КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Способы получения. Алканы – простейший класс органических соединений, не содержащих функциональной группы, отвечают общей формуле – СnН2n+2
АЛКАНЫ УГЛЕВОДОРОДЫ Алканы – простейший класс органических соединений, не содержащих функциональной группы, отвечают общей формуле – СnН2n+2. Для неразветвленных (нормальных) алканов она может быть представлена:
Н–(СН2)n–H Номенклатура алканов. Для названия алканов используют следую-щие номенклатуры: · тривиальную; · рациональную; · систематическую. Тривиальная. Первые четыре представителя с неразветвленной цепью имеют тривиальные названия: · метан (корень «мет» обозначает группировку, содержащую один атом углерода (от гр. methy –вино, hile – лес); · этан, содержащий группировку из двух атомов углерода (от гр. aither – небесная субстанция, улетающая к небесам) дух эфира, летучий газ); · пропан – трехатомная группировка (от гр. protos – первый, pion – жир); · бутан – черырехатомная группировка (от лат. butyron – масло). Названия последующих членов ряда, начиная с пентана, образуются от греческих числительных, с указанием числа атомов углерода в цепи, и окончания " ан ". Рациональная. Предельные углеводороды рассматривают как производ-ные метана, перед названием прототипа перечисляют радикалы (табл. 8) в порядке увеличения числа углеродных атомов. Систематическая (заместительная, международная, ИЮПАК). По заместительной номенклатуре предельные углеводороды рассматриваются как производные линейных углеводородов, у которых один или несколько атомов водорода замещены на алкильные радикалы. Изомерия. Для алканов характерны следующие виды изомерии: Структурная: · скелетная. Пространственная: · конформационная; · оптическая. Промышленные методы: 1. Получение из нефти. Алканы С1 – С40 является основной составляющей нефти, где наряду с предельными углеводородами содержатся циклоалканы, ароматические углеводороды, сернистые соединения и другие компоненты. В зависимости от числа атомов углерода алканы, содержащиеся в нефти, подразделяются на следующие группы:
· газообразные алканы состава С1 – С4 содержатся в газовой фракции нефти; · жидкие алканы от С5 до С10 входят в состав бензиновых фракций, выделены в чистом виде все 5 изомеров гексана, 7 из 9 изомерных гептанов, 16 из 18 изомеров октана и 24 из 35 теоретически возможных изомеров нонана; · углеводороды состава С11 – С20 содержатся в средних фракциях нефти (180–350 оС), причем содержание нормальных алканов снижается с увеличением молекулярной массы; · твердые алканы С16 и выше находятся в высококипящих фракциях (350 – 500 оС), их называют в зависимости от состава и температуры плавления парафинами (в основном алканы с Тпл= 45–65 оС) и церезинами (разветвленные алканы). 2. Природный газ. Природный газ состоит на 75% из СН4, 15% СН3–СН3, 5% СН3–СН2–СН3, остальное составляют высшие алканы и другие соединения. Природный газ используют как топливо и сырье для химической промышленности. 3. Гидрогенизация угля. (400–500 оС, 30 МПа, Ф. Бергиус, 1925 г.). катализатор – оксиды и сульфиды молибдена, никеля, кобальта:
С+Н2 СН4
4. Метод Фишера – Тропша. Каталитическое гидрирование СО и СО2 обычно дает метан. В качестве катализатора используют никель (П. Сабатье, И. Сандеран, 1902 г.):
СO+3Н2 СН4+H2O СO2+4Н2 СН4+2H2O
Процесс каталитического гидрирования СО протекает в зависимости от применяемого катализатора и температуры. В основном образуются низкомолекулярные неразветвленные алканы (Ф. Фишер, Х. Тропш 1913 – 1926 г.):
СO+3Н2 СН4+H2O
Метод был усовершенствован: изменен катализатор, давление и температура реакции (Ф. Фишер, Х. Пихлер 1936 – 1941 г.). В настоящее время методом Фишера – Тропша могут быть получены моторные топлива и отдельные углеводороды (алканы, циклоалканы, арены). В основе реакции лежит сорбция СО поверхностью катализатора в результате чего образуются карбонилы кобальта. Водород присоединяется к сорбированному оксиду углерода, образуя карбены и метильные радикалы. Карбен может внедрятся по связи Со–СН3, что приводит к росту углеродной цепи:
В качестве побочных продуктов могут образовываться кислородсодержащие соединения (спирты, альдегиды). 5. Воздействие анаэробных бактерий на растительные остатки:
(С6Н10О5)n + H2O 3n СO2 + 3n СН4
Лабораторные методы: 6. Реакция металлорганических соединений с водой. Соединения, содержащие связь металл – углерод, в большинстве случаев легко реагируют с водой, образуя углеводороды. 6.1 Гидролиз карбидов:
Al4C3+12 H2O3 СН4 + 4 Al(OH)3
CaC2, SrC2 и BaC2 в реакции с водой образуют ацетилен, а Fe3C и Ni3C в реакции с кислотами образуют смеси углеводородов. 6.2 Гидролиз алкилмагнийгалогенидов (реактивов Гриньяра):
R–MgHal + H2OR–H + Mg(OH)Hal
R–Hal + Rδ––δ++MgHal– R–H + Mg(OH)Hal
7. Гидрирование ненасыщенных углеводородов. Реакция происходит при обычных температурах и давлении на катализаторе, в качестве которого используют металлы с недостроенным d -подуровнем, чаще всего это металлы VIII группы. 7.1 Гидрирование алкенов:
R–CH=CH–R + Н2 R–CH2–CH2–R
7.2 Гидрирование алкадиенов:
R–CH=CH–CH2–CH=CH–R + 2Н2 R–CH2–CH2–CH2–CH2–CH2–R
7.3 Гидрирование алкинов:
R–C≡C–R + 2Н2 R–CH2–CH2–R
8. Восстановление галогенпроизводных алканов. Восстановление проводят амальгамой натрия, гидридами металлов, водородом на палладии, а также йодистым водородом:
R–Hal + H2 R–H + HHal
R–I + HIR–H + I2
9. Реакция Вюрца (Ш. Вюрц, 1855 г.):
2R–Hal + 2NaR–R + 2NaHal
3R–Hal + 3R1–Hal + 6Na2R–R + 2R1–R1 + 2R–R1 + 6NaHal
Механизм реакции осуществляется с образованием ион-радикалов и алкильных радикалов:
2Rδ+–Halδ– + 22[RHal]•–Na+2R• +2Hal– + 2Na+R–R + 2NaHal R• +RNaR–R + 2NaHal
10. Реакция Вюрца – Гриньяра, катализатор – соли кобальта:
R–Hal + R1–MgHalR–R1 + MgHal2 11. Реакция Кори – Хауса:
R–I + 2LiR–Li +LiI
2 R–Li +CuI R2CuLi + LiI
R1–I + R2CuLi 2R1– R + CuI + LiI
12. Электролиз солей карбоновых кислот (реакция Кольбе, 1849 г.):
13. Декарбоксилирование солей карбоновых кислот (синтез Дюма):
14. Сплавление гидразонов альдегидов и кетонов со щелочью (реакция Киннера):
R–CH=N–NH2R–CH– H2 + N2
15. Восстановление карбонильных соединений (метод Клемменсена):
Физические свойства. Алканы представляют собой бесцветные вещества, в обычных условиях газообразные или жидкие, алканы с большим числом углеродных атомов являются твердыми веществами. Газообразные и твердые алканы не имеют запаха, жидкие имеют характерный бензино-керосиновый запах.
Таблица 19 – Физические свойства алканов
* – При температуре кипения. **Для переохлажденной жидкости.
Связи С–С и С–Н в молекулах алканов практически неполярны, и, следовательно, единственными силами, участвующими в притяжении молекул друг к другу, являются ван-дер-ваальсовы взаимодействия. В связи с этим алканы имеют низкие температуры кипения по сравнению со многими соединениями с близкой молекулярной массой. Температура кипения у всех разветвленных алканов ниже, чем у нормальных алканов, и притом тем ниже, чем более разветвлена углеродная цепь молекулы (табл. 19).
Рисунок 21 – Зависимость температур плавления, кипения и плотности, от числа атомов углерода (n) для алканов с неразветвленной цепью
Температура плавления нормальных углеводородов в гомологическом ряду увеличивается медленно. Главным фактором, влияющим на температуру плавления вещества, является плотность упаковки молекулы в кристаллической решетке. Чем симметричнее молекула, тем плотнее ее упаковка в кристалле и тем выше температура плавления. Эти закономерности объясняются следующими причинами: · превращению жидкости в газ препятствуют ван-дер-ваальсовы силы взаимодействия между атомами отдельных молекул; · форма разветвленной молекулы стремится к сферической, при этом площадь поверхности соприкосновения уменьшается, что приводит к уменьшению взаимодействия и, следовательно, для преодоления слабых сил взаимодействия требуется меньшая энергия; · каждая дополнительная группа СН2 вносит довольно постоянный вклад в температуру кипения и плотность и несколько меньший вклад в температуру плавления (рис. 21). Алканы практически нерастворимы в воде, так как их молекулы малополярны и не взаимодействуют с молекулами воды. Алканы намного легче воды. Жидкие алканы легко смешиваются друг с другом. Они хорошо растворяются в неполярных органических растворителях, таких как бензол, тетрахлорметан (четыреххлористый углерод), диэтиловый эфир и др.
Дата добавления: 2014-01-07; Просмотров: 972; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |