Paghahanda ng mga hydrocarbon at halogen derivatives. Alkanes - saturated hydrocarbons, ang kanilang mga kemikal na katangian Pagkuha ng saturated hydrocarbons sa laboratoryo at industriya

2. Mula sa langis.

Ang langis ay naglalaman ng likido at solidong saturated hydrocarbon. Kaya naglalaman ito ng: C 5 H 12, C 6 H 14 - lahat ng isomer.

C 7 H 16, C 8 H 18 - karamihan ay normal.

Simula sa C 9 H 20 - mga hydrocarbon lamang ng normal na istraktura. Hindi pinapayagan ng fractional distillation ang paghihiwalay ng mga indibidwal na hydrocarbon;

Dahil sa mataas na temperatura ng distillation at lalo na sa panahon ng proseso ng pag-crack, ang agnas ay nangyayari sa pagbuo ng mababang molekular na timbang na gaseous hydrocarbons, na ginagamit bilang mga hilaw na materyales pagkatapos ng paghihiwalay sa mga fraction na naglalaman ng: ethane - ethylene, propane - propylene, butane - butylene.

Sa pamamagitan ng karagdagang fractionation, ang mga mas makitid na fraction ay nakahiwalay: C 5 H 12 ay ginagamit sa synthesis ng amyl alcohols, at mga ester batay sa kanila - mga solvent at mabangong produkto.

Ang solid hydrocarbons ng komposisyon: C 16 H 34 at higit pa (paraffin at ceresin) ay nakahiwalay sa mga fraction ng langis ng langis.

3. Hydrogenation ng unsaturated hydrocarbons na nakuha bilang resulta ng oil cracking:

Ni, Pt, Pd, T=30-60 0 C

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

4. Hydrogenation ng carbon monoxide (Orlov-Fisher method):

Fe+Co, T=200 0 C

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

5. Hydrogenation ng brown coals (Bergius):

Fe, T=450 0 C, P=200 sa

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

6. Paggawa ng methane mula sa carbon at mga oxide nito:

C + 2H 2 CH 4

C + 2H 2 CH 4

CO + 3H 2 CH 4 + H 2 O

7. Produksyon ng methane mula sa metal carbide.

Ang mga hydrocarbon na ang mga carbon atom ay pinag-uugnay ng mga solong bono ay tinatawag na saturated o saturated hydrocarbons.

Pangkalahatang paglalarawan

Ang mga saturated hydrocarbon ay kinabibilangan ng acyclic (alkanes) at carbocyclic (cycloalkanes) compounds. Nag-iiba sila sa spatial na istraktura at bilang ng mga atomo.

Ang isang serye ng mga sangkap na magkatulad sa istraktura at mga katangian ng kemikal, ngunit naiiba sa bilang ng mga atomo, ay tinatawag na homologous. Ang mga sangkap na bahagi ng isang homologous na serye ay tinatawag na homologues.

Ang mga alkane ay isang homologous na serye ng methane CH4.

Ang cycloalkanes o naphthenes ay isang homologous na serye ng cyclopropane. Ang isang pangkalahatang paglalarawan ng saturated hydrocarbons ay ipinakita sa talahanayan.

Ang mga compound na may parehong bilang ng mga atom ngunit magkaibang mga istraktura ay tinatawag na isomer. Lahat ng alkanes, simula sa butane, ay may isomer. Ang prefix na iso- (isobutane, isopentane, isohexane) ay idinagdag sa pangalan. Ang formula ay nananatiling pareho.

kanin. 1. Structural formula ng butane at isobutane.

Ang mga cycloalkanes ay nailalarawan sa pamamagitan ng tatlong uri ng isomerism:

• spatial- lokasyon na may kaugnayan sa eroplano ng cycle;
• carbon- pag-access ng mga karagdagang grupo sa pangkat ng CH 2;
• interclass- pagbuo ng mga isomer na may mga alkenes.

Ang pangalan ng sangkap ay nagbabago depende sa pangkat na idinaragdag. Halimbawa, ang methylcyclopropane ay may cyclic na istraktura sa anyo ng isang tatsulok na may nakalakip na methyl (CH 3). Ang pangalan na "1,2-dimethylcyclopentane" ay nagpapahiwatig ng isang cyclic na istraktura na may dalawang methyl molecule na nakakabit. Ang mga numero ay nagpapahiwatig kung aling mga sulok ng pentagon ang nakakabit sa methyl.

Mayroong palaging isang pangkat ng CH 2 sa mga sulok ng cycloalkane figure, kaya madalas itong hindi isinulat, ngunit iginuhit lamang. Ang bilang ng mga anggulo ay nagpapahiwatig ng bilang ng mga carbon atom. Ang mga karagdagang grupo ay idinagdag sa mga sulok sa pamamagitan ng isang stroke.

kanin. 2. Mga halimbawa ng mga graphic na formula ng cycloalkanes.

Resibo

Mayroong mga pang-industriya at laboratoryo na pamamaraan para sa paggawa ng mga alkane. Sa industriya:

• paghihiwalay mula sa langis, gas, karbon;
• gasification ng solid fuel: C + 2H 2 → CH 4.

Sa laboratoryo:

• hydrolysis ng aluminum carbide:

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

• reaksyon ng pagpapalit:

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

• palitan ng reaksyon:

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

Ang mga cycloalkanes ay nakuha sa pamamagitan ng paghihiwalay mula sa mga likas na mapagkukunan - langis, gas, pati na rin sa pamamagitan ng dehydrogenation ng mga alkanes at hydrogenation ng mga arenes:

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

Ari-arian

Ang mga alkane at cycloalkane ay may magkatulad na katangian ng kemikal. Ito ay mga mababang-aktibong sangkap na tumutugon lamang sa ilalim ng mga karagdagang kondisyon - init, presyon. Mga reaksyon ng saturated hydrocarbons:

• pagkasunog:

  CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O + Q;

• pagpapalit (hal. halogenation):

  CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl;

• pag-akyat:

  C6H12 + H2 → C6H14;

• pagkabulok:

  C 6 H 12 → C 6 H 6 + 3H 2 .

kanin. 3. Pagkasunog ng methane.

Sa pagtaas ng molekular na timbang ng mga saturated hydrocarbon at, nang naaayon, ang bilang ng mga carbon atoms sa homologous series, ang kumukulo na punto ng mga sangkap ay tumataas. Ang mga cycloalkanes ay kumukulo at natutunaw sa mas mataas na temperatura kaysa sa mga alkane. Ang methane, ethane, propane, butane ay mga gas. Ang mga sangkap na naglalaman ng 5-15 carbon atoms (mula C 5 H 12 hanggang C 15 H 32) ay mga likido. Ang mga sangkap na naglalaman ng higit sa 15 carbon atoms ay nasa solidong estado.

Ano ang natutunan natin?

Ang mga sangkap na may katulad na katangian - alkanes at cycloalkanes - ay nabibilang sa saturated hydrocarbons. Ang mga alkane ay mga compound na may linear na molekular na istraktura, ang mga cycloalkanes ay mga cyclic hydrocarbon na bumubuo ng triangular, quadrangular, pentagonal na istruktura. Ang mga saturated hydrocarbon ay nakuha mula sa mga mineral, pati na rin sa industriya o sa laboratoryo. Ito ay mga mababang-aktibong sangkap na pumapasok sa mga reaksyon ng pagpapalit, karagdagan, pagkasunog, at pagkabulok sa ilalim lamang ng mga karagdagang kondisyon.

Pagsubok sa paksa

Pagsusuri ng ulat

Average na rating: 4.7. Kabuuang mga rating na natanggap: 117.

Mga katangian ng kemikal ng hydrocarbons: alkanes, alkenes, dienes, alkynes, aromatic hydrocarbons

Alkanes

Ang mga alkane ay mga hydrocarbon kung saan ang mga molekula ay konektado ang mga atomo sa pamamagitan ng mga solong bono at tumutugma sa pangkalahatang formula na $C_(n)H_(2n+2)$.

