16 А 17 Основные способы получения углеводородов в лаборатории

16(А 17) Основные способы получения углеводородов (в лаборатории).

ПОЛУЧЕНИЕ АЛКАНОВ:

ПРОМЫШЛЕННЫЕ СПОСОБЫ 1) ФРАКЦИОННАЯ ПЕРЕГОНКА НЕФТИ Нефть поступает в ректификационные колонны на атмосферную перегонку (перегонку при атмосферном давлении), где разделяется на несколько фракций: легкую и тяжёлую бензиновые фракции, керосиновую фракцию, дизельную фракцию и остаток атмосферной перегонки — мазут. Качество получаемых фракций не соответствует требованиям, предъявляемым к товарным нефтепродуктам, поэтому фракции подвергают дальнейшей (вторичной) переработке.

ПРОМЫШЛЕННЫЕ СПОСОБЫ 2) ПИРОЛИЗ НЕФТИ -(от др. -греч. πῦρ — огонь, жар и λύσις — разложение, распад) — термическое разложение органических и многих неорганических соединений. В узком смысле, разложение органических природных соединений при недостатке кислорода (древесины, нефтепродуктови прочего). В более широком смысле — разложение любых соединений на составляющие менее тяжёлые молекулы, или элементы под действием повышения температуры.

3) КРЕКИНГ - (англ. cracking, расщепление) — высокотемпературная переработка нефти и её фракций с целью получения, как правило, продуктов меньшей молекулярной массы — моторного топлива, смазочных масел и т. п. , а также сырья для химической и нефтехимической промышленности. Крекинг протекает с разрывом связей С—С и образованием свободных радикалов. Одновременно с разрывом связей С—С происходит дегидрирование, изомеризация, полимеризация и конденсация как промежуточных, так и исходных веществ. В результате последних двух процессов образуются крекингостаток (фракция с температурой кипения более 350 °C) и нефтяной кокс.

ЛАБОРАТОРНЫЕ СПОСОБЫ 4) РЕАКЦИЯ ВЮРЦА –удлинение цепи: действие металлического натрия на моногалогенопроизводные углеводородов: 2 CH 3–CH 2 Br + 2 Na CH 3–CH 2–CH 3 +2 Na. Br бромэтан бутан Происходит удлинение углеродного скелета. Реакция подходит для получения симметричных алканов.

5) ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ СОЛЕЙ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ (реакция Дюма) (лабораторный способ): сплавление солей карбоновых кислот со щелочами. Так получают метан при нагревании ацетата натрия с гидроксидом натрия. сплавление CH 3 COONa(тв) + Na. OH(тв) CH 4 + Na 2 CO 3 ацетат натрия метан сплавление CH 3 CH 2 COONa(тв) + Na. OH(тв) C 2 H 6 + Na 2 CO 3 пропианат натрия этан

6) ЭЛЕКТРОЛИЗ РАСТВОРОВ СОЛЕЙ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ (реакция Кольбе): эл. ток 2 CH 3 COONa + 2 H 2 O 2 СО 2 + Н 2 + С 2 Н 6 + 2 Na. OH ацетат натрия этан катод: идёт разрядка воды: 2 Н 2 О + 2 е Н 2 + 2 ОНанод: разрядка аниона кислоты: 2 СН 3 СОО- -2 е 2 СО 2 + СН 3 -СН 3

7) ГИДРИРОВАНИЕ (ВОССТАНОВЛЕНИЕ) НЕПРЕДЕЛЬНЫХ ИЛИ ЦИКЛИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ в присутствии катализаторов (платины, палладия, никеля). kat CH₂=CH₂ + H 2 CH₃–CH₃ этилен этан Pd + H 2 CH 3 –CH 2 –CH 3 пропан циклопропан

8) ГИДРИРОВАНИЕ УГЛЯ, ОКСИДА УГЛЕРОДА при повышенной температуре катализаторы (железо, кобальт, никель) : 400°С 2 С + 3 H 2 → C 2 H 6 этан 200°С, Ni 2 СО + 5 H 2 → C 2 H 6 + 2 H 2 O этан

ПОЛУЧЕНИЕ МЕТАНА 1) ГИДРОЛИЗ КАРБИДА АЛЮМИНИЯ Al 4 C 3 + 12 H 2 O 3 CH 4↑+ 4 Al(OH)3↓ карбид метан алюминия 2) ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КАРБИДА АЛЮМИНИЯ С КИСЛОТАМИ Al 4 C 3 + 12 HCl 3 CH 4↑+ 4 Al. Cl 3 карбид метан алюминия

ПОЛУЧЕНИЕ ЦИКЛОАЛКАНОВ

1. ОТЩЕПЛЕНИЕ ДВУХ АТОМОВ ГАЛОГЕНА (стоящих на краю цепи) ОТ ДИГАЛОГЕНАЛКАНОВ (лабораторный способ):

2. ПРИ КАТАЛИТИЧЕСКОМ ГИДРИРОВАНИИ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ ОБРАЗУЮТСЯ ЦИКЛОГЕКСАН ИЛИ ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕ: t°, р, Ni C 6 H 6 + 3 H 2 → C 6 H 12. бензол циклогексан

ПОЛУЧЕНИЕ АЛКЕНОВ

1. КРЕКИНГ АЛКАНОВ (промышленный): t С 7 Н 16 CH 3 - CH=CH 2 + C 4 H 10 гептан алкен пропен алкан бутан

2. ДЕГИДРИРОВАНИЕ АЛКАНОВ (450 - 500°С, катализатор) (промышленный, можно в лабораторных условиях): пропан пропен

3. ДЕГИДРАТАЦИЯ СПИРТОВ ПРИ ПОВЫШЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ (ВЫШЕ 140°C) (лабораторный способ) в присутствии водоотнимающих реагентов (Al 2 O 3, H 2 SO 4) – реакция элиминирования. H 2 SO 4, t>140 o CH 3 -CH-CH 2 -CH 3 CH 3 -CH=CH-CH 3 + H 2 O │ OH (подчиняется правилу Зайцева) Правило Зайцева: Отщепление атома водорода в реакциях элиминирования происходит преимущественно от наименее гидрогенизированного атома углерода.

4. ДЕГИДРОГАЛОГЕНИРОВАНИЕ ГАЛОГЕНАЛКАНОВ при действии спиртового раствора щелочи - реакция элиминирования (лабораторный). подчиняются правилу Зайцева 2 -бромпропан пропен 2 -бромбутан

5. ДЕГАЛОГЕНИРОВАНИЕ ДИГАЛОГЕНАЛКАНОВ, ИМЕЮЩИХ АТОМЫ ГАЛОГЕНА У СОСЕДНИХ АТОМОВ УГЛЕРОДА, ПРИ ДЕЙСТВИИ АКТИВНЫХ МЕТАЛЛОВ (Zn ИЛИ Mg) (лабораторный). CH 2 Br-CH 3 +Mg CH 2=CH-CH 3+Mg. Br 2 1, 2 -дибромпропан пропилен(пропен)

6. ГИДРИРОВАНИЕ АЦЕТИЛЕНОВЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ над катализаторами пониженной активности (Fe) kat С 2 Н 2 + Н 2 (недостаток) С 2 Н 4 ацетилен этилен (этен)

ПОЛУЧЕНИЕ АЛКАДИЕНОВ

1. КАТАЛИТИЧЕСКОЕ ДЕГИДРИРОВАНИЕ АЛКАНОВ через стадию образования алкенов) (промышленный). В промышленности так получают дивинил из бутана. Каталитическим дегидрированием изопентана (2 -метилбутана) получают изопрен:

2. СИНТЕЗ ЛЕБЕДЕВА: (катализатор – смесь оксидов Al 2 O 3, Mg. O, Zn. O, 450˚C 2 C 2 H 5 OH CH 2=CH-CH=CH 2 + 2 H 2 O + H 2 этанол бутадиен-1, 3 3. ДЕГИДРАТАЦИЯ ДВУХАТОМНЫХ СПИРТОВ: бутандиол – 1, 3 бутадиен-1, 3

4. ДЕГИДРОГАЛОГЕНИРОВАНИЕ действие спиртового раствора щелочи на дигалогеналканы

ПОЛУЧЕНИЕ АЛКИНОВ

1. ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ КРЕКИНГ МЕТАН (ПИРОЛИЗ МЕТАНА) (промышленный): 1500ºС 2 СН 4 C 2 H 2 + 3 H 2 метан ацетилен Реакцию проводят электродуговым способом, пропуская метан между электродами. Нагревания быстрое, так как ацетилен при такой температуре может разлагаться на углерод и водород.

