Химия Нефти и Газа. Методичка по органической химии

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

использовать и для очистки призабойной зоны нефтяных скважин от асфальто-смолистых и парафиновых отложений. Применяют также и при депарафинизации масел.

Хлорпроизводные алканов используют для получения спиртов, в том числе и высших спиртов:

C H Cl + KOH		C H OH + KCl
5	11	5	11

При пропускании хлористого метила (или смеси его с хлорзамещёнными ароматическими углеводородами) над медно-кремниевым сплавом при 300 0С образуются алкил- и арилхлорсиланы:

		C H
		6	5
CH Cl + C H Cl + Si			SiCl
			2
3	6	5
			CH
			3

Алкил- и арилхлорсиланы являются исходным продуктом в синтезе кремнийорганических соединений, применяемых в производстве силиконовых жидкостей, консистентных смазок, смол и каучуков.

Хлороформ и четырёххлористый углерод используют для получения хлорфтор- и фторпроизводных:

CCl4 + HF → CCl2F2,

которые, применяют в качестве хладоагентов - фреонов. Полностью фторированные алканы применяют в

качестве инертных теплоносителей, в производстве полимеровфторопластов.

Хлорирование твёрдых парафинов осуществляют для получения присадок, понижающих температуру застывания масел (депрессорные присадки).

Нитрование (реакция Коновалова). Нитрование алканов осуществляют с помощью азотной кислоты при температуре

73

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

200-450 0С. Нитрование всегда сопровождается частичным разложением углеводородов, что приводит к получению нитросоединений с меньшим числом атомов углерода. Из пропана таким путём помимо 1- и 2-нитропропанов образуются нитроэтан и нитрометан:

CH

3

CH

2

CH

2

NO

2

CH

3

CH

CH

3

CH3

CH2

CH3

NO2

CH CH

2

NO

2

3

ÑH3

NO2

Нитрометан, нитроэтан, нитропропан являются хорошими растворителями эфиров целлюлозы, полимеров, лаков. Они могут применяться в качестве добавок, снижающих температуру самовоспламенения дизельных топлив.

Восстановлением нитроалканов в кислой среде можно получить амины:

R		NO2 + 3H2	H+	R		NH2 + 2H2O
			Pt

Амины используют для получения ингибиторов коррозии, поверхностно-активных веществ, для очистки газов от сероводорода.

Сульфирование. При слабом нагревании дымящая серная кислота сульфирует алканы, т. е. атом водорода в них замещается на сульфогруппу:

R	H + H SO		R SO H + HCl
	2	4	3

В результате образуются алкансульфокислоты.

74

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Сульфохлорирование. При действии на алканы смеси сернистого газа и хлора идёт реакция сульфохлорирования:

R	H + SO	+ Cl	ÓÔ	R	SO Cl + HCl
	2	2			2

Сульфохлориды легко гидролизуются до сульфокислот:

R – SO2Cl + H2O → R – SO3H

Взаимодействием сульфохлоридов с избытком аммиака получают сульфамиды:

RSO2Cl + NH3RSO2NH2 + HCl

Сульфокислоты могут быть получены также и реакцией сульфоокисления:

2R	H + 2SO	+ O	2R	SO H
	2	2		3

Алкансульфокислоты образуют со щелочами соли – сульфонаты:

R	SO H + NaOH	RSO Na + H O
	3	3	2

Сульфонаты и сульфамиды с 12-18 и выше атомами углерода, получаемые на основе жидких парафинов, выделяемых из дизельных фракций, служат в качестве поверхностно-активных и моющих веществ, эмульгаторов нефти и флотационных реагентов.

СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ АЛКАНОВ

Алканы выделяют из природных источников (природный и попутный газы, нефть, каменный уголь). Используются также синтетические методы.

Крекинг нефти (промышленный способ)

75

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

При крекинге алканы получаются вместе с непредельными соединениями (алкенами). Этот способ важен тем, что при разрыве молекул высших алканов получается очень ценное сырье для органического синтеза: пропан, бутан, изобутан, изопентан и др.

Гидpиpование непpедельных углеводоpодов:

Газификация твердого топлива (при повышенной температуре и давлении, катализатор Ni):

Из синтез-газа (СО + Н2) получают смесь алканов:

Синтез более сложных алканов из галогенопpоизводных с меньшим числом атомов углеpода:

2CH3J + 2Na → CH3–CH3 +2NaJ

CH3J + CH3–CH2J + 6Na → CH3–CH3 + CH3–C2H5 + C2H5–C2H5 + 6NaJ

(реакция Вюpца) Из солей карбоновых кислот:

а) сплавление со щелочью (реакция Дюма)

б) электролиз по Кольбе

Разложение карбидов металлов (метанидов) водой:

76

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Гидрирование непредельных углеводородов с катализатором платины, палладия, никеля или хромита меди.

kat

R–CH=CH–R’ + H2 → R–CH2–CH2–R’

Восстановление галогенопроизводных водородом в момент его выделения, или водородом, возбужденным катализатором или HJ

CH3–CH2–Cl + 2H → CH3–CH3 + HCl

kat

CH3–CH2–Cl + H2 → CH3–CH3 + HCl CH3–CH2–Cl + HJ → CH3–CH3 + J2

Реакция Кари-Хауса (металлический Li и соли меди)

R–X + 2Li → R–Li + LiX

2R–Li + CuJ → R2CuLi + LiJ

R2CuLi + 2R’J → 2R–R’ + LiJ + CuJ

ПРИМЕНЕНИЕ АЛКАНОВ

Оно весьма разнообразно. Благодаря большой теплотворной способности метан в больших количествах расходуется в качестве топлива (в быту — бытовой газ и в промышленности). Широко применяются получаемые из него вещества: водород, ацетилен, сажа. Он служит исходным сырьем для получения формальдегида, метилового спирта, а также различных синтетических продуктов. Большое промышленное значение имеет окисление высших предельных углеводородов — парафинов с числом углеродных атомов 2025. Этим путем получают синтетические жирные кислоты с различной длиной цепи, которые используются для производства мыл, различных моющих средств, смазочных

77

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

материалов, лаков и эмалей. Жидкие углеводороды используются как горючее (они входят в состав бензина и керосина). Алканы широко используются в органическом синтезе. Алканы ввиду большой инертности очень широко распространены в природе. Главные их источники природный и попутный газы; нефть; каменный уголь; сланцы. В качестве источника газообразных алканов в последние годы стали широко использоваться так называемые попутные газы, то есть газы, распространенные в нефти и выделяющиеся естественным путем при ее добыче. Нефтяной газ наряду с СН4 содержит этан, пропан, бутан и изобутан. Природные газы – дешевое и эффективное топливо и химическое сырье для синтеза разных органических веществ.

Помимо природных источников большое значение имеют промышленные источники алканов. К ним относятся коксовый газ (содержит 35% СН4), крекинговый газ (содержит 75% алканов), продуты гидрогенизации угля и переработки сланцев. При переработке нефти выделятся бензин, керосин, мазут. Алканы используются в качестве смазочных веществ.

Алканы применяются и как флотореагенты. Флотация – метод обогащения полезных ископаемых, основанный на различной смачиваемости разделяемых частиц в водной среде и способности более гидрофобных из них концентрироваться на поверхности раздела фаз вода-газ. Смачиваемости мелких минеральных частиц способствуют флотореагенты. Под действием флотореагентов поверхность гидрофильных минеральных частиц смачивается Н2О, а поверхность гидрофобных частиц не смачивается. Эти несмачивающиеся гидрофобные частички прилипают к пузырькам воздуха,

78

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

всплывают на поверхность пульпы и таким образом отделяются от других минералов.

Таким образом, углеводороды применяются в качестве: топлива, смазочных масел, флотореагентов, экстрагентов (сырье для экстрагентов), растворителей.

Контрольные вопросы:

1.Общая формула алканов.

2.Чье имя носит реакция нитрования алканов?

3.Особенности галогенирования алканов.

4.Каким методом можно получить алканы из нефти?

5.Какие растворители можно получить из алканов по реакции галогенирования?

6.В каких условиях протекает реакция Вюрца?

ЗАДАЧИ ПО ТЕМЕ «АЛКАНЫ» Задача № 1.

Назовите по систематической (ИЮПАК) и рациональной номенклатурам следующие углеводороды:

Решение

79

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Для наименования углеводорода по систематической номенклатуре (ИЮПАК) выбираем самую длинную неразветвлённую цепь углеродных атомов и нумеруем её с одного из концов таким образом, чтобы сумма цифр при заместителях была наименьшей. Затем называем главную цепь (гексан) и добавляем в виде приставок названия и положения боковых заместителей. Приведенное вещество называется 2,3,4- триметилгексан.

Для названия соединения по рациональной номенклатуре выбираем центральный третий атом углерода (выделен жирным шрифтом), называем радикалы, связанные с этим атомом углерода по старшинству, и добавляем слово метан, получаем метилизопропилвторбутилметан.

2,4-диметил-3-этилпентан, этилдиизопропилметан в) CH3–СН(СН3)–С(СН3)2–С(СН3)2-СН3

2,2,3,3,4,-пентаметилпентан, диметилизопропилтретбутилметан

2,4,5-триметилгептан, метилизобутилвторбутилметан.

Задача № 2.

80

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Напишите структурные формулы следующих углеводородов: а) диметилэтилизопропилметана, б) метилэтилвторбутилметана, в) диэтилдиизопропилметана, г) метилбутилтретбутилметана.

Решение

Задача № 3.

Напишите структурные формулы и назовите соединения по систематической и рациональной номенклатурам:

Решение В задаче соединения представлены формулами

Ньюмена. Для изображения структурной формулы записываем два углеродных атома, относительно которых в формуле Ньюмена происходит вращение, а затем соответствующие заместители у этих атомов.

81

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

1)

2-метилбутан, диметилэтилметан

2)

2-метилпентан, этилизопропилметан

Задача № 4.

Получите 2,3-диметилбутан и 3-метилпентан по реакции Вюрца. Какие галогенопроизводные углеводородов нужно использовать?

Решение Для проведения реакции Вюрца необходимо

использовать алкилгалогениды и металлический натрий. Следует помнить, что в этой реакции происходит удлинение углеродной цепи, а если берется один галогеналкил (симметричный синтез), то цепь удваивается. Для получения 2,3-диметилбутана целесообразно использовать 2-хлорпропан, так как единственным продуктом реакции будет 2,3- диметилбутан.

Для синтеза 2-метилпентана можно взять два алкилгалогенида, например, хлорэтан и 2-хлорпропан.

82