Крекинг

Дегидрирование.

Изомеризация.

Окисление.

Сульфирование и сульфохлорирование.

Нитрование (реакция Коновалова)

СН₃СН₂СН₃ +НNO₃ ¾® CH₃CHCH₃ + H₂O

ï

NO₂ 2-нитропропан

Наиболее легко реакция протекает по третичному атому углерода и труднее – по первичному.

Механизм реакции.

1) НО-NO₂ ¾® NO₂^· + ^·OH

2) СН₃СН₂СН₃ +^·OH ¾® СН₃СН^·СН₃ + H₂O

₃₎ СН₃СН^·СН₃ + NO₂^· ¾® CH₃CHCH₃

ï

NO₂

С₆Н₁₄ + Н₂SO₄ ¾® С₆Н₁₃SO₃H + Н₂О (гексилсульфоновая кислота)

Однако прямое сульфирование алканов протекает с трудом, лучше идет сульфирование при совместном действии SO₂ и Cl₂ (сульфохлорирование):

СН₄ + SO₂ + Cl₂ ¾® СН₃-SO₂Cl + HCl (метилсульфонилхлорид)

Механизм реакции.

¹⁾ Cl₂ ¾® Cl^· + Cl^·

2) СН₄ + Cl^· ¾® СН₃^· + HCl

³⁾ СН₃^· + SO₂ ¾® СН₃-SО₂^·

⁴⁾ СН₃-SO₂^· + Cl₂ ¾® СН₃-SО₂-Cl + Cl^·

СН₃-SO₂Cl + 2NaOH ¾® СН₃-SO₂-ONa + NaCl + H₂O

Соли алкансульфокислот имеют широкое практическое значение: ПАВ, моющие средства, эмульгаторы, ингибиторы коррозии.

Аналогично проходит и сульфоокисление:

СН₄ + SO₂ + О₂ ¾® СН₃-SO₂ОН + Н₂О (метилсульфокислота)

Алканы – наиболее трудно окисляемые органические соединения. Даже сильные окислители при комнатной температуре не действуют на алканы. Окисление проходит только в очень жестких условиях. В присутствии большого количества кислорода при высоких температурах алканы полностью сгорают:

С₃Н₈ + 5О₂ ¾® 3СО₂ + 4Н₂О

При температуре 120-160⁰С образуется смесь продуктов окисления:

СН₃-СН₂-СН₃ + О₂ ¾® СН₃-СН-СН₃

ï

О-О-Н (гидроперекись изопропана)

[О]

СН₃-СН-СН₃ ¾® СН₃-С-Н + СН₃ОН ¾® СН₃-СООН

ï ¾®

О-О-Н ¾® СН₃-С-СН₃ + Н₂О

ïï

О

Изомеризация алканов – это реакция, связанная с перестройкой углеродного скелета молекулы. Она проходит при нагревании с кислотами Льюиса (AlCl₃, AlBr₃):

AlBr₃

СН₃-СН₂-СН₂-СН₃ ¾® СН₃-СН-СН₃

ï

СН₃

Дегидрирование алканов используется в промышленности для получения различных ненасыщенных углеводородов. В качестве катализаторов применяют металлы (Pt, Pd, Ni, Fe) и оксиды (Сr₂O₃, Fe₂O₃, ZnO) и др.

Низшие алканы (С₂-С₄) при дегидрировании превращаются в алкены, а из бутана, в зависимости от катализатора и условий реакции, может получиться и бутадиен-1,3:

СН₂=СН-СН₂-СН₃ + СН₃-СН=СН-СН₃ + Н₂

СН₃-СН₂-СН₂-СН₃ ¾¾® бутен-1 бутен-2

СН₂=СН-СН=СН₂ + 2Н₂

Алкены, содержащие пять атомов углерода в главной цепи (но не более), подвергаются дегидроциклизации с образованием циклопентанового углеводорода:

СН₃-СН-СН₂-СН-СН₃ ¾¾® + Н₂

ï ï

СН₃ СН₃

Если в цепи алкана содержится 6 и более атомов углерода, то образующийся циклогексан подвергается дальнейшему дегидрированию с образованием энергетически более выгодного ароматического кольца:

СН₃(СН₂)₅СН₃ ¾¾®

Крекинг – это термическое расщепление углеводородов нефти. Осуществляется при температуре 450-600⁰С или в присутствии катализаторов. Крекинг сопровождается разрывом связей С-Н и С-С, что приводит к смеси насыщенных и ненасыщенных углеводородов с меньшей длиной цепи:

С₈Н₁₈ ¾¾® С₄Н₁₀ + С₄Н₈

Состав продуктов крекинга зависит от исходного сырья, типа катализатора и технологического режима. Крекинг является важнейшим методом химической переработки нефти, который дает ценное химическое сырье и различные виды топлива.