V. Реакции дегидрирования. Циклизация и ароматизация.

СН₃СН₂СН₃  СН₃СН=СН₂ + Н₂

       Дегидрирование алканов, начиная с гексана (n ³ 6), при определенных условиях сопровождается циклизацией и дегидроциклизацией (ароматизацией):

                                                                                         метилбензол (толуол)

Получение алканов

1. Природные источники получения алканов: нефть, природные и попутные газы.

2. Гидрирование ненасыщенных углеводородов водородом над мелкоизмельченными металлическими катализаторами (катализаторы: Ni, Pt, Pd):

       C_nH_2n + Н₂  C_nH_2n+2

        алкен                    алкан

C_nH_2n-2 + 2Н₂  C_nH_2n+2

        алкин                        алкан

3. Термический и каталитический крекинг алканов, начиная с бутана (образуется смесь алканов и алкенов), процесс сопровождается уменьшением числа углеродных атомов в молекуле исходного алкана:

4. Реакция Вюрца. Эта реакция применима для получения симметричных алканов (приводит к получению алкана с удвоенным числом атомов углерода):

       При использовании смеси разных алкилгалогенидов выходы смешанного продукта обычно низки вследствие различий в их реакционной способности:

5. Декарбоксилирование солей Na-(K-)солей карбоновых кислот при сплавлении со щелочами (синтез Дюма), приводит к укорочению углерод-углеродной цепи:

 

6. Восстановление алкилгалогенидов:

а) иодоводородом:

б) каталитическое гидрирование:

C₂H₅Br +H₂  C₂H₆ + HBr

в) восстановление комлексными гидридами металлов:

4C₃H₇Br + LiAlH₄ ® 4C₃H₈ + LiBr + AlBr₃

 

7. Каталитическое гидрирование СО и СО₂:

 

8. Гидролиз карбида алюминия (получение метана в лаборатории):

9. Электролиз водных растворов щелочных солей карбоновых кислот (реакция Кольбе):

2СН₃СН₂СООNa + 2H₂O 2NaOH + Н₂ + СН₃СН₂СН₂СН₃ + 2СО₂

 

Применение алканов и их производных

Топливо, горючее для двигателей внутреннего сгорания

Получение органических кислот и далее синтетических моющих средств

Получение сажи и непредельных углеводородов

Дихлорметан используется в холодильной технике и как растворитель

Трихлорметан (хлороформ) используется как растворитель, для получения фреонов, тефлона, хлорофоса

 

ЦИКЛОАЛКАНЫ

Циклоалканы (циклопарафины) являются насыщенными углеводородами, содержащими цикл из трех и более атомов углерода. Они относятся к алициклическим углеводородам.

 Все атомы углерода цикла находятся в sp³-гибридизации. В простейших циклах (С₃, С₄) углы между С-С-связями сильно отличаются от тетраэдрического угла (109⁰28¢ ), что создает в молекулах напряжение, вследствие этого молекулы циклопропана и циклобутана обладают высокой реакционной способностью. Свободное вращение вокруг С-С-связей, образующих цикл, отсутствует. С увеличением числа атомов углерода (циклы С₅-С₆) угловое напряжение уменьшается и наблюдается ограничеснная возможность вращательного движения, например, циклогексан существует в двух конформациях («кресло» и «ванна»).

Общая формула циклоалканов С _n H_{2 n}  ( n ³ 3).

Простейшие представители:

                                      циклопропан                               циклобутан

Номенклатура циклоалканов. Названия циклоалканов образуют прибавлением приставки “ цикло” к названиям соответствущих ациклических углеводородов. Заместители нумеруют таким образом, чтобы цифры были минимальные.

                                1, 2-диметилциклопропан             1, 1-диметилциклопропан

Изомерия циклоалканов.

Структурная изомерия. а) изомерия углеродного скелета связана с различной величиной циклов, видом и строением заместителей и их расположением; б) межклассовая изомерия (изомерны алкенам).

Пространственная (геометрическая) изомерия. Возникает при наличии в цикле (С₃-С₆) двух заместителей, расположенных у соседних атомов углерода.

Например, в молекуле 1, 2-диметилциклопропана две метильные группы могут находиться по одну сторону от плоскости цикла (цис-изомер) или по разные стороны (транс-изомер):

                                          цис-циклопропан          транс-циклопропан

Физические свойства. Циклопропан и циклобутан – газы, циклопентан и циклогексан – жидкости, высшие циклоалканы – твердые вещества. Циклоалканы легче воды и практически в ней нерастворимы.

Химические свойства. Циклоалканы, содержащие циклы различного размера, неодинаково ведут себя в химических реакциях. Соединения с трех- и четырехчленными циклами отличаются повышенной реакционной способностью, для них характерны реакции присоединения (подобно алкенам). Углеводороды, содержащие циклы с пятью и более атомами углерода, более устойчивы, для них характерны реакции замещения (подобно алканам).

I. Реакции присоединения

Гидрирование (образование алканов):

Галогенирование (образование дигалогеналканов):

Гидрогалогенирование (образование моногалогеналканов):

II. Реакции замещения

Галогенирование (образование моногалогенциклоалканов):

                                      циклогексан                  хлорциклогексан            

III. Реакции дегидрирования (образование ароматических углеводородов):

                                            циклогексан            бензол

IV. Реакции окисления

1) горение:

C_nH_2n + nCO₂ + nH₂O

2) окисление циклогексана и его производных под действием сильных окислителей:

                                                                                          гександиовая (адипиновая) кислота

Получение циклоалканов.

1. Циклизация дигалогеналканов под действием активных металлов Na, Zn, Mg (применяется для получения трех- и четырехчленных циклов):

                                      1, 4-дихлорбутан                                циклобутан

2. Циклизация алканов:

                                                                                          циклогексан

Гидрирование циклоалкенов или ароматических углеводородов:

                                                    циклопентен                    циклопентан

                                                          бензол                             циклогексан

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: