Насыщенные (предельные) ациклические соединения (алканы) (стр. 2 из 3)

СН3 СН3

ïï

СН3—С—СН2—СН—СН3 СН3—СН2—СН2—СН2—СН2—СН2—СН3

½ н-гептан

СН3 изооктан

Из изооктана и н-гептана готовят стандартные смеси, с детонационными свойствами которых сравнивают детонационные свойства различных горючих (бензинов и т.п.). Последние характеризуют так называемым октановым числом (о.ч.). Например, если о.ч. горючего равно 85, это значит, что оно по детонационным свойствам подобно смеси, содержащей 85% изооктана и 15% н-гептана. Высококачественное горючее для авиационных и автомобильных моторов должно иметь о.ч. выше 90. Иначе говоря, высококачественные бензины должны быть богаты углеводородами с разветвленной углеродной цепью. Антидетонационные свойства бензинов могут быть повышены добавлением к ним различных веществ (антидетонаторов), например тетраэтилсвинец (С2Н5)4Pb.

Цетановое число

Совершенно иные требования предъявляются к дизельному топливу. В этом случае горючее впрыскивается в камеру с нагретым до нескольких сот градусов (за счет адиабатического сжатия) воздухом и должно сгореть со взрывом. Поэтому здесь "способность к воспламенению" играет большую роль. Идеальным топливом для дизелей является н–цетан (С16Н34 – н-гексадекан) с цетановым числом 100; эталоном наиболее плохого дизельного топлива является b-метилнафталин (цетановое число 0). В качестве дизельного горючего особенно пригодны средние фракции парафиновых нефтей, кипящие

между 230 о и 290 оС. Фракции с цетановым числом ниже 45 для этих целей непригодны. Для повышения способности дизельных масел к воспламенению к ним добавляют органические нитросоединения в качестве так называемых ускорителей зажигания.

СН3 b-метилнафталин (эталон вещества с наиболее плохой

способностью к воспламенению)

Способы получения насыщенных углеводородов

Каждый класс органических веществ, в том числе предельные углеводороды, характеризуется рядом общих методов синтеза. Последние позволяют судить о связи соединений данного класса с веществом других классов и о путях их взаимных превращений. Кроме того, синтез веществ из других соединений, строение которых известно, служит одним из лучших способов доказательства строения этого вещества.

Синтез из насыщенных углеводородов

Состав насыщенных углеводородов, содержащих, например, двойную или тройную связи, выражается общими эмпирическими формулами: СnH2n или СnH2n-2: т.е. они отличаются от предельных углеводородов по содержанию водорода. Для получения предельных углеводородов непредельные подвергают воздействию водорода (реакция гидрирования) в присутствии катализаторов (Ni, Pd, Pt):

+ H + 2H

CnH2n ¾® CnH2n+2 ¬¾ CnH2n-2

кат-р кат-р

углеводород с двойной предельный углеводород с тройной

связью углеводород связью

Таким образом, например, из этилена или ацетилена может быть получен этан.

Восстановление галогенпроизводных

При замещении атомов галогенов в молекулах насыщенных галогенпроизводных на водород образуются насыщенные углеводороды. Наиболее удобно действие водорода в момент выделения1 или иодистоводородной кислотой на иодпроизводные:

+2Н

R—I ¾® RH + HI

иодпроизводное углеводород

углеводорода

+HJ

R—I ¾® RH + I2

иодпроизводное углеодород

углеводорода

Например: CH3—CH2I + 2H ¾® CH3—CH3 + HI

иодистыйэтилэтан

CH3—CH—CH2—CH3 + HI ¾® CH3—CH2—CH2—CH3 + I2

вторичный иодистый бутил

По этому способу получаются углеводороды с тем же числом углеродных атомов, какое было в исходном иодпроизводном.

Получение из органических кислот

Органические кислоты в различных условиях могут разлагаться с образованием предельного углеводорода по общей схеме

R—C ¾® RH + CO2

кислота OH углеводород

Реакцию удобно вести, если брать соли кислот и сплавлять их с твердыми щелочами. Например:

О t

CH3—C—ONa + Na—O—H ¾® CH4 + Na2CO3

уксуснокслый натрий

Этот метод приводит к образованию углеводородов с меньшим числом углеродных атомов, чем в исходном соединении

Синтез более сложных углеводородов из галогенпроизводных с меньшим числом атомов углерода (синтез Вюрца)

Данный метод заключается в получении углеводородов из галогенпроизводных при действии на них металлического натрия. Реакция протекает при нагревании по схеме: t

R—I + 2Na + I—R ¾® R—R + 2NaI

иодпроизводное иодпроизводное углеводород

В результате получается углеводород, содержащий большее число углеродных атомов, чем исходное галогенпроизводное.

Например: CH3—I + 2Na + I—CH3 ¾® CH3—CH3 + 2NaJ

иодистый метил иодистый метил этан

Таким образом, беря в качестве исходных веществ соответствующие галогенпроизводные, можно получить любой углеводород заданного строения и тем самым подтвердить это строение. Допустим требуется получить один из изомерных пентанов - 2-метилбутан: CH3—CH—CH2—CH3

CH3

Очевидно, что наиболее простым и удобным для синтеза этого углеводорода исходными галогенпроизводными будут 2-иодпропан (иодистый изопропил) и иодэтан (иодистый этил); действуя на их смесь металлическим натрием, получают заданный углеводород:

CH3 CH3

½½

CH3—CH—J + 2Na + J—CH2—CH3 ¾® CH3—CH—CH2—CH3 + 2NaJ

иодистый изопропил иодистый этил 2-метилбутан

Однако нетрудно понять, что когда в реакцию вводят смесь двух галогенпроизводных, эта реакция будет протекать еще по двум направлениям, т.к. молекулы каждого из галогенпроизводных могут реагировать попарно друг с другом, а именно:

CH3 CH3 CH3 CH3

½½½½

CH3—CH—J + 2Na + J—CH—CH3 ¾® CH3—CH—CH—CH3 + 2NaJ

иодистыйпропилиодистыйпропил 2,3-диметилбутан

CH3—CH2—J + 2Na + J—CH2—CH3 ¾® CH3—CH2—CH2—CH3 + 2NaJ

иодистый этил иодитый этил бутан

Таким образом, из смеси двух галогенпроизводных по реакции Вюрца образуется смесь трех углеводородов, которая может разделен на составляющие соединения (обычно при помощи дробной перегонки).

Синтез углеводородов из окиси углерода и водорода

При пропускании смеси окиси углерода (СО) и водорода (Н2) над нагретым до 2000С катализатором, содержащим восстановленное железо, образуются смеси преимущественно предельных углеводородов:

2nCO + (n+1)H2 ¾® CnH2n+2 + nCO2

Процесс имеет большое практическое значение, т.к. полученные смеси углеводородов представляют собой синтетически бензин. Исходным продуктом для синтеза могут служить получаемые различными методами смеси СО и Н2. Смесью этих газов является, например, синтез газ, получаемый из природных газов, содержащих метан, или водяной газ, образующийся при пропускании водяного пара на раскаленным углем.

Получение насыщенных углеводородов (алканов) из природных продуктов

Природными источниками предельных углеводородов служат разнообразные продукты, из которых наиболее важны природные горючие газы, нефть и горный воск.

Природные горючие газы представляют собой смеси газообразных углеводородов; они содержатся земной коре, образуя иногда огромные газовые месторождения. Кроме того, горючие газы сопутствуют нефти (природный нефтяной газ) и часто в больших количествах выделяются из скважин в процессе нефтедобычи (попутный нефтяной газ). Главная составная часть природных газов – метан. Нефтяной газ наряду с метаном содержит этан, пропан, бутан и изобутан. Содержание углеводородов неодинаково для газов различных месторождений. Иногда в нефтяном газе содержится и значительное количество паров низкокипящих углеводородов, входящих в состав бензинов; поэтому он может служить источником легких бензиновых фракций.

Природные газы – дешевое и эффективное топливо, используемо как в промышленности, так и в быту. Кроме того, они служат ценным химическим сырьем. Особенно перспективно в этом отношении использование попутного нефтяного газа: содержащиеся в нем углеводы являются исходными веществами для получения синтетического каучука, пластических масс и других синтетических материалов.

Нефть и ее переработка

Нефть – природное ископаемое, представляющее собой сложную смесь органических веществ, главным образом углеводородов. Она является ценнейшим продуктом, с использованием ее связаны самые разнообразные отрасли хозяйства. Состав нефти неодинаков в различных месторождениях. Некоторые нефти содержат значительные количества ароматических углеводородов.

Нефть содержит как жидкие, так и растворенные в ней твердые и в некотором количестве газообразные углеводороды. При большом содержании последних нефть иногда под давлением газов фонтанирует из буровых скважин.

Нефть – эффективное и дешевое топливо. Кроме того, она является наиболее ценным химическим сырьем, на основе которого получают синтетический каучук, пластмассы и т.д.

Путем перегонки из нефти получают продукты различного назначения. Главный способ переработки нефти – фракционирование (перегонка), при котором (после предварительного удаления газов) выделяют следующие основные нефтепродукты: