орг. химия / lex. 2

АЛІФАТИЧНІ ВУГЛЕВОДНІ ТА ЇХ ПОХІДНІ

орг. химия / lex. 2

АЛІФАТИЧНІ ВУГЛЕВОДНІ ТА ЇХ ПОХІДНІ

НАФТА

НАСИЧЕНІ ВУГЛЕВОДНІ (АЛКАНИ)

НАСИЧЕНІ ВУГЛЕВОДНІ (АЛКАНИ)

Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Новосибирский государственный университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

06.06.2015

Размер:

587.42 Кб

Скачать

☆

Найпростіші органічні сполуки,

які складаються з Карбону і Гідрогену,

називаються

вуглеводнями.

Вуглеводні, які

мають

відкритий

ланцюг

карбонових

атомів, називаються

аліфатичними, або вуглеводнями жирного ряду. Численна група аліфатичних вуглеводнів

поділяється на

дві

підгрупи: 1) насичені, або

граничні,

вуглеводні; 2)

ненасичені, або

неграничні, вуглеводні, які містять подвійні чи потрійні зв’язки.

Насиченими називають такі вуглеводні, атоми Карбону в молекулах яких сполучені між

собою простими (одинарними) σ-зв’язками. Всі інші одиниці валентностін

атомів Карбону в

цих сполуках зайняті (насичені)

атомами Гідрогену. Атоми Карбону в молекулах насичених

вуглеводнів перебувають у першому валентному стані, тобто в стані sp -гібридизації.

Насичені вуглеводні називають ще алканами, або парафінами. Парафінами ці органічні

сполуки називають тому,

що довгий час їх вважали малореакційноздатними.

Стара назва

насичених вуглеводнів – аліфатичні, або жирні, вуглеводні (від улат. alifatic – жирний). Ця

назва походить від назви перших вивчених сполук, які колисьтвідносили до цих речовин, –

жирів.

Найпростішим представником насичених вуглеводнів є метан СН4:

Наведена структурна формула метану не відбиває просторової будови молекули. Для

розгляду цієї будови необхідно згадати про форми електронних хмаринок і електронну будову

зображується в такий спосіб: 1s22s22p2 або

атома Карбону. Електронна будова атома Карбонуа

схематично:

Як видно, на зовнішній оболонці є два неспарених електрони, отже Карбон повинен бути

двохвалентним. Однак, у

більшості

випадків

Карбон в

органічних сполуках

переважній

чотирьохвалентний. Це пов'язано з тим, що при утворенні ковалентного зв'язку атом Карбону

переходить у збуджений стан, при якому електронна пара на 2s-орбіталі роз'єднується й один

електрон займає вакантну p-орбіталь. Схематично:

У результаті є вже не два, а чотири неспарених електрони. Оскільки ці чотири електрони

різні (2s- і 2p-електрони), то повинні б бути різні й зв'язки в атома Карбону, однак доведено,

що зв'язки в молекулі метану рівнозначні. Виявляється при “змішуванні” чотирьох орбіталей

збудженого атома Карбону (однієї 2s- і трьох 2p-орбіталей) утворюються чотири рівноцінні

. Вони мають форму гантелі, одна з половин якої значно більше іншої.

sp3-гібридні орбіталід

Внаслідок взаємного відштовхування sp3-гібридні орбіталі спрямовані в просторі до вершин

тетраедра й кути між ними рівні 109°28' (найбільш вигідне розташування).

Рис.1. Модель sp3-гібридного стану електронної оболонки атома Карбону.

							и
sp3- Гібридизація характерна для атомів Карбону в насичених вуглеводнях (алканах) –
зокрема, у метані.						м
			н	т	а	м
					а

	Рис.2. Схема електронної будови молекули метану.	д
	Рис.2. Схема електронної будови молекули метану.	д
Із рис. 2 видно, що кожна sp3-гібридна орбіталь при перекриванніез s-орбіталлю атомів

Гідрогену утворює із ними чотири, так звані, σ-зв'язки. σ-Зв'язок – це одинарний ковалентний
зв'язок, утворений при перекриванні орбіталей по прямій,		т	що	з'єднує ядра атомів, з
	с
максимумом перекривання на цій прямій. Атом Карбону в молекуліу				метану розташований у
центрі тетраедра, атоми Гідрогену – у його вершинах, всі валентні кути між напрямками
я
зв'язків рівні між собою й становлять кут 109°28'. Слід зазначити, що в молекулі етану (CH 3–

СH3) одна із семи σ-зв'язків (С–С) утворюється в результаті перекривання двох sp3-гібридних
орбіталей атомів Карбону.			н	н

	т	а
и


Рис. 3. Утворення молекули етану перекриванням двох гібридних електронних хмаринок атомів Карбону.
Насичені вуглеводні утворюють ряд сполукс			, в якому наступний член відрізняється за

складом від попереднього на постійну величину, що дорівнює СН2.Такий ряд називається гомологічним, а окремі члени його – гомологами (табл.1).

Таблиця 1.

Фізичні константи деяких насичених вуглеводнів.

Назва

Формула

Тпл, С

Ткип, С

Метан

CH4

-182,5

-101,5

Етан

H C

-173,3

-88,6

3 и

Пропан

H3C

CH2

CH3

-187,7

-42,7

Бутан

H3C

CH2

CH3

-138,3

-0,5

Пентан

H3C

(CH2)3

CH3

-129,7

+36,7

Гексан

H3C

(CH2)4

CH3

-95,3

68,7

Гептан

H3C

(CH2)5

CH3

-90,6

98,4

Октан

H3C

(CH2)6

CH3

-56,8

125,7

Нонан

H3C

(CH2)7

CH3

-53,5

150,8

Декан

H3C

(CH2)8

CH3

-29,6

174,1

Пентадекан

H3C

(CH2)13

CH3

+10

270,5

Ейкозан

H C

(CH )

36,8

342,7

2 18

Пентакозан

H3C

(CH2)23

CH3

53,7

400

Триаконтан

H3C

(CH2)28

CH3

65,8

446,4

Гектан

H3C

(CH2)98

CH3

115,2

Постійна різниця в складі між суміжними членами гомологічного ряду СН2 називається

гомологічною різницею. Всі сполуки гомологічного ряду насичених вуглеводнів виражаються

загальною формулою СnН2n+2 (n = 1, 2, 3, 4…).

Явище існування

гомологів

гомологічних

рядів

дістало в органічній хімії

назву

гомології. Гомологія властива й

іншим

класам

органічних

речовин,

причому

для

всіх

гомологічних рядів гомологічною різницею є група СН2.

Назви перших чотирьох насичених

виникли

випадково.

Починаючи

з С5Н12, назви

алканів утворені від грецьких або латинських числівників, які вказують кількість карбонових

атомів у молекулі даного насиченого вуглеводню, з додаванням до цих назв суфіксу – ан

(табл. 1).

Сполуки, в яких

Карбонові

атоми

утворюють

нерозгалужений

ланцюг

(табл.1),

називають нормальними, сполуки з розгалуженим вуглецевим ланцюгом – ізосполуками.

Прикладом останніх може бути ізопентан.					у	д	е
H3C	CH	CH2	CH3	т


	CH3

Атоми Карбону, які входять до складу молекул вуглеводнів та їх похідних у залежності від кількості сполучених з ними інших карбонових атомів, можуть бути первинними,

вторинними, третинними і четвертинними. Атом Карбону, зв’язаний лише з одним іншим
атомом Карбону, називається первинним, з двома – вториннимс								, з трьома – третинним, з
чотирма – четвертинним.
	CH					CH
	3				н	я	3
H3C	CH		CH2		н	C	CH3
		т	а	н
			а			CH3
						CH3

Якщо від молекули насиченого вуглеводню відняти один атом Гідрогену, то утвориться
частина молекули, яка називається одновалентнимс				радикалом. Одновалентні радикали мають

один неспарений електрон. Назва радикала утворюється з назви відповідного насиченого

вуглеводню шляхом заміни в його назві суфікса -ан на -ил. Наприклад:

CH3

H3C

CH2

CH3

H3C

CH3

H3C

H3C CH

CH2

CH3

ізопропіл

ізобутил

втор-Бутил

трет-Бутил

CH3

H C

в2

H3C

CH2

CH3

CH2

CH3

ізопентил

неопентил

трет-Пентил

комісією

Міжнародної спілки

НОМЕНКЛАТУРА. Для назви органічних речовин

теоретичної і прикладної хімії (IUPAC) були розроблені правила систематичної (наукової) номенклатури. Згідно з цими правилами, назву вуглеводню дають таким чином.

1. У молекулі вуглеводню вибирають основний – найдовший і найскладніший (який має

найбільше числол

відгалужень) – карбоновий ланцюг:

CH3

H3C

CH2

CH3

CH2

CH3

2. Нумерують атоми Карбону основного ланцюга. Нумерацію здійснюють послідовно з

того кінця ланцюга, який дає радикалу найменший номер. Якщо існує кілька алкільних радикалів, то порівнюють величину цифр двох можливих послідовних нумерацій. Та нумерація, в якій першою зустрічається менша цифра, ніж в другій послідовній нумерації,

вважається “меншою” і використовується для складання назви вуглеводню:

пента- і т.д. (якщо однакових радикалів відповідно чотири, п’ять і т.д.). Префікси вказують,

CH3

CH2

CH3

Нумерація справа наліво буде “меншою”, ніж нумерація зліва направо.

3. Називають вуглеводневі радикали, які утворюють бічні ланцюги. Перед назвою

кожного радикала ставлять цифру, яка вказує номер Карбонового атома головногоа

ланцюга,

біля якого знаходиться даний радикал. Цифру від назви відділяють дефісом. Назви алкільних

радикалів перелічують в алфавітному порядку. Якщо вуглеводень має в своєму складі кілька

однакових радикалів, то записують у порядку зростання номери Карбоновихн

атомів, біля яких

стоять ці радикали. Цифри відділяють

одну

від одної

комами. Після цифр записують

префікси: ди- (якщо однакових радикалів два), три- (коли однакових радикалів три), тетра- ,

скільки однакових радикалів має даний вуглеводень. Після префікса ставлять назву радикала.

У тому випадку, якщо два однакових радикали знаходяться біля одного Карбонового атома,

номер цього атома Карбону ставиться у назві двічі.

4. Називають вуглеводень

основного пронумерованого карбонового ланцюга,

пам’ятаючи при цьому, що назви всіх насичених вуглеводнів мають суфікс -ан.

CH3

H3C

CH2

CH3

CH3 CH3

CH2

CH3

Крім систематичної для назви насичених вуглеводнів використовують ще раціональну

номенклатуру. За цією номенклатурою насичені вуглеводні розглядаються як похідні метану,

в молекулі якого один або декілька атомів Гідрогенут

заміщені на радикали. Назву насиченого

вуглеводню за раціональною номенклатурою утворюють таким чином: називають за ступенем

складності всі радикали, які знаходяться біля атома Карбону найбільшою кількістю

замісників, а потім додають основу – словои“метан”. Наприклад:

CH3

H3C

CH2

CH3

H3C

CH3

диметилетилметан

тетраметилметан

ІЗОМЕРІЯ. Для насиченихи

вуглеводнів характерна структурна ізомерія, пов’язана з

розгалуженням їх карбонового ланцюга. Структурні ізомери відрізняються між собою тільки

порядком розміщення атомів у молекулі.

Структурна ізомерія насичених вуглеводнів починається з бутану. Бутан існує у вигляді

двох, пентан – у виглядіятрьох ізомерів. Наприклад:

H3лC

CH2

CH3

H3C

CH3

н-бутан

2-метилпропан

H3C

CH2

CH3

H3C CH2

CH2

CH3

H3C C CH3

іа

CH3

н-пентан

2-метилбутан

2,2-диметилпропан

Для насичених вуглеводнів крім структурної властива ще і конформаційна (поворотна)

ізомерія. Простий σ-зв’язок не створює перешкоди для обертання атомних угруповань, які його оточують. Тому, наприклад, у молекулі етану внутрішнє обертання однієї групи СН3

відносно іншої не повинно викликати деформації σ-зв’язку. Досліди показують, що при кімнатній температурі цей обертовий рух гальмується. Причиною гальмування є взаємодія не

сполучених між собою атомів Гідрогену у двох СН3 групах, що призводитьи до

відштовхування між цими атомами. Такий загальмований обертовий рух в молекулі етану
призводить до появи поворотних ізомерів.					а	м
призводить до появи поворотних ізомерів.					а
При обертанні однієї метильної групи в молекулі етану відносно другої навколо карбон-
карбонового зв’язку атоми	цих груп	можуть займати в просторі багато		різних			взаємних
положень. Такі структури	молекули			т			атомів у
положень. Такі структури	молекули	речовини з різним взаємним розміщенням					атомів у
			н
просторі, які виникають при обертанні навколо простого С–С зв’язку, відносно якого
визначається положення атомів у молекулі, називають конформаціями,				або поворотними
		е

ізомерами. З великої кількості конформацій етану можна виділити лише дві крайні. Якщо обертати в просторі одну СН3 групу навколо іншої і дивитися на модель етану вздовж С–С зв’язку, то можна помітити, що при одній з крайніх конформацій атоми однієї СН3 групи будуть затіняти іншу СН3 групу. Такий конформер називатиметься затіненим. При другій

крайній конформації атоми однієї СН3

групи розміщені в просторі між атомами іншої СН3

групи. Таку конформацію називають загальмованою (рис. 4):

Рис.4. Поворотні ізомери етану: а – загальмований, б – заслонений.

Крім того для насичених вуглеводнів характерна ізомеріян

положення замісників.

H3C

CH2

CH3

H3C

CH2

CH3

2-хлорпентан

3-хлорпентан

ПОШИРЕННЯ АЛКАНІВ У ПРИРОДІт

. Насичені вуглеводні дуже поширені в

природі. Вони містяться в природних горючих газах. Родовища природних горючих газів

найчастіше пов’язані з родовищами нафти. У цих випадках з свердловин разом з нафтою

виділяються так звані попутні

гази.

Відомі

також

і тільки

газові

родовища. До складу

природних горючих газів входять вуглеводні аліфатичного ряду – метан та його гомологи.
	к
Природні горючі гази умовно розділяються на “жирні”, багаті пропаном та бутаном, які
и

як правило, містять у собі значну кількість легких вуглеводнів, що входять до складу бензину,

та “сухі” – містять переважно нижчі газоподібні вуглеводні, головним чином метан, незначні кількості газоподібних легкихв вуглеводнів.

Перед використанням природні гази розділяють на компоненти. Виняток становить “сухий” природний газ з високим вмістом метану, що досягає в газах деяких родовищ 99,8% об’єму.

Насичені вуглеводні входять до складу нафти. Особливо багата на них грозненська й
західноукраїнська нафтая. Вищі, тверді алкани входять до складу гірського воску – озокериту.
д
СПОСОБИ ДОБУВАННЯ. Крім використання природних джерел, часто застосовують
синтетичні методи добуваннял	алканів. Найважливіші з них такі:
1. Гідрування ненасичених вуглеводнів. Насичені вуглеводні можна добути з

ненасичених, тобто таких, що містять подвійні або потрійні зв’язки, приєднуючи до останніх

Гідроген. Цю реакцію, яка називається – гідруванням, або гідрогенізацією, провадять у

присутності каталізаторівл

(Рt, Рd, Nі, Сu, NіО та ін.):

іа

H2C

CH2 + H2

H C

Метод гідрування ненасичених вуглеводнів широко застосовується для синтезу

розгалужених алканів, у тому числі тих, які містять четвертинні атоми Карбону.

2. Відновлення галогенопохідних. Відновлення галогенопохідних насичених вуглеводнів

гідрогеноме

за наявності каталізатора, атомами Гідрогену в момент виділення або гідроген

йодидом:

H2 H C

HCl + H C

H C

CH + HCl

(HCl + Zn)

H3C

CH2

J + HJ

H3C

CH3 + J2 .

3. Реакція Вюрца. З синтетичних способів добування насичених вуглеводнів найбільше

значення має дія металічного натрію на галогеналкіли (реакція Вюрца):

H3C

CH2

I + 2Na + I

CH2

CH3

H3C

CH2

CH3 + 2NaI

4. Електроліз водних розчинів солей карбонових кислот (синтез Кольбе). Кольбе, а

згодом інші дослідники показали, що при електролізі водних розчинів одноосновниха

насичених карбонових кислот або їх лужних солей утворюються насичені вуглеводні:

C O - 2e

2CH3

C O

2CO + 2CH .

H C

O-

5. Сплавляння солей карбонових кислот з лугами (синтез Дюма). При сплавлянні солей

карбонових кислот з лугами або натронним вапном (суміші Са(ОН)2 і NаОН) відбувається їх

декарбоксилування і одночасно утворюються насичені вуглеводні:

H3C

+ NaOH

+ Na2CO3

CH4

6 Гідрування оксиду карбону. У 1902 р. П. Сабатьє пропускаючи суміш оксиду карбону й гідрогену в об’ємному співвідношенні 1:3 над подрібненим нікелем, одержав найпростіший

вуглеводень метан:						а
					~300 oC
nCO + (2n+1) H2							н	CnH2n+2 + nH2O.
nCO + (2n+1) H2					т			CnH2n+2 + nH2O.
					т
7. Дія води на карбід алюмінію.				с		3CH4 + 4Al(OH)3.
	Al4C3		+ 12H2			3CH4 + 4Al(OH)3.
			и
ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ. Згідно з теорією хімічної будови Бутлерова, фізичні
властивості речовин залежать від їх складу і будови.
Перші чотири насичених вуглеводнів,					тобто метан, етан, пропан,				бутан, є газами,
		о		– твердими тілами. Зі зростанням кількості атомів
наступні – рідинами, починаючи з С16Н34				– твердими тілами. Зі зростанням кількості атомів
	к
Карбону в молекулі нормальних насиченихр					вуглеводнів закономірно підвищуються точки
плавлення і точки кипіння, а також збільшується питома маса вуглеводнів.
и									ніж температура
Температура кипіння вуглеводнів з розгалуженим ланцюгом нижча,									ніж температура

