第三章 烯烃和环烷烃
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第三章烃类热裂解引言:乙烯、丙烯和丁二烯等低级烯烃分子中具有双键,化学性质活泼,能与许多物质发生加成、共聚或自聚等反应,生成一系列重要的产物,是化学工业的重要原料。
工业上获得低级烯烃的主要方法是将烃类热裂解。
烃类热裂解是将烃类原料(天然气、炼厂气、石脑油、轻油、柴油、重油等)经高温(750℃以上)、低压(无催化剂)作用,使烃类分子发生碳链断裂或脱氢反应,生成分子量较小的烯烃、烷烃和其他分子量不同的轻质和重质烃类。
烃类热裂解非常复杂,具体体现在:(1)原料复杂:烃类热裂解的原料包括天然气、炼厂气、石脑油、轻油、柴油、重油甚至是原油、渣油等;(2)反应复杂:烃类热裂解的反应除了断裂或脱氢主反应外,还包括环化、异构、烷基化、脱烷基化、缩合、聚合、生焦、生碳等副反应;(3)产物复杂:即使采用最简单的原料乙烷,其产物中除了H2、CH4、C2H4、C2H6、外,还有C3、C4、等低级烷烃和C5以上的液态烃。
烃类热裂解按原料的变化可分为:在低级不饱和烃中,以乙烯最重要,产量也最大。
乙烯产量常作为衡量一个国家基本化学工业的发展水平的标志。
表3-l和表3-2列举了世界主要国家与地区的乙烯生产能力。
烃类热裂解制乙烯的生产工艺主要为原料烃的热裂解和裂解产物分离。
本章将分别予以讨论。
第一节热裂解过程的化学反应1.1烃类裂解的反应规律1.1.1烷烃的裂解反应(1)正构烷烃正构烷烃的裂解反应主要有脱氢反应和断链反应对于C5以上的烷烃还可能发生环化脱氢反应。
脱氢反应是C-H键断裂的反应,生成碳原子数相同的烯烃和氢,其通式为C5以上的正构烷烃可发生环化脱氢反应生成环烷烃。
如正己烷脱氢生成环己烷。
断链反应是C-C键断裂的反应,反应产物是碳原子数较少的烷烃和烯烃,其通式为相同烷烃脱氢和断链的难易,可以从分子结构中碳氢键和碳碳键的键能数值的大小来判断。
表3-3给出了正、异构烷烃的键能数据。
由表3-3的数据看出如下规律:①同碳原子数的烷烃C-H键能大于C-H键能,断链比脱氢容易;②随着碳链的增长,其键能数据下降,表明热稳定性下降,碳链越长裂解反应越易进行。
烷烃、环烷烃、烯烃、炔烃一、烷烃1、烷烃的命名和异构普通命名法、习惯命名法C1-C10:甲、乙、丙……壬、癸C11以上用中文数字:如十一烷正、异、新的含义俗名系统命名法一长、二多、三小的原则(最低系列)书写原则:a、在母体前标出取代基及位次b、相同取代基合并,小的在前(按次序规则)c、数字与数字间用逗号、数字与文字间用短横隔开IUPAC命名法与系统命名法的区别:取代基书写次序按英文字母序烷基的命名及英文缩写-CH3甲基Me. -CH2CH3乙基Et.-CH2CH2CH3丙基n-Pr. -CH(CH3)2异丙基i-Pr.-(CH2)3CH3 丁基n-Bu. -CH2CH(CH3)2异丁基i-Bu.-CH(CH3)CH2CH3 仲丁基s-Bu.-C(CH3)3叔丁基t-Bu.SP3杂化、正四面体结构伯、仲、叔、季碳原子(1°、2°、3°、4°碳原子)构造式、结构简式、键线式锯架式、投影式、纽曼式等同分异构构造异构碳架异构、位置异构、官能团异构构型异构对映异构、顺反异构(烯烃、脂环化合物)构象异构1、烷烃的物理性质及变化规律颜色、气味熔点、沸点密度、溶解性、极性变化规律沸点(直链、支链)熔点(直、支链,奇、偶数)2、烷烃的反应A、氧化反应燃烧生成CO2和H2O 注意碳氢比与产物的关系催化氧化生成含氧衍生物如醇、醛、酸等【例题】三种等摩尔气态脂肪烷烃在室温(25℃)和常压下的体积为2升,完全燃烧需氧气11升;若将该气态脂肪烃混合物冷至5℃,体积减少到原体积的0.933倍。
试写出这三种脂肪烃的结构式,给出推理过程。
注:已知该混合物没有环烃,又已知含5个或更多碳原子的烷烃在5℃时为液态。
(12分)【评析】(1)解题的第一步是写出用烷烃通式来表示的完全燃烧的化学方程式:C n H2n+2+(1.5n+0.5)O2=nCO2+(n+1)H2O写出通式的依据自然是试题告诉我们——这三种气态烷烃中没有环烷。