Матеріали для Нової української школи 1 клас - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

Хімія - Золота колекція рефератів - 2018

БЕНЗОЛ. ОДЕРЖАННЯ Й ВИКОРИСТАННЯ

Бензол С6Н6 — найпростіший представник класу ароматичних сполук. Це легколетка рідина без кольору, з характерним запахом. Бензол горючий, з повітрям утворює вибухонебезпечні суміші. З водою й неорганічними розчинниками сумішей не утворює, але з багатьма органічними розчинниками (ефірами, граничними вуглеводнями й ін.) змішується в будь-яких співвідношеннях.

Бензол для людини отрутний. Він проникає в організм через органи дихання. Також може всмоктуватися через пори шкіри. При надходженні в організм у незначній кількості бензол практично повністю виводиться через легені й із сечею. Якщо ж кількість бензолу була більшою або отруєння відбувалося регулярно, можуть розвинутися гострі або хронічні отруєння бензолом.

Гостре отруєння бензолом характеризується ураженням центральної нервової системи, що супроводжується станом легкої ейфорії. При легкій формі отруєння спостерігається запаморочення, головний біль, слабість, нудота, порушення ходи. Важчі форми отруєння супроводжуються неадекватним поводженням, головним болем, швидким диханням, розладом серцево-судинної діяльності (зниження тиску, прискорення пульсу й т. д.). Можлива втрата свідомості, токсична кома з зупинкою дихання в результаті паралічу дихального центру.

Хронічне отруєння бензолом характеризується порушенням кістковомозкового кровотворення. Постраждалий сам може й не підозрювати про отруєння, оскільки хронічна форма розвивається повільно й непомітно для хворого. На початкових стадіях розвитку хронічного отруєння спостерігається швидка стомлюваність, порушення сну, головний біль і запаморочення, підвищена нервозність і дратівливість. Можлива втрата апетиту, нудота, печія, порушення травлення.

Розвиток хронічного отруєння бензолом протікає з відчуттям запаморочення, прискореним серцебиттям і ниючим болем у кістках. Жировий шар хворого надмірно виражений, в результаті чого людина страждає зайвою вагою. Також спостерігаються зміни в печінці, травних залозах, серцево-судинній системі.

Лікування отруєнь бензолом включає обов’язкове ізолювання потерпілого із зони дії парів бензолу. Його не можна тривожити й допускати переохолодження організму. Ефективним є введення в організм седативних (заспокійливих) засобів і препаратів, які стимулюють серцево-судинну систему.

Незаміщений бензол характеризується не дуже високою хімічною активністю. Для нього характерні реакції заміщення, а в реакції приєднання він не вступає зовсім.

Реакції заміщення в бензолі протікають важко, у досить жорстких умовах. Роздивимося деякі з них:

— нітрування:

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image15.jpeg

— сульфування:

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image16.jpeg

— галоїдування:

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image17.jpeg

— алкілування (приєднання алкільного радикала до бензольного ядра):

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image18.jpeg

Хімічна активність бензолу, в ядрі якого є замісники, змінюється залежно від природи замісника. До активаційних замісників (тобто тих, які підсилюють реакційну здатність бензольного ядра) належать —NH2, —ОН, —ОСН3, СН3—С2Н—СсН5. Дезактивують бензольне ядро замісники —NО2, —CN, —СООН, —COOR, — SO3H, —СНО, —НАl.

Існує ряд методів одержання бензолу, які не набули широкого застосування в промисловості:

— дегідрогенізація циклогексану:

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image19.jpeg

— полімеризація ацетилену:

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image20.jpeg

У промислових масштабах бензол одержують в основному за допомогою каталітичного риформінгу — ароматизацією неароматичних вуглеводнів. Зовсім нещодавно — до середини XX ст. — основним джерелом ароматичних вуглеводнів була коксохімічна промисловість.

Коксування вугілля — складний процес, який супроводжується утворенням коксу, газу й смоли. Остання є сумішшю циклоалканів, ароматичних вуглеводнів і фенолів. Подальша обробка продуктів коксування приводить до утворення кам’яновугільної смоли й сирого бензолу — сумішей ароматичних вуглеводнів різного складу. Кам’яновугільна смола являє собою суміш органічних сполук, отриману при охолодженні прямого коксового газу. Сирий бензол — це суміш ароматичних вуглеводнів, витягнутих з газу після конденсації кам’яновугільної смоли. Бензол і його гомологи містяться переважно в сирому бензолі.

Кількість бензолу, отриманого при коксуванні вугілля (тобто вихід бензолу), залежить від хімічного складу вугілля, а також від технології процесу. Наприклад, зі збільшенням температури коксування вихід бензолу збільшується, а вихід гомологів бензолу зменшується.

Сьогодні одержання бензолу коксуванням вугілля використовується вкрай рідко. Це обумовлено, по-перше, порівняно невеликою кількістю бензолу, яку можна одержати цим методом, а по-друге, багатоступінчастим очищенням, якому потрібно піддати отриманий бензол. Справа в тому, що бензол після коксування містить велику кількість домішок як органічних, так і неорганічних сполук. Наприклад, на 70 % бензолу припадає близько 15 % його гомологів, а решту складають насичені вуглеводні, сірковуглець та інші сполуки.

