Химические и физические свойства алкенов
Характеристика истории открытия, гомологии, изометрии, номенклатуры ненасыщенных углеводородов, анализ их физических свойств. Исследование методов получения алкенов. Количественное определение, идентификация алкенов и анализ особенностей их использования.
| Рубрика | Химия |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 20.02.2020 |
| Размер файла | 497,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Контрольная работа
По дисциплине
Химия нефти и газа
Химические и физические свойства алкенов
Содержание
алкен углеводород ненасыщенный
Введение
1 Ненасыщенные углеводороды (алкены, олефины)
1.1 История открытия
1.2 Гомология, изомерия
1.3 Номенклатура
2. Физические свойства
3. Химические свойства
3.1 Гидрирование
3.2 Галогенирование
3.3 Присоединение галогеноводородов
3.4 Реакция гидратации
3.5 Реакция окисления
3.6 Полимеризация алкенов
4 Методы получения алкенов
5 Количественное определение, выделение и идентификация алкенов
6.Применение алкенов
Заключение
Список использованной литературы
Введение
При бурении нефтяных и газовых скважин на поверхность извлекаются углеводороды, которые в настоящее время являются важнейшими мировыми энергоносителями. Нефтяное месторождение представляет собой промысел, расположенный в нефтеносной провинции. Нефтедобыча и нефтепереработка, а также добыча природного газа, являются важнейшими современными отраслями мировой промышленности. Продукты из нефти и газа, получаемые современной промышленностью - это топлива различных видов, керосины, масла, мазуты, битумы, парафины, а также различные растворители, смазки, сажа, сырье для химической промышленности и прочие продукты нефтепереработки. Нефть и продукты, получаемые из этого полезного ископаемого, являются основными источниками энергии в настоящее время
Как правило, нефти различных месторождений имеют разный химический состав. В зависимости от этого могут несколько отличаться и отдельные качества одних и тех же продуктов, получаемых из разных нефтей. Углеводороды, из которых состоит нефть, - неоднородны и отличаются по физическим и химическим свойствам. Про один из видов углеводородов пойдет речь в данной работе.
1 Ненасыщенные (непредельные) углеводороды (алкены, олефины)
Ненасыщенными, или непредельными, углеводородами называют такие углеводороды, элементарный состав которых характеризуется меньшим содержанием водорода по сравнению с соответствующими по числу углеродных атомов предельными углеводородами. Согласно теории химического строения в ненасыщенных углеводородах углерод также имеет валентность равную четырем, но строение этих соединений отличается тем, что в их молекулах имеются пары углеродных атомов, соединенные так называемыми кратными - двойными или тройными - связями. Благодаря наличию кратных связей атомы углерода в непредельных углеводородах не до предела насыщены водородом; отсюда и возникло название - непредельные или ненасыщенные. Все другие органические соединения, в молекулах которых имеются кратные связи между углеродными атомами, являются производными ненасыщенных углеводородов; их также называют непредельными органическими веществами. В противоположность насыщенным, ненасыщенные углеводороды проявляют высокую активность в химических реакциях и особенно склонны к реакциям присоединения.
Установлено, что алкены ряда нефтей имеют высокую молекулярную массу и являются, скорее всего продуктами радиолиза алканов под действием естественного радиоактивного излучения в условиях залежи.
1.1 История открытия
Углеводородами ряда этилена, или этиленовыми углеводородами (олефинами) называют ненасыщенные углеводороды, строение которых отличается наличием в их молекулах одной двойной связи между углеродными атомами, т.е. - группировки >C=C<.
Впервые этилен был получен в 1669 году немецким химиком и врачом Бехером действием серной кислоты на этиловый спирт. Ученый установил, что его «воздух» более химически активен, чем метан, однако, идентифицировать полученный газ он не смог и названия ему не присвоил.
Вторично и тем же способом «воздух Бехера» был получен и описан голландскими химиками Дейманом, Потс-ван-Трооствиком, Бондом и Лауверенбургом в 1795 году. Они назвали его «маслородным газом» так как при взаимодействии с хлором, он образовывал маслянистую жидкость дихлорэтан (об этом стало известно позднее). По-французски «маслородный» - olиfiant. Французский химик Антуан Фуркруа ввёл этот термин в практику, а когда были обнаружены другие углеводороды такого же типа, это название стало общим для всего класса олефинов (или, по современной номенклатуре, aлкeнoв).
В начале XIX века французский химик Ж. Гей-Люссак обнаружил, что этанол состоит из «маслородного» газа и воды. Этот же газ он обнаружил и в хлористом этилe. В 1828 году Ж. Дюма и П. Буллей предположили, что этилен представляет собой основание, способное давать соли подобно аммиаку. Якоб Берцелиус принял эту идею, назвав соединение «этерином» и обозначив буквой Е.
Определив, что этилен состоит из водорода и углерода, долгое время химики не могли выписать его настоящую формулу. В 1848 году Кольбе писал формулу этилена как C4H4, этого же мнения придерживался и Либих. Ж. Дюма правильно определил состав вещества, но его структура по-прежнему была описана неверно: C2HH3.
В 1862 году немецкий химик-органик Э.Эрленмейер предположил наличие в молекуле этилена двойной связи, а в 1870 году известный российский ученый А. М. Бутлеров признал эту точку зрения правильной, подтвердив её природу экcпepимeнтaльнo.
Ранее существовало мнение, что алкены либо не содержатся в нефтях, либо содержатся в незначительных количествах. Однако в конце 80-х годов прошлого столетия было доказано, что в ряде нефтей Восточной Сибири, Татарии и других районов СССР содержание алкенов может доходить до 15-20 % от массы нефти.
1.2 Гомология, изомерия
Этиленовые углеводороды образуют гомологический ряд, состав каждого члена которого выражается общей эмпирической формулой CnH2n. Родоначальником этого ряда является углеводород этилен состава С2Н4, строение которого может быть представлено следующей структурной и упрощенной структурной формулами:
Оба углерода и все водородные атомы в этилене равноценны. Поэтому этилену соответствует один одновалентный радикал СН2=СН-, называемый винилом. Замещая в этилене каждый из водородных атомов на радикал метил, мы можем вывести следующий гомолог этого ряда - пропилен состава С3Н6, имеющий строение СН2=СН-СН3. (Его радикал СН2=СН-СН2- , называют аллил). Точно также, в результате замещения на метил водородных атомов пропилена можно вывести формулу следующего непредельного углеводорода С4Н8. Как и в предыдущем ряду, у непредельных углеводородов, начиная с гомологов, содержащих четыре углеродных атома, проявляется изомерия. Однако этиленовые углеводороды имеют больше изомеров, чем предельные с тем же числом углеродных атомов. Непредельных углеводородов состава С4Н8 существует три. Строение их может быть выведено исходя из пропилена путем последовательной замены в его молекуле атомов водорода при различных углеродных атомах на метил. В молекуле каждого изомера непредельного углеводорода С4Н8 должна быть одна двойная связь. Напишем вначале нормальные цепи из четырех углеродных атомов с двойной связью, причем в одном случае после первого, а во втором - после второго углеродного атома:
Очевидно, что помещать двойную связь после третьего атома углерода не имеет смысла, так как это будет равноценно ее расположению после первого углерода. Помня, что углерод всегда четырехвалентен, напишем около каждого углеродного атома цепи необходимое количество водородных атомов; таким образом получим формулы непредельных углеводородов С4Н8 нормального строения, различающихся положением двойной связи и называемых бутиленами:
Далее, исходя из углеродного скелета с четырьмя углеродными атомами изостроения с единственно возможным в данном случае положением двойной связи выведем формулу непредельного углеводорода С4Н8
с разветвленной цепью, называемого изобутиленом
(3) изобутилен
Очевидно, что при большем числе углеродных атомов непредельные углеводороды изостроения также могут иметь различное положение двойной связи. Таким образом, усложнение изомерии непредельных углеводородов обусловлено тем, что наряду с изомерией углеродной цепи для них характерна изомерия положения двойной связи. Для высших гомологов этиленовых углеводородов различие в числе изомеров по сравнению с предельными углеводородами с тем же числом углеродных атомов еще больше.
Цис -транс изомерия
В ряду этиленовых углеводородов встречается еще один вид изомерии, который связан с различием в пространственном строении некоторых молекул, имеющих двойную связь. Простые связи не препятствуют вращению соединенных ими углеродных атомов вокруг линии связи, вместе с каждым из этих углеродных атомов могут поворачиваться в пространстве и другие связанные с ним атомы и группы. В молекуле бутилена с двойной связью между вторым и третьим углеродными атомами обе метильные группы могут располагаться в пространстве двояким способом: по одну сторону плоскости двойной связи и по обе стороны от нее. Это можно изобразить при помощи следующих структурных формул:
Двойная связь препятствует вращению соединенных ею атомов вокруг линии связи. Поэтому строение молекул а и б в пространстве зафиксировано; расстояние между метильными группами в каждой из них различно, и, следовательно, размеры этих молекул неодинаковы. Такое различие в пространственном строении приводит к различию в свойствах, т.е. соединения а и б являются изомерами. Изомерия, которая основана на различном пространственном расположении атомов или групп атомов, соединенных двойной связью, называется цис-транс изомерией, а соответствующие изомеры - цис-транс изомерами. Те из них, в которых различные группы атомов расположены по одну сторону плоскости двойной связи, называются цис-изомерами, а те, в которых группы атомов направлены в разные стороны, - транс-изомерами. Очевидно, что цис-транс изомерия возможна только в том случае, когда в этиленовом соединении оба атома или обе группы при каждом из углеродов, соединенных двойной связью, неодинаковы. Например, для бутилена с двойной связью между первым и вторым углеродом геометрическая изомерия невозможна, т.к. в его молекуле при одном из ненасыщенных атомов находятся два одинаковых атома водорода. Мы можем написать два изображения этого вещества:
Однако нетрудно убедиться, что обе написанные формулы идентичны и изображают одну и ту же пространственную модификацию молекулы. Для этого лишь необходимо мысленно повернуть одну из формул вокруг линии двойной связи.
1.3 Номенклатура
Названия отдельных гомологов этиленовых углеводородов производят от названий предельных углеводородов с тем же числом углеродных атомов путем замены родового окончания - ан на окончание - илен. Например, этан - этилен, пропан - пропилен, изобутан - изобутилен, и т.д. Только углеводороды С5Н10, как исключение, называют амиленами. Чтобы различать изомеры в ряду этиленовых углеводородов, до сих пор часто пользуются старой рациональной номенклатурой. Но наиболее всеобъемлющей и современной является международная заместительная номенклатура.
Рациональная номенклатура. По рациональной номенклатуре этиленовые углеводороды рассматривают как производные простейшего в данном гомологическом ряду этилена, указывая названия радикалов, соединенных с этиленовой группировкой >C=C< ; количество одинаковых обозначают греческими числительными. При наличии двух одинаковых или разных радикалов указывают, симметрично (симм-) или несимметрично (несимм-) они расположены по отношению к этиленовой группировке. Рациональные названия выведенных выше изомерных бутиленов приведены в таблице 1.
Таблица 1. Названия бутиленов и двух изомерных гексиленов
Если с этиленовой группировкой связаны три или четыре неодинаковых радикала, образующие ее атомы углерода можно пометить греческими буквами a (альфа), b(бета) и таким образом обозначить положение радикалов.
Международная заместительная номенклатура. По заместительной номенклатуре этиленовые углеводороды называют, руководствуясь теми ж принципами, что и при наименовании предельных углеводородов; наличие двойной связи обозначают, заменив в международном названии предельного углеводорода окончание - ан на - ен. Поэтому углеводороды с двойной связью по международной номенклатуре объединяют общим названием алкены. Чтобы отразить в названии положение двойной связи, перед наименованием основы (главной цепи) соединения ставят цифру, обозначающую номер того углеродного атома, за которым следует кратная (двойная) связь. В качестве главной цепи выбирают такую наиболее длинную и наиболее разветвленную углеродную цепь, которая включает атомы углерода, соединенные кратной связью. Нумерацию атомов главной цепи начинают с того конца, к которому ближе кратная связь. Если же непредельный углерод имеет боковые цепи, а кратная связь находится в середине главной цепи, последнюю нумеруют с того конца, к которому ближе простейшие боковые ответвления или с той стороны, где разветвлений больше. Для примера напишем еще формулы и заместительные названия более сложных этиленовых углеводородов:
2 Физические свойства
Температуры плавления и кипения алкенов (упрощенно) увеличиваются с молекулярной массой и длиной главной углеродной цепи.
При нормальных условиях алкены с C2H4 до C4H8 - газы; с C5H10 до C17H34 - жидкости, после C18H36 - твёрдые тела. Алкены не растворяются в воде, но хорошо растворяются в органических растворителях.
Таблица 2. Физические свойства алкенов
|
№ |
Название |
Формула |
Т плавления, 0С |
Т кипения 0С |
Плотность, с204 |
|
|
1 |
Этилен |
С2Н4 |
-169.1 |
-103.7 |
0.5700 |
|
|
2 |
Пропилен |
С3Н6 |
-187.6 |
-47.7 |
0.5193 |
|
|
3 |
Бутен-1 |
С4Н8 |
-185.3 |
-6.3 |
0.5951 |
|
|
4 |
Цис-Бутен-2 |
СН3-СН=СН-СН3 |
-138.9 |
3.7 |
0.6213 |
|
|
5 |
Транс-Бутен-2 |
СН3-СН=СН-СН3 |
-105.5 |
0.9 |
0.6042 |
|
|
6 |
2-Метилпропен-1 |
СН3-С(СН3)=СН2 |
-140.4 |
-7.0 |
0.5942 |
|
|
7 |
Пентен-1 |
С5Н10 |
-165.2 |
30.1 |
0.6405 |
|
|
8 |
Гексен-1 |
С6Н12 |
-139.8 |
63.5 |
0.6730 |
|
|
9 |
Гептен-1 |
С7Н14 |
-119.0 |
93.6 |
0.6970 |
|
|
10 |
Октен-1 |
С8Н16 |
-101.7 |
121.3 |
0.7140 |
3 Химические свойства
В отличие от насыщенных углеводородов для углеводородов ряда этилена характерны разнообразные реакции присоединения по месту двойной связи; при этом они значительно легче вступают во взаимодействие с различными реагентами. Все специфические особенности этиленовых углеводородов определяются характером двойной связи. Казалось бы, что двойная связь должна быть прочнее простой; на самом же деле она легко разрывается и превращается в простую (чем и обусловлены реакции присоединения). При определенных условиях молекулы непредельных соединений распадаются с разрывом углеродной цепи именно по месту двойной связи. В то же время двойная связь реально существует; она препятствует, например, вращению соединенных ею углеродных атомов вокруг оси связи (этим обусловлена геометрическая изомерия этиленовых углеводородов). Как уже было указано, двойная связь осуществляется двумя парами обобщенных электронов, принадлежащим обоим соединенным двойной связью атомам. Состояние этих электронных пар неодинаково. Одна пара осуществляет связь, аналогичную обычной простой связи (s-связь). Электроны же второй пары находятся в особом состоянии (p-связь). Эта пара электронов весьма лабильна и осуществляемая ею связь в значительно большей мере, чем простая связь, подвергается поляризации. Поэтому именно атомы, соединенные двойной связью, наиболее реакционноспособны и проявляют ненасыщенность, т.е. присоединяют к себе атомы или атомные группы реагента. Таким образом, принятый для изображения двойной связи символ - две черточки (=) не отражает ее природы; надо помнить, что две связи, образующие двойную связь, неравноценны.