Homologous na serye ng methane

Sa pagkaka-alam mo, mga homologue- ito ay mga sangkap na magkatulad sa istraktura at mga katangian at naiiba sa isa o higit pang $CH_2$ na grupo.

Ang mga saturated hydrocarbon ay bumubuo sa homologous na serye ng methane.

Isomerismo at katawagan

Ang mga alkanes ay nailalarawan sa pamamagitan ng tinatawag na structural isomerism. Ang mga istrukturang isomer ay naiiba sa bawat isa sa istraktura ng carbon skeleton. Tulad ng alam mo na, ang pinakasimpleng alkane, na nailalarawan sa mga isomer ng istruktura, ay butane:

Tingnan natin ang mga pangunahing kaalaman ng IUPAC nomenclature para sa mga alkane:

1. Pagpili ng pangunahing circuit.

Ang pagbuo ng pangalan ng isang hydrocarbon ay nagsisimula sa kahulugan ng pangunahing kadena - ang pinakamahabang kadena ng mga atomo ng carbon sa molekula, na kung saan ay, tulad nito, ang batayan nito.

2.

Ang mga atomo ng pangunahing kadena ay itinalagang mga numero. Ang pagbilang ng mga atomo ng pangunahing kadena ay nagsisimula mula sa dulo kung saan ang kahalili ay pinakamalapit (mga istruktura A, B). Kung ang mga substituent ay matatagpuan sa isang pantay na distansya mula sa dulo ng kadena, pagkatapos ay ang pagnunumero ay magsisimula mula sa dulo kung saan mayroong higit pa sa kanila (istraktura B). Kung ang iba't ibang mga substituent ay matatagpuan sa pantay na distansya mula sa mga dulo ng kadena, pagkatapos ay magsisimula ang pagnunumero mula sa dulo kung saan ang nakatatanda ay pinakamalapit (istraktura D). Ang seniority ng hydrocarbon substituents ay tinutukoy ng pagkakasunud-sunod kung saan ang titik kung saan nagsisimula ang kanilang pangalan ay lumilitaw sa alpabeto: methyl (—$CH_3$), pagkatapos ay propyl ($—CH_2—CH_2—CH_3$), ethyl ($—CH_2 —CH_3$ ) atbp.

Pakitandaan na ang pangalan ng substituent ay nabuo sa pamamagitan ng pagpapalit ng suffix -an sa panlapi -il sa pangalan ng kaukulang alkane.

3. Pagbuo ng pangalan.

Sa simula ng pangalan, ang mga numero ay ipinahiwatig - ang mga numero ng carbon atoms kung saan matatagpuan ang mga substituent. Kung mayroong ilang mga substituent sa isang ibinigay na atom, ang katumbas na numero sa pangalan ay inuulit ng dalawang beses na pinaghihiwalay ng kuwit ($2.2-$). Pagkatapos ng numero, ang bilang ng mga substituent ay ipinahiwatig na may gitling ( di- dalawa, tatlo- tatlo, tetra- apat, penta- lima) at ang pangalan ng kinatawan ( methyl, ethyl, propyl). Pagkatapos, nang walang mga puwang o gitling, ang pangalan ng pangunahing kadena. Ang pangunahing kadena ay tinatawag na hydrocarbon - isang miyembro ng homologous na serye ng methane ( methane, ethane, propane, atbp.).

Ang mga pangalan ng mga sangkap na ang mga pormula ng istruktura ay ibinigay sa itaas ay ang mga sumusunod:

— istraktura A: $2 -methylpropane;

— istraktura B: $3 -ethylhexane;

— istraktura B: $2,2,4$ -trimethylpentane;

— istraktura G: $2$ -metil$4$-ethylhexane.

Mga katangiang pisikal at kemikal ng mga alkanes

Mga katangiang pisikal. Ang unang apat na kinatawan ng homologous na serye ng methane ay mga gas. Ang pinakasimple sa mga ito ay methane, isang walang kulay, walang lasa, at walang amoy na gas (ang amoy ng gas, kapag naramdaman ito, kailangan mong tumawag ng $104$, ay tinutukoy ng amoy ng mercaptans - mga compound na naglalaman ng sulfur na espesyal na idinagdag sa methane na ginamit sa mga gamit sa sambahayan at pang-industriya na gas upang matukoy ng mga taong malapit sa kanila ang pagtagas sa pamamagitan ng amoy).

Ang mga hydrocarbon ng komposisyon mula $С_5Н_(12)$ hanggang $С_(15)Н_(32)$ ay mga likido; ang mas mabibigat na hydrocarbon ay mga solido.

Ang kumukulo at natutunaw na mga punto ng alkanes ay unti-unting tumataas sa pagtaas ng haba ng carbon chain. Ang lahat ng hydrocarbon ay hindi gaanong natutunaw sa tubig;

Mga katangian ng kemikal.

1. Mga reaksyon ng pagpapalit. Ang pinaka-katangian na mga reaksyon para sa mga alkanes ay ang mga reaksyon ng pagpapalit ng libreng radikal, kung saan ang isang hydrogen atom ay pinapalitan ng isang halogen atom o ilang grupo.

Ipakita natin ang mga equation ng pinaka-katangiang reaksyon.

Halogenation:

$CH_4+Cl_2→CH_3Cl+HCl$.

Sa kaso ng labis na halogen, ang chlorination ay maaaring lumampas pa, hanggang sa kumpletong pagpapalit ng lahat ng hydrogen atoms ng chlorine:

$CH_3Cl+Cl_2→HCl+(CH_2Cl_2)↙(\text"dichloromethane (methylene chloride)")$,

$CH_2Cl_2+Cl_2→HCl+(CHСl_3)↙(\text"trichloromethane(chloroform)")$,

$CHCl_3+Cl_2→HCl+(CCl_4)↙(\text"carbon tetrachloride(carbon tetrachloride)")$.

Ang mga nagresultang sangkap ay malawakang ginagamit bilang mga solvent at panimulang materyales sa mga organikong synthesis.

2. Dehydrogenation (pag-aalis ng hydrogen). Kapag ang mga alkane ay naipasa sa isang katalista ($Pt, Ni, Al_2O_3, Cr_2O_3$) sa mataas na temperatura ($400-600°C$), isang molekula ng hydrogen ay aalisin at isang alkena ay nabuo:

$CH_3—CH_3→CH_2=CH_2+H_2$

3. Mga reaksyon na sinamahan ng pagkasira ng carbon chain. Lahat ng saturated hydrocarbon ay nasusunog sa pagbuo ng carbon dioxide at tubig. Ang mga gas na hydrocarbon na hinaluan ng hangin sa ilang partikular na sukat ay maaaring sumabog. Ang pagkasunog ng mga saturated hydrocarbons ay isang libreng radikal na exothermic na reaksyon, na napakahalaga kapag gumagamit ng mga alkanes bilang gasolina:

$СН_4+2О_2→СО_2+2Н_2O+880 kJ.$

Sa pangkalahatan, ang reaksyon ng pagkasunog ng mga alkanes ay maaaring isulat bilang mga sumusunod:

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

Thermal splitting ng hydrocarbons:

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

Ang proseso ay nangyayari sa pamamagitan ng isang libreng radikal na mekanismo. Ang pagtaas ng temperatura ay humahantong sa homolytic cleavage ng carbon-carbon bond at pagbuo ng mga libreng radical:

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

Ang mga radikal na ito ay nakikipag-ugnayan sa isa't isa, nagpapalitan ng isang hydrogen atom, upang bumuo ng isang molekula ng alkane at isang molekula ng alkene:

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

Ang mga reaksyon ng thermal decomposition ay sumasailalim sa proseso ng industriya ng hydrocarbon cracking. Ang prosesong ito ay ang pinakamahalagang yugto ng pagdadalisay ng langis.

Kapag pinainit ang methane sa temperatura na $1000°C$, magsisimula ang methane pyrolysis - pagkabulok sa mga simpleng sangkap:

$CH_4(→)↖(1000°C)C+2H_2$

Kapag pinainit sa temperatura na $1500°C$, ang pagbuo ng acetylene ay posible:

$2CH_4(→)↖(1500°C)CH=CH+3H_2$

4. Isomerization. Kapag ang mga linear hydrocarbon ay pinainit gamit ang isang isomerization catalyst (aluminum chloride), ang mga sangkap na may branched carbon skeleton ay nabuo:

5. Aromatization. Ang mga alkane na may anim o higit pang mga carbon atom sa chain ay umiikot sa presensya ng isang katalista upang bumuo ng benzene at mga derivatives nito:

Ano ang dahilan kung bakit ang mga alkanes ay sumasailalim sa mga libreng radikal na reaksyon? Ang lahat ng carbon atoms sa mga molekula ng alkane ay nasa estado ng $sp^3$ hybridization. Ang mga molekula ng mga sangkap na ito ay binuo gamit ang mga covalent nonpolar na $C-C$ (carbon-carbon) na bono at mahinang polar na $C-H$ (carbon-hydrogen) na mga bono. Hindi naglalaman ang mga ito ng mga lugar na may tumaas o nabawasan na densidad ng elektron, o madaling mapolarize na mga bono, i.e. tulad ng mga bono, ang densidad ng elektron kung saan maaaring lumipat sa ilalim ng impluwensya ng mga panlabas na kadahilanan (electrostatic field ng mga ion). Dahil dito, ang mga alkanes ay hindi tutugon sa mga sisingilin na particle, dahil Ang mga bono sa mga molekula ng alkane ay hindi nasira ng heterolytic na mekanismo.

Alkenes

Ang unsaturated ay kinabibilangan ng mga hydrocarbon na naglalaman ng maramihang mga bono sa pagitan ng mga carbon atom sa kanilang mga molekula. Walang limitasyon ang mga alkenes, alkadienes (polyenes), alkynes. Ang cyclic hydrocarbons na naglalaman ng double bond sa ring (cycloalkenes), pati na rin ang mga cycloalkane na may maliit na bilang ng mga carbon atom sa ring (tatlo o apat na atoms) ay mayroon ding unsaturated character. Ang pag-aari ng unsaturation ay nauugnay sa kakayahan ng mga sangkap na ito na pumasok sa mga reaksyon ng karagdagan, pangunahin ang hydrogen, na may pagbuo ng puspos, o puspos, hydrocarbons - alkanes.

Ang mga alkenes ay mga acyclic hydrocarbons na naglalaman sa molekula, bilang karagdagan sa mga solong bono, isang dobleng bono sa pagitan ng mga atomo ng carbon at naaayon sa pangkalahatang formula na $C_(n)H_(2n)$.

Pangalawang pangalan nito ay mga olefin- Ang mga alkenes ay nakuha sa pamamagitan ng pagkakatulad sa mga unsaturated fatty acid (oleic, linoleic), ang mga labi nito ay bahagi ng mga likidong taba - mga langis (mula sa lat. oleum- langis).

Homologous na serye ng ethene

Ang mga walang sanga na alkenes ay bumubuo sa homologous na serye ng ethene (ethylene):

$С_2Н_4$ - ethene, $С_3Н_6$ - propene, $С_4Н_8$ - butene, $С_5Н_(10)$ - pentene, $С_6Н_(12)$ - hexene, atbp.

Isomerismo at katawagan

Ang mga alkenes, tulad ng mga alkanes, ay nailalarawan sa pamamagitan ng isomerismo ng istruktura. Ang mga istrukturang isomer ay naiiba sa bawat isa sa istraktura ng carbon skeleton. Ang pinakasimpleng alkene, na nailalarawan sa mga isomer ng istruktura, ay butene:

Ang isang espesyal na uri ng structural isomerism ay ang isomerism ng posisyon ng double bond:

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

Ang halos libreng pag-ikot ng mga carbon atom ay posible sa paligid ng isang carbon-carbon bond, kaya ang mga molekula ng alkane ay maaaring magkaroon ng iba't ibang uri ng mga hugis. Imposible ang pag-ikot sa paligid ng double bond, na humahantong sa paglitaw ng isa pang uri ng isomerism sa alkenes - geometric, o cis-trans isomerism.

Cis- iba ang isomer sa kawalan ng ulirat- isomer sa pamamagitan ng spatial na pag-aayos ng mga molekular na fragment (sa kasong ito, mga methyl group) na may kaugnayan sa eroplano ng $π$ na bono, at, dahil dito, sa pamamagitan ng kanilang mga katangian.

Ang mga alkenes ay isomeric sa cycloalkanes (interclass isomerism), halimbawa:

Ang IUPAC nomenclature para sa alkenes ay katulad ng para sa alkanes.

1. Pagpili ng pangunahing circuit.

Ang pagbibigay ng pangalan sa isang hydrocarbon ay nagsisimula sa pagtukoy sa pangunahing kadena—ang pinakamahabang kadena ng mga atomo ng carbon sa molekula. Sa kaso ng mga alkenes, ang pangunahing kadena ay dapat maglaman ng dobleng bono.

2. Pagbilang ng mga pangunahing chain atoms.

Ang pagbilang ng mga atomo ng pangunahing kadena ay nagsisimula mula sa dulo kung saan ang dobleng bono ay pinakamalapit. Halimbawa, ang tamang pangalan ng koneksyon ay:

$5$-methylhexene-$2$, hindi $2$-methylhexene-$4$, gaya ng inaasahan ng isa.

Kung ang posisyon ng dobleng bono ay hindi matukoy ang simula ng pag-numero ng mga atomo sa kadena, pagkatapos ito ay tinutukoy ng posisyon ng mga substituent, tulad ng para sa saturated hydrocarbons.

3. Pagbuo ng pangalan.

Ang mga pangalan ng alkenes ay nabuo sa parehong paraan tulad ng mga pangalan ng alkanes. Sa dulo ng pangalan, ipahiwatig ang bilang ng carbon atom kung saan nagsisimula ang dobleng bono, at isang suffix na nagpapahiwatig na ang tambalan ay kabilang sa klase ng mga alkenes - -tl.

Halimbawa:

Mga katangiang pisikal at kemikal ng mga alkenes

Mga katangiang pisikal. Ang unang tatlong kinatawan ng homologous na serye ng mga alkenes ay mga gas; mga sangkap ng komposisyon $С_5Н_(10)$ - $С_(16)Н_(32)$ - mga likido; Ang mas mataas na alkenes ay mga solido.

Ang mga punto ng pagkulo at pagkatunaw ay natural na tumataas sa pagtaas ng molekular na bigat ng mga compound.

Mga katangian ng kemikal.

Mga reaksyon sa karagdagan. Alalahanin natin na ang isang natatanging katangian ng mga kinatawan ng unsaturated hydrocarbons - alkenes ay ang kakayahang pumasok sa mga reaksyon ng karagdagan. Karamihan sa mga reaksyong ito ay nagpapatuloy ayon sa mekanismo

1. Hydrogenation ng alkenes. Ang mga alkenes ay may kakayahang magdagdag ng hydrogen sa pagkakaroon ng hydrogenation catalysts, metal - platinum, palladium, nickel:

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

Ang reaksyong ito ay nangyayari sa atmospheric at mataas na presyon at hindi nangangailangan ng mataas na temperatura, dahil ay exothermic. Kapag tumaas ang temperatura, ang parehong mga catalyst ay maaaring magdulot ng reverse reaction—dehydrogenation.

2. Halogenation (pagdaragdag ng mga halogens). Ang pakikipag-ugnayan ng isang alkene sa bromine na tubig o isang solusyon ng bromine sa isang organikong solvent ($CCl_4$) ay humahantong sa mabilis na pagkawalan ng kulay ng mga solusyong ito bilang resulta ng pagdaragdag ng isang halogen molecule sa alkene at ang pagbuo ng mga dihalogen alkanes:

$CH_2=CH_2+Br_2→CH_2Br—CH_2Br$.

3.

