Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Поиск репетиторов
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ

НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ (предельные углеводороды), орг. соед., углеродные атомы к-рых соединены между собой простыми (ординарными) связями. В статье рассмотрены алифатич. насыщ. углеводороды общей ф-лы СnН2n+2 (алканы, парафины, метановые углеводороды). О циклич. насыщенных углеводородах см. в ст. Алщиклические соединения.

Номенклатура. Различают неразветвленные (нормальные) и разветвленные насыщенные углеводороды. Названия первых четырех членов гомологич. ряда-метан, этан, пропан, бутан; названия последующих членов ряда состоят из основы-греч. числи-тельного-и окончания "ан", напр. С5Н12-пентан, С8Н18-октан, С20Н42-эйкозан; гексадекан в техн. литературе часто наз. цетаном; для названия углеводородов, имеющих одну или две боковые СН3-группы при втором атоме углерода цепи, используют соотв. префиксы "изо" и "нео", напр. (СН3)2СНСН2СН3-изопентан, (СН3)3ССН3-неопентан. Названия разветвленных насыщенных углеводородов образуют из названия неразветвленных, к-рым соответствует наиб. длинная цепь с обозначением места боковой цепи цифрами. Для насыщенных углеводородов возможна структурная изомерия (начиная с С4) и оптическая (начиная с С7); число возможных изомеров возрастает с увеличением числа атомов С.

Распространение в природе. Осн. источник насыщенных углеводородов в природе-нефть; фракции нефти 200-430 °С содержат 30-50% (по массе) насыщенных углеводородов (из них до 60% углеводородов нормального строения); низшие газообразные насыщенные углеводороды входят в состав прир. газа (до 98% метана) и растворены в нефти; твердые встречаются в виде залежей озокерита, а также образуют восковые покрытия листьев, цветов и семян растений, входят в состав пчелиного воска.

Свойства. Длины связей С—С в насыщенных углеводородах ~ 0,154 нм, С—Н ~0,109 нм, угол ССС в газообразном состоянии 109,47°, в кристаллическом-на 2-3° больше.

Низшие насыщенные углеводороды до бутана и неопентан-газы без цвета и запаха, углеводороды С517-бесцв. жидкости с характерным "бензиновым" запахом, высшие насыщенные углеводороды-бесцв. твердые в-ва. Физ. св-ва нек-рых насыщенных углеводородов приведены в таблице. Т-ры плавления и кипения зависят от размера молекулы и возрастают в гомологич. ряду с увеличением мол. массы. Среди изомеров углеводороды нормального строения имеют наиб. высокие т-ры кипения и плотности. Кристаллич. насыщенные углеводороды с четным числом атомов С (имеют моноклинную сингонию) плавятся выше, чем соседние члены гомологич. ряда с нечетным числом атомов С (кристаллизуются в ромбич. сингонии); чем симметричнее молекула насыщенного углеводорода, тем выше т-ра плавления. Большинство насыщенных углеводородов имеют неск. аллотропич. модификаций. Насыщенные углеводороды обладают большой теплотворной способностью; DH0сгор (МДж/кг) для СН4 - 56, для С4Н10 - 50, для С8Н18 — 48, а также характеризуются высоким уд. электрич. сопротивлением. Насыщенные углеводороды практически не раств. в воде и не растворяют ее. В насыщенных углеводородах раств. галогены, S, Р и нек-рые неорг. соли, напр. BF3, СоСl2, NiCl2. Р-римость насыщенных углеводородов падает по мере увеличения полярности р-рителя: они хорошо раств. в углеводородах, их галогенопроизводных, в эфирах; хуже-в этаноле и пиридине; мало раств. в метаноле, феноле, анилине, нитробензоле; практически не раств. в глицерине и этиленгликоле.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕКОТОРЫХ НАСЫЩЕННЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ

3035-9.jpg

a При т.кип. b В жидком состоянии под давлением. в При - 25 °С. г Переохлажденная жидкость.


ИК спектры насыщенных углеводородов имеют характеристич. полосы 2850-3000см-1 (С -Н), 1400-1470 см-1 (деформационные колебания связи С—Н в СН3- и СН2-группах) и дополнит. слабую полосу СН3-группы при 1380 см-1. Чистые насыщенные углеводороды не поглощают в УФ области выше 200 нм и поэтому в УФ спектроскопии их часто применяют в качестве р-рителей. В спектре ЯМР хим. сдвиги d для СН3-групп 0,9 м.д., для СН2-групп 1,25 м.д. В масс-спектрах практически всех насыщенных углеводородов присутствует мол. ион, хотя и малоинтенсивный, и ионы с m/z = 14n + 1; наиб. интенсивны пики ионов с m/z 43 и 57.

Насыщенные углеводороды относятся к наим. реакционноспособным орг. соед., однако они не являются химически инертными. При определенных условиях они вступают в р-ции окисления, галогени-рования, нитрования, сульфохлорирования и др. Наиб. инертны метан и этан.

Высокотемпературное окисление насыщенных углеводородов в избытке О2 приводит к их полному сгоранию до СО2 и воды и протекает по цепному радикальному механизму. Такое окисление происходит в двигателях всех типов. Низкотемпературное жидкофазное окисление насыщенных углеводородов О2 в присут. солей Мn приводит к образованию смеси предельных к-т. Этот процесс используют в пром-сти для получения СН3СООН из бутана и низкокипящих фракций нефти, а также при произ-ве жирных к-т С1218 окислением твердых насыщенных углеводородов. При газофазном окислении при низких т-рах образуются спирты, альдегиды, кетоны и к-ты (окислители - соед. переходных металлов); в пром-сти газофазное окисление используется в произ-ве ацетальдегида, метанола и формальдегида.

Нагревание насыщенных углеводородов без доступа воздуха выше 450 СС приводит к гомолитич. разрыву связей С—Сu образованию олефинов (термич. крекинг). Пром. значение имеет пиролиз легких нефтяных фракций в этилен. В отличие от термического каталитич. крекинг насыщенных углеводородов протекает по ионному механизму и служит для получения высокооктановых бензинов из более тяжелых фракций нефти. В присут. Н2 под давлением и катализаторов (Ni, Pt) идет гидрогенолиз (гидрокрекинг) с образованием насыщенных углеводородов меньшей мол. массы. Каталитич. риформинг на Pt/Al2O3 приводит к дегидроциклиза-ции насыщенных углеводородов в ароматич. и циклопентановые углеводороды и сопровождается гидрокрекингом и изомеризацией. При дегидрировании насыщенных углеводородов на разл. катализаторах при 500-600 °С образуются олефиновые и диеновые углеводороды, в присут. АlСl3 или Pt/Al2O3 насыщенные углеводороды нормального строения изомеризуются в насыщенные углеводороды с разветвленной углеродной цепью.

Галогены (F, Cl, Вr) легко реагируют с насыщенными углеводородами, образуя моно-и полигалогенопроизводные. Иод, как правило, не реагирует. Для хлорирования м.б. использованы SO2Cl2, ICl, трет-бутилгипохлорит и дихлориодбензол, для фторирования-CoF3. Хлорирование насыщенных углеводородов с длинной углеродной цепью сопровождается разрывом связей С—С. Галогенирование насыщенных углеводородов протекает по радикальному механизму, в сильнокислотных средах (в присут. SbF5, AlCl3) возможен ионный механизм р-ции.

Нитрование насыщенных углеводородов HNO3 или N2O4 в газовой фазе приводит к образованию смеси нитропроизводных и протекает по радикальному механизму с разрывом связей С—С (р-ция Коновалова). По ионному механизму протекает нитрование устойчивыми нитрониевыми солями, напр. NOPFeT в р-рах HF или HSO3F. Насыщенные углеводороды вступают в р-ции сульфохлорирования и сульфоокисления; образующиеся соед. используют в синтезе ПАВ. Обработка насыщенных углеводородов нитрозилхлоридом или смесью NO и Cl2 приводит к нитрозоалканам-промежут. продуктам в произ-ве полиамидов. При фосфонилировании смесью РСl3 и О2 образуются дихлориды фосфоновых к-т, а при карбоксилировании фосгеном или оксалилхлоридом-ацил-хлориды.

Для насыщенных углеводородов характерно образование клатратных соед. (см. Газовые гидраты). Насыщенные углеводороды нормального строения, начиная с гексана, образуют комплексы с мочевиной, что используется в пром-сти при карбамидной депарафинизации нефтепродуктов. Насыщенные углеводороды изостроения образуют аналогичные соед. с тиомочевиной, циклодекстрином и холевой к-той. Низшие газообразные насыщенные углеводороды, особенно под давлением, склонны к образованию клатратных соед. с водой (6 молекул воды), к-рые могут вымерзать на внутр. стенках газопроводов.

Получение. В пром-сти насыщенные углеводороды получают в составе техн. продуктов или выделяют из них при переработке нефти и прир. газа, а также угля и горючих сланцев. Смесь разл. алканов м.б. получена синтезом на основе СО и Н2. Твердые насыщенные углеводороды нормального строения получают при депарафинизации масляных дистиллятов нефти (см. Парафин); смеси состава С3655 (см. Церезин)-очисткой озокерита.

В лаб. условиях насыщенные углеводороды получают гидрированием олефинов на катализаторах (Pt, Pd, Ni, Rh); восстановлением гало-генопроизводных насыщенных углеводородов амальгамой Na, гидридами металлов, а также Н2 на Pd/BaCO3; по р-ции Вюрца [в основном симметрич. насыщенные углеводороды (1)]; гидролизом реактивов Гриньяра (2); окислит. декарбоксилированием к-т (3) (полученные насыщенные углеводороды содержат на 1 атом углерода меньше, чем исходная к-та). Насыщенные углеводороды образуются также при фотохим. декарбоксилировании первичных карбоновых к-т Рb(ОСОСН3)4 в СНСl3 или электрохим. синтезом Кольбе (4):

3035-10.jpg

Применение. Насыщенные углеводороды применяют гл. обр. в составе моторных и реактивных топлив, как сырье для хим. и нефтехим. пром-сти; жидкие насыщенные углеводороды и хлорпроизводные метана и этана используют в качестве р-рителей, твердые (парафин, церезин)-в произ-ве пластмасс, каучуков, синтетич. волокон, моющих средств, а также в пищ. пром-сти, электро- и радиотехнике.

Лит.: Петров Ал. А., Химия алканов, М., 1974; его же, Углеводороды нефти, М., 1984; Несмеянов А. Н., Несмеянов Н. А., Начало органической химии, 2 изд., кн. 1, М., 1974; Общая органическая химия, пер. с англ., т. 1, М., 1981. А. А. Братков.

Еще по теме:
___

     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн