Hidrocarbură aromatică

De la Wikipedia, enciclopedia liberă

Arenele se mai numesc şi hidrocarburi aromatice,conţinînd în molecula lor unul sau mai multe cicluri de 6 atomi de carbon. Atunci cînd molecula este formată din 1 ciclu se numesc arene mononucleare, iar atunci cind molecula cuprinde 2 sau mai multe cicluri se numesc arene polinucleare.

[modifică] Clasificare

[modifică] Arene mononucleare

Toluen

Etilbenzen

Izopropilbenzen (cumen)

Propil benzen

• Benzen
• Toluen
• Xilen
• Etilbenzen

[modifică] Arene polinucleare

[modifică] Nuclee izolate

• Bifenil
• Difenilmetan

[modifică] Nuclee condensate

• Condensare liniară
  • Naftalina
  • Antracen

• Condensare angulară
  • Fenantren

[modifică] Structură şi nomenclatură

La hidrocarburile aromatice mononucleare capul seriei este benzenul C₆H₆, omologul superior fiind metilbenzenul (toluen),urmînd apoi în seria omologă etilbenzenul, n propilbenzenul, izopropilbenzenul (cumen).Pentru derivaţii substituiţi ai benzenului există 3 tipuri de izomeri: orto (1,2), meta (1,3) para (1,4).

[modifică] Sinteza arenelor

[modifică] Piroliza

Piroliza substanţelor organice este una dintre cele mai importante căi de obţinere a arenelor avînd drept materie primă lemnul dar mai mult cărbunele. Distilare uscată a cărbunilor cuprinde procese complexe care au loc la temperaturi de 500-1200 0C, la vid, obţinîndu-se următoarele fracţiuni:

• fracţiunea gazoasă formată din hidrogen, oxid şi bioxid de carbon, amoniac, hidrogen sulfurat dar şi unele hidrocarburi gazoase
• fracţiunea lichidă: ape amoniacale şi gudroane, cu un conţinut diferit de hidrocarburi, dar şi combinaţii organice cu oxigen şi azot.
• fracţiunea solidă formată numai din cocs.

După temperatura la care are loc acest proces de piroliză se pot deosebi:

• distilare la temperatură joasă 500⁰C-600⁰C numită si distilare primară sau semicarbonizare care urmăreşte obţinerea distilatelor necesare ca materii prime în industria chimică. Ea se aplică la huilă, cărbune brun, turbă în cuptoare de distilare.
• o distilare la temperatură medie 600⁰C-700⁰C (cocsificare la temperatură medie)
• distilare la temperatură înaltă 900⁰C-1200⁰C (cocsificare prin care se obţine cocsul metalurgic).

În urma diferitelor procese rezultă un ulei de absorbţie saturat cu hidrocarburi; acesta este încălzit la 135-140⁰C iar apoi distilat cu abur supraîncălzit într-o coloană de distilare. Produsul de distilare pînă la 140⁰C –format din benzen, toluen, xilen-reprezintă benzenul brut. Amestecul cu puncte de fierbere peste 140⁰C (naftalină, compusi aromatici cu sulf azot oxigen) formează un bun amestec dizolvant cunoscut sub denumirea de solvent nafta.

[modifică] Gudroanele de cărbune

Sunt o altă importantă sursă de materie primă pentru industria chimică; ele se prezintă ca un lichid uleios, brun negru, foarte vîscos, cu un miros caracteristic, neplăcut şi pătrunzător.Gudroanele sunt formate din numeroase substanţe organice care pot fi grupaţi astfel :

• Componentele acide sunt reprezentate de acid acetic, fenol, cresol.
• Componentele bazice sunt formate din diferiţi compuşi cu azot: anilină, toluidină, piridină.
• Componentele neutre sunt reprezentate prin hidrocarburi (alcani(pentan, hexan, heptan), alchene(pentenă, octenă) hidrocarburi aromatice (benzen, toluen, xilen, antracen, naftalină)), şi derivaţi cu sulf (sulfura de carbon CS2 şi tiofen).

Alături de aceste componente se mai întîlneşte cărbune liber sub formă de negru de fum, cu cît acest procent de cărbune liber este mai mare cu atît calitatea gudronului este mai mică. Prelucrarea gudroanelor se poate realiza prin:

• Valorificare directă, adică separarare în fracţiuni prin distilare
• Prin chimizare, în care intervin transformări chimice ale componentelor respective.

În urma acestor procese se formează gudroane de temperatură joasă şi gudroane de temperatură înaltă, prin distilarea acestora din urmă rezultînd fracţiunile uleioase care sunt supuse distilării:

• Uleiul uşor (800C-1700C) reprezintă circa 2-6% format din benzen şi omologii săi: toluen, xilen, etilbenzen, şi compuşi cu azot: anilină, acetonitril, piridină dar şi compuşi cu sulf: sulfură de carbon, tiofen.
• Uleiul mediu distilă în domeniu 1700C-2400C, fiind reprezentat de naftalină şi omologii săi, fenoli, cresoli, xilenoli si piridină.Din acest amestec naftalina se separă prin răcire şi cristalizare, iar din uleiul rămas de la separarea naftalinei se extrag fenolul şi cresolii(tratare cu hidroxid de sodiu)şi bazele piridinice (cu acid sulfuric)
• Uleiul greu distilă pe intervalul 240 ⁰C-270⁰C, cu un conţinut de derivaţi ai naftalinei şi alte hidrocarbuir similare , naftoli dar şi un procent redus de baze piridinice.
• Uleiul antracenic distilă în domeniul 270⁰C-300⁰, de culoare verzuie, vîscos, cu un important procent de antracen şi alte hidrocarburi aromatice policiclice.

Smoala este reziduul rămas de la distilare, şi care reprezintă circa 50-50% din gudroane, care conţine hidrocarburi superioare dar şi carbon liber.

[modifică] Distilarea petrolului

Este o altă sursă de obţinere, apăruta datorită faptului că procentul de benzen şi xileni furnizate prin cele 2 metode anterioare nu mai sunt suficiente.Datorită faptului că procentul de arene din ţiţeiul brut este mic, acest tip de hidrocarbură este supus unui proces de reformare (cracare), in prezenţa unui catalizator, de regulă platina de unde denumirea procedeului de platformare (sau platforming). Reacţiile care au loc în cursul procesului sunt de ciclizare, urmată de dehidrogenare, ambele catalizate de platină. Cicloalcanii cu inel de 6 atomi de carbon suferă direct o ciclizare. Dupa procesul de reformare catalitică urmează separarea destul de greoaie la inceputurile istoriei acestei metode. Un proces de separare a fost pus la punct de inginerul român Lazăr Edeleanu (procedeul Edeleanu), în care se foloseşte SO₂ drept mediu de separare care la temperaturi scăzute dizolvă numai hidrocarburile aromatice. În prezent drept mediu de separare se preferă glicolul.

[modifică] Dehidrogenarea catalitică

Prin procedeul de reformare catalitică se pot obţine hidrocarburi cu cifră octanică mare

Este unul dintre cele mai moderne metode de obţinere a hidrocarburilor aromatice el purtînd şi denumirea de reformare catalitică. În urma procesului se obţin benzinele de reformare formate dintr-un amestec de hidrocarburi, ele fiind utilizate pentru motoare (avînd o cifra octanică ridicată) sau pentru obţinerea hidrocarburilor aromatice.

[modifică] Metoda Fittig Wurtz

În cadrul acestei sinteze se fomează intermediar un compus organometalic aromatic care vareacţiona apoi cu derivatul halogenat al alcanului

Are la bază acţiunea sodiului metalic asupra unui amestec de derivat halogenat al unei hidrocarburi aromatice cu un derivat halogenat al unui alcan.

[modifică] Reacţia de alchilare Friedel Crafts

Reacţie de tip substituţie electrofilică la nucleu aromatic. Reacţia are loc în prezenţa AlCl₃ anhidră

Este una dintre cele mai importante metode de sinteză a hidrocarburilor aromatice substituite. Dacă se folosesc procente diferite de reactanţi se pot obţine dietilbenzen trietilbenzen.Metoda Friedel-Crafts se poate aplica la diferite hidrocarburi aromatice mono- şi polinucleare.De obicei această reacţie se utilizează pentru introducerea catenei laterale pe nucleul aromatic (alchilarea nucleului aromatic).