ХИМИЯ НЕФТИ И ГАЗА для студентов

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

70

244. При сжигании органического вещества массой 31,2 г, плотность по воздуху которого равна 2,69, образовались диоксид углерода объемом

53,76 л и вода массой 21,6 г. Какова структурная формула этого вещества?

245.Получите этилбензол двумя способами. Напишите возможные пути его окисления.

246.Напишите уравнения реакций окисления раствором перманганата калия:

а) толуола; б) изопропилбензола; в) бутилбензола; г) о-ксилола.

247. Напишите формулы строения промежуточных и конечных продуктов в следующих схемах:

+ C H Br			+ HNO3			+ KMnO4
2	5	A			B		C
AlBr			H SO			o
				4		t
	3		2

248. Установите строение углеводорода C8H6, обесцвечивающего бромную воду, образующего белый осадок с аммиачным раствором окиси серебра, а

при окислении дающего бензойную кислоту. Напишите соответствующие уравнения реакций.

249. Установите строение ароматического углеводорода C8H10, при окислении которого получается фенилендикарбоновая кислота, а при нитровании — только одно мононитропроизводное.

250. С помощью каких реактивов и в каких условиях можно осуществить следующие превращения:

Cl

Cl

C Н	C H		COOH
2 5
	2	5

251. Напишите структурные формулы соединений: а) пара-хлорбензол-

сульфокислота; б) 3-этилбензолсульфокислота; в) мета-толуолсульфохло-

рид; г) п-толуолсульфамид; д) м-сульфобензойная кислота.

252. Какие сульфокислоты получатся в результате сульфирования следующих соединений, учитывая ориентирующее влияние заместителей:

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

71

а)	Cl	б)	в)	г)		д)	е)
							CH
							3
			SO Н	COOH	C H		NO	2
					2	5
			3

Какая из указанных реакций сульфирования проходит легче, чем сульфирование бензола?

253. Проведите нитрование соединений: а) хлорбензола; б) этилбензола; в)

кумола; г) нитробензола; д) бензойной кислоты; е) фенола; ж) орто-

нитроэтилбензола. Какие из них нитруются легче, чем бензол? Почему?

254.Из бензола получите о-хлорбензойную кислоту.

255.Из бензола получите бензофенон.

256.Из анилина получите п-нитробензойную кислоту.

257.В каком объемном соотношении (в газовой фазе при н.у.) следует взять углеводороды метан и бензол, чтобы газ, выделившийся при разложении первого из них на элементы, полностью поглотился при определенных условиях вторым?

258.При пропускании 30,24 л ацетилена над углем в качестве катализатора

(при 650°С) образовалось вещество, горящее коптящим пламенем. Сколько

граммов вещества образовалось, если выход реакции составляет 80%?

259.При взаимодействии смеси этилового спирта и фенола с избытком бромной воды выделилось 33,1 г осадка. Такое же количество смеси может прореагировать с 13,8 г металлического натрия. Каков состав исходной смеси в граммах?

260.Основными процессами, протекающими при ароматизации нефти (ка-

талитическом риформинге), являются: 1) дегидрирование шестичленных нафтенов, 2) изомеризация пятичленных нафтенов в шестичленные с последующей дегидрогенизацией, 3) дегидроциклизация алканов и алкенов. Составьте схемы образования этими способами толуола.

261. Какие ароматические углеводороды могут образоваться при каталити-

ческом риформинге: 1)н-гептана, 2) метилциклогексана, 3) н-октана, 4)

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

72

метилциклопентана, 5) пропилциклопентана? В каких условиях проводят ароматизацию нефти?

262. Как можно получить бензол, исходя из следующих веществ: 1) цикло-

гексана, 2) циклогексадиена, 3) гексана, 4) бензоата натрия, 5) ацетилена,

б) фенола? Напишите уравнения реакций.

263. Одним из промышленных способов получения бензола является ката-

литическое деметилирование толуола в атмосфере водорода:

СН3

	Ni / Al O	3
+ Н	2		+ CH
2			4

Сколько килограммов бензола может быть получено этим способом из

460 кг толуола, если на практике выход бензола составляет 40%?

264.В результате каталитической гидрогенизации бензола получено 840 кг циклогексана. Какое количество бензола прогидрировалось, если выход составляет 80% от теоретического?

265.Сколько килограммов бензола получится при пропускании 210 кг цик-

логексана над платиновым катализатором при 350-450°С, если выход составляет 85% от теоретического? Что может быть использовано в качестве источника бензола?

266.В 1936 г. Н.Д.Зелинский, Б.А.Казанский и А.Ф.Платэ открыли новый способ получения бензола при пропускании н-алканов над катализатором при 500°С. Сколько килограммов бензола может быть получено этим способом при ароматизации (дегидроциклизации) 129 кг н-гексана, если выход составляет 80% от теоретического?

267.Один из важнейших инсектицидов — 4,4'-дихлордифенил-трихлорметил-

метан (ДДТ) образуется при конденсации хлорбензола с трихлоруксусным альдегидом (хлоралем). Сколько граммов исходных реагентов требуется для получения 18,5 г ДДТ? С чем связано ограничение использования ДДТ в сельском хозяйстве?

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

73

268. Сколько кг бензола может быть получено при ароматизации (дегидро-

циклизации) 129 кг н-гексана, если выход составляет 80%?

269. Какие углеводороды получатся, если подвергнуть каталитической ароматизации изогексан, н-гептан, н-октан?

2.4. Кислородсодержащие органические соединения

К кислородсодержащим соединениям относят большую группу органических соединений, в молекулах которых содержатся углеродные атомы,

непосредственно связанные с кислородом. К этим соединениям относятся:

Класс соединений

Спирты

Альдегиды

Кетоны

Карбоновые кислоты

Простые эфиры

Сложные эфиры

Общая формула

R-OH

		O
R	C
		H
R	C	R'
	O
		O
R	C
		OH
R	O	R'

O

R C

OR'

Каждый из этих классов имеет группу определенного состава и строения,

содержащую кислород - функциональную группу. Наличием этой группы в молекулах кислородсодержащих соединений определяются во многом особенности химических свойств каждого класса соединений.

2.4.1. Спирты

Спирты - это класс соединений, в состав которых входит функциональная группа -ОН. Например:

Приведенные выше спирты имеют в своем составе только одну гидроксильную группу, поэтому их называют одноатомными спиртами.

Спирты, имеющие в молекуле две гидроксильные группы, называют двухатомными спиртами или гликолями. Например:

СН3-СН2-ОН

СН3-ОН

метиловый спирт, метанол этиловый спирт, этанол

СН3-СН2-СН2-ОН пропиловый спирт, пропанол-1

СНз-СН(ОН)-СНз изопропиловый спирт, пропанол-2

Непредельные спирты:

СН2=СН-СН2-ОН - аллиловый спирт

Соединения, в которых гидроксильная группа связана непосредственно с углеродным атомом ароматического кольца, называют фенолами, а если гидроксильная группа находится в боковой цепи – ароматическими спиртами.

Например:

Предельные спирты:

74

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

CH -CH		CH -CH-СН		CH -CH -СН
2	2	2	3	2	2	2
OH OH		OH OH		OH		ОН
этиленгликоль		1,2-пропиленгликоль		1,3-пропиленгликоль
этандиол-1,2		пропандиол-1,2		пропандиол-1,3

Соединения с тремя гидроксильными группами в молекуле – это трехатомные

спирты. Например: СН2(ОН) –СН(ОН)-СН2(ОН) – глицерин.

Методы получения спиртов.

1.Спирты можно получить действием воды на алкены. Реакцию проводят

вприсутствии серной кислоты, при этом сначала образуется эфир серной

кислоты, а затем под действием воды - соответствующий спирт.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

75

CH	CH	+ H	OSO H	CH	CH	OSO H	+ HOH
							CH CH		+ H SO
2	2		3	3	2	3				4
							3	2	2
этилен				этилсульфат				OH
							этанол

СH	CH CH	+ H	OSO H	СH	CH CH	+ HOH	CH	CH CH	+ H SO
										4
3	2		3	3	3		3	3	2
пропилен					OSO H			OH
					3		изопропиловый
				изопропилсульфат
							спирт, пропанол-2

Этот метод используют в промышленности для получения этилового и изопропилового спирта. Он называется методом сернокислотной гидратации.

2. Кроме того, спирты можно получать действием водного раствора щелочи на галогенпроизводные (гидролиз галогенпроизводных):

CH -CH -Br		NaOH	CH -CH -OH + NaBr
3	2	водный	3	2

3. Этиловый спирт получают брожением глюкозы: С6Н12О6 2 С2Н5-ОН + 2СО2

Основные реакции спиртов - это реакции по гидроксильной группе.

1. Спирты реагируют с металлическим натрием. При этом водород в

гидроксильной группе замещается на металл - образуется алкоголят и выделяется водород

2CH3-CH2-OH + 2Na 2 CH3-CH2-ONa + Н2

этилат натрия

2. Спирты взаимодействуют с минеральными и органическими кислотами,

при этом происходит образование сложных эфиров:

СH

CH O

H + HO SO H

СH

CH

+

H O

3

2

3

3

2

2

этанол

OSO H

3

этилсульфат

O

СH3

CH2

O

H + HO

С

CH3

CH2

O

C

CH3 + H2O

этанол

CH3

O

уксусная кислота	этилацетат, этиловый
	эфир уксусной кислоты

3. При нагревании спиртов с водоотнимающими средствами происходит отщепление молекулы воды от молекулы спирта, и образуется алкен:

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

76

		o
СH	CH	t	CH	CH	+ H O
2	2	H SO	2	2	2
			4
H	OH	2
			этилен
этанол

4. Если эту реакцию проводить в избытке спирта и при температуре, не превышающей 160°С, происходит отщепление молекулы воды от двух молекул спирта, и образуется простой эфир:

				to
	CH3-CH2-OH + H-O-CH2-CH3				CH3-CH2-O-CH2-CH3 + H2O
				H2SO4
					диэтиловый эфир

5. При действии галогенводородов (НС1, HBr, H ) гидроксильная группа замещается на галоген (Cl. Br, )

СH	CH OH + H	Br	CH	CH	Br + H O
3	2		3	2	2
этанол			бромэтан

6. Спирты окисляются сильными окислителями или кислородом воздуха при температуре 300-500°С на катализаторах. При этом первичные спирты образуют альдегиды, вторичные - кетоны.

			[O]		O
	CH	CH OH		CH	C
	3	2	кат.	3	H
				ацетальдегид
				этаналь

CH	CH СH	[O]	CH	C	CH
3	3	кат.	3		3
	OH			O
			ацетон
			пропанон-2

Для получения двухатомных спиртов (гликолей) применимы те же

способы, что и для одноатомных спиртов. Этиленгликоль обычно получают из

этилена следующими методами:

			O	2				H O
CH CH					CH		CH	2	CH	CH
					2	2
2	2		Ag					+	2	2
					O			H	OH	OH
									этиленгликоль
					окись этилена
					эпоксиэтан				этандиол-1,2
				Cl2				H O
CH		CH			CH2		CH2	2	CH2		CH2
2			2						-
					Cl		Cl	OH			OH
									OH

1,2-дихлорэтан

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

77

		HOCl			H O
CH	CH		CH	CH	2	CH	CH
			2	2		2	2
2	2					-
					OH
			Cl	OH		OH	OH
			2-хлорэтанол
		этиленхлоргидрин

Гликоли дают все реакции одноатомных спиртов с тем лишь различием,

что в реакции могут участвовать как одна, так и две гидроксильные группы.

При действии на гликоли гидрата окиси меди образуется голубой раствор комплексного соединения. Эта реакция используется как качественная реакция на гликоли.

				H
CH	OH	CH	O	O	CH
		2			2
2
2		+ Cu(OH)		Cu	+ 2H O
		2			2
CH	OH	CH	O	O	CH
		2			2
2
				H

Этиленгликоль применяется как антифриз для автомобильных двигателей, т.к. понижает температуру застывания воды. Полиэфиры этиленгликоля находят применение в различных отраслях промышленности.

Первым представителем трехатомных спиртов является глицерин. Его получают гидролизом жиров, которые представляют собой сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот. Гидролиз жиров обычно называют омылением, поскольку образующиеся при этом натриевые соли высших жирных кислот являются мылами. Глицерин также получают из пропилена,

который выделяют из газов процессов крекинга.

O

CH

O

C

C

15

H

CH

OH

2

O

31

2

CH

O

C

C

15

H

+ 3 NaOH

CH

OH

+ 3 C

15

H COONa

31

31

O

CH

O

C

C

15

H

CH

OH

2

31

2

жир

глицерин

мыла

Химические свойства глицерина обусловлены наличием трех гидроксильных групп, при этом глицерин может давать три ряда производных:

моно-, ди- и трипроизводные. Глицерин применяется в парфюмерии,

кондитерском производстве, для получения нитроглицерина.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

78

Ароматические соединения, у которых гидроксильная группа находится при углеродном атоме в боковой цепи, называют ароматическими спиртами. Их простейшими представителями являются:

Для этих спиртов присущи способы получения и химические свойства,

которые характерны для алифатических спиртов. Эти спирты представляют практический интерес, поскольку в свободном виде и в виде эфиров широко распространены в растительном мире и часто в виде сложных эфиров применяются в парфюмерии из-за приятного запаха. Например, бензиловый спирт в свободном виде или в виде эфиров встречается в масле жасмина. -Фе-

нилэтиловый спирт является основной составляющей в розовом масле.

2.4.2. Фенолы - органические соединения, в которых гидроксильная группа связана непосредственно с углеродным атомом ароматического кольца.

Простейшие представители:

Фенол получают сплавлением солей сульфокислот со щелочами:

Этот метод применяется в промышленности.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

79

Фенол можно получить окислением изопропилбензола (кумола)

кислородом воздуха в присутствии катализатора с последующим разложением образующейся гидроперекиси кумола. В результате получается два продукта -

фенол и ацетон:

Этот метод, применяемый в промышленности для получения фенола и ацетона, называется - кумольный метод.

С хорошим выходом можно получить фенол пиролизом хлорбензола.

Химические свойства

1.Фенолы проявляют большую кислотность, чем спирты, однако они слабее,

чем карбоновые кислоты. Фенолы реагируют со щелочами, с образованием фенолятов.

2. Феноляты реагируют с галогенпроизводными с получением эфиров фенолов: