2.6. Способы получения алканов
Способы получения делят на промышленные - используемые для получения технических много тоннажных продуктов - и лабораторные - используемые для приготовления небольших количеств высокочистых соединений.
2.6.1. Гидрирование ненасыщенных углеводородов
Насыщение двойной связи алкена водородом приводит к образованию соответствующего алкана:
Гидрирование обычно проводят путем растворения алкена в таком растворителе как этанол. Эта реакция в обычных условиях не проходит вследствие высокой энергии активации процесса присоединения. Однако в присутствии катализаторов, понижающих энергию активации процесса, алкены могут легко гидрироваться до алканов. В качестве катализаторов используют Ni, Pt и Pd. Катализатор чаще всего наносят на так называемую подложку (носитель) - активированный уголь, оксид алюминия, силикагель, пемзу и т.д. Гидрирование алкенов сопровождается выделением тепла (Но 30 ккал/моль). Катализатор уменьшает свободную энергию активации этой реакции.
Среди катализаторов гидрирования наиболее известны катализатор Адамса и никель Ренея. Катализатор Адамса представляет собой тонко измельченную платину (ее называют платиновой чернью, получаемой восстановлением оксида платины непосредственно в реакционном сосуде). Никель Ренея получают обработкой никель-алюминиевого сплава NaOH. Гидрирование в присутствие катализатора Адамса проводят при обычной температуре, а в присутствии никеля Ренея - при нагревании и под давлением. Гидрирование различных алкенов сопровождается выделением различного количества тепла (теплота гидрирования), которое рассчитывают на 1 моль субстрата. Чем больше выделяется тепла, тем менее стабилен алкен.
цис-2-бутен бутан
транс-2-бутен бутан
Гидрирование алкинов в присутствии платины или никеля приводит к образованию алканов и не может быть остановлено на стадии алкенов.
Поверхность катализатора
Рис.5. Механизм гидрирования алкенов в присутствии металлического
катализатора.
Катализатор адсорбирует водород на своей поверхности. При этом не спаренные электроны катализатора взаимодействуют с электронами водорода, благодаря чему между ними возникает связь. Алкен также адсорбируется на поверхности катализатора. Затем водород постепенно присоединяется к алкену. Такое присоединение происходит с одной стороны алкена и называется син присоединением. В отличие от син присоединения бывает анти присоединение.
Гидрирование различных алкенов сопровождается выделением различного количества тепла (теплота гидрирования), которое рассчитывают на 1 моль субстрата. Чем больше выделяется тепла, тем менее стабилен алкен.
Б. Гидрирование циклоалкенов
Следует помнить, что каталитическое гидрирование является син-присоединением
(4)
1,2-диметилциклогексен цис-1,2-диметилциклогексан
В. Гидрирование Аренов
Каталитическое гидрирование бензола является промышленным методом получения циклогексана:
(5)
бензол циклогексан
Гетерогенное гидрирование п-ксилола сопровождается получением 90% цис-1,4-диметилциклогексана и лишь 10% транс-изомера.
(6)
п-ксилол (а,е)-цис-1,4-диметил- (е,е)-транс-1,4-диметил-
циклогексан циклогексан
(90%) (10%)
Одним из способов получения ди- и полицикланов является гидрирование полициклических аренов.
(7)
нафталин декалин
(8)
фенанантрен пергидрофенанантрен
Тетрациклическая система циклопентанопергидрофенанантрена лежит в основе природных соединений стероидов.
циклопентанопергидрофенанантрен
Стероиды регулируют важнейшие биохимические циклы высших животных.