3.1 Присоединение водорода (реакция гидрирования)
При действии на этиленовые углеводороды водорода в присутствии катализаторов (Ni, Pt) атомы водорода легко присоединяются к углеродным атомам, соединенным двойной связью, которая при этом разрывается и на ее месте сохраняется простая связь:
В результате гидрирования образуются предельные углеводороды. Гидрирование непредельных углеводородов - важный способ получения углеводородов ряда метана. Присоединения водорода по месту кратных связей вообще имеет большое практическое значение для превращения непредельных соединений различных классов в предельные. Так, гидрирование применяют в промышленности при получении твердых жиров из жидких растительных масел.
3.2 Присоединение галогенов (галогенирование)
При действии на этиленовые углеводороды галогенов в результате присоединения их по месту двойной связи образуются дигалогенпроизводные предельных углеводородов с атомами галогена при соседних углеродных атомах. Например:
Реакция идет легко с хлором, несколько труднее с бромом и труднее всего с иодом. Реакция с бромом очень удобна для качественного и количественного определения непредельных соединений; при взаимодействии их с бромом или его растворами (обычно применяют бромную воду - раствор брома в воде) бурая окраска этих реагентов мгновенно исчезает. Для этой цели можно применять и окрашенные в коричневый цвет растворы йода. Эта реакция лежит в основе определения непредельных жиров и масел. (Так, представление о содержании непредельных кислот в масле дает йодное число - количество граммов йода, которое может присоединяться (при соблюдении стандартных условий) к непредельным кислотам в 100 г жира. Для большинства жиров и растительных масел йодное число 30-150).
3.3 Присоединение галогеноводородов.
При действии на этиленовые углеводороды галогеноводородов также идет реакция присоединения, но образуются моногалогенпроизводные предельных углеводородов:
Легко присоединяется иодистый водород, труднее бромистый и наиболее трудно - хлористый водород. В приведенной реакции иодистого водорода с этиленом безразлично, к которому из атомов углерода, соединенных двойной связью, присоединяется водород, а к которому галоген, т.к. оба углеродных атома равноценны. Равноценность их видна, поскольку каждый соединен с двумя водородными атомами. Если же углеродные атомы, соединенные двойной связью, не одинаковы по числу связанных с ними атомов водорода, то галогенводород взаимодействует с непредельным углеводородом с определенной закономерностью: водород из молекулы галогеноводорода присоединяется преимущественно к тому углероду по месту двойной связи, при котором имеется больше атомов водорода (к наиболее гидрогенизированному), а галоген - к углероду, при котором меньше или совсем нет атомов водорода. (Правило В.В. Марковникова) Например:
Эта зависимость была открыта учеником и последователем А.М. Бутлерова, русским химиком В.В. Марковниковы и известна под названием правила Марковникова.
В ней проявляется общий закон химии - закон взаимного влияния связанных атомов, являющийся одним из основных положений теории строения. Очевидно, что реакционная способность углеродных атомов при двойной связи, их неравноценность и состояние самой кратной связи обусловлены влиянием, которое проявляют связанные с этими углеродными атомами радикалы.
3.4 Присоединение воды (реакция гидратации).
В обычных условиях этиленовые углеводороды не реагируют с водой, но при нагревании в присутствии катализаторов (хлористый цинк, серная кислота) элементы воды (водород и гидроксил) присоединяются к углеродным атомам по месту двойной связи с образованием спиртов:
С гомологами этилена реакция протекает по правилу Марковникова: водород воды присоединяется преимущественно к тому углероду, при котором больше атомов водорода, а гидроксил - к тому углероду, при котором атомов водорода меньше или нет совсем:
В присутствии серной кислоты реакция гидратации этиленовых углеводородов протекает с образованием промежуточных продуктов присоедиения (по правилу Марковникова) - так называемых алкилсерных кислот (сложные эфиры серной кислоты):
Алкилсерные кислоты разлагаются затем водой (подвергаются гидролизу), вновь выделяя серную кислоту и образуя спирт:
3.5 Реакция окисления
В зависимости от условий непредельные углеводороды окисляются в различной степени. При высоких температурах они сгорают, образуя СО2 и Н2О. Некоторые медленно окисляются кислородом воздуха уже при обыкновенной температуре. Обычно окисление происходит прежде всего по месту двойной связи. Одной из наиболее характерных реакций окисления является взаимодействие непредельных углеводородов с раствором KMnO4 (реакция Е.Е. Вагнера, 1886г.)
