Предельные углеводороды алканы (стр. 2 из 2)
· формальдегид: СН4 + О2 = СН2О + Н2O
· муравьиная кислота: СН4 + О2 = НСООН
Термические превращения алканов
Разложение
Реакции разложения происходят лишь под влиянием больших температур. Повышение температуры приводит к разрыву углеродной связи и образованию свободных радикалов.
Примеры:
CH4 → C + 2H2(t > 1000 °C)
C2H6 → 2C + 3H2
Крекинг
При нагревании выше 500 °C алканы подвергаются пиролитическому разложению с образованием сложной смеси продуктов, состав и соотношение которых зависят от температуры и времени реакции. При пиролизе происходит расщепление углерод-углеродных связей с образованием алкильных радикалов.
В 1930—1950 гг. пиролиз высших алканов использовался в промышленности для получения сложной смеси алканов и алкенов, содержащих от пяти до десяти атомов углерода. Он получил название «термический крекинг». С помощью термического крекинга удавалось увеличить количество бензиновой фракции за счёт расщепления алканов, содержащихся в керосиновой фракции (10-15 атомов углерода в углеродном скелете) и фракции солярового масла (12-20 атомов углерода). Однако октановое число бензина, полученного при термическом крекинге, не превышает 65, что не удовлетворяет требованиям условий эксплуатации современных двигателей внутреннего сгорания.
В настоящее время термический крекинг полностью вытеснен в промышленности каталитическим крекингом, который проводят в газовой фазе при более низких температурах — 400—450 °C и низком давлении — 10-15 атм на алюмосиликатном катализаторе, который непрерывно регенерируется сжиганием образующегося на нём кокса в токе воздуха. При каталитическом крекинге в полученном бензине резко возрастает содержание алканов с разветвлённой структурой.
Для метана:
CH4 → С + 2H2 — при 1000 °C
Частичный крекинг:
2CH4 → C2H2 + 3H2 — при 1500 °C
Дегидрирование
Образование:
1)В углеродном скелете 2 (этан) или 3 (пропан) атома углерода — получение (терминальных) алкенов, так как других в данном случае не может получиться; выделение водорода:
Условия протекания: 400—600 °C, катализаторы — Pt, Ni, Al2O3, Cr2O3
а)CH3-CH3 → CH2=CH2 + H2 (этан → этен)
б)CH3-CH2-CH3 → CH2=CH-CH3 + H2 (пропан → пропен)
2)В углеродном скелете 4 (бутан, изобутан) или 5 (пентан, 2-метилбутан, неопентан) атомов углерода — получение алкадиенов; выделение водорода:
в)CH3-CH2-CH2-CH3 → CH2=CH-CH=CH2 + H2 (бутан → бутадиен-1,3)
в')CH3-CH2-CH2-CH3 → CH2=C=CH-CH3 + H2 (бутан → бутадиен-1,2)
3) В углеродном скелете 6 (гексан) и более атомов углерода — получение бензола и его производных:
г) CH3-CH2-CH2-CH2CH2-CH2-CH2-CH3 (октан) → П.-ксилол, параллельно М.-ксилол, параллельно этилбензол + 3H2
Изомеризация
Под действием катализатора (например, AlCl3) происходит изомеризация алкана: например, бутан (C4H10), взаимодействуя с хлоридом алюминия (AlCl3), превращается из н-бутана в 2-метилпропан.
Конверсия метана
В присутствии никелевого катализатора протекает реакция:
CH4 + H2O → CO + H2
Продукт этой реакции (смесь CO и H2) называется «синтез-газом».
Получение
Главным источником алканов (а также других углеводородов) являются нефть и природный газ, которые обычно встречаются совместно.
Восстановление галогенпроизводных алканов
При каталитическом гидрировании в присутствии палладия галогеналканы превращаются в алканы:
R—CH2Cl + H2 → R—CH3 + HCl
Восстановление йодалканов происходит при нагревании последних с йодоводородной кислотой:
R—CH2I + HI → R—CH3 + I2
Для восстановления галогеналканов пригодны также амальгама натрия, гидриды металлов, натрий в спирте, цинк в соляной кислоте или цинк в спирте
Восстановление спиртов
Восстановление спиртов приводит к образованию углеводородов, содержащих то же количество атомов С. Так, например, проходит реакция восстановления бутанола (C4H9OH), проходящую в присутствии LiAlH4. При этом выделяется вода.
H3C—CH2—CH2—CH2OH → H3C—CH2—CH2—CH3 + H2O
Восстановление карбонильных соединений
Реакция Кижнера—Вольфа:
Реакцию проводят в избытке гидразина в высококипящем растворителе в присутствии KOH.
Реакция Клемменсена:
Гидрирование непредельных углеводородов
· Из алкенов
CnH2n + H2 → CnH2n+2
· Из алкинов
CnH2n-2 + 2H2 → CnH2n+2
Катализатором реакции являются соединения никеля, платины или палладия.
Синтез Кольбе
При электролизе солей карбоновых кислот, анион кислоты — RCOO− перемещается к аноду, и там, отдавая электрон превращается в неустойчивый радикал RCOO•, который сразу декарбоксилируется. Радикал R• стабилизируется путем сдваивания с подобным радикалом, и образуется R—R. Например:
2CH3COO− − 2e → 2[CH3COO•] → 2CH3• → C2H6
2C3H7COOK → {электролиз} → C6H14
Газификация твердого топлива
Проходит при повышенной температуре и давлении. Катализатор — Ni:
C+2H2 → CH4
Реакция Вюрца
2R—Br + 2Na = R—R + 2NaBr
Реакция идёт в ТГФ при температуре −80 °C. При взаимодействии R и R` возможно образование смеси продуктов (R—R, R`—R`, R—R`)
Синтез Фишера — Тропша
nCO + (2n+1)H2 → CnH2n+2 + nH2O
Список использованной литературы
· Активация и каталитические реакции алканов / Пер. с англ.; под ред. К. Хилла. — М.: Мир, 1992.
· Петров Ал. А.Химия алканов
· Пэрэушану В. Производство и использование углеводородов. — М.: Химия, 1987.
· Рудаков Е. С. Реакции алканов с окислителями, металлокомплексами и радикалами в растворах. — Киев: Наукова думка, 1985.
· Хейнс А. Методы окисления органических соединений. Алканы, алкены, алкины и арены. — М.: Мир, 1988.