кипіння відповідних сполук з нормальним ланцюгом, при тому тим нижча, чим більше розгалужений вуглецевий ланцюг молекули. Навпаки, температура плавлення тим вища, чим

я
більше розгалужений вуглецевий ланцюг.
Перші представники цьогов	класу сполук – метан і етан – не мають запаху; леткі рідкі

вуглеводні мають характерний запах; тверді мало леткі вуглеводні також не мають запаху.

Насичені вуглеводні легші			за воду і практично нерозчинні в ній; розчиняються в
		д
звичайних органічних розчинниках.
ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІл			. Вуглеводні ряду метану за звичайних умов мало активні.
	л
Ці вуглеводні нездатні до реакцій приєднання, тому що валентні зв'язки атомів Карбону
цілком насичені Гідрогеном.
а

Хімічні реакції насичених вуглеводнів можуть відбуватися за рахунок розриву зв’язків С – С або С – Н. Розрив С – Н зв’язків супроводжується відщепленням атомів Гідрогену з

утворенням ненасичених сполук або подальшим заміщенням відщеплених атомів Гідрогену
іншимиіатомами чи групами атомів.
т	Залежно від будови алкану і умов реакції в молекулах насичених вуглеводнів зв’язок С –
Н можер		розриватися гомолітично:
е		H3C	H	CH3. + H.

і гетеролітично:

заміщення з галогенами, особливо на світлі. При цьому атоми Гідрогену послідовно

H3C- + H+

H3C

H3C++ H-.

H3C

При цьому утворюються вільні радикали, що мають неспарений електрон, але не мають

електричного заряду.

Насичені вуглеводні важко окислюються, важко сульфуються і нітруються. Однак вони

легко вступають у взаємодію з хлором і бромом, утворюючи суміші галогенопохіднихм

насичених вуглеводнів.

Реакція з галогенами. Насичені вуглеводні

порівняно

легко вступають в реакції

заміщуються атомами галогену. Швидкість галогенування алканів різко зменшується в ряду:

F>Cl>Br>I. Реакція з вільним флуором супроводжується вибухом і руйнуванням молекул

вуглеводню:

H3C

CH3 + 3F2

2C + 6HF

Розбавляння флуору нітрогеном дає можливість добувати поліфторпохідні алканів з

досить високим виходом:

CH4 + 4F2

CF4 + 4HF. т

Реакція метану з хлором відбувається дуже бурхливо і звичайнос

приводить до утворення

суміші моно- і полігалогенідів. Вищі алкани хлоруються більш спокійно.

CH4 + Cl2

H3C

Cl2

CH Cl

яCl2

CHCl

Cl2

CCl

-HCl

2 -HCl

3 -HCl

При взаємодії хлору з насиченими вуглеводнями молекула хлору насамперед дисоціює

на атоми, які потім взаємодіють з вуглеводнем; при цьому утворюється вільний радикал і

виділяється гідроген хлорид. Вуглеводневий радикалн

, реагуючи з іншою молекулою хлору,

утворює хлорпохідне вуглеводню,

при цьому один атом хлору звільняється. Таким чином,

хлорування насичених вуглеводнів – типовий радикальний процес.

Обрив реакційного ланцюга відбувається внаслідок рекомбінації атомів хлору або

внаслідок реакції між атомом хлору і вуглеводневим радикалом.

Дія нітратної кислоти. Концентрована нітратна кислота при звичайній температурі не

діє на насичені вуглеводні, при нагріванніи

має окислюючу дію.

Однак, як встановив М.І. Коновалов (1883), розведена нітратна кислота при нагріванні і

під підвищеним тиском реагує з насиченими вуглеводнями з утворенням нітросполук:

H + HO

+ H O

Дія сульфатної кислоти (реакція сульфування). Концентрована сульфатна кислота при

звичайній температурі не діє на насичені вуглеводні. Цю властивість алканів використовують

у нафтовій промисловості для хімічної очистки нафтопродуктів. При слабкому нагріванні димуча сульфатна кислота може сульфувати насичені вуглеводні, зокрема, якщо вони містять

третинний атом Карбону:

SO3H

SO3H + H2O .

H + HO

Сульфохлорування. При взаємодії алканів з сульфур диоксидом і хлором добувають

алкансульфохлоридид

– хлорангідриди сульфокислот насичених вуглеводнів:

H + SO2 + Cl2

SO2Cl + HCl

Реакція сульфохлорування відбувається в

присутності каталізатора або під впливом

ультрафіолетових променів і має радикально-ланцюговий характер. У промислових

масштабахі

сульфохлорування застосовується головним чином для виробництва миючих

засобів.

Сульфоокисленняр

. При обробці алканів нормальної будови сумішшю сульфур діоксиду і

Оксигену утворюються сульфокислоти. Цей процес,

який називається сульфоокисленням,

його можна провадити фотохімічно, освітлюючи реакційну суміш ультрафіолетовими
променямит	або каталітично (каталізатор – оцтовий ангідрид):
	R	H + SO2 + 1/2 O2	R	SO3H.

Дегідрування алканів при високих температурах. Під дією високих температур насичені

відбуваються перетворення, які супроводжуються розривом С – С зв’язків у молекулах. Як приклад розглянемо крекінг бутану при атмосферному тиску і 600 оС, в результаті якого

утворюється суміш метану, етану, етилену, пропілену, бутилену і Гідрогену:

е .

H3C

CH2

CH3

H2C

CH3 + CH4

H C

CH + H C

н3

H3C

CH2

CH3

H3C

CH3 + H2

Крекінг (від англ. to crack – розщеплювати) вперше здійснив О.О. Летній, а В.Г. Шухов у

1891 році взяв перший

патент

на установку

процесд

має промислове

крекінга. Цей

застосування. За допомогою крекінгу з високо киплячих нафтових фракцій (гас, солярове масло, мазут) одержують низько киплячі і таким чином вихід бензину із сирої нафти майже у

три рази. Основні процеси, які відбувають при крекінгу, – це дегідрогенізація алканів і розрив
				я
С – С зв’язків їх молекул. Одночасно відбуваються також реакціїс						ізомеризації та циклізації
молекул насичених вуглеводнів.
Якщо термічний розклад алканів провадять без каталізаторів при температурі 700 –
			н
800 оС і вище, то такий процес називають піролізом. При піролізі алканів відбуваються більш
		а
глибокі зміни в їхніх молекулах, аж до утворення Карбонун					(сажі і коксу).
Окислення. Окислювачі, навіть такі, як хромова суміш, перманганат калію, нітратна
	т

кислота, при звичайній температурі не діють на насичені вуглеводні з нормальним вуглецевим ланцюгом. При підвищеній температурі сильні окислювачі окислюють насичені

вуглеводні, внаслідок чого утворюються оксигеновмісні речовини з меншою кількістю атомів
			и
Карбону, ніж вихідний вуглеводень; отже, при цьому відбувається не лише окислення, але й
розщеплення молекул вуглеводню.				с
Шляхом окислення газоподібних вуглеводнів С1–С4 Оксигеном або повітрям одержують
	о
суміші спиртів, альдегідів, кетонів і карбонових кислот аліфатичного ряду, які містять не
більше чотирьох Карбонових атомівр. Таким способом одержують метиловий спирт,
формальдегід, оцтовий альдегід, оцтову кислоту, ацетон і первинні бутилові спирти.
и
Окисленням повітрям рідких і твердих алканів (переважно суміші твердих вуглеводнів
С16–С30, яку називають парафіномк		)	добувають карбонові кислоти з кількістю карбонових

атомів у молекулі від 10 до 20, які придатні для виготовлення господарського й туалетного

мила, мастил, технічних миючих засобів, плівкоутворюючих речовин і т.д.

Ізомеризація алканів. вНасичені вуглеводні нормальної будови при температурі 100 °С і

наявності каталізатора (AlCl3) ізомеризуються в алкани з розгалуженою будовою. Так, пентан

за цих умов ізомеризується в ізопентан.

СН3

СН2

СН

СН2

СН3

СН2

СН3

ЗАСТОСУВАННЯд

НАСИЧЕНИХ ВУГЛЕВОДНІВ. При повному згорянні насичених

вуглеводнів виділяється значна кількість теплоти, тому насичені вуглеводні застосовуються
	і
як пальне. Метан, етан, пропан, бутан і пентан широко використовують як вихідну сировину
р
для одержання багатьох органічних продуктів. Насичені вуглеводні з 6 – 10 атомами С
застосовуютьсяа		як розчинники. Вуглеводні з 10 – 20 атомами С використовуються у

виробництві миючих засобів, мастил, емульгаторів для синтетичних каучуків та ін. Алкани,

тат	поверхнево активних речовин, присадок до мастил та ін.
	М.І. Коновалов відкрив реакцію насичених вуглеводнів з нітратною кислотою і тим

які складаються з 18 – 44 атомів С застосовуються в текстильній, паперовій, харчовій,

поліграфічній, лакофарбовій та шкіряній промисловостях, в електротехніці та ін. Як хімічна
сировинае	парафін використовується для одержання вищих жирних кислот та спиртів, миючих

						и
самим вказав на можливість широкого застосування насичених вуглеводнів в органічному
синтезі.					м
У результаті робіт школи М.Д. Зелінського в 1934 – 1937 рр. був знайдений інший шлях
				а
застосування насичених вуглеводнів – перетворення їх безпосередньо в ароматичні
вуглеводні – бензол, толуол та ін.			т
НАФТА		н	т
НАФТА		н
Склад нафти.	Нафта являє собою складну суміш різних вуглеводнів, яка містить

незначну кількість оксигено-, сульфур-, нітрогеновмісних органічних сполук і мінеральних
		е
речовин. Основну масу нафти складають вуглеводні трьох класів: алкани (СnН2n+2), нафтенові
і ароматичні.	д

Нафти різних родовищ відрізняються за хімічним складом, але за елементарним складом відмінність їх незначна. Вміст Карбону в них коливається в межах 84 – 87%, Гідрогену 10 –

14%.								т
14%.
Класифікація	нафт.	Залежно	від	вмісту		твердих	насичених вуглеводнів			нафти
							с
поділяються на безпарафінні, слабкопарафінні (1 – 2% твердих вуглеводніву									) та парафінисті
(до 10 – 12% твердих вуглеводнів).
Залежно від вмісту тієї чи іншої групи вуглеводнів нафти можуть бути поділені на три
основних типи: метанові,		нафтенові	й	ароматичні. Вміст вуглеводнів,					які визначають
						н
приналежність нафти до даного типу повинен бути більшим 50%. Якщо вуглеводнів другого
					н
типу міститься в тій же нафті не менше 25%, нафти відносятья							до мішаних типів: метано			-
нафтенові, нафтено-метанові, ароматично-нафтенові, нафтено-ароматичні, ароматично-
метанові, метано-ароматичні.
За технічною	класифікацією в		залежності			від наявності в них сульфуру,				нафти

розподіляються на три класи: І клас – малосірчисті нафти, які містять від 0 до 0,5% сульфуру,
						с		до 1,9%, III клас – високосірчисті нафти,
II клас – сірчисті нафти зі вмістом сульфуру від 0,51а
які містять сульфуру більше 1,9%.					и		т
Теорія походження нафти.				Існує багато теорій походження нафти. З них основними є
неорганічна, космічна та органічна.
Згідно неорганічної теорії,				автором			якої був Д.І. Менделєєв, нафта є			продуктом
				о						на великих
мінерального походження і утворилася в результаті реакцій, які відбуваються
глибинах при	високих		к		, та		тиску	між карбідами металів	та	водою,	що
		температурахр
просочується з	поверхні	и		За космічною теорією нафта утворилася					з	Карбону	та
		землі.

Гідрогену при формуванні землі. Ця теорія знаходить підтвердження через наявність метану в атмосфері деяких планет. Відповідно до органічної теорії, яка одержала найбільше розповсюдження, нафта утворилася в результаті розпаду рослинних та тваринних організмів.

Ці органічні залишки нагромаджувались на узбережжях морських зон або ж приносилися з
				в
суші потоками води. На протязі сотень тисяч і навіть мільйонів років вони під дією тиску й
теплоти перетворювались на вуглеводні, з яких складаються нафта і газ.
Основні способи переробки нафти. Найпростішим і основним способом переробки
			я
нафти є розгонка її на окремі фракції (дистиляти), яка дістала в техніці назву прямої гонки.
Перед тим, як піддатилпрямій перегонці нафту, її в спеціальних устроях звільняють від води та
розчинних у	ній		солей, головним		чином	солей кальцію	та магнію.	Присутність їх	в
перероблюваній		д	нафті	шкідливо	впливає	на перегонну	апаратуру,	прискорюючи	її
перероблюваній			нафті	шкідливо	впливає	на перегонну	апаратуру,	прискорюючи	її
руйнування.
Зневодненул			та знесолену нафту піддають прямій перегонці. При цьому добувають не
готові продукти,			а так	звані дистиляти, які підлягають хімічній очистці для виділення
а
сірчистихіі смолоутворюючих сполук.
Перший дистилят, який добувається при перегонці нафти, називається сирим бензином,
або газоліномр	. Дальшою розгонкою з нього добувають різні сорти бензину і петролейний

ефір. Наступний дистилят,	який кипить при температурі від 150 до 300°С,	служить для
е
добування різних сортів гасу. Залишок після відгону гасового дистиляту називається мазутом;
т
він використовується для добування мастил шляхом перегонки або для добування бензину
способом крекінга. Мазут	застосовується також безпосередньо як котельне	паливо. При

перегонці мазуту під вакуумом (для усунення розкладу важких вуглеводнів) добувають

мастила солярове, веретенне, машинне,

циліндрове.

Залишок після

відгону

мастил

називається гудроном. При

нагріванні гудрону з

при

перегрітою водяною парою або

нагріванні з одночасним пропусканням крізь нього повітря гудрон втрачає леткі домішки й

перетворюється на штучний асфальт.

Перші наукові дослідження високотемпературних перетворень нафти провів російський

інженер-хімік О.О. Льотний (1849 – 1893). Він уперше встановив, що при температурі вище

800°С залишки від прямої розгонки нафти частково розкладаються на більш леткі продукти –

бензин, гас, а також газоподібні вуглеводні (нафтовий газ) – найціннішу хімічну сировину. Це

відкриття покладено в основу розробки крекінг-процесу.

Поняття про промисловий крекінг. Галузі використання нафти як хімічної сировини

значно поширилися після винаходу методів розщеплення високомолекулярних вуглеводнів

нафти на вуглеводні з меншою молекулярною масою. Найважливішими з цих процесів є

крекінг-процес та піроліз.

Крекінг нафтопродуктів здійснюється з метою одержання легкиху

вуглеводнів з важких,

переважно для вироблення бензину. Таким чином, крекінг – це метод збільшення виходу

бензину з нафти. Сучасні способи крекінга дають можливість одержувати моторне паливо

високої якості.

солярове масло,

Сировиною для крекінга є висококиплячі нафтопродукти – газойль,

мазут, зрідка сама нафта.

У залежності від сировини, призначеної для крекінга, та від мети процесу (тобто від

того, які продукти треба одержати) крекінг здійснюється по-різному: термічний крекінг під

тиском 20 – 70 ат. при температурі 450 – 500°С; крекінг при низьких тисках (3 – 5 ат.) і

температурі 550 – 600°С; каталітичний крекінг при 450°С і атмосферному тискові за наявності

алюмосилікати). Застосовуються й інші

каталізаторів (активовані природні або синтетичніа

види крекінга.

Хімізм процесу крекінга дуже складний. Основними первинними реакціями, які

відбуваються при крекінгу, є реакції розкладання. При цьому з парафінів утворюються

насичені вуглеводні і алкени. Реакції розкладання супроводжуються вторинними реакціями

полімеризації, конденсації,

ізомеризації,

циклізації,

ароматизації

та

ін.,

гідрогенізації,

газоподібних і дуже летких продуктів (бензину, гасу)

внаслідок чого водночас з утвореннямр

утворюються в'язкі речовини, які киплять при температурі вище 300°С, а також твердого

коксу.

У процесі крекінга утворюється багато газоподібних вуглеводнів, які є важливою

сировиною для промисловості органічного синтезу.

іа

Соседние файлы в папке орг. химия

#
06.06.2015853.68 Кб40lex. 1.pdf
#
06.06.2015467.44 Кб45lex. 10.pdf
#
06.06.20151.09 Mб37lex. 11.pdf
#
06.06.2015910.01 Кб31lex. 12.pdf
#
06.06.20151.19 Mб36lex. 13.pdf
#
06.06.2015587.42 Кб31lex. 2.pdf
#
06.06.2015728.74 Кб44lex. 3.pdf
#
06.06.2015626.93 Кб32lex. 4.pdf
#
06.06.2015833.64 Кб31lex. 5.pdf
#
06.06.2015585.2 Кб31lex. 6.pdf
#
06.06.20151.12 Mб33lex. 7.pdf

вуглеводні або зазнають дегідрогенізації (О.О. Баландін), наприклад:

CnH2n + H2

Крекінг алканів. При нагріванні насичених вуглеводнів до температури понад 400 оС