Попутний(супутний) нафтовий газ;

Нафта;

4. кам’яне вугілля.

Інші природні джерела вуглеводнів: сланцевий газ, буре вугілля, торф.

1. Природний газ складається в основному з метану СН₄ (80-96%) в залежності від родовища.

Застосовується:

1. як газоподібне паливо у промисловості (в заводських котельнях,доменних печах, скловарних і цементних печах) і побуті;

2. як хімічна сировина для одержання різних орг.сполук.

2. Попутний нафтовий газ складається приблизно із однакової кількості метану – гексану (СН₄ – С₆Н₁₄) в залежності від родовища.

Застосовується:

1. як газоподібне паливо;

2. розділюють його на окремі фракції:

- метан-етанова фракція («сухий газ»)

використовується як газоподібне паливо і як хім..сировина.

- пропан-бутанова фракція («зріджений газ»)

використовується як газоподібне паливо у тих місцевостях, де немає природного газу(балонний газ) та пальне в автомобілях.

- пентан-гексанова фракція («газовий бензин»)

використовується як добавки до бензину.

3. Нафта.

Нафта – це темна рідина, яка не розчиняється у воді і утворює тонку плівку на її поверхні. До складу нафти входять більше кілька сотень різних речовин - переважно вуглеводні,які містятьвід 1 до 40 атомів Карбону:

Алкани;

Циклоалкани;

Арени.

Нафта використовується тільки як хімічна сировина і піддається переробці. Використовують такі методи переробки нафти:

1. фізичні;

2. хімічні.

До фізичних метадів переробки нафти відноситься:

1. пряма або ректифікаційна перегонка нафти.

При цьому нафту нагрівають до 450-500⁰С вона переходить у газовий стан і направляють її у ректифікаційну колону у якій за різними температурами кипіння і за різним складом вуглеводнівз нафти одержують такі фракції:

1. бензин( пальне для автомобілів) – вуглеводні бензину містять 5-11 атомів С;

2. лігроїн (пальне для тракторів – ДП, розчинник лаків та фарб)); С₈-С₁₄

3. гас(пальне для літаків, побутові потреби – гасові лампи); С₁₂-С₁₈

4. газойль(ДП); С₁₅-С₂₀

5. мазут(паливо для котелень, а також мазут як нафту нагрівають до високої температури(тільки у вакуумі) і одержують різні фракції мастил і смолу(гудрон).

При прямій перегонці нафти одержують тільки 20% бензину і він є не високої якості. Для того, щоб одержати велику кількість бензину використовують хімічні методи переробки нафти:

1. крекінг;

2. риформінг.

Крекінг

Крекінг поділяється на:

1. термічний крекінг;

2. каталітичний крекінг.

При термічному крекінгу газойль нагрівають до високої температури і одержуємо бензин, що містить менші алкани і алкени(реакція крекінгу алканів)

С₁₆Н₃₄ → С₈Н₁₈ + С₈Н₁₆

октан октен

Бензин термічного крекінгу є кращий за бензин прямої перегонки.

При каталітичному крекінгу газойль нагрівають до високої температури і використовують каталізатор(сполуки алюмінію – біла глина) і відбувається крім реакції крекінгу ще реакція ізомеризації, утворених алканів:

А)С₁₆Н₃₄ → С₈Н₁₈ + С₈Н₁₆ СН₃ СН₃

октан октен | |

Б) СН₃-СН₂-СН₂-СН₂-СН₂-СН₂-СН₂-СН₃→ СН₃-С - С -СН₃

октан | |

СН₃ СН₃

ізооктан

Бензин каталітичного крекінгу ще кращий за бензин термічного крекінгу.

Риформінг(облагородження, ароматизація бензинів)

При цьому процесі використовують бензин прямої перегонки нафти і піддають реакції дегідрування з одночасною циклізацією (дегідроциклізація) вуглеводнів-алканів бензину і утворюються циклоалкани і арени:

С₆Н₁₄ → С₆Н₁₂ + Н₂ → С₆Н₆ + 3Н₂

гексан циклогексан бензен

Бензин риформінгу є найкращим із всіх бензинів.

Якість бензинів(детонаційна стійкість бензинів) визначається октановим числом.Октанове число має шкалувід 0 до 100.Октанове число0 має н.-гептан, а 100 – ізооктан.Чим вище значення октанового числа,тим кращий бензин.

4. Кам’яне вугілля.

Кам’яне вугілля використовується:

1. як тверде паливо,однак наявність негорючих домішок при окисненні перетворюється на шлаки, а також наявність сполук сульфуру природить до забруднення атмосфери(кислотні дощі);

2. як хімічна сировина (процес коксування).

В процесі коксування кам’яне вугілля нагрівають його до 1000⁰С протягом 14 годин і одержують такі продукти:

1. кокс(для виробництва чавуну і сталі, а також як паливо у кузнях);

2. коксовий газ(як газоподібне паливо);

3. кам’яновугільна смола (джерело різних аренів: бензен. толуен,

фенол, нафталін і т.д.);

4. аміачна вода (як азотне добриво).

Оксигеновмісні органічні сполуки

Спирти і феноли містять функціональну (характеристичну) групу – гідроксильну або гідрокси-групу - ─ОН.

Тема 26. Спирти і фенол.

Спирти

Спирти – це похідні від вуглеводнів, в яких один або всі атоми Н почергово заміщені на групу ОН.

Група ОН для спиртів є функціональною( характеристичною) групою –

це група атомів, яка визначає будову, фізичні та хімічні властивості даного класу речовин.

Група ОН називається гідроксильною групоюабогідрокси-групою.

Загальна формула спиртів: R(OH)_n.

Спирти класифікують за:

І. вуглеводневим радикалом:

- насичені;

- ненасичені

- ароматичні.

ІІ. числом груп ОН:

- одноатомні;

- багатоатомні(двоатомні,триатомні і т.д.).

Найбільше практичне значення мають насичені ! одноатомні і багатоатомні спирти.

Насичені одноатомні спирти (Алканоли).

Загальна формула спиртів: С_nH_2n+1ОН де: n = 1,2,3,4 і т.д. або

ROH , де R – СН₃, С₂Н₅, С₃Н₇ і т.д.

або C_nH_2n+2 O де: n = 1,2,3,4 і т.д.

Номенклатура алканолів

За міжнародною(систематичною або номенклатурою ІЮПАК) назви спиртів походять від відповідних назвалканів із додаванням закінчення ол .

За історичною номенклатурою назви спиртів походять від відповідних назв радикалів алканів з додаванням закінчення овийі словоспирт.

СН₃ ОН-метанол, метиловий спирт

С₂Н₅ ОН-етанол, етиловий спирт

С₃Н₇ ОН - пропанол, пропіловий спирт

_{1 2 3 3 2 1}

СН₃- СН─СН₃ СН₃- СН₂─СН₂- ОН

|

ОН пропан-1-ол

пропан-2-ол

Алгоритм

для складання назв розгалужених одноатомних спиртів за структурними формулами:

1. Визначити (виокремити) найдовший карбоновий ланцюг– родоначальну структуру (головний ланцюг), що містить характеристичну (функціональну) групу – ОН.

1. Пронумерувати атоми Карбону родоначальної структури. При цьому нумерацію необхідно починати з того кінця до якого ближче характеристична група – ОН.

1. У назві вуглеводню спочатку

наводяться назви замісників, приєднаних до родоначальної структури,

із вказівкою номера атома Карбону, до якого вони приєднані. Номери

атомів Карбону(локанти) відокремлюються від назв замісників дефісом.

1. Якщо замісників декілька, то в назві вони наводяться вукраїнському алфавітному порядку(за першими буквами їх назв). Якщо є декілька однакових замісників, то їхня назва вказується тільки один раз, а їхнє число вказується префіксами: ди(два), три(три), тетра(чотири), пента(п´ять) тощо й обов´язково цифрами(локантами) через кому вказується положення кожного з однакових замісників.

1. Після цього записується назва у відповідності до назви алкану, що містить таке ж число атомів Карбону в родоначальній структурі.

1. Потімвказуютьцифрою(локантом) атом Карбонуродоначальної структури, біля якогорозміщенахарактеристична група - ОН, відокремлюючи двома дефісами(справа і зліва).

1. В останню чергу записуємо закінчення – ол.

СН₃

_{1 2 3 4}| ₅

СН₃- СН─СН₂ ─С ─СН₃

||

ОН СН₃

4,4-диметилпентан-2-ол

Цифри, які стоять у назвах спиртів перед замісниками і перед розміщенням групи ОН називаються локантами.

Тільки ! одноатомні спирти поділяються на :

1. первинні[ п.]( група ОН знаходиться біля атома Карбону , що зв’язаний тільки з одним атомом Карбону);

СН₃

_{1 2 3 4}| ₅

СН₂─СН₂ ─СН₂ ─СН─СН₃

│

ОН

4-метилпентан-1-ол

2. вторинні[ в.]( група ОН знаходиться біля атома Карбону , що

зв’язаний тільки з двома атомами Карбону);

СН₃

_{1 2 3 4}| ₅

СН₃─СН─СН₂─С─СН₃

||

ОН СН₃

4,4-диметилпентан-2-ол

3. третинні [ т.]( група ОН знаходиться біля атома Карбону , що зв’язаний тільки з трьома атомами Карбону).

