Книга: Общая химия

165. Непредельные (ненасыщенные) углеводороды.

165. Непредельные (ненасыщенные) углеводороды.

Простейший непредельный углеводород с двойной связью — этилен C₂H₄ или CH₂=CH₂ , как уже указывалось, является родоначальником гомологического ряда непредельных этиленовых углеводородов:

Состав любого углеводорода этого ряда выражает общая формула CnH_2n (где n — число атомов углерода).

- 456 -

Состав членов гомологического ряда непредельных ацетиленовых углеводородов (с тройной связью), родоначальником которых является ацетилен C₂H₂, или CH?CH, выражается общей формулой CnH_2n-2.

Общая формула CnH_2n-2 выражает также состав углеводородов с двумя двойными связями* из них отметим бутадиен (или дивинил) C₄H₆ и изопрен C₅H₈ , имеющие следующее строение:

Известны углеводороды с большим числом двойных (полиены) или тройных (полиины) связей.

Непредельные углеводороды могут быть получены из предельных путем каталитического отщепления водорода (реакция дегидрирования, или дегидрогенизации). Например, из содержащегося в попутном нефтяном газе этана получают этилен, а из бутана — бутадиен:

Изопрен может быть получен дегидрированием изопентана:

Важным источником получения этилена и его гомологов служат газообразные и жидкие продукты крекинга углеводородов нефти. Крекингом называют процесс расщепления углеводородов с длинными цепями на молекулы меньшей длины, происходящий в присутствии катализаторов (каталитический крекинг) или при нагревании предельных углеводородов до 500-700°C под давлением (термический крекинг). Например:

* См. примечание на стр. 455.

- 457 -

Крекинг нефтяных продуктов позволяет получать смеси низкокипящих углеводородов (например, бензин) из углеводородов с высокой температурой кипения. При крекинге наряду с предельными углеводородами всегда получаются и непредельные. Непредельные углеводороды, образующиеся при крекинге, а также полученные дегидрированием предельных углеводородов, содержащихся в попутных газах нефтедобычи, все шире используются в промышленности органического синтеза в качестве сырья для производства пластических масс, химических волокон, спиртов, каучукоподобных материалов, моющих средств, растворителей и других ценных продуктов.

Физические свойства этиленовых и ацетиленовых углеводородов в гомологических рядах изменяются с той же закономерностью, как и у предельных: низшие представители — газы, более сложные жидкости, а затем — вещества с постепенно возрастающими температурами плавления и кипения, находящиеся при обычных условиях в твердом состоянии.

По химическим свойствам непредельные углеводороды резко отличаются от предельных; они исключительно реакционноспособны и вступают в разнообразные реакции присоединения. Такие реакции происходят путем присоединения атомов или групп атомов к атомам углерода, связанным двойной или тройной связью. При этом кратные связи довольно легко разрываются и превращаются в простые.

Так, этилен и ацетилен легко присоединяют бром, переходя в соответствующие ди- и тетрагалогенпроизводные:

ацетилен дибромэтилен тетрабромэтан

Реакция может служить для обнаружения непредельных углеводородов — бурая окраска брома быстро исчезает.

Другой качественной реакцией на наличие кратных связей служит окисление перманганатом калия: непредельные соединения окисляются очень легко с разрывом кратных связей, а фиолетовая окраска KMnO₄ при этом исчезает.

Важным свойством непредельных углеводородов является способность их молекул соединяться друг с другом или с молекулами других непредельных углеводородов (реакция полимеризации, § 177).

Этилен C₂H₄ бесцветный газ со слабым приятным запахом, довольно хорошо растворимый в воде. Его температура кипения -103,8°C, температура затвердевания -169,5°C. На воздухе он горит слегка светящимся пламенем.

- 458 -

Этилен — весьма важное сырье для получения ряда синтетических продуктов, особенно этилового спирта, этиленоксида (окиси этилена), этиленгликоля (антифриз), полиэтилена (см. § 177) и др.

Ацетилен C₂H₂ бесцветный газ с характерным слабым запахом; температура кипения -83,8°C, температура затвердевания — -80,8°C. Технический ацетилен, получаемый из карбида кальция, пахнет неприятно из-за имеющихся в нем примесей. На воздухе ацетилен горит сильно коптящим пламенем. При его сгорании выделяется большое количество теплоты. Поэтому ацетилен в смеси с кислородом широко используют для сварки и резки металлов (автогенная сварка; температура пламени до 3350°C). Взрывоопасен; смеси с воздухом, содержащие от 2,3 до 80,7% ацетилена, взрывают от искры. Трудно растворим в воде; под небольшим давлением (1,2-1,5 МПа) хорошо растворяется в ацетоне (до 300 объемов) и в таком виде безопасен.

Действие воды на карбид кальция CaC₂ до сих пор остается одним из распространенных способов получения ацетилена:

Новый, современный метод получения ацетилена заключается в пиролизе (превращение при высоких температурах) углеводородов, главным образом метана:

Ацетилен, подобно этилену, — ценное химическое сырье. Из него получают уксусный альдегид, этиловый спирт, уксусную кислоту, синтетические каучуки, пластические массы и другие продукты.

В области непредельных, а особенно ацетиленовых углеводородов большое значение имеют исследования, проведенные А. Е. Фаворским (1860—1945) и его учениками. Фаворский открыл большое число различных перегруппировок молекул при химических реакциях и показал, как можно управлять этими процессами.