додати матеріал


приховати рекламу

Граничні вуглеводні алкани

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

«Уфімський Державний Нафтовий Технічний Університет»

Кафедра: «Фізична і органічна хімія»

Реферат

П редельние вуглеводні (алкани)

Ст.гр.БТП-09-01 Антипина А.

Доцент Калашников С.М.

Уфа 2010



Алка ни (також насичені вуглеводні, парафіни, аліфатичні сполуки) - ациклічні вуглеводні лінійного або розгалуженого будови, що містять тільки прості зв'язки і утворюють гомологічний ряд із загальною формулою C n H 2n +2.

Алкани є насиченими вуглеводнями і містять максимально можливу кількість атомів водню. Кожен атом вуглецю в молекулах алканів знаходиться в стані sp 3-гібридизації - всі 4 гібридні орбіталі атома С рівні за формою і енергії, 4 електронних хмари направлені до вершини тетраедра під кутами 109 ° 28 '. За рахунок одинарних зв'язків між атомами С можливе вільне обертання навколо вуглецевого зв'язку. Тип вуглецевого зв'язку - σ-зв'язку, зв'язку малополярни і погано поляризуемости. Довжина вуглецевого зв'язку - 0,154 нм.

Назви алканів.

Слово «алкан» того ж походження, що і «алкоголь». Застарілий термін «парафін» походить від латинських parum - мало, трохи і affinis - споріднений; парафіни мають малу реакційною здатністю по відношенню до більшості хімічних реагентів. Багато парафіни є гомологами; в гомологическом ряду алканів кожний наступний член відрізняється від попереднього на одну метиленову групу СН 2. Термін походить від грецького homologos - відповідний, подібний.

Номенклатурні (від лат. Nomenclatura - розпис імен) назви алканов будуються за певними правилами, які не завжди однозначні. Так, якщо в молекулі алкана ecть різні заступники, то в назві алкана вони перераховуються в алфавітному порядку. Однак у різних мовах цей порядок може відрізнятися. Наприклад, вуглеводень СН 3-СН (СН 3)-СН2 Н 5)-СН 2-СН 2-СН 3 згідно з цим правилом по-русски буде називатися 2-метил-3-етілгексан, а по-англійськи 3-ethyl-2-methylhexane ...

Відповідно до назви вуглеводню називаються і алкільні радикали: метил (СН 3 -), етил (С 2 Н 5 -), ізопропіл (СН 3) 2 СН-, втор-бутил С 2 Н 5-СН (СН 3) -, трет-бутил (СН 3) 3 С-і т.д. Алкільні радикали входять як ціле до складу багатьох органічних сполук; у вільному стані ці частинки з неспареним електроном виключно активні.

Деякі ізомери алканів мають і тривіальні назви, наприклад, ізобутан (2-метілпропан), ізооктан (2,2,4-триметилпентана), неопентана (2,3-діметілпропан), сквалан (2,6,10,15,19,23 -гексаметілтетракозан), назва якого походить від лат squalus - акула (неграничне похідне сквалан - сквален, важливе для обміну речовин з'єднання, було вперше виявлено в печінки акули). Часто використовується і тривіальне назва радикала пента (С 5 Н 11) - аміл. Воно походить від грец. Amylon - крохмаль: колись ізоаміловий спирт С 5 Н 11 він (3-метілбутанол-1) називали «амільним алкоголем бродіння», так як він складає основу сивушного масла, а воно утворюється в результаті бродіння цукристих речовин - продуктів гідролізу крохмалю.

Систематична номенклатура ІЮПАК

За номенклатурою ІЮПАК назви алканов утворюються за допомогою суфікса-ан шляхом додавання до відповідного кореня від назви вуглеводню. Вибирається найбільш довгу нерозгалужене вуглеводнева ланцюг так, щоб у найбільшого числа заступників був мінімальний номер в ланцюзі. У назві з'єднання цифрою вказують номер вуглецевого атома, при якому знаходиться замісник радикал, потім назва радикала і назва головного ланцюга. Якщо радикали повторюються, то перераховують цифри, що вказують їх положення, а число однакових радикалів вказують приставками ді-, три-, тетра-. Якщо радикали неоднакові, то їх назви перераховуються в алфавітному порядку.

Раціональна номенклатура

Вибирається один з атомів вуглецевого ланцюга, він вважається заміщених метаном і відносно нього будується назву «алкіл1алкіл2алкіл3а

Фізичні властивості насичених вуглеводнів (алканів) Алкани - безбарвні речовини, нерозчинні у воді. У звичайних умовах вони хімічно інертні, оскільки всі зв'язки в їх молекулах утворені за участю sp3-гібридних орбіталей атома вуглецю і є дуже міцними. В реакції приєднання алкани не вступають: всі зв'язки атомів вуглецю повністю насичені.

  • Температури плавлення і кипіння збільшуються з молекулярної масою і довжиною головної вуглецевого ланцюга

  • При нормальних умовах нерозгалужені алкани з CH 4 до C 4 H 10 - гази; з C 5 H 12 до C 13 H 28 - рідини; після C 14 H 30 - тверді тіла.

  • Температури плавлення і кипіння знижуються від менш розгалужених до більш розгалуженим. Так, наприклад, при 20 ° C н-пентан - рідина, а неопентана - газ.

  • газоподібні алкани горять безбарвним або блідо-блакитним полум'ям з виділенням великої кількості тепла.

Хімічні властивості насичених вуглеводнів (алканів)

Вуглеводні ряду метану при звичайній температурі хімічно дуже інертні, чому вони і отримали назву парафінів (від латинських слів parum affinis - володіє малим спорідненістю). З більшістю хімічних реагентів ці вуглеводні в зазначених умовах або зовсім не реагують, або реагують надзвичайно повільно. При порівняно невисоких температурах протікає лише невелике число реакцій, при яких відбувається заміна атомів водню на різні атоми і групи (реакції металеп-cuu). Ці реакції ведуть до отримання похідних відповідних вуглеводнів.

Алкани мають низьку хімічну активність. Це пояснюється тим, що поодинокі CH і CC зв'язку щодо міцні і їх складно зруйнувати. Оскільки вуглецеві зв'язки неполярних, а зв'язку С - Н малополярни, обидва види зв'язків малополярізуеми і відносяться до σ-увазі, їх розрив найбільш вірогідний по гомолитического механізму тобто з утворенням радикалів.

Реакції радикального заміщення

Галогенування

Галогенування алканів протікає за радикальним механізмом. Для ініціювання реакції необхідно суміш алкана і галогену опромінити УФ-світлом або нагріти. Хлорування метану не зупиняється на стадії отримання метилхлорида (якщо взяті еквімолярних кількості хлору і метану), а призводить до утворення всіх можливих продуктів заміщення, від метилхлорида до тетрахлоруглерода. Хлорування інших алканів приводить до суміші продуктів заміщення водню в різних атомів вуглецю. Співвідношення продуктів хлорування залежить від температури. Швидкість хлорування первинних, вторинних і третинних атомів залежить від температури, при низькій температурі швидкість зменшується в ряді: третинний, вторинний, первинний. При підвищенні температури різниця між швидкостями зменшується до тих пір, поки не стає однаковою. Крім кінетичного фактора на розподіл продуктів хлорування впливає статистичний фактор: ймовірність атаки хлором третинного атома вуглецю в 3 рази менше, ніж первинного і в два рази менше ніж вторинного. Таким чином хлорування алканов є нестереоселектівной реакцією, крім випадків, коли можливий тільки один продукт монохлорірованія.

Галогенування - це одна з реакцій заміщення. У першу чергу галогеніруется найменш гідрування атом вуглецю (третинний атом, потім вторинний, первинні атому галогеніруются в останню чергу). Галогенування алканів проходить поетапно - за один етап заміщається не більше одного атома водню:

  1. CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl (хлорметан)

  2. CH 3 Cl + Cl 2 → CH 2 Cl 2 + HCl (дихлорметан)

  3. CH 2 Cl 2 + Cl 2 → CHCl 3 + HCl (тріхлорметан)

  4. CHCl 3 + Cl 2 → CCl 4 + HCl (тетрахлорметан).



Під дією світла молекула хлору розпадається на радикали, потім вони атакують молекули алкана, заміщаючи в них атом водню, в результаті цього утворюються метильні радикали СН 3, які стикаються з молекулами хлору, руйнуючи їх і утворюючи нові радикали.

Бромування алканов відрізняється від хлорування вищої стереоселектівностью через більшу різниці в швидкостях бромування третинних, вторинних і первинних атомів вуглецю при низьких температурах.

Йодування алканов йодом не відбувається, отримання иодидов прямим йодування здійснити не можна.

З фтором і хлором реакція може протікати з вибухом, в таких випадках галоген розбавляють азотом або розчинником.

