IV. Реакции крекинга алканов

Крекинг (англ. cracking — расщепление) — это разрыв связей С—С в молекулах алканов с длинными углеродными цепями, в результате которого образуются алканы и алкены с меньшим числом атомов углерода.

Основные процессы при крекинге – дегидрирование (отщепление атомов водорода с образованием Н₂) и разрыв углеродной цепи. Одновременно происходит изомеризация и циклизация.

При высокой температуре (350—700°С) с участием катализаторов или без них алканы с достаточно боль­шим числом атомов углерода в молекулах расщепляют­ся на более простые УВ (предельные и непредельные), например:

С₁₈Н₃₈ → С₁₀Н₂₂ + С₈Н₁₆

предельный непредельный

УВ УВ

При температуре выше 1000°С все предельные углеводороды распадаются на углерод и водород. Этот процесс используется как дешевый метод получения водорода и сажи.

_1000°C

С₃Н₈ → 3С + 4Н₂

V. Изомеризация

Изомеризация – превращение одного изомера в другой изомер; например:

_{Т, кат.}

CH₃–(CH₂)₃–CH₃ → СН₃–СН–СН₂–СН₃

н-пентан ׀

СН₃ изопентан

Получение алканов

Получение метана

1.В промышленности:

а) из природного газа;

б) синтез из оксида углерода(II) и водорода:

_{Ni, 300°C}

СО + 3Н₂ → CH₄ + H₂O

2.В лаборатории:

а) гидролиз карбида алюминия

Al₄C₃ + 12H₂O → 3CH₄ ↑ + 4Al(OH)₃;

б) сплавление солей уксусной кислоты со щелочами

_t°

CН₃ СООNa + NaO H → CH₄↑ + Na₂CO₃

Получение гомологов метана

1. В промышленности:

а) из природного сырья (нефть, газ, горный воск);

б) синтез из оксида углерода(II) и водорода

_300°C

nCO + (2n +1)H₂ → C_nH_2n+2 + nH₂O

^Fe

2. В лаборатории:

a) каталитическое гидрирование (+Н₂ ) непредельных УВ

Pt

С_nН_2n + Н₂ → C_nH_2n+2

Алкен (Ni, 150⁰C) Алкан

б) взаимодействие галогеналканов с натрием (реакция А. Вюрца).

Происходит димеризация углеродной цепи исходного галогеналкана, образуется алкан с четным числом атомов углерода в цепи:

_t°

2R-Br + 2Na → R-R +2NaBr

_t°

2CH₃-Br + 2Na → CH₃- CH₃ + 2NaBr

Если в реакции участвуют разные галогеналканы, то образуется смесь алканов.

Применение

Метан –основная составляющая часть природных и попутных газов – широко используется в качестве промышленного и бытового газа. Химически перерабатывается в ацетилен, сажу, фторо- и хлоропроизводные и т. д., что представлено ниже в схеме:

Этан, пропан, бутан и пентан используются в технике для получения соответственно этилена, пропилена, дивинила (СН₂=СН–СН=СН₂; бутадиен-1,3) и изопрена (СН₂=С–СН=СН₂; 2-метилбутадиен-1,3).

׀

CН₃

Смесь пропана и бутана используется в качестве топлива (бытовой сжиженный газ). В последнее время значительные количества бутана используются для получения уксусной кислоты (окислением).

Жидкие УВ используются как моторное топливо.