điều chế hydrocacbon

Tổng hợp hữu cơ –hydrocacbon đã và đang phát triển mạnh mẽ nhất và trở thành một nghành công nghiệp mũi nhọn , có vai trò quan trọng trong viêc thúc đẩy sự phát triển các nghành công ngh

BỘ CÔNG NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỐ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA

…………oOo……

TIỂU LUẬN MÔN HỌC

HÓA HỮU CƠ

Đề tài : ĐIỀU CHẾ HYDROCACBON

Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Văn Bời Người thực hiện : Nguyễn Thị Lụa Lớp : ĐHPT2TLT

MSV : 08892111

Tp Hồ Chí Minh 7-2010

1

MỤC LỤC

Trang

Lời nói đầu 3

Các phương pháp điều chế Hydrocacbon 4

1.Ankan 4

1.1 Điều chế metan 5

1.1.1 Từ nhôm cacbua 5

1.1.2 Nung Natri acetat với vôi tôi sút 5

1.1.3 Cracking dầu mỏ 5

1.2 Điều chế các đồng đẳng metan 5

1.2.1 Phương pháp giữ nguyên mạch cacbon 5

1.2.2 Phương pháp tăng mạch cacbon 7

1.2.3 Phương pháp giảm mạch cacbon 7

2 Xicloankan 8

2.1 Từ dẫn suất Dihalogen 8

2.2 Từ muối canxi của acid Dicacboxilic 88

2.3 Đề Hydro hóa ankan tương ứng 8

3 Anken 9

3.1 Cracking dầu mỏ 9

3.2 Từ ankan 9

3.3 Từ ankin 9

3.4 Từ este 9

3.5 Từ alcol 9

3.6 Từ mono và dihalogen 10

3.6.1 Từ dẫn suất mono halogennua ankyl 10

3.6.2 Từ dẫn suất ∝ - dihalogennua 10

4 Ankandien 11

4.1 Từ ankan 11

4.2 Từ dẫn suất anken 11

4.3 Từ alcol 11

5 Ankin 12

5.1 Điều chế axetylen 12

5.1.1 Từ canxi cacbua 12

5.1.2 Từ metan 12

5.2 Điều chế ankin khác 13

5.2.1 Từ dẫn suất vic-di và tetra halogennua ankyl 13

5.2.2 Ankyl hóa dẫn suất cơ Natri, Li hoặc Magiê của Acetylen .13

Kết luận 14

Tài liệu tham khảo 15

LỜI MỞ ĐẦU

Tổng hợp hữu cơ – hyđrôcacbon là nghành công nghiệp đã có những bước nhảy thay đổi và phát triển không ngừng vào những năm của thế kỷ

XX Tổng hợp hữu cơ –hydrocacbon đã và đang phát triển mạnh mẽ nhất

và trở thành một nghành công nghiệp mũi nhọn , có vai trò quan trọng trong viêc thúc đẩy sự phát triển các nghành công nghiệp khác cũng như nền kinh

tế quốc dân

Bên cạnh đó là sự phát triển không ngừng của một số ngành công nghiệp tổng hợp hữu cơ khác , song không thể không nhắc đến nghành tổng hợp hydrocacbon, là một đặc tính quan trọng để tổng hợp ra nhiều chất hữu

cơ khác

Cùng với sự phát triển của đất nước nói chung, cũng như sự phát triển không ngừng của ngành công nghiệp tổng hợp hữu cơ nói riêng, thì hydrocacbon đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp sản xuất khác và là nguyên liệu không thể thiếu của các quá trình tổng hợp sản phẩm hữu cơ khác

Để hiểu rõ tầm quan trọng của hydrocacbon như thế nào trong cuộc sống quanh ta sau đây bài luận tìm hiểu quá trình điều chế hydrocacbon

CÁC PHÁP ĐIỀU CHẾ HYĐRÔCACBON

Thường các phương pháp điều chế các hợp chất hữu cơ được chia làm

2 loại: phương pháp công nghiệp và phương pháp phòng thí nghiệm Hai phương pháp này có những điểm khác nhau sau đây:

Phương pháp công nghiệp thường thu nhận một khối lượng hợp chất lớn với giá thấp

trong khi đó phòng thí nghiệm cần tổng hợp một vài trăm gam, một vài gam hoặc ít hơn, không quan tâm đến giá cả và thời gian cần thiết để tổng hợp

Phương pháp công nghiệp sử dụng các hợp chất không chỉ dạng tinh khiết mà cả dạng hỗn hợp nhiều chất, còn trong phòng thí nghiệm luôn luôn đòi hỏi phải ở dạng tinh khiết

Phương pháp công nghiệp thường chọn cách thu nhận hợp chất sao cho thuận lợi về việc vận dụng các dây chuyền công nghệ và thiết bị Vì vậy thường phương pháp công nghiệp chỉ có ý nghĩa với cách thu nhận một hợp chất nhất định Trái lại phương pháp phòng thí nghiệm quan tâm đến việc sử dụng cho cả một loạt hợp chất cùng loại với nhau

1 ANKAN

Phương pháp công nghiệp

Nguồn thu nhận chính của ankan là dầu mỏ và khí thiên nhiên Sự thối rữa hàng triệu năm của các tầng địa chất đã chuyển hoá các hợp chất hữu cơ phức tạp của động thực vật thành hồn hợp ankan có thành phần từ 1 đến 30, 40 nguyên tử cacbon Thường khí thiên nhiên chỉ chứa những ankan nhẹ (có phân tử lượng nhỏ) chủ yếu là CH4 Dầu mỏ có thành phần ankan phức tạp hơn Bằng phương pháp chưng cất dầu mỏ, người ta tách các loại ankan ra khỏi nhau, được ứng dụng rộng rãi trong đời sống, công nghiệp

Các ankan là chất khí được sử dụng làm nhiên liệu đốt Các ankan là chất lỏng được sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ dốt trong, các ankan cao hơn dạng dầu (luille) dùng bôi trơn Các ankan rắn như parafin dùng làm nến[1] Điều chế mê tan[ ]3

C + H2 Ni ,t0 CH4

1.1.1 Từ nhôm cacbua

Ví dụ :

Al4C3 + 12H2O CH4 + 4Al(OH)3 ↓

1.1.2 Nung natriacetat với vôi tôi sút

Ví dụ :

CH3COONa + NaOH CH4 + Na2CO3

1.1.2 Crackinh dầu mỏ

Ví dụ :

C4H8 xt, to CH4 + CH2 = CH2

1.2 Điều chế các đồng đẳng của mê tan

1.2.1 Các phương pháp giữ nguyên mạch cacbon[5]

• Từ anken, ankin + H2 xt ( Ni, Pt…)

CnH2n + H2 Ni to CnH2n+2

Ví dụ :

CH2 = CH2 + H2 Ni , to CH3 - CH3

CnH2n -2 + H2 Ni , to CnH2n+2

Ví dụ :

CH ≡ CH + H2 Ni , to CH3 - CH3

R-X Mg/ eter khan R -MgX H2O R-H

• TừAncol:

Cho ancol tác dụng với HI,( P đỏ)

R-OH + HI 2000C R- H + I2 + H2O

Ví dụ :

CH3CH2CH2CH2OH + HI CH3CH2CH2CH3 + I2 + H2O

• Từ andehyt, xeton [6]

P/ứng Clemensen(Zn/Hg + HCl)

Ví dụ :

CH3 C

O

CH3 Zn(Hg),HCl(đậm đặc)CH3 CH2 CH3

P/ứng Vonf-Kishner ( tác nhân H2N-NH2/KOH)

R – COR H2N – HN2 R – CH – R'

OH

-• Từ dẫn xuất halogen[2]

R – CHBr - R' Zn , H+ R – CH – R'

Ví dụ :

