Производство на алкани и техните свойства

Най-простите съединения, изследвани по време на органичната химия, са наситени въглеводороди или парафини, наричани също алкани. Техният качествен състав е представен от атоми само на два елемента: въглерод и водород. Молекулите на съединенията съдържат само един вид химическа връзка - единична или проста. В тази статия ще разгледаме структурата, както и начините на получаване и свойствата на алканите.

Представители на поредицата и техните имена

Първата връзка на един клас парафини е метанът. Неговата молекулна формула е CH₄, съответства на общата формула на веществата, които имат следната форма:_пН_2п+2. Първите четири алкани имат отделни имена, например метан, етан. Започвайки с петата съставка, номенклатурата се изгражда с гръцки цифри. Например, вещество с пет въглеродни атома в молекулата С₅Н₁₂ наречен пентан (от гръцката дума "Пента" - пет). Съгласно рационалната номенклатура алканите, химичните свойства и подготовката на които изследваме, могат да бъдат представени под формата на вещества - производни на метана. В своята молекула един или повече водородни атоми са заместени с въглеводородни радикали. за систематична номенклатура трябва да се избере най-дългата верига от въглеродни атоми, които са номерирани от края, към който радикалите са по-близо. След това определете броя на въглеродния атом, свързан със сигмата, към радикалната частица, и прецизирайте радикала, като добавите към него името на самия алкан, например 3-метилбутан.

Приготвяне на алкани

Основният и най-разпространен източник на парафиново производство са минералите: природен газ и нефт. Следи от метан, заедно с водород и азот, могат да бъдат намерени в състава на блатния газ. Твърди алкани, които съдържат голям брой въглеродни атоми в молекулата, присъстват в зооцерита. Това е планински восък, притежаващ цял набор от уникални свойства, чиито находища се развиват, например, на територията на Западна Украйна. Съществуват и редица синтетични методи за производството на крайни въглеводороди, по-специално редукционната реакция. В индустрията няколко метода за получаване на алкани могат да бъдат разграничени чрез окислително-редукционни реакции, например между халоалкили и водороден йодид или натриев амалгам. По-лесно е намаляването на алкени, алкини или алкадиени с водород в присъствието на никелов катализатор. Продуктът от реакцията ще бъде съответният парафин. Процесът може да бъде изразен чрез следното реакционно уравнение:

СН₂ = СН₂ + Н₂ = Н₃C-CH₃ (Етан)

Алкално топене на соли на карбоксилни киселини

Ако натриевата сол на CH₃COONa или други вещества от този клас, които съдържат активни метални атоми, с натриев хидроксид или натриева вар, е възможно да се получат крайните въглеводороди. Първият вид реакция е по-често използван в лабораторни условия, последният се използва за точно анализиране на структурата на карбоксилната киселина, която е част от солта. Този метод за получаване на алкани позволява наблюдаване на разцепването на въглеродната верига на реагента и намаляване на броя на въглеродните атоми в него.

Реакцията на Wurz

Веществата, получени от парафини, при които замяната на водородни атоми с хлорни, бромни или йодни частици, могат да взаимодействат с фино раздробен метален натрий. Реакционното уравнение в общата форма ще бъде, както следва:

2RHal + 2Na → R-R + 2NaHal,

Този процес е открит през 1870 г. от френския химик Ф. Вурц. По-късно PP Sharygin изясни своя механизъм, водещ до производството на алкан. Оказа се, че халогенният атом първоначално е заменен с метал. След това полученото органично сулфоново съединение реагира с друга халогеноалканова молекула. Тази реакция намира приложение в технологията за синтез на висши парафини.

Свойства на крайните въглеводороди

Физическите характеристики на всеки клас органични съединения се определят от свойствата, които се променят естествено и зависят от структурата на молекулите на веществата. По този начин първите четири хомолога на алканите, реакциите, за които говорихме по-рано, са газове. В течната фаза съществуват парафини, съдържащи от 5 до 14 въглеродни атома, докато останалите алкани са твърди съединения. Газообразните и твърди вещества не миришат, течните парафини миришат на керосин или бензин. Най-важните химични свойства на веществата включват например твърдо окисление - изгаряне, което води до голямо количество топлина:

СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2H₂ох

Спомнете си, че метанът е основният компонент на основното гориво - природен газ.

Реакции на заместване

Халогенирането, преминаващо през свободен радикален механизъм, е друга характеристика на алканите. Той се отнася до реакциите на заместване и води до образуването на съединения - халогенирани парафини:

C₅Н₁₂+Cl₂ = НС1 + С₅Н₁₁Cl (хлоропентан).

Нитрирането е взаимодействието на алканите с разредена нитратна киселина в присъствието на катализатор и под налягане, открит през 1889 г. от Н.М. Коновалов. Нитотровите съединения на парафините имат широка гама от приложения като суровини за производството на ракетно гориво, взривни вещества, както и за производството на карбоксилни киселини и амини.

Окислението на висшите членове на хомоложната серия алкани в присъствието на катализатор води до получаването на алкохоли и карбоксилни киселини, използвани за синтеза на пластификатори, използвани за производството на пластмаси и детергенти.

В тази статия разгледахме свойствата на крайните въглеводороди и проучихме методите за тяхното производство.