1.1 ALKANI (tyydytetyt hiilivedyt).
1.2 MENETELMÄT ALKAANIEN SAAMISEKSI.
1.3 ALKANIEN EDUSTAJAT.
2.1 ALKEENIT (eteenihiilivedyt).
2.2 MENETELMÄT ALKEENIEN SAAMISEKSI.
2.3 ALKEENIEN EDUSTAJAT.
3.1 ALKYYNIT (asetyleeniset hiilivedyt).
3.2 ALKYYNIEN SAAMISMENETELMÄT.
3.3 ALKYYNIEN EDUSTAJAT.
4. ALKAANIEN, ALKEENIEN, ALKYYNIEN KÄYTTÖ.
1.1 RAJOITETTU HILIVETY (alkaanit).
Tyydyttyneet hiilivedyt (alkaanit) ovat yhdisteitä, jotka koostuvat hiili- ja vetyatomeista, jotka ovat yhteydessä toisiinsa vain Q-sidoksilla ja jotka eivät sisällä syklejä. Alkaaneissa hiiliatomit ovat sp3-hybridisaatioasteella.
1.2 Menetelmät alkaanien saamiseksi.
Tyydyttyneiden hiilivetyjen tärkein luonnollinen lähde on öljy ja homologisen sarjan ensimmäisille jäsenille maakaasu. Yksittäisten yhdisteiden eristäminen öljystä tai sen krakkaustuotteista on kuitenkin erittäin työläs ja usein mahdoton tehtävä, joten joudutaan turvautumaan synteettisiin tuotantomenetelmiin.
1. Alkaaneja muodostuu metallisen natriumin vaikutuksesta monohalogeenijohdannaisiin - Wurtzin reaktio:
H3C-CH2-Br + Br-CH2-CH3 CH3-CH2-CH2-CH3 + 2NaBr
Jos otetaan erilaisia halogeenijohdannaisia, muodostuu kolmen eri alkaanin seos, koska todennäköisyys kohdata identtisiä tai erilaisia molekyylejä reaktiokompleksissa on yhtä suuri ja niiden reaktiivisuus on lähellä:
3C2H5I + 3CH3CH2CH2IC4H10 + C5H12 + C6H14 + 6NaI
2. Alkaaneja voidaan saada pelkistämällä alkeeneja tai alkyynejä vedyllä katalyyttien läsnä ollessa:
NzS-CH \u003d CH-CHz NzS-CH2-CH2-CH3
3. Laaja valikoima alkaanijohdannaisia voidaan pelkistää korkeassa lämpötilassa jodihapolla:
H3C H3C
CHBr +2HI CH2 + HBr + 12
H3C H3C
Näissä tapauksissa havaitaan kuitenkin joskus hiilirungon osittaista isomeroitumista - muodostuu enemmän haarautuneita alkaaneja.
4. Alkaaneja voidaan saada fuusioimalla karboksyylihappojen suoloja emästen kanssa. Tuloksena oleva alkaani sisältää yhden hiiliatomin vähemmän kuin alkuperäinen karboksyylihappo:
O
CH3-C + NaOH CH4 + Na2C03
ONa
1.3 Alkaanien edustajat
A. M. Butlerovin rakenneteorian mukaan aineiden fysikaaliset ominaisuudet riippuvat niiden koostumuksesta ja rakenteesta. Tarkastellaan tyydyttyneiden hiilivetyjen esimerkkiä fysikaalisten ominaisuuksien muutosta homologisessa sarjassa.
Homologisen sarjan neljä ensimmäistä jäsentä, alkaen metaanista, ovat kaasumaisia aineita. Pentaanista ylöspäin normaalit hiilivedyt ovat nesteitä. Metaani tiivistyy nesteeksi vain -162 °C:ssa. Sarjan myöhemmissä jäsenissä kiehumispiste kasvaa, ja seuraavaan homologiin siirryttäessä se nousee noin 25 °.
Hiilivetyjen tiheys kiehumispisteessä sarjan alemmilla jäsenillä kasvaa ensin nopeasti ja sitten hitaammin: metaanin 0,416:sta hieman yli 0,78:aan.. Homologisen sarjan normaalien hiilivetyjen sulamispiste kohoaa hitaasti. Alkaen hiilivedystä C16H34, korkeimmat homologit tavallisessa lämpötilassa ovat kiinteitä aineita.
Kaikkien haarautuneiden alkaanien kiehumispiste on alhaisempi kuin normaalien alkaanien, ja lisäksi mitä alempi on, sitä haaroittuneempi molekyylin hiiliketju on. Tämä voidaan nähdä esimerkiksi kolmen isomeerisen pentaanin kiehumispisteiden vertailusta. Kääntäen, sulamispiste on korkein isomeereillä, joilla on haaroittuin hiiliketju. Siten kaikista isomeerisista oktaaneista vain heksametyylivaihe (CH3)3C (CH3)3 on kiinteä aine jopa tavallisessa lämpötilassa (sp. 104 °C). Nämä mallit selittyvät seuraavista syistä.
Van der Waalsin vuorovaikutusvoimat yksittäisten molekyylien atomien välillä estävät nesteen muuttumisen kaasuksi. Siksi mitä enemmän atomeja molekyylissä on, sitä korkeampi on aineen kiehumispiste, joten homologisessa sarjassa kiehumispisteen tulisi nousta tasaisesti. Jos vertaamme n-pentaani- ja neopetaanimolekyylien vuorovaikutusvoimia, on selvää, että nämä voimat ovat suuremmat molekyylille, jossa on normaali hiiliatomiketju, kuin haarautuneilla, koska neopetaanimolekyylissä keskusatomi on yleensä jätetty pois molekyylistä. vuorovaikutusta.
Pääasiallinen aineen sulamispisteeseen vaikuttava tekijä on molekyylin pakkaustiheys kidehilassa. Mitä symmetrisempi molekyyli, sitä tiheämpi sen tiivistyminen kiteeseen ja sitä korkeampi sulamispiste (n-pentaanilla -132°C, neopetaanilla -20°C)
2.1 ALKEENIT (eteenihiilivedyt, olefiinit)
Hiilivedyt, joiden molekyylissä on yksinkertaisten hiili-hiili- ja hiili-vety-Q-sidosten lisäksi hiili-hiili
-obligaatioita kutsutaan rajoittamattomiksi. Koska -sidoksen muodostuminen vastaa muodollisesti kahden vetyatomin menetystä molekyylin toimesta, tyydyttymättömät hiilivedyt sisältävät 2n vähemmän vetyatomia kuin rajoittavat, missä n on -sidosten lukumäärä
C6H14 C6H12C6H10C6H8C6H6
Sarjaa, jonka jäsenet eroavat toisistaan (2H)n, kutsutaan isologiseksi sarjaksi. Siten yllä olevassa kaaviossa isologit ovat heksaani, hekseenit, heksadieenit, heksiinit, heksatrieenit ja bentseeni.
Hiilivetyjä, jotka sisältävät yhden sidoksen (eli kaksoissidoksen), kutsutaan alkeeneiksi (olefiineiksi) tai sarjan ensimmäisen jäsenen mukaan eteeniksi, eteenihiilivedyiksi. Niiden homologisten sarjojen yleinen kaava on CnH2n
2.2 Menetelmät alkeenien saamiseksi
Kaustisten alkalien alkoholiliuosten vaikutuksesta halogeenijohdannaisiin: halogenidi irtoaa ja muodostuu kaksoissidos:
H3C-CH2-CH2BrH3C-CH=CH2+NaBr+H20
Propyylibromidi Propyleeni
Jos halogeeniin sitoutuneen hiiliatomin α-asemassa on tertiäärisiä, sekundaarisia ja primäärisiä vetyatomeja, niin tertiäärinen vetyatomi on pääosin irronnut, vähemmässä määrin sekundaarinen ja vielä enemmän primäärinen (Zaitsevin sääntö):
H3C-C-CI H3C-C + KCL + H2O
H3C CH3 H3C CH3
2,3-dimetyyli-3-klooripentaani 2,3-dimetyylipenteeni-2
Tämä johtuu saatujen alkeenien termodynaamisesta stabiilisuudesta. Mitä enemmän alkeenilla on substituentteja vinyylihiiliatomeissa, sitä korkeampi on sen stabiilisuus.
2. Vettä poistavien aineiden vaikutus alkoholeihin: a) kun alkoholit johdetaan alumiinioksidin yli 300-400 °C:ssa.
NzS-CH-CH2.-CHzNzS-CH \u003d CH-CH3
OH Buteeni-2
sek-butyylialkoholi
B) kun rikkihappo vaikuttaa alkoholeihin miedoissa olosuhteissa, reaktio etenee rikkihappoestereiden välimuodostuksen kautta:
H3C-CH-CH3 H3C-CH-CH3 H3C-CH=CH2
OH O-S03H
isopropyylialkoholi
Alkoholien dehydratoinnin aikana ankarissa olosuhteissa happamissa väliaineissa havaitaan erityyppisten vetyatomien eliminaatiossa sama kuvio kuin halogenidin eliminaatiossa.
Tämän prosessin ensimmäinen vaihe on alkoholin protonointi, jonka jälkeen vesimolekyyli hajoaa ja muodostuu karbokationi:
CH3-CH2-CH-CH3 + H CH3-CH2-CH-CH3 CH3-CH-CH-
VOI VOI
HH
CH3CH3-CH-CH-CH3CH3-CH=CH-CH3
Tuloksena oleva karbokationi stabiloidaan poistamalla protoni naapuripaikasta kaksoissidoksen muodostuessa (β-eliminaatio). Tässä tapauksessa muodostuu myös haaroittuin alkeeni (termodynaamisesti stabiilimpi). Tämän prosessin aikana havaitaan usein hiilirungon isomeroitumiseen liittyviä karbokationien uudelleenjärjestelyjä:
CH3CH3
CH3 C-CH – CH3 CH3 C-CH-CH3
CH3OH CH3
CH3CH3CH3CH3
C-CH C=C
CH3CH3CH3CH3
3. Zn:n tai Mg:n vaikutuksesta dihalogeenijohdannaisiin, joissa on kaksi
halogeeniatomit viereisissä hiiliatomeissa:
H3C - C CH2CIH3C - C - CH2+MgCI2
CH3CH3
1,2-dikloori-2-metalli-isobutyleeni
propaani
4. Asetyleenihiilivetyjen hydraus katalyyteillä, joilla on alentunut aktiivisuus (Fe tai "myrkytys", ts. käsitelty rikkiä sisältävillä yhdisteillä katalyyttisen aktiivisuuden vähentämiseksi, Pt ja Pd):
HCC-CH(CH3)2H2C=CH-CH(CH3)2
2.3 Alkeenien edustajat.
Kuten alkali, useiden yksinkertaisimpien alkeenien alemmat homologit ovat normaaleissa olosuhteissa kaasuja, ja C5:stä alkaen ne ovat matalalla kiehuvia nesteitä (katso taulukko).
Sp., T. d4
Kaavan nimi °C Bip, °C
Ch2 = CH2 Etyleeni -169 -104 0,5660 (-102 °C:ssa)
CH3CH \u003d CH3 Propyleeni -185 -47 0,6090 (-47 °C:ssa)
CH3CH3CH=CH2 CH3-CH=CH-CH3 (cis) buteeni-1 -130 -5 0,6696 (-5 °C:ssa) 0,6352 (0 °C:ssa)
-139 +4
(IVY)
CH3-CH=CH-CH3 (trans)-Butep-2 -105 +1 0,6361 (0 °C:ssa)
(trance)
(CH3)3C=CH2 Ieobutyleeni -140-7 0,6407 (0 °C:ssa)
Kaikki alkeenit, kuten alkaanit, ovat käytännössä liukenemattomia veteen ja helposti liukenevia muihin orgaanisiin liuottimiin, metyylialkoholia lukuun ottamatta; niillä kaikilla on pienempi tiheys kuin vedellä.
3.1 ALKYNIT (asetyleeniset hiilivedyt)
Alkyynit ovat hiilivetyjä, jotka sisältävät Q-sidosten lisäksi kaksi
-sidokset (kolmoissidos) yhdessä hiiliatomiparissa. Asetyleenihiilivetyjen homologisen sarjan yleinen kaava on СnН2n-2. Yhden sidoksen muodostuminen vastaa muodollisesti kahden vetyatomin häviämistä.
Useilla fysikaalisilla menetelmillä on todistettu, että asetyleeni C2H2 - I on yksinkertaisin edustaja homologisesta alkyynisarjasta - on lineaarinen molekyyli, jossa hiili-hiili-kolmoissidoksen pituus on 1,20 A ja hiili-vedyn pituus joukkovelkakirjalainat on 1,06 A.
CH-sidokset asetyleenissa ovat Q-sidoksia, jotka on muodostettu limittämällä vedyn s-orbitaali hiilen hybridisoituneen sp-orbitaalin kanssa; molekyylissä on yksi hiili-hiili-a-sidos (joka muodostuu kahden hybridisoidun hiilen sp-orbitaalin päällekkäisyydestä) ja kaksi hiili-hiili -sidosta - tulos kahden keskenään kohtisuoran "puhtaiden" p-orbitaalien parin päällekkäisyydestä (P ja P) viereisten hiiliatomien. Tämän mallin perusteella asetyleenin sidoskulmat ovat 180° ja molekyylin konformaatio on lineaarinen, mikä tekee cis-trans-isomerista mahdottomaksi kolmoissidoksella.
3.2 Menetelmät alkyynien saamiseksi.
Yleisin tapa saada asetyleenisiä hiilivetyjä on emästen alkoholiliuoksen vaikutus tyydyttyneiden hiilivetyjen dihalojohdannaisiin, joissa on halogeeniatomien viereinen (a) tai geminaalinen (b) järjestely.
a) CH2Br -CH2Br -> CHCH + 2HBr
b) CH3-CH2-CHC12 -> CH3-CCH+2IS1
CH3-CH2-CC12-CH3 -> CH3-C C-CH3 + 2HC1
Koska viereisiä dihalogeenijohdannaisia saadaan tavallisesti lisäämällä halogeeneja eteenihiilivetyihin, reaktiota (a) voidaan pitää reaktiona eteenihiilivetyjen muuntamiseksi asetyleenisiksi hiilivetyiksi.
Geminaaliset dihalogeenijohdannaiset (molemmat halogeeniatomit yhdessä hiiliatomissa) ovat ketonien tai aldehydien johdannaisia ja siksi reaktioiden (b) avulla on mahdollista suorittaa siirtyminen karbonyyliyhdisteistä alkyyneiksi. Halogenidien irrotuksessa pätee jo tunnettu Zaitsevin sääntö, että vety irtoaa hiiliatomista, jossa on pienempi määrä vetyatomeja.
Asetyleeniä voidaan saada suoraan metaanin tai monimutkaisempien hiilivetyjen korkean lämpötilan krakkauksesta (termisestä tai sähkötermisestä):
2SN4N-SS-N + ZN2
3.3 Alkyenien edustajat.
Kuten alkaanien ja alkeenien kohdalla, alkyynien homologisen sarjan alemmat jäsenet ovat normaaleissa olosuhteissa kaasumaisia aineita. Taulukon tiedot. 22 osoittavat, että tarkasteltujen luokkien hiilivetyjen tärkeimmät fysikaalis-kemialliset ominaisuudet eroavat vähän toisistaan (katso taulukko).
Kaava Nimi Sulamispiste, °С Kiehumispiste, °С D4
HCCHCH3CCHHCC-CH2CH3 CH3CCCH3 asetyleenipropyynibutyyni-1butyyni-2 -82-105-137-33 -84(sub-23) 927 0,6200 (-84 °C:ssa) 0,6785 (-27 °C:ssa) (-16 °C:ssa) 0; C) 0,6880 (25 °C:ssa)
4. ALKAANIEN, ALKYNIEN, ALKEENIEN SOVELLUKSET
Alkeenit yhdessä alkaanien, asetyleenin ja aromaattisten hiilivetyjen kanssa ovat yksi raskaan (suuritonnimääräisen) orgaanisen synteesiteollisuuden pääraaka-aineista.
Eteeniä käytetään valtavia määriä jalostukseen polyeteeniksi ja etyylialkoholiksi, se jalostetaan etyleeniglykoliksi ja sitä käytetään kasvihuoneissa nopeuttamaan hedelmien kypsymistä.
Propeeni jalostetaan polypropeeniksi, asetoniksi, isopropyylialkoholiksi.
Asetyleenillä on erittäin tärkeä rooli teollisuudessa. Sen maailmanlaajuinen tuotanto on useita miljoonia tonneja. Valtava määrä asetyleeniä käytetään metallien hitsaukseen, kun se palaa
hapessa lämpötila saavuttaa 2800 °C. Tämä on huomattavasti korkeampi lämpötila kuin vedyn palaminen hapessa, metaanin palamisesta puhumattakaan. Syynä tähän on CO2:n paljon pienempi lämpökapasiteetti verrattuna H2O:een, jota muodostuu enemmän alkaanien kuin alkyynien palaessa:
2СзН6 + 7O2 -> 4СО2 + 6Н2О
2C2 H2 + 5O2 -> 4CO2 + 3H2O
Karbidista saadun asetyleenin epämiellyttävä haju johtuu PH3:n ja AsH3:n epäpuhtauksista, puhdas asetyleeni haisee kuin kaikki alemmat hiilivedyt (bensiini). Asetyleeni ja sen seokset ilman kanssa ovat erittäin räjähdysherkkiä; asetyleenia varastoidaan ja kuljetetaan sylintereissä asetoniliuosten muodossa, jotka kyllästävät huokoisia materiaaleja.
ÖLJY JA SEN JALOSTAMINEN
Öljyn koostumus. Tyydyttyneiden hiilivetyjen tärkein luonnollinen lähde on öljy. Öljyjen koostumus vaihtelee kentän mukaan, mutta tavallisesti kaikki öljyt erotetaan yksinkertaisessa tislauksessa seuraaviin jakeisiin: kaasujae, bensiini, lentopetroli, kerosiini, dieselpolttoaine, parafiini, öljyterva.
Kaasufraktio (kp. 40°C asti) sisältää normaaleja ja haarautuneita alkaaneja C asti, pääasiassa propaania ja butaaneja. Kaasukentiltä peräisin oleva maakaasu koostuu pääasiassa metaanista ja etaanista.
Lentobensiini (kp. 40-180 °C) sisältää hiilivetyjä C6 - C10 Bensiinistä on löydetty yli 100 yksittäistä yhdistettä, mukaan lukien normaalit ja haaroittuneet alkaanit, sykloalkaanit ja alkyylibentseenit (areenit).
Lentopolttoaine (kp. 150-280 °C).
Traktorin kerosiini (t, kp. 110-300 °C) sisältää C7-C14-hiilivetyjä.
Dieselpolttoaine (kp. 200-330 °C), joka sisältää hiilivetyjä C13-C18, krakataan suuressa mittakaavassa ja muuttuu alkaaneiksi (ja alkeeneiksi), joiden molekyylipaino on pienempi (katso alla).
Voiteluöljyt (kp. 340-400°C) sisältävät hiilivetyjä C18-C25.
Maaöljyparafiini (kp. 320-500 °C), se sisältää hiilivetyjä C26-C38, joista eristetään vaseliinia. Tislauksen jälkeistä jäännöstä kutsutaan yleisesti asfaltiksi tai tervaksi.
Eri luokkien hiilivetyjen lisäksi öljy sisältää happea, rikkiä ja typpeä sisältäviä aineita; joskus niiden kokonaispitoisuus saavuttaa useita prosentteja.
Tällä hetkellä tunnetuin teoria on öljyn orgaaninen alkuperä kasvi- ja eläintähteiden muuntumistuotteena. Tämän vahvistaa se tosiasia, että öljynäytteistä löydettiin porfyriinijäämiä, kasvi- ja eläinperäisiä steroideja ja niin sanottuja "kemofossiileja" - planktonin sisältämiä monipuolisimpia fragmentteja.
Vaikka yleisesti tiedetään, että öljy on arvokkain luonnollinen kemiallisten raaka-aineiden lähde, suurin osa öljystä ja öljytuotteista poltetaan edelleen polttomoottoreissa (bensiini), dieselmoottoreissa ja suihkumoottoreissa (kerosiini).
moottorin polttoaine. Oktaaniluku. Eri alkuperää olevat bensiinit käyttäytyvät eri tavalla polttomoottoreissa.
Pyrkiessään maksimoimaan moottorin tehon pienillä mitoilla ja painolla he yrittävät lisätä sylinterin palavan seoksen puristussuhdetta. Kuitenkin suurnopeuksisissa nelitahtimoottoreissa, jotka toimivat pakkosytytyksellä, tämä aiheuttaa joskus seoksen esisytytyksen - räjähdyksen. Tämä vähentää moottorin tehoa ja nopeuttaa sen kulumista. Ilmiö liittyy nestemäisen polttoaineen koostumukseen, koska eri rakenteelliset hiilivedyt käyttäytyvät eri tavalla käytettäessä moottoripolttoaineena. Huonoin suorituskyky - normaalirakenteisissa parafiineissa.
Normaali heptaani hyväksyttiin korkean räjähdyskyvyn omaavan palavan aineen standardiksi. Mitä haaroittuneempi parafiinisen hiilivedyn hiiliketju on, sitä paremmin sen palaminen sylinterissä etenee ja sitä suurempi on palavan seoksen puristusaste. 2, 2, 4-trimetyylipentaani (kutsutaan yleisesti isooktaaniksi), jolla on hyvät iskunestoominaisuudet, on otettu käyttöön moottoripolttoainestandardina. Koostettaessa tämän oktaanin seoksia n-heptapin kanssa eri suhteissa, niiden käyttäytymistä moottorissa verrataan testatun bensiinin käyttäytymiseen. Jos 70 % isooktaania sisältävä seos käyttäytyy samalla tavalla kuin tutkittava bensiini, niin jälkimmäisen sanotaan olevan oktaaniluku 70 (isooktaanin oktaaniluku otetaan 100:ksi; n-heptaanin oktaaniluku otetaan olla nolla).
Yksi tapa lisätä kipinäsytytteisten moottoreiden polttoaineiden nakutuskestävyyttä on nakutuksenestoaineiden käyttö.
Nakutuksenestoaineet ovat aineita, joita lisätään bensiineihin (enintään 0,5 %) räjähdyksenestoominaisuuksien parantamiseksi. Riittävän tehokas nakutuksenestoaine on tetraetyylilyijy (TES) Pb (C2H5)4
Lämpövoimalaitosten bensiini ja sen palamistuotteet ovat kuitenkin erittäin myrkyllisiä. Tällä hetkellä on löydetty uusia syklopentC5H5Mn (CO)5 tyyppisiin orgaanisiin mangaaniyhdisteisiin perustuvia nakutuksenestoaineita: ne ovat vähemmän myrkyllisiä ja niillä on paremmat nakutuksenesto-ominaisuudet. Näiden nakutusnestoaineiden lisääminen hyviin bensiinilaatuihin tuottaa polttoainetta, jonka oktaaniluku on jopa 135.
Raketti- ja dieselmoottoreissa päinvastoin arvokkaimpia ovat polttoaineet, joissa on normaali hiiliatomiketju ja joiden syttymislämpötila on alhaisin. Tämä ominaisuus otetaan huomioon
arvioida setaaniluvuilla. Setaaniluvulla 100 on hiilivety n-Sc, Hd4 ja setaaniluvulla 0 on 1-metyylinaftaleeni.
Hiilivetyjen synteesi CO+H2:sta. Ohjaamalla hiilimonoksidin (II) ja vedyn seosta hienoksi murskatun nikkelin yli 250 °C:ssa, metaania voidaan saada:
CO+3H2CH4+H2O
Jos tämä reaktio suoritetaan paineessa 100-200 atm ja lämpötilassa jopa 400 ° C, saadaan seos, joka koostuu pääasiassa happea sisältävistä tuotteista, joista alkoholit ovat vallitsevia; tätä seosta kutsuttiin schshpoliksi.
Käytettäessä rauta-kobolttikatalyyttejä ja lämpötilaa 200 ° C muodostuu alkaanien seos - syntiini.
nCO + (2n + 1) H2 CnH2n + 2 + H2O
Sintiini ja syntoli ovat laajamittaisen orgaanisen synteesin tuotteita, ja niitä käytetään laajalti raaka-aineina monille kemianteollisuuden aloille.
Klatraatit. Öljyn sintiini- ja bensiinijakeet koostuvat hiilivetyjen seoksista, joilla on normaali rakenne ja haaroittuneet ketjut. Äskettäin on löydetty tehokas menetelmä normaaliketjuisten ja haarautuneiden orgaanisten yhdisteiden erottamiseen, joka yleensä on saanut nimen klatraattierotusmenetelmä. Ureaa käytettiin hiilivetyjen erottamiseen. Ureakiteet on rakennettu siten, että kiteiden sisällä on kapeita kuusikulmainen kanavia. Näiden kanavien halkaisija on sellainen, että vain normaalit hiilivedyt pääsevät läpi ja pidättyvät adsorptiovoimien avulla. Siksi, kun orgaanisten yhdisteiden seosta käsitellään urealla (tai joillakin muilla yhdisteillä), aineet, joissa on normaali hiiliatomiketju, kiteytyvät yhdessä sen kanssa komplekseina. Tällä menetelmällä on varmasti suuri tulevaisuus - kun löydetään suurempi määrä tehokkaita klatraattimuodostajia.
Opetusministeriö R.F.
Kurskin valtion maatalous
akatemia. Prof. I. I. Ivanova
TIIVISTELMÄ PÄÄLLE
orgaaninen kemia
ALKAANIEN, ALKEENIEN, ALKYNIEN SAAMINEN.
KESKEISET EDUSTAJAT.
SOVELLUS TEOLLISUUDELLA.
Valmistunut:
KURSK-2001
Suunnitelma.
1.1 ALKANI (tyydytetyt hiilivedyt).
1.2 MENETELMÄT ALKAANIEN SAAMISEKSI.
1.3 ALKANIEN EDUSTAJAT.
2.1 ALKEENIT (eteenihiilivedyt).
2.2 MENETELMÄT ALKEENIEN SAAMISEKSI.
2.3 ALKEENIEN EDUSTAJAT.
3.1 ALKYYNIT (asetyleeniset hiilivedyt).
3.2 ALKYYNIEN SAAMISMENETELMÄT.
3.3 ALKYYNIEN EDUSTAJAT.
4. ALKAANIEN, ALKEENIEN, ALKYYNIEN KÄYTTÖ.
1.1 RAJOITETTU HILIVETY (alkaanit).
Tyydyttyneet hiilivedyt (alkaanit) ovat yhdisteitä, jotka koostuvat atomeista
hiiltä ja vetyä, jotka on yhdistetty toisiinsa vain Q-sidoksilla eivätkä sisällä
syklit. Alkaaneissa hiiliatomit ovat hybridisaatioasteella sp3.
1.2 Menetelmät alkaanien saamiseksi.
Tyydyttyneiden hiilivetyjen tärkein luonnollinen lähde on öljy ja
Homologisen sarjan ensimmäiset jäsenet ovat maakaasua. Valinta kuitenkin
yksittäiset yhdisteet öljystä tai sen krakkaustuotteista ovat hyvin
aikaa vievä ja usein mahdoton tehtävä, joten sinun on turvauduttava
synteettiset hankintamenetelmät.