CH3CH2CHBrCH3 Zn , H+ CH3CH2CH2CH3

• Từ hợp chất cơ kim[9]

Ví dụ :

CH3CH2CHBrCH3 + Mg/ete khan CH3CH2CHMgBrCH3 + H2O

CH3CH2CH2CH3 + Mg(OH)Br

1.2.2 Phương pháp tăng mạch cacbon

• Phương pháp Wurtz[4]

R-X + 2Na + R-X R-R + 2NaX

Ví dụ :

CH3CH2 -Cl + 2Na + Cl – CH2CH3 CH3CH2 - CH2CH3 + 2NaCl

• Phản ứng này đạt hiệu suất cao nhất khi 2 gốc hidrocacbon đem ghép là 2 gốc giống nhau

• Khi 2 gốc hidrocacbon đem ghép là 2 gốc khác nhau, phản ứng cho hỗn hợp sản phẩm R-R, R-R', R'-R'

• Phản ứng không diễn ra trong dung môi ete mà hay dùng dung môi Hidrocabon

• Phương pháp điện phân Konbe[8]

Đi từ muối natri của axit cacboxylic

Ví dụ :

C 2H5 COONa + H2O đpdd C 2H5 – H 5C 2 + 2CO2 + NaOH + H2

• Từ hợp chất cơ kim cuả Cu (p/ư Corey-House)

Ví dụ :

2RLi + CuX R2CuLi + LiX ( R2CuLi : Liti điAnkyl Cuprat) R2CuLi + R'X R-R' + R-Cu + LiX

1.2.3 Phương pháp làm giảm mạch cacbon[3]

• Phương pháp Đunma ( nhiệt phân muối muối natri của axit cacboxylic với NaOH)

• Phương pháp Crackinh :

Ví dụ :

C4H8 xt, to CH4 + CH2 = CH2

Trong tất cả các phương pháp trên đây, phương pháp hyđrô hoá các

RCOONa + NaOH CaO, to RH + Na2CO3

anken có ý nghĩa nhất vì: phản ứng tiến hành đơn giản (khuấy trộn một anken với hyđrô ở một áp suất vừa phải và một lượng xúc tác nhỏ, ta sẽ thu được một ankan có khung cacbon giống như anken ban đầu) Mặt khác nguồn nguyên liệu anken rẻ, dễ thu nhận bằng nhiều phương pháp khác nhau

Khử hoá các ankylhalogenua bằng tác nhân Grinha là phản ứng thế trực tiếp nguyên tử halogen bằng hyđrô Ankan thu được cũng giữ nguyên khung cacbon ban đầu Đây cũng là phương pháp có ý nghĩa thực tế lớn vì các alkylhalogenua dễ dàng thu nhận từ các hợp chất khác Tuy nhiên trong

2 phương pháp thì nên chọn phương pháp hyđrô hoá anken vì nó đơn giản hơn và có hiệu trường hợp yêu cầu điều chế một chất nào đó mà có thể sử dụng được cả suất phản ứng cao hơn Phản ứng Vuyêc chỉ có ý nghĩa dùng

để điều chế các ankan đối xứng [4]

2 XICLOANKAN

2.1 Tổng hợp từ dẫn xuất dihalogen ( tác chất Na…)

2.2 Từ muối canxi của axit đicacboxilic: nhiệt phân sau đó khử hoá xeton vòng

2.3 Đề hydro hóa ankan tương ứng[3]

Ví dụ :

CH3 H2C

CH2 CH2 xt,to CH2 CH2

CH2 CH2 CH2 CH2

CH2 CH2

3.1 Từ cracking dầu mỏ

Ví dụ :

CH3CH2CH3 cracking CH2 = CH2 + CH4

3.2 Từ ankan : Cr2O3 và một số oxit khác xt, 3000C

Ví dụ :

CH3-CH3 xt ,t0 CH2 = CH2 + H2

3.3 Từ ankin

Hydro hóa ankin

• Xúc tác Lindlar giảm hoạt: Pd/C, CaCO3, Pb(CH3COO)2, quinolin

Ví dụ :

CH≡CH H2,Xúc tác Lindlar CH2 = CH2

3.4 Từ các este[9]

• Nhiệt phân các este ở nhiệt độ từ 300- 5000C cũng thu được olefin

• Nhiệt phân este của rượu bậc 1 khó hơn rượu bậc 2 và khó hơn rượu bậc ba Nhiệt phân este của rượu bậc 1 cho 1 sản phẩm, còn của rượu bậc 2, 3 cho hỗn hợp sản phẩm

Ví dụ :

C4H7-O-CO-CH3 5500C C2H5-CH = CH2 + CH3COOH

Ví dụ :

C2H5-CH-CH3 4500C C2H5-CH=CH2 + CH3-CH=CHCH3

OCOCH3

+ CH3COOH

3.5 Từ ancol(hy đrô hóa tách nước )[5]

CnH2n+1OH H2SO4đ, 1800 CnH2n + H2O

Ví dụ:

RCH2CHR' OH

Al2O3

400oC RCH=CHR'

CH3-CH2-OH H2SO4đ , 1800 CH2 = CH2

Trong dung dịch

Đun rượu với axit sunfuric đặc ở nhiệt độ thích hợp

+ Bậc của rượu càng cao thì càng dễ tách, nhiệt độ càng thấp, nồng độ axit không quá cao Hướng tách theo Zaixep

-Vì phản ứng có tạo giai đoạn trung gian là cacbocation, nên nếu từ ancol bậc 1 mạch dài có thể cho ta hỗn hợp các anken, trong đó anken có liên kết đôi nhiều nhóm thế chiếm tỉ lệ cao nhất vì ứng với cacbocation bền vững nhất

2.Trong tướng khí

3.6 Từ mono và dihalogen

3.6.1 Từ dẫn xuất monohalogenua alkyl

Phản ứng tách bằng bazo trong môi trường rượu,

Ví dụ :

Br

H

H H

KOH

CH3CH2OH + KBr + H2O Bromocyclohexan Cyclohexen (81%)

3.6.2 Từ dẫn xuất α –dihalogenua.(vic-dihalogenua):

khi cho tác dụng với một số kim loại như kẽm, magie ở nhiệt độ cao

R-CH-CH-R'

Cl Cl

Zn R-CH=CH-R' + ZnCl

2

4.1 Từ ankan

• Khi có mặt của chất xúc tác Cr2O3 và nhiệt độ cao, các ankan loại hidro để tạo thành ankadien

• Trong công nghiệp điều chế 1,3-butadien sử dụng phương pháp dehidro hóa butan với xúc tác Al2O3 và Cr2O3

Ví dụ :

CH3CH2CH2CH3 6000 , xt CH2=CH-CH=CH2 + 2H2

4.2 Từ dẫn xuất halogenua của anken

Ví dụ :

O O

|| ||

| + N-Br | + N-H

|| ||

O t-buOK O BuOH

N-Bromsuccinimit

│

4.3 Từ ancol

Ví dụ :

CH3 C

CH3

OH

CH2 CH2 OH

3-Metyl-1,3-butandiol

CH3 C

CH3

OH

CH CH2

2-Metyl-3-buten-2-ol

Al2O3

Al2O3

C

CH3

CH CH2

H2C

Isopren (2-Metyl-1,3-butandien)

• Có thể tách nước từ 1,4-butandiol: phản ứng thường được thực hiện ở pha hơi, niệt độ khoảng 350oC, xt Al2O3

Ví dụ :

CH≡CH + 2HCHO HO-CH2- C≡C-CH2-OH H2,Ni

HO-CH2CH2CH2CH2-OH Al2O3 CH2=CH-CH=CH2

3500C

• Phương pháp Lebedep

1,3- butadien được tổng hợp bằng cách cho hơi rượu đi qua hệ thống xúc tác

là các oxit nhôm, oxit magie… ở 450-5000C

Ví dụ :

