Углеводороды. Предельные углеводороды. Непредельные углеводороды. Циклоалканы., страница 7

Промышленные методы предполагают получение большого количества нужного соединения по возможно низкой цене. В промышленности гораздо меньше требования к чистоте получаемого продукта: целевой продукт нередко может использоваться в смеси с другими соединениями.

В лаборатории синтезируют малые количества веществ. Цена продукта при этом имеет меньше значения, но в лаборатории предъявляются очень высокие требования к чистоте продукта: целевой продукт должен быть индивидуальным чистым соединением. По возможности выбирают ту реакцию, по которой образуется только одно соединение с хорошим выходом.

Промышленные методы:

1. Получение из нефти. Прямой разгонкой нефти получают различные фракции, каждая из которых представляет собой очень сложную смесь углеводородов (УВ), в том числе алканов с различным числом углеродных атомов, причем каждый алкан представлен несколькими изомерами.

В зависимости от числа атомов углерода алканы, содержащиеся в нефти, подразделяются на следующие группы:

- газообразные алканы состава С14 содержатся в газовой фракции нефти;

- жидкие алканы С510 входят в состав бензиновых фракций; в наибольшем количестве обычно содержится простейший, т.е. н-изомер;

- УВ состава С1120 содержатся в средних фракциях нефти (180-350°С), причем содержание н-алканов снижается с увеличением молекулярной массы;

- твердые алканы С16и выше находятся в высококипящих фракциях(350-500°С). Такие алканы делят на парафины (н-алканы с т. пл. 45-65°С) и церезины (разветвленные алканы).

Главным методом переработки нефти нефтяных фракций является крекинг( термическое разложение УВ нефти с образованием смеси низших алканов, алкенов.При этом получаются газы, содержащие алкены, - этилен, пропилен, бутилены.

2. Гидрогенизация бурых углей (Бергиус,1916г). Этот процесс осуществляется обработкой бурых углей водородом при 400-600°С под давлением (2,5*107) в присутствии катализатора – оксида железа. В результате образуется смесь различных алканов и циклоалканов, которые используются  в качестве моторного топлива.

3. Метод Фишера-Тропша (1993г). При пропускании смеси СО с водородом при температуре 200С и Ратм над катализаторами, содержащими Со или Fe, образуется смесь алканов:

nСО + (2n + 1)Н2 → СnН2n+2 + nН2О

В этой реакции образуются в основном неразветвленные алканы. Длину цепи алканом можно регулировать добавками различных веществ к катализатору.

4. Важным источником алканов являются природный и попутный газы. Природный газ состоит главным образом из метана с небольшой примесью этана, пропана и бутана. Пропан-бутановую фракцию отделяют от более летучих компонентов сжатием и под давлением помещают в баллоны, используя в быту в качестве тоилива.

Природный газ (метан) с водяным паром, диоксида углерода или кислородом при 800-900°С в присутствии катализатора NiO или Al2O3 дает смесь оксида углерода и водорода – «синтез-газ»:

СН4 + Н2О → СО + 3Н2

СН4 + СО2 → 2СО + 2Н2

2СН4 + О2 → 2СО + 4Н2

Синтез-газ используется в технике для получения алканов (метод Фишера-Тропша), спиртов и оксосоединений.

Лабораторные методы:

1. Гидрирование алкенов и алкинов. Непредельные углеводороды путем каталитического гидрирования могут быть легко превращены в алканы с тем же углеродным скелетом(kat H2/Pt(Pd, Ni)).

R-C≡C-R → R-CН=CН-R → R-CН2-CН2-R

2. Восстановление галогеналканов. При каталитическом гидрировании (Pd) галогеналканы превращаются в алканы:

R-Cl + Н2 → R-H + HCl

3. Гидролиз металлоорганических соединений. Разложение их идет водой с образованием алканов. Довольно часто в этих целях используют магнийорганические соединения (реактивы Гриньяра): эфир              НОН

R-Cl + Mg ─→ R-MgCl ─→ R-H + Mg(OH)Cl

На практике наиболее часто применяют бромпроизводные, так как использование иодопроизводных приводит к дополнительному выходу побочных продуктов, а хлорпроизводные – малоактивны.

4. Реакция Вюрца (1855г.). При взаимодействии галогеналканов с металлическим натрием образуются алканы:

R-Br + 2Na + R-Br → R-R + 2NaBr