|
Получение и свойства алифатических радикалов1. Образование свободных радикалов при гомолитическом расщеплении связей С-С или С-Н происходит при температуре 300-700оС или под действием свободно-радикальных реагентов. 2. Продолжительность существования свободных радикалов (устойчивость) увеличивается от первичных радикалов к вторичным и третичным:
3. Химические превращения свободных радикалов. а) Взаимодействие с предельными соединениями – радикал отрывает Н и образуется новый радикал:
б) Взаимодействие с непредельными соединениями: происходит присоединение с образованием также нового радикала: CH3. + CH2=СН2 CH3-CH2-CH2. в) -распад – радикалы с длинной углеродной цепью распадаются с разрывом С-С связи в -положении к углероду с неспаренным электроном. CH3- CH2 : CH2- CH2 . CH3-CH2. + CH2=CH2 г) Диспропорционирование – перераспределение водорода, связанное с -распадом по С-Н связи:
д) Рекомбинация – соединение свободных радикалов друг с другом СН3. + СН3. СН3-СН3 Зная особенности поведения свободных радикалов, легче уяснить основные закономерности конкретных реакций предельных углеводородов. I тип. Реакция замещения 1. Реакции галоидирования. Самый энергичный реагент – фтор. Прямое фторирование приводит к взрыву. Наибольшее практическое значение имеют реакции хлорирования. Они могут протекать под действием молекул хлора на свету уже при комнатной температуре. Реакция протекает по свободно-радикальному цепному механизму и включает следующие основные стадии: а) первая медленная стадия – инициирование цепи: Cl: Cl Cl. + Cl. R: H + . Cl HCl + R. б) развитие цепи – образование продуктов реакции с одновременным образованием свободных радикалов, продолжающих цепной процесс: R. + Cl: Cl RCl + Cl. R: H + Cl. HCl + R. в) обрыв цепи: R. + Cl. RCl Так как СI. реагент активный, он может атаковать молекулу уже полученного хлорпроизводного, в результате образуется смесь моно- и полигалогенозамещенных. Например:
CH4 + Cl2 HCl + CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 ССl4 хлористый метил –HCl -HCl -HCl хлористый метилен хлороформ четырех- хлористый углерод Реакция бромирования протекает значительно труднее, т.к. бром менее активен, чем хлор и реагирует в основном с образованием более устойчивых третичных или вторичных радикалов. При этом второй атом брома вступает обычно в соседнее с первым положение, преимущественно у вторичного углерода.
Реакции иодирования практически не протекают, т.к. HI восстанавливает образующиеся йодистые алкилы. 2. Нитрование – замещение атома Н на группу NО2 при действии азотной кислоты. Идет при действии разбавленной азотной кислоты (12%) при высокой температуре 150оС под давлением (реакция Коновалова). Легче реагируют парафины изостроения, т.к. замещение легче происходит у третичного атома углерода:
Механизм реакции нитрования связан с промежуточным образованием свободных радикалов. Инициированию способствует протекающий частично процесс окисления:
RH + HONO2 ROH + HONO азотистая кислота HONO + HONO2 HOH + 2 . NO2
H. CH3-C-CH3 + . NO2 CH3-C-CH3 + HNO2 CH3 CH3 . NO2 CH3-C-CH3 + . NO2 CH3-C-CH3 CH3 CH3 т.е. радикальная реакция нитрования углеводородов не имеет цепного характера.