Реакция протекает в водном растворе, поэтому по месту двойной связи присоединяется кислород (из окислителя- KMnO4). [Окисление марганцевокислым калием в нейтральном или в слабощелочном растворе можно представить схемой:
В кислом растворе:
При составлении реакций окисления органических соединений обычно не пишут общего баланса реакции и для простоты над стрелкой обозначают кислород [О], отдаваемый окислителем, а под стрелкой - применяемый окислитель. (В данном случае KMnO4).] и вода, т.е. две гидроксильные группы и образуются двухатомные спирты. Рассматриваемая реакция очень чувствительна, и ее используют для качественного определения ненесыщенных соединений; уже на холоду фиолетовая окраска нейтрального или щелочного раствора KMnO4 исчезает и образуется бурый (коричневый) осадок MnO2; в кислой среде происходит полное обесцвечивание реактива. При энергичном действии окислителей молекулы этиленовых углеводородов распадаются с разрывом углеродной цепи в том месте, где была двойная связь. Например:
Как видно из приведенных схем реакций, при окислительном распаде этиленовых углеводородов образуются "осколки", в которых атомы углерода, соединенные в этиленовом углеводороде двойной связью, превращаются в кислородсодержащие функциональные группы. В зависимости от строения исходного олефина получаются кислоты или кетоны, по составу и строению которых можно судить о строении исходного олефина и, в частности, о положении в нем двойной связи. Большой практический интерес представляет прямое каталитическое окисление этилена кислородом воздуха, в результате которого образуется окись этилена (СН2-СН2) - ценное исходное вещество во многих синтезах.
3.6 Полимеризация алкенов
Полиприсоединение - это процесс, с помощью которого большое количество молекул одного вида объединяются (без выделения простых молекул, таких как НHal, Н2О и т.д.) для образования гигантской молекулы, называемой полимером. Алкены подвергаются полимеризации при нагревании под давлением в присутствии подходящих катализаторов. Например, при нагревании этена до 1000оС под давлением 1000 атм. в присутствии кислорода получают полиэтилен.
4 Методы получения алкенов
В природе этиленовые углеводороды (олефины; алкены) встречаются довольно редко. Иногда низшие олефины в небольших количествах растворены в нефти и входят в состав попутного нефтяного газа. Лишь в некоторых месторождениях нефть содержит значительные количества высших олефинов. Довольно много этиленовых углеводородов получается при крекинге и пиролизе углеводородов нефти и содержатся в крекинг-бензинах. Важным источником этилена, пропилена и бутиленов служат получающиеся при этом газы (газы крекинга); в таблице 3 приведены данные о содержании в них непредельных углеводородов в зависимости от вида переработки нефтепродуктов.
Таблица 3. Некоторые данные о содержании непредельных углеводородов в газах, образующихся при крекинге и пиролизе высших фракций нефти.
|
Вид переработки |
Содержание, % |
|||||
|
Этилен |
Пропилен |
Бутилен |
Изобутилен |
Бутан |
||
|
Жидкофазный крекинг |
2.1 |
12.4 |
10.3 |
- |
10.6 |
|
|
Парофазный крекинг |
19.8 |
22.4 |
10.0 |
6.9 |
2.0 |
|
|
Каталитический крекинг |
1.2 |
6.8 |
3.3 |
0.5 |
47.9 |
|
|
Пиролиз |
20.4 |
17.8 |
4.0 |
6.0 |
1.0 |
При крекинге цепи молекул углеводорода разрываются в различных местах и между образующимися в виде "осколков" радикалами с более короткими цепями перераспределяется водород. Таким образом, получается смесь более коротких непредельных углеводородов. Например:
Основным промышленным методом получения алкенов является каталитический и высокотемпературный крекинг углеводородов нефти и природного газа. Для производства низших алкенов используют также реакцию дегидратации соответствующих спиртов.
В лабораторной практике обычно применяют метод дегидратации спиртов в присутствии сильных минеральных кислот, дегидрогалогенирование и дегалогенирование соответствующих галогенпроизводных.
Дегидрирование алканов.
Реакция протекает в присутствии катализаторов Pt, Pd, Ni, Fe, Cr2O3, Fe2O3, ZnO при Т~500°С:
Так, при пропускании бутана над катализатором, содержащим окислы тяжелых металлов (например, Cr2O3), при температурах 400-600 оС образуется смесь бутенов:
Этот метод дает особую возможность использовать в качестве сырья для химической промышленности попутный нефтяной газ. Последний, как уже знаем, содержит метан, этан, пропан и бутан. Путем дегидрирования их переводят в непредельные углеводороды, являющиеся исходными веществами для многих синтезов.
