У природі алкени трапляються рідко. Методи отримання алкенів можна розділити на промислові та лабораторні.
A.Промислові методи одержання:
Зазвичай газоподібні алкени (етилен, пропілен, бутен) виділяють із газів деструктивної переробки нафти (це термічний, каталітичний крекінг), реакції піролізу, із газів коксування вугілля. Залежно від видів сировини та умов, вміст алкенів може змінюватись від 15 до 55%.
1. Реакція дегідрування алканів.
B.Лабораторні методи:
2.Часткове гідрування ацетиленових вуглеводнів
2. Відщеплення галогеноводородів від галогеналкілів при дії на них спиртового розчину лугу:
Правило Зайцева:при відщепленні галогену атом водню найлегше відщеплюється від сусіднього найменш гідрогенізованого атома вуглецю.
3. Дегідратація спиртів (відібрання води).
Розрізняють два види дегідратації:
a)Сірнокислотний спосіб H 2 SO 4 концент.
б) Каталітичний спосіб у присутності Al 2 O 3 (при 350-400 0 С)
Легше реакцію вступають третинні спирти, далі вторинні, і ускладнюється проведення реакції з первинними.
На відміну від алканів алкени мають значну реакційну активність, що визначаються наявністю подвійного зв'язку.
1. Галогенування(Приєднання галогенів). Галогени легко приєднуються за місцем розриву подвійного зв'язку з утворенням дигалогенпохідних:
3. Гідрогалогенування (приєднання галогенводнів)
Правило Марковнікова:
У реакції приєднання галогенводню до несиметричних алкенів у звичайних умовах водень приєднується до найбільш гідрогенізованого атома вуглецю за місцем подвійного зв'язку.
Правило пояснюється з точки зору електронної теорії або теорії стійкості проміжного карбкатіону.
Відхилення реакції гідрогалогенування відбувається в присутності перекису водню Н 2 Про 2 або кисню. Порядок реакції змінюється з іонного на радикальний і приєднання проти реакції Марковникова, тобто. має зворотний порядок. Така реакція має свою назву:
Гідрогалогенування. Перекисний ефект Караш.
4. Гідратація- Приєднання води, що протікає в присутності сірчаної кислоти, з утворенням спиртів.
Окислення
а) окислення в м'яких умовах – реакція Вагнера (розведений розчин КМnО 4 за н.у.)
б) жорстке окислення, що протікає з розривом σ- і π –зв'язків, з утворенням карбонових кислотабо кетонів.
Полімеризація
n- ступінь полімеризації, n= 100 – 10 000
ДІЄНИ
Алкадієни- ациклічні ненасичені вуглеводні, У молекулах яких крім одинарних зв'язків є два подвійні зв'язки між атомами вуглецю.
Загальна формулаалкадієнів З n H 2 n-2 .
Будова. Залежно від взаємного розташуванняподвійних зв'язків розрізняють три види дієнів:
· Алкадієни з кумульованимрозташуванням подвійних зв'язків
· Алкадієни зі сполученими подвійними зв'язками
СH 2 =CH-CH=CH 2
· Алкадієни з ізольованими подвійними зв'язками
CH 2 =CH-CH 2 -CH 2 -CH=CH 2
Методи отримання.
1. Дегідрування н-бутану (двостадійний каталітичний процес).
Аналогічним способом одержують ізопрен (2-метилбутадієн-1,3).
2. Метод Лебедєва. Одержання бутадієну з етилового спирту в даному методі протікають дві реакції одночасно дегідратації та дегідрування.
3. Дегідрогалогенування.
При дії на дибромалкани спиртового розчину лугу відбувається відщеплення двох молекул галогеноводороду та утворення двох подвійних зв'язків.
Хімічні характеристики.
Властивості алкадієнів із ізольованими подвійними зв'язками мало відрізняються від звичайних алкенів. Ми зупинимося на дієнах з пов'язаними зв'язками, які мають деякі особливості.
А. Реакції приєднання. Дієни здатні приєднувати водень, галогени, галогеноводи. Особливістю приєднання до дієнів є здатність приєднувати молекули як у положення 1,2 так і в положення 1,4.
1. Гідрування.
2. Галогенування.
3. Гідрогалогенування.
Б.Реакції полімеризації.
Найважливішим властивістю дієнів є здатність полімеризуватися під впливом катіонів або вільних радикалів. Ця реакція є основою для отримання синтетичних каучуків.
Тема уроку:Алкени. Одержання, хімічні властивості та застосування алкенів.
Цілі та завдання уроку:
- розглянути конкретні хімічні властивості етилену та загальні властивостіалкенів;
- поглибити та конкретизувати поняття про?-зв'язок, про механізми хімічних реакцій;
- дати початкові уявлення про реакції полімеризації та будову полімерів;
- розібрати лабораторні та загальні промислові способи одержання алкенів;
- продовжити формування вміння працювати з підручником.
Обладнання:прилад для отримання газів, розчин КМnO 4 етиловий спирт концентрована сірчана кислота, сірники, спиртування, пісок, таблиці «Будова молекула етилену», «Основні хімічні властивості алкенів», демонстраційні зразки «Полімери».
ХІД УРОКУ
I. Організаційний момент
Ми продовжуємо вивчення гомологічного ряду алкенів. Сьогодні ми маємо розглянути способи отримання, хімічні властивості та застосування алкенів. Ми повинні охарактеризувати хімічні властивості, зумовлені подвійним зв'язком, отримати початкові уявлення про реакції полімеризації, розглянути лабораторні та промислові методиодержання алкенів.
ІІ. Активізація знань учнів
- Які вуглеводні називають алкенами?
- Які особливості їхньої будови?
- У якому гібридному стані знаходяться атоми вуглецю, що утворюють подвійний зв'язок у молекулі алкену?
Підсумок: алкени відрізняються від алканів наявністю в молекулах одного подвійного зв'язку, що зумовлює особливості хімічних властивостей алкенів, способів їх отримання та застосування.
ІІІ. Вивчення нового матеріалу
1. Способи одержання алкенів
Скласти рівняння реакцій, що підтверджують способи одержання алкенів
– крекінг алканів C 8 H 18 ––> C 4 H 8 + C 4 H 10; (Термічний крекінг при 400-700 o С)
октан бутен бутан
- дегідрування алканів C 4 H 10 -> C 4 H 8 + H 2 ; (t, Ni)
бутан бутен водень
– дегідрогалогенування галогеналканів C 4 H 9 Cl + KOH ––> C 4 H 8 + KCl + H 2 O;
хлорбутан гідроксид бутен хлорид вода
калію калію
– дегідрогалогенування дигалогеналканів 
– дегідратація спиртів С 2 Н 5 ОН ––> С 2 Н 4 + Н 2 О (при нагріванні у присутності концентрованої сірчаної кислоти)
Запам'ятайте!
При реакціях дегідрування, дегідратації, дегідрогалогенування та дегалогенування слід пам'ятати, що водень переважно відривається від менш гідрогенізованих атомів вуглецю (правило Зайцева, 1875)
2. Хімічні властивості алкенів
Характер вуглець - вуглецевий зв'язок визначає тип хімічних реакцій, в які вступають органічні речовини. Наявність у молекулах етиленових вуглеводнів подвійний вуглець – вуглецевого зв'язку зумовлює такі особливості цих сполук:
– наявність подвійного зв'язку дозволяє віднести алкени до ненасичених сполук. Перетворення їх у насичені можливе лише внаслідок реакцій приєднання, що є основною рисою хімічної поведінки олефінів;
– подвійний зв'язок є значною концентрацією електронної щільності, тому реакції приєднання носять електрофільний характер;
- подвійний зв'язок складається з одного - і одного зв'язку, який досить легко поляризується.
Рівняння реакцій, що характеризують хімічні властивості алкенів
а) Реакції приєднання
Запам'ятайте! Реакції заміщення властиві алканам і вищим циклоалканам, які мають лише одинарні зв'язки, реакції приєднання – алкенам, дієнам та алкінам, що мають подвійні та потрійні зв'язки.
Запам'ятай! Можливі наступні механізми розриву зв'язку:
а) якщо алкени та реагент – неполярні сполуки, то зв'язок розривається з утворенням вільного радикала:
H 2 C = CH 2 + H: H - -> + +
б) якщо алкен і реагент – полярні сполуки, то розрив зв'язку призводить до утворення іонів:
в) при з'єднанні за місцем розриву зв'язку реагентів, що містять у складі молекули атоми водню, водень завжди приєднується до більш гідрованого атома вуглецю (правило Морковникова, 1869).
– реакція полімеризації nCH 2 = CH 2 ––> n – CH 2 – CH 2 –– > (– CH 2 – CH 2 –)n
етен поліетилен
б) реакція окиснення
Лабораторний досвід.Отримати етилен та вивчити його властивості (інструкція на столах учнів)
Інструкція з отримання етилену та дослідів з ним
1. Помістіть у пробірку 2 мл концентрованої сірчаної кислоти, 1 мл спирту та невелику кількість піску.
2. Закрийте пробкою з газовідвідною трубкою і нагрійте в полум'ї спиртування.
3. Газ, що виділяється, пропустіть через розчин з перманганатом калію. Зверніть увагу на зміну кольору розчину.
4. Підпаліть газ у кінці газовідвідної трубки. Зверніть увагу на колір полум'я.
- Алкени горять полум'ям, що світиться. (Чому?)
C 2 H 4 + 3O 2 ––> 2CO 2 + 2H 2 O (при повному окисненніпродуктами реакції є вуглекислий газ та вода)
Якісна реакція: «м'яке окиснення (у водному розчині)»
- Алкени знебарвлюють розчин перманганату калію (реакція Вагнера)
За більш жорстких умов у кислому середовищі продуктами реакції можуть бути карбонові кислоти, наприклад (у присутності кислот):
CH 3 - CH = CH 2 + 4 [O] - -> CH 3 COOH + HCOOH
- Каталічне окислення
Запам'ятайте головне!
1. Ненасичені вуглеводні активно вступають у реакції приєднання.
2. Реакційна активність алкенів пов'язана з тим, що зв'язок під дією реагентів легко розривається.
3. В результаті приєднання відбувається перехід атомів вуглецю з sp 2 - sp 3 - гібридний стан. Продукт реакції має граничний характер.
4. При нагріванні етилену, пропілену та інших алкенів під тиск або у присутності каталізатора їх окремі молекули з'єднуються у довгі ланцюжки – полімери. Полімери (поліетилен, поліпропілен) мають велике практичне значення.
3. Застосування алкенів(повідомлення учня за наступним планом).
1 – отримання пального з високим октановим числом;
2 – пластмас;
3 – вибухових речовин;
4 – антифризів;
5 – розчинників;
6 – для прискорення дозрівання плодів;
7 – одержання ацетальдегіду;
8 – синтетичного каучуку.
ІІІ. Закріплення вивченого матеріалу
Домашнє завдання:§§ 15, 16, упр. 1, 2, 3 стор. 90, упр. 4, 5 стор. 95.
АЛКАНИ (граничні вуглеводні).
МЕТОДИ ОТРИМАННЯ АЛКАНІВ.
ПРЕДСТАВНИКИ АЛКАНІВ.
Алкени (етиленові вуглеводні).
МЕТОДИ ОТРИМАННЯ АЛКЕНІВ.
ПРЕДСТАВНИКИ АЛКЕНІВ.
АЛКІНИ (ацетиленові вуглеводні).
МЕТОДИ ОТРИМАННЯ АЛКІНІВ.
ПРЕДСТАВНИКИ АЛКІНОВ.
ЗАСТОСУВАННЯ АЛКАНІВ, АЛКЕНІВ, АЛКІНІВ.
1.1 Граничні вуглеводні (алкани).
Граничними вуглеводнями (алканами) називаються сполуки, які з атомів вуглецю і водню, з'єднаних між собою лише Q-зв'язками, і які містять циклів. В алканах атоми вуглецю перебувають у ступені гібридизації sp3.
1.2 Методи одержання алканів.
Головним природним джерелом граничних вуглеводнівє нафту, а перших членів гомологічного низки - природний газ. Однак виділення індивідуальних сполук з нафти або продуктів її крекінгу - дуже трудомістка, а часто і нездійсненна задача, тому доводиться вдаватися до синтетичних методів отримання.
1. Алкани утворюються при дії металевого натрію на моногалогенпохідні - реакція Вюрца:
НЗС-СН2-Вг + Вг-СН2-СH3 СНз-СН2-СН2-СНз + 2NaBr
Якщо взяті різні галогенпохідні, то утворюється суміш трьох різних алканів, тому що ймовірність зустрічі в реакційному комплексі молекул однакових або різних дорівнює, а реакційна здатність їх близька:
3C2H5I + 3CH3CH2CH2IС4Н10 + С5Н12 + С6Н14 + 6NaI
2. Алкани можуть бути отримані при відновленні алкенів або алкінів воднему присутності каталізаторів:
НзС-СН=СН-СНз НзС-СН2-СН2-СНз
3. Найрізноманітніші похідні алканів можуть бути відновлені за високої температури йодистоводневої кислоти:
CHBr +2HI CH2 + HBr + I2
Однак у цих випадках іноді спостерігається часткова ізомеризація вуглецевого скелета – утворюються більш розгалужені алкани.
4. Алкани можуть бути отримані при сплавленні солей карбонових кислот із лугом.Алкан, що при цьому утворюється, містить на один атом вуглецю менше, ніж вихідна карбонова кислота:
СНз-З +NaOH CH4+Na2C03
1.3 Представники алканів
Відповідно до теорії будови А. М. Бутлерова, фізичні властивості речовин залежать від їх складу та будови. Розглянемо на прикладі граничних вуглеводнів зміну фізичних властивостейу гомологічному ряду.
Чотири перші члени гомологічного ряду, починаючи з метану, газоподібні речовини. Починаючи з пентану і вище, нормальні вуглеводні є рідиною. Метан згущується в рідину лише за -162 °С. У наступних членів низки температура кипіння зростає, причому при переході до наступного гомолог вона зростає приблизно на 25 °.
Щільність вуглеводнів при температурі кипіння для нижніх членів ряду збільшується спочатку швидко, а потім все повільніше: від 0,416 у метану до величини, трохи більшої за 0,78. Температура плавлення нормальних вуглеводнів у гомологічному ряду збільшується повільно. Починаючи з вуглеводню С16Н34, вищі гомологи за нормальної температури - речовини тверді.
Температура кипіння у всіх розгалужених алканів нижче, ніж у нормальних алканів, і тим нижче, що більш розгалужений вуглецевий ланцюг молекули. Це видно, наприклад, порівняння температур кипіння трьох ізомерних пентанів. Навпаки, температура плавлення виявляється найвищою у ізомерів з максимально розгалуженим вуглецевим ланцюгом. Так, із усіх ізомерних октанів лише гекса-метилетап (СН3)3С-С (СНз)3 є твердою речовиноювже за нормальної температури (т. пл. 104° З). Ці закономірності пояснюються такими причинами.
Перетворенню рідини на газ перешкоджають ван-дер-ваальсові сили взаємодії між атомами окремих молекул. Тому що більше атомів у молекулі, то вище температура кипіння речовини, отже, в гомологічному ряду температура кипіння має рівномірно зростати. Якщо порівняти сили взаємодії молекул н-пентану і неопентану, то ясно, що ці сили більше для молекули з нормальним ланцюгом вуглецевих атомів, ніж для розгалужених, тому що в молекулі неопентана центральний атомвзагалі виключений із взаємодії.
Головним фактором, що впливає на температуру плавлення речовини, є щільність упаковки молекули кристалічні грати. Чим симетричніша молекула, тим щільніша її упаковка в кристалі і тим вища температура плавлення (у н-пентану -132 ° C, у неопентана -20 ° С)
2.1 Алкени (етиленові вуглеводні, олефіни)
Вуглеводні, в молекулі яких крім простих Q-зв'язків вуглець - вуглець та вуглець - водень є вуглець-вуглецеві
Зв'язки, називаються ненасиченими.Так як утворення -зв'язку формально еквівалентно втраті молекулою двох атомів водню, то ненасичені вуглеводні містять на 2патомів йороду менше, ніж граничні, де n число - зв'язків
С6H14 C6H12C6H10C6H8C6H6
Ряд, члени якого відрізняються один від одного на (2Н)n, називається ізологічним рядом.Так, у наведеній вище схемі ізологами є гексан, гексани, гексадієни, гексини, гексатрієни та бензол.
Вуглеводні, що містять одну - зв'язок (тобто подвійний зв'язок), називаються алкенами (олефінами)або, за першим членом ряду - етилену, етиленовими вуглеводнями.Загальна формула їхнього гомологічного ряду - CnH2n
2.2 Методи одержання алкенів
При дії спиртових розчинів їдких лугів на галогенпохідні:
відщеплюється галогенводень і утворюється подвійний зв'язок:
H3C-CH2-CH2BrH3C-CH=CH2+NaBr+H2O
Бромистий пропил Пропілен
Якщо в α-положенні до атома вуглецю, пов'язаного з галогеном, знаходиться третинний, вторинний та первинний атоми водню, то переважно відщеплюється третинний атом водню, меншою мірою вторинний і тим більше первинний (Правило Зайцева):
H3C-C-CI H3C-C + KCL + H2O
2,3-Диметил-3-хлорпентан 2,3-Диметелпентен-2
Це з термодинамічної стійкістю алке-нов, що утворюються. Чим більше замісників має алкен у вінільних атомів вуглецю, тим вища його стійкість.
2. Дією на спирти водовіднімних засобів:
а) при пропущенні спиртів над окисом алюмінію при 300-400°.
НзС-СН-СН2.-СНзНзС-СН=СН-СНз
Бутиловий спирт
б) при дії на спирти сірчаної кислоти в м'яких умовах реакція проходить через проміжне утворення ефірів сірчаної кислоти:
НзС-СН-СНз НзС-СН-СН3 H3C-CH=CH2
ізопропнлопип спирт
При дегідратації спиртів у жорстких умовах у кислих середовищах спостерігається та сама закономірність у відщепленні водневих атомів різного типуяк і при відщепленні галогенводню.
Першою стадією цього процесу є протонування спирту, після чого відщеплюється молекула води та утворюється карбкатіон:
СНз-СН2-СН-СНз + H CH3-CH2-CH-CH3 CH3-CH-CH-
CH3CH3-CH-CH-CH3CH3-CH=CH-CH3
Каркарбкатіон, що утворився, стабілізується викидом протона з сусіднього положення з утворенням подвійного зв'язку (β-елімінування). У цьому випадку теж утворюється найбільш розгалужений алкен (термодинамічно більш стійкі). При цьому процесі часто спостерігаються перегрупування карбкатіонів, пов'язані з ізомеризацією вуглецевого скелета:
CH3 C-CH - CH3 CH3 C-CH-CH3
3. При дії Zn або Mg на дигалогенпохідні з двома
атомами галогену у сусідніх атомів вуглецю:
H3C - C CH2CIH3C - C - CH2+MgCI2
1,2-дихлор-2-метал-ізобутилен
4. Гідрування ацетиленових вуглеводнів над каталізаторами
зі зниженою активністю (Fe або "отруєні", тобто оброблені серусодержащими сполуками для зниження каталітичної активності, Pt і Pd):
НСС-СН(СНз)2Н2С=СН-СН(СНз)2
2.3 Представники алкенів.
Як і алкаї, нижчі гомологи ряду найпростіших алкенів за звичайних умов - гази, а починаючи з С5 - низькокиплячі рідини (див. табл.).
|
Назва |
||||
|
0,5660 (при -102 ° С) |
||||
|
Пропілен |
0,6090 (при -47"С) |
|||
|
СНзСНзСН=СН2 СНз-СН=СН-СНз |
(цис) Бутен-1 |
0,6696 (при -5° С) 0,6352 (при О°С) |
||
|
СНз-СН = СН-СНз |
(Транс)-Бутеп-2 |
0,6361 (при 0°С) |
||
|
(СНз)ЗС=СН2 |
Іеобутилен |
0,6407 (при 0°С) |
||
Всі алкени, як і алкани, практично нерозчинні у воді і добре розчиняються в інших органічних розчинниках, за винятком метилового спирту; всі вони мають меншу густину, ніж вода.
3.1 АЛКІНИ (ацетиленові вуглеводні)
Алкінами називаються вуглеводні, що містять окрім Q-зв'язків дві
Зв'язки (потрійний зв'язок) в однієї пари вуглецевих атомів. Загальна формула гомологічного ряду ацетиленових вуглеводнів СnН2n-2утворення одного зв'язку формально еквівалентно втраті двох атомів водню.
Різними фізичними методамидоведено, що ацетилен C2H2 - I найпростіший представник гомологічного ряду алкінів - має лінійну молекулу, в якій довжина вуглець-вуглецевий потрійний зв'язок дорівнює 1,20 А, а довжина зв'язків вуглець-водень 1,06 A.
Зв'язки С-Н в ацетилені відносяться до Q-зв'язків, утворених шляхом перекривання s-орбіталі водню з гібридизованою sp-орбіталлю вуглецю; в молекулі є один вуглець-вуглецевий а-зв'язок (утворений перекриттям двох гібридизованих sp-орбі-талей вуглецю) і два вуглець-вуглецеві зв'язку - результат перекривання двох взаємно перпендикулярних пар "чистих" p-орбіталей (рі Р)сусідні атоми вуглецю. Валентні кути в ацетилені на підставі цієї моделі дорівнюють 180° і молекула має лінійну конформацію, що унеможливлює цис-транс-ізомерію при потрійному зв'язку.
3.2Методи отримання алкінів.
Найбільш загальним способом отримання ацетиленових вуглеводнів є дія спиртового розчину лугів на дигалогенпроіз-водні граничних вуглеводнів з віцинальним (а) або гемінальним (б) розташуванням атомів галогену
б) СНз-СН2-СНСl2 -> СHз-ССН+2ІСl
CH3-CH2-CCl2-CH3 -> СНз-С С-СНз + 2НС1
Так як віцинальні дигалогенпохідні зазвичай отримують приєднанням галогенів до етиленових вуглеводнів, то реакцію (а) можна розглядати як реакцію перетворення етиленових вуглеводнів на ацетиленові.
Гемінальні дигалогенпохідні (обидва атоми галогену в одного атома вуглецю) є похідними кетонів або альдегідів і, отже, за допомогою реакцій (б) можна здійснити перехід від карбонільних сполукдо алкінів. При відщепленні галогенводнів діє вже відоме правило Зайцева, що водень відщеплюється від вуглецевого атома, що містить меншу кількість атомів водню.
Ацетилен можна отримувати безпосередньо при високотемпературному крекінгу (термічному або електротермічному) метану або більше складних вуглеводнів:
2СН4Н-СС-Н + ЗН2
3.3 Представники алкінів.
Як у алканів та алкенів, нижчі члени гомологічного ряду алкінів у звичайних умовах – газоподібні речовини. Дані таблиці. 22 показують, що основні фізико-хімічні характеристики вуглеводнів розглянутих класів мало відрізняються один від одного (див. таблицю).
|
Назва |
Т кіп., °С |
|||
|
HCC- CH2CH3 СНзСCСНз |
Ацетилен Пропін |
(воз,-23) 9 |
0,6200 (при -84 ° С) 0,6785 (при -27 ° С) 0; 669б (при -10 ° С) 0,6880 (при 25 ° С) |
|
4. ЗАСТОСУВАННЯ АЛКАНІВ, АЛКІНІВ, АЛКЕНІВ
Алкени разом з алканами, ацетиленом та ароматичними вуглеводнямиє одним із головних сировинних джерел промисловості важкого (багатотонного) органічного синтезу.
Етилен у величезних кількостях використовується для переробки в поліетилен та етиловий спирт, він йде на переробку в етилен-гліколь і використовується в теплицях для прискорення визрівання плодів.
Пропілен переробляється на поліпропілен, ацетон, ізопропіловий спирт.
Ацетилен грає винятково важливу роль у промисловості. Його світове виробництво сягає кількох мільйонів тонн. Величезна кількість ацетилену використовується для зварювання металів при його горінні.
в кисні температура досягає 2800 ° С. Це значно вища температура, ніж при згорянні водню в кисні, не кажучи вже про згоряння метану. Причина цього у значно меншій теплоємності СО2 у порівнянні з Н2О, якою утворюється більше при згорянні алканів, ніж алкінів:
2СзН6 + 7O2 -> 4СО2 + 6Н2О
2С2 Н2 + 5O2 -> 4СО2 + ЗН2О
Неприємний запах ацетилену, одержуваного з карбіду, обумовлений домішками PH3 і AsH3, чистий ацетилен пахне, як і нижчі вуглеводні (бензин). Ацетилен та його суміші з повітрям вкрай вибухові; ацетилен зберігають і транспортують у балонах у вигляді ацетонових розчинів, що просочують пористі матеріали.
НАФТА ТА ЇЇ ПЕРЕРОБКА
Склад нафти.
Головним природним джерелом граничних вуглеводнів є нафту. Склад нафти відрізняється залежно від родовища, проте всі нафти при простій перегонці зазвичай поділяються на такі фракції: газова фракція, бензин, реактивне паливо, гас, дизельне паливо, парафін, нафтовий гудрон.
Газова фракція
(т. кип. до 40◦C) містить нормальні та розгалужені алкани до С, в основному пропан та бутани. Природний газз газових родовищ складається в основному з метану та етану.
Бензин авіаційний
(Т. Кіп. 40-180 ° С) містить вуглеводні С6 - С10 У бензині виявлено більше 100 індивідуальних сполук, до числа яких входять нормальні та розгалужені алкани, циклоалкани та алкілбензоли (арени).
Реактивне паливо
(Т. Кіп. 150-280 ° С).
Гас тракторний
(Т, кип. 110-300 ° С) містить вуглеводні С7-С14.
Дизельне паливо
(Т. Кіп. 200-330 ° С), до складу якого входять вуглеводні C13 - C18, у великих масштабах піддається крекінгу, перетворюючись на алкани (і алкени) з меншою молекулярною масою (див. нижче).
Мастильні олії
(Т. Кіп. 340-400 ° С) містять вуглеводні C18 - C25.
Парафін нафтовий
(Т. Кіп. 320-500 ° С), до його складу входять вуглеводні С26-С38, з яких виділяють вазелін. Залишок після перегонки зазвичай називають асфальтомабо гудроном.
Крім вуглеводнів самих різних класіву нафті містяться кисневі, сірчисті та азотовмісні речовини; іноді їх сумарний зміст сягає кількох відсотків.
В даний час найбільш визнаною є теорія органічного походження нафти як продукту перетворення рослинних та тваринних залишків. Це підтверджується тим, що в зразках нафт були знайдені залишки порфіринів, стероїди рослинного і тваринного походження і так званий "хемофоссилій" - найрізноманітніші фрагменти, що містяться в планктоні.
Хоча загальновизнано, що нафта є найбільш цінним природним джерелом хімічної сировини, досі основна кількість нафти та нафтопродуктів згоряє у двигунах внутрішнього згоряння (бензин), дизелях та реактивних двигунах (гас).
Моторне паливо. Октанове число.
Бензини різного походження по-різному поводяться у двигунах внутрішнього згоряння.
Прагнучи максимального підвищення потужності двигуна при малих габаритах і масі, намагаються збільшити ступінь стиснення горючої суміші в циліндрі. Однак у швидкохідних чотиритактних двигунах, що працюють із примусовим запаленням, при цьому іноді відбувається передчасне займання суміші - детонація.Це знижує потужність двигуна і прискорює його знос. Це пов'язане зі складом рідкого палива, так як вуглеводні різної будови при використанні їх як моторне паливо поводяться по-різному. Найгірші показники – у парафінів нормальної будови.
За стандарт палива з великою здатністю до детонації прийнято нормальний гептан. Чим більше розгалужене вуглецеве коло парафінового вуглеводню, тим краще протікає згоряння його в циліндрі і тим більше стиснення горючої суміші можна досягти. Як стандарт моторного палива прийнятий 2, 2, 4-триметилпентан (який зазвичай називають ізооктаном) з хорошими антидетонаційними властивостями. Складаючи в різних пропорціях суміші цього октану з я-гептапом, порівнюють їхню поведінку в моторі з поведінкою випробуваного бензину. Якщо суміш, що містить 70% ізооктану, поводиться так само, як досліджуваний бензин, то кажуть, що останній має октанове число 70 (октанове число ізооктану прийнято за 100; октанове число н-Гептана прийнято рівним нулю).
Одним із шляхів підвищення детонаційної стійкості палив для двигунів із запаленням від іскри є застосування. антидетонаторів.
Антидетонатори - це речовини, які додають до бензинів (не більше 0,5%) для покращення аптидеопацнонних властивостей. Досить ефективним антидетонатором є тетраетилсвинець(ТЕС) РЬ (C2H5)4
Проте бензин із ТЕС та продукти його згоряння дуже токсичні. В даний час знайдені нові антидетонатори на основі марганець-органічних сполук типу циклопентадієіклпснтакарбонілмарганцю С5Н5Мn (СО)5: вони менш токсичні і мають кращі антидетонаційні властивості. Додавання цих антидетонаторів до добрих сортів бензину дозволяє отримувати паливо з октановим числом до 135.
Для ракетних і дизельних двигунів, навпаки, найбільш цінні палива з нормальним ланцюгом вуглецевих атомів, що мають найнижчу температуру займання. Цю характеристику прийнято
оцінювати в цетанових числах.Цетанове число 100 має вуглеводень н-Сц, Нд4, а цетапове число 0 - 1-метилнафталін.
Синтез вуглеводнів
з CO+H2.Пропускаючи над дрібно роздробленим нікелем суміш окису вуглецю (II) і водню при 250 ° С, можна одержатиметан:
СО+ЗН2СН4+Н2О
Якщо цю реакцію проводити при тиску 100-200 атм і температурі до 400°С, виходить суміш, що складається головним чином з кисневмісних продуктів, серед яких переважають спирти; суміш ця була названа счшполом.
При застосуванні залізо-кобальтових каталізаторів та температурі 200° Зутворюється суміш алканів - синтін.
nСО + (2n + 1) Н2 СnН2n + 2 + H2О
Синтин та синтол є продуктами багатотоннажного органічного синтезу і широко використовуються як сировина для багатьох хімічних виробництв.
Клатрати.
Синтин та бензинові фракції нафти складаються із сумішей вуглеводнів нормальної будови та з розгалуженими ланцюгами. Нещодавно було знайдено ефективний метод поділу органічних сполук з нормальними ланцюгами та розгалужених, який отримав у загальному випадку назву методу клатратного поділу.Для поділу вуглеводнів була використана сечовина. Кристали сечовини побудовані в такий спосіб, що всередині кристалів є вузькі шестигранні канали. Діаметр цих каналів такий, що всередину їх може пройти та затриматись за рахунок адсорбційних силтільки вуглеводень нормальної будови. Тому при обробці суміші органічних сполук сечовиною (або деякими іншими сполуками) речовини з нормальним ланцюгом вуглецевих атомів кристалізуються разом із нею у вигляді комплексів. Цей метод має, безумовно, дуже велике майбутнє – коли буде знайдено більшу кількість ефективних клатратоутворювачів.
3. Отримання алкенів
Серед великої кількості методів отримання алкенів необхідно виділити три найбільш загальні способи створення подвійний вуглець-вуглецевий зв'язок. Один з них ґрунтується на елімінуванні двох груп від віцинальних (сусідних) атомів вуглецю насиченої сполуки. Інший спосіб синтезу алкенів полягає в стереоселективному або стереоспецифічному відновленні потрійний вуглець-вуглецевий зв'язок в алкінах до подвійного зв'язку цис- або транс-Конфігурації. Третій спосіб створення подвійний вуглець-вуглецевий зв'язок заснований на численних реакціях карбоніл-метиленової конденсації карбонільних сполук зі сполуками з "активною метиленової групою". У цій методичній розробці наводиться лише коротке зведення основних методів синтезу алкенів.
1.Дегідрогалогенування алкілгалогенідів
Наприклад:
2.Дегідратація спиртів
Наприклад:
3.Дегалогенування віцинальних дигалогенідів
Наприклад:
4.Термічне розкладання гідроксидів тетраалкіламонію за А. Гофманом
Наприклад:
5.Дегідрування алканів
Наприклад:
Ця реакція має практичне значення лише для промислового отримання нижчих алкенів: етилену з етану, пропілену з пропану, бутенів з н-бутану, а також із газоподібних продуктів термічного крекінгу.
6.Стереоселективне відновлення алкінів до цис- І транс-алкенів
*Каталізатор Ліндлара - це паладій, адсорбований на нейтральному носії BaSO 4 або CaCO 3 дезактивований хіноліном
Наприклад:
*Каталізатор P-2-Ni - це Ni(OAc) 2; NaBH 4; C 2 H 5 OH; NH 2 CH 2 CH 2 NH 2 колоїдний нікель, отриманий відновленням діацетату нікелю боргідридом натрію в системі етанол-етилендіамін. Етилендіамін перешкоджає подальшому гідруванню подвійного зв'язку
Наприклад:
Наприклад:
7.Моногідроборування алкінів з подальшим розкладанням утворюються вінілборанів оцтовою кислотою(Докладно про цей двостадійний метод відновлення алкінів до алкенів можна прочитати в розділі