СПОСОБЫПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ
АЛКАНЫ
Алканы выделяют из природных источников (природный и попутный газ, нефть, каменный уголь).
Газообразные алканы получают из природного и попутных нефтяных газов, а твердые алканы - из нефти. Природной смесью твёрдых высокомолекулярных алканов является горный воск - природный битум.
Метан широко распространен в природе. Он является главной составной частью многих горючих газов как природных (80-97%), так и искусственных, выделяющихся при сухой перегонке дерева, торфа, каменного угля, а также при крекинге нефти. Природные газы, особенно попутные газы нефтяных месторождений, помимо метана содержат этан, пропан, бутан и пентан.
Метан выделяется со дня болот и из каменноугольных пластов в рудниках, где он образуется при медленном разложении растительных остатков без доступа воздуха. Поэтому метан часто называют болотным или рудничным газом.
В промышленности
1. Получение алканов из природных источников (нефть, природный газ)
Общие способы получения
1. Синтезом из водяного газа(СО+Н2) получают смесь алканов:
2. Каталитическое гидрирование(+Н2)непредельных углеводородов
При гидрировании циклопропана образуется пропан:
3. Взаимодействие галогеналканов с металлическим натрием(реакция Вюрца)
Легче реакция происходит с алкилиодидами и алкилбромидами, труднее – с алкилхлоридами.
Происходит димеризация углеродной цепи исходного галогеналкана, образуется алкан с четным числом атомов углерода в цепи:
Если в реакции участвуют разные галогеналканы, то образуется смесь алканов:
Например, при взаимодействии метил- и этилиодидов с натрием наряду с пропаном образуется этан и бутан:
Реакцию Вюрца невозможно использовать для третичных алкилгалогенидов, т.к. вместо алкана с удвоенным числом атомов углерода образуется смесь алкана и алкена с исходным углеродным скелетом.
4. Электролиз растворов солей карбоновых кислот(реакция Кольбе)
На примере ацетата натрия
В водном растворе ацетат натрия практически полностью диссоциирует:
CH3COONa → CH3COO– + Na+
При этом на катод притягиваются катионы натрия Na+ и молекулы воды H 2 O.
Разряжаться на катоде будут молекулы воды:
Kатод (-): 2H2O + 2e = H2 + 2OH–
На аноде окисляются ацетат-ионы, а именно, атом углерода карбоксильной группы.
При этом от карбоксильной группы отрывается углекислый газ и остаются метильные радикалы, которые образуют газообразный этан:
Aнод (+): 2CH3COO–– 2e = 2CO2 + CH3–CH3
Суммарное уравнение электролиза водного раствора ацетата натрия:
2CH3COONa + 2H2O = H2 + 2NaOH + 2CO2 + CH3–CH3
5. Синтез Гриньяра (реактив Гриньяра – магнийорганическое соединение; например метилмагнийхлорид)
Специфические способы получения
Метана
а) Синтезом на основе водяного газа из оксида углерода (II) и водорода можно получить метан (синтез Фишера-Тропша):
б) Метан можно получить синтезом из простых веществ при нагревании, повышенном давлении в присутствии катализатора (Ni):
в) Гидролиз карбида алюминия (получение метана)
г) Взаимодействие карбида алюминия с сильными кислотами
д) Сплавление солей уксусной кислоты со щелочами(реакция Дюма) – реакция декарбоксилирования (отщепление (элиминирование) молекулы углекислого газа)
ЦИКЛОАЛКАНЫ
1. Дегидрогалогенирование дигалогеналканов
Реакция Вюрца применяется для внутримолекулярных конденсаций. Этим путем можно получать циклоалканы заданного строения.
При взаимодействии 1,4-дибромбутана с металлическим натрием можно получить циклобутан (реакция Густавсона):
Из 1,3-дибромпропана под действием металлического цинка и йодида натрия, как активатора, может быть получен циклопропан: 
2. Каталитическое гидрирование аренов
Среди продуктов – смесь цис- и трансизомеров.
АЛКЕНЫ
Общие способы получения
1. Дегидрирование алканов
При дегидрировании алканов, содержащих от 2 до 4 атомов углерода в молекуле, образуются двойные и тройные связи.
| Например, при дегидрировании этана может образоваться этилен или ацетилен: |
При дегидрировании бутана под действием металлических катализаторов образуется смесь продуктов. Преимущественно образуется бутен-2:
Если бутан нагревать в присутствии оксида хрома (III), преимущественно образуется бутадиен-1,3:
2. Крекинг алканов
Крекинг - это реакция разложения алкана с длинной углеродной цепью на алканы и алкены с более короткой углеродной цепью. При этом получается смесь алканов и алкенов с различной длиной углеродной цепи и различной молекулярной массой.
| При крекинге н-пентана образуется смесь, в состав которой входят этилен, пропан, метан, бутилен, пропилен, этан и другие углеводороды. |
РЕАКЦИИ ЭЛИМИНИРОВНИЯ – реакции отщепления, при которых от двух соседних атомов углерода отщепляются атомы или группы атомов, а между атомами углерода образуется пи-связь.
3. Дегидрогалогенирование моногалогеналканов
Галогеналканы взаимодействуют с щелочами в спиртовом растворе. При этом происходит дегидрогалогенирование – отщепление (элиминирование) атомов водорода и галогена от галогеналкана.
При взаимодействии хлорбутана с спиртовым раствором гидроксида натрия образуется бутилен.
|
При отщеплении галогена и водорода от некоторых галогеналканов могут образоваться различные органические продукты. В таком случае выполняется правило Зайцева: отщепление атома водорода при дегидрогалогенировании и дегидратации происходит преимущественно от наименее гидрогенизированного атома углерода.
| При взаимодействии 2-хлорбутана со спиртовым раствором гидроксида натрия преимущественно образуется бутен-2. Бутен-1 образуется в небольшом количестве (примерно 20%). В реакции указываем основной продукт. |
4. Дегидратация спиртов
При нагревании спиртов (выше 140оС) в присутствии водоотнимающих веществ (концентрированная серная кислота, фосфорная кислота) или катализаторов (оксид алюминия) протекает дегидратация. Дегидратация - это отщепление молекул воды.
| при дегидратации этанола при высокой температуре образуется этилен. |
Дегидратация более сложных молекул также протекает по правилу Марковникова.
| При дегидратации бутанола-2 преимущественно образуется бутен-2. |
5. Дегалогенирование галогеналканов
Дигалогеналканы, в молекулах которых два атома галогена расположены у соседних атомов углерода, реагируют с активными металлами с образованием алкенов.
Как правило, для отщепления используют двухвалентные активные металлы - цинк или магний.
| 1,2-дихлорпропан реагирует с цинком с образованием пропилена |
АЛКАДИЕНЫ
1. Дегидрирование алканов
Отщепление водорода от бутана - это промышленный способ получения дивинила.Реакция протекает при нагревании в присутствии оксида хрома (III):
Изопрен получают каталитическим дегидрированием изопентана (2-метилбутана):
2. Дегидратация двухатомных спиртов (группы –ОН должны располагаться через одну)
Под действием серной кислоты вода отщепляется от бутандиола-1,3. При этом образуется дивинил и вода:
3. Дегидрогалогенирование
1,4-дигалогеналканов
1,3-Дихлорбутан реагирует со спиртовым раствором гидроксида калия с образованием бутадиена-1,3:
Специфические способы
1. Синтез Лебедева (дегидрирование и одновременная дегидратация)
Нагревание этанола в присутствии катализатора (смесь оксидов Al2O3, MgO, ZnO) – это промышленный способ получения дивинила из этанола (синтез Лебедева).
