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.
При взаимодействии ацетата натрия с гидроксидом натрия при сплавлении образуется метан и карбонат натрия:
При полном гидрировании ацетилена также образуется этан:
При гидрировании циклопропана образуется пропан:
6. Синтез Фишера-Тропша
Из синтез-газа (смесь угарного газа и водорода) при определенных условиях (катализатор, температура и давление) можно получить различные углеводороды:
Это промышленный процесс получения алканов.
7. В промышленности алканы получают из нефти, каменного угля, природного и попутного газа . При переработке нефти используют ректификацию, крекинг и другие способы.
Источник
Какого способа получения алканов не существует
Алканы выделяют из природных источников (природный и попутный газ, нефть, каменный уголь).
Газообразные алканы получают из природного и попутных нефтяных газов, а твердые алканы — из нефти. Природной смесью твердых высокомолекулярных алканов является горный воск — природный битум.
Метан широко распространен в природе. Он является главной составной частью многих горючих газов как природных (80-97%), так и искусственных, выделяющихся при сухой перегонке дерева, торфа, каменного угля, а также при крекинге нефти. Природные газы, особенно попутные газы нефтяных месторождений, помимо метана содержат этан, пропан, бутан и пентан.
Метан выделяется со дня болот и из каменноугольных пластов в рудниках, где он образуется при медленном разложении растительных остатков без доступа воздуха. Поэтому метан часто называют болотным или рудничным газом.
В промышленности
1. Получение алканов из природных источников (нефть, природный газ)
2. Синтезом на основе водяного газа из оксида углерода (II) и водорода можно получить метан:
3. Синтезом из водяного газа (СО+Н2) получают смесь алканов:
В лаборатории
1. Метан можно получить синтезом из простых веществ при нагревании, повышенном давлении в присутствии катализатора (Ni):
2. Гидролиз карбида алюминия (получение метана)
3. Взаимодействие карбида алюминия с сильными кислотами
Рассмотрим получение и химические свойства алканов. В промышленности основным исходным сырьем для получения алканов служат такие природные источники как нефть и природный газ. Нефть – сложный природный объект, основную массу которого составляют углеводороды (УВ) трех гомологических рядов – алканы, циклоалканы и арены, однако наиболее широко представлены углеводороды смешанного гибридного строения. В составе различных фракций нефти содержатся алканы с числом углеродных атомов от 5 до 30. На 95% природный газ состоит из метана, остальные 5% — примесью этана и пропана.
Алканы выделяют из сырья путем фракционной перегонки, основанной на разности температур кипения. Однако выделение чистых индивидуальных алканов является сложным процессом, поэтому чаще всего получают их смеси. Другим способом их получения является крекинг — термическое разложение углеводородов, в результате которого в углеводородной цепи соединений с более высокой молекулярной массой происходит разрыв углерод-углеродной связи с образованием соединений с более низкой молекулярной массой.
Различают термический крекинг и каталитический крекинг.
Термический крекинг был открыт русским инженером В.Г. Шуховым в 1891 г. Термический крекинг проводят при температуре 450–700 o С. При этом происходит разрыва С–С связей высококипящих алканов с образованием более низкокипящих алканов и алкенов:
При температуре более 1000°С происходит разрыв как С–С связей, так и более прочных С–Н связей.
Каталитический крекинг осуществляется при температуре 500°С, атмосферном давлении в присутствии катализаторов (чаще всего оксидов алюминия и кремния). В этом случае разрыв связей молекул сопровождается реакциями изомеризации и дегидрирования.
Синтетические методы получения алканов
1.Гидрирование ненасыщенных углеводородов.
Реакцию осуществляют в присутствии катализаторов (Ni, Pd) при нагревании:
В присутствии металлического натрия нагревание моногалогензамещенных алканов приводит к образованию алканов с удвоенным числом атомов углерода (реакция Вюрца):
3.Сплавление безводных солей карбоновых кислот с щелочами. При получаются алканы, содержащие на один атом углерода меньше по сравнению с углеродной цепью исходных карбоновых кислот (реакция Дюма):
4.Получение смеси алканов из синтез-газа (СО + Н2):
При электролизе солей карбоновых кислот на аноде выделятся соответствующий алкан и углекислый газ, на катоде — водород и щелочь
Получение метана
1. Действие на раскаленную медь смеси сероводорода и сероуглерода:
2. Нагревание до 1200 градусов смеси водорода и углерода (а в присутствии никелевого катализатора до 475 градусов):
Та же самая реакция протекает в горящей в атмосфере водорода электрической дуге.
3. Взаимодействие карбида алюминия с водой:
4. Нагревание смеси щелочи и ацетата натрия:
5. Взаимодействие водорода и оксида углерода (II):
Химические свойства алканов
Алканы ввиду насыщенности связей при нормальных условиях являются инертными веществами (их еще называют «химические мертвецы»). Они не способны вступать в реакции восстановления, при комнатной температуре не окисляются даже под действием таких сильных окислителей как К2Cr2O7, KMnO4 и т.п. Однако в определенных условиях они могут вступать в реакции окисления (горения), дегидрирования, дегидроциклизации, изомеризации, разложения (крекинг), замещения.
1.Реакция дегидрирования (протекает при повышенной температуре в присутствии катализаторов Pt, Pd, Ni, Fe, Cr2O3, Fe2O3, ZnO):
2СН4 → CH≡CH+ H2 (катализатор — С, 1500°С)
2.Реакция дегидроциклизации (протекает при повышенной температуре в присутствии катализаторов):
3.Реакция изомеризации (протекает при повышенной температуре в присутствии катализатора):
4.Крекинг (нагрев до высоких температур без доступа воздуха):
5.Окисление:
Неполное окисление алканов используют для получения карбоновых кислот, кетонов, альдегидов, спиртов:
бутан уксусная кислота
Действие кислорода воздуха в присутствии солей марганца на алканы с числом атомов углерода в цепи более 25 приводит к образованию смеси карбоновых кислот, среднее число атомов углерода в цепи которых составляет 12-18.
Полное окисление алканов (горение) –это экзотермическая реакция, которая сопровождается разрывом всех С-С и С-Н связей:
Низшие алканы (метан, этан, пропан, бутан) – легко воспламеняются, увеличение углеродной цепи алканов ведет к затруднению их горения, что объясняется недостатком кислорода воздуха, необходимого для полного окисления всего углерода. При этом происходит горение с образованием копоти, угарного газа.
6.Реакция образования «синтез-газа»:
СН4 + H2O → CO + 3H2 (катализатор — Ni, 800°С)
7. Реакция замещения (SR)
Замещение атома водорода происходит по радикальному механизму. Вначале преимущественно замещается третичный атом углерода, затем вторичный и первичный.
Реакция галогенирования алканов возможна только при действии света или высокой температуры. При этом образуются галогеналканы:
Реакция продолжается до тех пор, пока не израсходуется один из реагентов. При большом количестве галогена в результате реакции образуется смесь продуктов замещения 2-х, 3-х и т.д. атомов водорода
Реакция нитрования алканов (реакция Коновалова) протекает при действии разбавленной азотной кислоты:
Видеоопыт «Получение метана»
