Хімічні властивості граничних вуглеводнів (алканів)

Вуглеводні ряду метану при звичайній температурі хімічно дуже інертні, чому вони і отримали назву парафінів (від латинських слів parum affinis – володіє малим спорідненістю). З більшістю хімічних реагентів ці вуглеводні в зазначених умовах або зовсім не реагують, або реагують надзвичайно повільно. При порівняно невисоких температурах протікає лише невелике число реакцій, при яких відбувається заміна атомів водню на різні атоми і групи (реакції металеп – cuu). Ці реакції ведуть до отримання похідних відповідних вуглеводнів.

До реакцій приєднання парафіни взагалі нездатні в силу насиченості всіх зв’язків атомів вуглецю.

1. дія галогенів

Важливою реакцією парафінових вуглеводнів є взаємодія їх з галоидами На світлі ці вуглеводні можуть послідовно заміщати атоми водню на атоми галоида. При цих реакціях хлор діє енергійніше інших галоидов. Найважче реагує йод, і притому реакція не йде до кінця, так як, наприклад, при взаємодії метану з йодом утворюється йодистий водень, що реагує з йодистим метилом з утворенням метану і йоду (оборотна реакція).
Поділитися:
система Orphus
Хімічні властивості граничних вуглеводнів (алканів)

Вуглеводні ряду метану при звичайній температурі хімічно дуже інертні, чому вони і отримали назву парафінів (від латинських слів parum affinis – володіє малим спорідненістю). З більшістю хімічних реагентів ці вуглеводні в зазначених умовах або зовсім не реагують, або реагують надзвичайно повільно. При порівняно невисоких температурах протікає лише невелике число реакцій, при яких відбувається заміна атомів водню на різні атоми і групи (реакції металеп – cuu). Ці реакції ведуть до отримання похідних відповідних вуглеводнів.

До реакцій приєднання парафіни взагалі нездатні в силу насиченості всіх зв’язків атомів вуглецю.

1. дія галогенів

Важливою реакцією парафінових вуглеводнів є взаємодія їх з галоидами На світлі ці вуглеводні можуть послідовно заміщати атоми водню на атоми галоида, наприклад:
При цих реакціях хлор діє енергійніше інших галоидов. Найважче реагує йод, і притому реакція не йде до кінця, так як, наприклад, при взаємодії метану з йодом утворюється йодистий водень, що реагує з йодистим метилом з утворенням метану і йоду (оборотна реакція):
Щоб реакція дійшла до кінця, необхідно утворюється йодистий водень весь час видаляти зі сфери реакції (па – приклад, додаванням окису ртуті або йодноватої кислоти).

2. Дія азотної кислоти

Азотна кислота при звичайній температурі майже не діє на парафінові вуглеводні; при нагріванні ж діє головним чином як окислювач. Однак, як знайшов М. І. Коновалов (1889), при нагріванні азотна кислота діє почасти й «Нітра» чином; особливо добре йде реакція нітрування зі слабкою азотною кислотою при нагріванні і підвищеному тиску. Реакція нітрування виражається рівнянням
тобто один з атомів водню замінюється на залишок NO2 (ні – трогруппа) і виділяється вода.

Особливості будови ізомерів сильно відбиваються на перебігу цієї реакції, так як найлегше вона веде до заміщення на нітрогрупу атома водню в залишку СІ (наявному лише в деяких ізомерах), менш легко заміщується водень в групі СН2 і ще важче – в залишку СН3.

Парафін досить легко Нітра в газовій фазі при 150-475 °С двоокисом азоту або парами азотної кислоти; при цьому відбувається частково і. окислення. Нитрованием метану виходить майже виключно нитрометан:
Наступні гомологи дають суміш різних нітропарафінов внаслідок попутно йде розщеплення. При нитровании етану виходять нітроетан СН3 – СН2- NO2 і нитрометан СН3 – NO2. З пропану утворюється суміш нітропарафінов:
З нормального бутану:
Нітрування парафінів в газовій фазі тепер здійснюється в промисловому масштабі.

3. Дія сірчаної кислоти

Сірчана кислота при звичайній температурі не діє на парафіни; при високій температурі діє як окислювач. При слабкому нагріванні димляча сірчана кислота може діяти на парафінові вуглеводні (особливо на вуглеводні нагострили свого – ня, що містять групу СН), утворюючи сульфокислоту і воду (реакція сульфування):
4. Одночасна дія сірчистого ангідриду і кисню

При спільній дії сірчистого ангідриду і кисню повітря під впливом ультрафіолетових променів або добавок перекисів парафінові вуглеводні, навіть нормальної будови, реагують з утворенням суль – фокіслот (реакція сульфоокісленія):
5. Одночасна дія сірчистого ангідриду і хлору

При спільній дії сірчистого ангідриду і хлору при висвітленні ультрафіолетовим випромінюванням або під впливом деяких каталізаторів відбувається заміщення атома водню з утворенням так званих сульфохлорі -дов (реакція сульфохлорування):
Замість суміші SO2 і Cl2 можна користуватися хлористим сульфурілом.