При этом образуются бутадиен-1,3, вода и водород:
АЛКИНЫ
Общие способы получения
1. Дегидрирование алканов
При дегидрировании алканов, содержащих от двух до трех атомов углерода в молекуле, образуются двойные и тройные связи.
| Например, при дегидрировании этана может образоваться этилен или ацетилен: |
2. Дегидрогалогенирование дигалогеналканов
Дигалогеналканы, в молекулах которых два атома галогена расположены у одного, либо у соседних атомов углерода, реагируют с избытком спиртового раствора щелочей с образованием алкинов.
1,2-дихлорпропан реагирует со спиртовым раствором гидроксида натрия
|
1,1-дихлорпропан реагирует со спиртовым раствором щелочи с образованием пропина.
3. Алкилирование соединений алкинов с металлами
Ацетилениды, пропиниды и прочие соединения алкинов с металлами реагируют с галогеналканами с образованием гомологов алкинов. При этом происходит удлиннение исходной молекулы алкина.
| Пропинид натрия реагирует с бромэтаном с образованием пентина-2 |
Специфические способы получения
1. Пиролиз метана.
Пиролиз метана - это промышленный способ получения ацетилена.
Реакцию проводят, очень быстро пропуская метан между электродами (электродуговой способ) - примерно 0,1-0,01 секунды при температуре 1500оС.
Если процесс проводить дольше, то метан разлагается на углерод и водород
2. Карбидный способ
Лабораторный способ получения ацетилена – водный или кислотный гидролиз карбида кальция CaC2.
СаС2 + 2Н2О = Са(ОН)2 + С2Н2
В кислой среде образуется ацетилен и соответствующая соль:
CaC2 + 2HCl = CaCl2 + C2H2
Карбид кальция можно получить, нагревая оксид кальция с углеродом:
СаО + 3(изб) → СаС2+ СО
АРЕНЫ
1. (реакция Вюрца-Фиттига).
Дегидроциклизация алканов
Алканы с углеродной цепью, содержащей 6 и более атомов углерода в главной цепи, при дегидрировании образуют устойчивые шестиатомные циклы, т.е. циклогексан и его гомологи, которые далее превращаются в ароматические углеводороды.
Гексан при нагревании в присутствии оксида хрома (III) в зависимости от условий может образовать циклогексан и потом бензол:
Гептан при дегидрировании в присутствии катализатора образует метилциклогексан и далее толуол:
3. Дегидрирование циклоалканов
При дегидрировании циклогексана и его гомологов при нагревании в присутствии катализатора образуется бензол или соответствующие гомологи бензола.
| При нагревании циклогексана в присутствии палладия образуется бензол и водород |
При нагревании метилциклогексана в присутствии палладия образуется толуол и водород
|
4. Декарбоксилирование солей бензойной кислоты
Реакция Дюма - это взаимодействие солей карбоновых кислот с щелочами при сплавлении.
R–COONa + NaOH → R–H + Na 2 CO 3
Декарбоксилирование - это отщепление (элиминирование) молекулы углекислого газа из карбоксильной группы (-COOH) или органической кислоты или карбоксилатной группы (-COOMe) соли органической кислоты.
Взаимодействие бензоата натрия с гидроксидом натрия в расплаве протекает аналогично реакции получения алканов по реакции Дюма с образованием бензола и карбоната натрия:
5. Алкилирование бензола и его гомологов
Арены взаимодействуют с галогеналканами в присутствии катализаторов (AlCl3, FeBr3 и др.) с образованием гомологов бензола.
| Бензол реагирует с хлорэтаном с образованием этилбензола |
Ароматические углеводороды взаимодействуют с алкенами в присутствии хлорида алюминия, бромида железа (III), фосфорной кислоты и др.
| Например, бензол реагирует с этиленом с образованием этилбензола |
Алкилирование спиртами протекает в присутствии концентрированной серной кислоты.
| Бензол реагирует с этанолом с образованием этилбензола и воды |
6. Тримеризация ацетилена
При нагревании ацетилена под давлением над активированным углем молекулы ацетилена соединяются, образуя бензол.
При тримеризации пропина образуется 1,3,5-триметилбензол.