СН₃

_{5 4 3 2}| ₁

СН₃─СН₂ ─СН₂ ─С─СН₃

|

ОН

2-метилпентан-2-ол

Фізичні властивості спиртів

Перші представники спиртів – це рідини, добре розчинні у воді, мають специфічний запах (СН₃ ОН – отруйний , С₂Н₅ ОН – наркотик). Вищі спирти – тверді речовини, не розчинні у воді.

Спирти є рідинами тому( на відміну від алканів з яких вони походять), що між молекулами існує водневий зв’язок. Спирти за свєю будовою і фіз.. властивостями більше подібні до води і між молекулами води також існує водневий зв’язок (Н-ОН і R-ОН. Алканоли є і похідними від води , в якій один атом Н заміщений на вуглеводневий радикал).

^δ+Н ─ О^δ- ·· ·· ^δ+Н ─ О^δ- ·· ·· ^δ+Н ─ О^δ- ·· ·· ^δ+Н ─ О^δ- вода

| | | |

Н Н Н Н

^δ+Н ─ О^δ- ·· ·· ^δ+Н ─ О^δ- ·· ·· ^δ+Н ─ О^δ- ·· ·· ^δ+Н ─ О^δ- спирти

| | | |

R R R R

Хімічні властивості спиртів

Всі хімічні властивості спиртіввідбуваються по групі ОН як характеристичній(функціональній) групі спиртів.

І. Реакції по атомі Н групиОН

1. реакція з лужними і лужно-земельними металами

2СН₃ ОН+ 2Na →2СН₃ ОNa+ H₂↑

Натрій метилат

2C₃Н₇ ОН+ Ca →(С₃Н₇ О)₂Ca+ H₂↑

Кальцій пропілат

[Подібно як вода: 2Н ОН + 2Na → 2NaОН + H₂↑ ]

Сполуки формулою R-ONa називаються алкоголяти (це солі –йонні сполуки).

ІІ. Реакції по групі ОН

1. реакція з галогеноводнями( HCl, HBr, HI)

При цьому група ОН спиртів заміщується на галоген.

СН₃ ОН + HBr → СН₃–Br + Н₂О

бромметан

2. реакція дегідратації (починаючи від C₂Н₅ ОН)

А) внутрішньомолекулярна дегідратація

Від однієї молекули спирту відщеплюється молекула води (група ОН і атом Н від атома С , що є сусіднім з атомом С, біля якого безпосередньо знаходиться група ОН) і утворюється алкен. Каталізатор конц. H₂SO₄ і температура > 140⁰С

С₂Н₅ ОН → С₂Н₄ ↑ + Н₂О

С₃Н₇ ОН → С₃Н₆ ↑ + Н₂О

Б) міжмолекулярна дегідратація

Від двох молекул спирту( однакових або різних) відщеплюється молекула води( атом Н від групи ОН першої молекули спирту і група ОН від другої молекули спирту) і утворюється етери (формулою R-O-R). Каталізатор конц. H₂SO₄ і температура < 140⁰С

2С₂Н₅ ОН → С₂Н₅-О-С₂Н₅ + Н₂О

Діетиловий етер

С₂Н₅ ОН + С₃Н₇ ОН → С₂Н₅-О-С₃Н₇ + Н₂О

Етилпропіловий етер

3. реакція дегідрування

Від однієї молекули спиртувідривається молекула водню Н₂ (один атом Н від групи ОН, а другий Н від атома С біля якого безпосередньо знаходиться група ОН) і утворюєтьсяальдегід.

О

СН₃ ОН → Н-С + Н₂

Н

Метаналь (альдегід)

О

СН₃-СН₂ ОН → СН₃ - С + Н₂

Н

Етаналь, оцтовий альдегід

IІ. реакція окиснення

1. реакція горіння (повне і неповне):

Внаслідок реакції повного горіння вуглеводнів утворюється завжди СО₂ і Н₂О.

2С₃Н₇ ОН + 9О₂ → 6CО₂ + 8H₂О

С₂Н₅ ОН + 3О₂ → 2CО₂ + 3H₂О

2. реакція окиснення розчином KMnO₄

Спирти окислюються розчином KMnO₄ , знебарвлюючи його, і при цьому утворюються альдегіди (відбувається окиснення С-Н зв´язку біля атома С який безпосередньо зв´язаний з групою ОН)

О

СН₃ ОН + [О] → Н- С + Н₂О

Н

О

СН₃-СН₂ ОН + [О] → СН₃ - С + Н₂

Н

Етаналь, оцтовий альдегід

Добування спиртів

І. СН₃ ОН

Упромисловості одержують:

- із «водяного газу» (СО +Н₂):

СО + 2Н₂ → СН₃ ОН

- при розкладі деревини.

