Ароматические углеводороды способы получения применение

Способы получения аренов

Арены (ароматические углеводороды) – это непредельные (ненасыщенные) циклические углеводороды, молекулы которых содержат устойчивые циклические группы атомов (бензольные ядра) с замкнутой системой сопряженных связей.

Общая формула: C_nH_2n–6 при n ≥ 6.

Получение аренов

1. Реакция Вюрца-Фиттига

Хлорбензол реагирует с хлорметаном и натрием. При этом образуется смесь продуктов, одним из которых является толуол:

2. Дегидроциклизация алканов

Алканы с углеродной цепью, содержащей 6 и более атомов углерода в главной цепи, при дегидрировании образуют устойчивые шестиатомные циклы, т. е. циклогексан и его гомологи, которые далее превращаются в ароматические углеводороды.

Гексан при нагревании в присутствии оксида хрома (III) в зависимости от условий может образовать циклогексан и потом бензол:

Гептан при дегидрировании в присутствии катализатора образует метилциклогексан и далее толуол:

3. Дегидрирование циклоалканов

При дегидрировании циклогексана и его гомологов при нагревании в присутствии катализатора образуется бензол или соответствующие гомологи бензола.

Например, при нагревании циклогексана в присутствии палладия образуется бензол и водород

Например, при нагревании метилциклогексана в присутствии палладия образуется толуол и водород

4. Декарбоксилирование солей бензойной кислоты

Реакция Дюма — это взаимодействие солей карбоновых кислот с щелочами при сплавлении.

R–COONa + NaOH → R–H + Na₂CO₃

Декарбоксилирование — это отщепление (элиминирование) молекулы углекислого газа из карбоксильной группы (-COOH) или органической кислоты или карбоксилатной группы (-COOMe) соли органической кислоты.

Взаимодействие бензоата натрия с гидроксидом натрия в расплаве протекает аналогично реакции получения алканов по реакции Дюма с образованием бензола и карбоната натрия:

5. Алкилирование бензола и его гомологов

• Арены взаимодействуют с галогеналканами в присутствии катализаторов (AlCl_3, FeBr₃ и др.) с образованием гомологов бензола.

Например, бензол реагирует с хлорэтаном с образованием этилбензола

• Ароматические углеводороды взаимодействуют с алкенами в присутствии хлорида алюминия, бромида железа (III), фосфорной кислоты и др.

Например, бензол реагирует с этиленом с образованием этилбензола

Например, бензол реагирует с пропиленом с образованием изопропилбензола (кумола)

• Алкилирование спиртами протекает в присутствии концентрированной серной кислоты.

Например, бензол реагирует с этанолом с образованием этилбензола и воды

6. Тримеризация ацетилена

При нагревании ацетилена под давлением над активированным углем молекулы ацетилена соединяются, образуя бензол.

При тримеризации пропина образуется 1,3,5-триметилбензол.

7. Получение стирола

Стирол можно получить дегидрированием этилбензола:

Стирол можно также получить действием спиртового раствора щелочи на продукт галогенирования этилбензола (1-хлор-1-фенилэтан):

Источник

Ароматические углеводороды способы получения применение

Основным природным источником ароматических углеводородов является нефть и каменный уголь.

В промышленности

1.При коксовании (сухая перегонка) каменного угля образуется каменноугольная смола, из которой выделяют бензол, толуол, ксилолы, нафталин и многие другие органические соединения.

2.Аро­ма­ти­за­ция нефти

а) дегидроциклизация (дегидрирование и циклизация) алканов в присутствии катализатора (с числом атомов углерода больше 6):

б) дегидрирование циклоалканов и его гомологов:

При пропускании ацетилена над активированным углем образуется бензол (реакция Зелинского):

В лаборатории

1.Декарбоксилирование солей бензойной кислоты (сплавление солей бензойной кислоты с твердой щелочью)

Соли бензойной кислоты называются бензоаты.

2.Гомологи бензола получают из галогенпроизводных (реакция Вюрца- Фиттига)

Реакции получения аренов указывают на взаимосвязь между различными группами углеводородов и на взаимное превращение их друг в друга.

3.Алкилирование бензола (получение гомологов бензола)

Гомологи бензола получают его взаимодействием с галогеналканами или алкенами в присутствии безводного хлорида алюминия (реакция Фриделя-Крафтса):

При дегидрировании этилбензола образуется производное бензола с непредельной боковой цепью – винилбензол (стирол) C₆H₅-CН=СН₂ (исходное вещество для получения ценного полимера полистирола).

Источник

Производство и применение ароматических углеводородов

Современное промышленное производство ароматических углеводородов основано на процессах переработки нефтяных фракций и в меньшей степени на процессах коксования каменных углей.

Современное промышленное производство ароматических углеводородов основано на процессах переработки нефтяных фракций и в меньшей степени на процессах коксования каменных углей.

Выход ароматических углеводородов при коксовании угля составляет 0,8 -1,5 % от сухой шихты.

В нефтеперерабатывающей промышленности ароматические углеводороды — бензол, толуол, изомеры С8 , триметилбензолы и другие выделяются из продуктов каталитического риформинга бензиновых фракций, а также пиролиза газообразных и жидких углеводородов.

Кроме ароматических углеводородов образуются другие топливные и нефтехимические продукты:

• на процессах риформинга — углеводородные газы, бензин, технический водород,
• при пиролизе — этилен, пропилен, бутилены.

