1.1 ALKÁNOK (telített szénhidrogének).
1.2 ALKÁNOK ELŐÁLLÍTÁSÁNAK MÓDSZEREI.
1.3 AZ ALKÁNOK KÉPVISELŐI.
2.1 ALKÉNEK (etilén szénhidrogének).
2.2 ALKÉNEK KISZEREZÉSI MÓDSZEREI.
2.3 ALKÉNEK KÉPVISELŐI.
3.1 ALKINOK (acetilén szénhidrogének).
3.2 ALKINEK ELŐÁLLÍTÁSÁNAK MÓDSZEREI.
3.3 AZ ALKIN KÉPVISELŐI.
4. ALKÁNOK, ALKÉNEK, ALKINOK ALKALMAZÁSA.
1.1 SZATURÁLIS SZÉNhidrogének (alkánok).
A telített szénhidrogének (alkánok) olyan vegyületek, amelyek szén- és hidrogénatomokból állnak, amelyek csak Q-kötésekkel kapcsolódnak egymáshoz, és nem tartalmaznak gyűrűket. Az alkánokban a szénatomok a hibridizáció sp3 fokán vannak.
1.2 Alkánok előállítási módszerei.
Fő természetes forrás telített szénhidrogének az olaj, és a homológ sorozat első tagjai esetében a földgáz. Az egyes vegyületek olajból vagy krakkolási termékeiből történő izolálása azonban igen munkaigényes és sokszor lehetetlen feladat, ezért szintetikus előállítási módszerekhez kell folyamodni.
1. Az alkánok a fémes nátrium hatására monohalogén származékokon keletkeznek - a Wurtz-reakció:
H3C-CH2-Br + Br-CH2-CH3 CH3-CH2-CH2-CH3 + 2NaBr
Ha különböző halogénszármazékokat veszünk, akkor három különböző alkán keveréke képződik, mivel a reakciókomplexben azonos vagy eltérő molekulák találkozásának valószínűsége egyenlő, és reakcióképességük közeli:
3C2H5I + 3CH3CH2CH2IC4H10 + C5H12 + C6H14 + 6NaI
2. Alkánokat alkének vagy alkinek hidrogénnel katalizátor jelenlétében történő redukálásával állíthatunk elő:
NZC-CH=CH-CH3 NZC-CH2-CH2-CH3
3. Sokféle alkánszármazék redukálható magas hőmérsékleten hidrogén-jodiddal:
H3C H3C
CHBr +2HI CH2 + HBr + I2
H3C H3C
Ezekben az esetekben azonban néha megfigyelhető a szénváz részleges izomerizációja - több elágazó alkán képződik.
4. Az alkánok sók olvasztásával nyerhetők karbonsavak lúggal. A kapott alkán egy szénatommal kevesebbet tartalmaz, mint az eredeti karbonsav:
O
CH3-C + NaOH CH4 + Na2C03
Rajta
1.3 Az alkánok képviselői
A. M. Butlerov szerkezetelmélete szerint az anyagok fizikai tulajdonságai összetételüktől és szerkezetüktől függenek. Tekintsük a telített szénhidrogének példáján a változást fizikai tulajdonságok a homológ sorozatban.
A homológ sorozat első négy tagja, kezdve a metánnal, gáznemű anyagok. A pentántól kezdve a normál szénhidrogének folyadékok. A metán csak -162 °C-on kondenzálódik folyadékká. A sorozat következő tagjainak forráspontja növekszik, és a következő homológra lépve körülbelül 25°-kal nő.
A szénhidrogének forrásponti sűrűsége a sorozat alsó tagjainál előbb gyorsan, majd egyre lassabban növekszik: a metán 0,416-ról valamivel 0,78-nál nagyobb értékre A homológ sorozat normál szénhidrogéneinek olvadáspontja lassan növekszik . A C16H34 szénhidrogéntől kezdve a magasabb homológok normál hőmérsékleten szilárd anyagok.
Az összes elágazó láncú alkán forráspontja alacsonyabb, mint a normál alkánoké, ráadásul minél alacsonyabb, annál elágazóbb a molekula szénlánca. Ez látható például három izomer pentán forráspontjának összehasonlításából. Éppen ellenkezőleg, az olvadáspont a legelágazóbb szénláncú izomereknél a legmagasabb. Így az összes izomer oktán közül csak a hexa-metil szakasz (CH3)3C-C (CH3)3 szilárd már normál hőmérsékleten (olvadáspont 104°C). Ezeket a mintákat a következő okok magyarázzák.
A folyadék gázzá való átalakulását az egyes molekulák atomjai közötti kölcsönhatás van der Waals erői akadályozzák meg. Ezért minél több atom van egy molekulában, annál magasabb az anyag forráspontja, ezért a homológ sorozatban a forráspontnak egyenletesen kell növekednie. Ha összehasonlítjuk az n-pentán és a neopentán molekulák közötti kölcsönhatási erőket, egyértelmű, hogy ezek az erők nagyobbak egy normál szénatomláncú molekulánál, mint az elágazó láncú molekuláknál, mivel a neopentán molekulában a központi atom általában kizárt kölcsönhatás.
Az anyag olvadáspontját befolyásoló fő tényező a molekula tömítési sűrűsége kristályrács. Minél szimmetrikusabb a molekula, annál sűrűbb a töltése a kristályban, és annál magasabb az olvadáspontja (n-pentánnál -132°C, neopentánnál -20°C)
2.1 ALKÉNEK (etilén szénhidrogének, olefinek)
Szénhidrogének, amelyek molekulájában amellett egyszerű Q-csatlakozások szén - szén és szén - hidrogén van szén-szén
-a kötéseket telítetlennek nevezzük. Mivel a -kötés kialakulása formálisan egyenértékű két hidrogénatom molekula általi elvesztésével, a telítetlen szénhidrogének 2n kevesebb hidrogénatomot tartalmaznak, mint a telített szénhidrogének, ahol n a -kötések száma
C6H14 C6H12C6H10C6H8C6H6
Izologikus sorozatnak nevezzük azt a sorozatot, amelynek tagjai (2H)n-ben különböznek egymástól. Így a fenti sémában az izológok a hexán, hexének, hexadiének, hexinek, hexatriének és benzol.
Az egy kötést (vagyis kettős kötést) tartalmazó szénhidrogéneket alkéneknek (olefineknek) vagy a sorozat első tagja - etilén - alapján etilén szénhidrogéneknek nevezzük. Homológ sorozatuk általános képlete a CnH2n
2.2 Alkének előállításának módszerei
Amikor a maró lúgok alkoholos oldatai a halogénszármazékokra hatnak: hidrogén-halogenid leszakad és kettős kötés képződik:
H3C-CH2-CH2BrH3C-CH=CH2+NaBr+H2O
Propil-bromid Propilén
Ha a halogénhez kapcsolódó szénatomhoz képest α-helyzetben tercier, szekunder és primer hidrogénatomok vannak, akkor a tercier hidrogénatom túlnyomórészt leszakad, kisebb mértékben a szekunder és különösen az elsődleges (Zaicev szabálya):
H3C-C-CI H3C-C + KCL + H2O
H3C CH3 H3C CH3
2,3-Dimetil-3-klórpentán 2,3-Dimethelpentén-2
Ez a keletkező alkének termodinamikai stabilitásának köszönhető. Minél több szubsztituens van egy alkénben a vinil-szénatomon, annál nagyobb a stabilitása.
2. Vízeltávolító szerek hatása alkoholokra: a) alkoholok alumínium-oxidon való átvezetésekor 300-400°C-on.
НзС-СН-СН2.-СНзНзС-СН=СН-СНз
Ó Butén-2
Második-butil-alkohol
B) ha az alkoholokat enyhe körülmények között kénsavnak teszik ki, a reakció kénsav-észterek közbenső képződésén keresztül megy végbe:
H3C-CH-CH3 H3C-CH=CH2
OH O-SO3H
izopropil-alkohol
Az alkoholok kemény körülmények között, savas környezetben történő dehidratálása során ugyanez a minta figyelhető meg a hidrogénatomok absztrakciójában különböző típusok, mint a hidrogén-halogenid eliminációjában.
Ennek a folyamatnak az első szakasza az alkohol protonálódása, amely után egy vízmolekula leszakad, és karbokation képződik:
CH3-CH2-CH-CH3 + H CH3-CH2-CH-CH3 CH3-CH-CH-
Ó ó H
HH
CH3CH3-CH-CH-CH3CH3-CH=CH-CH3
A létrejövő karbokációt egy szomszédos helyzetből egy proton felszabadulásával stabilizálják, így kettős kötés jön létre (γ-elimináció). Ilyenkor a legelágazóbb alkén is képződik (termodinamikailag stabilabb). E folyamat során gyakran megfigyelhető a szénváz izomerizációjával kapcsolatos karbokationok átrendeződése:
CH3 CH3
CH3 C-CH – CH3 CH3 C-CH-CH3
CH3OH CH3
CH3 CH3 CH3 CH3
C-CH C=C
CH3 CH3 CH3 CH3
3. Amikor a Zn vagy a Mg a dihalogénszármazékokra hat
halogénatomok a szomszédos szénatomoknál:
H3C – C CH2CIH3C – C – CH2+MgCI2
CH3 CH3
1,2-diklór-2-fém-izobutilén
propán
4. Acetilén szénhidrogének hidrogénezése csökkentett aktivitású katalizátorokon (Fe vagy „mérgezett”, azaz kéntartalmú vegyületekkel kezelve a katalitikus aktivitás csökkentésére, Pt és Pd):
HCC-CH(CH3)2H2C=CH-CH(CH3)2
2.3 Az alkének képviselői.
A lúgokhoz hasonlóan számos legegyszerűbb alkének alacsonyabb homológjai normál körülmények között gázok, és C5-től kezdve alacsony forráspontú folyadékok (lásd a táblázatot).
T.pl., T. d4
Képlet Név °C Forr., °C
Ch2=CH2 Etilén -169-104 0,5660 (-102 °C-on)
CH3CH=CH3 propilén -185 -47 0,6090 (-47" C-on)
CH3CH3CH=CH2CH3-CH=CH-CH3 (cisz)butén-1 -130-5 0,6696 (-5 °C-on) 0,6352 (0 °C-on)
-139 +4
(cisz)
CH3-CH=CH-CH3 (transz)-Butep-2 -105 +1 0,6361 (0 °C-on)
(transz)
(CH3)3C=CH2 Ieobutilén -140-7 0,6407 (0 °C-on)
Minden alkén, az alkánokhoz hasonlóan, gyakorlatilag nem oldódik vízben, és jól oldódik más szerves oldószerekben, kivéve a metil-alkoholt; mindegyiknek kisebb a sűrűsége, mint a víznek.
3.1 ALKINOK (acetilén szénhidrogének)
Az alkinek olyan szénhidrogének, amelyek a Q-kötéseken kívül kettőt is tartalmaznak
-kötések (hármas kötések) egy szénatompáron. Az acetilén szénhidrogének homológ sorozatának általános képlete a CnH2n-2, egy kötés kialakulása formálisan két hidrogénatom elvesztésével egyenlő.
Különféle fizikai módszerekkel Bebizonyosodott, hogy az acetilén C2H2 - az alkinek homológ sorozatának legegyszerűbb képviselője - lineáris molekulával rendelkezik, amelyben a szén-szén hármas kötés hossza 1,20 A, a szén-hidrogén kötések hossza pedig 1,06 A.
S-N csatlakozások az acetilénben a Q kötések közé tartoznak, amelyek a hidrogén s pályájának és a hibridizált szénpálya sp pályájának átfedésével jönnek létre; a molekula egy szén-szén a-kötést tartalmaz (két hibridizált szénpálya átfedésével) és két szén-szén kötést - két egymásra merőleges „tiszta” p-pályapár átfedésének eredménye ( P és P) a szomszédos szénatomok. Kötési szögek Az acetilénben e modell alapján 180°-nak felel meg, és a molekula lineáris konformációval rendelkezik, ami lehetetlenné teszi a cisz-transz izomériát hármas kötésnél.
3.2 Alkinek előállításának módszerei.
A legtöbb általános módon Az acetilén szénhidrogének termelése lúgok alkoholos oldatának hatása a telített szénhidrogének dihalogén származékaira, ahol a halogénatomok vicinális (a) vagy geminális (b) elrendezésűek.
a) CH2Br –CH2Br –> CHCH + 2HBr
b) СНз-СН2-СНСl2 ->СНз-СН+2ИСl
CH3-CH2-CCl2-CH3 -> CH3-C C-CH3 + 2HC1
Mivel a vicinális dihalogénszármazékokat általában úgy állítják elő, hogy halogéneket adnak az etilén-szénhidrogénekhez, az (a) reakció az etilén-szénhidrogének acetilén-szénhidrogénekké történő átalakításának reakciója.
A geminális dihalogénszármazékok (egy szénatomon mindkét halogénatom) ketonok vagy aldehidek származékai, ezért a (b) reakciók segítségével végrehajtható az átmenet a karbonilvegyületekről az alkinekre. A hidrogén-halogenidek eliminálásakor a már ismert Zaicev-szabály érvényes: a hidrogént egy kisebb számú hidrogénatomot tartalmazó szénatomból távolítják el.
Az acetilén közvetlenül előállítható metán vagy összetettebb szénhidrogének magas hőmérsékletű (termikus vagy elektrotermikus) krakkolásából:
2СН4Н-СС-Н + ЗН2
3.3 Az alkinok képviselői.
Az alkánokhoz és alkénekhez hasonlóan az alkinek homológ sorozatának alsóbb tagjai normál körülmények között gáz halmazállapotú anyagok. Táblázat adatai A 22. ábra azt mutatja, hogy a vizsgált osztályok szénhidrogéneinek fő fizikai-kémiai jellemzői alig térnek el egymástól (lásd a táblázatot).
Képlet Név Olvadáspont, °C Forráspont, °C D4
HCCHCH3CCHHCC- CH2CH3 CH3CCCH3 Acetilén-propinButin-1-Butin-2 -82-105-137-33 -84 (kivéve -23) 927 0,6200 (-84 °C-on) 0,6785 (-27 °C-on; -6169b0; °C) 0,6880 (25 °C-on)
4. ALKÁNOK, ALKINOK, ALKÉNEK ALKALMAZÁSA
Az alkének az alkánokkal, acetilénnel és aromás szénhidrogénekkel együtt a nehéz (nagyüzemi) szerves szintézisipar egyik fő nyersanyagát jelentik.
Az etilént hatalmas mennyiségben használják polietilénné és etil-alkohollá való feldolgozásra, etilénglikollá dolgozzák fel, és üvegházakban használják fel a gyümölcsök érésének felgyorsítására.
A propilént polipropilénné, acetonná és izopropil-alkohollá dolgozzák fel.
Az acetilén rendkívül fontos szerepet játszik az iparban. Globális termelése eléri a több millió tonnát. Hatalmas mennyiségű acetilén kerül felhasználásra fémek hegesztéséhez, amikor az ég
oxigénben a hőmérséklet eléri a 2800°C-ot. Ez lényegesen magasabb hőmérséklet, mint a hidrogén oxigénben történő égése, nem beszélve a metán égéséről. Ennek oka a CO2 lényegesen kisebb hőkapacitása a H2O-hoz képest, amely inkább az alkánok, mint az alkinek égésekor képződik:
2СзН6 + 7O2 -> 4СО2 + 6Н2О
2С2 Н2 + 5O2 -> 4СО2 + ЗН2О
A karbidból nyert acetilén kellemetlen szagát a PH3 és AsH3 szennyeződések okozzák; a tiszta acetilén olyan szagú, mint az összes alacsonyabb szénhidrogén (benzin). Az acetilén és levegővel alkotott keverékei rendkívül robbanásveszélyesek; Az acetilént hengerekben tárolják és szállítják acetonos oldatok formájában, amelyek impregnálják a porózus anyagokat.
OLAJ ÉS FELDOLGOZÁSA
Az olaj összetétele. A telített szénhidrogének fő természetes forrása az olaj. Az olajok összetétele területtől függően változik, de az egyszerű desztilláció során minden olajat a következő frakciókra osztanak: gázfrakció, benzin, repülőgép-üzemanyag, kerozin, gázolaj, paraffin, olajkátrány.
A gázfrakció (forráspontja 40°C-ig) C-ig normál és elágazó láncú alkánokat, főként propánt és butánokat tartalmaz. A gázmezőkből származó földgáz főként metánból és etánból áll.
A repülőgépbenzin (forráspontja 40-180 °C) C6-C10 szénhidrogéneket tartalmaz, a benzinben több mint 100 egyedi vegyületet találtak, köztük normál és elágazó láncú alkánokat, cikloalkánokat és alkilbenzolokat (aréneket).
Repülőgép üzemanyag (fp. 150-280°C).
A traktor kerozinja (t, forráspontja 110-300 °C) C7-C14 szénhidrogéneket tartalmaz.
A 13-18 szénatomos szénhidrogéneket tartalmazó dízel üzemanyag (forráspontja 200-330 °C) nagymértékben megreped, és kisebb molekulatömegű alkánokká (és alkénekké) alakul (lásd alább).
A kenőolajok (forráspont: 340-400°C) C18-C25 szénhidrogéneket tartalmaznak.
Petroleum-paraffin (forráspont 320-500 °C), C26-C38 szénhidrogéneket tartalmaz, amelyből vazelint vonnak ki. A lepárlás utáni maradékot általában aszfaltnak vagy kátránynak nevezik.
A különféle osztályokba tartozó szénhidrogéneken kívül az olaj oxigén-, ként- és nitrogéntartalmú anyagokat is tartalmaz; esetenként össztartalmuk eléri a több százalékot is.
Jelenleg a legelismertebb elmélet az olaj szerves eredete, mint a növényi és állati maradványok átalakulásának terméke. Ezt igazolja, hogy olajmintákban porfirinek, növényi és állati eredetű szteroidok maradványait, valamint az úgynevezett „kemofosszíliákat” – a planktonban található sokféle töredéket – találták.
Bár általánosan elfogadott, hogy az olaj a vegyi nyersanyagok legértékesebb természetes forrása, az olaj és a kőolajtermékek zömét még mindig belső égésű motorokban (benzin), dízelmotorokban és sugárhajtóművekben (kerozin) égetik el.
Motor üzemanyag. Oktánszám. A különböző eredetű benzinek eltérően viselkednek a belső égésű motorokban.
Annak érdekében, hogy kis méretekkel és tömeggel maximalizálják a motor teljesítményét, megpróbálják növelni a hengerben lévő éghető keverék kompressziós fokát. A kényszergyújtással működő, nagy sebességű négyütemű motorokban azonban néha előfordul a keverék idő előtti gyulladása - detonáció. Ez csökkenti a motor teljesítményét és felgyorsítja a kopást. Ez a jelenség a folyékony tüzelőanyag összetételével függ össze, mivel a különböző szerkezetű szénhidrogének eltérően viselkednek, ha üzemanyagként használják őket. A legrosszabb mutatók a normál szerkezetű paraffinokra vonatkoznak.
A normál heptánt tekintik szabványnak a nagy robbanékonyságú gyúlékony anyagoknál. Minél elágazóbb a paraffin szénhidrogén szénlánca, annál jobban megy végbe az égés a hengerben, és annál nagyobb az éghető keverék összenyomódása. A szabványos motorüzemanyag 2, 2, 4-trimetil-pentán (általában izooktánnak nevezik), jó kopogásgátló tulajdonságokkal. Ennek az oktánnak az n-heptappal különböző arányú keverékét képezve a motorban való viselkedését összehasonlítjuk a vizsgált benzin viselkedésével. Ha egy 70% izooktánt tartalmazó keverék ugyanúgy viselkedik, mint a vizsgált benzin, akkor az utóbbi oktánszáma 70 (az izooktán oktánszáma 100; az n-heptán oktánszáma nullának vesszük).
A szikragyújtású motorokhoz használt üzemanyagok kopogásállóságának növelésének egyik módja a kopogásgátló szerek használata.
A kopogásgátló szerek olyan anyagok, amelyeket a benzinhez adnak (legfeljebb 0,5%) a kopogásgátló tulajdonságok javítása érdekében. Egy meglehetősen hatékony kopogásgátló szer a tetraetil-ólom (TEP) Pb (C2H5)4
A hőerőművekből származó benzin és annak égéstermékei azonban nagyon mérgezőek. Jelenleg új kopogásgátló szereket találtak mangán-szerves vegyületeken, például ciklopentadién-karbonil-mangán C5H5Mn (CO)5 alapján: ezek kevésbé mérgezőek és jobb kopogásgátló tulajdonságokkal rendelkeznek. Ha ezeket a kopogásgátló anyagokat jó minőségű benzinhez adjuk, akkor akár 135-ös oktánszámú üzemanyagot is kaphat.
Ezzel szemben a rakéta- és dízelmotorok esetében a legértékesebb üzemanyagok a normál szénatomláncúak, amelyeknek a legalacsonyabb a gyulladási hőmérséklete. Ez a tulajdonság elfogadott
cetánszámban értékeljük. A 100-as cetánszám az n-Sc,Nd4 szénhidrogénre vonatkozik, a cetánszám pedig az 1-metil-naftalinra 0.
Szénhidrogének szintézise CO+H2-ből. Szén-monoxid (II) és hidrogén keverékének finomra zúzott nikkelen való átvezetésével 250 ° C-on metán nyerhető:
CO+3N2CH4+H2O
Ha ezt a reakciót 100-200 atm nyomáson és 400 °C-ig terjedő hőmérsékleten hajtjuk végre, olyan keveréket kapunk, amely főleg oxigéntartalmú termékekből áll, amelyek között alkoholok vannak túlsúlyban; Ezt a keveréket schshpol-nak hívták.
Vas-kobalt katalizátorok használatakor 200 ° C hőmérsékleten alkánok keveréke képződik - szinten.
nСО + (2n + 1) Н2 СnН2n + 2 + H2О
A syntin és a synthol nagy léptékű szerves szintézis termékei, és széles körben használják nyersanyagként számos vegyiparban.
Klatrátok. Az olaj szinten- és benzinfrakciói normál szerkezetű és elágazó láncú szénhidrogének keverékéből állnak. Nemrég találtak hatékony módszerévben nyert normál láncú és elágazó láncú szerves vegyületek szétválasztása általános eset a klatrát elválasztási módszer neve. A szénhidrogének elválasztására karbamidot használtak. A karbamidkristályok úgy épülnek fel, hogy a kristályok belsejében keskeny hatszögletű csatornák vannak. Ezeknek a csatornáknak az átmérője olyan, hogy csak a normál szerkezetű szénhidrogének tudnak áthaladni rajtuk, és az adszorpciós erők miatt megmaradnak. Ezért, ha szerves vegyületek keverékét karbamiddal (vagy más vegyületekkel) kezelik, akkor a normál szénatomláncú anyagok vele együtt komplexek formájában kristályosodnak ki. Ennek a módszernek minden bizonnyal nagyon nagy jövője van – ha megtalálják nagyobb szám hatékony klatrátképzők.
BUTADIÉN-1,3 (DIVINIL) KISZERZÉSE
A butadién-1,3 CH 2 =CH-CH-CH 2 a fő monomer a szintetikus gumik előállításához.
Az S. V. Lebedev által kifejlesztett butadién-1,3 szintézis etanolból volt az első ipari módszer a monomer előállítására, amely alapján 1932-ben a világon először beindították a szintetikus gumit gyártó üzemet. .
A teljes reakcióegyenlet így írható fel
2C 2 H 5 OH ® C 4 H 6 + H 2 + 2 H 2 O, ΔH = 85 kJ
Az egyenlet azt mutatja, hogy a teljes reakció a kondenzáció, a dehidrogénezés és a dehidratáció kombinációja. A Lebedev által javasolt, dehidrogénező és víztelenítő komponenseket tartalmazó bifunkciós oxidkatalizátor megfelel ezeknek a követelményeknek. A módszer azonban mára elvesztette gyakorlati jelentőségét. A módszer alapvető hátránya az alacsony szelektivitás (még a divinil elméleti hozama 100%-os etanolból is 58,7%).
