Методи отримання алканів - студопедія

1) Промислові. Найважливішим джерелом алканів в природі є природний газ, мінеральне вуглеводневу сировина нафту і супутні їй нафтові гази. Природний газ на 95 відсотків складається з метану. Такий же склад має болотний газ, що утворюється в результаті переробки бактеріями (гниття) вуглеводів. Попутні нафтові гази складаються в основному з етану, пропану, бутану і частково пентана. Їх відокремлюють від нафти на спеціальних установках з підготовки нафти. При відсутності газоконденсатних станцій попутні нафтові гази спалюють у факелах, що є вкрай нерозумною і руйнівної практикою в нафтовидобутку. Одночасно з газами нафту очищається від води, бруду і піску, після чого надходить в трубу для транспортування. З нафти при її разгонке (перегонці, дистиляції) відбираючи послідовно все більш і більш висококиплячі фракції отримують:

- бензини - т. кип. від 40 до 180 С, (містить вуглеводні С5 -С10), складається більш, ніж з 100 індивідуальних сполук, нормальних і розгалужених алканів, циклоалканов, алкенов і ароматичних вуглеводнів;

- легкий газойль (дизельне паливо) 230-305 С (С13 -С17),

- важкий газойль і легкий дистилят мастила 305-405 С (С18 -С25),

Залишок після перегонки нафти називається асфальтом або бітумом.

2) З лабораторних методів отримання алканів слід вказати:

Термічне декарбоксилирование солей карбонових кислот в присутності лугів:

Електроліз солей карбонових кислот (реакція Кольбе):

2R-COO - -2е → R-R + 2 CO2

Взаємодія з металевим натрієм галоїдних алкіл (реакція Вюрца):

Реакція Вюрца має сенс лише для отримання більших вуглеводнів з одного алкілгалогеніду, оскільки в іншому випадку виходить трудноразделімая в лабораторних умовах суміш алканів.

Хімічні властивості алканів. Оскільки всі зв'язки у алканів насичені, хімічні реакції можуть протікати тільки в результаті попереднього розриву зв'язків С-С або С-Н.

З можливих варіантів розриву зв'язку - гетеролітичні (коли обидва електрона, що утворюють зв'язок залишаються у одного з атомів, з утворенням іонів):

і гомолитического. коли електрони розподіляються по одному у кожного з атомів:

в алканах реалізується гомолитически розрив зв'язку. Викликано це близькою електронегативні атомів вуглецю і водню, при якій освіту електрично заряджених частинок енергетично вкрай невигідно. Утворені в результаті гомолитического розриву зв'язку, частинки з неспареним електроном називають радикалами. Радикали дуже реакційноздатні.

Енергії фотонів не вистачає для розриву зв'язку С-Н (98,7 ккал / моль), тому такий розрив можливий тільки при термічному впливі, або при реакції з іншими радикалами.

Горіння. Взаємодія алканів з киснем супроводжується настільки великим виділенням теплоти, що найчастіше візуалізуется у вигляді появи полум'я. Кінцевими продуктами при надлишку кисню є СО2 і вода. Горіння широко використовується в енергетичних цілях, але в хімічній практиці воно не застосовується.

Як і інші реакції горіння - радикальний процес, ініційований при достатній підводиться ззовні енергією. Непоодинокі й процеси самозаймання. До самозаймання схильні, наприклад, звалені в купу промаслені обтиральні кінці.

Галогенування алканів. Для алканів в цілому характерно перебіг реакцій з проміжним утворенням радикалів, тобто радикальних реакцій. У реакцій за участю радикалів розрізняють три стадії:

а) ініціювання ланцюга: Сl2 → 2Cl.

b) продовження (зростання ланцюга): СН4 + Cl. → СН3. + HCl

c) обрив ланцюга: СН3. + Cl. → СН3 Cl

Нітрування алканів. Так, нітрування алканів по Коновалову. яке здійснюють в розведеної азотної кислоти (10-25%) при температурі від 110 0 до 140 0 С і невеликому надлишковому тиску 1-2 атм (в запаяній скляній ампулі) призводить виключно до заміщення на нітрогрупу самого реакційноздатного водню. З изопентана (2-метилбутан) виходить 2-нітро-2-метилбутан.

При нитровании алканів в паровій фазі (при 400-500 0 С) склад продуктів набагато більш різноманітний і включає нітроалкани з меншим числом атомів вуглецю, тобто продукти, утворені в результаті розриву, в тому числі, і вуглець-вуглецевих зв'язків. Так, пропан при температурі 425 С утворює суміш з 1-нітропропану (25%), 2-нітропропану (40%), нітроетан (10%) і нітрометану (25%).

Крекінг алканів - реакція, що приводить до утворення суміші коротко алканів і алкенів з алканів з великим числом вуглецю в молекулі. Термічний крекінг, що проводиться при температурах від 400 до 700 0 С, протікає, як правило, по радикальному механізму, в результаті спостерігаються численні взаємоперетворення різних радикалів, що призводять до утворення суміші продуктів:

Крекінгу найбільш легко піддаються важкі алкани (фракції нафти-газойлевая), в результаті виходить цінна сировина для нафтохімічних виробництв (алкени- етилен і пропілен, алкани- етан, метан і пропан), а також більш легкі фракції, що використовуються як компоненти бензинів. Піролізні бензини, проте, мають істотний недолік - схильність до осмолению, через наявність великої кількості алкенов.

Сульфохлорування алканів. Використовується для отримання в промислових масштабах синтетичних миючих засобів (СМС). У реакцію беруть досить довголанцюгові нерозгалужені алкани з важкої фракції дизельного палива (С13 -С17):

Коротка характеристика інших вуглеводнів представлена ​​в Додатку Е.