1.2. Способы получения
Предельные углеводороды получать, исходя из других классов соединений, приходится достаточно редко. Потому что многие их представители в индивидуальном виде или в виде смесей разной сложности вполне доступны: природный и попутный газы, газовый конденсат, нефть. Так, множество индивидуальных алканов с числом углеродных атомов до 11 включительно выделены из нефтепродуктов фракционной перегонкой. При необходимости отдельные представители алканов могут быть синтезированы при помощи следующих известных реакций.
1. Алкены легко превращаются в алканы с тем же числом углеродных атомов в результате реакции каталитического гидрирования – присоединения атомов водорода под воздействием веществ, ускоряющих ход химической реакции:
В качестве катализаторов применяют коллоидные или мелкодисперсные металлы (платина, палладий, никель). В случае никеля приходится применять повышенные температуру и давление и, для усиления каталитической активности, придавать металлу сильно развитую поверхность. Таковым никелевым катализатором является, так называемый никель Ренея. Получают его сплавлением никеля с алюминием с последующим выщелачиванием алюминия. При этом получается никель с сильно развитой поверхностью. При гидрировании как катализатор используется также более дешевый, чем упомянутые металлы, хромит меди.
2. Предельные углеводороды могут быть получены исходя из галогенпроизводных путем их восстановления – замещения галогена на водород:
Восстановителями являются молекулярный (в присутствии катализатора) или атомарный (в момент выделения) водород. Используются также химические восстановители, например, иодистый водород.
3. Одним из синтетических методов получения алканов является конденсация галогенпроизводных под воздействием щелочных металлов:
Эта реакция была открыта Вюрцем в 1855 году. Предполагается, что вначале из галогенпроизводного получается натрийалкил (Шорыгин), который далее реагирует с другой молекулой галоидного алкила:
Лучше всего реакция идет с участием первичных алкилиодидов. В случае третичных галогенпроизводных выход углеводородов не превышает 10-20% из-за реакции отщепления галогенводорода и других побочных реакций.
В реакции Вюрца кроме натрия и калия могут быть использованы и другие металлы: магний, цинк, литий.
При участии в реакции Вюрца молекул одного галогенпроизводного получающийся алкан содержит в два раза больше углеродов, чем исходный галоидный алкил. В случае же использования в реакции смеси галогенпроизводных по понятным причинам получается смесь трех углеводородов:
Тем не менее, проблему получения несимметричных алканов по реакции Вюрца удалось решить. В вышеприведенной реакции вначале из одного галогенпроизводного получают магнийорганическое соединение, которое затем в реакции с другим галогенпроизводным (реакции кросс-сочетания) дает несимметричный алкан:
4. Из карбоновых кислот алканы могут быть получены двумя способами: либо удалением карбоксильной группы из их солей при нагревании с щелочью:
либо электролизом (реакция Кольбе). При электролизе соль диссоциирует, анион на аноде отдает электрон и превращается в перекисный радикал, который распадается на СО2 и алкильный радикал. Объединение двух радикалов приводит к алкану:
5. При производстве моторных топлив (бензинов) широко используются процессы алкилирования, т.е. введения алкильной группы в состав органической молекулы. Примером такой реакции является алкилирование изобутана изобутиленом в присутствии фосфорной кислоты (подробнее см. раздел, посвященный химическим свойствам алкенов):
6. В некоторых странах смеси алканов различного строения синтезируются восстановлением окиси углерода. При использовании никелевого или кобальтового катализатора (7-12 атм.) реализуется следующая общая схема:
В случае применения железного катализатора восстановление идет по схеме:
