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
Основные способы получения углеводородов
Выделение углеводородов из природного сырья
Источниками предельных углеводородов являются нефть и природный газ. Основной компонент природного газа – простейший углеводород метан, который используется непосредственно или подвергается переработке. Нефть, извлеченная из земных недр, также подвергается переработке, ректификации, крекингу. Больше всего углеводородов получают при переработке нефти и других природных ресурсов. Но значительное количество ценных углеводородов получают искусственно, синтетическими способами.
Изомеризация углеводородов
Наличие катализаторов изомеризации ускоряет образование углеводородов с разветвленным скелетом из линейных углеводородов. Добавление катализаторов позволяет несколько уменьшить температуру, при которой протекает реакция. Изооктан применяют как добавку при производстве бензинов, для повышения их антидетонационных свойств, а также в качестве растворителя.
Гидрирование (присоединение водорода) алкенов
В результате крекинга образуется большое количество непредельных углеводородов с двойной связью — алкенов. Уменьшить их количество можно, добавив в систему водород и катализаторы гидрирования — металлы (платина, палладий, никель):
Крекинг в присутствии катализаторов гидрирования с добавлением водорода называется восстановительным крекингом. Основными его продуктами являются предельные углеводороды. Таким образом, повышение давления при крекинге (крекинг высокого давления) позволяет уменьшить количество газообразных (CH4 – C4H10) углеводородов и повысить содержание жидких углеводородов с длиной цепи 6-10 атомов углерода, которые составляют основу бензинов.
Это были промышленные способы получения алканов, которые являются основой промышленной переработки основного углеводородного сырья — нефти.
Теперь рассмотрим несколько лабораторных способов получения алканов.
Нагревание натриевой соли уксусной кислоты (ацетата натрия) с избытком щелочи приводит к отщеплению карбоксильной группы и образованию метана:
Если вместо ацетата натрия взять пропионат натрия, то образуется этан, из бутаноата натрия — пропан и т. д.
Синтез Вюрца
При взаимодействии галогеналканов со щелочным металлом натрием образуются предельные углеводороды и галогенид щелочного металла, например:
Действие щелочного металла на смесь галоген углеводородов (например, бромэтана и бромметана) приведет к образованию смеси алканов (этана, пропана и бутана).
. Реакция синтеза Вюрца ведет к удлинению цепи предельных углеводородов.
Реакция, на которой основан синтез Вюрца, хорошо протекает только с галогеналканами, в молекулах которых атом галогена присоединен к первичному атому углерода.
Гидролиз карбидов
При обработке некоторых карбидов, содержащих углерод в степени окисления -4 (например, карбида алюминия), водой образуется метан:
Источник
Способы получения предельных углеводородов (алканов)
Как было уже сказано, каждый класс органических соединений характеризуется определенными особенностями строения. Мы знаем также, что от строения зависят физические и химические свойства веществ. Следовательно, вещества, принадлежащие к одному классу соединений, должны обладать многими общими или правильно изменяющимися при изменении состава физическими и химическими свойствами. Но не только физические свойства и химически-е реакции, т. е. настоящее и будущее веществ близкого строения, должны иметь много общего; в прошлом таких веществ, т. е. в способах их образования из веществ других классов, также должно быть много общего.
Общие способы получения предельных алифатических углеводородов можно разбить на три группы:
I. Получение из соединений, содержащих в молекуле столько же атомов углерода, сколько их имеется в получаемом углеводороде.
II. Получение из соединений с меньшим числом атомов углерода в молекуле; эти способы можно назвать синтетическими.
III. Получение из соединений с большим числом атомов углерода в молекуле; эти способы относятся к реакциям расщепления молекул.
I. Получение из соединений с тем же числом атомов углерода в молекуле:
1. Получение из производных введением водорода вместо заместителя. Получение углеводородов из соединений с тем же числом атомов углерода, но содержащих, кроме углерода и водорода, другие атомы или группы, т. е. получение углеводородов из их производных, очевидно, должно состоять в замене этих атомов или групп на атомы водорода (элиминирование заместителя). Иначе говоря, реакции этого рода можно рассматривать как реакции восстановления. Замена указанных атомов или групп на водород в различных органических веществах происходит с различной степенью трудности. Например, в таких металлоорганических соединениях, как цинкорганические или магнийорганические, атомы металла легко заменяются на атомы водорода уже при действии воды:
Как показал Вертело (1868), особенно энергично восстанавливает органические вещества иодистоводородная кислота (при нагревании) вследствие ее способности диссоциировать на водород и иод:
При этом водород в момент выделения (in statu nascendi) действует чрезвычайно энергично как восстановитель. Таким образом, можно различные вещества, даже столь трудно восстанавливающиеся, как органические кислоты, восстановить до углеводородов, согласно следующим примерным уравнениям:
Газообразный водород является при обыкновенной температуре веществом инертным. Чтобы водород вступал в реакции восстановления, нужно действовать им в момент его выделения из соединений, пользуясь, например, цинком или амальгамой натрия и соляной кислотой или литийалюминийгидридом LiAlH. В этом случае реакции сводятся к прямому замещению различных атомов и остатков на водород, например:
2. Получение из непредельных углеводородов. К реакциям восстановления относят и реакции получения предельных углеводородов из непредельных, т. е. содержащих двойные и тройные связи. Здесь речь идет о непосредственном присоединении атомов водорода (реакции гидрирования), например:
Эти реакции также протекают при действии таких восстановителей, как иодистоводородная кислота, но могут идти и с газообразным водородом. Однако в последнем случае, вследствие инертности водорода при обыкновенной температуре, приходится прибегать к помощи катализаторов.
Наиболее сильными катализаторами для реакции восстановления водородом являются металлы группы платины в мелко раздробленном состоянии, особенно сама платина, палладий и осмий. В присутствии этих металлов водород легко вступает в реакции даже при обычной температуре (С. А. Фокин; Вильштеттер).
Чрезвычайно важное значение имело открытие, сделанное французскими учеными Сабатье и Сандераном. Ими было найдено (1905), что очень активным катализатором для реакций присоединения водорода является мелко раздробленный никель при температуре выше 100 °С. Кроме металлического никеля, для этой цели теперь применяют также окись никеля, мелко раздробленную медь и ряд других катализаторов. Очень активным катализатором реакций восстановления водородом являет-
ся так называемый скелетный никелевый катализатор («никель Ренея»); он получается из сплава никеля с алюминием — в остатке после выщелачивания большей части алюминия рас-твором едкого натра.
3. Получение из кетонов. Большое значение имеет реакция Н. М. Кижнера, позволяющая получать углеводороды из соответствующих альдегидов и кетонов.
//. Получение из соединений с меньшим числом атомов углерода в молекуле:
1. Получение из галоидных алкилов. Одной из важнейших синтетических реакций получения предельных углеводородов является действие натрия на галоидные алкилы (реакция Вюрца). Механизм этой реакции подробно изучен П. П. Шорыгиным.
При действии натрия на галоидное соединение галоид отщепляется, а два углеводородных остатка соединяются, образуя молекулу углеводорода:
При этом можно взять два различных галоидных алкила:
Аналогично галоидные алкилы реагируют и с некоторыми другими металлами.
Реакцию можно разделить на две фазы: а) образование металлоорганических соединений и б) действие на них галоидных соединений, приводящее к синтетическому образованию углеводородов, например:
Реакция Вюрца имеет большое значение не только для синтеза углеводородов, но и для доказательства их строения, Подбирая галоидные соединения с соответствующими радикалами, можно получить углеводород любого строения, например.
Обозначая одновалентные углеводородные остатки, или радикалы, буквой R, можно изобразить уравнение реакции Вюр-да в самой общей форме:
R — J + R’— J + 2Na——> R — R’ + 2NaJ
2. Электролиз солей одноосновных органических кислот (реакция Кольбе). В растворах соли одноосновных органических кислот распадаются на ионы:
При электролизе ион металла, теряя на электроде заряд, действует на воду с выделением водорода и образованием едкой щелочи, а ион кислотного остатка, потеряв свой заряд, распадается на радикал R· и двуокись углерода СО2. Два радикала R· соединяются в молекулу R—R.
Согласно сказанному, при пропускании электрического тока через раствор уксуснокислого калия происходит реакция:
///. Получение из соединений с большим числом атомов углерода в молекуле (реакции расщепления):
Из реакций получения индивидуальных предельных углеводородов, происходящих с расщеплением углеродной цепи, важнейшей является сплавление солей одноосновных предельных кислот с едкими щелочами. Реакция идет по уравнению
Изооктан применяют как добавку при производстве бензинов, для повышения их антидетонационных свойств, а также в качестве растворителя.
