Р. Моррисон, Р. Бойд - Органическая химия (1125875), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Для температуры плавления такая закономерность отсутствует, поскольку межмолекулярные силы в кристалле зависят не только от размера молекул, но также и от того, как они упакованы в кристаллической решетке. Первые четыре и-алкина представляют собой газы, следующие 13 (Сев С„) — жидкости, а алканы с 18 и более атомами углерода — твердые вещества. Задача 4ЛВ. Используя данные табл.
4.3, постройте графики зависимости температуры кипения, температуры плавления и плотности от числа атомов углерода в алкане. Разница в температурах кипения алкаиов, содержащих одинаковое число атомов углерода, но имеющих различное строение, несколько меньше. На стр. 97 и 103 приведены температуры кипения изамерных бутанов, пентанов н гексанов.
В каждом случае из>мер с разветвленной цепью имеет более низкую температуру кипения, чем изомер с прямой цепью, и, кроме того, чем больше разветвлений, тем ниже температура кипения. Таким образом, и-буган кипит при О 'С, а изобуган — при — 12 'С. и-Пентан кипит при 38 'С, изопентан (одна разветвление) — при 28 'С, а неопентан (два разветвления)— при 9,5 С. Подобное влияние разветвления на температуру кипения наблюдается для всех классов органических соединений. Понижение температуры кипения с увеличением разветвлений вполне понятно: форма разветвленных молекул стремится к сферической; при этом площадь поверхности уменьшается и в результате уменьшаются межмалекулярные силы, которые теперь преодолеваются при более низкой температуре. В соответствии с эмпирическим правилом «подобное растворяется в подобном» алканы растворимы в неполяриых растворителях, таких, как бензол, эфир и хлороформ, и нерастворимы в воде и других сильно полярных растворнтелях.
При использовании алканов в качестве растворителей следует помнить, что они растворяют малополярные соединения и не растворяют сильнополярные. Плотность возрастает с увеличением размеров алканав, ио имеет тенденцию к пределу окало 0,8; таким образом, все алканы легче воды. Не удивительно, что почти все органические соединения имеют плотность, меньшую плотности воды, поскольку, как и алкаиы, они состоят в основном нз углерода и водорода. В общем случае, чтобы соединение было тяжелее воды, оио должно содержать тяжелый атом, например бром или иод, или несколько таких атомов, как хлор. 4.15. Промышленные источники Основными источниками ялкапов служит нефть и сопутствукпций ей природный газ. Гниение и миллионы лет геологических преобразований превратили сложные органические соединения, из которых состояли растения и животные, в смесь алканов, имеющих в своем составе от одного до 30— 40 атомов углерода.
Одновременно с алканами образовывались и циклоалканы (гл. 9), которые присутствуют в значительном количестве, например в калифорнийской нефти, и которые известны в нефтяной промышленности под названием нафтенсв. Природный газ содержит только более летучие алканы, т. е. алкины с низким молекулярным весом; в основном он состоит из метана и значительно меньших количеств этапа, пропана и высших алканов. Например, абра- Алкаиьг ~ 4 зец, взятый из трубопровода, снабжающего газом большое число фабрик Пенсильвании, содержит метан, этан н пропан в отношении 12: 2: 1; содержание высших ал)таков составляет только Зеш Пропан-бутановую фракцию отделяют от более летучих компонентов сжижением и под давлением помешаю г в баллоны; баллоно1 с газом применяются в быту.
Таблица 4.4 Состав нефтн ит. лии., 'С Фракции Число лгоиои углероде С~ — Се С вЂ” Се Се — Сг С, — С,е н цнклоалканы Сн вЂ С и ароматические углезодороды Са н выше Вероятно длинные цепи, связанные с циклами Полнцнклнческне соедннення Ниже 20 20 — 60 60 — 100 40 — 206 176 †3 Газ Петролейный эфир Лнгронн (легкнй бензин) Природный бензня Керосин Газойль (соляровое масло) Смазочные масла Выше 276 Нелетучне жндкне продукты Нелетучне твердые веще- ства Асфальт нля нефтяной кокс Фракционной перегонкой нефти получают различные фракции (табл.
4.4); поскольку температура кипения зависит от молекулярного веса, перегонка приводит к грубому разделению алканов в зависимости от числа атомов углерода. Каждая фракция представляет собой очень сложную. смесь алканов с различным числом атомов углерода, и каждый алкан представлен несколькими изомерами. Использование каждой фракции зависит главным, образом от ее летучести или вязкости и очень мало от того, является ли она сложной смесью или чистым соединением. Все нелетучие фракции используются в основном как топливо.
Газовая, фракция, как и природный газ, применяется в основном также как топливо. Бензин используется в двигателях внутреннего сгорания, работающих на летучем топливе, керосин — в тракторах и форсунках реактивных двигателей, а соляровое масло — в дизелях. Керосин и соляровое масло находят также применение как топливо. Фракция смазочных масел, особенно из пенсильванской нефти, часто содержит большие количества алканов с длинной цепью (ф— С, ), которые имеют довольно высокие температуры плавления.
Если они остаются в масле, то при холодной погоде онн могут кристаллизоваться с образованием воскообразных твердых веществ. Чтобы предотвратить это, масло охлаждают и воск отделяют фильтрованием. После очистки получают твердый парафин (т. пл. 50 — 55 'С), который можно использовать для получения вазелина. Асфальт используют при строительстве крыш и дорог. Нефтяной кокс, получаемый из остатка от перегонки нефти, состоит из сложных углеводородов, в которых отношение углерод: водород велико; он находит применение как топливо, а также в производстве угольных электродов для электрохимической промышленности. Петролейный эфир и лигроин являются хорошими растворителями для многих малополярных органических соединений.
Кроме того, некоторые петролейные фракции используют для синтеза других соединений. В результате крекинга (стр. 13?) высшие алканы превращаются в алканы и алкены с меньшим молекулярным весом; таким образом, повышается выход бензина. Кроме того, образующиеся при крекинге алкены служат важным сырьем для 4 ~ Алканм синтеза алифатических соединений в больших масштабах. В результате каталитического реформинга (стр. 361) алканы н циклоалканы превращаются в ароматические углеводороды, используемые в качестве сырья для синтеза. другого обширного класса органических соединений.
~.16. Получение в промышленности и в лаборатории Обычно методы получения определенных органических соединений делят иа две группы: промышленные н лабораторные. Эти методы можно охарактеризовать следуюшим образом, хотя, конечно, имеется много исключений. В результате синтеза в промышленных масштабах обычно получают большое количество нужного материала по низкой цене. В лаборатории требуется синтезировать несколько сот граммов или даже несколько граммов вещества или еше меньше; цена обычно имеет меньшее значение, чем время, затраченное на синтез. В промышленности часто можно использовать не только чистое соединение, но и требуемое соединение в смеси с другими; даже когда требуется одно соединение, может быть экономически выгодно выделять его из смеси, особенно если одновременно можно выделить и другие соединения.
В лаборатории химику почти всегда требуется индивидуальное чистое соединение. Выделение чистого вещества из смеси родственных соединений требует много времени, и часто не удается достигнуть нужной степени чистоты. Кроме того, сырье для определенного синтеза может быть труднодоступным веществом нз предыдущего синтеза нли даже серии синтезов, и, следовательно, химики заинтересованы в наиболее полном превращении его в нужное соединение. В промышленном масштабе, если нельзя выделить соединение из природного сырья, его можно синтезировать наряду с родственными соединениями в результате какой-то экономичной реакции. В лаборатории, если возможно, выбирают реакцию,в которой образуется одно соединение с хорошим выходом.
В промышленности часто бывает выгодна разработка процесса и проектирование аппаратуры, которые можно использовать для синтеза только одного представителя класса. В лаборатории химик редко заинтересован в многократном получении одного и того же соединения н, следовательно, нспользуетметоды, которые применимы ко многим нлн ко всем представителям опре деленного класса. При изучении органической химии основное внимание уделяется различным лабораторным методам синтеза, а не отдельным промышленным способам получения.
При изучении этих методов в целях упрсшения можно использовать в качестве при меров синтез соединений, которые в действительности данным методом никогда не получались. Например, обсуждается получение этапа гидрированием этилена, хотя этан в необходимом количестве дает нефтяная промышленность. Однако если известно, как можно превратить этилен в этан, то, если возникнет необходимость, таким же путем можно превратить 2-мегилгексен-1 в 2-метилгексан, холестерин в холестанол или хлопковое масло в маргарин. 4.17.
Методы синтеза Каждый из низших алканов, от метана до и-пентапа и изопентана, может быть получен в чистом виде фракционной перегонкой нефти или природного газа; неопентан в природе не встречается. После пентана число изомеров для каждого гомолога становится настолько большим и различия в темпера- Алканы ~ 4 турах кипения настолько малы, что уже трудно выделить индивидуальные чистые соединения; эти алканы можно синтезировать одним из приведенных ниже методов. В некоторых из рассматриваемых реакций символ В используется для обозначения любой алкильной группы. Это удобное обозначение позволяет объединить реакции, характерные для всего класса, н обратить внимание на аналогию различных представителей класса.
При написании общих реакций, однако, не следует забывать одно важное обстоятельство. Например, уравнение с гсС) в качестве примера имеет смысл только с точки зрения возможности проведения данной реакции в лаборатории с каким-то реальным соединением, например хлористым метилом нли упрет-бутилхлоридом. Эта реакция, типичегал для алкилгалогенидов, сильно различается по скорости или выходам в зависимости от природы алкильной группы, участвующей в реакции. Можно использовать различные экспериментальные условия для хлористого метила и для трети-бутилхлорида; в редких случаях реакция, которая хорошо идет с хлористым метилом„может быть совершенно неприменима для трет-бутилхлорида, поскольку будет протекать слишком медленно илн приводить к большому числу побочных продуктов, ЖЕТОНЫ СИНТЕЗА АЛКАНОВ 1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
