Относительные скорости бромирования по третичному, вторичному и первичному атомам углерода относятся как 1600 : 82 : 1. В реакции хлорирования та же закономерность. Однако хлор значительно более реакционноспособный, следовательно, менее избирательный (селективный) реагент, поэтому разница в скоростях не столь значительна и составляет 5,0 : 3,8 : 1,0 соответственно. Поэтому реакция хлорирования всегда приводит к сложным смесям продуктов монохлорирования. Поэтому, если в ходе решения задачи нужно получить моногалогенопроизводное прямым галогенированием алкана, следует проводить реакцию бромирования.
Как уже было отмечено выше, реакционная способность алканов низка. Наряду с хлорированием и бромированием можно отметить еще лишь несколько реакций. В 1888 г. М.И. Коновалов описал реакцию жидкофазного нитрования алканов. Реакция Коновалова протекает при 100-150оС под действием 10-15 % азотной кислоты.
Жидкофазное нитрование протекает с низким выходом и в 1934 г. было модифицировано Г.Б. Хаасом, который предложил проводить нитрование в паровой фазе (реакция Коновалова-Хааса).
Реакция протекает по радикальному механизму. Хотя легкость замещения водорода при нитровании изменяется в обычной последовательности третичный > вторичный > первичный > метильный, реакция сопровождается деструкцией с образованием всех возможных мононитропроизводных.
Среди функционализированных алканов важное место занимают сульфопроизводные (СМС). Концентрированная серная кислота действует на низшие алканы как окислитель и прямое сульфирование возможно лишь в случае высших производных. Для введения в молекулу предельного углеводорода сульфогруппы обычно используют обходной путь, применяя реакцию сульфохлорирования (действие SO2+Cl2) или сульфоокисление (SO2+O2).
При освещении ультрафиолетовым светом парафины вступают в реакцию замещения со смесью хлора и оксида серы (IV) с образованием сульфохлоридов.
Реакция протекает по цепному механизму. Стадия инициирования – гомолитическое расщеплении молекулы хлора.
Одним из наиболее важных направлений использования алканов является применение их в качестве топлива. Пламенное окисление алканов в присутствии кислорода воздуха приводит к их полному сгоранию до углекислого газа и воды с выделением большого количества тепла.
Механизм этой реакции до конца не установлен, несмотря на наличие большого числа математических моделей. Нет сомнений, что это свободнорадикальная цепная реакция.
При сжатии смеси паров бензина, состоящего из алканов, с воздухом образуются перекисные соединения, вызывающие так называемую «детонацию». Легче всего образуют перекиси алканы нормального строения, из которых состоит так называемый «бензин прямой гонки». Значительно лучшие антидетонационные свойства имеют алканы, в структуре которых есть четвертичный атом углерода. В основу условной шкалы оценки моторных топлив был положен изооктан (2,2,3-триметилпентан), которому было приписано октановое число 100, а н-гептану, обладающему сильными детонационными свойствами, - 0. Следует отметить, что имеются топлива, имеющие октановое число и больше 100. Бензин марки АИ-95 имеет точно такие же антидетонационные свойства, как смесь 95% изооктана и 5% н-гептана.
Химической промышленности необходимо большее количество низших углеводородов, чем может быть извлечено из углеводородного сырья. Алканы подвергаю пиролизу (от греческих слов pyr – огонь и lisis – разрушение), т.е. термическому разложению. Пиролиз алканов называют крекингом. Термический крекинг состоит в пропускании алканов через металлическую колонку, нагретую до высокой температуры (от 450 до 900оС). При этом высшие алканы превращаются в насыщенные соединения с меньшим молекулярным весом, алкены и водород. В качестве примера приведем крекинг пропана, приводящий к образованию пропилена, этилена, метана и водорода.
· Основные методы получения алканов: гидрирование алкенов и алкинов, восстановление кислород- и галогенсодержащих соединений, реакция Вюрца, декарбоксилирование и электролиз солей карбоновых кислот. Природные источники алканов.
Основные природные источники предельных углеводородов - нефтяные и газовые месторождения. Природный газ содержит в основном низшие алканы, находящиеся при н.у. в газообразном состоянии (метан, этан, пропан и бутан).
Сырая нефть состоит из сотен химических соединений. Для получения веществ, которые можно использовать в качестве горючего и сырья для химической промышленности, сырую нефть подвергаю фракционной перегонке. Получаемые фракции представляют собой смеси органических соединений различных классов, кипящих в соответствующем интервале температур.
Фракционный состав нефти
|
Фракция |
Т. кип. (оС) |
Число атомов углерода |
Применение |
|
Газ |
< 20 |
C1 – C4 |
Топливо |
|
Петролейный эфир |
20 – 100 |
С5 – С7 |
Растворитель |
|
Природный бензин |
40 – 205 |
С5 – С10 и циклоалканы |
Двигатели внутреннего сгорания |
|
Керосин |
175 – 325 |
С12 – С18 и ароматические углеводороды |
Реактивные двигатели |
|
Газойль (соляровое масло) |
200 – 400 |
С12 и выше |
Дизельные двигатели |
|
Смазочные масла |
Нелетучие жидкие |
Высшие алканы, содержащие циклические фрагменты |
Смазочные масла |
|
Асфальт (битум) |
Нелетучие твердые |
Полициклические |
Покрытие дорог |
Выделяемые из нефтяных фракций индивидуальные химические соединения являются ценнейшим сырьем для получения массы необходимых продуктов (лекарства, полимеры и т.д.).
Все методы получения органических соединений могут быть разделены на две большие группы: промышленные и лабораторные.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.