Рост потребности химической промышленности в ароматических углеводородах привел к разработке специальных технологических процессов: выделения ароматических углеводородов из их смесей с парафиновыми, нафтеновыми углеводородами, азеотропной, экстрактивной ректификации, экстракции, разделения пара-, орто-, метаксилолов и этилбензола кристаллизацией, ректификацией, адсорбцией и экстракцией.

Наибольшее применение в органическом синтезе находит бензол.

Для увеличения его выработки разработаны специальные методы его производства — деалкилирование ароматических углеводородов и диспропорционирование толуола.

В США 20% толуола используется на производство бензола, 20% — для химического синтеза, остальной толуол — как высокооктановая добавка к бензину.

Нефтяной ксилол — смесь 4 х изомеров С₈ используется в основном (75%) для получения изомеров, остальное количество — как растворитель и компонент бензина. Наиболее применимы из изомеров С₈ орто- и параксилол, другие изомеры С₈ превращаются в орто- и параксилол путем каталитической изомеризации.

Большая часть ароматики С₉ используются как компонент автобензина, возможно использование для получения смол. Ароматика С10 используется в производстве полиамидов, смол, лаков, пластификаторов.

Применение ароматических углеводородов становится все разнообразнее, так как они обладают высокой реакционной способностью в реакциях замещения.

Это позволяет получать на их основе различные технически ценные производные: синтетические материалы с повышенной термической стабильностью и механической прочностью, высокими диэлектрическими характеристиками, широкий ассортимент физиологически активных веществ и красителей, разнообразные стабилизаторы.

Среди новых направлений — быстро растущее производство технического углерода, графита, графитового волокна из смесей полициклических ароматических углеводородов.

Основные типы процессов производства ароматических углеводородов

Сырьем для производства ароматических углеводородов через процесс каталитического риформинга служат бензиновые фракции прямой перегонки нефти с различными интервалами кипения:

— для получения бензола фракция 62-85 °C (60-85 °C)

— для получения толуола фракция 85-105 °C (85-110 °C)

— для получения ксилолов фракция 105-140 °C (120-140 °C)

При риформинге широкой фракции 62-140 °C получают смесь различных ароматических углеводородов.

На алюмомолибденовых катализаторах выход ароматики составляет 25-30 %.

Платиновые катализаторы (0,4-0,65 % Pt) на алюмооксидных носителях бифункциональны.

Окись алюминия Аl₂O₃ вследствие амфотерности способствует реакции гидрогенизации и гидрокрекинга, а платина — реакции дегидрирования.

Поэтому выход ароматики поднялся до 35-40%.

Российские катализаторы риформинга АП-64, АП-56 промотированы фтором и хлором для поддержания активности.

Использование платиновых катализаторов требует тщательной подготовки сырья, так как наличие в нем примесей кислород-, серу- и азотсодержащих соединений приводит к быстрой потере активности и селективности катализатора.

Жидкие продукты каталитического риформинга содержат смесь ароматических углеводородов с парафиновыми и нафтеновыми.

Для выделения из них ароматики используют процессы экстракции гликолями, сульфоланом, N — метилпирролидоном, что позволяет получить продукты высокой чистоты — выше 95% от их потенциала в сырье экстракции.

Для увеличения выхода бензола целесообразно подвергать риформингу прямогонную бензиновую фракцию 62-140 °C, а получающийся толуол деметилировать.

Для увеличения выхода ксилолов комбинируют установки риформинга с процессом трансалкилирования толуола и ароматики С₉.

Дальнейшее увеличение выхода ароматики можно достигнуть дегидроциклизацией нормальных парафиновых углеводородов С₆ — С₈, выделенных из бензина прямой перегонки или рафинатов каталитического риформинга.

Быстрый рост производства пластмасс и синтетических волокон вызвал необходимость развития крупнотоннажных производств орто- и параксилолов.

Для увеличения их выработки разработан процесс изомеризации этилбензола и метаксилола, идущий в среде водорода.

Ортоксилол затем выделяют ректификацией, а для выделения параксилола используют низкотемпературную кристаллизацию и адсорбцию.

Современное производство ароматических углеводородов основано на бензинах прямой перегонки.

Рациональное распределение бензиновых фракций и развитие различных процессов производства ароматики позволяет выпускать требуемое количество ее, не снижая качества других продуктов нефтепереработки.

Ароматические соединения — циклические органические соединения, которые имеют в своем составе ароматическую систему.

Основными отличительными свойствами являются повышенная устойчивость ароматической системы и склонность к реакциям замещения, а не присоединения.

Различают бензоидные (арены и структурные производные аренов, содержат бензольные ядра) и небензоидные (все остальные) ароматические соединения.

Среди небензоидных ароматических соединений хорошо известны азулен, аннулены, гетарены (пиридин, пиррол, фуран, тиофен), ферроцен.

Известны и неорганические ароматические соединения, например боразол («неорганический бензол»).

Большое практическое значение имеют бензоидные ароматические углеводороды (арены), содержащие кроме бензольных колец и другие углеводородные группы (алифатические, нафтеновые, полициклические).

Основным источником получения ароматических углеводородов служат каменноугольная смола, нефть и нефтепродукты, а также синтетические технологии.

Наиболее важными аренами являются: бензол С₆Н₆ и его гомологи (толуол С₆Н₅СН_з, ксилолы С₆Н₄(СН_з)₂, дурол, мезитилен, этилбензол), кумол, нафталин C₁₀H₈, антрацен С₁₄Н₁₀ и их производные.

Ароматические углеводороды — исходное сырье для промышленного получения кетонов, альдегидов и кислот ароматического ряда, и других веществ.

Источник