Нітрація (реакція Коновалова)

Алкани реагують з 10% розчином азотної кислоти або оксидом азоту N 2 O 4 в газовій фазі при температурі 140 ° C і невеликому тиску з утворенням нітропохідних. Реакція також підпорядковується правилу Марковникова.

RH + HNO 3 = RNO 2 + H 2 O

Усі наявні дані вказують на вільнорадикальних механізм. У результаті реакції утворюються суміші продуктів.

Реакції окислення

Горіння

Основним хімічною властивістю граничних вуглеводнів, що визначають їх використання в якості палива, є реакція горіння. Приклад:

CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O + Q



У разі нестачі кисню замість вуглекислого газу виходить чадний газ чи вугілля (залежно від концентрації кисню).

У загальному вигляді реакцію горіння алканов можна записати наступним чином:

З n Н 2 n +2 + (1,5 n +0,5) O 2 = n CO 2 + (n +1) H 2 O

Каталітичне окислення

Можуть утворюватися спирти, альдегіди, карбонові кислоти.

При м'якому окисленні СН 4 (каталізатор, кисень, 200 ° C) можуть утворитися:

  • метиловий спирт: СН 4 + О 2 = СН 3 ОН

  • формальдегід: СН 4 + О 2 = СН 2 О + Н 2 O

  • мурашина кислота: СН 4 + О 2 = НСООН

Термічні перетворення алканів

Розкладання

Реакції розкладу відбуваються лише під впливом високих температур. Підвищення температури призводить до розриву вуглецевого зв'язку і утворення вільних радикалів.

Приклади:

CH 4 → C + 2H 2 (t> 1000 ° C)

C 2 H 6 → 2C + 3H 2

Крекінг

При нагріванні вище 500 ° C алкани піддаються піролітичної розкладання з утворенням складної суміші продуктів, склад і співвідношення яких залежать від температури і часу реакції. При піролізі відбувається розщеплення вуглець-вуглецевих зв'язків з утворенням алкільних радикалів.

У 1930-1950 рр.. піроліз вищих алканів використовувався в промисловості для отримання складної суміші алканів і алкенів, містять від п'яти до десяти атомів вуглецю. Він отримав назву «термічний крекінг». За допомогою термічного крекінгу вдавалося збільшити кількість бензинової фракції за рахунок розщеплення алканів, що містяться в гасової фракції (10-15 атомів вуглецю в вуглецевому кістяку) і фракції солярового масла (12-20 атомів вуглецю). Однак октанове число бензину, отриманого при термічному крекінгу, не перевищує 65, що не відповідає вимогам умов експлуатації сучасних двигунів внутрішнього згоряння.

В даний час термічний крекінг повністю витіснений у промисловості каталітичним крекінгом, який проводять в газовій фазі при більш низьких температурах - 400-450 ° C і низькому тиску - 10-15 атм на алюмосиликатном каталізаторі, який безперервно регенерується спалюванням утворюється на ньому коксу в струмі повітря . При каталітичному крекінгу в отриманому бензині різко зростає вміст алканів з розгалуженою структурою.

Для метану:

CH 4 → С + 2H 2 - при 1000 ° C

Частковий крекінг:

2CH 4C2H2 + 3H 2 - при 1500 ° C

Дегидрирование

Освіта:

1) У вуглецевому кістяку 2 (етан) або 3 (пропан) атома вуглецю - отримання (термінальних) алкенів, так як інших в даному випадку не може вийти; виділення водню:

Умови протікання: 400-600 ° C, каталізатори - Pt, Ni, Al 2 O 3, Cr 2 O 3

а) CH 3 - CH 3 → CH 2 = CH 2 + H 2 (етан → етен)

б) CH 3-CH 2-CH 3 → CH 2 = CH-CH 3 + H 2 (пропан → пропилу)

2) В вуглецевому кістяку 4 (бутан, ізобутан) або 5 (пентан, 2-метилбутан, неопентана) атомів вуглецю - отримання алкадиенов; виділення водню:

в) CH 3 - CH 2 - CH 2 - CH 3 → CH 2 = CH - CH = CH 2 + H 2 (бутан → бутадієн-1, 3)

в ') CH 3-CH 2-CH 2-CH 3 → CH 2 = C = CH-CH 3 + H 2 (бутан → бутадієн-1, 2)

3) В вуглецевому кістяку 6 (гексан) і більше атомів вуглецю - отримання бензолу і його похідних:

г) CH 3 - CH 2 - CH 2 - CH 2 CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 3 (октан) → П.-ксилол, паралельно М.-ксилол, паралельно етилбензол + 3 H 2

Ізомеризація

Під дією каталізатора (наприклад, AlCl 3) відбувається ізомеризація алкана: наприклад, бутан (C 4 H 10), взаємодіючи з хлоридом алюмінію (AlCl 3), перетворюється з н-бутану в 2-метілпропан.

