В.В. Еремин, А.Я. Борщевский - Основы общей и физической химии (1113479), страница 49
Текст из файла (страница 49)
Для мягкого фторирования можно использовать 1% раствор фтора в инертном газе, но реакция неселективна, т. е. в результате образуется смесь различных фторпроизводных. При действии разбавленной азотной кислоты на алканы при 140'С и небольшом давлении протекает радикальная реакция: СНз — СНз + НИОз — ~ СНз — СН2 — Х02 + Н20. Реакцию замещения водорода на нитрогруппу М02 называют нитроеанием.
Нитрование алканов носит название реакции Коновалова. В промышленности ее проводят в газовой фазе при 450'С. Нормальные алканы при определенных условиях могут превращаться в алканы с разветвленной цепью: л~с14, юо'с СНз — СН2 — СН2 — СНв — — ~ СНз — СН вЂ” СНв. ! СНз Крекинг — это гомолитический разрыв связей С вЂ” С, который протекает при нагревании и под действием катализаторов. При крекинге высших алканов образуются алкены и низшие алканы, при крекинге метана и этана образуется ацетилен: СвН1в л С4Ню + С4Нв, 2СН4 — С2Н2 + ЗН2, С2Нв — С2Н2+ 2Н2'.
Эти реакции имеют большое промышленное значение. Таким путем высококипящие фракции нефти (мазут) превращают в бензин, керосин и другие ценные продукты. При мягком окислении метана кислородом воздуха в присутствии различных катализаторов могут быть получены метиловый спирт, формальдегид,муравьиная кислота: СН ОН 200'С НСООН Мягкое каталитическое окисление бутана кислородом воздуха — один из промыш- ленных способов получения уксусной кислоты: 2С4Ню + 502 — ~ 4СНзСООН+ 2Н20. На воздухе алканы сгорают до С02 и Н20; СьН2л.~-2 + 2 02 = ПС02 + (П + 1)Н20. 'В последних двух реакциях не происходит разрыва связей С вЂ” С, однако эти процессы также называют крекннгом.
250 2"я. 9. Химия углеводородов Применение алкаиов. Алканы, в первую очередь метан, находят очень широкое применение в промышленности. Метан — это не только самое дешевое топливо, используемое и в быту и в промышленности, но и ценнейшее химическое сырье. Пиролнзом метана получают сажу, применяемую для производства автопокрышек. Метан служит сырьем для получения ацетилена С2Н2, хлорметанов СН„С14 „, нитрометана Снзг)02, сероуглерода С82, синильной кислоты НС)ч. При пропускании метана с водяным паром 1конверсия метана) над никелевым катализатором при 800'С образуется смесь оксида углерода П1) и водорода, применяемая в качестве сина2ез-газа: ш,боо'с СН4+ Н20 — н СО+ ЗН2. Полученный при конверсии метана водород применяется для синтеза аммиака и удобрений на его основе.
Синтез-газ используется для получения по реакции Фи- шера — Тропша синтетического бензина. Из синтез-газа в огромных количествах производят метанол и формальдегид; спо,зпо СО,'.2Н ' СН ОН, 250'С, 50 ати Аюбоо с сноп снонн. Этан и пропан — это исходные соединения для получения этилена и пропена, из которых в свою очередь производят в огромных количествах полимеры: полиэтилен и полипропилен. Пропан-бутановую смесь в виде сжиженного газа используют в быту в баллонах (баллонный газ). Бутан является сырьем для производства уксусной кислоты.
Дегидрированием бутана и изопентана (2-метилбутана) получают бутадиен и изопрен, служащие сырьем для получения синтетического каучука. Жидкие предельные углеводороды, получаемые при переработке нефти используются как горючее (бензин, керосин, дизельное топливо, соляровое масло и др.). Цакяоалканы — это предельные циклические углеводороды. Простейшие представители этого ряда: СН2 /н, Н2С вЂ” СН2 Н,С вЂ” СН, 1 Н2С вЂ” СН2 циклобутан циклопропан Структурные формулы циклоалканов обычно записывают в сокращенном виде, используя геометрическую форму цикла и опуская символы атомов углерода и водорода: СН или Л Н2С вЂ” СН2 Н,С вЂ” СН, - Г~ Н2С вЂ” СН2 Как и в алканах, каждый атом углерода в циклоалканах находится в зрз-гибридном состоянии и образует четыре а-связи С вЂ” С и С вЂ” Н.
Углы между связями зависят от размера цикла. В малых циклах Сз и С4 углы между связями С вЂ” С сильно у 9 7 Г77новльннв 77ен нодо7лн7н илконь и ннк.н йннаня о53 отзичвк1зсн о- тетрввдрн коко~ о тглв 10сл,5", нто создает в нолскулвх ивпр~ хкение и обссгениваст их высокун, ревкиионну7о сгосооиость. 252 Гл. У. Химия углеводородов ям присоединения, т.
е. сходны в этом отношении с алкенами. Циклопентан и циклогексан по своему химическому поведению близки к алканам, т.е. вступают в реакции радикального замещения. Так, например, циклопропан и циклобутан присоединяют бром: СНз l ~ + Вгз — л.
ВгСНз — СНз — СНзВг. НзС вЂ” СНз Циклопропан, циклобутан и даже циклопентан могут присоединять водород, превращаясь в соответствующие алканы. Присоединение происходит при нагревании в присутствии никелевого катализатора: НзС вЂ” СНз ь ю + Нз — ~ СНз — СНз — СНз — СНз. НзС вЂ” СНз Из метилциклопропана в этой реакции получается смесь изомерных бутанов: СНз СН 1 СНз — СНз — СНз — СНз + Нз Нас — СН2 Снз — СН вЂ” Снз 1 СНз Реакции замещения. Нормальные циклы (Сз и выше) вступают в реакции радикального замещения подобно алканам: СзНьз + Вгз — СаНпВг + НВг.
Дегидрирование циклогексана в присутствии никелевого катализатора приводит к образованию бензола; с% СаНгз — ~ СзНз+ ЗНз. Эта реакция используется для промышленного получения бензола. й 9.2. ПЕРЕРАБОТКА НЕФТИ Важнейший природный источник углеводородов — нефть. Ее потенциальные мировые запасы составляют 550-600 млрд.
тонн. При этом ежегодная добыча нефти достигла в настоящее время 3 млрд, тонн, Сырая природная нефть— вязкая жидкость темно-коричневого или черного цвета. В состав нефти входят углеводороды трех классов: алканы, циклоалканы и ароматические углеводороды. Состав сырой нефти зависит от месторождения.
Основными компонентами нефти являются неразветвленные и разветвленные углеводороды с числам атомов углерода от одного до сорока. Циклоалканы нефти, которые часто называют нафтенами, — это, в основном, метил- и этилзамещенные циклопентаны и циклогексаны. Ароматические углеводороды (бензол и его ближайшие гомологи) содержатся в нефтях в меньших количествах, чем алканы и нафтены. Нефть содержит также органические соединения серы, азота и кислорода.
Более 90;4 добываемой нефти расходуется как топливо, и только около 10т0 идет на химическую переработку. 254 Гл. У. Химия углеводородов летом, которые непригодны как горючее для современных бензиновых двигателей. Очень важно, чтобы бензин в двигателе сгорал гладко, без детонации. Детонация вызвана тем, что реакция сгорания приобретает взрывной характер цепных реакций. Вероятность взрывного характера горения выше для неразветвленных, чем для разветвленных углеводородов.
Способность бензина к детонации выражают через «октановое число» (табл. 9.2). Октановое число н-гептана принято за О, а октановое число 2,2,4-триметилпентана (изооктана) считается равным 100: СНз ! СНз — СНз — СНз — СНз — СНз — СНз — СНз СНз — С вЂ” СНз — СН вЂ” СНз ! СНз СНз и-гептан (ОЧ = 100) изооктан (ОЧ = 100) Бензин с октановым числом 95 имеет такую же способность к детонации, как смесь 95% изооктана и 5% гептана. Требования, предъявляемые к качеству бензина, постоянно повышаются. Так, по нормам «Евро-4» содержание бензола не должно превышать 1%. Поэтому для повышения качества бензина и увеличения его выхода выделяемые фракции нефти подвергают дальнейшей химической переработке.
Таблица 9.2. Оитановые числа углеводородов Октановое число Октановое число Углеводород Углеводород 77 О 0 100 79 98 > 110 Циклогексан Гептан Оитан 2,2,4-Триметилпентан 1,2-Диметнлцнклогексан Этилбензол Ксилолы Пента н 2-Метилбутан Циклопентан Гексан 2-Метнлпентан 2,2-Диметилбутан Бензол 62 90 85 26 73 93 > 100 Остаток атмосферной перегонки нефти — мазут — применяют в качестве котельного топлива или перегоняют под вакуумом для получения различных смазочных масел (соляровое, веретенное, трансформаторное). Наконец, гудрон — остаток вакуумной перегонки мазута — используют для производства битума, асфальта.
Природные горючие газы — это собственно природный газ, попутный газ, выделяемый при добыче нефти, и газ газоконденсатных месторождений. Основным компонентом природных газов является метан, содержание которого может составлять от 70 до 99%. Помимо метана природные газы содержат этан, пропан и бутаны, а также небольшие количества азота, углекислого газа, сероводорода и инертных газов — гелия и аргона.
Переработка нефти в нефтяной и нефтехимической промышленности преследует различные цели. Главная задача нефтеперерабатывающей промышленности — получение высококачественного моторного топлива. В нефтехимической промышленности нефть и газ служат сырьем для получения самых разнообразных органических соединений. И в нефтяной, и в нефтеперерабатывающей промышленности продукты первичной перегонки нефти подвергают последующей переработке с использованием таких процессов, как термический и каталитический крекинг, пиролиз, каталитический риформинг. З 9.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