$CH_3-(CH)↙(propene)=CH_2+HBr→CH_3-(CHBr)↙(2-bromopropene)-CH_3$

Ang reaksyong ito ay sumusunod Ang panuntunan ni Markovnikov:

Kapag ang isang hydrogen halide ay idinagdag sa isang alkene, ang hydrogen ay idinagdag sa mas hydrogenated na carbon atom, i.e. ang atom kung saan mayroong mas maraming hydrogen atoms, at ang halogen sa hindi gaanong hydrogenated.

Ang hydration ng mga alkenes ay humahantong sa pagbuo ng mga alkohol. Halimbawa, ang pagdaragdag ng tubig sa ethene ay sumasailalim sa isa sa mga pang-industriyang pamamaraan para sa paggawa ng ethyl alcohol:

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

Tandaan na ang isang pangunahing alkohol (na may pangkat na hydroxo sa pangunahing carbon) ay nabubuo lamang kapag ang ethene ay na-hydrated. Kapag ang propene o iba pang alkenes ay na-hydrated, ang mga pangalawang alkohol ay nabuo.

Ang reaksyong ito ay nagpapatuloy din alinsunod sa panuntunan ni Markovnikov - ang isang hydrogen cation ay nakakabit sa isang mas hydrogenated na carbon atom, at isang hydroxo group sa isang hindi gaanong hydrogenated.

5. Polimerisasyon. Ang isang espesyal na kaso ng karagdagan ay ang polymerization reaction ng alkenes:

$nCH_2(=)↙(ethene)CH_2(→)↖(UV light, R)(...(-CH_2-CH_2-)↙(polyethylene)...)_n$

Ang reaksyon ng karagdagan na ito ay nangyayari sa pamamagitan ng isang mekanismo ng libreng radikal.

6. Reaksyon ng oksihenasyon.

Tulad ng anumang mga organikong compound, ang mga alkenes ay nasusunog sa oxygen upang bumuo ng $СО_2$ at $Н_2О$:

$СН_2=СН_2+3О_2→2СО_2+2Н_2О$.

Sa pangkalahatan:

$C_(n)H_(2n)+(3n)/(2)O_2→nCO_2+nH_2O$

Hindi tulad ng mga alkane, na lumalaban sa oksihenasyon sa mga solusyon, ang mga alkenes ay madaling na-oxidized ng mga solusyon sa potassium permanganate. Sa mga neutral o alkaline na solusyon, ang mga alkene ay na-oxidized sa mga diol (dihydric alcohols), at ang mga hydroxyl group ay idinaragdag sa mga atomo kung saan nagkaroon ng double bond bago ang oksihenasyon:

Alkadienes (diene hydrocarbons)

Ang mga alkadienes ay mga acyclic hydrocarbons na naglalaman sa molekula, bilang karagdagan sa mga solong bono, dalawang dobleng bono sa pagitan ng mga atomo ng carbon at naaayon sa pangkalahatang formula na $C_(n)H_(2n-2)$.

Depende sa kamag-anak na pag-aayos ng mga dobleng bono, tatlong uri ng mga diene ay nakikilala:

- alkadienes na may pinagsama-sama pag-aayos ng dobleng bono:

- alkadienes na may conjugated dobleng bono;

$CH_2=CH—CH=CH_2$;

- alkadienes na may nakahiwalay dobleng bono

$CH_2=CH—CH_2—CH=CH_2$.

Ang tatlong uri ng alkadienes na ito ay makabuluhang naiiba sa bawat isa sa istraktura at mga katangian. Ang gitnang carbon atom (ang atom na bumubuo ng dalawang dobleng bono) sa mga alkadienes na may pinagsama-samang mga bono ay nasa estado ng $sp$-hybridization. Ito ay bumubuo ng dalawang $σ$-bond na nakahiga sa parehong linya at nakadirekta sa magkasalungat na direksyon, at dalawang $π$-bond na nakahiga sa patayo na mga eroplano. $π$-Bonds ay nabuo dahil sa unhybridized p-orbitals ng bawat carbon atom. Ang mga katangian ng alkadienes na may mga nakahiwalay na double bond ay napaka tiyak, dahil conjugate $π$-bond ay makabuluhang nakakaimpluwensya sa isa't isa.

Ang mga p-orbital na bumubuo ng mga conjugated na $π$-bond ay halos isang sistema (tinatawag itong $π$-system), dahil Ang mga p-orbital ng kalapit na $π$-bond ay bahagyang nagsasapawan.

Isomerismo at katawagan

Ang mga alkadienes ay nailalarawan sa pamamagitan ng parehong structural isomerism at cis-, trans-isomerism.

Structural isomerism.

— carbon skeleton isomerism:

— isomerism ng posisyon ng maramihang mga bono:

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

Cis-, trans- isomerism (spatial at geometric)

Halimbawa:

Ang mga alkadiena ay mga isomeric compound ng mga klase ng alkynes at cycloalkenes.

Kapag bumubuo ng pangalan ng isang alkadiene, ang mga bilang ng dobleng bono ay ipinahiwatig. Ang pangunahing kadena ay kinakailangang naglalaman ng dalawang maramihang mga bono.

Halimbawa:

Mga katangiang pisikal at kemikal ng alkadienes

Mga katangiang pisikal.

Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang propandiene-1,2, butadiene-1,3 ay mga gas, ang 2-methylbutadiene-1,3 ay isang pabagu-bago ng isip na likido. Ang mga alkadienes na may nakahiwalay na dobleng bono (ang pinakasimple sa mga ito ay pentadiene-1,4) ay mga likido. Ang mas mataas na dienes ay mga solido.

Mga katangian ng kemikal.

Ang mga kemikal na katangian ng alkadienes na may nakahiwalay na double bond ay kaunti lamang ang pagkakaiba sa mga katangian ng alkenes. Ang mga alkadienes na may conjugated bond ay may ilang mga espesyal na katangian.

1. Mga reaksyon sa karagdagan. Ang mga alkadienes ay may kakayahang magdagdag ng hydrogen, halogens, at hydrogen halides.

Ang isang espesyal na tampok ng pagdaragdag sa mga alkadienes na may conjugated na mga bono ay ang kakayahang magdagdag ng mga molekula kapwa sa mga posisyon 1 at 2, at sa mga posisyon 1 at 4.

Ang ratio ng mga produkto ay nakasalalay sa mga kondisyon at paraan ng pagsasagawa ng kaukulang mga reaksyon.

2.Reaksyon ng polimerisasyon. Ang pinakamahalagang pag-aari ng dienes ay ang kakayahang mag-polymerize sa ilalim ng impluwensya ng mga cation o mga libreng radikal. Ang polymerization ng mga compound na ito ay ang batayan ng synthetic rubbers:

$nCH_2=(CH—CH=CH_2)↙(butadiene-1,3)→((... —CH_2—CH=CH—CH_2— ...)_n)↙(\text"synthetic butadiene rubber")$ .

Ang polymerization ng conjugated dienes ay nagpapatuloy bilang 1,4-addition.

Sa kasong ito, ang double bond ay lumalabas na sentral sa unit, at ang elementary unit, naman, ay maaaring tumagal sa pareho cis-, kaya kawalan ng ulirat- pagsasaayos

Alkynes

Ang mga alkynes ay mga acyclic hydrocarbons na naglalaman sa molekula, bilang karagdagan sa mga solong bono, isang triple bond sa pagitan ng mga carbon atom at naaayon sa pangkalahatang formula na $C_(n)H_(2n-2)$.

Homologous na serye ng ethyne

Ang mga straight-chain alkynes ay bumubuo sa homologous na serye ng ethyn (acetylene):

$С_2Н_2$ - ethine, $С_3Н_4$ - propine, $С_4Н_6$ - butine, $С_5Н_8$ - pentine, $С_6Н_(10)$ - hexine, atbp.

Isomerismo at katawagan

Ang mga alkynes, tulad ng mga alkenes, ay nailalarawan sa pamamagitan ng structural isomerism: isomerism ng carbon skeleton at isomerism ng posisyon ng multiple bond. Ang pinakasimpleng alkyne, na nailalarawan sa pamamagitan ng mga istrukturang isomer ng maramihang posisyon ng bono ng klase ng alkyne, ay butine:

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

Ang isomerism ng carbon skeleton sa alkynes ay posible, simula sa pentine:

Dahil ang isang triple bond ay nagpapalagay ng isang linear na istraktura ng carbon chain, geometric ( cis-, trans-) ang isomerismo ay imposible para sa mga alkynes.

Ang pagkakaroon ng isang triple bond sa mga molekula ng hydrocarbon ng klase na ito ay makikita ng suffix -sa, at ang posisyon nito sa chain ay ang bilang ng carbon atom.

Halimbawa:

Ang mga compound ng ilang iba pang mga klase ay isomeric sa alkynes. Kaya, ang kemikal na formula na $C_6H_(10)$ ay mayroong hexine (alkyne), hexadiene (alkadiene) at cyclohexene (cycloalkene):

Mga katangiang pisikal at kemikal ng mga alkynes

Mga katangiang pisikal. Ang kumukulo at natutunaw na mga punto ng alkynes, pati na rin ang mga alkenes, ay natural na tumataas sa pagtaas ng molekular na timbang ng mga compound.

Ang mga alkynes ay may tiyak na amoy. Ang mga ito ay mas natutunaw sa tubig kaysa sa mga alkanes at alkenes.

Mga katangian ng kemikal.

Mga reaksyon sa karagdagan. Ang mga alkynes ay mga unsaturated compound at sumasailalim sa mga reaksyon ng karagdagan. Ito ay kadalasang mga reaksyon. electrophilic na karagdagan.

1. Halogenation (pagdaragdag ng isang molekula ng halogen). Ang isang alkyne ay may kakayahang mag-attach ng dalawang halogen molecule (chlorine, bromine):

$CH≡CH+Br_2→(CHBr=CHBr)↙(1,2-dibromoethane),$

$CHBr=CHBr+Br_2→(CHBr_2-CHBr_2)↙(1,1,2,2-tetrabromoethane)$

2. Hydrohalogenation (pagdaragdag ng hydrogen halide). Ang pagdaragdag ng reaksyon ng isang hydrogen halide, na nangyayari sa pamamagitan ng isang electrophilic na mekanismo, ay nangyayari din sa dalawang yugto, at sa parehong mga yugto ay nasiyahan ang panuntunan ng Markovnikov:

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

$CH_3-CBr=CH_2+HBr→(CH_3-CHBr_2-CH_3)↙(2,2-dibromopropane)$

3. Hydration (pagdaragdag ng tubig). Ang malaking kahalagahan para sa pang-industriyang synthesis ng mga ketone at aldehydes ay ang reaksyon ng pagdaragdag ng tubig (hydration), na tinatawag na Reaksyon ni Kucherov:

4. Hydrogenation ng mga alkynes. Ang mga alkynes ay nagdaragdag ng hydrogen sa pagkakaroon ng mga metal catalyst ($Pt, Pd, Ni$):

$R-C≡C-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH=CH-R,$

$R-CH=CH-R+H_2(→)↖(Pt)R-CH_2-CH_2-R$

Dahil ang triple bond ay naglalaman ng dalawang reaktibong $π$ na bono, ang mga alkane ay nagdaragdag ng hydrogen sa sunud-sunod na paraan:

1) trimerization.

Kapag ang ethyne ay naipasa sa activated carbon, isang halo ng mga produkto ang nabuo, isa sa mga ito ay benzene:

2) dimerisasyon.

Bilang karagdagan sa trimerization ng acetylene, posible ang dimerization nito. Sa ilalim ng impluwensya ng monovalent copper salts, nabuo ang vinyl acetylene:

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

Ang sangkap na ito ay ginagamit upang makagawa ng chloroprene:

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

sa pamamagitan ng polymerization kung saan nakuha ang chloroprene rubber:

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

Oksihenasyon ng mga alkynes.

Ang ethine (acetylene) ay nasusunog sa oxygen, na naglalabas ng napakalaking init:

$2C_2H_2+5O_2→4CO_2+2H_2O+2600kJ$ Ang pagkilos ng oxygen-acetylene torch ay nakabatay sa reaksyong ito, ang apoy nito ay may napakataas na temperatura (mahigit $3000°C$), na nagpapahintulot na magamit ito para sa pagputol at mga metal na hinang.

Sa hangin, ang acetylene ay nasusunog na may mausok na apoy, dahil ang nilalaman ng carbon sa molekula nito ay mas mataas kaysa sa mga molekula ng ethane at ethene.

Ang mga alkynes, tulad ng mga alkenes, ay nag-discolor ng acidified na solusyon ng potassium permanganate; Sa kasong ito, ang maramihang bono ay nawasak.

Mga reaksyong nagpapakilala sa mga pangunahing pamamaraan para sa paggawa ng mga compound na naglalaman ng oxygen

1. Hydrolysis ng haloalkanes. Alam mo na na ang pagbuo ng halokenalkanes kapag ang mga alkohol ay tumutugon sa hydrogen halides ay isang reversible reaction. Samakatuwid, malinaw na ang mga alkohol ay maaaring makuha sa pamamagitan ng hydrolysis ng haloalkanes- mga reaksyon ng mga compound na ito sa tubig:

$R-Cl+NaOH(→)↖(H_2O)R-OH+NaCl+H_2O$

Ang mga polyhydric na alkohol ay maaaring makuha sa pamamagitan ng hydrolysis ng mga haloalkanes na naglalaman ng higit sa isang halogen atom bawat molekula. Halimbawa:

2. Hydration ng alkenes- pagdaragdag ng tubig sa pamamagitan ng $π$ bond ng isang alkene molecule - ay pamilyar na sa iyo, halimbawa:

$(CH_2=CH_2)↙(ethene)+H_2O(→)↖(H^(+))(C_2H_5OH)↙(ethanol)$

Ang hydration ng propene ay humahantong, alinsunod sa panuntunan ni Markovnikov, sa pagbuo ng pangalawang alkohol - propanol-2:

3. Hydrogenation ng aldehydes at ketones. Alam mo na na ang oksihenasyon ng mga alkohol sa ilalim ng banayad na mga kondisyon ay humahantong sa pagbuo ng mga aldehydes o ketones. Malinaw na ang mga alkohol ay maaaring makuha sa pamamagitan ng hydrogenation (pagbawas sa hydrogen, pagdaragdag ng hydrogen) ng mga aldehydes at ketones:

4. Oksihenasyon ng mga alkenes. Ang mga glycol, tulad ng nabanggit na, ay maaaring makuha sa pamamagitan ng oksihenasyon ng mga alkenes na may isang may tubig na solusyon ng potassium permanganate. Halimbawa, ang ethylene glycol (ethanediol-1,2) ay nabuo sa pamamagitan ng oksihenasyon ng ethylene (ethene):

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

5. Mga tiyak na pamamaraan para sa paggawa ng mga alkohol. Ang ilang mga alkohol ay nakuha gamit ang mga pamamaraan na natatangi sa kanila. Kaya, ang methanol ay ginawa sa industriya sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan ng hydrogen sa carbon monoxide (II) (carbon monoxide) sa mataas na presyon at mataas na temperatura sa ibabaw ng isang catalyst (zinc oxide):

$CO+2H_2(→)↖(t,p,ZnO)CH_3-OH$

Ang pinaghalong carbon monoxide at hydrogen na kinakailangan para sa reaksyong ito, na tinatawag ding synthesis gas ($CO + nH_2O$), ay nakukuha sa pamamagitan ng pagpasa ng singaw ng tubig sa mainit na karbon:

$C+H_2O(→)↖(t)CO+H_2-Q$

6. Pagbuburo ng glucose. Ang pamamaraang ito ng paggawa ng ethyl (alak) na alkohol ay kilala na ng tao mula pa noong unang panahon:

$(C_6H_(12)O_6)↙(glucose)(→)↖(lebadura)2C_2H_5OH+2CO_2$

Mga pamamaraan para sa paggawa ng aldehydes at ketones

Maaaring makagawa ng mga aldehydes at ketone oksihenasyon o dehydrogenation ng mga alkohol. Tandaan nating muli na ang oksihenasyon o dehydrogenation ng mga pangunahing alkohol ay maaaring makabuo ng aldehydes, at ng pangalawang alkohol - mga ketone:

Reaksyon ni Kucherov. Bilang resulta ng reaksyon ng hydration, ang acetylene ay gumagawa ng acetaldehyde, at ang mga ketone ay nakuha mula sa acetylene homologues:

Kapag pinainit kaltsyum o barium salts Ang mga carboxylic acid ay bumubuo ng isang ketone at metal carbonate:

Mga pamamaraan para sa paggawa ng mga carboxylic acid

Ang mga carboxylic acid ay maaaring ihanda sa pamamagitan ng oksihenasyon ng mga pangunahing aldehyde alcohol:

Ang mga aromatic carboxylic acid ay nabuo sa pamamagitan ng oksihenasyon ng benzene homologues:

Ang hydrolysis ng iba't ibang carboxylic acid derivatives ay gumagawa din ng mga acid. Kaya, ang hydrolysis ng isang ester ay gumagawa ng isang alkohol at isang carboxylic acid. Tulad ng nabanggit sa itaas, ang acid-catalyzed esterification at hydrolysis reactions ay mababaligtad:

Ang hydrolysis ng ester sa ilalim ng impluwensya ng isang may tubig na solusyon ng alkali ay nagpapatuloy nang hindi maibabalik sa kasong ito, hindi isang acid, ngunit ang asin nito ay nabuo mula sa ester.

PAGKUHA NG BUTADIENE-1,3 (DIVINYL)

Butadiene-1,3 CH 2 =CH-CH-CH 2 ay ang pangunahing monomer para sa paggawa ng mga sintetikong goma.

Ang synthesis ng butadiene-1,3 mula sa ethanol, na binuo ni S.V. Lebedev, ay ang unang pang-industriya na pamamaraan para sa paggawa ng monomer, batay sa kung saan noong 1932 ang isang halaman para sa paggawa ng sintetikong goma ay inilunsad sa unang pagkakataon sa mundo .

Ang pangkalahatang equation ng reaksyon ay maaaring isulat bilang

2C 2 H 5 OH ® C 4 H 6 + H 2 + 2H 2 O, ΔH = 85 kJ

Ang equation ay nagpapakita na ang pangkalahatang reaksyon ay isang kumbinasyon ng condensation, dehydrogenation, at dehydration. Ang bifunctional oxide catalyst na iminungkahi ni Lebedev, na naglalaman ng dehydrogenating at dehydrating na mga bahagi, ay nakakatugon sa mga kinakailangang ito. Gayunpaman, ngayon ang pamamaraan ay nawala ang praktikal na kahalagahan nito. Ang pangunahing kawalan ng pamamaraan ay ang mababang pagpili nito (kahit na ang teoretikal na ani ng divinyl mula sa 100% ethanol ay 58.7%).

Sa kasalukuyan, ang mga pangunahing pamamaraan para sa synthesis ng divinyl ay dehydrogenation n-butane na nakahiwalay sa natural na gas, at kumplikadong pagproseso ng butane-butylene fractions mula sa pyrolysis ng mga produktong petrolyo, kabilang ang butadiene extraction, isobutylene separation at dehydrogenation n-butylenes hanggang butadiene.

Kapag ang dehydrogenating butane, ang mga limitasyon ng thermodynamic ay gumaganap ng isang makabuluhang papel, bilang isang resulta kung saan halos imposible na makakuha ng 1,3-butadiene sa isang yugto na may teknikal na katanggap-tanggap na ani sa ilalim ng normal na mga kondisyon, at sa tulong lamang ng mga espesyal na diskarte (paggamit ng vacuum, oxidative dehydrogenation) maaaring tumaas ang ani sa kinakailangang antas .

Karamihan sa mga pang-industriya na pag-install para sa paggawa ng divinyl mula sa butane ay nagpapatakbo ayon sa isang dalawang yugto na pamamaraan. Ang unang yugto ng butane dehydrogenation ay ang pag-convert nito sa butylene, at ang pangalawa ay ang proseso ng paggawa ng divinyl mula sa butylene.

Ang dehydrogenation ng butane sa butylene sa isang chromium oxide na na-promote na catalyst na sinusuportahan sa alumina ay nagpapatuloy sa pamamagitan ng reaksyon

C 4 H 10 ® C 4 H 8 + H 2, ΔH = 131 kJ

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

Mass fraction, % 66.10 1.72 15.8 7.9 4.93 0.14 3.34

Sa panahon ng dehydrogenation ng butane, ang katalista ay natatakpan ng mga deposito ng carbon at nagbabago ang komposisyon ng kemikal nito. Sa kasong ito, ang aktibidad ng katalista ay bumababa nang husto. Para sa layunin ng muling pagsasaaktibo, ang katalista ay patuloy na inaalis mula sa reaktor at pinaputok sa isang stream ng hangin sa isang fluidized bed regenerator. Sa kasong ito, nasusunog ang mga carbon compound, at ang mga mas mababang chromium oxide ay na-oxidize sa Cr 2 Oz. Ang teknolohikal na diagram ng butane dehydrogenation plant ay ipinapakita sa Fig. 1.

Ang butane ay pumapasok sa dryer sa likidong anyo. 1 , napuno ng adsorbent (A1 2 O 3, zeolites) at pagkatapos ay sa evaporator 2. Ang mga nagresultang singaw ay pinainit sa isang tube furnace 3 sa temperatura na 780-820 K at pumapasok sa ilalim ng reactor distribution grid 4 para sa dehydrogenation. Ang halaga ng init na kinakailangan para sa reaksyon upang magpatuloy ay ibinibigay sa daloy ng heated regenerated catalyst mula sa regenerator 5. Ang temperatura sa regenerator ay 890-920 K. Ang regenerated catalyst ay ibinibigay sa upper distribution grid at, samakatuwid, ang catalyst at ang mga reaksyong gas ay gumagalaw nang countercurrently. Sa itaas na bahagi mayroong isang coil para sa pagsusubo ng mga reaksyon ng gas. Salamat dito, ang temperatura ng mga gas ay mabilis na bumababa sa 720-750 K at ang kanilang karagdagang pagkabulok ay pinipigilan.

Ang katalista ay dinadala sa regenerator sa pamamagitan ng daloy ng hangin, at sa reaktor sa pamamagitan ng singaw ng orihinal na hydrocarbon o nitrogen. Ang contact gas mula sa reactor ay ipinapadala sa recovery boiler 6 upang makabuo ng pangalawang singaw, at pagkatapos ay upang makuha ang catalyst dust at karagdagang paglamig - sa scrubber 7, irigado ng tubig. Ang mga flue gas mula sa regenerator ay pinalaya mula sa catalyst dust sa isang electric precipitator 8, pagkatapos ay dumaan sa isang scrubber at inilabas sa kapaligiran.

Upang makabawi sa mga pagkalugi at mapanatili ang aktibidad, ang isang sariwang katalista ay idinaragdag araw-araw sa katalista na nagpapalipat-lipat sa system. Ang purified contact gas ay pumapasok sa turbocharger 9, ang discharge pressure na kung saan ay tungkol sa 0.5 MPa, at pagkatapos ay sa condensation system 10, kung saan ang tubig at kumukulong propane ay sunud-sunod na ginagamit bilang nagpapalamig. Ang di-condensed na produkto ay ipinadala sa absorber 11 . Ang pagsipsip ay isinasagawa sa pamamagitan ng pinaghalong hydrocarbons C 6 -C 12. Ang natunaw na butylene ay distilled off sa isang stripper 12 at mga mixture na may tunaw na produkto mula sa condenser 10 pumapasok sa sistema ng distillation column 13 At 14. Sa mga hanay, ang mga dumi na mababa at mataas ang kumukulo ay distilled off mula sa dehydrogenation product (ang huli ay idinaragdag sa circulating absorbent upang mabayaran ang mga pagkalugi.). Ang mga produktong dehydrogenation ng butane ay ipinapadala sa isang extractive rectification unit 15 upang ihiwalay ang butylene fraction.

Ang dehydrogenation ng butylene sa divinyl ay nangyayari sa
calcium chromium phosphate catalyst para sa reaksyon
C 4 H 8 ® C 4 H 8 + H 2, ΔH = 119 kJ.

Ang teknolohikal na pamamaraan ng butylene dehydrogenation ay ipinapakita sa Fig. 2.

CHLORINATION NG PARAFFINS AT KANILANG HALOGEN DERIVATIVES

Sa industriya, ang thermal chlorination ay isinasagawa sa gas phase sa temperatura na kinakailangan upang maisaaktibo ang mga chlorine molecule, na nagbibigay ng isang radikal na chain reaction: C1 2 ® C1× + C1×

RH + С1× ® R + HCl

R + Cl 2 ® RCl + C1×, atbp.

Ang reaksyon ng pagpapalit ng hydrogen atoms ng chlorine atoms ay humahantong sa
sa pagbuo ng pinaghalong mono-, di- at ​​polychlorinated na mga produkto at ang paglabas ng hydrogen chloride.

Ang nangingibabaw na pagbuo ng isa o ibang produkto ay tinutukoy ng mga kondisyon ng reaksyon; temperaturang rehimen at molecular ratio ng hydrocarbon at chlorine (Larawan 3).

Ang methane chlorination ay isinasagawa sa isang chlorinator (Fig. 4), na isang bakal na cylindrical na katawan na may linya na may mga fireclay brick sa loob. 2, sa itaas na bahagi kung saan mayroong isang nozzle na gawa sa mga singsing na porselana 3, nagtataguyod ng pare-parehong reaksyon. Ang kalahati ng taas ng interior ng chlorinator ay inookupahan ng isang bukas na ceramic vertical cylinder 4 na may mga butas sa ibaba, kung saan ang isang ceramic pipe na nagbibigay ng mga hilaw na materyales ay ibinababa na may isang makitid na singsing. Ang proseso ay nagsisimula sa pamamagitan ng preheating sa loob ng chlorinator (upang simulan ang reaksyon). Ang pag-init ay isinasagawa sa pamamagitan ng pagsunog ng bahagi ng mitein na may halong hangin, na sinusundan ng pagpapalit ng hangin sa klorin. Kasunod nito, ang reaksyon ay nagpapatuloy sa autothermally. Ang mga produkto ng chlorination ay inalis mula sa itaas na bahagi ng apparatus, pagkatapos ay ang hydrogen chloride ay nakuha sa tubig mula sa gas mixture sa acid absorbers (hydrochloric acid ay nakuha), ang gas mixture ay neutralized na may alkali, freeze-dry, compressed at liquefied ng malalim na paglamig. Ang mga indibidwal na produkto ay nakahiwalay sa isang likidong pinaghalong naglalaman ng methyl chloride 28-32%, methylene chloride 50-53%, chloroform 12-14% at carbon tetrachloride 3-5% gamit ang rectification.

Lahat ng chlorinated methane compound ay malawakang ginagamit. Kaya, ang methyl chloride CH 3 C1 ay ginagamit bilang isang solvent sa produksyon ng butyl rubber, bilang isang methylating agent sa organic synthesis, upang makakuha ng methylchlorosilanes, na nagsisilbing panimulang materyal sa produksyon ng mga organosilicon polymers - silicones. Ang methylene chloride CH 2 C1 2 ay isang mahalagang pang-industriya na solvent para sa cellulose acetate, fats, oils, paraffin, rubbers; hindi ito nasusunog at hindi bumubuo ng mga paputok na halo sa hangin.

KLORINASYON NG Benzene

Sa pamamagitan ng chlorinating benzene, monochlorobenzene o iba pang chlorinated derivatives ay nakukuha, depende sa mga kondisyon ng chlorination. Kaya, sa 310-330 K at isang molar ratio ng benzene at chlorine na 1:0.6, ang monochlorobenzene ay nabuo sa isang iron catalyst; na may mas mababang ratio at isang A1C1 3 catalyst, higit sa lahat ang o-dichlorobenzene ay nakuha (ginagamit sa synthesis ng mga tina at mga ahente ng pagkontrol ng peste); sa parehong temperatura sa ilalim ng ultraviolet irradiation, nakuha ang hexachlorocyclohexane. Sa Fig. Ang Figure 5 ay nagpapakita ng isang pamamaraan para sa produksyon ng chlorobenzene na may pag-alis ng init ng exothermic reaction dahil sa pagsingaw ng labis na benzene.

Ang chlorination ay isinasagawa sa isang bakal na cylindrical apparatus,

ANG PROBLEMA NG PAGGAMIT NG HYDROGEN CHLORIDE NA NABUO SA MGA PROSESO NG HYDROCARBONS CHLORINATION

Ang hydrogen chloride ay isang basurang produkto mula sa chlorination ng paraffin at aromatic hydrocarbons mula sa pagdadalisay ng langis, na malawakang ginagamit sa pang-industriyang organic synthesis. Ang pag-recycle ay isang kagyat na gawain na nauugnay sa pagbabawas ng halaga ng mga produktong chlorination, pagpapabuti ng mga kondisyon ng sanitary, at paglaban sa metal corrosion.

Ang ilan sa hydrogen chloride ay ginagamit upang makagawa ng hydrochloric acid sa pamamagitan ng countercurrent na pagsipsip ng HC1 sa tubig. Gayunpaman, ang mga lokal na pangangailangan para sa hydrochloric acid ay karaniwang mas mababa kaysa sa mga posibilidad ng paggawa nito mula sa hydrogen chloride. Ang transportasyon ng hydrochloric acid sa malalayong distansya ay mahirap dahil sa mataas na kakayahan nito sa kinakaing unti-unti.

Ang isang promising na paraan upang magamit ang HC1 ay ang paraan ng oxidative chlorination. Sa modernong industriya, ang vinyl chloride ay na-synthesize mula sa ethylene gamit ang pamamaraang ito: sa isang oxidative chlorination reactor, ang ethylene ay binago sa 1,2-dichloroethane, ang catalytic decomposition na gumagawa ng vinyl chloride; Ang HC1 na nabuo sa kasong ito ay muling ipinadala sa reaktor:

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.

Ang proseso ng oxidative chlorination ay nangyayari sa 530-570 K sa pagkakaroon ng isang katalista (copper chloride sa isang inert carrier); Ang pyrolysis ng dichloroethane ay isinasagawa sa 770 K sa isang porous catalyst (pumice).

Sa Fig. Ipinapakita ng Figure 6 ang isang pinasimple na pamamaraan para sa synthesis ng vinyl chloride mula sa ethylene. Sa panghalo 1 Ang ethylene, recycle gas at hydrogen chloride ay hinahalo sa oxygen at ipinapasok sa reactor 2 may fluidized catalyst; ang mga singaw ng nagresultang dichloroethane at unreacted ethylene, oxygen at HC1 ay pinalamig sa isang direktang paghahalo ng refrigerator 3 pinaghalong tubig at dichloroethane na nagmumula sa refrigerator 4. Pagkatapos ang halo ng gas-steam ay dumadaan sa isang mainit na alkaline scrubber 5, kung saan ito ay nililinis ng HCl at CO 2, pinalamig sa isang refrigerator at, na dumadaan sa isang gas separator 6, ay hiwalay sa mga gas - isang halo ng ethylene at oxygen, na ibinalik sa reactor (recycle gas). Ang dichloroethane sa separator 7 ay nahihiwalay sa tubig at pumapasok sa drying column 8, kung saan, gamit ang azeotropic distillation, ito ay sa wakas ay na-dehydrate at inilalagay sa isang distillation column 9; Ang dichloroethane ay kinokolekta sa isang kolektor 10. Ang kasunod na pyrolysis ng dichloroethane upang makabuo ng vinyl chloride ay nangyayari sa isang tube furnace 11 ; ang reaksyong timpla mula sa hurno ay pumapasok sa direktang paghahalo ng refrigerator, ay pinalamig sa pamamagitan ng sirkulasyon ng pinalamig na dichloroethane at, pagkatapos na dumaan sa refrigerator 4, pumapasok sa column ng distillation 12, kung saan ang HC1 ay pinaghihiwalay, na ibinalik sa oxidative chlorination reactor, at ang vinyl chloride at unconverted dichloroethane ay pinaghihiwalay sa isang distillation column 13; ibinalik ang dichloroethane sa column 9, at ang vinyl chloride ay ipinadala para sa polimerisasyon.

