Способы применения этиленовых углеводородов

Этиленовые углеводороды (общие понятия, физические, химические свойства, применение в фармации и медицине)

Общие свойства

Этиленовые углеводороды, алкены, олефины (от французского слова — Gas olefant — маслообразующий газ) — это углеводороды алифатического ряда, содержащие одну двойную связь.

Общая формула этиленовых углеводородов СnH2n. Они составляют гомологический ряд, первым представителем которого является этилен СН2 = СН2.

Классификация и номенклатура

Названия этиленовые углеводороды по заместительной номенклатуре IUPAC образуют путем замещения суффикса -ан в названии соответствующего насыщенного углеводорода на -ен; положения двойной связи обозначают цифрой, при этом нумерация начинается с того конца цепи, к которому ближе расположен двойная связь:

• СН3-СН = СН-СН 2 СН (СН 3) -СН3 — 5-метилгексен-2.

Для первых членов гомологического ряда более употребляемыми являются тривиальные названия — этилен, пропилен, бутилен и т.п., причем названии первого представителя «этилен», по правилам IUPAC, предоставляется преимущество перед названием «этен». Иногда используют рациональную номенклатуру, по которой углеводород рассматривают как производную этилена, в котором атомы водорода замещены на радикалы:

Для этиленовых углеводородов, начиная с С4Н8, характерная структурная изомерия (изомерия углеродного скелета, изомерия положения двойной связи), а также геометрическая (цис, транс) изомерия, что обусловлено значительным барьером вращения вокруг двойной связи. При нормальных условиях:

• первые четыре представителя алкенов — газы
• соединения С5-С17 — бесцветные жидкости
• далее следуют твердые вещества

Физические свойства

Есть углеводороды практически нерастворимые в воде, ограниченно растворимые в спиртах и хорошо — в углеводородах, их галогенпроизводных, эфире.

Химические свойства

Реакционную способность этиленовых углеводородов определяет наличие в их молекуле двойной С = С связи. Атомы углерода, соединенные двойной связью, находятся в sp2-гибридизованому состоянии и образуют δ- и π-связи, из которых π-связь менее прочный. Он состоит из двух базисных орбиталей — связующего и разрыхлительно, образованных за счет π-орбиталей атомов С.

615 кДж / моль, длина — 0,134 нм, для этилена валентные углы равны 120 °. Вследствие высокой поляризуемости и низкой энергии образования π-связи алкены достаточно легко вступают в реакции электрофильного присоединения по двойной связи. Есть углеводороды, которые взаимодействуют с галогенами с образованием вицинальных дигалогенопохидних; условия протекания реакции зависят от природы галогена (реакцию с F2 проводят при температуре -78 ° С, константа равновесия реакции йодирования очень мала). Известны методы замещения атомов водорода галогеном с сохранением двойной связи. Так, при взаимодействии олефинов с N-бромсукцинимид в CCl4 в присутствии пероксидов (реакция Воля — Циглера) или солями хлорноватистой кислоты образуются α-галогенопроизводные.

Прямое галогенирование этиленовых углеводородов при температуре 400-600 ° С также приводит к замещению атомов Н, например, хлорированием пропилена получают хлористый аллил CH2ClCH = CH2, который является исходным продуктом в синтезе синтетического глицерина.

Эти реакции осуществляются по радикальному механизму. Подобно галогенам присоединяются к этиленовых углеводородов с образованием галогеногидринов и гипогалогенновые кислоты (HOCl, HOBr, HOI).

Гидратация этиленовых углеводородов возможна только в присутствии кислотных катализаторов, например, H2SO4, H3PO4, HClO4 и др. Таким образом, в промышленности из этилена и пропилена получают этиловый и изопропиловый спирты. Реакцию гидратации можно осуществить и в газовой фазе — при повышении температуры и давления, Kt — Al2O3, ZnCl2 и тому подобное. В присутствии кобальтовых катализаторов этиленовые углеводороды реагируют с СО и Н2 с образованием, в зависимости от условий, альдегидов или спиртов (так называемый оксосинтез). Присоединение Н2 к этиленовым углеводородам на гетерогенных катализаторах (металлические мелкодисперсные Ni, Pt, Pd), гомогенное каталитическое гидрирование (Kt — [(C6H5) 3P] 3RhCl или [(C6H5) 3P] 3RuClH), восстановление с помощью диимида приводят к образованию соответствующих алканов. Есть углеводороды, которые вступают в реакцию гидроборирования. Триалкилбор можно легко окислять в щелочной среде до соответствующего спирта.

В полярных средах этиленовые углеводороды реагируют с галогеноводородами с образованием алкилгалогенидов, присоединение электрофилов происходит по правилу Марковникова. В реакции с НBr или аминами порядок присоединения зависит от наличия или отсутствия примесей пероксидных соединений, поскольку в их присутствии отмечается противоположный правила Марковникова эффект.

Алкены вступают в реакции АЕ со спиртами, кислотами, галогенангидридами и ангидридами карбоновых кислот (реакция Дарзана).

Присоединяются к солям переходных и платиновых металлов (Ag +, Ru +, Hg2 +, Pb4 +, Cu2 +), образуя при этом р-комплексы, например.

FeCl2 • C2H4 • H2O реагируют с N2O3, N2O4, NOCl, IN3 с образованием, как правило, кристаллических аддуктов.

Есть углеводороды, которые проявляют высокую алкилирующюю способность — в присутствии кислот Льюиса (AlCl3, BF3, HF и др.) они реагируют с насыщенными углеводородами. Разветвленные алканы, которые образуются при этом, применяют как высокооктановые добавки к моторному топливу. В условиях реакции Фриделя — Крафтса бензол алкилируется этиленом в этилбензол (полупродукта в синтезе стиренов), пропиленом — до Кумены (изопропилбензену), который используют для получения ацетона и фенола. При повышенной температуре в присутствии катализаторов (кислоты, ZnCl2 и т.д.).

Этиленовых углеводородов подвержены изомеризации: при этом происходит миграция двойной связи α-олефинов в β-положение, а также возможна изомеризация углеродного скелета. Большое практическое значение имеют процессы полимеризации этиленовых углеводородов.

Кислотные катализаторы вызывают катионную полимеризацию алкенов. Этилен при этих условиях полимеризуется достаточно трудно, пропилен и изобутилен в безводных средах образуют полимеры с очень длинными цепями. В присутствии 60% H2SO4 изобутилен димеризуется, гидрированием димера приводит к образованию изооктана. В присутствии свободных радикалов этиленовых углеводородов полимеризуются по цепному механизму. Свободнорадикальная полимеризация этилена в промышленности проводится под давлением 100 МПа и выше и при температуре 100 ° С, процесс инициируется пероксидами или О2 (следы). Пропилен и изобутилен по радикальному механизму полимеризуются плохо. Реакции нуклеофильного присоединения для этиленовых углеводородов менее характерны и ход их возможен только в условиях взаимодействия с сильными нуклеофилами, например, с металлоорганическими соединениями типа С4Н9Li. К реакциям AN принадлежат анионная полимеризация этиленовых углеводородов (С применением катализатора Циглера — Натти).

Получение и применение в промышленности

В промышленности так получают высокомолекулярный полиэтилен, стереорегулярный изотактический полипропилен, этилен — пропиленовый каучук. Реакционные карбены присоединяются к двойной связи с образованием циклопропанового фрагмента — циклопропанирования. Известны реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения и диеновый синтез. Есть углеводороды, которые легко окисляются и в зависимости от условий реакции окисления образуются различные вещества. Например, при действии KMnO4 (в кислой среде) — смесь карбоновых кислот и кетонов, при действии KMnO4 (слабощелочной раствор) — гликоли (реакция Вагнера), так же действует OsO4 в органических растворителях; HIO4 в присутствии OsO4 расщепляет молекулы этиленовых углеводородов по двойной связи с образованием смеси карбонильных соединений. То же происходит при озонолиза и разложении озонидов. Реакцию Вагнера и озонирование используют для определения строения этиленовых углеводородов. Действие молекулярного кислорода на этиленовые углеводороды в газовой фазе (150-300 ° С) в присутствии катализатора (Ag) приводит к образованию эпоксисоединений. Таким образом в промышленности синтезируют этилен- и пропиленоксид.

Эпоксиды образуются количественно при воздействии на этиленовых углеводородов надкислот или Н2О2 в ацетонитриле.

При окислении этилена и пропилена кислородом воздуха (CuCl2 и PdCl2) получают соответственно ацетальдегид и ацетон. Известны также методы окисления этиленовых углеводородов, при которых привлекаются двойные связи; например в промышленности газофазным окислением пропилена получают акролеин, в результате окислительного аммонолиза образуется акрилонитрил. Основным способом добывания этиленовых углеводородов является использование нефтепродуктов и природного газа. Из газов жидкофазного и парофазного крекинга комбинацией методов розничной адсорбции, глубокого охлаждения и ректификации под давлением можно выделить индивидуальные этиленовые углеводороды. В лабораторных условиях и в небольшом количестве в промышленности этиленовых углеводородов получают дегидратацией спиртов над Al2O3 или ThO2 при температуре 400-420 ° С или с помощью кислотных дегидратных агентов (H2SO4, ZnCl2, P2O5 и др.).

Метод удобен в случае получения низших олефинов, так как в случае более сложных этиленовых углеводородов реакция часто сопровождается изомеризации. Есть углеводороды (Главным образом цис-изомеры) с заданным положением двойной связи можно получить пиролизом эфиров карбоновых кислот: разложением четвертичных аммониевых оснований (реакция Гофмана) гидрированием ацетиленовых углеводородов или дегидрированием алканов; действием алкилиденфосфоренив на карбонильные соединения (реакция Виттига), восстановительным сочетанием альдегидов и кетонов при обработке LiAlH4 и др. Этиленовые углеводороды — основные исходные реагенты в химической промышленности. Из этилена и пропилена получают различные полимеры и эластомеры, эпоксисоединения, дихлорэтан, этанол, стирен и др.

Применение в медицине и фармации

Полиэтилен по-разному используется в фармации, во-первых, для изготовления упаковочных изделий (флаконов, шприцев, капельниц, пробок и др.) во-вторых, как скелетоутворювальний материал для матрицы в производстве таблеток.

Полиэтилен высокого давления с вазелиновым маслом является мазевой основой ( «Plastibas»). Композиции полиэтилена с вазелиновым маслом или полипропилена с минеральным маслом в определенных концентрациях ( «Plastibasе», «Selene», «Plastonite», «Sguile») пригодны для приготовления мазей с ихтиолом, дегтем, перуанским бальзамом и др. Изобутилен — сырье для получения бутилкаучука, изопрена, трет-бутилового спирта; его используют для алкилирования фенолов при синтезе ПАВ. α-олефины состава С10-С18 задействованы в синтезе ЮАР, а также в получении высших спиртов.

Распространение в природе

Молекулы с двойной связью очень распространены в природе и играют важную биологическую роль. Например, в состав растительных жиров входят ненасыщенные и полиненасыщенные кислоты, многие растения содержат маслообразная смеси веществ, известные как терпены; в организме животных содержится витамин А (ретинол), некоторые алкены имеют свойства, характерные для феромонов. Так, один из высших гомологов этилена цис-9-трикозен (мускалур) СН 3 (СН 2) 12СН = СН (СН 2) 7СН3 является половым атроктантом самки домашней мухи. Самый алкен этилен — гормон роста растений, который контролирует созревания фруктов и появление в них окраску.

При воздействии на организм он вызывает общий наркоз. Введение двойной связи в молекулы может усилить или существенно изменить физиологическое действие вещества. Трихлорэтилен (Cl2C = CHCl) имеет значительно большую наркотическое действие по сравнению с хлороформом или этилхлоридом, а при введении в морфин алильного группы вместо метильной получают его антагонист.

Литература

1. Жогло Ф., Возняк В., Попович В., Богдан Я. Вспомогательные вещества и их применение в технологии лекарственных форм. — Львов, 1996;
2. Общая органическая химия. В 12 т. / Под общ. ред. Д. Бартона и У.Д. Оллис. — Т. 1. стереохимии, углеводороды, галогеносодержащие соединения. — М., 1981;
3. Терней А. Современная органическая химия. В 2 т. — М., 1981;
4. Черных В.П., Зименковский Б.С., Гриценко И.С. Органическая химия / Под общ. ред. В.П. Черных. — второй изд. — Х., 2007.

Полезно знать

© VetConsult+, 2015. Все права защищены. Использование любых материалов, размещённых на сайте, разрешается при условии ссылки на ресурс. При копировании либо частичном использовании материалов со страниц сайта обязательно размещать прямую открытую для поисковых систем гиперссылку, расположенную в подзаголовке или в первом абзаце статьи.

Источник

Способы применения этиленовых углеводородов

19. Применение и получение этиленовых углеводородов

1) благодаря высокой химической активности углеводороды ряда этилена являются ценным сырьем для синтеза многих органических веществ;

2) этиленовые углеводороды не используются в качестве горючего;

3) особенно широко этилен используется для получения органических веществ;

4) этилен применяется для получения этилового спирта, полиэтилена. Он ускоряет созревание плодов (помидоров, цитрусовых и др.) при введении небольших количеств его в воздух теплиц. Этилен и его гомологи используются как химическое сырье для синтеза многих органических веществ;

5) при взаимодействии этилена с хлором получается 1,2-дихлорэтан.

Особенности дихлорэтана: а) это летучая, трудновоспламеняющаяся жидкость; б) используется для растворения смол; в) используется для очистки текстильных материалов; г) применяется в сельском хозяйстве для обеззараживания зернохранилищ; д) используется в борьбе с филлоксерой винограда;

6) при присоединении хлороводорода к этилену получается хлорэтан.

Особенности хлорэтана: а) это газ, который легко превращается в жидкость; б) если налить небольшое количество хлорэтана на руку, произойдет быстрое испарение жидкости и сильное местное охлаждение; в) используется в медицине для замораживания; г) используется в медицине для местной анестезии – при легких операциях;

7) присоединение воды к этилену лежит в основе производства этанола (этилового спирта);

8) при полимеризации этилена и пропилена получаются широко применяемые в технике и быту полиэтилен и полипропилен;

9) в практическом применении этилен ускоряет созревание плодов (помидоров, груш, дынь, лимонов и др.);

10) для лучшего хранения плоды транспортируются неспелыми и доводятся до созревания на месте, путем ввода небольшого количества этилена в воздух закрытых хранилищ.

1) углеводороды ряда этилена химически активны;

2) в промышленности эти углеводороды получаются: а) при переработке нефтепродуктов путем высокотемпературного разложения; б) путем дегидрирования предельных углеводородов. Дегидрирование – это отщепление водорода от предельных углеводородов. Например: а) этан > этилен; б) изобутан > изобутилен. Приставка де– означает отделение чего-либо. Реакция дегидрирования обратима;

3) в лаборатории непредельные углеводороды получаются различными способами, например этилен получается из этилового спирта путем отщепления воды при нагревании с серной кислотой.

Источник