Блок 4. Методы познания в химии. Химия и жизнь
4.1. Экспериментальные основы химии
4.1.7. Основные способы получения углеводородов (в лаборатории)
Углеводороды разных классов (алканы, алкены, алкины, алкадиены, арены) можно получать различными способами.
Получение алканов
Крекинг алканов с изначально большей длиной цепи
Процесс, используемый в промышленности, протекает в интервале температур 450-500oC в присутствии катализатора и при температуре 500-700oC в отсутствие катализатора:
Важность промышленного процесса крекинга заключается в том, что он позволяет повысить выход бензина из тяжелых фракций нефти, которые не представляют существенной ценности сами по себе.
Гидрирование непредельных углеводородов
• алкенов:
• алкинов и алкадиенов:
Газификация каменного угля
в присутствии никелевого катализатора при повышенных температуре и давлении может быть использована для получения метана:
Процесс Фишера-Тропша
С помощью данного метода могут быть получены предельные углеводороды нормального строения, т.е. алканы. Синтез алканов осуществляют, используя синтез-газ (смеси угарного газа CO и водорода H2), который пропускают через катализаторы при высоких температуре и давлении:
Реакция Вюрца
С помощью данной реакции могут быть получены углеводороды с большим числом атомов углерода в цепи, чем в исходных углеводородах. Реакция протекает при действии на галогеналканы металлического натрия:
Декарбоксилирование солей карбоновых кислот
Сплавление твердых солей карбоновых кислот со щелочами приводит к реакции декарбоксилирования, при этом образуются углеводород с меньшим числом атомов углерода и карбонат металла (реакция Дюма):
Гидролиз карбида алюминия
Взаимодействие карбида алюминия с водой, а также кислотами-неокислителями приводит к образованию метана:
Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3 + 3CH4↑
Al4C3 + 12HCl = 4AlCl3 + 3CH4↑
Получение алкенов
Крекинг алканов
Реакция в общем виде уже была рассмотрена выше (получение алканов). Пример реакции крекинга:
Дегидрогалогенирование галогеналканов
Дегидрогалогенирование галогеналканов протекает при действии на них спиртового раствора щелочи:
Дегидратация спиртов
Данный процесс протекает в присутствии концентрированной серной кислоты и нагревании до температуры более 140оС:
Обратите внимание, что и в случае дегидратации, и в случае дегидрогалогенирования отщепление низкомолекулярного продукта (воды или галогеноводорода) происходит по правилу Зайцева: водород отщепляется от менее гидрированного атома углерода.
Дегалогенирование вицинальных дигалогеналканов
Вицинальными дигалогеналканами называют такие производные углеводородов, у которых атомы хлора прикреплены к соседним атомам углеродной цепи.
Дегидрогалогенирование вицинальных галогеналканов можно осуществить, используя цинк или магний:
Дегидрирование алканов
Пропускание алканов над катализатором (Ni, Pt, Pd, Al2O3 или Cr2O3) при высокой температуре (400-600оС) приводит к образованию соответствующих алкенов:
Получение алкадиенов
Дегидрирование бутана и бутена-1
В настоящий момент основным методом производства бутадиена-1,3 (дивинила) является каталитическое дегидрирование бутана, а также бутена-1, содержащихся в газах вторичной переработки нефти. Процесс проводят в присутствии катализатора на основе оксида хрома (III) при 500—650°С:
Действием высоких температур в присутствии катализаторов на изопентан (2-метилбутан) получают промышленно важный продукт – изопрен (исходное вещество для получения так называемого «натурального» каучука):
Метод Лебедева
Ранее (в Советском Союзе) бутадиен-1,3 получали по методу Лебедева из этанола:
Дегидрогалогенирование дигалогензамещенных алканов
Осуществляется действием на галогенпроизводные спиртового раствора щелочи:
Получение алкинов
Получение ацетилена
Пиролиз метана
При нагревании до температуры 1200-1500оС метан подвергается реакции дегидрирования с одновременным удваиванием углеродной цепи – образуются ацетилен и водород:
Гидролиз карбидов щелочных и щелочноземельных металлов
Действием на карбиды щелочных и щелочно-земельных металлов воды или кислот-неокислителей в лаборатории получают ацетилен. Наиболее дешев и, как следствие, наиболее доступен для использования карбид кальция:
Дегидрогалогенирование дигалогеналканов
Получение гомологов ацетилена
Дегидрогалогенирование дигалогеналканов:
Дегидрирование алканов и алкенов:
Получение ароматических углеводородов (аренов)
Декарбоксилирование солей ароматических карбоновых кислот
Сплавлением солей ароматических карбоновых кислот со щелочами удается получить ароматические углеводороды с меньшим числом атомов углерода в молекуле по сравнению с исходной солью:
Тримеризация ацетилена
При пропускании ацетилена при температуре 400°C над активированным углем с хорошим выходом образуется бензол:
Аналогичным способом можно получать симметричные триалкилзамещенные бензолы из гомологов ацетилена. Например:
Дегидрирование гомологов циклогексана
При действии на циклоалканы с 6-ю атомами углерода в цикле высокой температуры в присутствии платины происходит дегидрирование с образованием соответствующего ароматического углеводорода:
Дегидроциклизация
Также возможно получение ароматических углеводородов из углеводородов нециклического строения при наличии углеродной цепи с длиной в 6 или более атомов углерода (дегидроциклизация). Процесс осуществляют при высоких температурах в присутствии платины или любого другого катализатора гидрирования-дегидрирования (Pd, Ni):
Алкилирование
Получение гомологов бензола алкилированием ароматических углеводородов хлорпроизоводными алканов, алкенами или спиртами:
| 
Меню сайта
Категории раздела
Вход
Поиск
Друзья сайта
Наш опрос
Статистика