2C2H5OH CH2=CH-CH=CH2 + 2H2O + H2

5 ANKIN

5.1 Điều chế axetylen [7]

5.1.1 Từ cacbua canxi

Ví dụ :

CaC2 + H2O CH≡CH + Ca(OH)2

5.1.2 Từ metan

Ví dụ :

CH4 CH≡CH + H2

5.2 Điều chế các ankin khác[8]

5.2.1 Từ dẫn xuất vic- di và tetra halogenua ankyl

Ví dụ :

CH3-CHI-CHI-CH3 + 2KOH → CH≡CH + 2KI + 2H2O

Phản ứng tách HX từ dẫn xuất halogen được tiến hành trong dung mơi cĩ độ

phân cực khơng cao (ancol), khơng dùng dung mơi nước

Ví dụ :

CH3CBr2-CBr2-CH3 Zn , C2H5OH CH3CBr=CBr-CH3

t0

Zn , C2H5OH CH3-C≡C-CH3

t0

5.2.2 Ankyl hĩa dẫn xuất cơ natri, Li hoặc magiê của axetilen

HC C H

NaNH2

HC C Na RCH2Br

HC C CH2R : Ankyn nối ba đầu mạch

RC C H

NaNH2

RC C Na RCH2Br

RC C CH2R : Ankyn nối ba giữa mạch

KẾT LUẬN

Tổng hợp hydrocacbon nó có ý nghĩa quan trọng trong tổng hợp được các hydrocacbon cần cho công nghiệp và phòng thí nghiệm (Lab)

Hydrocacbon đã góp phần tạo ra sự thay đổi lớn về cơ cấu phát triển các chủng loại và chất lượng sản phẩm của ngành tổng hợp hữu cơ Ngày nay hydrocacbon được sử dụng với mục đích làm nguyên liệu cho tổng hợp các sản phẩm hữu cơ trong hoá dầu và trong các ngành công nghiệp khác.Ankan nhờ khả năng tỏa nhiệt lớn được ứng dụng làm nhiên liệu,dầu mỡ chất bôi trơn nhờ phản ứng thế mà ứng dụng làm dung môi,chất sinh hàn thiết bị lạnh,tổng hợp HCHO dùng cho xuất chất dẻo

Không những đáp ứng được nhu về chất lượng và số lượng của sản phẩm cho các ngành công nghiệp mà còn đem lại lợi nhuận cao mà bên cạnh

đó không thể không quan tâm đến vấn đề môi trường

Tài liệu tham khảo

1. Đặng Như Tại – Trần Quốc Sơn Hóa hoc hữu cơ Nhà xuất

bản đại học quốc gia Hà Nội

2. Đinh Văn Hùng- Trần Thị Từ Hoá học hữu cơ Nhà xuất bản

Đại học và giáo dục chuyên nghiệp ,1990

3. Nguyễn Hữu Thọ Hóa hữu cơ hyđrôcacbon Nhà xuất bản giá

dục

4. Nguyễn Ngọc Sương Cơ sở lý thuyết hóa hữu cơ 2, phần I Tủ

sách đại hoc khoa học tự nhiên TP Hồ Chí Minh, 1998

5. PTS Lê Ngọc Thạch – Th.s Trần Hữu Anh Hoá học hữu cơ

Nhà xuất bản giáo dục, 1999

6. Thái Doãn Tĩnh Cơ sở lý thuyết hóa hữu cơ Nhà xuất bản

khoa học và kỹ thuật, 2000

7. Trần Quốc Sơn Cơ sở lý thuyết hoá học hữu cơ Nhà xuất bản

giáo dục ,1979

8. Trần Văn Thạnh Hoá học hữu cơ Trường Đại học Bách khoa

Thành phố Hồ Chí Minh, 1991

9. Võ Thị Tri Túc Lý thuyết điện tử trong hoá học hữu cơ Nhà

xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp ,1974

10 Các tài liệu tham khảo khác trên mạng