ІІ. С₂Н₅ ОН

1. Упромисловості одержують:

- реакцією спиртового бродіння глюкози:

С₆Н₁₂О₆ → 2 С₂Н₅ ОН + 2СО₂↑

-реакцією гідратації етилену в присутності конц. фосфатної кислоти:

C₂H₄ + H₂О → C₂H₅ -OH

ІІІ. Загальні методи добування

-реакцією гідратації алкенів в присутності конц. фосфатної кислоти:

C₃H₆ + H₂О → C₃H₇ -OH

- Реакція лужного гідролізу моногалогеналканів в присутності водного! розчину лугу

Водн.р-н лугу

C₂H₅Cl + NaOH → C₂H₅ ОН + NaCl

Застосування спиртів

І. СН₃ ОН (деревний спирт)

1. як розчинник для лаків і фарб;

2. як замінник бензину;

ІІ. С₂Н₅ ОН (винний спирт)

1. як розчинник у парфумерії;

2. в харчовій промисловості як консервант;

3. як алкогольний напій;

4. для одержання синтетичного каучуку (бутадієновий каучук);

5. як замінник бензину(пальне для автомобілів).

Багатоатомні спирти

Найбільш практичне значення мають дво і триатомні спирти. Необхідно пам’ятати, що кожна група ОН повинна знаходитися біля одного атома Карбону. За міжнародною номенклатурою назви їх походять від назв алканів з додаванням закінчення -діол чи тріол. Для деяких з них характерні і історичні назви.

СН₂ – СН₂ СН₂ – СН -СН₂

| | | | |

ОН ОН ОН ОН ОН

Етан-1,2-діол пропан-1,2,3-тріол

етиленгліколь гліцерин, гліцерол

За фізичними властивостями багатоатомні спирти – це олієподібні рідини, добре розчинні у воді, солодкі на смак (органічні сполуки, які містять2 і більше груп ОН є солодкими на смак). Етиленгліколь – отруйний, а гліцерин – не шкідливий для людського організму(має гігроскопічні властивості використовується для пом´якшення шкіри в шкіряній промисловості та фармації).

Хімічні властивості багатоатомних спиртів

В багатоатомних спиртах на відміну від одноатомних спиртів групи ОН впливаютьодна на одну і атоми Н стають більш рухливим у порівнянні з одноатомними (багатоатомні спирти – слабкі кислоти). У хімічних реакціях може брати участь як одна група ОН так і всі почергово.

І. Реакції по атомі Н групиОН

1. реакція з лужними і лужно-земельними металами

СН₂ ОН CН₂ ОNa

| + 2Na → | + Н₂

СН₂ ОН СН₂ ОNa

Натрій гліколят

СН₂ ОН CН₂ ОNa

| |

2СН ОН + 6Na → 2СН ОNa + 3Н₂↑

| |

СН₂ ОН СН₂ ОNa

Натрій гліцерат

2. реакція з нітратною кислотою

Атоми Н груп ОН заміщуються на нітро-групу (вплив груп груп ОН одна на одну)

СН₂ ОН CН₂ О-NО₂

| |

СН ОН + 3НО-NО₂ → СН О-NО₂ + 3Н₂О

| |

СН₂ ОН СН₂ О-NО₂

тринітрогліцерин

3. реакція з Сu(OH)₂

Якісна реакція на багатоатомні спирти - це взаємодія багатоатомних спиртів з голубим осадом Сu(OH)₂ при звичайних умовах при цьому утворюється синій прозорий розчин (вплив груп ОН одна на одну)

СН₂ ОН CН₂ О

| | Cu

СН ОН + Cu(OH)₂ → СН- О + 2Н₂О

| голубий |

СН₂ ОН осад СН₂ ОH

Купрум (ІІ) гліцерат (синій прозорий розчин)

ІІ. Реакції по групах ОН

1. реакція з галогеноводнями( HCl, HBr, HI)

СН₂ ОН CН₂ Cl

| |

СН ОН + 3НCl → СН- Cl + 3Н₂О

| |

СН₂ ОН СН₂ Cl

IІІ. реакція окиснення

1. реакція горіння :

Внаслідок реакції повного горіння спиртів утворюється завжди СО₂ і Н₂О.

2С₃Н₈О₃ + 7О₂ → 6CО₂ + 8H₂О

Добування спиртів

І. Гліцерин

1.Упромисловості одержують гідролізом жирів.

2. Реакція лужного гідролізу 1,2,3-трихлоропропану в присутності водного! розчину лугу

CН₂ Cl CH₂ ОН

| |

СН- Cl + 3KОH → CH-ОН + 3KCl

| |

СН₂ Сl СН₂ ОН

Застосування cпиртів

І. Гліцерин

1. як незамерзаюча рідина в радіаторах машин (ТОСОЛ) -антифриз;

2. для одержання вибухівки;

3. у косметичній і шкіряній промисловості(гігроскопічність);

4. 1%-ний розчин три нітрогліцерину використовують в медицині як

препарат, що розширює кровоносні судини.

Фенол

Фенол – це похідне від бензену, в якому один атом Н заміщений безпосередньо на групу ОН.

С₆Н₅ ОН – фенол або гідроксибензен.

Необхідно пам’ятати: у фенолі група ОН безпосередньо зв’язана з бензеновим ядром, а в вроматичних спиртах група ОН зв’язана хоча б через один атом Карбону:С₆Н₅ ОН – фенол ; С₆Н₅ –СН₂- ОН – бензиловий спирт (ароматичний спирт).

За фізичними властивостямифенол–це кристалічна речовина, трохи розчинна у воді, дуже отруйна.

Хімічні властивості фенолу

У молекулі фенолу відбувається взаємний вплив груп атомів одна на одну ( С₆Н₅ і ОН) (подібно як в толуені).

С₆Н₅ так впливає на групу ОН, що атом Н її стає ще більш рухливим (С₆Н₅ має властивість відтягувати спільну пару електронів від атома Оксисену групи ОН, таким чином атом О стає позитивним, а він в свою чергу відтягує спільну пару електронів від атома Н, бо атом О є після Флюору найбільш електронегативним), ніж в багатоатомних спиртах (фенол є слабкою кислотою – карболова кислота).

Група ОНтаквпливає на бензенове ядро(С₆Н₅)(група ОН має властивість відштовхувати спільну пару електронів до атома С бензинового ядра, таким чином порушує спряження в ньому і неоднаково поляризується С-Н зв′язок в різних положеннях бензенового ядра),що атоми в положеннях 2,4,6- стають більш рухливішими і можуть заміщуватися на атоми або групи атомів.

І. Реакції по атомі Н групиОН

1. реакція з лужними і лужно-земельними металами (легше, ніж з спиртами)

2С₆Н₅ ОН+ 2Na →2С₆Н₅ ОNa+ H₂↑

Натрій фенолят

2. реакція з лугами (тільки для фенолу)

С₆Н₅ ОН + NaОН → С₆Н₅ ОNa + H₂О

3. реакція з FeCl₃ – це якісна реакція на фенол, при цьому утворюється фіолетовий осад

3С₆Н₅ ОН+FeCl₃→(С₆Н₅ О)₃Fe↓ + 3HCl

Ферум(ІІІ) фенолят (фіолетовий осад)

ІІ. Реакція по групі ОН

1. реакція з галогеноводнями( HCl, HBr, HI)

Реакція з галогеноводнями не характерна для фенолу тому, щоС₆Н₅ –феніл-радикал міцно утримує групу ОН і не дає можливості замістити її на галоген.

ІІІ. Реакції заміщення(по групі С₆Н₅)

1. реакція галогенування( з «хлорною» чи «бромною водою») При цьому утворюється білий осад.(якісна реакція на фенол).

С₆Н₅-ОН + 3Cl₂ → С₆Н₂(Cl₃) -ОН ↓ + 3HCl

2,4,6-трихлорофенол

2. реакція нітрування

k. H₂SO₄

С₆Н₅-ОН + 3HO-NO₂ → C₆H₂(NO₂)₃ОН + 3H₂O

2,4,6-тринітрофенол (пікринова кислота)

IV. реакція окиснення

1. реакція горіння :

Внаслідок реакції повного горіння фенолу утворюється СО₂ і Н₂О.

С₆Н₅ОН + 7О₂ → 6CО₂ + 3H₂О

Добування фенолу

І. С₆Н₅ ОН

Упромисловості одержують за схемою:

С₆Н₆ → С₆Н₅ Cl → С₆Н₅ ОН

1. С₆Н₅ ОН + Cl₂ → С₆Н₅ Cl + HCl

2. С₆Н₅ Cl + NaOH → С₆Н₅ ОН + NaCl