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

1. 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
2. petrolej

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

3. plynový olej

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

4. mazut

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

vakuová destilace

1. 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

2. 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