Каталитический крекинг

Крекинг чаще проводят, используя катализаторы (обычно алюмосиликаты). Каталитический крекинг протекает при более низких температурах, чем термический.

Наряду с расщеплением углеводородов при каталитическом крекинге происходит перестройка углеродного скелета – изомеризация. В результате образуются углеводороды с более разветвленным скелетом:

CН₃–CН₂–CН₂–CН₂–CH₂–CH₂–CH₂–CH₂–CH₂–CH₃

СН₃–СH₂–СH₂–СH₃+

Каталитический крекинг углеводородов нефти – один из промышленных способов повышения октанового числа бензина.

Рис. 1. Установка каталитического крекинга

Пиролиз

Увеличивая температуру, можно достичь такой степени разложения углеводорода, когда образуются простые вещества: углерод (в виде сажи) и водород. Такой процесс называют пиролизом:

CH₄ С + 2Н₂.

Дегидрирование

При пропускании нагретого алкана над платиновым или никелевым катализатором отщепляется водород. В результате получаются алкены.

+ H₂

Риформинг

Если нагревать алканы с углеродной цепью не менее чем из 6 атомов, над катализатором из платины и алюмосиликатов, то отщепляется водород и образуются ароматические углеводороды – арены. Эту реакцию – риформинг – так же, как и крекинг, используют для получения бензина с высоким октановым числом.

CН₃–CН₂–CH₂–CH₂–CH₂–CH₂-CH₃ + 4H₂.

Рис. 2. Разные катализаторы риформинга.

Конверсия

Конверсия – взаимодействиеалканов (чаще всего используют природный газ) с парами воды при высокой температуре (800–1000°C):

CH₄ + H₂O CO + 3H₂.

Смесь оксида углерода (II) и водорода – синтез-газ – не разделяют, а используют для получения из нее разных органических веществ.

Алкены (ненасыщенные углеводороды)

Алкены (олефины, этиленовые углеводороды)– углеводороды, которые содержат в молекуле одну двойную связь. Общая формула – C_nH_2n.

Первый член ряда – этилен (этен) C₂H₄:

Номенклатура алкенов

Двойную связь обозначают с помощью суффикса - ен. Основная цепь должна включать кратную связь. Нумерация цепи проводится с того конца, к которому ближе двойная связь.

CH₃-CH₂-CH₂-CH=CH-CH₃

гексен-2 (гексен-4)

2-этилпентен-1

Строение алкенов

Рис. 1. Строение этилена

Атомы углерода при двойной связи находятся в состоянии sp ²-гибридизации. Двойная связь состоит из σ-связи, образованной sp ²-гибридными орбиталями, и π-связи, возникающей за счет перекрывания p -орбиталей. Три σ-связи атома углерода направлены к вершинам треугольника с атомом С в центре, угол между связями 120^о. Рис. 1.

Молекула этилена плоская, а электронная плотность π-связи расположена над и под этой плоскостью. Рис. 2. В других алкенах плоским является фрагмент, который непосредственно примыкает к двойной связи. Рис. 3. В углеродных соединениях π-связь значительно слабее, чем σ-связь. Под воздействием реагентов π-связь легко разрывается. Шаростержневые модели молекул этена и пропена отражают их пространственное строение.

Рис. 2. Модель молекулы этена

Рис. 3. Модель молекулы пропена

Изомерия алкенов

1. Изомерия углеродного скелета.

бутен-1	2-метилпропен

2. Изомерия положения двойной связи.

бутен-1	бутен-2

 

3. Межклассовая изомерия (с циклоалканами)

циклобутан	метилциклопропан

4. Геометрическая изомерия.

Рис. 4. Геометрические изомеры бутена-2

Вращения вокруг двойной связи не происходит, ведь для этого нужно разорвать π -связь. Из-за этого у алкенов существует изомерия, связанная с тем, что заместители могут располагаться по одну или по разные стороны двойной связи, как, например, у бутена-2. Рис. 4.

Для бутена-1 геометрическая изомерия невозможна (у одного из атомов С при двойной связи оба заместителя одинаковы: 2 атома водорода).