Ang makabuluhang interes para sa pag-recycle ay ang kumbinasyon ng mga negosyo batay sa mga gas na nagpapadalisay ng langis, lalo na ang pinagsamang pagproseso ng ethylene at acetylene at vinyl chloride; Ang hydrogen chloride, na nabuo sa panahon ng paggawa ng vinyl chloride mula sa ethylene, ay ginagamit para sa hydrochlorination ng acetylene:

CH 2 = CH 2 + C1 2 ® CH 2 C1-CH 2 C1 (pyrolysis) ® CH 2 = CH 1 + HCI

СНºСН + HC1 ® СН 2 = СНС1

Ang isang matipid na paraan upang magamit ang hydrogen chloride ay ang pagsamahin ang methane chlorination sa oxidative chlorination upang makakuha ng chlorine-substituted methane:

CH 4 + 4С1 2 ® CCI 4 + 4HCI

CH 4 + 4HC1 + O 2 ® SS! 4 + 2H 2 O

Bilang karagdagan sa carbon tetrachloride, ang prosesong ito ay gumagawa ng methylene chloride at chloroform. Ang carbon tetrachloride ay ginagamit bilang isang solvent, sa agrikultura (fumigant), para sa pagpatay ng apoy, atbp. Ang chloroform ay isang mahalagang intermediate na produkto sa synthesis ng phenols, fluoroplastics, atbp.

Ang chlorobenzene ay nakukuha rin sa pamamagitan ng oxidative chlorination mula sa vapor-gas mixture ng benzene, hydrogen chloride at air (oxygen) sa 500 K sa isang mixed catalyst (A1 2 O 3 - CuC1 2 - FeCl 3):

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

Upang magamit ang hydrogen chloride, maaari mong gamitin ang electrochemical oxidation nito sa chlorine.

Ang isang chromium cesium catalyst at isang paraan ng paggamit nito para sa oksihenasyon ng hydrogen chloride sa chlorine, i.e., ang pagbabagong-buhay ng chlorine mula sa mga basurang gas ng chlorination ng mga organic compound, ay iminungkahi.

ACETYLENE PRODUCTION AT PAGPROSESO NITO

Ang paggawa ng acetylene sa pamamagitan ng agnas ng calcium carbide ay isinasagawa sa mga generator ng acetylene sa pamamagitan ng basa at tuyo na mga pamamaraan ayon sa equation ng reaksyon:

CaC 2 + 2H 2 O ® C 2 H 2 + Ca (OH) 2 ΔH = –127 kJ.

Gamit ang basang pamamaraan sa mga generator na nagpapatakbo sa prinsipyong "karbid sa tubig", ang durog na calcium carbide ay pantay na pinapakain sa isang generator na naglalaman ng isang malaking halaga ng tubig, dahil sa pag-init kung saan ang init na inilabas sa panahon ng proseso ay tinanggal. Ang mga kagamitan na ginamit sa pamamaraang ito at lalo na ang mga komunikasyon para sa pag-alis ng nagresultang putik at sirkulasyon ng tubig ay napakahirap. Bilang karagdagan, ang transportasyon at paggamit ng likidong lime milk, na naglalaman ng hanggang 70% na tubig, ay nagdudulot ng malaking kahirapan.

Ang mga epektibong pang-industriya na pamamaraan para sa paggawa ng acetylene mula sa mga hydrocarbon ay binuo din. Ang acetylene mula sa paraffins ay nabuo ng mga sumusunod na reversible endothermic reactions:

2CH 4 D C 2 H 2 + H 2 ΔH = 376 kJ

C 2 H 6 D C 2 H 2 + 2H 2 ΔH = 311 kJ

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

CH 4 D C + 2H 2 ΔH = 88 kJ

Ang reaksyon (d) ay isang side reaction.

Habang tumataas ang temperatura, lumilipat ang balanse ng mga reaksyon patungo sa pagbuo ng acetylene. Ang isang mataas na antas ng equilibrium conversion para sa methane ay nakakamit sa T>1670 K, para sa ethane - 1170 K. Ngunit sa mga temperatura>1680 K, ang acetylene at hydrocarbons ay nagiging hindi matatag at nabubulok sa soot at carbon.

Ang reaksyon ng conversion ng methane sa acetylene sa temperatura ng 1670-1770 K na tinatanggap sa produksyon ay nagpapatuloy nang mas mabilis kaysa sa reaksyon ng agnas ng acetylene sa mga elemento, samakatuwid ang mga produkto ng reaksyon ay mabilis na pinalamig, na nakakatulong na maiwasan ang agnas ng acetylene; parehong layunin, ang mataas na volumetric na mga bilis ng gas ay ginagamit, kung saan ang hilaw na materyal ay dapat na nasa reaction zone lamang ng ika-1000 ng isang segundo.

Ayon sa paraan ng pagbibigay ng init upang maisakatuparan ang exothermic reaksyon ng pagbuo ng acetylene, ang mga sumusunod na paraan ng pagsasagawa ng proseso ay nakikilala: 1) electrocracking ng mga gaseous hydrocarbons o likidong produkto; 2) homogenous pyrolysis; 3) thermal-oxidative pyrolysis.

Electrocracking isinasagawa gamit ang isang voltaic arc sa direktang kasalukuyang electric arc furnaces.

Homogeneous pyrolysis ay binubuo sa agnas ng mga hilaw na materyales sa isang stream ng mga mainit na flue gas sa temperatura na humigit-kumulang 2200 K.

Sa thermo-oxidative pyrolysis ang kinakailangang init ay nakukuha sa pamamagitan ng pagsunog ng bahagi ng mitein.

Ang pangunahing disadvantages ng paraan ng carbide para sa paggawa ng acetylene ay ang mataas na pagkonsumo ng enerhiya sa paggawa ng calcium carbide at isang malaking halaga ng natupok na hilaw na materyales (limestone at coke), na naproseso sa maraming yugto. Kasabay nito, ang paraan ng carbide ay gumagawa ng puro acetylene, ang paglilinis kung saan mula sa maliliit na impurities ay hindi nagiging sanhi ng mga paghihirap.

Ang mga pamamaraan ng thermal hydrocarbon splitting ay gumagamit ng mas maliit na halaga ng feedstock na na-convert sa acetylene sa isang hakbang, ngunit ang acetylene ay dilute at nangangailangan ng isang kumplikadong sistema para sa paglilinis at konsentrasyon nito. Dapat pansinin na ang paraan ng carbide ay gumagawa ng halos 70% ng produksyon ng acetylene sa mundo.

Mayroong mga sumusunod na pangunahing pamamaraan para sa pangunahing pagproseso ng acetylene.

Hydration:

a) upang makabuo ng acetaldehyde at acetic acid (catalyst (HgSO 4):

b) upang makabuo ng acetone (ZnO catalyst sa activated carbon)

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

Polimerisasyon sa mga linear at cyclic na substance para makakuha ng synthetic rubber monomers at fibers.

Chlorination upang makakuha ng mga solvents at monomer.

Vinylation na may acetylene iba't ibang mga sangkap upang makabuo ng mga monomer:

ROH ® ROCH=CH 2

RCOOH ® RCOOCH=CH 2