![]() |
|
сделать стартовой | добавить в избранное |
![]() |
Насыщенные (предельные) ациклические соединения (алканы) |
С.Ю. Елисеев Реакции, в которых участвуют алканы: -замещения (галогенирование, нитрование, сульфирование и т.д.); -окисления (неполное окисление, горение, склонность к самовозгоранию в атмосфере фтора и хлора); -расщепления (крекинг, пиролиз). Термическая устойчивость алканов. Оценка антидетонационных свойств топлив. Октановое и цетановое число. Промышленные методы получения алканов. Способы получения насыщенных углеводородов. Нефть и способы ее переработки. Химические свойства насыщенных углеводородов Насыщенные (предельные) углеводороды – это вещества, трудно вступающие реакции при обычных температурах. Для всех углеводородов гомологического ряда метана характерна несклонность к реакциям присоединения. При определенных условиях они вступают в реакции замещения, в результате которых атомы водорода их молекул замещаются другими атомами или группами и образуются производные углеводородов. При энергичном воздействии температур или химических реагентов молекулы углеводородов разлагаются с разрушением углеродного скелета. Взаимодействие с галогенами В обычных условиях хлор и бром реагируют с насыщенными углеводородами, но лишь очень медленно. Если встряхивать жидкий предельный углеводород с бромной водой, то после расслаивания жидкостей углеводородный слой оказался окрашенным в желтый или коричневый цвет, т.к. бром лучше растворим в углеводороде и переходит в него из водного слоя; однако окраска брома не исчезает, т.к. он практически не вступает в реакцию. Взаимодействие насыщенных углеводородов с хлором или бромом ускоряется при нагревании и, особенно, при действии света. И атомы галогена постепенно замещают в углеродных молекулах атомы водорода. При этом образуются смеси галогенпроизводных углеводородов; реакция сопровождается выделением галогенводорода. Например, при действии хлора на метан происходит постепенное замещение всех атомов водорода и образуется смесь хлорпроизводных: СН4 Сl2 ® СН3Cl HCl свет хлористый метил СН3Cl Cl2 ® CH2Cl2 HCl свет дихлорметан CH2Cl2 CL2 ® CHCl3 HCl свет трихлорметан СНCl3 Cl2 ® CCl4 HCl свет тетрахлорметан (четыреххлористый углерод) (Смесь хлора и метана взрывоопасна, хранение совместно баллонов хлора и метана – недопустимо.) При прямом галогенировании более сложных углеводородов замещение водорода может происходить у различных углеродных атомов. Например, уже при хлорировании пропана реакция протекает по двум направлениям – образуется смесь двух галогеналкилов: ½® СH3—CH2—CH2Cl HCl CH3—CH2—CH3 Cl2 ¾®½ перв-хлоритый пропил свет ½ ® СH3—CHCl—CH3 HCl втор-хлористый пропил Реакция с азотной кислотой (реакция нитрования) Концентрированная азотная кислота при нагревании окисляет насыщенные углеводороды, а на холоду - не действует на них.
В 1889г. М.И. Коновалов открыл, что при действии на насыщенные углеводороды разбавленной азотной кислоты, но при нагревании и под давлением, возможно замещение водорода в углеводородах на остаток азотной кислоты – O2 (нитрогруппу): P, o R—H HO— O2 ¾® R— O2 H2O углеводород азотная к-та нитросоединение Образующиеся вещества называют нитросоединениями. В их молекулах азот нитрогрупы непосредственно связан с углеродом. Впоследствии было разработано нитрование насыщенных углеводородов, основанное на взаимодействии их паров с парами азотной кислоты. Например, при нитровании этана образуется нитроэтан: CH3—CH3 HO— O2 ¾® CH3—CH2— O2 H2O этан азотная к-та нитроэтан Если исходный углеводород содержит различные углеродные атомы – первичные, вторичные или третичные, то образуется смесь изомерных нитросоединений. При нитровании по Коновалову наиболее легко на нитрогруппу замещается водород у третичного атома углерода, медленнее – у вторичного и труднее всего – у первичного . Например, реакции нитрования бутана и 2-метилбутана (изопентана) протекают преимущественно следующим образом: СН3—СН2—СН2—СН3 НО— O2 ¾® CH3—CH2—CH—CH3 H2O ½ 2-нитробутан CH3 СН3 O2 ½ ½ СH3—CH—CH2—CH3 HO— O2 ¾® CH3—C—CH2—CH3 H2O 2-метилбутан ½ 2-нитро-2-метилбутан O2 Как видно из приведенных примеров, название нитросоединений образуется добавлением к названию углеводорода (по международной номенклатуре) приставки нитро-; перед этой приставкой ставят цифру – номер углеродного атома главной цепи, при котором находится нитрогруппа. Нитросоединения жирного ряда – бесцветные жидкости, не растворимые в воде, со слабым эфирным запахом. Реакция нитрования наиболее характерна ароматических соединений. Однако в последнее время практическое значение приобрело и нитрование предельных углеводородов. Реакция с серной кислотой (реакция сульфирования) На холоду даже дымящаяся серная кислота (олеум) почти не действует на предельные углеводороды, но при высокой температуре она может их окислять. При умеренном нагревании углеводороды, преимущественно изостроения, с третичным углеродом в молекуле, вступают во взаимодействие с дымящейся серной кислотой. В результате выделяется вода и образуется продукт замещения водород при третичном углероде на остаток серной кислоты – SO2OH (сульфогруппу): R R ½ ½ R—C—H HO—SO2OH ¾® R—C—SO2OH H2O ½ R R углеводород сульфокислота Образующиеся вещества называют сульфокислотоми. Реакция сульфирования имеет особенно большое практическое значение для ряда ароматических углеводородов.
Сульфокислоты предельных углеводородов (алкансульфокислоты) с цепью из 8-20 атомов углерода нашли ценное применение для получения детергентов – синтетических моющих средств. Отношение к действию окислителей и высоких температур При низких температурах предельные углеводороды устойчивы даже к действию сильных окислителей. Так, например, раствор KM O4 или хромовая смесь (K2Cr2O7 H2SO4) при комнатной температуре не окисляют предельные углеводороды и при действии на них не изменяют своей окраски. Действие кислорода воздуха. При высоких температурах под действием кислорода воздуха предельные воспламеняются и сгорают с образованием СО2 и Н2О, выделяя большое количество тепла; на этом основано применение их в качестве топлива. В настоящее время разработаны способы окисления углеводородов кислородом воздуха при низких температурах при помощи катализаторов. Так, например, из смеси высших углеводородов нефти путем окисления удается получить смеси высших жирных кислот, что может представить схемой: О2 О О СН3—(СН2)m—CH3 ¾® CH3—(CH2) —C CH3—(CH2)p—C и т.д. кат-р ОН , p &l ; m ОН Так как окисление сопровождается разрывом углеродных цепей, образующиеся кислоты содержат меньшее число углеродных атомов, чем исходные углеводороды (т.е. в приведенной схеме и p меньше, чем m). Этот процесс имеет большое значение, так как высшие жирные кислоты идут для приготовления мыла, свечей и т.п., а получали их до недавнего времени только из жиров. В последнее время их предельных углеводородов путем каталитического окисления стали получать и другие ценные кислородсодержащие вещества (спирты, альдегиды). Крекинг углеводородов. При нагревании углеводородов до высоких температур (450—550оС) без доступа воздуха они распадаются с разрывом углеродных цепей и образованием более простых и непредельных углеводородов. Такой процесс называют крекингом (расщеплением). Разложение углеводородов при еще более высоких температурах (550—650оС и выше) приводит к образованию простейших (главным образом газообразных) углеводородов; кроме того, при этом происходит замыкание углеродных цепей в циклы и получаются значительные количества ароматических углеводородов. Этот процесс называют пиролизом. Применением в процессах крекинга и пиролиза специальных катализаторов и давления удается регулировать эти процессы и получать необходимые продукты. Реакция дегидрирования. Эта реакция заключается в отщеплении от молекул предельных углеводородов атомов водорода и приводит к образованию непредельных и циклических углеводородов. Она имеет большое промышленное значение. Например, образование пропилена: 400-600 оС СН3—СН2—СН3 ¾¾¾® СН3—СН=СН2 Н2 кат. (Cr2O3) Детонационные свойства углеводородов Как мы увидим дальше, углеводороды входят в состав бензинов, являющихся горючим двигателей внутреннего сгорания. В последних пары горючего подвергаются максимальном сжатию; при воспламенении входящие в его состав углеводороды мгновенно разлагаются со взрывом, образуя продукты полного сгорания (СО2, пары Н2О).
К органическим соединениям относятся углеводы и белки, с которыми связан обмен веществ; гормоны, регулирующие этот обмен; нуклеиновые кислоты, являющиеся материальными носителями наследственных признаков организма; витамины и др. О. х. представляет собой т. о. как бы своеобразный «мост» между науками, изучающими неживую материю и высшую форму существования материи — жизнь. Многие явления и закономерности химической науки, например изомерия, впервые были открыты при изучении именно органических соединений. Классификация органических соединений. Все органические соединения подразделяются на три основных ряда, или класса: ациклические, изоциклические и гетероциклические. К первому классу (жирных, или алифатических) соединений относят углеводороды и их производные с незамкнутыми цепями: гомологический ряд метановых углеводородов, называемый также рядом насыщенных углеводородов, или алканов; гомологические ряды ненасыщенных углеводородов — этилена (алкенов), ацетилена (алкинов), диенов и др. (см. Ациклические соединения)
1. Промышленное получение азотной кислоты
2. Некоторые аспекты отравлений азотной кислотой и окислами азота при химических авариях
3. Технология неконцентрированной азотной кислоты
4. История получения цинка, его химические св-ва и применение цинка в промышленности
9. Карбоновые кислоты - свойства, получение и производные
11. Реакции электрофильного замещения в ароматическом ряду
13. Регенерация азотной и серной кислоты
14. Габаритный и электрический расчет многослойного ПП. Схема замещения
15. Автоматизация процесса получения сернистого ангидрида при производстве серной кислоты
16. Синтез изобутилового эфира уксусной кислоты реакцией этерификации
17. Сравнительный анализ рециркуляционных схем на примере реакции изомеризации
18. Получение серной кислоты путем переработки отходов производства диоксида титана
20. Получение уксусной кислоты
21. Витамины. Витамин C (аскорбиновая кислота)
25. Устройство, оптическая схема, неполная разборка и сборка теодолита 2Т2П, ЗТ2КП
26. Получение взятки ст.311 УК Республики Казахстан
27. Сім чудес світу
28. Схема анализа литературно-художественного произведения
30. Получение уравнения переходного процесса по передаточной функции
31. Понятие алгоритма, его свойства. Описание алгоритмов с помощью блок схем на языке Turbo Pascal
33. Метаболизм арахидоновой кислоты
34. Аллергические реакции при переливании крови
35. Получение взятки ст.311 УК Республики Казахстан
36. Значение свободноживущих азотофиксирующих бактерий рода Azotobacter в азотном балансе почв
37. Охрана окружающей среды, связанная с производством серной кислоты
41. Получение, использование цемента и его продуктов (Доклад)
42. Расчет схемы электроснабжения плавильного цеха обогатительной фабрики
44. Схемы управления электродвигателями
45. Расчет тепловой схемы с паровыми котлами
46. Кремний, полученный с использованием "геттерирования" расплава
47. Общая схема электроснабжения
48. Спроектировать привод конвейера по заданной схеме и характеристикам (WinWord97 + Corel Draw)
49. Расчет тепловой схемы ПТУ К-500-65 (3000 (Часть пояснительной к диплому)
50. Реконструкция схемы управления процессом абсорбции в производстве высших алифатических аминов
51. Схемы установок для выпаривания и конструкции выпарных аппаратов
53. Разработка технологического процесса для получения матрицы с удлиненно-продолговатым отверстием
57. Блок-схема: Вычитание чисел в форме плавающая точка, сдвиг вправо на один два разряда
58. Описание работы электрической схемы охранного устройства с автодозвоном по телефонной линии
59. Двухзеркальная антенна по схеме Кассергена
60. Получение тонкопленочных электретов на основе фторопласта - 4 и изготовление приборов на их основе
61. Сверхбольшие интегральные схемы
62. Приёмник переносной радиовещательный ДВ/СВ диапазон
63. Средства отладки электронных схем
64. Разработка схемы радиоприемника
67. Технология молока и молочных напитков (схема)
68. Ядерные реакции. Ядерная энергетика
73. Получение и применение кальция и его соединений
74. Свойства и получение ксантогенатов целлюлозы
75. Технологические и экономические аспекты производства диметилового эфира терефталевой кислоты
76. Реакции a-литиированных циклических нитронов с электрофильными реагентами
77. Производство серной кислоты контактным способом
78. Материалы по химии (кислоты, оксиды, основания, водород)
79. Получение феррита бария из отходов производства машиностроительных предприятий
80. Уксусная кислота
81. Производство серной кислоты
83. Серная кислота и экология биосферы
84. Химические реакции. Реакции в растворах электролитов
85. Тепловой эффект химической реакции
89. Облаштування післявоєнного світу
91. История применения активно - реактивной схемы в противотанковых гранатометах
92. Проектирование и строительство собора св. Петра в Риме
93. Мекка - серце ісламського світу
94. Дуалізм «конфуціанство – даосизм» у китайському культурному світогляді.
95. Два фольклорных сюжета о св. Николае-чудотворце
96. Попытка создания сюжетной схемы в рассказах Чехова