6. Дія кисню і окислювачів

Кисень і окислювачі, навіть такі сильні, як хромова кислота і пер- манганат, при звичайній температурі майже не діють на парафінові вуглеводні. При підвищеній температурі сильні окислювачі повільно діють на граничні углево –

Дород таким чином, що в якомусь місці молекули розривається зв’язок між атомами вуглецю і молекула розпадається на окремі осколки, що окислюються при цьому в органічні кислоти. Ці кислоти завжди містять в молекулі менше число атомів вуглецю, ніж вихідний вуглеводень, тобто реакції окислення є завжди реакціями розпаду (розщеплення) молекули вуглеводню.

Газоподібний кисень при звичайній температурі віз- се або майже не діє на парафіни. При високій температурі вуглеводні спалахують і горять, причому відбувається повне руйнування органічної молекули, що веде до утворення вуглекислого газу і води. Лише порівняно недавно було досліджено дію кисню і повітря на алкани (переважно тверді) при середніх температурах, коли окислювання протікає досить енергійно, але не призводить до займання. Виявилося, що і в цьому випадку відбувається часткове розщеплення молекул вуглеводнів з утворенням кисневмісних речовин, головним чином органічних кислот. В даний час окислення суміші вищих твердих граничних вуглеводнів – окислення парафіну – проводиться у великих промислових масштабах для отримання жирних кислот.

Останнім часом промислове значення отримує так зване регульоване (проведене при порівняно низьких температурах) окислення киснем або повітрям також і нижчих граничних вуглеводнів: метану, етану, пропану і бутану. При цьому виходять суміші спиртів, альдегідів, ке – тонів і кислот, причому проміжно утворюються, очевидно, найпростіші перекисні з’єднання. При окисленні пропану, наприклад, можуть виходити наступні речовини. При високих температурах всі парафінові вуглеводні піддаються більш -менш глибокого розпаду з розривом зв’язків С -С або С- Н. При цьому утворюються продукти, склад яких залежить від умов термічного впливу (температура, тиск, тривалість нагрівання) і від природи вуглеводню. Так як здійснення етіч процесів в принципі нескладно, а отримувані продукти є цінним паливом і важливою сировиною для хімічної промисловості, цей шлях використання парафінових вуглеводнів інтенсивно вивчався і широко поширений.

Метан краще за всіх інших вуглеводнів витримує нагрівання: він починає помітно розкладатися лише близько 800 °С. Найважливішим продуктом перетворення метану є ацетилен, який виходить з хорошим виходом тільки в спеціальних умовах. Одночасно виходять етилен до водень. При зниженні температури вміст ацетилену в продуктах розпаду знижується, а етилену – збільшується; зниження тиску сприяє збільшенню виходу обох вуглеводнів. Вище 1600 °С, а також при тривалому нагріванні до 800-1600 °С метан розпадається головним чином на вуглець і водень.

Етан при температурі 575- 1000Е С розпадається переважно на етилен, ацетилен і водень; при подальшому нагріванні відбувається обвуглювання і разом з тим освіта ароматичних вуглеводнів.

Термічний розпад більш складних вуглеводнів відбувається по- різному в залежності від температури. Чим довше і разветвленнее вуглецевий скелет молекули парафіну, тим легше відбувається термічний розклад. Так, однакова ступінь термічного розпаду досягається у пропану при 700 – 800 °С, а у бутану при 650-750 °С. Наступні гомологи починають розпадатися при ще більш низьких температурах.

Хімічні реакції, що відбуваються при термічному розпаді вуглеводнів, зазвичай називають крекингом (англ. – розтріскування, розламування). Механізм процесу крекінгу досить складний. Первинними продуктами реакції є вільні радикали, котрі вступають потім у взаємодію між собою та з іншими молекулами. Кінцевими продуктами крекінгу, проведеного при 450-550 °С, є суміші більш низькомолекулярних вуглеводнів (насичених, ненасичених і циклічних). При 550-650 °С відбувається більш глибокий крекінг: виходить багато углистого залишку (коксу), найпростіших газоподібних вуглеводнів (насичених і ненасичених), а також суміш рідких вуглеводнів, у якій переважають ароматичні вуглеводні. При більш тривалому нагріванні утворюється більше циклічних вуглеводнів і менше ненасичених. Вище 1000 °С розпад йде вже головним чином до вуглецю (кокс) і водню. Крекінг вищих вуглеводнів в атмосфері водню, особливо під тиском і в присутності каталізаторів (наприклад, окису заліза), призводить до суміші, в якій переважають парафінові вуглеводні (Бергиус).

Посилання на основну публікацію