تهیه هیدروکربن ها و مشتقات هالوژن. آلکان ها - هیدروکربن های اشباع، خواص شیمیایی آنها به دست آوردن هیدروکربن های اشباع در آزمایشگاه و صنعت

2. از روغن.

روغن حاوی هیدروکربن های اشباع مایع و جامد است. بنابراین شامل: C 5 H 12، C 6 H 14 - همه ایزومرها است.

C 7 H 16، C 8 H 18 - بیشتر طبیعی است.

شروع از C 9 H 20 - فقط هیدروکربن های ساختار معمولی. تقطیر کسری اجازه جداسازی هیدروکربن‌های مجزا را نمی‌دهد.

به دلیل دمای بالای تقطیر و به ویژه در طی فرآیند ترک، تجزیه با تشکیل هیدروکربن های گازی با وزن مولکولی کم اتفاق می افتد که پس از جداسازی به فراکسیون های حاوی: اتان - اتیلن، پروپان - پروپیلن، بوتان - بوتیلن به عنوان مواد اولیه استفاده می شود.

با تقسیم بندی اضافی، فراکسیون های باریک تر جدا می شوند: C 5 H 12 در سنتز آمیل الکل ها و استرهای مبتنی بر آنها - حلال ها و محصولات معطر استفاده می شود.

هیدروکربن های جامد از ترکیب: C 16 H 34 و بیشتر (پارافین و سرزین) از فراکسیون های نفتی روغن جدا می شوند.

3. هیدروژناسیون هیدروکربن های غیراشباع به دست آمده در نتیجه ترک خوردگی نفت:

Ni، Pt، Pd، T=30-60 0 C

CH 3 -CH=CH 2 + H 2 CH 3 -CH 2 -CH 3

4. هیدروژناسیون مونوکسید کربن (روش اورلوف فیشر):

Fe+Co، T=200 0 C

nCO + (2n+1)H 2 C n H 2n + 2 + nH 2 O

5. هیدروژناسیون زغال سنگ قهوه ای (Bergius):

Fe، T=450 0 C، P=200 at

nC + (n+1)H 2 C n H 2n + 2

6. تولید متان از کربن و اکسیدهای آن:

C + 2H 2 CH 4

C + 2H 2 CH 4

CO + 3H 2 CH 4 + H 2 O

7. تولید متان از کاربیدهای فلزی.

هیدروکربن هایی که اتم های کربن آنها با پیوندهای منفرد به هم متصل شده اند، هیدروکربن های اشباع یا اشباع نامیده می شوند.

توضیحات کلی

هیدروکربن های اشباع شامل ترکیبات غیر حلقوی (آلکان) و کربوسیکلیک (سیکلوآلکان) می باشد. آنها در ساختار فضایی و تعداد اتم ها متفاوت هستند.

به مجموعه ای از مواد که از نظر ساختار و خواص شیمیایی مشابه هستند، اما از نظر تعداد اتم ها با هم تفاوت دارند، همولوگ می گویند. موادی که بخشی از یک سری همولوگ هستند، همولوگ نامیده می شوند.

آلکان ها یک سری همولوگ از متان CH4 هستند.

سیکلوآلکان ها یا نفتن ها یک سری همولوگ از سیکلوپروپان هستند. شرح کلی هیدروکربن های اشباع در جدول ارائه شده است.

ترکیباتی که دارای تعداد اتم یکسان اما ساختار متفاوت هستند ایزومر نامیده می شوند. همه آلکان ها، که با بوتان شروع می شوند، ایزومر دارند. پیشوند iso- (ایزوبوتان، ایزوپنتان، ایزوهگزان) به نام اضافه می شود. فرمول ثابت می ماند.

برنج. 1. فرمول ساختاری بوتان و ایزوبوتان.

سیکلوآلکان ها با سه نوع ایزومر مشخص می شوند:

• فضایی- مکان نسبت به صفحه چرخه؛
• کربن- الحاق گروه های اضافی به گروه CH 2.
• بین طبقاتی- تشکیل ایزومر با آلکن ها.

نام ماده بسته به گروهی که اضافه می شود تغییر می کند. به عنوان مثال، متیل سیکلوپروپان دارای ساختار حلقوی به شکل مثلث با متیل (CH 3) است. نام "1،2-dimethylcyclopentane" نشان دهنده ساختار حلقوی با دو مولکول متیل است. اعداد نشان می دهد که متیل به کدام گوشه های پنج ضلعی متصل است.

همیشه یک گروه CH 2 در گوشه های شکل سیکلوآلکان وجود دارد، بنابراین اغلب یادداشت نمی شود، بلکه به سادگی ترسیم می شود. تعداد زاویه ها تعداد اتم های کربن را نشان می دهد. گروه های اضافی از طریق یک ضربه به گوشه ها اضافه می شوند.

برنج. 2. نمونه هایی از فرمول های گرافیکی سیکلوآلکان ها.

اعلام وصول

روش های صنعتی و آزمایشگاهی برای تولید آلکان وجود دارد. در صنعت:

• جدایی از نفت، گاز، زغال سنگ؛
• تبدیل به گاز سوخت جامد: C + 2H 2 → CH 4.

در آزمایشگاه:

• هیدرولیز کاربید آلومینیوم:

  Al 4 C 3 + 12H 2 O → 4Al(OH) 3 + 3CH 4 ;

• واکنش جایگزینی:

  2CH 3 Cl + 2Na → CH 3 -CH 3 + 2NaCl.

• واکنش مبادله:

  CH 3 COONa + NaOH → Na 2 CO 3 + CH 4.

سیکلوآلکان ها با جداسازی از منابع طبیعی - نفت، گاز و همچنین با هیدروژن زدایی آلکان ها و هیدروژناسیون آرن ها به دست می آیند:

• C 6 H 14 ↔ C 6 H 12 + H 2;
• C 6 H 6 + 3H 2 → C 6 H 12.

خواص

آلکان ها و سیکلوآلکان ها خواص شیمیایی مشابهی دارند. اینها مواد کم فعال هستند که فقط تحت شرایط اضافی - گرما، فشار - واکنش نشان می دهند. واکنش های هیدروکربن های اشباع:

• احتراق:

  CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O + Q;

• جایگزینی (به عنوان مثال هالوژناسیون):

  CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl;

• الحاق:

  C6H12 + H2 → C6H14;

• تجزیه:

  C 6 H 12 → C 6 H 6 + 3H 2 .

برنج. 3. احتراق متان.

با افزایش وزن مولکولی هیدروکربن های اشباع شده و بر این اساس، تعداد اتم های کربن در سری های همولوگ، نقطه جوش مواد افزایش می یابد. سیکلوآلکان ها در دمای بالاتری نسبت به آلکان ها می جوشند و ذوب می شوند. متان، اتان، پروپان، بوتان گازهایی هستند. مواد حاوی 5-15 اتم کربن (از C 5 H 12 تا C 15 H 32 ) مایع هستند. مواد حاوی بیش از 15 اتم کربن در حالت جامد هستند.

ما چه آموخته ایم؟

مواد با خواص مشابه - آلکان ها و سیکلوآلکان ها - متعلق به هیدروکربن های اشباع هستند. آلکان ها ترکیباتی با ساختار مولکولی خطی هستند، سیکلوآلکان ها هیدروکربن های حلقوی هستند که ساختارهای مثلثی، چهار گوش و پنج ضلعی را تشکیل می دهند. هیدروکربن های اشباع از مواد معدنی و همچنین به صورت صنعتی یا آزمایشگاهی به دست می آیند. اینها مواد کم فعالی هستند که فقط تحت شرایط اضافی وارد واکنش های جایگزینی، افزودن، احتراق و تجزیه می شوند.

در مورد موضوع تست کنید

ارزیابی گزارش

میانگین امتیاز: 4.7. مجموع امتیازهای دریافتی: 117.

خواص شیمیایی مشخصه هیدروکربن ها: آلکان ها، آلکن ها، دی ئن ها، آلکین ها، هیدروکربن های معطر

آلکان ها

آلکان ها هیدروکربن هایی هستند که در مولکول های آنها اتم ها با پیوندهای منفرد به هم متصل شده اند و با فرمول کلی $C_(n)H_(2n+2)$ مطابقت دارند.

سری همولوگ متان

همانطور که می دانید، همولوگ ها- اینها موادی هستند که از نظر ساختار و خواص مشابه هستند و در یک یا چند گروه $CH_2$ متفاوت هستند.

هیدروکربن های اشباع سری همولوگ متان را تشکیل می دهند.

ایزومریسم و ​​نامگذاری

آلکان ها با اصطلاح ایزومری ساختاری مشخص می شوند. ایزومرهای ساختاری در ساختار اسکلت کربنی با یکدیگر متفاوت هستند. همانطور که می دانید، ساده ترین آلکان که با ایزومرهای ساختاری مشخص می شود، بوتان است:

بیایید نگاهی دقیق تر به اصول نامگذاری IUPAC برای آلکان ها بیندازیم:

1. انتخاب مدار اصلی

شکل گیری نام یک هیدروکربن با تعریف زنجیره اصلی آغاز می شود - طولانی ترین زنجیره اتم های کربن در مولکول، که، همانطور که بود، اساس آن است.

2.

اتم های زنجیره اصلی اعدادی هستند. شماره گذاری اتم های زنجیره اصلی از انتهایی که جانشین به آن نزدیک است (ساختارهای A, B) شروع می شود. اگر جایگزین ها در فاصله مساوی از انتهای زنجیره قرار داشته باشند، شماره گذاری از انتهایی که تعداد آنها بیشتر است (ساختار B) شروع می شود. اگر جانشین‌های مختلف در فواصل مساوی از انتهای زنجیره قرار داشته باشند، شماره‌گذاری از انتهایی که بالاترین آن نزدیک‌ترین است (ساختار D) شروع می‌شود. قدمت جایگزین‌های هیدروکربنی با ترتیبی که در الفبای نام آنها با آن شروع می‌شود تعیین می‌شود: متیل (—$СН_3$)، سپس پروپیل ($—СН_2—СН_2—СН_3$)، اتیل ($—СН_2). —СН_3$ ) و غیره

لطفا توجه داشته باشید که نام جایگزین با جایگزینی پسوند تشکیل می شود -anبه پسوند -ilبه نام آلکان مربوطه.

3. شکل گیری نام.

در ابتدای نام، اعداد نشان داده شده است - اعداد اتم های کربن که در آن جانشین ها قرار دارند. اگر چندین جانشین در یک اتم وجود داشته باشد، عدد مربوطه در نام دو بار تکرار می شود که با کاما از هم جدا می شوند ($2.2-$). بعد از عدد، تعداد جایگزین ها با خط فاصله نشان داده می شود ( دی- دو، سه- سه، تترا- چهار، پنتا- پنج) و نام معاون ( متیل، اتیل، پروپیل). سپس بدون فاصله یا خط تیره نام زنجیره اصلی. زنجیره اصلی هیدروکربن نامیده می شود - عضوی از سری همولوگ متان ( متان، اتان، پروپان و غیره).

نام موادی که فرمول ساختاری آنها در بالا آورده شده است به شرح زیر است:

- ساختار A: 2 دلار - متیل پروپان؛

- ساختار B: $3 -اتیل هگزان؛

- ساختار B: 2،2،4 دلار تری متیل پنتان؛

- ساختار G: 2 دلار -متیل$4$-اتیل هگزان

خواص فیزیکی و شیمیایی آلکان ها

مشخصات فیزیکی.چهار نماینده اول سری همولوگ متان گازها هستند. ساده ترین آنها متان است، گازی بی رنگ، بی مزه و بی بو (بوی گاز، پس از حس کردن، باید 104 دلار بپردازید، با بوی مرکاپتان مشخص می شود - ترکیبات حاوی گوگرد که مخصوصاً به متان اضافه شده است. وسایل گازسوز خانگی و صنعتی به طوری که افراد نزدیک به آنها نشت را با بو تشخیص دهند).

هیدروکربن های ترکیبی از $С_5Н_(12)$ تا $С_(15)Н_(32)$ مایع هستند. هیدروکربن های سنگین تر جامد هستند.

نقطه جوش و ذوب آلکان ها به تدریج با افزایش طول زنجیره کربن افزایش می یابد. همه هیدروکربن ها در آب حلالیت ضعیفی دارند.

خواص شیمیایی.

1. واکنش های جایگزینیمشخص‌ترین واکنش‌ها برای آلکان‌ها، واکنش‌های جایگزینی رادیکال‌های آزاد هستند که طی آن یک اتم هیدروژن با یک اتم هالوژن یا گروهی جایگزین می‌شود.

اجازه دهید معادلات مشخصه ترین واکنش ها را ارائه کنیم.

هالوژناسیون:

$CH_4+Cl_2→CH_3Cl+HCl$.

در صورت وجود هالوژن بیش از حد، کلر زنی می تواند تا جایگزینی کامل تمام اتم های هیدروژن با کلر ادامه یابد:

$CH_3Cl+Cl_2→HCl+(CH_2Cl_2)↙(\متن"دی کلرومتان (متیلن کلرید)")$،

$CH_2Cl_2+Cl_2→HCl+(CHСl_3)↙(\text"تری کلرومتان(کلروفرم)")$،

$CHCl_3+Cl_2→HCl+(CCl_4)↙(\text"تتراکلرید کربن(تتراکلرید کربن)")$.

مواد حاصل به طور گسترده ای به عنوان حلال و مواد اولیه در سنتزهای آلی استفاده می شود.

2. هیدروژن زدایی (حذف هیدروژن).هنگامی که آلکان ها از روی یک کاتالیزور ($Pt، Ni، Al_2O_3، Cr_2O_3$) در دماهای بالا (400-600 دلار سانتی گراد) عبور داده می شوند، یک مولکول هیدروژن حذف می شود و یک آلکن تشکیل می شود:

$CH_3—CH_3→CH_2=CH_2+H_2$

3. واکنش های همراه با تخریب زنجیره کربن.تمام هیدروکربن های اشباع شده در حال سوختن هستندبا تشکیل دی اکسید کربن و آب. هیدروکربن های گازی مخلوط شده با هوا در نسبت های خاصی می توانند منفجر شوند. احتراق هیدروکربن های اشباع یک واکنش گرمازا رادیکال آزاد است که هنگام استفاده از آلکان ها به عنوان سوخت بسیار مهم است:

$СН_4+2О_2→СО_2+2Н_2O+880 کیلوژول.$

به طور کلی واکنش احتراق آلکان ها را می توان به صورت زیر نوشت:

$C_(n)H_(2n+2)+((3n+1)/(2))O_2→nCO_2+(n+1)H_2O$

تقسیم حرارتی هیدروکربن ها:

$C_(n)H_(2n+2)(→)↖(400-500°C)C_(n-k)H_(2(n-k)+2)+C_(k)H_(2k)$

این فرآیند از طریق مکانیسم رادیکال آزاد رخ می دهد. افزایش دما منجر به شکست همولیتیک پیوند کربن-کربن و تشکیل رادیکال های آزاد می شود:

$R—CH_2CH_2:CH_2—R→R—CH_2CH_2·+·CH_2—R$.

این رادیکال‌ها با یکدیگر تعامل می‌کنند و یک اتم هیدروژن را مبادله می‌کنند تا یک مولکول آلکان و یک مولکول آلکن تشکیل دهند:

$R—CH_2CH_2·+·CH_2—R→R—CH=CH_2+CH_3—R$.

واکنش‌های تجزیه حرارتی زیربنای فرآیند صنعتی کراکینگ هیدروکربنی است. این فرآیند مهمترین مرحله پالایش نفت است.

هنگامی که متان تا دمای 1000 درجه سانتیگراد گرم می شود، تجزیه گاز متان شروع می شود - تجزیه به مواد ساده:

$CH_4(→)↖(1000°C)C+2H_2$

هنگامی که تا دمای 1500 دلار درجه سانتیگراد گرم می شود، تشکیل استیلن امکان پذیر است:

$2CH_4(→)↖(1500°C)CH=CH+3H_2$

4. ایزومریزاسیونهنگامی که هیدروکربن های خطی با یک کاتالیزور ایزومریزاسیون (کلرید آلومینیوم) گرم می شوند، موادی با اسکلت کربن منشعب تشکیل می شوند:

5. معطر سازی.آلکان های دارای شش یا بیشتر اتم کربن در زنجیره در حضور یک کاتالیزور چرخه ای می شوند و بنزن و مشتقات آن را تشکیل می دهند:

دلیل اینکه آلکان ها تحت واکنش های رادیکال آزاد قرار می گیرند چیست؟ تمام اتم های کربن موجود در مولکول های آلکان در حالت هیبریداسیون $sp^3$ قرار دارند. مولکول های این مواد با استفاده از پیوندهای کووالانسی غیرقطبی $C-C$ (کربن-کربن) و پیوندهای قطبی ضعیف $C-H$ (کربن-هیدروژن) ساخته می شوند. آنها شامل مناطقی با چگالی الکترونی افزایش یا کاهش یافته یا پیوندهای به راحتی قطبش پذیر نیستند، به عنوان مثال. چنین پیوندهایی، چگالی الکترونی می تواند تحت تأثیر عوامل خارجی (میدان های الکترواستاتیک یون ها) جابجا شود. در نتیجه، آلکان ها با ذرات باردار واکنش نشان نمی دهند، زیرا پیوندهای موجود در مولکول های آلکان توسط مکانیسم هترولیتیک شکسته نمی شوند.

آلکن ها

غیراشباع شامل هیدروکربن‌هایی است که دارای پیوندهای متعدد بین اتم‌های کربن در مولکول‌هایشان هستند. نامحدود هستند آلکن‌ها، آلکادی‌ن‌ها (پلی‌ن‌ها)، آلکین‌ها.هیدروکربن های حلقوی حاوی یک پیوند دوگانه در حلقه (سیکلوآلکن ها) و همچنین سیکلوآلکان هایی با تعداد کمی اتم کربن در حلقه (سه یا چهار اتم) نیز دارای ویژگی غیر اشباع هستند. خاصیت اشباع نشدن با توانایی این مواد برای ورود به واکنش های افزودنی، در درجه اول هیدروژن، با تشکیل هیدروکربن های اشباع، یا اشباع - آلکان ها مرتبط است.

آلکن ها هیدروکربن های غیر حلقوی هستند که در مولکول علاوه بر پیوندهای منفرد، یک پیوند دوگانه بین اتم های کربن و مطابق با فرمول کلی $C_(n)H_(2n)$ دارند.

نام دوم آن است الفین ها- آلکن ها با قیاس با اسیدهای چرب غیر اشباع (اولئیک، لینولئیک) به دست آمد که بقایای آنها بخشی از چربی های مایع - روغن ها (از لات. اولئوم- روغن).

سری همولوگ اتن

آلکن های بدون شاخه سری همولوگ اتن (اتیلن) ​​را تشکیل می دهند:

$С_2Н_4$ - اتن، $С_3Н_6$ - پروپن، $С_4Н_8$ - بوتن، $С_5Н_(10)$ - پنتن، $С_6Н_(12)$ - هگزن، و غیره.

ایزومریسم و ​​نامگذاری

آلکن ها مانند آلکان ها با ایزومری ساختاری مشخص می شوند. ایزومرهای ساختاری در ساختار اسکلت کربنی با یکدیگر متفاوت هستند. ساده ترین آلکن که با ایزومرهای ساختاری مشخص می شود، بوتن است:

نوع خاصی از ایزومری ساختاری ایزومری موقعیت پیوند دوگانه است:

$CH_3—(CH_2)↙(butene-1)—CH=CH_2$$CH_3—(CH=CH)↙(butene-2)—CH_3$

چرخش تقریباً آزاد اتم‌های کربن حول یک پیوند کربن-کربن امکان‌پذیر است، بنابراین مولکول‌های آلکان می‌توانند شکل‌های متنوعی به خود بگیرند. چرخش در اطراف پیوند دوگانه غیرممکن است، که منجر به ظهور نوع دیگری از ایزومریسم در آلکن ها می شود - ایزومر هندسی یا سیس ترانس.

سیس-ایزومرها متفاوت هستند خلسه-ایزومرها با آرایش فضایی قطعات مولکولی (در این مورد، گروه های متیل) نسبت به صفحه پیوند $π$، و در نتیجه، با خواص آنها.

آلکن ها به سیکلوآلکان ها ایزومر هستند (ایزومر بین طبقاتی)، به عنوان مثال:

نامگذاری IUPAC برای آلکنها مشابه نامگذاری آلکانها است.

1. انتخاب مدار اصلی

نامگذاری یک هیدروکربن با شناسایی زنجیره اصلی - طولانی ترین زنجیره اتم های کربن در مولکول شروع می شود. در مورد آلکن ها، زنجیره اصلی باید دارای یک پیوند دوگانه باشد.

2. شماره گذاری اتم های زنجیره اصلی

شماره گذاری اتم های زنجیره اصلی از انتهایی که پیوند دوگانه به آن نزدیک است شروع می شود. به عنوان مثال، نام اتصال صحیح این است:

5$-متیل هگزن-2$، نه 2$-متیل هگزن-4$، همانطور که ممکن است انتظار داشته باشید.

اگر موقعیت پیوند دوگانه نتواند آغاز شماره گذاری اتم ها در زنجیره را تعیین کند، آنگاه با موقعیت جانشین ها مشخص می شود، درست مانند هیدروکربن های اشباع.

3. شکل گیری نام.

نام آلکن ها نیز مانند نام آلکان ها شکل می گیرد. در انتهای نام، تعداد اتم کربنی که پیوند دوگانه با آن شروع می شود و پسوندی که نشان می دهد این ترکیب به کلاس آلکن ها تعلق دارد را مشخص کنید - -en.

مثلا:

خواص فیزیکی و شیمیایی آلکن ها

مشخصات فیزیکی.سه نماینده اول سری همولوگ آلکن ها گازها هستند. مواد ترکیبی $С_5Н_(10)$ - $С_(16)Н_(32)$ - مایعات. آلکن های بالاتر جامد هستند.

نقطه جوش و ذوب به طور طبیعی با افزایش وزن مولکولی ترکیبات افزایش می یابد.

خواص شیمیایی.

واکنش های اضافهبه یاد بیاوریم که یکی از ویژگی های متمایز نمایندگان هیدروکربن های غیر اشباع - آلکن ها توانایی وارد شدن به واکنش های افزودنی است. بیشتر این واکنش ها بر اساس مکانیسم انجام می شود

1. هیدروژناسیون آلکن هاآلکن ها قادر به اضافه کردن هیدروژن در حضور کاتالیزورهای هیدروژناسیون، فلزات - پلاتین، پالادیوم، نیکل هستند:

$CH_3—CH_2—CH=CH_2+H_2(→)↖(Pt)CH_3—CH_2—CH_2—CH_3$.

این واکنش در اتمسفر و فشار بالا رخ می دهد و نیازی به دمای بالا ندارد، زیرا گرمازا است هنگامی که دما افزایش می یابد، همان کاتالیزورها می توانند یک واکنش معکوس ایجاد کنند - هیدروژن زدایی.

2. هالوژناسیون (افزودن هالوژن ها).برهمکنش یک آلکن با آب برم یا محلول برم در یک حلال آلی ($CCl_4$) منجر به تغییر رنگ سریع این محلول ها در نتیجه افزودن یک مولکول هالوژن به آلکن و تشکیل آلکان های دی هالوژن می شود:

$CH_2=CH_2+Br_2→CH_2Br—CH_2Br$.

3.

$CH_3-(CH)↙(پروپن)=CH_2+HBr→CH_3-(CHBr)↙(2-بروموپروپن)-CH_3$

این واکنش اطاعت می کند قانون مارکوفنیکف:

هنگامی که یک هالید هیدروژن به یک آلکن اضافه می شود، هیدروژن به اتم کربن هیدروژنه تر اضافه می شود، به عنوان مثال. اتمی که در آن اتم های هیدروژن بیشتری وجود دارد و هالوژن به اتمی کمتر هیدروژنه شده است.

هیدراتاسیون آلکن ها منجر به تشکیل الکل می شود. به عنوان مثال، افزودن آب به اتن اساس یکی از روش های صنعتی برای تولید الکل اتیلیک است:

$(CH_2)↙(اتن)=CH_2+H_2O(→)↖(t,H_3PO_4)CH_3-(CH_2OH)↙(اتانول)$

توجه داشته باشید که یک الکل اولیه (با گروه هیدروکسی روی کربن اولیه) تنها زمانی تشکیل می شود که اتن هیدراته شود. هنگامی که پروپن یا سایر آلکن ها هیدراته می شوند، الکل های ثانویه تشکیل می شوند.

این واکنش همچنین مطابق با قانون مارکوفنیکوف پیش می رود - کاتیون هیدروژن به اتم کربن هیدروژنه تر و گروه هیدروکسو به اتم هیدروژنه کمتر متصل می شود.

5. بسپارش.یک مورد خاص از افزودن، واکنش پلیمریزاسیون آلکن ها است:

$nCH_2(=)↙(اتن)CH_2(→)↖(نور UV، R)(...(-CH_2-CH_2-)↙(پلی اتیلن)...)_n$

این واکنش افزودن از طریق مکانیسم رادیکال آزاد رخ می دهد.

6. واکنش اکسیداسیون

مانند هر ترکیب آلی، آلکن ها در اکسیژن می سوزند و $СО_2$ و $Н_2О$ را تشکیل می دهند:

$СН_2=СН_2+3О_2→2СО_2+2Н_2О$.

به طور کلی:

$C_(n)H_(2n)+(3n)/(2)O_2→nCO_2+nH_2O$

بر خلاف آلکان ها که در برابر اکسیداسیون در محلول ها مقاوم هستند، آلکن ها به راحتی توسط محلول های پرمنگنات پتاسیم اکسید می شوند. در محلول‌های خنثی یا قلیایی، آلکن‌ها به دیول‌ها (الکل‌های دی‌هیدریک) اکسید می‌شوند و گروه‌های هیدروکسیل به آن اتم‌هایی اضافه می‌شوند که قبل از اکسیداسیون بین آنها پیوند دوگانه وجود داشت:

آلکادین ها (هیدروکربن های دی ان)

آلکادین ها هیدروکربن های غیر حلقوی هستند که در مولکول علاوه بر پیوندهای منفرد، دو پیوند دوگانه بین اتم های کربن و مطابق با فرمول کلی $C_(n)H_(2n-2)$ دارند.

بسته به آرایش نسبی پیوندهای دوگانه، سه نوع دی ان متمایز می شوند:

- آلکادین ها با انباشته شده استترتیب پیوندهای دوگانه:

- آلکادین ها با مزدوجپیوندهای دوگانه؛

$CH_2=CH—CH=CH_2$;

- آلکادین ها با جدا شدهپیوندهای دوگانه

$CH_2=CH—CH_2—CH=CH_2$.

این سه نوع آلکادین از نظر ساختار و خواص به طور قابل توجهی با یکدیگر تفاوت دارند. اتم کربن مرکزی (اتمی که دو پیوند مضاعف را تشکیل می دهد) در آلکادین ها با پیوندهای تجمعی در حالت هیبریداسیون $sp$ قرار دارد. این دو $σ$-پیوند که روی یک خط قرار دارند و در جهت مخالف هستند و دو $π$-پیوند در صفحات عمود بر هم قرار می گیرند. $π$ -پیوندها به دلیل اوربیتال های p هیبرید نشده هر اتم کربن تشکیل می شوند. خواص آلکادین ها با پیوندهای دوگانه جدا شده بسیار خاص است، زیرا پیوندهای مزدوج $π$-به طور قابل توجهی بر یکدیگر تأثیر می گذارند.

اوربیتال‌های p که پیوندهای مزدوج $π$- را تشکیل می‌دهند، عملاً یک سیستم واحد را تشکیل می‌دهند (به آن سیستم $π$ می‌گویند)، زیرا اوربیتال های p پیوندهای $π$-همسایه تا حدی همپوشانی دارند.

ایزومریسم و ​​نامگذاری

آلکادین ها با هم ایزومری ساختاری و هم ایزومری سیس، ترانس مشخص می شوند.

ایزومری ساختاری

— ایزومر اسکلت کربن:

— ایزومری موقعیت پیوندهای چندگانه:

$(CH_2=CH—CH=CH_2)↙(بوتادین-1,3)$$(CH_2=C=CH—CH_3)↙(بوتادین-1,2)$

سیس-، ترانس-ایزومریسم (فضایی و هندسی)

مثلا:

آلکادین ها ترکیبات ایزومری از کلاس های آلکین و سیکلوآلکن هستند.

هنگام تشکیل نام یک آلکادین، تعداد پیوندهای دوگانه نشان داده می شود. زنجیره اصلی لزوما باید شامل دو پیوند چندگانه باشد.

مثلا:

خواص فیزیکی و شیمیایی آلکادین ها

مشخصات فیزیکی.

در شرایط عادی، پروپاندین-1،2، بوتادین-1،3 گاز هستند، 2-متیل بوتادین-1،3 یک مایع فرار است. آلکادین ها با پیوندهای دوگانه جدا شده (ساده ترین آنها پنتادین-1،4) مایع هستند. دین های بالاتر جامد هستند.

خواص شیمیایی.

خواص شیمیایی آلکادین ها با پیوندهای دوگانه جدا شده اندکی با خواص آلکن ها متفاوت است. آلکادین ها با پیوندهای مزدوج دارای ویژگی های خاصی هستند.

1. واکنش های اضافهآلکادین ها قادر به افزودن هیدروژن، هالوژن ها و هالیدهای هیدروژن هستند.

ویژگی خاص افزودن به آلکادین ها با پیوندهای مزدوج، توانایی افزودن مولکول ها هم در موقعیت های 1 و 2 و هم در موقعیت های 1 و 4 است.

نسبت محصولات به شرایط و روش انجام واکنش های مربوطه بستگی دارد.

2.واکنش پلیمریزاسیونمهم ترین خاصیت دین ها توانایی پلیمریزه شدن تحت تاثیر کاتیون ها یا رادیکال های آزاد است. پلیمریزاسیون این ترکیبات اساس لاستیک های مصنوعی است:

$nCH_2=(CH—CH=CH_2)↙(بوتادین-1,3)→((... —CH_2—CH=CH—CH_2— ...)_n)↙(\text"لاستیک بوتادین مصنوعی")$ .

پلیمریزاسیون دین های کونژوگه به ​​صورت 1،4-افزودن انجام می شود.

در این حالت، پیوند دوگانه در واحد مرکزی است و واحد ابتدایی به نوبه خود می تواند هر دو را بپذیرد. سیس-، بنابراین خلسه-پیکربندی

آلکین ها

آلکین‌ها هیدروکربن‌های غیرحلقه‌ای هستند که در مولکول، علاوه بر پیوندهای منفرد، یک پیوند سه‌گانه بین اتم‌های کربن و مربوط به فرمول کلی $C_(n)H_(2n-2)$ هستند.

سری همولوگ اتین

آلکین های زنجیره مستقیم سری همولوگ اتین (استیلن) ​​را تشکیل می دهند:

$С_2Н_2$ - اتین، $С_3Н_4$ - پروپین، $С_4Н_6$ - بوتین، $С_5Н_8$ - پنتین، $ С_6Н_(10)$ - هگزین، و غیره.

ایزومریسم و ​​نامگذاری

آلکین ها مانند آلکن ها با ایزومری ساختاری مشخص می شوند: ایزومری اسکلت کربن و ایزومری موقعیت پیوند چندگانه. ساده ترین آلکین که با ایزومرهای ساختاری موقعیت پیوند چندگانه کلاس آلکین مشخص می شود، بوتین است:

$СН_3—(СН_2)↙(butine-1)—С≡СН$ $СН_3—(С≡С)↙(butine-2)—СН_3$

ایزومریسم اسکلت کربن در آلکین ها امکان پذیر است که با پنتین شروع می شود:

از آنجایی که یک پیوند سه گانه ساختار خطی زنجیره کربن را به خود می گیرد، هندسی ( cis-، trans-) ایزومریسم برای آلکین ها غیرممکن است.

وجود پیوند سه گانه در مولکول های هیدروکربنی این کلاس با پسوند منعکس می شود -که درو موقعیت آن در زنجیره عدد اتم کربن است.

مثلا:

ترکیبات برخی از طبقات دیگر ایزومر به آلکین ها هستند. بنابراین، فرمول شیمیایی $C_6H_(10)$ دارای هگزین (آلکین)، هگزادین (آلکادین) و سیکلوهگزن (سیکلوآلکن) است:

خواص فیزیکی و شیمیایی آلکین ها

مشخصات فیزیکی.نقطه جوش و ذوب آلکین ها و همچنین آلکن ها به طور طبیعی با افزایش وزن مولکولی ترکیبات افزایش می یابد.

آلکین ها بوی خاصی دارند. آنها در آب بیشتر از آلکان ها و آلکن ها حل می شوند.

خواص شیمیایی.

واکنش های اضافهآلکین ها ترکیبات غیر اشباع هستند و تحت واکنش های افزودن قرار می گیرند. اینها بیشتر واکنش هستند. افزودن الکتروفیلیک

1. هالوژناسیون (افزودن یک مولکول هالوژن).یک آلکین قادر به اتصال دو مولکول هالوژن (کلر، برم) است:

$CH≡CH+Br_2→(CHBr=CHBr)↙(1،2-دیبروموتان)،$

$CHBr=CHBr+Br_2→(CHBr_2-CHBr_2)↙(1،1،2،2-تترابروموتان)$

2. هیدروهالوژناسیون (افزودن هالید هیدروژن).واکنش افزودن هالید هیدروژن، که از طریق مکانیسم الکتروفیلیک اتفاق می‌افتد، نیز در دو مرحله رخ می‌دهد و در هر دو مرحله قانون مارکوفنیکوف برآورده می‌شود:

$CH_3-C≡CH+Br→(CH_3-CBr=CH_2)↙(2-بروموپروپن)،$

$CH_3-CBr=CH_2+HBr→(CH_3-CHBr_2-CH_3)↙(2،2-دیبروموپروپان)$

3. هیدراتاسیون (افزودن آب).برای سنتز صنعتی کتون ها و آلدئیدها، واکنش افزودن آب (هیدراتاسیون) از اهمیت زیادی برخوردار است که به آن می گویند. واکنش کوچروف:

4. هیدروژناسیون آلکین هاآلکین ها هیدروژن را در حضور کاتالیزورهای فلزی ($Pt, Pd, Ni$) اضافه می کنند:

$R-C≡C-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH=CH-R،$

$R-CH=CH-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH_2-CH_2-R$

از آنجایی که پیوند سه گانه حاوی دو پیوند $π$ واکنشی است، آلکان ها هیدروژن را به صورت گام به گام اضافه می کنند:

1) سه گانه سازی

هنگامی که اتین از روی کربن فعال عبور داده می شود، مخلوطی از محصولات تشکیل می شود که یکی از آنها بنزن است:

2) دیمریزاسیون

علاوه بر تریمریزاسیون استیلن، دیمریزاسیون آن نیز امکان پذیر است. تحت تأثیر نمک های مس تک ظرفیتی، وینیل استیلن تشکیل می شود:

$2HC≡CH→(HC≡C-CH=CH_2)↙(\text"butene-1-in-3(vinylacetylene)")$

از این ماده برای تولید کلروپرن استفاده می شود:

$HC≡C-CH=CH_2+HCl(→)↖(CaCl)H_2C=(CCl-CH)↙(کلروپرن)=CH_2$

از پلیمریزاسیون که لاستیک کلروپرن بدست می آید:

$nH_2C=CCl-CH=CH_2→(...-H_2C-CCl=CH-CH_2-...)_n$

اکسیداسیون آلکین ها

اتین (استیلن) ​​در اکسیژن می سوزد و مقدار بسیار زیادی گرما آزاد می کند:

$2C_2H_2+5O_2→4CO_2+2H_2O+2600kJ$ عملکرد یک مشعل اکسیژن-استیلن بر اساس این واکنش است که شعله آن دمای بسیار بالایی دارد (بیش از 3000 دلار درجه سانتی گراد) که امکان استفاده از آن برای برش را فراهم می کند. و جوشکاری فلزات

در هوا، استیلن با شعله دودی می سوزد، زیرا محتوای کربن در مولکول آن بیشتر از مولکول های اتان و اتن است.

آلکین ها مانند آلکن ها محلول های اسیدی شده پرمنگنات پتاسیم را تغییر رنگ می دهند. در این صورت پیوند چندگانه از بین می رود.

واکنش هایی که روش های اصلی تولید ترکیبات حاوی اکسیژن را مشخص می کند

1. هیدرولیز هالوآلکان هاشما قبلاً می دانید که تشکیل هالوکنالکان ها هنگام واکنش الکل ها با هالیدهای هیدروژن یک واکنش برگشت پذیر است. بنابراین، واضح است که الکل ها را می توان به دست آورد هیدرولیز هالوآلکان ها- واکنش این ترکیبات با آب:

$R-Cl+NaOH(→)↖(H_2O)R-OH+NaCl+H_2O$

الکل‌های پلی‌هیدریک را می‌توان با هیدرولیز هالوآلکان‌های حاوی بیش از یک اتم هالوژن در هر مولکول به دست آورد. مثلا:

2. هیدراتاسیون آلکن ها- اضافه کردن آب از طریق پیوند $π$ یک مولکول آلکن - قبلاً برای شما آشنا است، به عنوان مثال:

$(CH_2=CH_2)↙(اتن)+H_2O(→)↖(H^(+))(C_2H_5OH)↙(اتانول)$

هیدراتاسیون پروپن، مطابق با قانون مارکوفنیکوف، منجر به تشکیل الکل ثانویه - پروپانول-2 می شود:

3. هیدروژناسیون آلدئیدها و کتونها.قبلاً می دانید که اکسیداسیون الکل ها در شرایط ملایم منجر به تشکیل آلدئیدها یا کتون ها می شود. بدیهی است که الکل ها را می توان با هیدروژناسیون (احیا با هیدروژن، افزودن هیدروژن) آلدئیدها و کتون ها به دست آورد:

4. اکسیداسیون آلکن هاهمانطور که قبلا ذکر شد، گلیکول ها را می توان با اکسیداسیون آلکن ها با محلول آبی پرمنگنات پتاسیم به دست آورد. به عنوان مثال، اتیلن گلیکول (اتاندیول-1،2) از اکسیداسیون اتیلن (اتن) تشکیل می شود:

$CH_2=CH_2+[O]+H_2O(→)↖(KMnO_4)HO-CH_2-CH_2-OH$

5. روش های خاص برای تولید الکل.برخی از الکل ها با استفاده از روش های منحصر به فرد آنها به دست می آیند. بنابراین، متانول به صورت صنعتی از برهمکنش هیدروژن با مونوکسید کربن (II) (مونوکسید کربن) در فشار بالا و دمای بالا بر روی سطح یک کاتالیزور (اکسید روی) تولید می‌شود:

$CO+2H_2(→)↖(t,p,ZnO)CH_3-OH$

مخلوط مونوکسید کربن و هیدروژن مورد نیاز برای این واکنش که گاز سنتز نیز نامیده می شود ($CO + nH_2O$) با عبور بخار آب از روی زغال سنگ داغ به دست می آید:

$C+H_2O(→)↖(t)CO+H_2-Q$

6. تخمیر گلوکز.این روش تولید الکل اتیل (شراب) از زمان های قدیم برای بشر شناخته شده است:

$(C_6H_(12)O_6)↙(گلوکز)(→)↖(مخمر)2C_2H_5OH+2CO_2$

روشهای تولید آلدئیدها و کتونها

آلدهیدها و کتون ها را می توان تولید کرد اکسیداسیونیا هیدروژن زدایی الکل ها. اجازه دهید یک بار دیگر متذکر شویم که اکسیداسیون یا هیدروژن زدایی الکل های اولیه می تواند آلدئید تولید کند و الکل های ثانویه - کتون ها:

واکنش کوچروف. در نتیجه واکنش هیدراتاسیون، استیلن استالدئید تولید می کند و کتون ها از همولوگ های استیلن به دست می آیند:

وقتی گرم می شود کلسیمیا نمک های باریماسیدهای کربوکسیلیک یک کتون و کربنات فلز را تشکیل می دهند:

روشهای تولید اسیدهای کربوکسیلیک

اسیدهای کربوکسیلیک را می توان با اکسیداسیون الکل های آلدهید اولیه تهیه کرد:

اسیدهای کربوکسیلیک آروماتیک از اکسیداسیون همولوگ های بنزن تشکیل می شوند:

هیدرولیز مشتقات مختلف کربوکسیلیک اسید نیز تولید اسید می کند. بنابراین، هیدرولیز یک استر یک الکل و یک اسید کربوکسیلیک تولید می کند. همانطور که در بالا ذکر شد، واکنش های استریفیکاسیون و هیدرولیز کاتالیز شده با اسید برگشت پذیر هستند:

هیدرولیز استر تحت تأثیر محلول آبی قلیایی به طور غیرقابل برگشتی انجام می شود، نه یک اسید، بلکه نمک آن از استر تشکیل می شود.

به دست آوردن بوتادین-1،3 (دیوینیل)

بوتادین-1,3 CH 2 = CH-CH-CH 2 مونومر اصلی برای تولید لاستیک های مصنوعی است.

سنتز بوتادین-1،3 از اتانول، توسعه یافته توسط S.V. Lebedev، اولین روش صنعتی برای تولید مونومر بود که بر اساس آن در سال 1932 کارخانه تولید لاستیک مصنوعی برای اولین بار در جهان راه اندازی شد. .

معادله کلی واکنش را می توان به صورت زیر نوشت

2C 2 H 5 OH ® C 4 H 6 + H 2 + 2H 2 O، ΔH = 85 کیلوژول

معادله نشان می دهد که واکنش کلی ترکیبی از تراکم، هیدروژن زدایی و کم آبی است. کاتالیزور اکسید دو عملکردی پیشنهاد شده توسط Lebedev، حاوی اجزای هیدروژن زدایی و آبگیری، این الزامات را برآورده می کند. با این حال، اکنون این روش اهمیت عملی خود را از دست داده است. نقطه ضعف اساسی روش انتخاب کم آن است (حتی بازده نظری دی وینیل از اتانول 100٪ 58.7٪ است).

در حال حاضر، روش های اصلی برای سنتز دی وینیل، هیدروژن زدایی است nبوتان جدا شده از گاز طبیعی و پردازش پیچیده فراکسیون های بوتان-بوتیلن حاصل از تجزیه در اثر حرارت فرآورده های نفتی، از جمله استخراج بوتادین، جداسازی ایزوبوتیلن و هیدروژن زدایی n-بوتیلن به بوتادین.

هنگام هیدروژن زدایی بوتان، محدودیت های ترمودینامیکی نقش مهمی ایفا می کند، در نتیجه تقریباً غیرممکن است که 1،3- بوتادین را در یک مرحله با بازده فنی قابل قبول در شرایط عادی و تنها با کمک تکنیک های خاص (استفاده از خلاء، هیدروژن زدایی اکسیداتیو) می توان عملکرد را تا سطح مورد نیاز افزایش داد.

اکثر تاسیسات صنعتی برای تولید دیوینیل از بوتان بر اساس یک طرح دو مرحله ای عمل می کنند. مرحله اول هیدروژن زدایی بوتان تبدیل آن به بوتیلن و مرحله دوم فرآیند تولید دیوینیل از بوتیلن است.

هیدروژن زدایی بوتان به بوتیلن روی یک کاتالیزور تقویت شده با اکسید کروم که روی آلومینا پشتیبانی می شود توسط واکنش انجام می شود.

C 4 H 10 ® C 4 H 8 + H 2، ΔH = 131 کیلوژول

ترکیب......Al 2 O 3 Fe 2 O 3 Cr 2 O 3 SiO 2 KNO 3 CaO H 2 O

کسر جرمی، % 66.10 1.72 15.8 7.9 4.93 0.14 3.34

در طول هیدروژن زدایی بوتان، کاتالیزور با رسوبات کربن پوشیده شده و ترکیب شیمیایی آن تغییر می کند. در این حالت فعالیت کاتالیزور به شدت کاهش می یابد. به منظور فعال سازی مجدد، کاتالیزور به طور مداوم از راکتور خارج می شود و در یک جریان هوا در یک بازسازی کننده بستر سیال شلیک می شود. در این حالت، ترکیبات کربن می سوزند و اکسیدهای کروم پایین به Cr 2 Oz اکسید می شوند. نمودار تکنولوژیکی کارخانه هیدروژن زدایی بوتان در شکل 1 نشان داده شده است. 1.

بوتان به صورت مایع وارد خشک کن می شود. 1 پر شده با جاذب (A1 2 O 3، زئولیت) و سپس داخل اواپراتور 2. بخارات حاصل در یک کوره لوله ای گرم می شوند 3 به دمای 780-820 کلوین می رسد و وارد شبکه توزیع راکتور می شود 4 برای هیدروژن زدایی مقدار گرمای مورد نیاز برای ادامه واکنش با جریان کاتالیزور احیا شده گرم شده از احیاگر 5 تامین می شود. دما در احیاگر 890-920 کلوین است. کاتالیزور احیا شده به شبکه توزیع فوقانی و بنابراین کاتالیزور عرضه می شود. و گازهای واکنش در جریان مخالف حرکت می کنند. در قسمت بالایی یک سیم پیچ برای خاموش کردن گازهای واکنش وجود دارد. به همین دلیل دمای گازها به سرعت به 720-750 K کاهش می یابد و از تجزیه بیشتر آنها جلوگیری می شود.

کاتالیزور توسط جریان هوا به احیاگر و توسط بخار هیدروکربن یا نیتروژن اصلی به راکتور منتقل می شود. گاز تماس از راکتور به دیگ بازیابی فرستاده می شود 6 برای تولید بخار ثانویه، و سپس جذب گرد و غبار کاتالیزور و خنک کردن بیشتر - در اسکرابر 7، آبیاری شده با آب. گازهای دودکش از احیا کننده از گرد و غبار کاتالیزور در یک رسوب دهنده الکتریکی آزاد می شوند 8, سپس از یک اسکرابر عبور کرده و در جو رها می شوند.