Отнятие галогенов от дигалогенпроизводных
Если в дигалогенпроизводном предельного углеводорода атомы галогена расположены при соседних углеродных атомах, то при отнятии галогена образуется двойная связь. Реакцию ведут, например, действуя на дигалогенпроизводные цинковой пылью в спиртовом растворе при нагревании. Например:
Отщепление галогеноводорода от моногалогенпроизводных
При нагревании моногалогенпроизводых со спиртовым раствором щелочи происходит отнятие от их молекул галогеноводорода, причем водород отщепляется от углеродного атома, соседнего с тем, при котором стоит галоген: в результате образуется углеводород с двойной связью:
Если углеродные атомы, соседние с тем, при котором находится галоген, отличается по содержанию атомов водорода, то при отщеплении галогенводорода водород отнимается преимущественно от того углеродного атома, при котором атомов водорода меньше (правило Зайцева, 1875г.). Правило Зайцева также отражает закон взаимного влияния атомов. Например:
Отщепление воды от спиртов (реакция дегидротации)
При действии на одноатомные спирты различных водоотнимающих средств происходит отщепление молекулы воды. При этом атом водорода отщепляется от углеродного атома, соседнего с тем, при котором находится гидроксильная группа спирта, что приводит к образованию непредельного углеводорода:
В этой реакции также проявляется правило Зайцева, если есть выбор, водород отщепляется преимущественно от того, который содержит меньшее число атомов водорода. Дегидратация спиртов происходит, например, при пропускании их паров над нагретой до 350-5000С окисью алюминия. Старый лабораторный метод заключается в нагревании спиртов с концентрированной Н2SO4; обычно так получают по приведенной выше реакции этилен из этилового спирта. При смешении концентрированной Н2SO4 со спиртом вначале образуется сложный эфир - алкилсерная кислота. Например:
При нагревании алкилсерная кислота разлагается с образованием непредельного углеводорода и серной кислоты:
Количественное определение, выделение и идентификация алкенов
Количественное определение алкенов в нефтяных продуктах проводится методом бромных и йодных чисел, методом жидкостно-адсорбционной хромотографии в присутствии флюоресцирующих индикаторов, а также озонометрическим методом.
Отделение алкенов от нефтепродуктов можно проводить с помощью 80 %-ной серной кислоты; для выделения их в чистом виде используют реакцию с ацетатом ртути в метаноле. В настоящее время разработаны методы анализа нефтепродуктов, содержащих алкены, хромотографическим путем. В случае жидкостно-адсорбционной хромотографии на SiO2 после разделения нефтепродукта или фракции нефти, содержащих алкены, на ароматическую часть и смесь алканов, нафтенов и алкенов из последней выделяют алкены, используя адсорбент AgNO3/SiO2, который избирательно сорбирует алкены. Насыщенные углеводороды вымывают из колонки, используя в качестве элюента легкий алкан, а алкены вытесняют этанолом. Для идентефикации алкенов, наряду со спектральными, нередко используют химические методы. Для установления положения двойной связи в молекуле алкена применяют озонирование.
Озонирование алкенов приводит к образованию озонидов, которые далее под действием воды в присутствии восстановителя образуют альдегиды (Реакция Гарриеса). Окисление алкенов озоном с последующим разложением образовавшегося озонида водой называют озонолизом. Характер продуктов (альдегидов и кетонов), образующихся вследствие озонолиза, зависит от расположения двойной связи в материнском алкене. Поэтому такая реакция обеспечивает очень удобный способ определения положения двойной связи в любой молекуле:
Более высокомолекулярные алкены, содержащие длинную С-С цепь, обладают алкан-подобной структурой. Вследствие этого они могут вступать в реакции замещения подобно алканам. На реакции озонирования алкенов основано количественное определение алкенов в нефтепродуктах на приборе АДС(анализатор двойных связей).
5 Представители алкенов и их применение
Этен (этилен). Как уже было указано, этилен может быть получен из этилового спирта действием концентрированной H2SO4. В промышленности используют этилен газов крекинга, а также этилен, получаемый дегидрированием этана, входящего в состав попутного нефтяного газа. Этилен - бесцветный горючий газ, почти без запаха; в воде при 0 оС растворяется до ј объема этилена. (Теплота сгорания 11200 ккал/кг, температура самовоспламенения 5400С; область воспламенения 3-32 % объемных; в воздухе горит слабокоптящим пламенем.) (Минимально взрывоопасное содержание кислорода при разбавлении этилено-воздушных смесей углекислым газом 12,1 % объемн.; азотом 10 % объемн.; максимальная нормальная скорость горения 0,74 м/сек; Температура горения = 2112 оС. Устойчив, приблизительно, до температуры 3500С. Выше этой температуры начинает разлагаться на метан и ацетилен. При более высоких температурах этилен разлагается на ацетилен и водород. Для предотвращения взрыва при аварийном истечении этилена и тушения факела в закрытых объемах необходима минимальная концентрация СО2 - 42 % объемн.; азота - 52 % объемн.) Этилен находит применение как исходное вещество для синтеза этанола, различных галогенпроизводных, окиси этилена, иприта, для получения полиэтилена других синтетических высокополимеров. Имеет значительное применение для ускорения созревания овощей и фруктов. Для этой цели при 18-200С достаточно добавить к воздуху 0,005-0,01 объемного процента этилена.
Пропен (пропилен).
