Reklama:

Areny a surovinové zdroje organických sloučenin

Charakteristika aromatického stavu

aróma = vůně
areny jsou aromatické uhlovodíky – obsahují aromatické jádro
cyklická molekula, jádra atomů leží v jedné rovině
aromatický charakter: delokalizované π elektrony > vazby nemají přesné určení > ke každé vazbě jeden π elektron > rovnoměrně rozmístěné po cyklech (energeticky chudší, stálejší molekuly), delokalizační energie
Hückelovo pravidlo (určuje, zda je sloučenina aromatická): 4n + 2 = celkovému počtu π elektronů > n = celé kladné číslo > sloučenina je aromatická, + molekula musí být rovinná
x adice > delokalizované vazby

Fyzikální vlastnosti

kapaliny, charakteristický zápach
nepatrně rozpustné ve vodě x nepolární rozpouštědla
polycyklické: pevné l.
hořlavé, jedovaté, některé karcinogenní

Chemické vlastnosti

reakce s elektrofilními činidly (elektrofilní substituce - nitrace)

Benzen a jeho homology

všechny atomy i vazby leží v jedné rovině
každý C > nehybridizovaný p-orbital a 1 π elektron
málo reaktivní
z dehtu – karbonizací uhlí
rozpouštědla, syntézy, výroba aromatických sloučenin
nejjedovatější, hořlavý, toxický - narušení tvorby červených krvinek

Nejbližší homology: toluen a xyleny (ortho (1,2), meta (1,3), para (1, 4)

toluen (methylbenzen): vlastnostmi i použitím podobný benzenu
xyleny (dimethylbenzeny): směs – špatně oddělitelné – podobné t.v., nepolární rozpouštědlo, kyselina tereftalová a ftalová

Elektrofilní substituce u arenů

nitrace (výroba výbušnin): toluen + 3HNO₃ > H₂SO₄ > trinitrotoluen + 3H₂O
sulfonace (výroba čistících a mycích prostředků): benzen + H₂SO₄ > H₂SO₄ > benzen-SO₃H + H₂O
halogenace: benzen + Cl₂ > HCl + chlorbenzen
alkylace (výchozí látky alkylhalogenidy): benzen + CH₃Cl > AlCl₃ > toluen + HCl
acylace (reakce arenů s acylhalogenidy): benzen+ CH₃COCl (acetylchlorid) > AlCl₃ > benzen-CO-CH₃ (fynylmethylketon/acetofenon) + HCl

Substituenty 1. a 2. řádu

po opakované substituci > druh prvního substituentu rozhoduje o navázání druhého

Substituenty 1. řádu

další s. do polohy ortho(2)/para(4)
-OH, halogeny, -NH₂, alkyly

Substituenty 2. řádu

poloha meta (3)
NO₂, COOH, SO₃H

posuny elektronů způsobené substitienty = Indukční efekt (s), minomerní efekt (p)

možnosti adice a oxidace u arenů

oxidace

na postranní řetězci (toluen > kyselina benzoová)
na aromatickém jádře (benzen > anhydrid kyseliny maleinové)

ADICE

za pomocí katalyzátorů, obtížná > narušen aromatický charakter
benzen + H₂ > cyklohexan

zpracování ropy, uhlí a zemního plynu

zdroje energie
výroba organických sloučenin
neobnovitelné

ROPA

kapalná
převážně z uhlovodíků
vznik: pravěké organismy > aerobní > anaerobní bakteriální činnost, tlaky, teploty, katalyzátory
směs kapalných, pevných a plynných uhlovodíků (neobsahuje nenasycené uhlovodíky)
organické složky: sloučeniny O, N, S
anorganické složky: soli, voda

zpracování

při těžbě zbavení plynných uhlovodíků
čištění
frakční destilace > oddělí skupiny látek (frakce) dle teploty varu
- destilační kolona (válec 50m/4m – 100 pater – 0,5m
- ropa > 270°-320°C > plynná (kapalný – destilační zbytek = mazut)
- uhlovodíky se v patrech zkapalňují a dělí se do frakcí
rektifikace: opakovaná destilace
krakování: různé štěpící procesy

význam jednotlivých frakcí

atmosférický tlak

benzín
- 30 - 200°c
- 4c – 11c
- primární benzín: bezbarvá hořlavá kapalina, se vzduchem výbušný, charakteristický zápach (areny)
- palivo zážehových motorů, výroba nenasycených uhlovodíků > plasty
- rozpouštědlo
- sekundární benzín: z dalších frakcí – krakováním: složité alkany > jednoduché alkany a alkeny (vysoká teplota 500°C, tlak a bez kyslíku), tepelné a katalycké;
- palivo – kritéria kvality: oktanové číslo (procentuální 2,2,4-trimethylpentan – ideální doba hoření)
- zvýšení oktanového čísla: antidetonační látky, reformování > izomerací na rozvětvené řetězce, cykloalkany hydroformováním na areny
petrolej

180 - 270°c
10c – 18c
krakováním na benzín a alkeny
letecké palivo

plynový olej

250 - 360°c
15c – 24c
motorová nafta – směs s petrolejem: palivo dieselových motorů

mazut

+ 360°c
25c +
palivo – průmyslové topeniště
většina >vakuová destilace > další frakce

vakuová destilace

mazací olej

+350°c
20 – 50c
lehký, střední a těžký olej (dle složitosti molekul > viskozita, t. v.)
mazací oleje a tuky (rafinace > odstraní nevhodné složky)
krakování na další produkty

asfalt

ropné pryskyřice, nejsložitější uhlovodíky
destilačním zbytkem vakuové destilace
silnice, izolační materiál

ZEMNÍ PLYN

součást ropných ložisek/samostatná ložiska
plynné uhlovodíky (90-98% methan)
suchý zemní plyn – téměř čistý methan
občas sirné sloučeniny/síra
palivo: nejvýhřevnější plynné palivo)
surovina petrochemického průmyslu
chemické zpracování: přeměna na syntézní plyn (vodík, oxid uhelnatý)
syntézní plyn: surovina > organické i anorganické látky

UHLÍ

pevná fosilní paliva (rašelina, břidlice, uhlí): makromolekulární l., polykondenzací a polymerací těl odumřelých rostlin (sacharidy, bílkoviny, pryskyřice, oleje a vosky)
anorganické l. > popel po spálení
x vzduch, velké tlaky a teploty
palivo
surovina chemického průmyslu
vysokotepelná karbonizace černého uhlí
- tepelný rozklad (1000°C) za nepřístupu vzduchu > pevné, plynné a kapalné produkty
  - koks: 96%C, 1%O, 0,5%H, S, N, palivo, redukční činidlo (kovy)
  - karbonizační plyn: 50%H, 25%methanu, 5%CO, N, CO₂, nenasycené uhlovodíky > topný svítiplyn
  - koksárenský benzen > destilace > benzen, toluen, xylen
  - černouhelný dehet: frakční destilace > frakce >krystalizace > destilační zbytek černouhelná dehtová smola: brikety, izolační materiál
  - čpavková voda > amoniak
zplyňování: vodní pára, vzduch, 1000°C > generátorový plyn: 55%H, 18% methan, 20% CO, CO₂> energetika

stechiometrický výpočet