Jelenleg a divinil szintézisének fő módszerei a dehidrogénezés n- földgázból izolált bután és kőolajtermékek pirolíziséből származó bután-butilén frakciók komplex feldolgozása, beleértve a butadién extrakciót, izobutilén elválasztást és dehidrogénezést n-butilének butadiénné.
A bután dehidrogénezésénél jelentős szerepet játszanak a termodinamikai korlátok, amelyek következtében az 1,3-butadiént szinte lehetetlen egy lépésben műszakilag elfogadható hozammal előállítani normál körülmények között, és csak speciális technikák segítségével (pl. vákuum, oxidatív dehidrogénezés) a hozam a kívánt szintre emelhető .
A butánból divinil előállítására szolgáló ipari létesítmények többsége kétlépcsős rendszer szerint működik. A bután dehidrogénezésének első lépése a butilénné alakítása, a második pedig a butilénből divinil előállításának folyamata.
A reakció során a bután dehidrogénezése butilénné egy króm-oxidos katalizátoron, alumínium-oxid hordozón megy végbe.
C 4 H 10 ® C 4 H 8 + H 2, ΔH = 131 kJ
Összetétel......Al 2 O 3 Fe 2 O 3 Cr 2 O 3 SiO 2 KNO 3 CaO H 2 O
Tömegtört, % 66,10 1,72 15,8 7,9 4,93 0,14 3,34
A bután dehidrogénezése során a katalizátort szénlerakódások borítják és megváltoztatják kémiai összetétel. Ebben az esetben a katalizátor aktivitása meredeken csökken. Reaktiválás céljából a katalizátort folyamatosan kivonják a reaktorból, és egy fluidágyas regenerátorban levegőáramban égetik. Ebben az esetben a szénvegyületek kiégnek, és az alacsonyabb króm-oxidok Cr 2 Oz-ra oxidálódnak. Technológiai rendszerábrán látható bután-dehidrogénező üzem. 1.
A bután folyékony formában kerül a szárítóba. 1 adszorbenssel (A1 2 O 3, zeolitok) megtöltve, majd az elpárologtatóba 2. A keletkező gőzöket csőkemencében hevítik 3 780-820 K hőmérsékletre és a reaktorelosztó rács alá kerül 4 dehidrogénezéshez. A reakció lezajlásához szükséges hőmennyiséget az 5. regenerátorból felmelegített regenerált katalizátor áramlása szolgáltatja. A regenerátor hőmérséklete 890-920 K. A regenerált katalizátort a felső elosztó rácsba vezetjük, és így a katalizátort. és a reakciógázok ellenáramban mozognak. A felső részben egy tekercs található a reakciógázok kioltására. Ennek köszönhetően a gázok hőmérséklete gyorsan 720-750 K-re csökken, és további bomlásuk megakadályozható.
| |
A katalizátort levegőárammal szállítják a regenerátorba, az eredeti szénhidrogén vagy nitrogén gőze pedig a reaktorba. A kontaktgáz a reaktorból a visszanyerő kazánba kerül 6 másodlagos gőz előállítására, majd a katalizátorpor felfogására és további hűtésére - a vízzel öntözött 7 gázmosóba. A regenerátor füstgázait elektromos leválasztóban szabadítják meg a katalizátorportól 8, majd áthaladnak egy gázmosón, és a légkörbe kerülnek.
A veszteségek pótlására és az aktivitás fenntartására naponta friss katalizátort adnak a rendszerben keringő katalizátorhoz. A tisztított kontaktgáz belép a turbófeltöltőbe 9, amelynek nyomónyomása kb. 0,5 MPa, majd a kondenzációs rendszerbe 10, ahol a vizet és a forrásban lévő propánt egymás után hűtőközegként használják. A nem kondenzált termék az abszorberbe kerül 11 . Az abszorpciót C6-C12 szénhidrogének keveréke végzi. Az oldott butilént sztripperben desztillálják le 12 és a kondenzátorból származó cseppfolyósított termékkel alkotott keverékek 10 desztilláló oszloprendszerbe kerül 13 És 14. Az oszlopokban az alacsony és magas forráspontú szennyeződéseket ledesztillálják a dehidrogénezési termékből (ez utóbbiakat a keringő abszorbenshez adják a veszteségek kompenzálására.). A bután-dehidrogénezési termékeket egy extrakciós rektifikáló egységbe küldik 15 a butilénfrakció izolálására.
A butilén dehidrogénezése divinillé a következő időpontban történik:
kalcium-króm-foszfát katalizátor a reakcióhoz
C 4 H 8 ® C 4 H 8 + H 2, ΔH = 119 kJ.
A butilén-dehidrogénezés technológiai folyamatábrája a 2. ábrán látható.
| |
A kezdeti butilénfrakciót és a vízgőzt csőkemencékben túlhevítik 1
És 2
770, illetve 990 K-ig, közvetlenül a reaktor előtt keverve egy injekciós keverőben 3
és a reaktorblokkba küldték 4.
A reaktor kimeneténél a gáz-gőz keveréket vízkondenzátummal „kioltják”, azonnal lehűtve 810 K-re. Minden reaktor fel van szerelve egy hulladékhő-kazánnal 5, amely után a kontaktgázt további hűtés és tisztítás történik. két súroló 6
és 7, amelyek közül az elsőt dízel üzemanyaggal, a másodikat vízzel öntözzük. A gázmosókban a vízgőz teljesen lecsapódik. A 7 gázmosó elhagyása után a gáz összenyomódik a kompresszorban 8
és lecsapódik a kondenzációs rendszerben 9.
A nem kondenzált szénhidrogéneket az abszorber-deszorber egységben további kinyerjük 10
És 11
. Az abszorbens 6-12 szénatomos szénhidrogének, amelyek melléktermékként képződnek. A teljes cseppfolyósított áramlást az oszlopokba irányítják 12
És 13
alacsony és magas forráspontú szennyeződések előzetes leválasztására és tovább az extrakciós rektifikáló egységre 14.
A butilén konverzió átlagosan 40-45%, a divinil-szelektivitása körülbelül 85%. PARAFFINOK ÉS HALOGÉN SZÁRMAZÉKAI KLÓROZÁSA
Az iparban a termikus klórozást gázfázisban végzik a klórmolekulák aktiválásához szükséges hőmérsékleten, ami gyökös láncreakciót vált ki: C1 2 ® C1× + C1×
RH + С1× ® R + HCl
R + Cl 2 ® RCl + C1× stb.
A hidrogénatomok klóratomokkal való helyettesítésének reakciója ahhoz vezet, hogy
mono-, di- és poliklórozott termékek keverékének képződéséhez és hidrogén-klorid felszabadulásához.
Egyik vagy másik termék domináns képződését a reakciókörülmények határozzák meg; hőmérséklet-szabályozás, valamint a szénhidrogén és a klór molekuláris aránya (3. ábra).
A metános klórozást klórozóban (4. ábra) végzik, amely egy belülről tűzoltó téglával bélelt acél hengeres test. 2, melynek felső részében porcelángyűrűkből készült fúvóka található 3, egyenletes reakció elősegítése. A klórozó belső magasságának felét egy nyitott kerámia függőleges henger foglalja el 4 alján lyukakkal, melybe szűkített gyűrűvel nyersanyagot szállító kerámia csövet engedünk le. A folyamat a klórozó belsejének előmelegítésével kezdődik (a reakció elindításához). A fűtést a metán levegővel kevert egy részének elégetésével, majd a levegő klórral való helyettesítésével végzik. Ezt követően a reakció autotermikusan megy végbe. A készülék felső részéből eltávolítják a klórozási termékeket, majd a savabszorberekben lévő gázelegyből vízzel felfogják a hidrogén-kloridot (sósavat kapnak), a gázelegyet lúggal semlegesítik, liofilizálják, préselik és cseppfolyósítják. mélyhűtés. Az egyes termékeket 28-32% metil-kloridot, 50-53% metilén-kloridot, 12-14% kloroformot és 3-5% szén-tetrakloridot tartalmazó folyékony keverékből izolálják rektifikálással.
Minden klórozott metánvegyület megtalálható széles körű alkalmazás. Így a CH 3 C1 metil-kloridot oldószerként használják a butilgumi gyártásában, metilezőszerként a szerves szintézisben, hogy metil-klór-szilánokat kapjanak, amelyek kiindulási anyagként szolgálnak szerves szilícium polimerek - szilikonok - gyártásában. A metilén-klorid CH 2 C1 2 értékes ipari oldószer a cellulóz-acetáthoz, zsírokhoz, olajokhoz, paraffinokhoz, gumikhoz; nem gyúlékony és nem képez levegővel robbanásveszélyes keveréket.
BENZOL KLÓROZÁSA
A benzol klórozásával a klórozási körülményektől függően monoklór-benzolt vagy más klórozott származékokat kapnak. Így 310-330 K hőmérsékleten és 1:0,6 benzol és klór mólarány mellett vaskatalizátoron monoklór-benzol képződik; kisebb arányban és A1C1 3 katalizátorral főként o-diklór-benzolt kapnak (festékek és kártevőirtó szerek szintézisében használják); ugyanazon a hőmérsékleten ultraibolya besugárzás mellett hexaklór-ciklohexánt kapunk. ábrán. Az 5. ábra a klórbenzol előállításának sémáját mutatja az exoterm reakció hőjének eltávolításával a benzolfelesleg elpárologtatása miatt.
A klórozást acél hengeres berendezésben végzik,
| |
A SZÉNhidrogén KLÓROZÁSI FOLYAMATOKBAN KÉPZŐDŐ HIDROGÉN-KLÓRID HASZNÁLATÁNAK PROBLÉMA
A hidrogén-klorid az olajfinomításból származó paraffin és aromás szénhidrogének klórozásából származó hulladék, amelyet széles körben használnak az iparban. szerves szintézis. Az újrahasznosítás sürgős feladat a klórozási termékek költségének csökkentésével, az egészségügyi feltételek javításával és a fémkorrózió elleni küzdelemmel.
A hidrogén-klorid egy részét előállításához használják fel sósavból a HC1 víz általi ellenáramú felszívódásával. A sósav helyi igénye azonban általában jóval kisebb, mint a hidrogén-kloridból történő előállításának lehetőségei. A sósav nagy távolságra történő szállítása nagy korróziós képessége miatt nehézkes.
A HC1 hasznosításának ígéretes módja az oxidatív klórozás. A modern iparban ezzel a módszerrel szintetizálják a vinil-kloridot etilénből: egy oxidatív klórozó reaktorban az etilént 1,2-diklór-etánná alakítják, amelynek katalitikus lebontásakor vinil-klorid képződik; Az ebben az esetben képződött HC1 ismét a reaktorba kerül:
2CH 2 = CH 2 + 4HC1 + O 2 ® 2CH 2 C1-CH 2 C1 + 2H 2 O, ΔH = –238 kJ/mol CH 2 C1-CH 2 C1 ® CH 2 = CHCI + HC1.
