4. Взаимное влияние атомов в молекулах органических соединений. Электронные эффекты. Индуктивный эффект.

Реакционная способность органических соединений определяется – смещением электронной плотности в простых связях; – смещением электронной плотности в кратных связях.

Электронные эффекты — смещение электронной плотности в молекуле, ионе или радикале под влиянием заместителей. Заместителем считается любой атом (кроме водорода) или группа атомов, связанные с атомом углерода.

Различают индуктивный (I) и мезомерный (M) эффекты заместителей.

Индуктивный (индукционный) эффект – передача электронного влияния заместителя вдоль цепи σ-связей, которая возникает в силу различной электроотрицательности атомов.

Индуктивный эффект обозначается буквой I, а смешение электронной плотности изображают с помошью стрелки вдоль простой σ-связи, острие которой указывает на направление смещения.

По направлению электронного влияния заместителей различают положительный +I и отрицательный –I индуктивный эффект.

Отрицательный индуктивный эффект проявляют заместители, притягивающие электроны о-связи, например: –NO3 –C≡N, –СООН, –Hal, –ОН,

5. Алканы. Гомологический ряд. Изомерия. Номенклатура. Конформации алканов.

Алканы – насыщенные (предельные) углеводороды. Представителем этого класса является метан (СН4). Все последующие предельные углеводороды отличаются на СН2 – группу, которая называется гомологической группой, а соединения – гомологами.

Общая формула – СnH2n+2.

Каждый атом углерода находится в sp3 – гибридизации, образует 4 σ- связи (1 С-С и 3 С-Н). Форма молекулы в виде тетраэдра с углом 109,5°

6. Природные источники углеводородов. Физические свойства алканов. Получение алканов. Роль «Органической химии» в развитии науки, техники, изучении и применении углеводородов. Перспективные методы исследования углеводородов. Методы выделения и очистки органических веществ. Методы выделения, очистки и идентификации органических веществ. Определение констант чистого органического вещества. Хроматографические методы определения чистоты и разделения органических соединений.

   Основными источниками углеводородов являются природный и попутные нефтяные газы, нефть и уголь.

   Физические свойства алканов. В нормальных условиях – С₁-С₄ – газы, С₅-С₁₇ – жидкости, а углеводороды с количеством атомов углерода больше 18 – твердые вещества.

С ростом цепи повышается температура кипения и плавления. Разветвленные алканы имеют более низкие температуры кипения, чем нормальные. Алканы нерастворимы в воде, но хорошо растворяются в неполярных органических растворителях. Легко смешиваются друг с другом.

Высушивание

Под высушиванием понимают процесс освобождения вещества в любом агрегатном состоянии от примесей какой-либо жидкости, чаще всего воды, как растворителя.

Высушивание жидкостей проводят, используя вещества, способные поглощать воду – осушители. При этом осушители не должны взаимодействовать с осушаемым веществом и растворителем, растворяться в них, а также вызывать окисление, полимеризацию или другие нежелательные процессы. Осушитель должен быть максимально эффективным, т. е. обеспечивать наиболее быстрое и полное удаление из системы жидких примесей.

Возгонка заключается в испарении вещества при нагревании ниже его температуры плавления с последующей конденсацией паров на охлажденной поверхности. Очистка твердого вещества возгонкой возможна только в том случае, если давление его паров выше, чем давление паров примесей. Когда давление паров твердого вещества соответствует приложенному давлению, получают наилучшие результаты. Например, стильбен возгоняют при температуре 100°С и давлении 20 мм рт. ст.

Перегонка является наиболее важным широко используемым методом очистки органических жидкостей и разделения жидких смесей. Этот метод заключается в нагревании жидкости до кипения с последующей конденсацией паров в виде дистиллята в холодильнике.

Хроматографические методы определяют качественный и количественный состав органических веществ, включая летучие углеводороды. Хроматография – это динамический метод разделения и определения веществ, основанный на многократном распределении компонентов между двумя фазами – подвижной и неподвижной. Подвижной фазой может служить жидкость или газ, протекающие под давлением через слой неподвижной фазы.

Неподвижная фаза (сорбент) представляет собой твёрдое пористое вещество с развитой поверхностью или плёнку жидкости, нанесённую на поверхность твёрдого инертного носителя.

При хроматографировании вещество поступает в слой сорбента вместе с потоком подвижной фазы. При этом вещество сорбируется, а затем при контакте со свежими порциями подвижной фазы – десорбируется. Перемещение подвижной фазы происходит непрерывно, поэтому непрерывно происходит сорбция и десорбция вещества. При этом часть вещества находится в неподвижной фазе в сорбированном состоянии, а часть – в подвижной фазе и перемещается вместе с ней. В результате скорость движения вещества оказывается меньше, чем скорость движения подвижной фазы. Чем сильнее сорбируется вещество, тем медленнее оно перемещается.

7. Промышленные методы переработки нефти и газа: перегонка, каталитический крекинг. Алканы – сырьевая основа в химических процессах для получения важнейших органических соединений.

Переработка нефти осуществляется физическими и химическими способами: физический – прямая перегонка; химический – термический крекинг; каталитический крекинг; гидрокрекинг; каталитический риформинг; пиролиз.

Процесс разделения углеводородов нефти по температурам их кипения называется прямой перегонкой. На современных заводах процесс прямой перегонки нефти осуществляют на установках непрерывного действия. Нефть под давлением подают насосами в трубчатую печь, где ее нагревают до 330…350°С. Горячая нефть вместе с парами попадает в среднюю часть ректификационной колонны, где она вследствие снижения давления дополнительно испаряется и испарившиеся углеводороды отделяются от жидкой части нефти – мазута. Пары углеводородов устремляются вверх по колонне, а жидкий остаток стекает вниз. В ректификационной колонне по пути движения паров устанавливают тарелки, на которых конденсируется часть паров углеводородов. Более тяжелые углеводороды конденсируются на первых тарелках, легкие успевают подняться вверх по колонне, а самые в смеси с газами проходят всю колонну, не конденсируясь, и отводятся сверху колонны в виде паров. Так углеводороды разделяются на фракции в зависимости от температуры их кипения.

Переработка нефти каталитическим крекингом – более совершенный технологический процесс. При каталитическом крекинге имеет место расщепление тяжелых молекул углеводородов нефти при температуре 430…530°С при давлении близком к атмосферному в присутствии катализаторов. Катализатор направляет процесс и способствует изомерации предельных углеводородов и превращению из непредельных в предельные. Бензин каталитического крекинга имеет высокую детонационную стойкость и химическую стабильность. Выход бензина до 78% из нефти и качество значительно выше, чем при термическом крекинге. В качестве катализаторов применяют алюмосиликаты, содержащие окиси Si и Al, катализаторы, содержащие окиси меди, марганца, Со, Ni, и платиновый катализатор.

Алканы — углеводороды, в молекулах которых атомы связаны одинарными связями и которые соответствуют общей формуле  C_nH_2n+2. В молекулах алканов все атомы углерода находятся в состоянии sр³-гибридизации. Это означает, что все четыре гибридные орбитали атома углерода одинаковы по форме, энергии и направлены в углы равносторонней треугольной пирамиды — тетраэдра. Углы между орбиталями равны 109° 28′.