برای جبران تلفات و حفظ فعالیت، روزانه یک کاتالیزور تازه به کاتالیزور در حال گردش در سیستم اضافه می شود. گاز تماسی تصفیه شده وارد توربوشارژر می شود 9, فشار تخلیه که حدود 0.5 مگاپاسکال است و سپس به سیستم تراکم می رسد 10, که در آن آب و پروپان در حال جوش به صورت متوالی به عنوان مبرد استفاده می شود. محصول غیر متراکم به جاذب ارسال می شود 11 . جذب توسط مخلوطی از هیدروکربن های C 6 - C 12 انجام می شود. بوتیلن محلول در یک دستگاه استریپر تقطیر می شود 12 و مخلوط با یک محصول مایع از کندانسور 10 وارد سیستم ستون تقطیر می شود 13 و 14. در ستون ها، ناخالصی های کم جوش و بالا از محصول هیدروژن زدایی تقطیر می شوند (این دومی برای جبران تلفات به جاذب در گردش اضافه می شود). محصولات هیدروژن زدایی بوتان به واحد یکسوسازی استخراجی فرستاده می شود 15 برای جداسازی کسر بوتیلن

هیدروژن زدایی بوتیلن به دی وینیل اتفاق می افتد
کاتالیزور کلسیم کروم فسفات برای واکنش
C 4 H 8 ® C 4 H 8 + H 2، ΔH = 119 کیلوژول.

نمودار جریان تکنولوژیکی برای هیدروژن زدایی بوتیلن در شکل 2 نشان داده شده است.

کلر زنی پارافین ها و مشتقات هالوژن آنها

در صنعت، کلرزنی حرارتی در فاز گاز در دمای لازم برای فعال کردن مولکول‌های کلر انجام می‌شود که منجر به یک واکنش زنجیره‌ای رادیکال می‌شود: C1 2 ® C1× + C1×.

RH + С1× ® R + HCl

R + Cl 2 ® RCl + C1× و غیره

واکنش جایگزینی اتم های هیدروژن با اتم های کلر منجر به
برای تشکیل مخلوطی از محصولات تک، دی و پلی کلره و آزاد شدن کلرید هیدروژن.

تشکیل غالب یک یا دیگر محصول توسط شرایط واکنش تعیین می شود. رژیم دما و نسبت مولکولی هیدروکربن و کلر (شکل 3).

کلرزنی متان در دستگاه کلریناتور انجام می شود (شکل 4) که بدنه استوانه ای فولادی است که داخل آن با آجرهای نسوز پوشیده شده است. 2, در قسمت بالایی آن نازلی از حلقه های چینی وجود دارد 3, ترویج واکنش یکنواخت نیمی از ارتفاع داخلی کلرساز را یک استوانه عمودی سرامیکی باز اشغال کرده است. 4 با سوراخ هایی در پایین، که یک لوله سرامیکی تامین کننده مواد خام با یک حلقه باریک پایین می رود. فرآیند با پیش گرم کردن داخل کلرساز (برای شروع واکنش) آغاز می شود. گرمایش با سوزاندن قسمتی از متان مخلوط با هوا و به دنبال آن جایگزینی هوا با کلر انجام می شود. متعاقباً، واکنش به صورت خودگرمایی ادامه می یابد. محصولات کلرزنی از قسمت بالایی دستگاه خارج می شود، سپس هیدروژن کلرید از مخلوط گاز در جاذب های اسید توسط آب گرفته می شود (اسید کلریدریک به دست می آید)، مخلوط گاز با قلیایی خنثی می شود، خشک می شود، فشرده می شود و توسط آب مایع می شود. خنک کننده عمیق محصولات جداگانه از مخلوط مایع حاوی متیل کلرید 28-32٪، متیلن کلرید 50-53٪، کلروفرم 12-14٪ و تتراکلرید کربن 3-5٪ با استفاده از یکسوسازی جدا می شوند.

تمام ترکیبات متان کلردار به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. بنابراین، متیل کلرید CH 3 C1 به عنوان یک حلال در تولید لاستیک بوتیل، به عنوان یک عامل متیل کننده در سنتز آلی، برای به دست آوردن متیل کلروسیلان ها، که به عنوان ماده اولیه در تولید پلیمرهای ارگانوسیلیکن - سیلیکون ها عمل می کند، استفاده می شود. متیلن کلرید CH 2 C1 2 یک حلال صنعتی با ارزش برای استات سلولز، چربی ها، روغن ها، پارافین، لاستیک است. قابل اشتعال نیست و با هوا مخلوط انفجاری تشکیل نمی دهد.

کلرزنی بنزن

با کلرزنی بنزن، بسته به شرایط کلرزنی، تک کلرو بنزن یا سایر مشتقات کلردار به دست می آید. بنابراین، در 310-330 کلوین و نسبت مولی بنزن و کلر 1:0.6، مونوکلروبنزن روی یک کاتالیزور آهن تشکیل می شود. با نسبت کمتر و کاتالیزور A1C1 3، عمدتاً o-دی کلروبنزن به دست می آید (در سنتز رنگ ها و عوامل کنترل آفات استفاده می شود). در همان دما تحت تابش فرابنفش، هگزاکلروسیکلو هگزان به دست می آید. در شکل شکل 5 طرحی برای تولید کلروبنزن با حذف گرمای واکنش گرمازا ناشی از تبخیر بنزن اضافی را نشان می دهد.

کلرزنی در دستگاه استوانه ای فولادی انجام می شود.

مشکل استفاده از کلرید هیدروژن تشکیل شده در فرآیندهای کلرزنی هیدروکربن ها

کلرید هیدروژن یک محصول زائد حاصل از کلرزنی پارافین و هیدروکربن های معطر از پالایش نفت است که به طور گسترده در سنتز آلی صنعتی استفاده می شود. بازیافت یک کار فوری است که با کاهش هزینه محصولات کلرزنی، بهبود شرایط بهداشتی و مبارزه با خوردگی فلزات همراه است.

مقداری از کلرید هیدروژن برای تولید اسید کلریدریک با جذب جریان مخالف HC1 با آب استفاده می شود. با این حال، نیاز محلی به اسید کلریدریک معمولاً بسیار کمتر از امکان تولید آن از کلرید هیدروژن است. حمل و نقل اسید کلریدریک در فواصل طولانی به دلیل قابلیت خورندگی بالای آن دشوار است.

یک راه امیدوارکننده برای استفاده از HC1، روش کلرزنی اکسیداتیو است. در صنعت مدرن، وینیل کلرید با استفاده از این روش از اتیلن سنتز می شود: در یک راکتور کلرزنی اکسیداتیو، اتیلن به 1،2-دی کلرواتان تبدیل می شود که تجزیه کاتالیزوری آن وینیل کلرید تولید می کند. HC1 تشکیل شده در این مورد دوباره به راکتور فرستاده می شود:

2CH 2 = CH 2 + 4HC1 + O 2 ® 2CH 2 C1-CH 2 C1 + 2H 2 O، ΔH = -238 kJ/mol CH 2 C1-CH 2 C1 ® CH 2 = CHCI + HC1.

فرآیند کلرزنی اکسیداتیو در 530-570 کلوین در حضور یک کاتالیزور (کلرید مس روی یک حامل بی اثر) رخ می دهد. پیرولیز دی کلرواتان در دمای 770 کلوین بر روی یک کاتالیزور متخلخل (پومیس) انجام می شود.

در شکل شکل 6 یک طرح ساده شده برای سنتز وینیل کلرید از اتیلن را نشان می دهد. در میکسر 1 اتیلن، گاز بازیافت و کلرید هیدروژن با اکسیژن مخلوط شده و وارد راکتور می شوند. 2 با کاتالیزور سیال؛ بخارات دی کلرواتان حاصل و اتیلن، اکسیژن و HC1 واکنش نداده در یک یخچال اختلاط مستقیم سرد می شوند. 3 مخلوطی از آب و دی کلرواتان که از یخچال می آید 4. سپس مخلوط گاز و بخار از یک اسکرابر قلیایی داغ 5 عبور می کند که در آن از HCl و CO 2 تمیز می شود، در یخچال خنک می شود و از جداکننده گاز عبور می کند. 6, از گازها جدا می شود - مخلوطی از اتیلن و اکسیژن که به راکتور بازگردانده می شود (گاز بازیافت). دی کلرواتان در جداکننده 7 از آب جدا شده و وارد ستون خشک کن می شود 8, که در آن با استفاده از تقطیر آزئوتروپیک، در نهایت آبگیری شده و به ستون تقطیر وارد می شود 9; دی کلرواتان در یک کلکتور جمع آوری می شود 10. پیرولیز بعدی دی کلرواتان برای تولید وینیل کلرید در یک کوره لوله ای رخ می دهد. 11 ; مخلوط واکنش از کوره وارد یخچال اختلاط مستقیم می شود، با چرخش دی کلرواتان سرد خنک می شود و پس از عبور از یخچال 4, وارد ستون تقطیر می شود 12, جایی که HC1 جدا می شود، که به راکتور کلرزنی اکسیداتیو بازگردانده می شود، و وینیل کلرید و دی کلرواتان تبدیل نشده در یک ستون تقطیر جدا می شوند. 13; دی کلرو اتان به ستون برگردانده می شود 9, و وینیل کلرید برای پلیمریزاسیون فرستاده می شود.

نکته قابل توجه برای بازیافت ترکیبی از شرکت های مبتنی بر گازهای پالایش نفت، به ویژه پردازش مشترک اتیلن و استیلن و وینیل کلرید است. کلرید هیدروژن، که در طول تولید وینیل کلرید از اتیلن تشکیل می شود، برای هیدروکلره استیلن استفاده می شود:

CH 2 = CH 2 + C1 2 ® CH 2 C1-CH 2 C1 (تجزیه گاز) ® CH 2 = CH 1 + HCI

СНºСН + HC1 ® СН 2 = СНС1

یک راه اقتصادی برای استفاده از کلرید هیدروژن، ترکیب کلرزنی متان با کلرزنی اکسیداتیو برای به دست آوردن متان جایگزین شده با کلر است:

CH 4 + 4С1 2 ® CCI 4 + 4HCI

CH 4 + 4HC1 + O 2 ® SS! 4 + 2H 2 O

این فرآیند علاوه بر تتراکلرید کربن، متیلن کلرید و کلروفرم تولید می کند. تتراکلرید کربن به عنوان حلال، در کشاورزی (فومیگانت)، برای اطفاء حریق و ... استفاده می شود.

کلروبنزن همچنین با کلرزنی اکسیداتیو از مخلوط بخار-گاز بنزن، کلرید هیدروژن و هوا (اکسیژن) در دمای 500 کلوین بر روی یک کاتالیزور مخلوط (A1 2 O 3 - CuC1 2 - FeCl 3) به دست می آید:

C 6 H 6 + HC1 + 1/ 2 O 2 ® C 6 H 5 C1 + H 2 O

برای استفاده از هیدروژن کلرید، می توانید از اکسیداسیون الکتروشیمیایی آن به کلر استفاده کنید.

یک کاتالیزور کروم سزیم و روشی برای استفاده از آن برای اکسیداسیون کلرید هیدروژن به کلر، به عنوان مثال، بازسازی کلر از گازهای زائد حاصل از کلرزنی ترکیبات آلی، پیشنهاد شده است.

تولید استیلن و فرآوری آن

تولید استیلن با تجزیه کاربید کلسیم در ژنراتورهای استیلن به روش مرطوب و خشک مطابق با معادله واکنش انجام می شود:

CaC 2 + 2H 2 O ® C 2 H 2 + Ca (OH) 2 ΔH = -127 کیلوژول.

با روش مرطوب در ژنراتورهایی که بر اساس اصل "کاربید به آب" کار می کنند، کاربید کلسیم خرد شده به طور یکنواخت به ژنراتور حاوی مقدار زیادی آب وارد می شود که به دلیل گرم شدن آن گرمای آزاد شده در طول فرآیند حذف می شود. تجهیزات مورد استفاده در این طرح و به ویژه ارتباطات برای حذف لجن حاصل و گردش آب بسیار دست و پا گیر هستند. علاوه بر این، حمل و نقل و استفاده از شیر آهک مایع که حاوی 70 درصد آب است، مشکلات زیادی را ایجاد می کند.

روش های صنعتی موثر برای تولید استیلن از هیدروکربن ها نیز توسعه یافته است. استیلن از پارافین ها توسط واکنش های گرماگیر برگشت پذیر زیر تشکیل می شود:

2CH 4 D C 2 H 2 + H 2 ΔH = 376 کیلوژول

C 2 H 6 D C 2 H 2 + 2H 2 ΔH = 311 کیلوژول

C 3 H 8 D C 2 H 2 + CH 4 + H 2 ΔH = 255 کیلوژول

CH 4 D C + 2H 2 ΔH = 88 کیلوژول

واکنش (د) یک واکنش جانبی است.

با افزایش دما، تعادل واکنش ها به سمت تشکیل استیلن تغییر می کند. درجه بالایی از تبدیل تعادلی برای متان در T> 1670 کلوین و برای اتان - 1170 کلوین بدست می آید. اما در دماهای > 1680 کلوین، استیلن و هیدروکربن ها ناپایدار می شوند و به دوده و کربن تجزیه می شوند.

واکنش تبدیل متان به استیلن در دمای 1670-1770 کلوین که در تولید پذیرفته شده است سریعتر از واکنش تجزیه استیلن به عناصر انجام می شود، بنابراین محصولات واکنش به سرعت سرد می شوند، که به جلوگیری از تجزیه استیلن کمک می کند برای همین منظور، از سرعت‌های حجمی گاز بالا استفاده می‌شود که در آن ماده خام باید تنها هزارم ثانیه در منطقه واکنش باشد.

با توجه به روش تامین گرما برای انجام واکنش گرمازایی تشکیل استیلن، روش های زیر برای انجام فرآیند متمایز می شود: 1) کراکینگ الکتریکی هیدروکربن های گازی یا محصولات مایع؛ 2) پیرولیز همگن؛ 3) پیرولیز حرارتی اکسیداتیو.

الکتروکراکینگبا استفاده از قوس ولتایی در کوره های قوس الکتریکی جریان مستقیم انجام می شود.

پیرولیز همگنشامل تجزیه مواد خام در جریانی از گازهای دودکش داغ در دمای حدود 2200 کلوین است.

در پیرولیز حرارتی اکسیداتیوگرمای لازم با سوزاندن بخشی از متان به دست می آید.

عمده ترین معایب روش کاربید برای تولید استیلن مصرف انرژی بالا در تولید کاربید کلسیم و مقدار قابل توجهی مواد اولیه مصرفی (سنگ آهک و کک) است که در چند مرحله فرآوری می شوند. در عین حال، روش کاربید استیلن غلیظ تولید می کند که تصفیه آن از ناخالصی های کوچک مشکلی ایجاد نمی کند.

در روش‌های تقسیم هیدروکربن حرارتی از مقدار کمتری ماده اولیه استفاده می‌شود که در یک مرحله به استیلن تبدیل می‌شود، اما استیلن رقیق است و برای خالص‌سازی و غلظت آن نیاز به سیستم پیچیده‌ای دارد. لازم به ذکر است که روش کاربید حدود 70 درصد استیلن تولیدی جهان را تولید می کند.

روش های اصلی زیر برای پردازش اولیه استیلن وجود دارد.

هیدراتاسیون:

الف) برای تولید استالدئید و اسید استیک (کاتالیزور (HgSO 4):

ب) تولید استون (کاتالیزور ZnO بر روی کربن فعال)

2CH = CH + 3H 2 O ® CH 3 COCH 3 + CO 2 + 2H 2

بسپارشبه مواد خطی و حلقوی برای به دست آوردن مونومرها و الیاف لاستیک مصنوعی.

کلرزنیبرای بدست آوردن حلالها و مونومرها

وینیلاسیون با استیلنمواد مختلف برای تولید مونومر:

ROH ® ROCH=CH 2

RCOOH ® RCOOCH=CH 2