Конверсія метану

У присутності нікелевого каталізатора протікає реакція:

CH 4 + H 2 O → CO + H 2

Продукт цієї реакції (суміш CO і H 2) називається «синтез-газом».

Отримання

Головним джерелом алканів (а також інших вуглеводнів) є нафта і природний газ, які зазвичай зустрічаються спільно.

Відновлення галогенпохідних алканів

При каталітичному гідруванні в присутності паладію галогеналкани перетворюються на алкани:

R-CH 2 Cl + H 2 → R-CH 3 + HCl

Відновлення йодалканов відбувається при нагріванні останніх з йодоводородной кислотою:

R-CH 2 I + HI → R-CH 3 + I 2

Для відновлення галогеналканов придатні також амальгама натрію, гідриди металів, натрій в спирті, цинк в соляній кислоті або цинк в спирті

Відновлення спиртів

Відновлення спиртів призводить до утворення вуглеводнів, що містять ту ж кількість атомів С. Так, наприклад, проходить реакція відновлення бутанолу (C 4 H 9 OH), що проходить в присутності LiAlH4. При цьому виділяється вода.

H 3 C-CH 2-CH 2-CH 2 OH → H 3 C-CH 2-CH 2-CH 3 + H 2 O

Відновлення карбонільних сполук

Реакція Кіжнера-Вольфа:



Реакцію проводять в надлишку гідразину в висококиплячому розчиннику в присутності KOH.

Реакція Клемменсена:

Гідрування неграничних вуглеводнів

  • З алкенов

C n H 2n + H 2 → C n H 2n +2

  • З алкинов

C n H 2n-2 + 2H 2 → C n H 2n +2

Каталізатором реакції є сполуки нікелю, платини або паладію.

Синтез Кольбе

При електролізі солей карбонових кислот, аніон кислоти - RCOO - переміщається до анода, і там, віддаючи електрон перетворюється на нестійкий радикал RCOO •, який відразу декарбоксилируется. Радикал R • стабілізується шляхом здвоювання з подібним радикалом, і утворюється R-R. Наприклад:

2CH 3 COO - - 2e → 2 [CH 3 COO •] → 2CH 3 • → C 2 H 6

2C 3 H 7 COOK → {електроліз} → C 6 H 14



Газифікація твердого палива

Проходить при підвищеній температурі і тиску. Каталізатор - Ni:

C +2 H 2 → CH 4

Реакція Вюрца

2R-Br + 2Na = R-R + 2NaBr

Реакція йде в ТГФ при температурі -80 ° C. При взаємодії R і R `можливе утворення суміші продуктів (R-R, R`-R `, R-R`)

Синтез Фішера - Тропша

nCO + (2n +1) H 2 → C n H 2n +2 + nH 2 O



Список використаної літератури

  • Активація та каталітичні реакції алканів / Пер. з англ.; під ред. К. Хілла. - М.: Мир, 1992.

  • Петров Ал. А. Хімія алканів

  • Переушану В. Виробництво і використання вуглеводнів. - М.: Хімія, 1987.

  • Рудаков Є. С. Реакції алканів з окислювачами, металокомплексів і радикалами в розчинах. - Київ: Наукова думка, 1985.

  • Хейнс А. Методи окислення органічних сполук. Алкани, алкени, алкіни та арени. - М.: Мир, 1988.

Посилання (links):
  • http://books.google.com/books?id=V5IfAAAAIAAJ
  • Додати в блог або на сайт

    Цей текст може містити помилки.

    Хімія | Реферат
    54.3кб. | скачати


    Схожі роботи:
    Граничні або насичені вуглеводні ряду метану алкани або парафіни
    Граничні вуглеводні
    Аліфатичні граничні вуглеводні та їх будова
    Алкани як паливо Октанове та цетанове число
    Прогнозування критичної температури Алкани та алкени
    Дієнові вуглеводні
    Дієнові вуглеводні й органічні галогеніди
    Природні гази та індивідуальні вуглеводні
    Граничні нервово-психічні розлади
    © Усі права захищені
    написати до нас
    Рейтинг@Mail.ru