1. Alkaaneja muodostuu metallisen natriumin vaikutuksesta
monohalogeenijohdannaiset - wurtz-reaktio:
H3C-CH2-Br + Br-CH2-CH3 CH3-CH2-CH2-CH3 + 2NaBr
Jos otetaan erilaisia halogeenijohdannaisia, niin kolmen erilaisen seos
alkaanit, koska todennäköisyys kohdata molekyylejä reaktiokompleksissa
identtinen tai erilainen on yhtä suuri ja niiden reaktiivisuus on lähellä:
3C2H5I + 3CH3CH2CH2IC4H10 + C5H12 + C6H14 + 6NaI
2. Alkaaneja voidaan saada alkeenien tai alkyynien pelkistämisessä
vety katalyyttien läsnä ollessa:
NzS-CH \u003d CH-CHz NzS-CH2-CH2-CH3
3. Laaja valikoima alkaanijohdannaisia voi olla kunnostettu klo
korkean lämpötilan jodihappo:
CHBr +2HI CH2 + HBr + 12
Kuitenkin näissä tapauksissa hiilen osittainen isomeroituminen
luuranko - muodostuu enemmän haarautuneita alkaaneja.
4. Alkaaneja voidaan saada kun karboksyylihappojen suoloja fuusioidaan
alkali. Tuloksena oleva alkaani sisältää yhden hiiliatomin vähemmän,
kuin alkuperäinen karboksyylihappo:
CH3-C + NaOH CH4 + Na2C03
1.3 Alkaanien edustajat
A. M. Butlerovin rakenneteorian mukaan aineiden fysikaaliset ominaisuudet riippuvat
niiden koostumuksesta ja rakenteesta. Harkitse esimerkkiä tyydyttyneistä hiilivedyistä
fysikaalisten ominaisuuksien muutos homologisessa sarjassa.
Homologisen sarjan neljä ensimmäistä jäsentä, alkaen metaanista, ovat kaasumaisia
aineet. Pentaanista ylöspäin normaalit hiilivedyt ovat
nestettä. Metaani tiivistyy nesteeksi vain -162 °C:ssa. Myöhemmin
sarjan jäsenten kiehumispiste kasvaa ja siirtyessä seuraavaan
Homologiin nähden se kasvaa noin 25°.
Hiilivetyjen tiheys kiehumispisteessä sarjan alemmille jäsenille
kasvaa aluksi nopeasti ja sitten hitaammin: metaanin arvosta 0,416 arvoon
arvot hieman suuremmat kuin 0,78. Normaalin sulamispiste
hiilivetyjen määrä homologisessa sarjassa kasvaa hitaasti. Alkaen
hiilivety С16Н34, korkeammat homologit tavallisessa lämpötilassa - aineet
Kaikkien haarautuneiden alkaanien kiehumispiste on normaalia alhaisempi
alkaanit, ja lisäksi mitä alempi, sitä haaroittuneempi molekyylin hiiliketju.
Tämä voidaan nähdä esimerkiksi kolmen isomeerisen pentaanin kiehumispisteiden vertailusta.
Kääntäen, sulamispiste on korkein isomeereillä, joissa on
haarautunein hiiliketju. Siis kaikesta isomeerisesta oktaanista
vain heksa-metyylivaihe (CH3)3C-C (CH3)3 on kiinteä jopa klo
normaali lämpötila (sp. 104 °C). Nämä mallit on selitetty
seuraavista syistä.
Van der Waalsin vuorovaikutusvoimat estävät nesteen muuttumisen kaasuksi
yksittäisten molekyylien atomien välillä. Siksi mitä enemmän atomeja molekyylissä on, sitä korkeampi
aineen kiehumispiste, joten homologisessa sarjassa lämpötila
kiehumisen tulee lisääntyä tasaisesti. Jos verrataan molekyylien vuorovaikutusvoimia
n-pentaani ja neopentaani, on selvää, että nämä voimat ovat suurempia molekyylille, jolla on
normaali hiiliatomien ketju kuin haarautuneilla, koska molekyylissä
neopentaani, keskusatomi jätetään yleensä vuorovaikutuksen ulkopuolelle.
Tiheys on tärkein tekijä, joka vaikuttaa aineen sulamispisteeseen.
molekyylin pakkaaminen kidehilaan. Mitä symmetrisempi molekyyli on, sitä
mitä tiheämpi sen pakkautuminen kiteeseen ja sitä korkeampi sulamispiste (at n
Pentaani -132°C, neopentaani -20°C)
2.1 ALKEENIT (eteenihiilivedyt, olefiinit)
Hiilivedyt, joiden molekyylissä yksinkertaisten Q-sidosten lisäksi hiili - hiili ja
hiili - vety on hiili-hiili
Liitännät ovat ns
rajoittamaton. Koska koulutus on
Sidos vastaa muodollisesti kahden vetyatomin menetystä molekyylin toimesta
tyydyttymättömät hiilivedyt sisältävät 2p vähemmän vetyatomeja kuin
raja, jossa n on luku
C6H14 C6H12C6H10C6H8C6H6
Sarjaa, jonka jäsenet eroavat toisistaan (2Н)n, kutsutaan
isologinen puoli. Joten yllä olevassa kaaviossa isologit ovat
heksaani, hekseenit, heksadieenit, heksiinit, heksatrieenit ja bentseeni.
hiilivedyt, jotka sisältävät yhden
Sidosta (eli kaksoissidoksesta) kutsutaan alkeenit (olefiinit) tai, kirjoittaja
sarjan ensimmäinen jäsen - eteeni, eteenihiilivedyt. Yleinen kaava
niiden homologinen sarja - CnH2n
2.2 Menetelmät alkeenien saamiseksi
Kaustisten alkalien alkoholiliuosten vaikutuksesta halogeenijohdannaisiin:
halogenidi lohkeaa ja muodostuu kaksoissidos:
H3C-CH2-CH2BrH3C-CH=CH2+NaBr+H20
Propyylibromidi Propyleeni
Jos halogeeniin sitoutuneen hiiliatomin α-asemassa on
tertiäärinen, sekundaarinen ja primaarinen vetyatomi, niin se pääasiallisesti irrotetaan
tertiäärinen vetyatomi, vähemmässä määrin sekundaarinen ja vielä enemmän primäärinen
(Zaitsevin sääntö):
H3C-C-CI H3C-C + KCL + H2O
2,3-dimetyyli-3-klooripentaani 2,3-dimetyylipenteeni-2
Tämä johtuu saatujen alkeenien termodynaamisesta stabiilisuudesta. Miten
mitä enemmän alkeenilla on substituentteja vinyylihiiliatomeissa, sitä korkeampi sen
kestävyys.
2. Vaikutus vettä poistavien aineiden alkoholeihin: a) ohittaessaan
alkoholit alumiinioksidin päällä 300-400 °C:ssa.
NzS-CH-CH2.-CHzNzS-CH \u003d CH-CH3
Deut-butyylialkoholi
b) kun rikkihappo vaikuttaa alkoholeihin miedoissa olosuhteissa, reaktio etenee
rikkihappoesterien välimuodostuksen kautta:
H3C-CH-CH3 H3C-CH-CH3 H3C-CH=CH2
isopropyylialkoholi
Alkoholien dehydratoinnin aikana vaikeissa olosuhteissa happamissa väliaineissa, sama
erityyppisten vetyatomien irtoamisen säännöllisyys, kuten esim
vetyhalogenidin eliminointi.
Tämän prosessin ensimmäinen vaihe on alkoholin protonointi, jonka jälkeen
vesimolekyyli hajoaa ja muodostuu karbokationi:
CH3-CH2-CH-CH3 + H CH3-CH2-CH-CH3 CH3-CH-CH-
CH3CH3-CH-CH-CH3CH3-CH=CH-CH3
Tuloksena oleva karbokationi stabiloidaan poistamalla protoni naapurista
asemiin, joissa muodostuu kaksoissidos (β-eliminaatio). Siinä
Tällöin muodostuu myös haaroittunein alkeeni (termodynaamisesti enemmän
vakaa). Tämän prosessin aikana havaitaan usein karbokationien uudelleenjärjestelyjä.
liittyy hiilirungon isomeroitumiseen:
CH3 C-CH – CH3 CH3 C-CH-CH3
CH3CH3CH3CH3
3. Zn:n tai Mg:n vaikutuksesta dihalogeenijohdannaisiin, joissa on kaksi
halogeeniatomit viereisissä hiiliatomeissa:
H3C - C CH2CIH3C - C - CH2+MgCI2
1,2-dikloori-2-metalli-isobutyleeni
4. Asetyleenihiilivetyjen hydraus katalyyttien päällä kanssa
vähentynyt aktiivisuus (Fe tai "myrkytys", eli käsitelty
HCC-CH(CH3)2H2C=CH-CH(CH3)2
2.3 Alkeenien edustajat.
Kuten alkali, useiden yksinkertaisimpien alkeenien alemmat homologit ovat normaaleissa olosuhteissa
kaasut ja C5:stä alkaen - matalalla kiehuvat nesteet (katso taulukko).
| sp., | T. | d4 | ||
| Kaava | Nimi | °С | Kip., ° С | |
| Ch2 = CH2 | Etyleeni | -169 | -104 | 0,5660 (-102 °C:ssa) |
| CH3CH=CH3 | Propyleeni | -185 | -47 | 0,6090 (-47 °C:ssa) |
| CH3CH3CH=CH2CH3-CH=CH-CH3 | (cis)buteeni-1 | -130 | -5 | 0,6696 (-5 °C:ssa) 0,6352 (0 °C:ssa) |
| -139 | +4 | |||
(IVY) | ||||
| CH3-CH=CH-CH3 | (trans)-Butep-2 | -105 | +1 | 0,6361 (0 °C:ssa) |
(trance) | ||||
| (CH3)3C=CH2 | jobutyleeni | -140 | -7 | 0,6407 (0 °C:ssa) |
Kaikki alkeenit, kuten alkaanit, ovat käytännössä veteen liukenemattomia ja helposti liukenevia.
muissa orgaanisissa liuottimissa, paitsi metyylialkoholissa; kaikki
niiden tiheys on pienempi kuin vedellä.
3.1 ALKYNIT (asetyleeniset hiilivedyt)
Alkyynit ovat hiilivetyjä, jotka sisältävät Q-sidosten lisäksi kaksi
Solmiot (kolminkertaiset
sidos) yhdessä hiiliatomiparissa. Homologisen sarjan yleinen kaava
asetyleeniset hiilivedyt СnН2n-2 yhden muodostuminen
Sidos vastaa muodollisesti kahden vetyatomin häviämistä.
Useilla fysikaalisilla menetelmillä on todistettu, että asetyleeni C2H2 - I on yksinkertaisin
edustaa homologista alkyynisarjaa - sillä on lineaarinen molekyyli,
jossa hiili-hiili-kolmoissidoksen pituus on 1,20 A ja sidoksen pituus
hiili-vety 1,06 A.
Asetyleenin C-H-sidokset ovat Q-sidoksia, jotka muodostavat
vety-s-orbitaalin päällekkäisyys hybridisoidun kanssa sp- kiertoradalla
hiili; molekyylissä on yksi hiili-hiili-a-sidos (muodostivat
kahden hybridisoidun päällekkäisyys sp-orbi- hiilinostimet) ja kaksi
hiili-hiili
Yhteydet ovat seurausta kahden keskenään kohtisuorassa olevan "puhtaan" parin päällekkäisyydestä
p-orbitaalit (R
viereisiä hiiliatomeja. Sidoskulmat asetyleenissä tämän mallin perusteella
ovat 180° ja molekyylillä on lineaarinen konformaatio, mikä tekee sen mahdottomaksi
cis-trans-isomeria kolmoissidoksessa.
3.2 Menetelmät alkyynien saamiseksi.
Yleisin tapa saada asetyleenisiä hiilivetyjä on
emästen alkoholiliuoksen vaikutusta rajoittaviin dihalogeenijohdannaisiin
hiilivedyt, joissa on vierekkäinen (a) tai geminaalinen (b) atomijärjestely
halogeeni
a) CH2Br-CH2Br -> SNSN + 2НВг
b) CH3-CH2-CHC12 -> СНЗ-ССН + 2ISl
CH3-CH2-CC12-CH3 -> CH3-C C-CH3 + 2HC1
Koska viereisiä dihalogeenijohdannaisia saadaan yleensä lisäämällä
halogeeneista eteenihiilivedyiksi, reaktiota (a) voidaan pitää reaktiona
reaktio, jossa eteenihiilivedyt muunnetaan asetyleenisiksi hiilivedyiksi.
Geminaaliset dihalogeenijohdannaiset (molemmat halogeenit yhdessä hiiliatomissa)
ovat ketonien tai aldehydien johdannaisia ja siksi niiden avulla
reaktiot (b) on mahdollista suorittaa siirtyminen karbonyyliyhdisteistä alkyyneiksi.
Halogenidien irrotuksessa pätee jo tunnettu Zaitsevin sääntö, joka
vety irtoaa hiiliatomista, joka sisältää pienemmän määrän
vetyatomit.
Asetyleeniä voidaan saada suoraan korkean lämpötilan krakkauksesta
(terminen tai sähköterminen) metaani tai enemmän, monimutkainen
hiilivedyt:
2SN4N-SS-N + ZN2
3.3 Alkyenien edustajat.
Kuten alkaanien ja alkeenien kohdalla, homologisen alkyynisarjan alemmat jäsenet ovat tavallisia
kaasumaiset olosuhteet. Taulukon tiedot. 22 osoittavat, että tärkein
kyseisten luokkien hiilivetyjen fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet ovat vähäiset
eroavat toisistaan (katso taulukko).
| Kaava | Nimi | T. pl., ° С | T kiehua., ° С | D4 |
HCC-CH2CH3 CH3CCCH3 | Asetyleenipropyyni | (ilma, -23) 9 | 0,6200 (-84 °C:ssa) 0,6785 (-27 °C:ssa) 0,669b (-10 °C:ssa) 0,6880 (25 °C:ssa) | |
4. ALKAANIEN, ALKYNIEN, ALKEENIEN SOVELLUKSET
Alkeenit sekä alkaanit, asetyleeni ja aromaattiset hiilivedyt
ovat yksi raskaan teollisuuden tärkeimmistä raaka-ainelähteistä
(monitonni) orgaaninen synteesi.
Eteeniä käytetään suuria määriä jalostukseen polyeteeniksi ja
etyylialkoholi, se jalostetaan etyleeniglykoliksi ja sitä käytetään
kasvihuoneet nopeuttamaan hedelmien kypsymistä.
Propeeni jalostetaan polypropeeniksi, asetoniksi, isopropyylialkoholiksi.
Asetyleenillä on erittäin tärkeä rooli teollisuudessa. Hänen maailmansa
tuotanto on useita miljoonia tonneja. Suuri määrä
asetyleeniä käytetään metallien hitsaukseen, kun se palaa
hapessa lämpötila saavuttaa 2800 °C. Tämä on paljon korkeampi
lämpötilassa kuin vedyn palaminen hapessa, palamisesta puhumattakaan
metaani. Syynä tähän on paljon pienempi CO2-lämpökapasiteetti verrattuna
H2O, jota muodostuu enemmän alkaanien kuin alkyynien palaessa:
2СзН6 + 7O2 -> 4CO2 + 6H2O
2C2 H2 + 5O2 -> 4CO2 + ZH2O
Karbidiperäisen asetyleenin epämiellyttävä haju johtuu PH3-epäpuhtauksista.
ja AsH3, puhdas asetyleeni haisee kuin kaikki alemmat hiilivedyt (bensiini).
Asetyleeni ja sen seokset ilman kanssa ovat erittäin räjähdysherkkiä; asetyleeni varastoidaan ja
kuljetetaan sylintereissä asetoniliuosten muodossa kyllästävänä
huokoisia materiaaleja.
ÖLJY JA SEN JALOSTAMINEN
Öljyn koostumus. Tyydyttyneiden hiilivetyjen tärkein luonnollinen lähde
on öljyä. Öljyjen koostumus vaihtelee alan mukaan,
kaikki yksinkertaisessa tislauksessa käytettävät öljyt erotetaan kuitenkin yleensä seuraaviin jakeisiin:
kaasujae, bensiini, lentopetroli, kerosiini, dieselpolttoaine,
parafiini, öljyterva.
kaasufraktio(kp. 40◦C asti) sisältää normaalia ja
haarautuneet alkaanit C asti, pääasiassa propaani ja butaanit. maakaasusta
kaasukentät koostuvat pääasiassa metaanista ja etaanista.
Lentokonebensiini(kp. 40-180 °C) sisältää hiilivetyjä
C6 - C10 Bensiinistä on löydetty yli 100 yksittäistä yhdistettä,
joihin kuuluvat suorat ja haaroittuneet alkaanit, sykloalkaanit ja
alkyylibentseenit (areenit).
lentopetrolia(kp. 150 - 280 °C).
Traktorin kerosiini(t, kp. 110-300 °C) sisältää C7-C14-hiilivetyjä.
Diesel polttoaine(kp. 200-330 °C), joka sisältää
hiilivedyt C13 - C18, krakattu suuressa mittakaavassa, kääntyen
alkaaneiksi (ja alkeeneiksi), joiden molekyylipaino on pienempi (katso alla).
Voiteluöljyt(kp. 340-400°C) sisältävät hiilivetyjä C18-C25.
Öljyparafiini(kp. 320-500 °C), se sisältää hiilivetyjä
C26-C38, josta vaseliini eristetään. Tislauksen jälkeistä jäännöstä kutsutaan yleensä ns
asfaltti tai terva.
Eri luokkien hiilivetyjen lisäksi öljy sisältää happea,
rikkiä ja typpeä sisältävät aineet; joskus niiden kokonaissisältö saavuttaa
jopa useita prosentteja.
Tällä hetkellä tunnetuin on orgaanisen teoria
öljyn alkuperä kasvien ja eläinten muuntumistuotteena
jäämiä. Tämän vahvistaa se tosiasia, että öljynäytteistä löydettiin jäämiä.
porfyriinit, kasvi- ja eläinperäiset steroidit ja ns
"kemofossiilit" - planktonin sisältämät monipuolisimmat fragmentit.
Vaikka on yleisesti hyväksyttyä, että öljy on arvokkain luonnonvara
kemialliset raaka-aineet, toistaiseksi suurin määrä öljyä ja öljytuotteita
palovammoja polttomoottoreissa (bensiini), dieselmoottoreissa ja suihkumoottoreissa
moottorit (kerosiini).
moottorin polttoaine. Oktaaniluku. Eri alkuperää olevat bensiinit
käyttäytyvät eri tavalla polttomoottoreissa.
Pyrimme maksimoimaan moottorin tehon pienillä mitoilla ja
massaa, he yrittävät lisätä sylinterin palavan seoksen puristussuhdetta. Kuitenkin sisään
nopeat nelitahtiset moottorit, jotka toimivat pakkosytytyksellä,
tässä tapauksessa seoksen ennenaikainen syttyminen tapahtuu joskus -
räjähdys. Tämä vähentää moottorin tehoa ja nopeuttaa sen kulumista. Tämä ilmiö
liittyy nestemäisen polttoaineen koostumukseen, koska hiilivedyt, joilla on erilaisia rakenteita
kun niitä käytetään moottoripolttoaineena, ne käyttäytyvät eri tavalla. Huonoin
indikaattorit - normaalirakenteisille parafiineille.
Palavan aineen, jolla on korkea räjähdyskyky, standardi on otettu
normaali heptaani. Mitä haaroittuneempi parafiinin hiiliketju on
hiilivetyä, sitä paremmin sen palaminen sylinterissä etenee ja sitä suurempi on aste
palavan seoksen puristus voidaan saavuttaa. Moottoripolttoaineen vakiona
otettiin käyttöön 2, 2, 4-trimetyylipentaani (jota kutsutaan yleisesti isooktaaniksi) hyvällä
nakutusta estäviä ominaisuuksia. Tämän sekoitusten muodostaminen eri suhteissa
oktaaniluku n-heptapilla, vertaa niiden käyttäytymistä moottorissa kohteen käyttäytymiseen
tutkittu bensiini, niin he sanovat, että jälkimmäinen on oktaaniluku 70
oletetaan olevan nolla).
Yksi tavoista parantaa polttoaineiden iskunkestoa moottoreille, joissa
kipinäsytytys on sovellus nakutusta estävät aineet.
Nakutuksenestoaineet ovat aineita, joita lisätään bensiiniin (enintään 0,5 %)
antidetopaattisten ominaisuuksien parantaminen. Riittävän tehokas nakutuksenesto
on tetraetyylilyijyä(TES) Pb (C2H5)4
Lämpövoimalaitosten bensiini ja sen palamistuotteet ovat kuitenkin erittäin myrkyllisiä. Tällä hetkellä
uudet nakutuksenestoaineet, jotka perustuvat tämän tyyppisiin mangaani-orgaanisiin yhdisteisiin
syklopeC5H5Mn (CO)5: ne ovat vähemmän myrkyllisiä ja
niillä on parhaat iskunestoominaisuudet. Näitä lisäämällä
Hyvien bensiinilaatujen nakutuksenesto mahdollistaa polttoaineen saannin
oktaani 135 asti.
Raketti- ja dieselmoottoreille päinvastoin polttoaineita
normaali hiiliatomiketju, jolla on alhaisin lämpötila
sytytys. Tämä ominaisuus otetaan huomioon
arvioida sisään setaaniluvut. Setaaniluvulla 100 on hiilivety
n-Sc, Hd4 ja cetapin numero 0 on 1-metyylinaftaleeni.
Hiilivetyjen synteesi CO+H2:sta. Virtaa hienoksi murskatun nikkelin yli
hiilimonoksidin (II) ja vedyn seos 250 ° C:ssa, voit saada metaania:
CO+3H2CH4+H2O
Jos tämä reaktio suoritetaan paineessa 100-200 atm ja lämpötilassa enintään 400 °C,
saadaan seos, joka koostuu pääasiassa happea sisältävistä tuotteista,
joista alkoholit ovat vallitsevia; tätä seosta kutsuttiin schshpolom.
Käytettäessä rauta-kobolttikatalyyttejä ja lämpötilaa 200 °C,
alkaanien seos syntiini.
nCO + (2n + 1) H2 CnH2n + 2 + H2O
Sintiini ja syntoli ovat laajamittaisen orgaanisen synteesin ja
käytetään laajasti raaka-aineina monille kemianteollisuudille.
Klatraatit. Öljyn sintiini- ja bensiinijakeet koostuvat hiilivetyjen seoksista
normaali rakenne ja haaroittuneet ketjut. Äskettäin tehokkaaksi havaittu
menetelmä normaaliketjuisten ja haarautuneiden orgaanisten yhdisteiden erottamiseksi,
yleisesti tunnettu nimellä klatraatin erotusmenetelmä. varten
hiilivetyjen erottamiseen käytettiin ureaa. Urea kiteet
rakennettu siten, että kiteiden sisällä on kapeita kuusikulmainen
kanavia. Näiden kanavien halkaisija on sellainen, että se voi kulkea niiden läpi ja viipyä niiden sisällä.
adsorptiovoimista johtuen vain normaalirakenteiset hiilivedyt. Siksi milloin
orgaanisten yhdisteiden seoksen käsittely urealla (tai jollain muulla
yhdisteet) kiteytyvät aineet, joissa on normaali hiiliatomiketju
yhdessä sen kanssa kompleksien muodossa. Tällä menetelmällä on tietysti erittäin suuri
Tulevaisuus on, kun tehokkaampia klatraattimuodostajia löydetään.
Hiilivetyjen eristäminen luonnollisista raaka-aineista
Tyydyttyneiden hiilivetyjen lähteet ovat öljy ja maakaasu.
Maakaasun pääkomponentti on yksinkertaisin hiilivety, metaani, jota käytetään suoraan tai jalostetaan. Maan suolistosta uutettua öljyä myös käsitellään, puhdistetaan ja murskataan.
Suurin osa hiilivedyistä saadaan öljyn ja muiden luonnonvarojen käsittelystä. Mutta merkittävä määrä arvokkaita hiilivetyjä saadaan keinotekoisesti, synteettisillä menetelmillä.
Saatavuus isomerointikatalyytit nopeuttaa haarautuneen rungon omaavien hiilivetyjen muodostumista lineaarisista hiilivedyistä:
Katalyyttien lisääminen mahdollistaa jonkin verran alentaa lämpötilaa, jossa reaktio etenee.
Alkeenien hydraus (vedyn lisäys).
Tuloksena halkeilua muodostuu suuri määrä tyydyttymättömiä hiilivetyjä, joissa on kaksoissidos - alkeeneja. Voit vähentää niiden määrää lisäämällä järjestelmään vety ja hydrauskatalyytit- metallit (platina, palladium, nikkeli):
Krakkausta hydrauskatalyyttien läsnä ollessa vetyä lisäämällä kutsutaan halkeilun vähentäminen. Sen päätuotteet ovat tyydyttyneet hiilivedyt.
Täten, halkeilupaineen nousu(korkeapainekrakkauksen) avulla voit vähentää kaasumaisten (CH 4 - C 4 H 10) hiilivetyjen määrää ja lisätä nestemäisten hiilivetyjen pitoisuutta, joiden ketjun pituus on 6-10 hiiliatomia ja jotka muodostavat bensiinin perustan.
Nämä olivat teollisia menetelmiä alkaanien saamiseksi, jotka ovat perustana tärkeimmän hiilivetyraaka-aineen - öljyn - teolliselle käsittelylle.
Harkitse nyt useita laboratoriomenetelmiä alkaanien saamiseksi.
Etikkahapon natriumsuolan (natriumasetaatin) kuumentaminen ylimäärällä alkalia johtaa karboksyyliryhmän eliminointi ja metaanin muodostuminen:
Jos natriumasetaatin sijasta otamme natriumpropionaatti, sitten muodostuu etaania, natriumbutanoaatista - propaanista jne.
klo halogeenialkaanien reaktio alkalimetallinatriumin kanssa muodostuu tyydyttyneitä hiilivetyjä ja alkalimetallihalogenidia, esimerkiksi:
Alkalimetallin vaikutus halogeenihiilivetyjen seokseen(esim. bromietaani ja bromimetaani) johtaa alkaanien seokseen (etaani, propaani ja butaani).
Wurtzin synteesin perustana oleva reaktio etenee hyvin vain halogeenialkaanien kanssa, joiden molekyyleissä halogeeniatomi on kiinnittynyt primääriseen hiiliatomiin.
Käsiteltäessä joitain karbideja, jotka sisältävät hiiltä hapetustilassa -4 (esimerkiksi alumiinikarbidi), vesi muodostaa metaania:
Tärkeimmät menetelmät happea sisältävien yhdisteiden saamiseksi
Halokeenialkaanien muodostuminen alkoholien vuorovaikutuksessa vetyhalogenidien kanssa on palautuva reaktio. Siksi on selvää, että alkoholeja voidaan saada halogeenialkaanien hydrolyysi- näiden yhdisteiden reaktiot veden kanssa:
Moniarvoisia alkoholeja voidaan saada halogeenialkaanien hydrolyysi sisältää enemmän kuin yhden halogeeniatomin molekyylissä. Esimerkiksi:
Veden kiinnittäminen alkeenimolekyylin π-sidoksessa, esim.
Johtaa Markovnikovin säännön mukaisesti sekundaarisen alkoholin muodostumiseen - propanoli-2:
Aldehydien ja ketonien hydraus
Alkoholin hapettuminen leudoissa olosuhteissa johtaa aldehydien tai ketonien muodostumiseen. On selvää, että alkoholeja voidaan saada hydraamalla (vetypelkistys, vetyadditio) aldehydejä ja ketoneja:
Kuten jo todettiin, glykoleja voidaan saada alkeenien hapetus kaliumpermanganaatin vesiliuoksella. Esimerkiksi etyleeniglykolia (etaanidioli-1,2) muodostuu eteenin (eteenin) hapettumisen aikana:
Erityiset menetelmät alkoholien saamiseksi
1. Jotkut alkoholit saadaan vain niille ominaisilla tavoilla. Joten metanolia teollisuudessa saadaan vedyn ja hiilimonoksidin (II) vuorovaikutuksen reaktio(hiilimonoksidi) korotetussa paineessa ja korkeassa lämpötilassa katalyytin pinnalla (sinkkioksidi):
Tätä reaktiota varten tarvittava hiilimonoksidin ja vedyn seos, jota kutsutaan myös "synteesikaasuksi", saadaan johtamalla vesihöyryä kuuman hiilen yli:
2. Glukoosin käyminen. Tämä menetelmä etyyli(viini)alkoholin saamiseksi on ollut ihmiselle tiedossa muinaisista ajoista lähtien:
Menetelmät aldehydien ja ketonien saamiseksi
1. Aldehydejä ja ketoneja voidaan saada hapettamalla tai dehydraamalla alkoholeja. klo primääristen alkoholien hapetus tai dehydraus aldehydejä voidaan saada, ja sekundaariset alkoholit- ketonit:
2. . Asetyleenistä reaktion seurauksena saadaan asetaldehydiä, asetyleenin homologeista - ketoneista:
3. Kuumennettaessa karboksyylihappojen kalsium- tai bariumsuolat muodostuu ketoni ja metallikarbonaatti:
Menetelmät karboksyylihappojen saamiseksi
1. Karboksyylihappoja voidaan saada primaaristen alkoholien tai aldehydien hapetus:
2. Muodostuu aromaattisia karboksyylihappoja bentseenihomologien hapettumisen aikana:
3. Erilaisten karboksyylihappojohdannaisten hydrolyysi tuottaa myös happoja. Joten esterin hydrolyysin aikana muodostuu alkoholia ja karboksyylihappoa. Happokatalysoidut esteröinti- ja hydrolyysireaktiot ovat palautuvia:
4. Esterin hydrolyysi alkalin vesiliuoksen vaikutuksesta etenee peruuttamattomasti, tässä tapauksessa esteristä ei muodostu happoa, vaan sen suolaa:
Viitemateriaali kokeen läpäisemiseen:
jaksollinen järjestelmä
Liukoisuustaulukko
Teos lisätty sivustolle: 2015-07-10Tilaa ainutlaatuisen työn kirjoittaminen
A17. Tärkeimmät menetelmät hiilivetyjen saamiseksi (laboratoriossa). Tärkeimmät menetelmät happea sisältävien yhdisteiden saamiseksi (laboratoriossa).
"> alkaanien saaminen
Teolliset keinot:
- Jaetaan luonnollisista lähteistä (luonnonkaasut ja niihin liittyvät kaasut, öljy, hiili).
- "> Alkeenien ja tyydyttymättömien hiilivetyjen hydraus.
;text-decoration:underline">Laboratoriomenetelmät metaanin tuottamiseksi:
- ">Hiilioksidien termokatalyyttinen pelkistys (t," xml:lang="en-US" lang="en-US">Ni">):
CO + 3H2 → CH4 + H20
CO2 + 4H2 → CH4 + 2H20
- "> Synteesi yksinkertaisista aineista: C + 2H;vertical-align:sub">2 ">→ CH ;vertical-align:sub">4
- ">Alumiinikarbidin hydrolyysi:" xml:lang="en-US" lang="en-US">Al;vertical-align:sub">4 " xml:lang="en-US" lang="en-US">C;vertical-align:sub">3"> + 12 " xml:lang="en-US" lang="en-US">H;vertical-align:sub">2 " xml:lang="en-US" lang="en-US">O"> → 4 " xml:lang="en-US" lang="en-US">Al">(" xml:lang="en-US" lang="en-US">OH">) ;vertical-align:sub">3 "> + 3 " xml:lang="en-US" lang="en-US">CH;vertical-align:sub">4
;text-decoration:underline">Laboratoriomenetelmät metaanihomologien saamiseksi:
- "> Karboksyylihappojen natriumsuolojen dekarboksylaatio (Dumas-reaktio) Tuloksena oleva alkaani sisältää yhden hiiliatomin vähemmän kuin alkuperäinen suola.
" xml:lang="en-US" lang="en-US">CH;vertical-align:sub" xml:lang="en-US" lang="en-US">3" xml:lang="en-US" lang="en-US">COONa + NaOH → CH;vertical-align:sub" xml:lang="en-US" lang="en-US">4" xml:lang="en-US" lang="en-US"> + Na;vertical-align:sub" xml:lang="en-US" lang="en-US">2" xml:lang="en-US" lang="en-US">CO;vertical-align:sub" xml:lang="en-US" lang="en-US">3" xml:lang="en-US" lang="en-US">
- "> Wurtz-synteesi (ketjun kaksinkertaistaminen); suoritetaan alkaanien saamiseksi, joilla on pidempi hiiliketju.
">2 " xml:lang="en-US" lang="en-US">CH;vertical-align:sub">3 " xml:lang="en-US" lang="en-US">Cl"> + 2 " xml:lang="en-US" lang="en-US">Na"> → " xml:lang="en-US" lang="en-US">C;vertical-align:sub">2 " xml:lang="en-US" lang="en-US">H;vertical-align:sub">6"> + 2 " xml:lang="en-US" lang="en-US">NaCl">
- Natriumasetaatin elektrolyysi:
elektrolyysi
2 CH 3 COONa + 2H 2 O → C2 H6 + 2CO2 + H2 + 2 NaOH
Alkeenien saaminen
Laboratoriossa:
1. Halogeenialkaanien dehydrohalogenointi suoritetaan alkalin alkoholiliuoksella:
CH 3 - CH 2 Cl + KOH (alkoholi) → CH 2 = CH 2 + KCl + H 2 O
CH 3 - CH - CH 2 - CH 3 + KOH (alkoholi) → CH 3 - CH \u003d CH - CH 3 + KI + H 2 O
Sääntö A.M. Zaitsev: "Vedy erottuu vähemmän hydratusta hiiliatomista."
2. Alkoholien dehydraatio tapahtuu väkevän rikkihapon tai vedettömän alumiinioksidin läsnä ollessa kuumennettaessa (t> 150o C) ja muodostuu alkeeneja.
CH 3 - CH 2 - CH 2 OH → CH 3 - CH \u003d CH 2 + H 2 O
3. Dihalogeenijohdannaisten dehalogenointi suoritetaan käyttämällä hienojakoista sinkkiä tai magnesiumia:
CH 3 - CH - CH 2 + Zn → CH 3 - CH \u003d CH 2 + ZnCl 2
Cl Cl
Teollisuudessa:
1, Pääasiallinen tapa saada alkeenit on alkaanien krakkaus, joka johtaa pienimolekyylisten alkeenien ja alkaanien seoksen muodostumiseen, joka voidaan erottaa tislaamalla.
C5 H12 → C2 H4 + C3 H8 (tai C3 H6 + C2 H6) jne.
2 Alkaanien dehydraus. (katalyytit: Pt ; Ni ; AI 2 O 3 ; Cr 2 O 3 )
Ni, 450-5000 C
CH3 - CH3 → CH2 = CH2 + H2
550 - 6500 C
2CH4 → CH2 = CH2 + 2H2
3. Alkyenien katalyyttinen hydraus (katalyytit: Pt ; Ni ; Pd )
CH ≡ CH + H2 → CH2 = CH2
Sykloalkaanien saaminen
- Aktiivisen metallin vaikutus dihalogeenialkaaniin:
t, p, Ni
Br - CH2-CH2-CH2-Br + Mg → + Mg Br 2
1,3-dibromipropaani
- Areeenien hydraus (t, p, Pt)
C6 H6 + 3 H2 →
Alkyenien saaminen
Asetyleeni:
a) metaanimenetelmä:
2CH4 C2H2 + 3H2
b) kalsiumkarbidin hydrolyysi (laboratoriomenetelmä):
CaC 2 + 2H 2 O C 2 H 2 + Ca (OH) 2
CaO + 3C CaC 2 + CO
Suuren energiankulutuksen vuoksi tämä menetelmä on taloudellisesti vähemmän kannattava.
Asetyleenihomologien synteesi:
a) alkaanien ja alkeenien katalyyttinen dehydraus:
Сn H 2 n + 2 C n H 2 n - 2 + 2 H 2
СnH2nCnH2n-2 + H2
b) dihalogeenialkaanien dehydrohalogenointi alkalialkoholiliuoksella (alkalia ja alkoholia otetaan ylimäärin):
Cn H 2 n G2 + 2KOH (sp) C n H 2 n -2 + 2K G + 2H 2 O
Alkadienien saaminen
- Maakaasun ja jalostuskaasujen sisältämien alkaanien dehydraus ohjaamalla ne kuumennetun katalyytin yli
t, Cr 2 O 3, Al 2 O 3
CH3-CH2-CH2-CH3 → CH 2 \u003d CH-CH \u003d CH 2 + 2H 2
t, Cr 2 O 3, Al 2 O 3
CH3-CH-CH2-CH3 → CH2 \u003d C-CH = CH2 + 2H2
CH 3 CH 3
- Etyylialkoholin dehydraus ja dehydratointi ohjaamalla alkoholihöyryä kuumennettujen katalyyttien yli (akateemikko S.V. Lebedevin menetelmä):
t, ZnO, Al 2O 3
2CH 3 CH 2 OH → CH 2 \u003d CH–CH \u003d CH 2 + 2H 2 O + H 2
Areenoiden hankkiminen
Bentseeni
- Alkyenien trimmerointi aktiivihiilen päällä (Zelinsky):
Toimia. C, 600 C
3HCCH C6 H6 (bentseeni)
- Laboratoriossa sulattamalla bentsoehapon suolat emäksiin:
C6 H5 - COOHa + Na OH → C6 H6 + Na 2 CO3
Bentseeni ja homologit
- Kivihiilen koksauksen aikana muodostuu kivihiilitervaa, josta eristetään bentseeniä, tolueenia, ksyleeniä, naftaleenia ja monia muita orgaanisia yhdisteitä.
- Alkaanien dehydrosyklisointi (dehydraus ja syklisointi) katalyytin läsnä ollessa:
Cr2O3
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 C6H6 + 4H2
Heksaani tuottaa bentseeniä ja heptaani tolueenia.
- Sykloalkaanien dehydraus
→ C6 H6 + 3 H2
- Homologien saaminen - bentseenin alkylointi halogeenialkaaneilla tai alkeeneilla vedettömän alumiinikloridin läsnä ollessa:
AlCl 3
C 6 H 6 + C 2 H 5 Cl C 6 H 5 C 2 H 5 + HCl
kloorietaani etyylibentseeni
Tyydyttyneiden yksiarvoisten alkoholien saaminen
Yleiset menetelmät
- Alkeenien hydraatio (Markovnikovin säännön mukaan):
t, H2SO4
CH3-CH \u003d CH2 + H-OH → CH3-CH-CH3
OH (propanoli-2)
- Haloalkaanien hydrolyysi alkalivesiliuoksen vaikutuksesta:
C 2 H 5 I + Na OH (vesipitoinen) → C 2 H 5 -O H + NaI
- Aldehydien ja ketonien talteenotto (hydraus).
Aldehydien hydraus tuottaa primaarisia alkoholeja:
t, Ni
CH3-CH2-CHO + H2 → CH3-CH2-CH2-OH
propanoli-1
Kun ketoneja hydrataan, muodostuu sekundäärisiä alkoholeja:
t, Ni
CH3-C-CH3 + H2 → CH3-CH-CH3
O OH (propanoli-2)
Erityiset hankintamenetelmät
- Metanoli - synteesikaasusta:
t, p, kissa
CO + 2H2 → CH3OH
- Etanoli - glukoosin alkoholikäyminen (entsymaattinen):
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2
etyleeniglykoli
- Laboratoriossa - Wagnerin reaktio.
Eteenin hapetus kaliumpermanganaatilla neutraalissa väliaineessa johtaa dihydrisen alkoholin - etyleeniglykolin - muodostumiseen.
Yksinkertaistettu:
KMnO4, H20
CH 2 \u003d CH 2 + HOH + → CH 2 - CH 2
VOI VOI
3 CH 2 \u003d CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2O → 3 CH 2 - CH 2 + 2MnO 2 + 2KOH
VOI VOI
- Teollisuudessa - 1,2-dikloorietaanin hydrolyysi:
CH2Cl - CH2Cl + 2NaOH → CH2(OH)-CH2OH + 2NaCl
Glyseroli
- Rasvan hydrolyysi:
- Propeenista:
a) CH2 = CH-CH3 + Cl2 → CH2 = CH-CH2CI
3-klooripropeeni-1
b) CH2 \u003d CH-CH2Cl + NaOH (vesipitoinen) → CH2 \u003d CH-CH2-OH + N aCl
allyylialkoholi
c) CH2 = CH-CH2-OH + H202 → CH2-CH-CH2
Fenolien saaminen
- Uuttaminen kivihiilitervasta.
- Klooribentseenin hydrolyysi:
C6H5-Cl + H20 (höyry) → C6H5-OH + HCl
- Isopropyylibentseenin (kumeenin) hapetus ilmakehän hapella:
Eetterien hankkiminen
- Etanolin molekyylien välinen dehydraatio:
t, H2SO4
2C2H5OH → C2H5-O-C2H5 + H2O
- Metallialkoholaatin vuorovaikutus alkaanien halogeenijohdannaisten kanssa:
C 2 H 5 I + C 2 H 5 ONa → C 2 H 5 -O-C 2 H 5 + NaI
Aldehydien saaminen
Yleinen tapa
- Alkoholin hapettuminen. Primaariset alkoholit hapetetaan aldehydeiksi ja sekundaariset alkoholit ketoneiksi:
t, Cu
2C 2H 5OH + O 2 → 2CH 3 CHO + 2H 2 O
T, Cu
CH3-CH-CH3 + O2 → CH3-C-CH3
OH (propanoli-2) O
Erityisiä tapoja
- Formaldehydiä syntyy metaanin katalyyttisellä hapetuksella:
CH 4 + O 2 → HC HO + H 2 O
- Etikkaaldehydi (asetaldehydi):
a) Kucherovin reaktio
H+, Hg 2+
HCCH + H20 CH3-CHO
b) eteenin katalyyttinen hapetus
2CH2 \u003d CH2 + O2 → 2CH3-CHO
Karboksyylihappojen saaminen
Yleiset menetelmät
- Aldehydien hapetus erilaisten hapettimien vaikutuksesta:
R-CHO + Ag 2 O (ammm.) → R-C OOH + 2Ag ↓
" xml:lang="en-US" lang="en-US"> t
R-CHO + 2Cu(OH)2 →R-COOH + Cu 2O↓ + 2H2O
- "> Katalyyttinen hapetus - metaanihomologit hapetetaan C-C-ketjun katketessa ja karboksyylihappojen muodostuessa:
"> 2 " xml:lang="en-US" lang="en-US">C;vertical-align:sub">4 " xml:lang="en-US" lang="en-US">H;vertical-align:sub">10">+ 5 " xml:lang="en-US" lang="en-US">O;vertical-align:sub">2"> → 4CH ;vertical-align:sub">3 " xml:lang="en-US" lang="en-US">COO">H+ 2 " xml:lang="en-US" lang="en-US">H;vertical-align:sub">2 " xml:lang="en-US" lang="en-US">O">
Erityisiä tapoja
- Muurahaishappoa saadaan kuumentamalla paineessa jauhettua natriumhydroksidia ja hiilimonoksidia, minkä jälkeen saatua natriumformiaattia käsitellään vahvalla hapolla:
NaOH + CO → HCOONa
H 2 SO 4 + 2 HCOONa → HCOO H + Na 2 SO 4
- Etikkahappo:
a) Elintarviketarkoituksiin niitä saadaan entsymaattisella käymisellä (hapettamalla) alkoholia sisältäviä nesteitä (viini, olut):
entsyymejä
C 2 H 5 OH + O2 → CH 3 C OOH + H 2 O
b) Laboratoriossa asetaateista:
2CH3 COONa + H 2 SO 4 → 2CH3 COO H + Na 2 SO 4
Esterien saaminen
- Esteröintireaktio, kun happoa ja alkoholia kuumennetaan rikkihapon tai muiden mineraalihappojen läsnä ollessa. Isotooppiset tutkimukset ovat osoittaneet, että esteröintireaktiossa vetyatomi erotetaan alkoholimolekyylistä ja hydroksyyliryhmä erotetaan happomolekyylistä.
Tämä reaktio on palautuva ja noudattaa Le Chatelierin sääntöä. Tuotoksen lisäämiseksi
esterit, on välttämätöntä poistaa syntynyt vesi reaktioväliaineesta.
CH3 -COOH + HOCH2 CH3 → CH3-CO-O-CH2 CH3 + H2O
Saippuan hankkiminen
- "> Alkalinen hydrolyysi (rasvojen saippuoituminen tapahtuu peruuttamattomasti emästen vaikutuksesta):
- "> Korkeampien öljyparafiinien katalyyttisellä hapetuksella saatujen karboksyylihappojen neutralointi:
">2 C ;vertical-align:sub">32 ">H ;vertical-align:sub">66 "> + 5O ;vertical-align:sub">2 ">→ 4C ;vertical-align:sub" > 15 ">H ;vertical-align:sub">31">COOH + 2H ;vertical-align:sub">2">O
"> palmitiinihappo
"> C ;vertical-align:sub">15 ">H ;vertical-align:sub">31 ">COOH + " xml:lang="en-US" lang="en-US">NaOH"> → C ;vertical-align:sub">15 ">H ;vertical-align:sub">31 ">COO " xml:lang="en-US" lang="en-US">Na">">+ N ;vertical-align:sub">2 " xml:lang="en-US" lang="en-US">O">
"> natriumpalmitaatti (kiinteä saippua)
"> C ;vertical-align:sub">15 ">H ;vertical-align:sub">31 ">COOH + K " xml:lang="en-US" lang="en-US">OH"> → C ;vertical-align:sub">15 ">H ;vertical-align:sub">31 ">COO ">K ">+ H ;vertical-align:sub">2 " xml:lang="en-US" lang="en-US">O">
"> kaliumpalmitaatti (nestesaippua)
Hiilihydraattien saaminen
- Glukoosi - tärkkelyksen tai selluloosan hydrolyysillä:
(C6H10O5)n + nH2O nC6H12O6
- Sakkaroosi - sokerijuurikkaasta ja sokeriruo'osta.
