Химия нефти и газа

     2.5.1.2. Физические свойства 

     Физические  свойства алкенов представлены в  табл. 8. 
 
 

     Алкены  с 2-, 3- и 4-атомами углерода при нормальных условиях - газы, алкены С₅-С₁₇ - жидкости, а следующие - твёрдые вещества.

     Цис-изомеры  имеют более низкие температуры плавления, более высокие температуры кипения, большую плотность и более высокие показатели преломления по сравнению с транс-изомерами.

     Плотность алкенов несколько выше, чем соответствующих  алканов.

     Алкены  в воде растворяются мало, но лучше, чем алканы. Они хорошо растворяются в органических растворителях.

     Адсорбционная способность алкенов ниже, чем  аренов, но выше, чем алканов. На этом основано количественное определение  алкенов в нефтепродуктах методом адсорбционной хроматографии.

     Для алкенов характерно избирательное  поглощение инфракрасных лучей, поэтому инфракрасные спектры используются при обнаружении и установлении их строения.

     Таблица 8

     Физические  свойства алкенов

 

     2.5.1.3. Химические свойства  и использование 

     Химические  свойства алкенов определяются наличием двойной связи. При действии на двойную связь различных реагентов разрывается менее прочная p-связь и образуются две прочные s-связи. При разрыве её за счёт освободившихся валентностей углерода присоединяются другие атомы или группы атомов, т.е. для алкенов характерны реакции присоединения:

     1. Присоединение водорода (каталитическое  гидрирование)

     Присоединение водорода к алкенам или циклоалкенам приводит к алканам или соответственно циклоалканам:

                                                                                                      кат-р

      2. Галогенирование

         Алкены при обычных условиях  присоединяют галоген, особенно  легко хлор и бром. В результате  образуются дигалогенпроизводные  алканов, содержащие галогены у соседних атомов углерода.

     Реакция алкенов с бромом используется для  качественного обнаружения непредельных соединений в нефтепродуктах, так как при этом взаимодействии происходит обесцвечивание бурого раствора брома:

     

     На  реакции присоединения брома  и йода основано и количественное определение алкенов в нефтепродуктах методами бромных и йодных чисел, основанных на определении эквивалентных количеств брома и йода, вступивших в реакцию.

     Хлорирование  алкенов имеет большое значение в производстве пластмасс, каучуков, растворителей. Хлорированием этилена получают растворитель - дихлорэтан:

     Из  дихлорэтана получают хлористый  винил - важный продукт для производства полихлорвиниловых пластмасс:

          3. Сульфирование

     Присоединение серной кислоты к алкенам и  циклоалкенам следует правилу Марковникова: атом отрицательной части реагента присоединяется к атому углерода, связанному с наименьшим числом атомов водорода. В результате реакции образуются кислые эфиры серной кислоты (алкилсульфаты), применяемые для получения поверхностно-активных веществ:

     

       Реакция используется также для  очистки и для определения  алкенов в нефтепродуктах. Для этой цели применяется серная кислота с концентрацией 80-90%, так как более концентрированная кислота  взаимодействует также и с аренами.

     4. Гидратация

     Гидратацией алканов – присоединением воды –  получают в промышленности одноатомные спирты: этиловый, изопропиловый и другие:

     Важнейшим из них является этиловый спирт, который  используется в качестве растворителя, в производстве синтетического каучука, полимеров, эфиров, как горючее, антифриз и т.д.

     Этиловый, изопропиловый и другие спирты используют для вытеснения остаточной нефти. Их добавляют к кислотам при кислотной обработке скважин, что приводит к снижению набухаемости глинистых пород. Это способствует увеличению радиуса воздействия кислотой на пласт, облегчению выноса продуктов реакции из призабойной зоны и увеличению эффективности кислотных обработок.

     5. Окисление

     Окислением  этилена производят окись этилена:

     Окись этилена используют главным образом  для производства этиленгликоля:

     Он  применяется для получения полиэфирных  волокон, этаноламинов, поверхностно-активных веществ, антифризов.

     При окислении смеси пропилена с  аммиаком образуется акрилонитрил - важный мономер для синтетического каучука и химических волокон (нитрон), полимеров, которые находят большое применение в нефтехимической промышленности:

        

       Важное промышленное значение  имеют реакции полимеризации  алкенов.

     Циклоалкены и алкадиены способны ко всем вышеперечисленным реакциям, характерным для двойной связи.

     6. Озонирование

     Озон  количественно присоединяется к  алкенам при комнатной температуре. При этом ароматические углеводороды, находящиеся вместе с алкенами в нефтепродукте, практически не реагируют с озоном:

     На  реакции озонирования алкенов основано количественное определение алкенов в нефтепродуктах.

     Циклоалкены и алкадиены способны ко всем вышеперечисленным  реакциям, характерным для двойной  связи.

     Однако  непредельные соединения с сопряжёнными двойными связями обладают вследствие сопряжения двойных и простых связей рядом специфических особенностей. Это, в первую очередь, сказывается на реакции присоединения.

     При воздействии галогенов, водорода и  других реагентов на алкадиены с сопряжёнными связями происходит присоединение к крайним атомам углерода, и в середине молекулы возникает вместо одинарной двойная связь:

     Большое значение имеют реакции присоединения  алкена к диену с сопряжёнными двойными связями (реакции диенового синтеза): 

     Эта реакция лежит в основе образования  аренов при термимческой переработке  алканов. На реакции диенового синтеза  диенов с малеиновым ангидридом основано отделение диенов и их количественное определение в нефтепродуктах, поскольку образующийся продукт представляет собой кристаллическое вещество:

     2.5.2. Алкины 

     Алкины - ненасыщенные углеводороды, содержащие в молекуле одну тройную связь. Простейшим представителем алкинов является ацетилен С₂Н₂, поэтому их часто называют ацетиленовыми углеводородами. Общая формула алкинов С₂Н_2n-2. 

     2.5.2.1. Номенклатура 

     Названия  алкинов образуются заменой окончания  -ан в названии соответствующего алкана на окончание -ин. При составлении названия выбор главной цепи и начало нумерации определяет тройная связь. Для первого члена гомологического ряда сохраняется тривиальное название “ацетилен”. Иногда эти соединения называют как производные ацетилена:

     Образованные от алкинов отщеплением атома водорода радикалы получают окончание -инил:

           

     2.5.2.2. Физические свойства 

     Физические  свойства некоторых алкинов приведены  в табл. 9

     Таблица 9

     Физические  свойства алкинов

 

     Низшие  алкины С₂-С₄ - газы, С₅-С₆ - жидкости, высшие - твёрдые вещества. Температура кипения алкинов несколько выше, чем у соответствующих алкенов. Это связано с повышенным межмолекулярным взаимодействием в ряду алканов, поскольку они обладают некоторым дипольным моментом. По этой же причине растворимость низших алкинов в воде несколько выше, чем алкенов и алканов, однако она всё же очень мала.

     Плотность и показатель преломления алкинов  значительно выше, чем у алкенов  и, тем более, алканов. 

     2.5.2.3. Химические свойства 

     Химические  свойства алкинов обусловлены природой тройной связи, особенностями углеродных атомов, находящихся в состоянии sp-гибридизации. Типичными реакциями алкинов, так же как и для алкенов, являются реакции присоединения. Но они для алкинов протекают медленнее, чем для алкенов.

     1. Гидрирование

     В присутствии катализаторов (Pt, Pd, Ni) происходит присоединение водорода:

       Тройная связь гидрируется легче,  чем двойная. Реакцию можно  остановить на стадии образования алкена.