Zugabe von Wasser). Von großer Bedeutung für die industrielle Synthese von Ketonen und Aldehyden ist die sogenannte Wasseradditionsreaktion (Hydratation). Kucherovs Reaktion:
4. Hydrierung von Alkinen. Alkine addieren Wasserstoff in Gegenwart von Metallkatalysatoren ($Pt, Pd, Ni$):
$R-C≡C-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH=CH-R,$
$R-CH=CH-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH_2-CH_2-R$
Da die Dreifachbindung zwei reaktive $π$-Bindungen enthält, fügen Alkane schrittweise Wasserstoff hinzu:
1) Trimerisierung.
Wenn Ethin über Aktivkohle geleitet wird, entsteht ein Produktgemisch, von dem eines Benzol ist:
2) Dimerisierung.
Neben der Trimerisierung von Acetylen ist auch dessen Dimerisierung möglich. Unter Einwirkung von einwertigen Kupfersalzen entsteht Vinylacetylen:
$2HC≡CH→(HC≡C-CH=CH_2)↙(\text"Buten-1-in-3(vinylacetylen)")$
Dieser Stoff wird zur Herstellung von Chloropren verwendet:
$HC≡C-CH=CH_2+HCl(→)↖(CaCl)H_2C=(CCl-CH)↙(Chloropren)=CH_2$
deren Polymerisation Chloroprenkautschuk ergibt:
$nH_2C=CCl-CH=CH_2→(...-H_2C-CCl=CH-CH_2-...)_n$
Alkin-Oxidation.
Ethin (Acetylen) verbrennt in Sauerstoff unter Freisetzung sehr großer Wärmemengen:
$2C_2H_2+5O_2→4CO_2+2H_2O+2600kJ$ Die Wirkung eines Acetylen-Sauerstoffbrenners basiert auf dieser Reaktion, dessen Flamme eine sehr hohe Temperatur (mehr als $3000°C$) hat, was ihre Verwendung ermöglicht zum Schneiden und Schweißen von Metallen.
An der Luft verbrennt Acetylen mit rauchiger Flamme, weil. der Kohlenstoffgehalt in seinem Molekül ist höher als in den Molekülen von Ethan und Ethen.
Alkine entfärben wie Alkene angesäuerte Lösungen von Kaliumpermanganat; in diesem Fall kommt es zur Zerstörung der Mehrfachbindung.
Reaktionen, die die wichtigsten Methoden zur Gewinnung sauerstoffhaltiger Verbindungen charakterisieren
1. Hydrolyse von Halogenalkanen. Sie wissen bereits, dass die Bildung von Halogenkenalkanen bei der Wechselwirkung von Alkoholen mit Halogenwasserstoffen eine reversible Reaktion ist. Daher ist es klar, dass Alkohole dadurch erhalten werden können Hydrolyse von Halogenalkanen- Reaktionen dieser Verbindungen mit Wasser:
$R-Cl+NaOH(→)↖(H_2O)R-OH+NaCl+H_2O$
Mehrwertige Alkohole können durch Hydrolyse von Halogenalkanen mit mehr als einem Halogenatom im Molekül erhalten werden. Zum Beispiel:
2. Hydratation von Alkenen- die Addition von Wasser an die $π$-Bindung des Alkenmoleküls - ist Ihnen bereits bekannt, zum Beispiel:
$(CH_2=CH_2)↙(Ethen)+H_2O(→)↖(H^(+))(C_2H_5OH)↙(Ethanol)$
Die Hydratation von Propen führt gemäß der Markovnikov-Regel zur Bildung eines sekundären Alkohols - Propanol-2:
3. Hydrierung von Aldehyden und Ketonen. Sie wissen bereits, dass die Oxidation von Alkoholen unter milden Bedingungen zur Bildung von Aldehyden oder Ketonen führt. Offensichtlich können Alkohole durch Hydrierung (Wasserstoffreduktion, Wasserstoffaddition) von Aldehyden und Ketonen erhalten werden:
4. Alkenoxidation. Glykole können, wie bereits erwähnt, durch Oxidation von Alkenen mit einer wässrigen Lösung von Kaliumpermanganat erhalten werden. Beispielsweise entsteht bei der Oxidation von Ethylen (Ethen) Ethylenglykol (Ethandiol-1,2):
$CH_2=CH_2+[O]+H_2O(→)↖(KMnO_4)HO-CH_2-CH_2-OH$
5. Spezifische Methoden zur Gewinnung von Alkoholen. Einige Alkohole werden auf Wegen erhalten, die nur für sie charakteristisch sind. So wird Methanol in der Industrie durch die Wechselwirkung von Wasserstoff mit Kohlenmonoxid (II) (Kohlenmonoxid) bei erhöhtem Druck und hoher Temperatur an der Oberfläche des Katalysators (Zinkoxid) hergestellt:
$CO+2H_2(→)↖(t,p,ZnO)CH_3-OH$
Die für diese Reaktion erforderliche Mischung Kohlenmonoxid und Wasserstoff, auch Synthesegas ($CO + nH_2O$) genannt, wird durch Überleiten von Wasserdampf über heiße Kohle gewonnen:
$C+H_2O(→)↖(t)CO+H_2-Q$
6. Fermentation von Glukose. Diese Methode zur Gewinnung von Ethyl-(Wein-)Alkohol ist dem Menschen seit der Antike bekannt:
$(C_6H_(12)O_6)↙(Glucose)(→)↖(Hefe)2C_2H_5OH+2CO_2$
Verfahren zur Gewinnung von Aldehyden und Ketonen
Aldehyde und Ketone können erhalten werden Oxidation oder Alkoholdehydrierung. Wir stellen noch einmal fest, dass Aldehyde bei der Oxidation oder Dehydrierung von primären Alkoholen und Ketone aus sekundären Alkoholen erhalten werden können:
Kucherovs Reaktion. Aus Acetylen wird als Ergebnis der Hydratationsreaktion Acetaldehyd aus Acetylen-Homologen - Ketonen:
Beim Erhitzen Kalzium oder Bariumsalze Carbonsäuren bilden ein Keton und ein Metallcarbonat:
Verfahren zur Gewinnung von Carbonsäuren
Carbonsäuren können durch Oxidation primärer Alkohole von Aldehyden erhalten werden:
Bei der Oxidation von Benzolhomologen entstehen aromatische Carbonsäuren:
Auch die Hydrolyse verschiedener Carbonsäurederivate führt zu Säuren. Während der Hydrolyse eines Esters werden also ein Alkohol und eine Carbonsäure gebildet. Wie oben erwähnt, sind säurekatalysierte Veresterungs- und Hydrolysereaktionen reversibel:
Hydrolyse eines Esters durch die Wirkung von wässrige Lösung Alkali verläuft irreversibel, in diesem Fall wird aus dem Ester keine Säure gebildet, sondern dessen Salz.
