4.1.7. Основные способы получения углеводородов.Углеводороды разных классов (алканы, алкены, алкины, алкадиены, арены) можно получать различными способами. Получение алканов Крекинг алканов с изначально большей длиной цепи Процесс, используемый в промышленности, протекает в интервале температур 450-500oC в присутствии катализатора и при температуре 500-700oC в отсутствие катализатора: Важность промышленного процесса крекинга заключается в том, что он позволяет повысить выход бензина из тяжелых фракций нефти, которые не представляют существенной ценности сами по себе. Гидрирование непредельных углеводородов алкенов: алкинов и алкадиенов: Газификация каменного угля в присутствии никелевого катализатора при повышенных температуре и давлении может быть использована для получения метана: Процесс Фишера-Тропша С помощью данного метода могут быть получены предельные углеводороды нормального строения, т.е. алканы. Синтез алканов осуществляют, используя синтез-газ (смеси угарного газа CO и водорода H2), который пропускают через катализаторы при высоких температуре и давлении: Реакция Вюрца С помощью данной реакции могут быть получены углеводороды с большим числом атомов углерода в цепи, чем в исходных углеводородах. Реакция протекает при действии на галогеналканы металлического натрия: Декарбоксилирование солей карбоновых кислот Сплавление твердых солей карбоновых кислот со щелочами приводит к реакции декарбоксилирования, при этом образуются углеводород с меньшим числом атомов углерода и карбонат металла (реакция Дюма): Гидролиз карбида алюминия Взаимодействие карбида алюминия с водой, а также кислотами-неокислителями приводит к образованию метана: Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3 + 3CH4↑ Al4C3 + 12HCl = 4AlCl3 + 3CH4↑ Получение алкенов Крекинг алканов Реакция в общем виде уже была рассмотрена выше (получение алканов). Пример реакции крекинга: Дегидрогалогенирование галогеналканов Дегидрогалогенирование галогеналканов протекает при действии на них спиртового раствора щелочи: Дегидратация спиртов Данный процесс протекает в присутствии концентрированной серной кислоты и нагревании до температуры более 140оС: Обратите внимание, что и в случае дегидратации, и в случае дегидрогалогенирования отщепление низкомолекулярного продукта (воды или галогеноводорода) происходит по правилу Зайцева: водород отщепляется от менее гидрированного атома углерода. Дегалогенирование вицинальных дигалогеналканов Вицинальными дигалогеналканами называют такие производные углеводородов, у которых атомы хлора прикреплены к соседним атомам углеродной цепи. Дегидрогалогенирование вицинальных галогеналканов можно осуществить, используя цинк или магний: Дегидрирование алканов Пропускание алканов над катализатором (Ni, Pt, Pd, Al2O3 или Cr2O3) при высокой температуре (400-600оС) приводит к образованию соответствующих алкенов: Получение алкадиенов Дегидрирование бутана и бутена-1 В настоящий момент основным методом производства бутадиена-1,3 (дивинила) является каталитическое дегидрирование бутана, а также бутена-1, содержащихся в газах вторичной переработки нефти. Процесс проводят в присутствии катализатора на основе оксида хрома (III) при 500—650°С: Действием высоких температур в присутствии катализаторов на изопентан (2-метилбутан) получают промышленно важный продукт – изопрен (исходное вещество для получения так называемого «натурального» каучука): Метод Лебедева Ранее (в Советском Союзе) бутадиен-1,3 получали по методу Лебедева из этанола: Дегидрогалогенирование дигалогензамещенных алканов Осуществляется действием на галогенпроизводные спиртового раствора щелочи: Получение алкинов Получение ацетилена Пиролиз метана При нагревании до температуры 1200-1500оС метан подвергается реакции дегидрирования с одновременным удваиванием углеродной цепи – образуются ацетилен и водород: Гидролиз карбидов щелочных и щелочноземельных металлов Действием на карбиды щелочных и щелочно-земельных металлов воды или кислот-неокислителей в лаборатории получают ацетилен. Наиболее дешев и, как следствие, наиболее доступен для использования карбид кальция: Дегидрогалогенирование дигалогеналканов Получение гомологов ацетилена Дегидрогалогенирование дигалогеналканов: Дегидрирование алканов и алкенов: Получение ароматических углеводородов (аренов) Декарбоксилирование солей ароматических карбоновых кислот Сплавлением солей ароматических карбоновых кислот со щелочами удается получить ароматические углеводороды с меньшим числом атомов углерода в молекуле по сравнению с исходной солью: Тримеризация ацетилена При пропускании ацетилена при температуре 400°C над активированным углем с хорошим выходом образуется бензол: Аналогичным способом можно получать симметричные триалкилзамещенные бензолы из гомологов ацетилена. Например: Дегидрирование гомологов циклогексана При действии на циклоалканы с 6-ю атомами углерода в цикле высокой температуры в присутствии платины происходит дегидрирование с образованием соответствующего ароматического углеводорода: Дегидроциклизация Также возможно получение ароматических углеводородов из углеводородов нециклического строения при наличии углеродной цепи с длиной в 6 или более атомов углерода (дегидроциклизация). Процесс осуществляют при высоких температурах в присутствии платины или любого другого катализатора гидрирования-дегидрирования (Pd, Ni): Алкилирование Получение гомологов бензола алкилированием ароматических углеводородов хлорпроизоводными алканов, алкенами или спиртами:
