Промышленный способ получения кетонов

1. Окисление спиртов

В лаборатории карбонильные соединения получают окислением спиртов в жестких условиях в присутствии сильных окислителей (дихромата калия К₂Cr₂O₇ или перманганата калия КМnО₄) в серной кислоте Н₂SO₄. В качестве окислителя можно использовать оксид меди (II) при нагревании.

При окислении первичных спиртов образуются альдегиды:

Видеоопыт «Окисление этилового спирта оксидом меди (II)»

Первичные спирты при окислении образуют альдегиды, которые затем легко окисляются до карбоновых кислот:

Чтобы предотвратить превращение альдегида в кислоту, его отгоняют в ходе реакции (t_кип альдегида, не образующего межмолекулярные водородные связи, ниже t_кип спирта и кислоты).

При окислении вторичных спиртов образуются кетоны:

Присоединение воды к ацетилену происходит в присутствии катализатора соли ртути (II) и идет через образование неустойчивого непредельного спирта (енола), который изомеризуется в уксусный альдегид (в случае ацетилена):

Кетоны получают при гидратации других гомологов ряда алкинов:

Раньше это был промышленный способ получения карбонильных соединений. В настоящее время этот способ находит ограниченное применение из-за загрязнения получаемых продуктов токсичными солями ртути и относительной дороговизны.

3. Каталитическое окисление алкенов кислородом воздуха

Этим способом в промышленности получают уксусный альдегид — окислением этилена кислородом воздуха (Вакер-процесс).

Эта реакция протекает в присутствии катализатора – смеси PdCl₂ и CuCl₂ и температуре 100 0 С:

Этим экономичным способом получают низшие альдегиды и кетоны.

Этот промышленный способ более перспективен, чем гидратация алкинов, при которой используются токсичные ртутные катализаторы.

4. Каталитическое дегидрирование спиртов

В промышленности альдегиды и кетоны получают дегидрированием спиртов, пропуская пары спирта над нагретым катализатором (Cu, соединения Ag, Cr или Zn).

Первичные спирты окисляются до альдегидов, а вторичные – до кетонов.

Этот способ получения объясняет суть названия «альдегид» (от лат. alconol dehydrogenatum – спирт, от которого «отняли» водород).

Этот способ позволяет получать карбонильные соединения, в особенности альдегиды, без побочных продуктов окисления.

В 1835 г. немецкий химик Ю. Либих выделил индивидуальное вещество, молекула которого содержала на два атома водорода меньше, чем этанол. Ученый установил состав этого соединения – С₂Н₄О и назвал его альдегидом (от лат. al conol dehyd rogenatum — т.е. дегидрированный спирт, «спирт, лишенный водорода»).

В 1867 г. немецкий химик-органик А. Гофман, пропуская пары метилового спирта над раскаленной платиновой спиралью, получил газообразное вещество состава СН₂О, молекула которого отличается от открытого Либихом альдегида на группу -СН₂— . Именно это соединение (муравьиный альдегид) открывает гомологический ряд альдегидов.

5. Щелочной гидролиз дигалогеналканов

Реакция протекает при действии водных растворов щелочей на дигалогензамещенные углеводороды, содержащие два атома галогена у одного и того же атома углерода.

При щелочном гидролизе дигалогеналканов образуются двухатомные спирты, в которых две группы ОН соединены с одним атомом углерода. Эти вещества неустойчивы и при отщеплении воды, превращаются в карбонильные соединения.

Если два атома галогена связаны с первичным атомом углерода, то образуются альдегиды:

При гидролизе дигалогеналканов, содержащих атомы галогена у вторичного атома углерода, образуются кетоны:

Это лабораторный способ получения карбонильных соединений.

6. Пиролиз солей карбоновых кислот

При пиролизе (термическое разложение) кальциевых, бариевых солей карбоновых кислот образуются соответствующие карбонильные соединения. Из смешанной соли муравьиной и другой карбоновой кислоты получают альдегиды, а в остальных случаях образуются кетоны.

Это лабораторный способ получения карбонильных соединений.

7. Кумольный способ получения ацетона (наряду с фенолом)

Простейший кетон – ацетон – получают кумольным методом вместе с фенолом:

Это промышленный способ получения ацетона.

Преимущества метода: безотходная технология (выход полезных продуктов > 99%) и экономичность. В настоящее время кумольный способ используется как основной в мировом производстве фенола.

Получение формальдегида

1. Окисление метана

Формальдегид в промышленности можно получить окислением метана кислородом воздуха при высоких температурах с использованием катализатора:

2. Окисление метанола

Основной промышленный способ получения формальдегида – окисление метанола с использованием серебряного катализатора при температуре 650 0 С и атмосферном давлении:

Реакция происходит на раскаленной серебряной сетке, через которую проходят пары ментола, смешанные с воздухом. Реакция настолько экзотермична, что выделяющейся в ходе ее теплоты достаточно для того, чтобы поддерживать сетку в раскаленном состоянии.

В настоящее время разработан перспективный способ высокотемпературного окисления метанола с использованием железомолибденовых катализаторов:

Источник

Как из кислоты или спирта получить кетон

Получение кетонов — зачем это нужно

Представить понятие данных химических веществ возможно, рассмотрев для начала характеристику карбонильных соединений. К данной категории относят материалы органического происхождения, молекулы которых содержат карбонильную группу.

Карбонильные соединения классифицируют на альдегиды и кетоны. Общая химическая формула карбонильных соединений имеет следующий вид:

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Кетоны представляют собой соединения, в молекуле которых наблюдается связь карбонильной группы с двумя углеводородными радикалами.

Структурная формула кетонов имеет следующий вид:

Гомологический ряд кетонов отличается сложной структурой из-за изомерии. Данную характеристику можно представить в виде таблицы:

К простейшему типу кетонов относится популярное растворяющее вещество – ацетон. Летучая жидкость не имеет окраса и обладает специфическим запахом. Сферы применения ацетона:

синтез таких материалов, как поликарбонат и полиуретан;
изготовление эпоксидной смолы;
производство лаков;
создание взрывчатых компонентов;
медицинская промышленность;
экстракция растительных материалов.

Какими реакциями это возможно

Существует несколько способов получения кетонов. К таким методикам можно отнести:

каталитическое дегидрирование спиртов;
пиролиз карбоновых кислот и их солей;
гидролиз;
восстановление нитросоединений;
расщепление гидропероксидов;
гидратация алкинов;
ацилирование металлоорганических соединений.

Получение кетонов каталитическим дегидрированием спиртов

С помощью данной химической реакции получают необходимые соединения. Для образования кетонов используют вторичные спирты. В качестве катализаторов применяют следующие материалы:

медь;
серебро;
хромиты меди;
оксид цинка и другие.

В отличие от медных катализаторов оксид цинка характеризуется высокой стойкостью, что способствуют сохранению активности в процессе реакции. Но в этом случае процесс может сопровождаться дегидратацией.

Как получить кетоны при помощи пиролиза карбоновых кислот и их солей

Данный способ основан на древнем методе Пириа. Процесс представляют собой сухую перегонку кальциевой соли кислоты или смеси кислот. Некоторое время пиролиз карбоновых кислот и их солей был главным способом получения ацетона в промышленных масштабах. Исходя из особенностей строения солей, существует возможность получения симметричных кетонов. Таким примером является использование одинаковых кислотных остатков в кальциевых солях. Также с помощью пиролиза получают несимметричные кетоны. В данном случае необходимо наличие разных кислотных остатков в кальциевых солях. В качестве материалов для химических реакций можно применять любые кислые соединения, за исключением муравьиной кислоты. Процесс заключается в следующем:

смесь кислот необходимо пропустить над катализатором, к примеру ThО;
в условиях высокотемпературной среды образуется соль;
затем протекает реакция пиролиза;
происходит разложение карбоната тория на ThO и CO₂.

Примеры получения кетонов с помощью пиролиза карбоновых кислот и их солей:

Получение кетонов с помощью гидролиза

С помощью гидролиза вицинальных галогеналканов образуются гликоли. Кетоны являются результатом химической реакции в виде гидролиза геминальных галогенпроизводных УВ. Процесс выглядит следующим образом:

Получение кетонов восстановлением нитросоединений

Данная реакция Дж.У. Нефа открыта в 1894 году. При восстановлении нитросоединений используют разведенные минеральные кислоты. Во время воздействия этих веществ на соли аци-форм вторичных нитросоединений происходит реакция гидролиза, и образуются кетоны.

Получение кетонов расщеплением гидропероксидов

Окисляясь, углеводороды, согласно принципу радикально-цепного механизма, преобразуются в гидропероксиды. Реакция окисления сопровождается высокими температурами и давлением. В таких условиях гидропероксиды распадаются на свободные радикалы. Процесс может несколько отличаться в зависимости от разветвленности гидропероксида. Природа конечного продукта реакции определяется строением гидроперекиси. В результате цепного процесса окисления образуются кетоны.

Получение кетонов гидратацией алкинов

Карбонильные соединения образуются в результате химической реакции с участием солей ртути (II). В этой среде вода присоединяется к алкинам. К примеру, получение ацетона сопровождается гидратацией пропина.

Получение кетонов ацилированием металлоорганических соединений

Получение необходимых химических веществ данного типа может происходить несколькими способами. Наиболее распространенными методами получения кетонов с помощью ацилирования являются:

Извлечение кетонов с применением металлоорганических соединений из эфиров и хлорангидридов карбоновых кислот. В результате образуются третичные кетоны.
Получение кетонов, используя металлоорганические соединения из амидов. При этом полученные кетоны не могут в дальнейшем преобразоваться в спирты.
Образование кетонов с применением металлоорганических соединений из нитрилов. В процессе получаются нестабильные кетимины, которые путем гидролиза переходят в кетоны.
Вырабатывание кетонов из карбоновых кислот.

Источник