Az oxidatív klórozás folyamata 530-570 K hőmérsékleten megy végbe katalizátor (réz-klorid inert hordozón) jelenlétében; diklór-etán pirolízisét 770 K-en végezzük porózus katalizátoron (habkő).
| |
ábrán. A 6. ábra a vinil-klorid etilénből történő szintézisének egyszerűsített sémáját mutatja. A keverőben 1 az etilént, a recirkulációs gázt és a hidrogén-kloridot összekeverik oxigénnel és betáplálják a reaktorba 2 fluidizált katalizátorral; a keletkező diklór-etán és az el nem reagált etilén, az oxigén és a HC1 gőzeit közvetlen keverésű hűtőben hűtik. 3 víz és diklór-etán keveréke, amely a hűtőszekrényből származik 4. Ezután a gáz-gőz keverék áthalad egy forró lúgos gázmosón 5, amelyben megtisztítják HCl-tól és CO 2 -tól, hűtőszekrényben lehűtik és gázleválasztón haladnak át. 6, elválasztják a gázoktól - etilén és oxigén keverékétől, amelyeket visszavezetnek a reaktorba (gáz visszavezetése). A 7-es szeparátorban lévő diklór-etánt elválasztják a víztől, és a szárítóoszlopba kerül 8, ahol azeotróp desztillációval végül dehidratálják és egy desztillációs oszlopba táplálják 9; a diklór-etánt egy gyűjtőben gyűjtjük össze 10. A diklór-etán ezt követő pirolízise vinil-klorid előállítására csőkemencében történik 11 ; a kemencéből a reakcióelegy a közvetlen keverésű hűtőbe kerül, hűtött diklór-etán keringetésével lehűtik, majd a hűtőszekrényen való áthaladás után 4, desztillálóoszlopba lép 12, ahol a HC1-t leválasztják, amelyet visszavezetnek az oxidatív klórozó reaktorba, és a vinil-kloridot és az át nem alakult diklór-etánt desztillációs oszlopon választják el. 13; diklór-etánt visszavezetjük az oszlopra 9, és vinil-kloridot küldenek polimerizációra.
Az újrahasznosítás szempontjából jelentős érdeklődésre tart számot az olajfinomító gázokon alapuló vállalkozások kombinációja, különösen az etilén és az acetilén, valamint a vinil-klorid együttes feldolgozása; A vinil-klorid etilénből történő előállítása során keletkező hidrogén-kloridot az acetilén hidroklórozására használják:
CH 2 = CH 2 + C1 2 ® CH 2 C1-CH 2 C1 (pirolízis) ® CH 2 = CH 1 + HCI
СНºСН + HC1 ® СН 2 = СНС1
A hidrogén-klorid felhasználásának gazdaságos módja a metán-klórozás és az oxidatív klórozás kombinálása, így klórral szubsztituált metánt kapunk:
CH 4 + 4С1 2 ® CCI 4 + 4HCI
CH 4 + 4HC1 + O 2 ® SS! 4 + 2H 2O
Ez a folyamat a szén-tetrakloridon kívül metilén-kloridot és kloroformot is termel. A szén-tetrakloridot oldószerként, mezőgazdaságban (füstölőszerként), tüzek oltására használják, stb. A kloroform értékes köztes termék fenolok, fluorműanyagok stb. szintézisében.
A klór-benzolt benzol, hidrogén-klorid és levegő (oxigén) gőz-gáz keverékéből 500 K-on kevert katalizátoron (A1 2 O 3 - CuC1 2 - FeCl 3) is oxidatív klórozással nyerik:
C 6 H 6 + HC1 + 1/ 2 O 2 ® C 6 H 5 C1 + H 2 O
A hidrogén-klorid hasznosításához felhasználhatja annak elektrokémiai oxidációját klórrá.
Javasoltak egy króm-cézium-katalizátort és annak alkalmazási módszerét hidrogén-klorid klórrá történő oxidálására, azaz a klór regenerálására szerves vegyületek klórozása során keletkező hulladékgázokból.
ACETYLÉN ELŐÁLLÍTÁSA ÉS FELDOLGOZÁSA
Az acetilén előállítása kalcium-karbid lebontásával acetiléngenerátorokban történik nedves és száraz módszerekkel a reakcióegyenlet szerint:
CaC 2 + 2H 2 O ® C 2 H 2 + Ca (OH) 2 ΔH = –127 kJ.
Nedves módszerrel a „keményfém a vízbe” elven működő generátorokban a zúzott kalcium-karbidot egyenletesen betáplálják egy nagy mennyiségű vizet tartalmazó generátorba, melynek melegítése következtében a folyamat során felszabaduló hő távozik. Az ebben a sémában használt berendezések és különösen a keletkező iszap eltávolítására és a víz keringésére szolgáló kommunikáció nagyon nehézkes. Emellett nagy nehézségeket okoz a legfeljebb 70% vizet tartalmazó folyékony mésztej szállítása és felhasználása.
Hatékony ipari módszereket is kidolgoztak az acetilén szénhidrogénekből történő előállítására. A paraffinokból acetilén a következő reverzibilis endoterm reakciók során keletkezik:
2CH 4 D C 2 H 2 + H 2 ΔH = 376 kJ
C 2 H 6 D C 2 H 2 + 2H 2 ΔH = 311 kJ
C 3 H 8 D C 2 H 2 + CH 4 + H 2 ΔH = 255 kJ
CH 4 D C + 2H 2 ΔH = 88 kJ
A (d) reakció egy mellékreakció.
A hőmérséklet emelkedésével a reakciók egyensúlya az acetilén képződése felé tolódik el. A metán nagyfokú egyensúlyi konverziója T>1670 K, etán esetében 1170 K mellett érhető el. De 1680 K feletti hőmérsékleten az acetilén és a szénhidrogének instabillá válnak, és koromra és szénre bomlanak.
A gyártásban elfogadott 1670-1770 K hőmérsékleten a metán acetilénné való átalakulásának reakciója gyorsabban megy végbe, mint az acetilén elemre bomlásának reakciója, ezért a reakciótermékek gyorsan lehűlnek, ami segít megelőzni az acetilén bomlását; ugyanebből a célból nagy térfogatú gázsebességet használnak, amelynél a nyersanyagnak csak ezredmásodpercek alatt kell lennie a reakciózónában.
Az acetilénképződés exoterm reakcióját lebonyolító hőellátási módszer szerint a következő eljárásokat különböztetjük meg: 1) gáz halmazállapotú szénhidrogének vagy folyékony termékek elektrokrakkolása; 2) homogén pirolízis; 3) termikus-oxidatív pirolízis.
Elektrokrakkolás egyenáramú elektromos ívkemencékben feszültségív segítségével hajtják végre.
Homogén pirolízis A nyersanyagok lebontásából áll, forró füstgázok áramában, körülbelül 2200 K hőmérsékleten.
Termooxidatív pirolízisben a szükséges hőt a metán egy részének elégetésével nyerik.
Az acetilén előállítására szolgáló karbidos eljárás fő hátrányai a kalcium-karbid előállítása során fellépő nagy energiafelhasználás és a jelentős mennyiségű felhasznált nyersanyag (mészkő és koksz), amelyeket több lépcsőben dolgoznak fel. Ugyanakkor a karbidos módszerrel tömény acetilén keletkezik, amelynek kis szennyeződésektől való tisztítása nem okoz nehézséget.
A termikus szénhidrogén-hasítási eljárások kisebb mennyiségű alapanyagot használnak, amely egy lépésben acetilénné alakul, de az acetilén híg, és szükséges összetett rendszer tisztítása és koncentrálása. Meg kell jegyezni, hogy a keményfém módszerrel a világ acetiléntermelésének mintegy 70%-a származik.
Az acetilén elsődleges feldolgozásának a következő főbb módszerei vannak.
Hidratáció:
a) acetaldehid és ecetsav (katalizátor (HgSO 4) előállítására):
b) aceton (ZnO katalizátor aktív szénen) előállítása
2CH = CH + 3H 2 O ® CH 3 COCH 3 + CO 2 + 2H 2
Polimerizáció lineáris és ciklikus anyagokká szintetikus gumi monomerek és szálak előállítására.
Klórozás oldószerek és monomerek kinyerésére.
Vinilezés acetilénnel különböző anyagok monomerek előállításához:
ROH ® ROCH=CH 2
RCOOH ® RCOOCH=CH 2
Az Orosz Föderáció Oktatási Minisztériuma
Kurszk Állami Mezőgazdasági
Akadémia névadója Prof. I. I. Ivanova
ABSZTRAKT BE
Szerves kémia
ALKÁNOK, ALKÉNEK, ALKINOK SZERZÉSE.
FONTOS KÉPVISELŐK.
IPARI ALKALMAZÁS.
Elkészült:
KURSK-2001
Terv.
1.1 ALKÁNOK (telített szénhidrogének).
1.2 ALKÁNOK ELŐÁLLÍTÁSÁNAK MÓDSZEREI.
1.3 AZ ALKÁNOK KÉPVISELŐI.
2.1 ALKÉNEK (etilén szénhidrogének).
2.2 ALKÉNEK KISZEREZÉSI MÓDSZEREI.
2.3 ALKÉNEK KÉPVISELŐI.
3.1 ALKINOK (acetilén szénhidrogének).
3.2 ALKINEK ELŐÁLLÍTÁSÁNAK MÓDSZEREI.
3.3 AZ ALKIN KÉPVISELŐI.
4. ALKÁNOK, ALKÉNEK, ALKINOK ALKALMAZÁSA.
1.1 SZATURÁLIS SZÉNhidrogének (alkánok).
A telített szénhidrogének (alkánok) atomokból álló vegyületek
szén és hidrogén, csak Q-kötésekkel kapcsolódnak egymáshoz, és nem tartalmaznak
ciklusok. Az alkánokban a szénatomok a hibridizáció fokán vannak sp3.
1.2 Alkánok előállítási módszerei.
A telített szénhidrogének fő természetes forrása az olaj, és a
a homológ sorozat első tagjai a földgáz. Azonban az elosztás
a kőolajból vagy annak krakktermékeiből származó egyes vegyületek nagyon
munkaigényes és sokszor lehetetlen feladat, ezért folyamodnia kell
szintetikus gyártási módszerek.
1. Alkánok keletkeznek fémes nátrium hatására
monohalogén származékok - Wurtz reakció:
H3C-CH2-Br + Br-CH2-CH3 CH3-CH2-CH2-CH3 + 2NaBr
Ha különböző halogénszármazékokat veszünk, akkor három különböző keverék keverékét
alkánok, mivel a molekulák találkozásának valószínűsége a reakciókomplexumban
az azonos vagy különböző egyenlőek, és reakcióképességük közeli:
3C2H5I + 3CH3CH2CH2IC4H10 + C5H12 + C6H14 + 6NaI
2. Alkánok állíthatók elő alkének vagy alkinok redukciójában
hidrogén katalizátor jelenlétében:
NZC-CH=CH-CH3 NZC-CH2-CH2-CH3
3. Az alkánszármazékok széles választéka lehet órakor helyreállították
magas hőmérsékletű hidrogén-jodid:
CHBr +2HI CH2 + HBr + I2
Azonban ezekben az esetekben a szén részleges izomerizációja
csontváz - több elágazó alkán képződik.
4. Alkánok állíthatók elő amikor karbonsavak sóit olvasztják össze
alkáli. A kapott alkán eggyel kevesebb szénatomot tartalmaz,
mint az eredeti karbonsav:
CH3-C + NaOH CH4 + Na2C03
1.3 Az alkánok képviselői
A. M. Butlerov szerkezetelmélete szerint az anyagok fizikai tulajdonságai függenek
összetételükről és szerkezetükről. Nézzük a telített szénhidrogének példáját
a fizikai tulajdonságok változása homológ sorozatban.
A homológ sorozat első négy tagja, kezdve a metánnal, gáz halmazállapotú
anyagokat. A pentántól kezdve a normál szénhidrogének azok
egy folyadék. A metán csak -162 °C-on kondenzálódik folyadékká. Későbbi
sorozat tagjai, a forráspont növekszik, és amikor a következőre lépünk
homológhoz képest körülbelül 25°-kal nő.
A szénhidrogének sűrűsége forrásponton a sorozat alsó tagjaira
először gyorsan, majd egyre lassabban növekszik: 0,416-ról metánra
értékek valamivel nagyobbak, mint 0,78. Normál olvadáspont
A homológ sorozat szénhidrogénjei lassan növekszenek. Kezdve ezzel
szénhidrogén C16H34, magasabb homológok normál hőmérsékleten - anyagok
Az összes elágazó láncú alkán forráspontja alacsonyabb, mint a normál alkánoké.
alkánok, és ráadásul minél alacsonyabb, annál elágazóbb a molekula szénlánca.
Ez látható például három izomer pentán forráspontjának összehasonlításából.
Éppen ellenkezőleg, az olvadáspont az izomereknél a legmagasabb
maximális elágazó szénlánc. Tehát az összes izomer oktánból
csak a hexa-metil szakasz (CH3)3C-C (CH3)3 szilárd anyag már at
normál hőmérsékleten (olvadáspont 104 °C). Ezeket a mintákat elmagyarázzuk
a következő okok miatt.
A folyadék gázzá való átalakulását a van der Waals kölcsönhatási erők akadályozzák meg
az egyes molekulák atomjai között. Ezért minél több atom van egy molekulában, annál magasabb
az anyag forráspontja, ezért a homológ sorozatban a hőmérséklet
A forrásnak egyenletesen kell emelkednie. Ha összehasonlítjuk a molekulák közötti kölcsönhatási erőket
n-pentán és neopentán, nyilvánvaló, hogy ezek az erők nagyobbak egy molekula esetében
a szénatomok normál lánca, mint az elágazóké, mivel a molekulában
A neopentán esetében a központi atom általában ki van zárva a kölcsönhatásból.
Az anyag olvadáspontját befolyásoló fő tényező a sűrűség
molekulák bepakolása kristályrácsba. Minél szimmetrikusabb a molekula, az
minél sűrűbb a töltet a kristályban, és minél magasabb az olvadáspont (at n
Pentán -132°C, neopentán -20°C)
2.1 ALKÉNEK (etilén szénhidrogének, olefinek)
Szénhidrogének, amelyek molekulájában az egyszerű Q-kötéseken kívül szén - szén ill.
szén - hidrogén vannak szén-szén
A kapcsolatokat hívják
korlátlan. Mivel az oktatás az
kötés formálisan egyenértékű két hidrogénatom molekula általi elvesztésével, akkor
telítetlen szénhidrogéneket tartalmaznak 2p kevesebb hidrogénatom van mint
limit, ahol n egy szám
C6H14 C6H12C6H10C6H8C6H6
Olyan sorozatot nevezünk, amelynek tagjai (2H)n-ben különböznek egymástól
izológiai sorozat. Tehát a fenti diagramon az izológusok
hexán, hexének, hexadiének, hexinek, hexatriének és benzol.
Egyet tartalmazó szénhidrogének
Egy kötést (vagyis kettős kötést) nevezünk alkének (olefinek) vagy által
a sorozat első tagja - etilén, etilén szénhidrogének.Általános képlet
homológ sorozatuk - CnH2n
2.2 Alkének előállításának módszerei
Amikor a maró lúgok alkoholos oldatai a halogénszármazékokra hatnak:
A hidrogén-halogenid megszűnik, és kettős kötés képződik:
H3C-CH2-CH2BrH3C-CH=CH2+NaBr+H2O
Propil-bromid Propilén
Ha a halogénhez kapcsolódó szénatom α-helyzete az
a tercier, szekunder és primer hidrogénatomok ezután előnyösen eliminálódnak
tercier hidrogénatom, kisebb mértékben másodlagos és még inkább primer
(Zaitsev szabálya):
H3C-C-CI H3C-C + KCL + H2O
2,3-Dimetil-3-klórpentán 2,3-Dimethelpentén-2
Ez a keletkező alkének termodinamikai stabilitásának köszönhető. Hogyan
Minél több szubsztituens van egy alkénnek a vinil szénatomján, annál magasabb
fenntarthatóság.
2. Vízeltávolító szerek hatása az alkoholokra: a) elhaladáskor
alkoholok alumínium-oxid felett 300-400°C-on.
НзС-СН-СН2.-СНзНзС-СН=СН-СНз
Deut.-Butil-alkohol
b) ha a kénsav enyhe körülmények között alkoholokra hat, akkor a reakció megtörténik
kénsav-észterek közbenső képződésén keresztül:
H3C-CH-CH3 H3C-CH=CH2
izopropil-alkohol
Az alkoholok kemény körülmények között, savas környezetben történő dehidratálásakor ugyanez a hatás figyelhető meg.
szabályszerűség a különböző típusú hidrogénatomok leválásában, mint pl
hidrogén-halogenid eltávolítása.
Ennek a folyamatnak az első szakasza az alkohol protonálódása, amely után
egy vízmolekula leszakad, és karbokation képződik:
CH3-CH2-CH-CH3 + H CH3-CH2-CH-CH3 CH3-CH-CH-
CH3CH3-CH-CH-CH3CH3-CH=CH-CH3
A keletkező karbokációt a szomszédos proton felszabadulása stabilizálja
pozíciókat, hogy kettős kötést képezzenek (β-elimináció). Abban
Ebben az esetben a legelágazóbb alkén is képződik (termodinamikailag inkább
stabil). Ebben a folyamatban gyakran megfigyelhető a karbokationok átrendeződése.
a szénváz izomerizációjához kapcsolódik:
CH3 C-CH – CH3 CH3 C-CH-CH3
CH3 CH3 CH3 CH3
3. Amikor a Zn vagy a Mg a dihalogénszármazékokra hat
halogénatomok a szomszédos szénatomoknál:
H3C – C CH2CIH3C – C – CH2+MgCI2
1,2-diklór-2-fém-izobutilén
4. Acetilén szénhidrogének hidrogénezése katalizátorokon Val vel
csökkent aktivitás (Fe vagy „mérgezett”, azaz feldolgozott
HCC-CH(CH3)2H2C=CH-CH(CH3)2
2.3 Az alkének képviselői.
A lúgokhoz hasonlóan a legegyszerűbb alkének alacsonyabb homológjai normál körülmények között -
gázok, és C5-től kezdve - alacsony forráspontú folyadékok (lásd a táblázatot).
| olvadáspont, | T. | d4 | ||
| Képlet | Név | °С | Forraljuk.,°C | |
| Ch2=CH2 | Etilén | -169 | -104 | 0,5660 (-102 °C-on) |
| CH3CH=CH3 | Propilén | -185 | -47 | 0,6090 (-47" C-on) |
| CH3CHZCH=CH2CH3-CH=CH-CHZ | (cisz)butén-1 | -130 | -5 | 0,6696 (-5 °C-on) 0,6352 (0 °C-on) |
| -139 | +4 | |||
(cisz) | ||||
| СНз-СН=СН-СНз | (transz)-Butep-2 | -105 | +1 | 0,6361 (0 °C-on) |
(transz) | ||||
| (CH3)3C=CH2 | Ieobutilén | -140 | -7 | 0,6407 (0 °C-on) |
Minden alkén, az alkánokhoz hasonlóan, gyakorlatilag vízben oldhatatlan és jól oldódik
más szerves oldószerekben, a metil-alkohol kivételével; Minden
kisebb a sűrűségük, mint a víznek.
3.1 ALKINOK (acetilén szénhidrogének)
Az alkinek olyan szénhidrogének, amelyek a Q-kötéseken kívül kettőt is tartalmaznak
Csatlakozások (hármas
kötés) egy szénatompáron. A homológ sorozat általános képlete
acetilén szénhidrogének СnН2n-2 képződése egy
A kötés formálisan egyenértékű két hidrogénatom elvesztésével.
Különféle fizikai módszerekkel bebizonyították, hogy az acetilén C2H2 - I a legegyszerűbb
az alkinek homológ sorozatának képviselője - lineáris molekula van,
amelyben a szén-szén hármas kötés hossza 1,20 A, és a kötések hossza
szén-hidrogén 1,06 A.
Az acetilénben lévő C-H kötések a Q-kötések közé tartoznak
a hidrogénpálya átfedése a hibridizálttal sp- orbitális
szén; a molekulában egy szén-szén a-kötés van (képződik
átfedés két hibridizált sp-orbi- karbon emelők) és kettő
szén-szén
A kapcsolatok két egymásra merőleges „tiszta” pár átfedésének eredménye
p-pályák (R
szomszédos szénatomok. Kötési szögek acetilénben ezen a modellen
egyenlőek 180°-kal, és a molekula lineáris konformációval rendelkezik, ami lehetetlenné teszi
cisz-transz izoméria hármas kötésnél.
3.2 Alkinek előállításának módszerei.
Az acetilén szénhidrogének előállításának legáltalánosabb módja az
lúgok alkoholos oldatának hatása a telített dihalogénszármazékokra
vicinális (a) vagy geminális (b) atomelrendezésű szénhidrogének
halogén
a) CH2Br –CH2Br -> SNSN + 2НВг
b) CH3-CH2-CHCI2 -> СНз-СН+2ИСl
CH3-CH2-CCl2-CH3 -> СНз-С С-СНз + 2НС1
Mivel a vicinális dihalogén származékokat általában hozzáadással állítják elő
halogéneket etilén szénhidrogénekké, akkor az (a) reakciót úgy tekinthetjük, mint
az etilén szénhidrogének acetilén szénhidrogénekké történő átalakításának reakciója.
Geminális dihalogén származékok (egy szénatomon mindkét halogénatom)
ketonok vagy aldehidek származékai, és ezért segítségével
a (b) reakciók karbonilvegyületekről alkinekre való átmenetet hajthatnak végre.
A hidrogén-halogenidek eliminálásakor a már ismert Zaicev szabály érvényesül, amely
a hidrogén leválik egy kisebb mennyiséget tartalmazó szénatomról
hidrogénatomok.
Az acetilén közvetlenül magas hőmérsékletű krakkolásból nyerhető
(termikus vagy elektrotermikus) metán vagy összetettebb
szénhidrogének:
2СН4Н-СС-Н + ЗН2
3.3 Az alkinok képviselői.
Az alkánokhoz és alkénekhez hasonlóan az alkinek homológ sorozatának alsó tagjai a közönséges
feltételek - gáznemű anyagok. Táblázat adatai 22 mutatják, hogy a fő
A szóban forgó osztályok szénhidrogéneinek fizikai-kémiai jellemzői csekélyek
különböznek egymástól (lásd a táblázatot).
| Képlet | Név | T. pl., °C | Forráspont, °C | D4 |
HCC- CH2CH3 CH3CCCH3 | Acetilén-propin | (kivéve -23) 9 | 0,6200 (-84 °C-on) 0,6785 (-27 °C-on) 0,669b (-10 °C-on) 0,6880 (25 °C-on) | |
4. ALKÁNOK, ALKINOK, ALKÉNEK ALKALMAZÁSA
Alkének együtt alkánokkal, acetilénnel és aromás szénhidrogénekkel
a nehézipar egyik fő nyersanyagforrása
(nagyüzemi) szerves szintézis.
Az etilént hatalmas mennyiségben használják fel polietilénné és
etil-alkohol, etilénglikollá dolgozzák fel és használják fel
üvegházak a gyümölcs érésének felgyorsítása érdekében.
A propilént polipropilénné, acetonná és izopropil-alkohollá dolgozzák fel.
Az acetilén rendkívül fontos szerepet játszik az iparban. A világa
termelése eléri a több millió tonnát. Óriási mennyiség
Az acetilént fémek hegesztésére használják, amikor ég
oxigénben a hőmérséklet eléri a 2800°C-ot. Ez lényegesen magasabb
hőmérséklet, mint a hidrogén oxigénben való elégése, az égésről nem is beszélve
metán Ennek az az oka, hogy a CO2 hőkapacitása lényegesen kisebb, mint az
H2O, amely inkább az alkánok égése során keletkezik, mint az alkinek:
2СзН6 + 7O2 -> 4СО2 + 6Н2О
2C2H2 + 5O2 -> 4СО2 + 3Н2О
A karbidból nyert acetilén kellemetlen szagát a PH3 szennyeződések okozzák
és AsH3, a tiszta acetilén olyan szagú, mint az összes alacsonyabb szénhidrogén (benzin).
Az acetilén és levegővel alkotott keverékei rendkívül robbanásveszélyesek; acetilént tárolnak és
hengerekben szállítják acetonos oldatok formájában, amelyek impregnálják
porózus anyagok.
OLAJ ÉS FELDOLGOZÁSA
Az olaj összetétele. A telített szénhidrogének fő természetes forrása
az olaj. Az olajok összetétele területtől függően változik,
azonban az egyszerű desztilláció során minden olajat általában a következő frakciókra osztanak:
gázfrakció, benzin, repülőgép-üzemanyag, kerozin, gázolaj,
paraffin, olajkátrány.