Входит в состав газов крекинга. Может быть получен дегидированием пропана, входящего в состав попутного нефтяного газа. Служит сырьем для получения глицерина и изопропилового спирта; из последнего затем получают ацетон. Полимеризацией пропилена получают полипропилен:
В качестве катализатора используют смесь триэтилалюминия Al(C2H5)3 с четыреххлористым титаном TiCl4 (катализатор Циглера-Натта). (Полипропилен по ряду свойств превосходит полиэтилен. Имеет более высокую температуру плавления (164-1700С), чем полиэтилен. Молекулярный вес 60000-200000. Стоек к действию кислот и масел даже при повышенной температуре. Полипропиленовая пленка прозрачнее полиэтиленовой. Вследствие большей устойчивости ее к действию теплоты пищевые продукты, упакованные в полипропленовую пленку, могут быть подвергнуты стерилизации. По имеющимся данным, волокно из полипропилена по прочности превосходит все другие синтетические волокна.) Пропилен бесцветны горючий газ. (Теплота сгорания 10900 ккал/кг; растворимость в воде незначительна. Температура самовоспламенения 410 оС; область воспламенения 2,2-10,3 % объемн; максимальная нормальная скорость горения 0,683 м/сек. Минимальное взрывоопасное содержание кислорода при разбавлении пропиленово-водушных смесей углекислым газом - 14,6 % объемн.; азотом - 11,9 % объемн. Для предупреждения взрыва при аварийном истечении пропилена и тушения факела в закрытых объемах минимальная концентрация СО2 - 305 объемн.; азота - 43 % объемн.)
Бутилены.
1-бутен и 2-бутен, изобутилен - бесцветные горючие газы. Вместе с бутаном их выделяют из паров крекинга (бутан- бутиленовая фракция). Путем дегидрирования эту смесь превращают в 1,3-бутадиен- исходное сырье для получения одного из видов синтетического каучука. (Теплота сгорания 10800 ккал/кг; Температура самовоспламенения 3840С, область воспламенения 1,69-9,4% объемн.) При полимеризации изопропилена с катализаторами (фтористый бор-BF3 или хлористый алюминий AlF3) ценный высокополимер - полиизобутилен:
Изобутилен - сырье для получения бутилкаучука, изопрена, трет-бутанола; используется для алкилирования фенолов при синтезе ПAB. Его сополимеры с бутенами применяют как присадки к маслам и герметики.
Высшие алкены С10?С18 применяют при синтезе ПАВ, а также для получения высших спиртов.
Заключение
Изучив материал, изложенный в данной работе можно сделать следующие выводы:
1. Свойства углеводородов зависят от химического, пространственного, электронного строения молекул и характера химических связей.
Данное заключение имеет принципиальное значение и распространяется на любые органические соединения.
Определяющую роль в особенностях строения и свойств отдельных групп углеводородов играет тип гибридизации атомных орбиталей углерода, которая изменяется при переходе от одной разновидности углеводородов к другой.
2. Углеводороды генетически связаны между собой.
Изучение химических свойств и способов получения углеводородов различных групп показывает, что возможны превращения одних углеводородов в другие.
3. Углеводороды генетически связаны с органическими соединениями других классов.
Этот вывод следует из рассмотрения химических свойств и способов получения углеводородов. С одной стороны, углеводороды служат исходными веществами для получения разнообразных соединений (галогенопроизводных, спиртов, альдегидов, кетонов, карбоновых кислот и т.д.) и полимерных материалов. С другой стороны, углеводороды являются конечными продуктами химических превращений соединений других классов. Следовательно, можно осуществлять целенаправленный синтез заданных веществ, используя ряд необходимых химических реакций (цепь превращений).
4. Углеводороды - незаменимое сырье для производства многих необходимых веществ и материалов.
Поэтому нерационально использовать невосполнимые природные углеводородные ресурсы преимущественно в качестве горючего (по известному выражению Д.И. Менделеева, "топить ассигнациями"). Для нашей страны проблема утраты этих ценных невозобновляемых сырьевых ресурсов обостряется также ростом экспорта нефти и природного газа. При этом из России вывозится продукция сырьевого назначения, которая за рубежом перерабатывается и в качестве товаров с высокой добавленной стоимостью возвращается на российский рынок. Таким образом, основная прибыль достаётся зарубежным переработчикам сырья, а Россия становится зависимой от импортных товаров.
Список использованной литературы
1. Писаренко А.П., Хавин З.Я. Курс органической химии. М., Высшая школа, 1975. 510 с.
2.Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа: учебное пособие для вузов. Уфа: Гилем, 2002. 672 с.
3. Артеменко А.И. Органическая химия. М., Высшая школа, 2000. 536 с.
4. Рябов В.Д. Химия нефти и газа: учебное пособие / В.Д. Рябов. - 2-е изд., испр. и доп. - М. : ИД «ФОРУМ»: ИНФРА-М, 2014. - 336 с.: ил. - (Высшее образование)
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Исследование состава и структуры алкенов как ациклических непредельных углеродов, содержащих одну двойную связь С=С. Процесс получения алкенов и свойства цис-транс-изомерии в ряду алкенов. Анализ физических и химических свойств алкенов и их применение.
реферат [41,1 K], добавлен 11.01.2011Номенклатура и изомерия алкенов. Промышленные и лабораторные способы получения олефинов. Расчет уровня энергии молекулярных орбиталей. Окисление и восстановление алкенов, присоединение к ним электрофильных реагентов, свободных радикалов, карбенов.
контрольная работа [308,8 K], добавлен 05.08.2013Строение, номенклатура алкенов. Ненасыщенные углеводороды, молекулы которых содержат одну двойную С-С-связь. Гибридизация орбиталей. Изображение пространственного строения атомов. Пространственная изомерия углеродного скелета. Физические свойства алкенов.