2. ГИДРОЛИЗ КАРБИДА КАЛЬЦИЯ (лабораторный способ): t Са. О + С Са. С 2 + СО Са. С 2 + Н 2 О Са(ОН)2 + С 2 Н 2 карбид кальция ацетилен Карбид кальция образуется при нагревании до 2500ºС. При гидролизе выделяется ацетилен.

3. ДЕГИДРОГАЛОГЕНИРОВАНИЕ ДИГАЛОГЕНАЛКАНОВ СПИРТОВЫМ РАСТВОРОМ ЩЕЛОЧИ (щелочь и спирт берутся в избытке). спирт CH 3 -CH 2 -CBr 2 -CH 3 + 2 KOH CH 3 -C≡C- CH 3 + 2 H 2 O + 2 KBr 2, 2 -дибромбутан бутин - 2

4. АЛКИЛИРОВАНИЕ АЦЕТИЛЕНИДОВ – Удлинение цепи при действии на ацетилениды алкилгалогенидами. CH 3 -C ≡ CNa + Br-C 2 H 5 CH 3 -C ≡ C- C 2 H 5 + Na. Br ацетиленид натрия бромэтан пентин-2

ПОЛУЧЕНИЕ АРЕНОВ

1) РИФОРМИНГ НЕФТИ - промышленный процесс переработки бензиновых и лигроиновых фракций нефти с целью получения высококачественных бензинов и ароматических углеводородов. Целевые реакции 1. Дегидрирование нафтеновых углеводородов в ароматические: С 6 H 12 → C 6 H 6 + 3 H 2 + 221 к. Дж/моль 2. Изомеризация пятичленных циклоалканов в производные циклогексана: С 5 H 9 -СН 3 → C 6 H 12 - 15, 9 к. Дж/моль 3. Изомеризация н-алканов в изоалканы: н-С 6 H 14 → изо-C 6 H 14 - 5, 8 к. Дж/моль 4. Дегидроциклизация алканов в ароматические углеводороды (ароматизация): С 6 H 14 → C 6 H 6 + 4 H 2 + 265 к. Дж/моль Побочные реакции 1. Дегидрирование алканов в олефины: С 6 H 14 → C 6 H 12 + H 2 + 130 к. Дж/моль 2. Гидрокрекинг алканов: н-С 9 H 20 + H 2 → изо-C 4 H 10 + изо-С 5 H 12

СПЛАВЛЕНИЕ СОЛЕЙ АРОМАТИЧЕСКИХ КИСЛОТ С ЩЕЛОЧЬЮ ИЛИ НАТРОННОЙ ИЗВЕСТЬЮ. Лабораторный способ 2. + Na. OH → + Na 2 CO 3 бензоат натрия бензол 3. ВЫДЕЛЕНИЕ ИЗ НЕФТИ И ПРОДУКТОВ КОКСОВАНИЯ УГЛЯ

4. ДЕГИДРИРОВАНИЕ ЦИКЛОАЛКАНОВ (АРОМАТИЗАЦИЯ) катализаторы Ni, Pt, Pd, t = 300⁰C

5. АЛКИЛИРОВАНИЕ БЕНЗОЛА ГАЛОГЕНАЛКАНАМИ в присутствии безводного хлорида алюминия или алкенами (реакция Фриделя-Крафтса): Бензол хлорэтан бензол пропилен изопропилбензол (кумол)

6. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГАЛОГЕНПРОИЗВОДНЫХ С МЕТАЛЛИЧЕСКИМ НАТРИЕМ реакция Вюрца-Фиттига (открыта Вюрцем). P. Фиттиг распространил на область жирно-ароматических углеводородов

ПОЛУЧЕНИЕ СТИРОЛА: 1. ДЕГИДРИРОВАНИЕ ЭТИЛБЕНЗОЛА: t, кат С 6 Н 5 -СН 2 -СН 3 C 6 H 5 -CH=CH 2 + H 2 этилбензол стирол 2. ДЕГИДРОГАЛОГЕНИРОВАНИЕ ФЕНИЛБРОМЭТАНА: спирт C 6 H 5 -CH-CH 3 +KOH C 6 H 5 -CH=CH 2 +KBr +H 2 O │ фенилбромэтан стирол Br