Как да получите алкан от алкан? Какво друго можеш да получиш от алкан?

Изследването на структурата на органичните съединения, химичните свойства, които се проявяват в тях в реакциите, позволяват производството на различни видове продукти и стоки от същите суровини. Обработката на произведените въглеводороди решава много проблеми. На въпроса: "Как да се получи алкан от алкан?" Химическата наука и практиката на крекинг на нефт дават изчерпателни отговори. Да разгледаме проблема за връзката между различните класове въглеводороди, както и техните производни. Основното внимание ще бъде отделено на индустриалните методи за преработка на съдържащи въглерод суровини.

Генетична връзка на органичните вещества

В ранните етапи на проучването и получаването на въглеводороди и производни химици изглежда, че тези групи са изолирани един от друг. Постепенно натрупана информация, която хвърля светлина върху генетичната връзка на основните класове вещества. Основните усилия бяха насочени към намиране на начини за промяна на структурата, увеличаване на многообразието от комуникации. Най-важните проблеми на теоретичните изследвания и експерименти:

• как да получите алкан от алкан;
• Как да обработваме въглища, суров нефт и природен газ;
• как да се извърши дехидрогенирането на наситени въглеводороди;
• как да получите алкин (ацетилен) от алкан.

Изследователите и практикуващите бяха убедени, че има много реципрочни преходи от един въглеводород в друг.

Практическото значение на генетичните връзки на основните видове съединения

Единството на въглеводородните съединения се доказва в процеса на формиране на органичната химия като наука и индустрия. В развитието на този проблем - как да се получи алкан от алкан - значителен е приносът на руските и съветските органични химици. Много реакционни трансформации, използвани за тази цел, са каталитични процеси, извършвани чрез сложни технологии. Близките връзки и взаимните трансформации на органичните съединения се използват за решаване на редица практически проблеми, сред които:

• получаване от един вид суровини от различни видове вещества;
• производство на сложни продукти с прости съединения и обратното;
• освобождаване на разнообразие от стоки, които са с голямо търсене;
• спестяване на ресурси с високо съдържание на естествени въглеводороди;
• рационално използване на нефтени и газови слоеве, въглищен катран, горими шисти, торф.

Състав на природни източници на въглерод

Въглеродни въглероди от всякакъв вид се намират в природата в значителни количества. Те служат като изходни материали за обработка и получаване на органични съединения с различен състав. Най-важните източници на алкани и алкени:

1. Природен газ. Съдържанието на крайния метанов въглеводород в различните отлагания достига 80-98%. Други съединения: азот, въглероден диоксид, етан, пропан, бутан.
2. Oil. Естествената смес от изомерни въглеводороди от различни отлагания се различава в състава. В някои видове "черно злато" алканите преобладават, други се състоят от циклопарафини и арени. Домините, свързани с петролните газове, също съдържат парафини.
3. Кокс. Производството на въглища, необходими за металургията, е придружено от производството на каменовъглен катран, съдържащ повече от 400 компонента, като основните са арени.
4. Растителни и хранителни суровини - голяма и разнообразна група, включваща дървесина, семена и плодове от промишлени култури, животински мазнини.

Възможни преходи между органични съединения

Сред депозитите на "черно злато" често присъстват циклоалкани или нафтени. Обработката на суровините дава крайните циклични въглеводороди, съдържащи 5-7 С атоми в пръстена, те имат най-голямо практическо значение. Как да стигнем от алкан циклоалкан, ако запасите от нафтени са изчерпани? За получаване на ограничаващи циклични въглеводороди от наситени ациклични съединения се използва метод на дехидроциклизация. Веригите с 4 или повече С атома са затворени, възниква стабилен цикъл. Други типични трансформации на органични вещества могат да бъдат отразени в прости схеми:

• Масло → въглеводороди → алкани → карбоксилни киселини.
• Природен газ → маргинални въглеводороди → карбоксилни киселини.
• Каменни въглища → въглеводороди → алкани → ненаситени въглеводороди → полимери.
• Масло → въглеводороди → арени → бензен → изопропил-бензен → ацетон, фенол.
• Природен газ → ненаситени въглеводороди → етанол.
• Въглища → метанол.
• Масло → въглеводороди → алкени → бутадиен и изопрен.

Нека разгледаме по-подробно кои химически съединения могат да бъдат получени поради генетичната връзка на органичните вещества.

Как да получите алкан от алкан

В промишлеността практически всички видове маргинални въглеводороди произхождат от нефт и газ. Рафинирането на нефт е модерен метод за получаване на алкани от алкани:

А) Течните въглеводороди, които ограничават течността, дават директно дестилация на масло (ниска доходност на целевите продукти).

B) Термални и каталитичен крекинг Маслото се използва за увеличаване на процента на леките фракции, подобряване на качеството на въглеводородите (бензин, керосин). В слънчевата фракция на масло, хексадекан присъства, който по време на разпадане дава додекан и бутилен. Додекан, който вече е под керосиновата фракция, се подлага на допълнително разлагане, от което се получава ограничаващият въглеводород нонан и пропен (алкен). Продължаването на крекинг може да доведе до образуването на хептан и етилен.

Изомеризация и алкилиране

Катализатор изомеризация на алкани позволяват нормална структура разклонена получават: N3S- (СН2) 3 -СН 3 → СН (СН3) 2-СН2-СН3. Продуктът от този процес е изопентан. Нормалният бутан, който се съдържа в крекинг-газовете, се превръща в изобутан в реакция на каталитична изомеризация. Полученият продукт може да бъде алкилиран с изобутилен в присъствието на катализатор и изо-октан - висококачествено гориво. Ако етиленът се използва като алкилиращ агент, в реакцията с изобутан се получава синтетично неохексаново гориво.

Как да получите алкен и алкадиен от алкан

В индустрията ненаситени ациклични въглеводороди с една двойна връзка се получават при крекинг на масло. При висока температура алканите се разлагат (пиролиза). Алкените се изолират от общата маса на междинните и крайните реакционни продукти. Етиленът се получава чрез дехидрогениране на етан върху никелов катализатор: C2H6 → C2H4 + H2uarr-. Бутанът при подобни условия дава 2-бутен, едновременно с това и образуването на етан и етилен. Дехидрогенирането ни позволява да намерим решения на проблема как да се получи алкадиен от алкан. С постепенното отстраняване на две водородни молекули от въглеводород с 4 въглеродни атома се появяват следните трансформации: бутан - бутен - бутадиен. Крайният продукт е важен за освобождаване синтетична гума. Подобно на бутадиен, се получава друг полимер, който имитира ценните качества на естествен аналог: изопентан → изопрен → изопренов каучук.

Как да получите ацетилен от алкан

Въглеродът с една тройна връзка - ацетилен - е много важен в промишления сектор, в строителството и в други области на икономическата дейност. Най-старият метод за получаване на този най-прост алкин се дължи на действието на вода върху твърди частици от калциев карбид. Този метод беше заменен от напукване на природен газ. Сега в химическата промишленост, те знаят как да получат алкина от алкана с най-ниска цена. В специални технологични устройства при висока температура или под въздействието на електрически разряд настъпва дехидрогениране на метан - преобладаващата вещество на природен газ: 2SN4 → HCequiv-СН + 3H2. Ацетилен е широко използван, се получава от ацеталдехид, който по-нататък се използва в производството на оцетна киселина, синтетични смоли, пластмаси, синтетични влакна, гума и гума.

Как да получите арени от крайните въглеводороди

От парафините веригите на трансформация водят до бензен и неговите производни. Процесът на ароматизиране е изследван от руски и съветски химици през 20-ти век. Същността на работата им проведе на "Как да се получи от алкан, бензен и неговите хомолози" намалява до дехидроциклизация хексан, хептан и други наситени въглеводороди: S6N14 → C6H6 + 4N2- S7N16 → С6Н5 + 4H2-СН3. Друг начин е синтезата на циклопарафини от ациклични въглеводороди, последвана от дехидрогениране: хексан → циклохексан → бензен.

Как да получите етил и други алкохоли от алкани

В древни времена над въпроса: "Как да се получи алкохол от алкан?" Не отразяваме, нашите предци използват само метода на алкохолна ферментация на съдържащи захар продукти под действието на дрожди ензими. Ръст на техническата стойност етилов алкохол доведоха до търсене на нови видове нехранителни суровини за производство на етанол. През първата половина на миналия век веществото се превърна в незаменим суров материал за производството на каучук по метода на Лебедев. Един от методите беше предвиден от АМ Булеров, който мечтаеше за евтин метод за производството на етилен ще отвори пътя "за получаване на алкохол". Източници на ненаситени въглеводороди са продуктите на крекинг масло и каталитичното дехидрогениране на алкани. Етанът се получава от етан, който се окислява в присъствието на сярна киселина: C2H6 - C2H4 - C2H5OH. Хидратацията на други алкени, които също се получават по време на обработката на маслото, дава хомолози на синтетичен етилов алкохол. Недостатъците на метода се изразяват в разходите за регенериране на киселината и защита на апарата от нейните корозионни ефекти. Промишлеността премине към метода на директна хидратация на алкени, в който се използват твърди катализатори. Метанолът се получава чрез окисляване на метан. Етиленът и неговите хомолози служат като суровини за производството на алкохоли.

Как от алкани да се получат алдехиди и карбоксилни киселини

След решаването на проблема с евтините суровини за производството на алкохол химиците знаят как да получат алдехида от алкана при най-ниски разходи. Един от начините за получаване на ацеталдехид е хидратацията на ацетилен. Целият процес следва схемата: природен газ → CH4 → C2H2 → CH3-SON. Използването на естествени въглеводороди за производството на етилов алкохол се е увеличило. Веществото е суровина за производството на карбонил и карбоксилни съединения. Ацеталдехидът може да бъде получен чрез дехидрогениране на етана, последвано от образуване на етилов алкохол в реакцията, окисляването или дехидрогенирането му. Един от вариантите е окисляването на етилен: C2H6 → C2H4 → C2H4O. Как да се получи карбоксилна киселина от алкан? Въпрос, който от дълго време е в категорията на проблематичните. Оцетната киселина се образува при ферментация на хранителни суровини със суха дестилация на дървесина. Наличието на налични източници на алкани позволява окисляването на бутан и получаването на евтина оцетна киселина: C4H10 + 2 frac12-02 → 2CH3COOH + H2O. Освобождаването на други карбоксилни киселини от ограничаващите и ненаситените въглеводороди се установява.

Съвременната световна икономика е трудно да си представим без природен газ, нефт и въглищни суровини. От тези естествени смеси се изолират различни алкани, които се използват за производството на голям брой продукти на органичния синтез.