II тип. Реакции окисления При обычных условиях парафины не окисляются ни кислородом, ни сильными окислителями (KMnO4, HNO3, K2Cr2O7 и др.). При внесении открытого пламени в смесь углеводорода с воздухом происходит полное окисление (сгорание) углеводорода до СО2 и Н2О. Нагревание предельных углеводородов в смеси с воздухом или кислородом в присутствии катализаторов окисления MnО2 и других до температуры 300оС приводит к их окислению с образованием перекисных соединений. Реакция протекает по цепному свободно-радикальному механизму. И: R: H R. + H. инициирование цепи .... Р: R. + O::O: R-O-O. .... R-O-O. + R: H R-O-O-H + R. гидроперекись алкана O: R-O-O. + R. R-O-O-R обрыв цепи перекись алкана Легче всего подвергаются окислению третичные звенья, труднее вторичные и еще труднее – первичные. Образующиеся гидроперекиси разлагаются. Первичные гидроперекиси при разложении образуют альдегиды или первичный спирт, например:
Н Н СН3-С-С-О: О-Н CН3-С-О . + . ОН СН3-С=О + Н2О Н Н Н гидроперекись этана уксусный альдегид + СН3-СН3 побочная СН3-СН2ОН + СН3-СН2 . Вторичные гидроперекиси образуют при разложении кетоны или вторичные спирты, например: Н Н СН3-С-О:ОН СН3-С-О . + . ОН Н2О + СН3-С=О СН3 СН3 СН3 гидроперекись пропана + СН3-СН2-СН3 побочная СН3-СН-ОН + СН3-. СН-СН3 СН3 изопропиловый спирт Третичные гидроперекиси образуют кетоны, а также первичные и третичные спирты, например: СН3 СН3 СН3 СН3-С-СН3 СН3-С: СН3 + . ОН СН3ОН + СН3-С=О О-ОН О гидроперекись изобутана + СН3-СН-СН3 СН3 Побочная Изобутан СН3. СН3-С-СН3 + СН3-С-СН3 ОН СН3 третбутиловый спирт
Любая гидроперекись может разлагаться также с выделением атомарного кислорода: СН3-СН2-О-О-Н СН3СН2-ОН + [O], который идет на дальнейшее окисление: О О СН3-С + [О] СН3-С-ОН Н Поэтому кроме спиртов, альдегидов и кетонов образуются карбоновые кислоты. Подбором условий реакции можно добиться получения одного какого-либо продукта. Например: 2 СН4 + О2 2 СН3ОН.
В промышленных масштабах окислением предельных углеводородов (С10-С20) получают синтетические жирные кислоты (СЖК). По мере увеличения углеводородной цепочки способность углеводорода к окислению увеличивается. Например, эйкозан окисляется при 100оС. Н С17Н35-СН2-СН2-СН3 + О2 С17Н35-СН2-С-СН3 эйкозан О-ОН гидроперекись эйкозана О О Н2О + С17Н35-СН2 + С-СН3 С17Н35-С-ОН + СН3-С-ОН О метилоктадецилкетон стеариновая кислота 2-нонадеканон (октадекановая)
Используется для производства мыла, ее натриевой соли, стеарата натрия. III тип. Реакции термического расщепления 1. Крекинг – расщепление предельных углеводородов на более низкомолекулярные предельные и непредельные углеводороды. Протекает при нагревании без доступа воздуха до 450-550оС. Механизм термического крекинга – свободно-радикальный.
2 1 1 СН3-СН2-СН2 . . СН3 СН3-СН=СН2+СН4 СН3-СН2: СН2: СН3 бутан 2 СН3-СН2 . + . СН2-СН3 СН2=СН2+СН3-СН3
При расщеплении более высокомолекулярных углеводородов при невысоком давлении могут протекать реакции -распада образовавшихся свободных радикалов.
С10Н22 2СН3-СН2-СН2 : СН2-СН2 2СН3-СН2-СН2 . + 2СН2=СН2 Декан 2С10Н22 2С10Н21 . + 2СН3-СН2-СН3
2. Дегидрирование (дегидрогенизация) – отщепление водорода происходит под действием более высокой температуры, чем крекинг. СН3-СН=СН-СН3 2-бутен СН3-СН2-СН2-СН3 бутан -Н2 СН3-СН2-СН=СН2 1-бутен В присутствии катализаторов, например, Сr2O3, температура реакции может быть снижена до 300оС.
Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все... ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры... Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)... Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|