Gázfrakció(forráspontja 40◦C-ig) normál ill
elágazó alkánok C-ig, főleg propán és butánok. Földgáz tól
a gázlerakódások főként metánból és etánból állnak.
Repülőbenzin(fp. 40-180 °C) szénhidrogéneket tartalmaz
C6-C10 Több mint 100 egyedi vegyületet találtak a benzinben,
amelyek közé tartoznak az egyenes és elágazó láncú alkánok, cikloalkánok és
alkil-benzolok (arének).
Kerozin(fp. 150-280 °C).
Traktor kerozin(t, forráspont 110-300 °C) C7-C14 szénhidrogéneket tartalmaz.
Gázolaj(fp. 200-330 °C), amely magában foglalja
szénhidrogének C13-C18, nagy léptékű repedésnek, esztergálásnak vannak kitéve
kisebb molekulatömegű alkánokká (és alkénekké) (lásd alább).
Kenőolajok(fp. 340-400°C) C18-C25 szénhidrogéneket tartalmaznak.
Ásványolaj paraffin(fp. 320-500 °C), szénhidrogéneket tartalmaz
C26-C38, amelyből vazelint izolálnak. A desztilláció utáni maradékot általában ún
aszfalt ill kátrány.
A különféle osztályokba tartozó szénhidrogének mellett az olaj oxigént is tartalmaz,
kén- és nitrogéntartalmú anyagok; néha össztartalmuk eléri
akár több százalékot is.
Jelenleg a legelismertebb elmélet az organikus elmélet.
az olaj eredete, mint a növények és állatok átalakulásának terméke
maradék Ezt igazolja, hogy az olajmintákban szermaradványokat találtak
porfirinek, növényi és állati eredetű szteroidok és az ún
A „kemofosszíliák” a planktonban található töredékek széles skálája.
Bár általánosan elfogadott, hogy az olaj a legértékesebb természetes forrás
vegyipari nyersanyagok, továbbra is az olaj és a kőolajtermékek fő mennyisége
égési sérülések belső égésű motorokban (benzin), dízelmotorokban és sugárhajtóművekben
motorok (kerozin).
Motor üzemanyag. Oktánszám. Különféle eredetű benzinek
másként viselkednek a belső égésű motorokban.
A motor teljesítményének maximalizálására való törekvés kis méretekkel és
tömeget, igyekeznek növelni a hengerben lévő éghető keverék összenyomódási fokát. Azonban in
nagy sebességű négyütemű motorok kényszergyújtással,
ebben az esetben néha a keverék idő előtti begyulladása következik be -
robbanás. Ez csökkenti a motor teljesítményét és felgyorsítja a kopást. Ez a jelenség
a folyékony tüzelőanyag összetételéhez kapcsolódik, mivel a szénhidrogének különböző szerkezetűek, amikor
Motorüzemanyagként használva másként viselkednek. Legrosszabb
a mutatók normál szerkezetű paraffinokra vonatkoznak.
Magas robbanási potenciállal rendelkező gyúlékony anyagok szabványaként elfogadott
normál heptán. Minél elágazóbb a paraffin szénlánca
szénhidrogén, annál jobban megy végbe annak égése a hengerben, és annál nagyobb a foka
az éghető keverék összenyomása érhető el. Normál motorüzemanyagként
A 2, 2, 4-trimetil-pentán (általános nevén izooktán) jól elfogadott
kopogásgátló tulajdonságokkal. Ennek keverékeinek összeállítása különböző arányokban
oktánszámát π-heptappal, hasonlítsa össze viselkedésüket a motorban a tesztalany viselkedésével
benzint tesztelnek, akkor azt mondják, hogy az utóbbi igen oktánszám 70
nullával egyenlő).
Az egyik módja az üzemanyagok robbanásállóságának növelésének olyan motorokhoz, amelyeknél
szikragyújtás az alkalmazás kopogásgátló szerek.
A kopogásgátló szerek olyan anyagok, amelyeket benzinhez adnak (legfeljebb 0,5%)
antidetopatogén tulajdonságok javítása. Meglehetősen hatékony kopogásgátló szer
van tetraetil ólom(TES) Pb (C2H5)4
A hőerőművekből származó benzin és annak égéstermékei azonban nagyon mérgezőek. Jelenleg
új, mangán-szerves vegyületeken alapuló kopogásgátló szereket találtak
ciklopentadieiclpsntakarbonilmangán C5H5Mn (CO)5: kevésbé mérgezőek és
a legjobb kopogásgátló tulajdonságokkal rendelkeznek. Ezeket hozzáadva
kopogásgátló szerek jó minőségű benzin lehetővé teszi, hogy üzemanyagot szerezzen
oktánszám 135-ig.
A rakéta- és dízelmotorokhoz, éppen ellenkezőleg, üzemanyaggal
a legalacsonyabb hőmérsékletű normál szénatomlánc
gyújtás. Ez a tulajdonság elfogadott
értékelje be cetánszámok. Egy szénhidrogén cetánszáma 100
n-Sc, Nd4, és a 0-s cetap 1-metilnaftalin.
Szénhidrogének szintézise CO+H2-ből. Finomra zúzott nikkelen áthaladva
szén-monoxid (II) és hidrogén keveréke 250 ° C-on, metán nyerhető:
CO+3N2CH4+H2O
Ha ezt a reakciót 100-200 atm nyomáson és 400 °C-ig terjedő hőmérsékleten hajtják végre,
az eredmény főként oxigéntartalmú termékekből álló keverék,
amelyek között az alkoholok dominálnak; ezt a keveréket nevezték el magas emelet.
Ha vas-kobalt katalizátort használunk 200°C hőmérsékleten,
alkánok keveréke - sintin.
nСО + (2n + 1) Н2 СnН2n + 2 + H2О
A syntin és a synthol a nagy léptékű szerves szintézis termékei és
széles körben használják nyersanyagként számos vegyiparban.
Klatrátok. Az olaj sintin- és benzinfrakciói szénhidrogének keverékéből állnak
normál szerkezetű és elágazó láncokkal. Nemrég egy hatékony
módszer a normál láncú és elágazó láncú szerves vegyületek szétválasztására,
általában hívják klatrát elválasztási módszer. Mert
A szénhidrogének elválasztására karbamidot használtak. Karbamid kristályok
úgy épült, hogy a kristályok belsejében keskeny hatszögletűek vannak
csatornák. Ezeknek a csatornáknak az átmérője olyan, hogy
az adszorpciós erők miatt csak normál szerkezetű szénhidrogének. Ezért mikor
szerves vegyületek keverékének feldolgozása karbamiddal (vagy más
vegyületek) normál szénatomláncú anyagok kristályosodnak ki
vele együtt komplexek formájában. Ennek a módszernek természetesen nagyon nagy
a jövő az, amikor hatékonyabb klatrátképzőket találnak majd.
A szénhidrogének jellemző kémiai tulajdonságai: alkánok, alkének, diének, alkinok, aromás szénhidrogének
Alkánok
Az alkánok olyan szénhidrogének, amelyek molekuláiban az atomok egyes kötéssel kapcsolódnak egymáshoz, és amelyek megfelelnek a $C_(n)H_(2n+2)$ általános képletnek.
A metán homológ sorozata
Mint már tudod, homológok- ezek olyan anyagok, amelyek szerkezetükben és tulajdonságaiban hasonlóak, és egy vagy több $CH_2$ csoportban különböznek egymástól.
A telített szénhidrogének alkotják a metán homológ sorozatát.
Izomerizmus és nómenklatúra
Az alkánokra jellemző az ún szerkezeti izoméria. A szerkezeti izomerek a szénváz szerkezetében különböznek egymástól. Mint már tudja, a legegyszerűbb alkán, amelyet szerkezeti izomerek jellemeznek, a bután:
Nézzük meg közelebbről az alkánok IUPAC-nómenklatúrájának alapjait:
1. A fő áramkör kiválasztása.
A szénhidrogén nevének kialakulása a fő lánc meghatározásával kezdődik - a molekula szénatomjainak leghosszabb lánca, amely mintegy az alapja.
2.
A főlánc atomjai számokkal vannak rendelve. A főlánc atomjainak számozása attól a végtől kezdődik, amelyikhez a szubsztituens legközelebb van (A, B szerkezetek). Ha a szubsztituensek a lánc végétől egyenlő távolságra helyezkednek el, akkor a számozás attól a végtől kezdődik, ahol több van (B szerkezet). Ha a különböző szubsztituensek egyenlő távolságra helyezkednek el a lánc végeitől, akkor a számozás attól a végtől kezdődik, amelyikhez az idősebb a legközelebb van (D szerkezet). A szénhidrogén szubsztituensek rangját az határozza meg, hogy a nevük kezdőbetűje milyen sorrendben jelenik meg az ábécében: metil (—$CH_3$), majd propil ($—CH_2—CH_2—CH_3$), etil ($—CH_2). –CH_3$ ) stb.
Kérjük, vegye figyelembe, hogy a szubsztituens neve az utótag cseréjével jön létre -an utótaghoz -il a megfelelő alkán nevében.
3. A név kialakulása.
A név elején számok vannak feltüntetve - azoknak a szénatomoknak a száma, amelyeknél a szubsztituensek találhatók. Ha egy adott atomon több szubsztituens van, akkor a névben szereplő megfelelő szám kétszer megismétlődik, vesszővel elválasztva ($2,2-$). A szám után a szubsztituensek számát kötőjel jelzi ( di- kettő, három- három, tetra- négy, penta- öt) és a helyettes nevét ( metil, etil, propil). Ezután szóközök és kötőjelek nélkül a főlánc neve. A fő láncot szénhidrogénnek nevezik, amely a metán homológ sorozatának tagja ( metán, etán, propán stb.).
Azon anyagok nevei, amelyek szerkezeti képlete fent van, a következők:
— A szerkezet: $2$ -metil-propán;
— B szerkezet: 3$ -etil-hexán;
— B szerkezet: $2,2,4$ -trimetil-pentán;
— G szerkezet: $2$ -metil$4$-etil-hexán.
Az alkánok fizikai és kémiai tulajdonságai
Fizikai tulajdonságok. A metán homológ sorozatának első négy képviselője gáz. A legegyszerűbb közülük a metán, színtelen, íztelen és szagtalan gáz (a gáz szagát, érzékelésekor 104$-t kell hívni, a merkaptánok szaga határozza meg – ezek a speciálisan a metánhoz hozzáadott kéntartalmú vegyületek háztartási és ipari gázkészülékekre, hogy a mellettük tartózkodó emberek szaglás útján észlelhessék a szivárgást).
A $С_5Н_(12)$-tól $С_(15)Н_(32)$-ig terjedő összetételű szénhidrogének folyadékok; a nehezebb szénhidrogének szilárd anyagok.
Az alkánok forrás- és olvadáspontja a szénlánc hosszának növekedésével fokozatosan növekszik. Minden szénhidrogén rosszul oldódik vízben, a folyékony szénhidrogének gyakori szerves oldószerek.
Kémiai tulajdonságok.
1. Szubsztitúciós reakciók. Az alkánokra a legjellemzőbb reakciók a szabad gyökös szubsztitúciós reakciók, amelyek során egy hidrogénatomot halogénatommal vagy valamilyen csoporttal helyettesítenek.
Mutassuk be a legjellemzőbb reakciók egyenleteit!
Halogénezés:
$CH_4+Cl_2→CH_3Cl+HCl$.
Halogénfelesleg esetén a klórozás tovább mehet, egészen az összes hidrogénatom klórral való teljes helyettesítéséig:
$CH_3Cl+Cl_2→HCl+(CH_2Cl_2)↙(\text"diklór-metán (metilén-klorid)")$,
$CH_2Cl_2+Cl_2→HCl+(CHСl_3)↙(\text"triklórmetán(kloroform)")$,
$CHCl_3+Cl_2→HCl+(CCl_4)↙(\text"széntetraklorid(széntetraklorid)")$.
A kapott anyagokat széles körben használják oldószerként és kiindulási anyagként szerves szintézisekben.
2. Dehidrogénezés (a hidrogén eltávolítása). Amikor az alkánokat katalizátoron ($Pt, Ni, Al_2O_3, Cr_2O_3$) vezetjük át magas hőmérsékleten ($400-600°C$), egy hidrogénmolekula eliminálódik, és alkén képződik:
$CH_3—CH_3→CH_2=CH_2+H_2$
3. A szénlánc lebomlásával járó reakciók. Minden telített szénhidrogén égnek szén-dioxid és víz képződésével. A levegővel bizonyos arányban kevert gáznemű szénhidrogének felrobbanhatnak. A telített szénhidrogének elégetése szabad gyökös exoterm reakció, amelynek nagyon nagyon fontos ha alkánokat használ üzemanyagként:
$СН_4+2О_2→СО_2+2Н_2O+880 kJ.$
BAN BEN Általános nézet Az alkánok égési reakciója a következőképpen írható fel:
$C_(n)H_(2n+2)+((3n+1)/(2))O_2→nCO_2+(n+1)H_2O$
A szénhidrogének termikus hasítása:
$C_(n)H_(2n+2)(→)↖(400-500°C)C_(n-k)H_(2(n-k)+2)+C_(k)H_(2k)$
A folyamat szabadgyök-mechanizmuson keresztül megy végbe. A hőmérséklet emelkedése a szén-szén kötés homolitikus felhasadásához és szabad gyökök képződéséhez vezet:
$R—CH_2CH_2:CH_2—R—R—CH_2CH_2·+·CH_2—R$.
Ezek a gyökök kölcsönhatásba lépnek egymással, hidrogénatomot cserélve alkánmolekulát és alkénmolekulát képezve:
$R—CH_2CH_2·+·CH_2—R→R—CH=CH_2+CH_3—R$.
A szénhidrogén-krakkolás ipari folyamatának hátterében termikus bomlási reakciók állnak. Ez a folyamat az olajfinomítás legfontosabb szakasza.
Amikor a metánt 1000 USD hőmérsékletre melegítjük, megkezdődik a metán pirolízise - egyszerű anyagokra bomlik:
$CH_4(→)↖(1000°C)C+2H_2$
$1500°C$-os hőmérsékletre hevítve acetilén képződése lehetséges:
$2CH_4(→)↖(1500°C)CH=CH+3H_2$
4. Izomerizáció. Ha a lineáris szénhidrogéneket izomerizációs katalizátorral (alumínium-klorid) hevítjük, elágazó szénvázú anyagok képződnek:
5. Aromatizálás. A láncban hat vagy több szénatomot tartalmazó alkánok katalizátor jelenlétében ciklizálnak, és benzolt és származékait képezik:
Mi az oka annak, hogy az alkánok szabad gyökös reakciókon mennek keresztül? Az alkánmolekulák összes szénatomja $sp^3$ hibridizáció állapotában van. Ezen anyagok molekulái kovalens nempoláris $C-C$ (szén-szén) kötések és gyengén poláris $C-H$ (szén-hidrogén) kötések felhasználásával épülnek fel. Nem tartalmaznak megnövelt vagy csökkent elektronsűrűségű területeket, vagy könnyen polarizálható kötéseket, pl. olyan kötések, amelyekben az elektronsűrűség külső tényezők hatására (az ionok elektrosztatikus mezői) eltolódhat. Következésképpen az alkánok nem lépnek reakcióba töltött részecskékkel, mert az alkánmolekulák kötéseit a heterolitikus mechanizmus nem szakítja meg.
Alkének
A telítetlenek közé tartoznak azok a szénhidrogének, amelyek molekuláiban több kötést tartalmaznak a szénatomok között. Korlátlan alkének, alkadiének (poliének), alkinek. A gyűrűben kettős kötést tartalmazó ciklusos szénhidrogének (cikloalkének), valamint a gyűrűben kevés szénatomot tartalmazó cikloalkánok (három vagy négy atom) szintén telítetlenek. A telítetlenség tulajdonsága ezen anyagok azon képességével függ össze, hogy addíciós reakciókba lépjenek, elsősorban hidrogénnel, telített vagy telített szénhidrogének - alkánok képződésével.
Az alkének olyan aciklusos szénhidrogének, amelyek a molekulában az egyszeres kötéseken kívül egy kettős kötést is tartalmaznak a szénatomok között, és megfelelnek a $C_(n)H_(2n)$ általános képletnek.
A második neve olefinek- az alkéneket a telítetlen zsírsavak (olajsav, linolsav) analógiájával nyerték, amelyek maradványai a folyékony zsírok részét képezik - olajok (a lat. oleum- olaj).
Az etén homológ sorozata
Az el nem ágazó alkének az etén (etilén) homológ sorozatát alkotják:
$С_2Н_4$ - etén, $С_3Н_6$ - propén, $С_4Н_8$ - butén, $С_5Н_(10)$ - pentén, $С_6Н_(12)$ - hexén stb.
Izomerizmus és nómenklatúra
Az alkéneket az alkánokhoz hasonlóan szerkezeti izoméria jellemzi. A szerkezeti izomerek a szénváz szerkezetében különböznek egymástól. A szerkezeti izomerekkel jellemezhető legegyszerűbb alkén a butén:
A szerkezeti izoméria speciális típusa a kettős kötés helyzetének izomériája:
$CH_3—(CH_2)↙(butén-1)—CH=CH_2$ $CH_3—(CH=CH)↙(butén-2)—CH_3$
A szénatomok szinte szabad forgása lehetséges egyetlen szén-szén kötés körül, így az alkánmolekulák nagyon sokféle formát ölthetnek. A kettős kötés körüli forgás lehetetlen, ami egy másik típusú izoméria megjelenéséhez vezet az alkénekben - geometriai vagy cisz-transz izoméria.
cisz- az izomerek különböznek transz- izomerek térbeli elrendezés a molekula fragmentumai (jelen esetben metilcsoportok) a $π$ kötés síkjához viszonyítva, és ebből következően tulajdonságai.
Az alkének izomerek a cikloalkánokkal szemben (osztályközi izoméria), például:
Az alkének IUPAC-nómenklatúrája hasonló az alkánokéhoz.
1. A fő áramkör kiválasztása.
A szénhidrogén elnevezése a fő lánc azonosításával kezdődik – ez a molekula szénatomjainak leghosszabb lánca. Alkének esetében a főláncnak kettős kötést kell tartalmaznia.
2. A főlánc atomjainak számozása.
A főlánc atomjainak számozása attól a végtől kezdődik, amelyhez a kettős kötés a legközelebb van. Például a kapcsolat helyes neve:
$5$-metil-hexén-$2$, nem pedig $2$-metil-hexén-$4$, ahogy az várható.
Ha a kettős kötés helyzete nem tudja meghatározni az atomok számozásának kezdetét a láncban, akkor azt a szubsztituensek helyzete határozza meg, csakúgy, mint a telített szénhidrogének esetében.
3. A név kialakulása.
Az alkének nevei ugyanúgy keletkeznek, mint az alkánok. A név végén tüntesse fel annak a szénatomnak a számát, amelynél a kettős kötés kezdődik, és egy utótagot, amely jelzi, hogy a vegyület az alkének osztályába tartozik - -en.
Például:
Az alkének fizikai és kémiai tulajdonságai
Fizikai tulajdonságok. Az alkének homológ sorozatának első három képviselője gáz; $С_5Н_(10)$ - $С_(16)Н_(32)$ összetételű anyagok - folyadékok; A magasabb alkének szilárd anyagok.
A forrás- és olvadáspont természetesen növekszik a vegyületek molekulatömegének növekedésével.
Kémiai tulajdonságok.
Addíciós reakciók. Emlékezzünk erre jellegzetes tulajdonsága képviselői telítetlen szénhidrogének— az alkének addíciós reakciókba való belépés képessége. A legtöbb ilyen reakció a mechanizmus szerint megy végbe
1. Alkének hidrogénezése. Az alkének képesek hidrogént hozzáadni hidrogénező katalizátorok, fémek - platina, palládium, nikkel jelenlétében:
$CH_3—CH_2—CH=CH_2+H_2(→)↖(Pt)CH_3—CH_2—CH_2—CH_3$.
Ez a reakció légköri és megemelt nyomáson megy végbe, és nem igényel magas hőmérsékletet, mert exoterm. Amikor a hőmérséklet emelkedik, ugyanazok a katalizátorok fordított reakciót - dehidrogénezést - okozhatnak.
2. Halogénezés (halogének hozzáadása). Egy alkén kölcsönhatása brómos vízzel vagy bróm szerves oldószerben ($CCl_4$) készült oldatával ezeknek az oldatoknak a gyors elszíneződéséhez vezet egy halogénmolekula alkénhez való hozzáadása és dihalogén-alkánok képződése következtében:
$CH_2=CH_2+Br_2→CH_2Br—CH_2Br$.
3.
$CH_3-(CH)↙(propén)=CH_2+HBr→CH_3-(CHBr)↙(2-brómpropén)-CH_3$
Ez a reakció engedelmeskedik Markovnikov szabálya:
Ha egy alkénhez hidrogén-halogenidet adunk, akkor a hidrogént a jobban hidrogénezett szénatomhoz, azaz a hidrogént adjuk hozzá. azt az atomot, amelynél több hidrogénatom van, és a halogént a kevésbé hidrogénezetthez.
Az alkének hidratálása alkoholok képződéséhez vezet. Például a víz eténhez való hozzáadása az egyik alapját képezi ipari módszerek etil-alkohol előállítása:
$(CH_2)↙(etén)=CH_2+H_2O(→)↖(t,H_3PO_4)CH_3-(CH_2OH)↙(etanol)$
Megjegyzendő, hogy primer alkohol (hidroxocsoporttal az elsődleges szénen) csak akkor képződik, ha az etént hidratálják. Amikor propént vagy más alkéneket hidratálnak, szekunder alkoholok képződnek.
Ez a reakció is Markovnikov szabályának megfelelően megy végbe - a hidrogénkation egy jobban hidrogénezett szénatomhoz, egy hidroxocsoport pedig egy kevésbé hidrogénezetthez kapcsolódik.
5. Polimerizáció. Az addíció speciális esete az alkének polimerizációs reakciója:
$nCH_2(=)↙(etén)CH_2(→)↖(UV fény, R)(...(-CH_2-CH_2-)↙(polietilén)...)_n$
Ez az addíciós reakció szabad gyökös mechanizmuson keresztül megy végbe.
6. Oxidációs reakció.
Mint bármelyik szerves vegyületek, az alkének oxigénben égnek és $СО_2$ és $Н_2О$ keletkeznek:
$СН_2=СН_2+3О_2→2СО_2+2Н_2О$.
Általában:
$C_(n)H_(2n)+(3n)/(2)O_2→nCO_2+nH_2O$
Ellentétben az alkánokkal, amelyek ellenállnak az oldatokban történő oxidációnak, az alkének könnyen oxidálódnak kálium-permanganát oldatokkal. Semleges vagy lúgos oldatokban az alkének diolokká (kétértékű alkoholokká) oxidálódnak, és hidroxilcsoportokat adnak azokhoz az atomokhoz, amelyek között az oxidáció előtt kettős kötés létezett:
Alkadiének (dién szénhidrogének)
Az alkadiének aciklusos szénhidrogének, amelyek a molekulában az egyszeres kötéseken kívül két kettős kötést tartalmaznak a szénatomok között, és megfelelnek a $C_(n)H_(2n-2)$ általános képletnek.
Attól függően, hogy a relatív pozíció kettős kötések esetén háromféle dién létezik:
- alkadiének kumulált kettős kötések elrendezése:
- alkadiének konjugált kettős kötések;
$CH_2=CH—CH=CH_2$;
- alkadiének izolált kettős kötések
$CH_2=CH—CH_2—CH=CH_2$.
Ez a három típusú alkadién szerkezetében és tulajdonságaiban jelentősen különbözik egymástól. A kumulált kötésekkel rendelkező alkadiének központi szénatomja (az atom, amely két kettős kötést képez) $sp$-hibridizált állapotban van. Két, ugyanazon a vonalon fekvő és ellentétes irányú $σ$-kötést, valamint két merőleges síkban fekvő $π$-kötést alkot. $π$-A kötések az egyes szénatomok nem hibridizált p-pályái miatt jönnek létre. Az izolált kettőskötésű alkadiének tulajdonságai nagyon specifikusak, mert konjugált $π$-kötések jelentősen befolyásolják egymást.
a konjugált $π$-kötéseket alkotó p-pályák gyakorlatilag egyetlen rendszert alkotnak (ezt $π$-rendszernek nevezik), mert a szomszédos $π$-kötések p-pályái részben átfedik egymást.
Izomerizmus és nómenklatúra
Az alkadiénekre jellemző a szerkezeti izoméria és a cisz-, transz-izoméria.
Strukturális izoméria.
— szénváz izoméria:
— a többszörös kötések helyzetének izomériája:
$(CH_2=CH—CH=CH_2)↙(butadién-1,3)$ $(CH_2=C=CH—CH_3)↙(butadién-1,2)$
cisz-, transz- izoméria (térbeli és geometriai)
Például:
Az alkadiének az alkinek és cikloalkének osztályába tartozó izomer vegyületek.
Az alkadién nevének kialakításakor a kettős kötések számát jelzik. A főláncnak szükségszerűen két többszörös kötést kell tartalmaznia.
Például:
Az alkadiének fizikai és kémiai tulajdonságai
Fizikai tulajdonságok.
Normál körülmények között a propandién-1,2, butadién-1,3 gázok, a 2-metil-butadién-1,3 illékony folyadék. Az izolált kettős kötést tartalmazó alkadiének (a legegyszerűbb a pentadién-1,4) folyadékok. A magasabb diének szilárd anyagok.
Kémiai tulajdonságok.
Az izolált kettős kötéssel rendelkező alkadiének kémiai tulajdonságai alig térnek el az alkének tulajdonságaitól. A konjugált kötésekkel rendelkező alkadiéneknek van néhány különleges tulajdonsága.
1. Addíciós reakciók. Az alkadiének képesek hidrogént, halogéneket és hidrogén-halogenideket hozzáadni.
A konjugált kötésekkel rendelkező alkadiének hozzáadásának sajátossága, hogy mind az 1. és 2. pozícióban, mind az 1. és 4. pozícióban molekulákat adhatunk hozzá.
A termékek aránya a megfelelő reakciók körülményeitől és végrehajtási módjától függ.
2.Polimerizációs reakció. A legfontosabb tulajdonság A diének kationok vagy szabad gyökök hatására polimerizálódnak. Ezen vegyületek polimerizációja a szintetikus gumik alapja:
$nCH_2=(CH—CH=CH_2)↙(butadién-1,3)→((... —CH_2—CH=CH—CH_2— ...)_n)↙(\text"szintetikus butadién gumi")$ .
A konjugált diének polimerizációja 1,4-addícióként megy végbe.
Ebben az esetben a kettős kötés központi szerepet játszik az egységben, és az elemi egység mindkettőt felveheti cisz-, így transz- konfigurációt
Alkinok
Az alkinek aciklusos szénhidrogének, amelyek a molekulában az egyszeres kötéseken kívül egy hármas kötést is tartalmaznak a szénatomok között, és megfelelnek a $C_(n)H_(2n-2)$ általános képletnek.
Az etin homológ sorozata
Az egyenes láncú alkinek az etin (acetilén) homológ sorozatát alkotják:
$С_2Н_2$ - etin, $С_3Н_4$ - propin, $С_4Н_6$ - butin, $С_5Н_8$ - pentin, $С_6Н_(10)$ - hexin stb.
Izomerizmus és nómenklatúra
Az alkinek, az alkénekhez hasonlóan, szerkezeti izoméria jellemzi: a szénváz izomériája és a többszörös kötés helyzetének izomériája. A legegyszerűbb alkin, amelyet az alkinosztály többszörös kötési helyzetének szerkezeti izomerjei jellemeznek, a butin:
$СН_3—(СН_2)↙(butin-1)—С≡СН$ $СН_3—(С≡С)↙(butin-2)—СН_3$
Lehetséges a szénváz izomériája az alkinekben, kezdve a pentinnel:
Mivel a hármas kötés a szénlánc lineáris szerkezetét feltételezi, geometriai ( cisz-, transz-) alkinek esetében az izoméria lehetetlen.
A hármas kötés jelenlétét az ebbe az osztályba tartozó szénhidrogén molekulákban az utótag tükrözi -ban ben, és pozíciója a láncban a szénatom száma.
Például:
Néhány más osztályba tartozó vegyület izomerje az alkinoknak. Így, kémiai formula A $С_6Н_(10)$ hexint (alkint), hexadiént (alkadiént) és ciklohexént (cikloalkén) tartalmaz:
Az alkinok fizikai és kémiai tulajdonságai
Fizikai tulajdonságok. Az alkinek, valamint az alkének forrás- és olvadáspontja természetesen növekszik a vegyületek molekulatömegének növekedésével.
Az alkinek sajátos szaga van. Vízben jobban oldódnak, mint az alkánok és alkének.
Kémiai tulajdonságok.
Addíciós reakciók. Az alkinek telítetlen vegyületek, és addíciós reakciókon mennek keresztül. Leginkább reakciók elektrofil addíció.
1. Halogénezés (halogén molekula hozzáadása). Egy alkin két halogénmolekulát (klór, bróm) képes összekapcsolni:
$CH≡CH+Br_2→(CHBr=CHBr)↙(1,2-dibróm-etán),$
$CHBr=CHBr+Br_2→(CHBr_2-CHBr_2)↙(1,1,2,2-tetrabróm-etán)$
2. Hidrohalogénezés (hidrogén-halogenid hozzáadása). A hidrogén-halogenid addíciós reakciója, amely elektrofil mechanizmuson keresztül megy végbe, szintén két lépésben megy végbe, és mindkét szakaszban teljesül a Markovnikov-szabály:
$CH_3-C≡CH+Br→(CH_3-CBr=CH_2)↙(2-brómpropén),$
$CH_3-CBr=CH_2+HBr→(CH_3-CHBr_2-CH_3)↙(2,2-dibróm-propán)$
3. Hidratálás (víz hozzáadása). A ketonok és aldehidek ipari szintézise szempontjából nagy jelentőségű a víz hozzáadásának reakciója (hidratáció), amely ún. Kucserov reakciója:
4. Alkinek hidrogénezése. Az alkinek hidrogént adnak hozzá fémkatalizátorok ($Pt, Pd, Ni$) jelenlétében:
$R-C≡C-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH=CH-R,$
$R-CH=CH-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH_2-CH_2-R$
Mivel a hármas kötés két reaktív $π$ kötést tartalmaz, az alkánok lépcsőzetesen adnak hozzá hidrogént:
1) trimerizáció.
Amikor az etint aktív szénen vezetjük át, termékek keveréke képződik, amelyek közül az egyik benzol:
2) dimerizáció.
Az acetilén trimerizációja mellett dimerizációja is lehetséges. Az egyértékű rézsók hatására vinil-acetilén képződik:
$2HC≡CH→(HC≡C-CH=CH_2)↙(\text"butén-1-in-3(vinilacetilén)")$
Ezt az anyagot kloroprén előállítására használják:
$HC≡C-CH=CH_2+HCl(→)↖(CaCl)H_2C=(CCl-CH)↙(kloroprén)=CH_2$
amelynek polimerizálásával kloroprén gumit nyernek:
$nH_2C=CCl-CH=CH_2→(...-H_2C-CCl=CH-CH_2-...)_n$
Alkinok oxidációja.
Az etin (acetilén) oxigénben ég, és nagyon nagy mennyiségű hő szabadul fel:
$2C_2H_2+5O_2→4CO_2+2H_2O+2600kJ$ Az oxigén-acetilén fáklya működése ezen a reakción alapul, melynek lángja nagyon magas hőmérsékletű (3000$ feletti $3000°C$), így vágáshoz is használható. és fémek hegesztése.
Levegőben az acetilén füstös lánggal ég, mert molekulájában a széntartalom magasabb, mint az etán és az etén molekuláiban.
Az alkinek, mint az alkének, elszínezik a kálium-permanganát savanyított oldatait; Ebben az esetben a többszörös kötés megsemmisül.
Az oxigéntartalmú vegyületek előállításának főbb módszereit jellemző reakciók
1. Haloalkánok hidrolízise.Ön már tudja, hogy a halogén-alkánok képződése, amikor az alkoholok hidrogén-halogenidekkel reagálnak, reverzibilis reakció. Ezért egyértelmű, hogy az alkoholokat úgy lehet előállítani halogén-alkánok hidrolízise- ezen vegyületek reakciói vízzel:
$R-Cl+NaOH(→)↖(H_2O)R-OH+NaCl+H_2O$
A többértékű alkoholokat molekulánként egynél több halogénatomot tartalmazó halogén-alkánok hidrolízisével lehet előállítani. Például:
2. Alkének hidratálása- víz hozzáadása egy alkén molekula $π$ kötésén keresztül - már ismerős számodra, például:
$(CH_2=CH_2)↙(etén)+H_2O(→)↖(H^(+))(C_2H_5OH)↙(etanol)$
A propén hidratálása Markovnikov szabályának megfelelően egy másodlagos alkohol - propanol-2 - képződéséhez vezet:
3. Aldehidek és ketonok hidrogénezése.Ön már tudja, hogy az alkoholok enyhe körülmények között történő oxidációja aldehidek vagy ketonok képződéséhez vezet. Nyilvánvaló, hogy alkoholok állíthatók elő aldehidek és ketonok hidrogénezésével (hidrogénnel redukálva, hidrogén hozzáadásával):
4. Alkének oxidációja. A glikolok, mint már említettük, alkének kálium-permanganát vizes oldatával történő oxidációjával állíthatók elő. Például az etilénglikol (etándiol-1,2) az etilén (etén) oxidációjával képződik:
$CH_2=CH_2+[O]+H_2O(→)↖(KMnO_4)HO-CH_2-CH_2-OH$
5. Különleges módszerek alkoholok előállítására. Egyes alkoholokat egyedi módszerekkel állítanak elő. Így a metanolt iparilag állítják elő hidrogén és szén-monoxid (II) (szén-monoxid) kölcsönhatása révén, megemelt nyomáson és magas hőmérsékleten egy katalizátor (cink-oxid) felületén:
$CO+2H_2(→)↖(t,p,ZnO)CH_3-OH$
A reakcióhoz szükséges keverék szén-monoxidés a hidrogént, amelyet szintézisgáznak is neveznek ($CO + nH_2O$), úgy nyerik, hogy vízgőzt vezetnek át forró szénen:
$C+H_2O(→)↖(t)CO+H_2-Q$
6. A glükóz fermentációja. Az etil-(bor)alkohol előállításának ezt a módszerét az ember ősidők óta ismeri:
$(C_6H_(12)O_6)↙(glükóz)(→)↖(élesztő)2C_2H_5OH+2CO_2$
Aldehidek és ketonok előállításának módszerei
Aldehidek és ketonok képződhetnek oxidáció vagy alkoholok dehidrogénezése. Ismételten jegyezzük meg, hogy a primer alkoholok oxidációja vagy dehidrogénezése aldehideket, a szekunder alkoholokból pedig ketonokat eredményezhet:
Kucserov reakciója. A hidratációs reakció eredményeként az acetilén acetaldehidet termel, és az acetilén homológokból ketonokat nyernek:
Ha melegítjük kalcium vagy bárium sók a karbonsavak ketont és fémkarbonátot képeznek:
Módszerek karbonsavak előállítására
A karbonsavakat primer aldehid-alkoholok oxidálásával állíthatjuk elő:
Az aromás karbonsavak benzolhomológok oxidációjával keletkeznek:
Különféle karbonsav-származékok hidrolízise is savakat eredményez. Így egy észter hidrolízise során alkohol és karbonsav keletkezik. Mint fentebb említettük, a savkatalizált észterezési és hidrolízis reakciók reverzibilisek:
Az észter hidrolízise által vizesoldat a lúg visszafordíthatatlanul megy végbe, ebben az esetben nem sav, hanem sója keletkezik az észterből.