презентация [606,4 K], добавлен 06.08.2015Что такое алкены, строение молекулы, физические и химические свойства. Выбор главной цепи, нумерация атомов главной цепи, формирование названия. Структурная изометрия. Химические свойства этилена, классификация способов получения, сфера применения.
презентация [279,2 K], добавлен 20.12.2010Предмет органической химии. Понятие о химических реакциях. Номенклатура органических соединений. Характеристика и способы получения алканов. Ковалентные химические связи в молекуле метана. Химические свойства галогеналканов. Структурная изомерия алкенов.
контрольная работа [1,4 M], добавлен 01.07.2013История открытия циклоалканов, их номенклатура, строение, изомерия, свойства, значение в жизни человека, а также общая характеристика методики их получения. Особенности межклассовой изомерии алкенов. Принципы дегалогенирования дигалогенопроизводных.
реферат [589,7 K], добавлен 30.11.2010Виды спиртов, их применение, физические свойства (кипение и растворимость в воде). Ассоциаты спиртов и их строение. Способы получения спиртов: гидрогенизация окиси углерода, ферментация, брожение, гидратация алкенов, оксимеркурирование-демеркурирование.
реферат [116,8 K], добавлен 04.02.2009Способы получения и свойства альдегидов и кетонов. Окисление, дегидрирование спиртов. Гидроформилирование алкенов. Синтез альдегидов и кетонов через реактивы Гриньяра. Присоединение воды и спиртов. Кислотный катализ. Присоединение синильной кислоты.
реферат [158,8 K], добавлен 21.02.2009Химический состав нефти, влияние каждого из компонентов на ее качество. Строение нафтеновых углеводородов и их отличие от парафиновых. Химическая активность алкенов и алкaдиенов. Детонационная стойкость бензина, октановое число и методы его повышения.
контрольная работа [27,6 K], добавлен 22.09.2011Характеристика химических свойств карбенов. Электронная структура и геометрия карбенов. Реакции перегруппировки карбенов, миграции алкильных и арильных групп, синтез алкенов. Методика квантовохимических расчетов, метод теории функционала плотности.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 06.01.2009Основные способы получения спиртов. Гидрогенизация окиси углерода. Ферментация. Синтез спиртов из алкенов. Синтез спиртов из галогеноуглеводородов, из металлоорганических соединений. Восстановление альдегидов, кетонов и эфиров карбоновых кислот.
реферат [150,9 K], добавлен 04.02.2009Понятие оксиранов, их сущность и особенности, характерные реакции. Окись этилена как простейший оксиран, методы получения, использование в промышленности. Реакции окисления алкенов органическими надкислотами, внутримолекулярное замещение галогенгидринов.
реферат [117,5 K], добавлен 04.02.2009Строение пероксида бария, основные физические и химические свойства данного соединения. Идентификация продукта с помощью физических и химических методов. Способы получения продукта, применение. Виды воздействий диоксида бария и оказание первой помощи.
реферат [48,6 K], добавлен 13.12.2012Характеристика строения атома, аллотропии, способа получения, окислительных и восстановительных свойств серы. Исследование истории открытия химических элементов теллура, полония, селена, физических свойств и работы с ними, основных областей применения.
презентация [4,4 M], добавлен 27.11.2011Зависимость показателей процесса сернокислотного алкилирования изобутана от состава алкенов. Влияние отношения изобутана к бутиленам на выходные показатели С-алкилирования. Свойства фтористоводородной кислоты. Технологический режим С-алкилирования.
реферат [204,3 K], добавлен 22.02.2013Характеристика сырья и готовой продукции. Описание технологической схемы. Принцип работы оборудования. Этапы процесса термолиза высших алкенов при умеренных температурах. Термические превращения высокомолекулярных компонентов нефти в жидкой фазе.
курсовая работа [885,4 K], добавлен 27.05.2014Химические реакции альдегидных групп. Фармакологические свойства, идентификация и количественное определение формальдегида. Получение, идентификация, применение гексаметилентетрамина и хлоралгидрата. Роль альдегидных препаратов в области дезинфекции.
курсовая работа [796,5 K], добавлен 30.11.2014Типы спиртов в зависимости от строения радикалов, связанных с атомом кислорода. Радикально-функциональная номенклатура спиртов, их структурная изомерия и свойства. Синтез простых эфиров, реакция Вильямсона. Дегидратация спиртов, получение алкенов.
презентация [870,1 K], добавлен 02.08.2015Строение предельных углеводородов, их физические и химические свойства. Гомологический ряд метана. Изомерия и номенклатура предельных углеводородов. Декарбоксилирование натриевых солей карбоновых кислот. Выделение углеводородов из природного сырья.
презентация [46,7 K], добавлен 28.11.2011Номенклатура, изомерия, классификация и физические свойства диеновых углеводородов и органических галогенидов. Способы получения и химические свойства. Сущность диенового синтеза. Натуральные и синтетические каучуки, их применение в строительстве.
контрольная работа [85,0 K], добавлен 27.02.2009