Найактуальнішим методом одержання бензолу зараз є виділення його з легких фракцій нафти. Однак цей метод доцільно застосовувати тільки в тому випадку, якщо вміст бензолу в ньому значний.

Каталітичний риформінг — найпопулярніший на сьогодні метод одержання ароматичних вуглеводнів. Цим методом одержують більше 95 % усього бензолу у світі.

Широке використання бензолу і його гомологів почалося з розвитком хімії полімерних сполук. Величезна важливість бензолу полягає в тому, що на його основі виготовляють мономери для дуже великої кількості полімерних матеріалів. Ароматичні вуглеводні й одержувані з них напівпродукти — основне джерело синтетичного каучуку, синтетичних волокон і т. д. Про важливість цих виробництв можна говорити багато. Наприклад, 1 т синтетичних матеріалів на основі ароматичних вуглеводнів, у тому числі й бензолу, дозволяє замінити приблизно таку ж кількість кольорових і чорних металів при виготовленні різноманітних виробів.

Бензол — найбільш затребуваний хімічною промисловістю ароматичний вуглеводень. Він складає близько 50 % від загальної кількості ароматичних сполук, використовуваних промисловістю. Бензол використовується перш за все для одержання етилбензолу, ізопропілбепзолу й циклогексану. Також значна кількість бензолу переробляється на анілін — важливу сполуку для виробництва барвників і фенол — реагент для виробництва епоксидних смол.

Здатність бензолу алкілуватися дозволяє одержувати з нього етилбензол — проміжний продукт при одержанні стиролу, а також ізопропілбензол — вихідну сполуку для синтезу фенолу:

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image21.jpeg

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image22.jpeg

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image23.jpeg

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image24.jpeg

Усі наведені процеси за участю бензолу (реакції (1) і (2)) належать до реакцій алкілування. Каталізаторами в цих реакціях виступають переважно комплексні сполуки хлориду алюмінію з ароматичними сполуками. Цей каталізатор має багато недоліків. Наприклад, його можна використовувати тільки якщо сировина добре осушена. Крім того, його використання призводить до утворення хлористого водню НСІ і хлориду натрію NaCI. У результаті цього можлива корозія трубопроводів і апаратури, а стічні води виробництва потребують очищення. Проте використання саме цього каталізатора виявляється найдоцільнішим. Справа в тому, що ця сполука значно збільшує вихід кінцевого продукту в результаті того, що сприяє утворенню тільки моноалкілпохідних і перешкоджає утворенню небажаних продуктів — ди- і три- алкілпохідних.

Важливим продуктом переробки бензолу є циклогексан. Одержують його каталітичною гідрогенізацією бензолу:

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image25.jpeg

Каталізаторами цього процесу є нікель, платина та її солі, а також нікель-хромові сплави. Ці каталізатори характеризуються швидкою отруюваністю сірчистими сполуками, тому бензол, який бере участь у процесі, повинен обов’язково очищатися від сірковмісних домішок.

Циклогексан далі витрачається для утворення капролактаму, адипінової кислоти й фенолу. Обов’язковою стадією перетворень є окиснювання циклогексану до циклогексанолу й циклогексанону:

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image26.jpeg

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image27.jpeg

Адипінову кислоту також одержують прямим окиснюванням циклогексану:

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image28.jpeg

Важливим продуктом переробки бензолу є анілін — основна сировина промисловості анілінових барвників. Крім того, анілін використовується для виробництва поліуретанів.

Одержати анілін з бензолу можна нітруванням з подальшим відновленням нітрогрупи:

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image29.jpeg

Для виробництва еластичних поліуретанів з аніліну одержують дифенілметандіізоціанат:

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image30.jpeg

На основі бензолу виробляють те один важливий продукт — малеїновий ангідрид:

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image31.jpeg

Малеїновий ангідрид є сполукою з високою реакційною здатністю. Завдяки цьому він знайшов застосування в багатьох органічних синтезах. На його основі одержують сільськогосподарські хімікати (пестициди, дефоліанти н т. д.), поліефірні й алкідні смоли, лікарські препарати, хімікати для целюлозно-паперової промисловості, фумарову і яблучну кислоти для харчової промисловості та багато чого іншого.

Оскільки бензол — хімічно стійка сполука, то її окислювання відбувається в досить жорстких умовах. Звичайно це нагрівання до 450 °С і використання каталізаторів - оксидів ванадію й молібдену з добавками оксидів кобальту. При проведенні реакції підтримують тиск, близький до атмосферного.

Сам факт одержання органічної речовини якийсь час залишався поза увагою хіміків.

Ми розкажемо про діяльність двох найвидатніших хіміків-синтетиків, завдяки яким органічний синтез піднявся на новий рівень.

МАРСЕЛЕН БЕРТЛО

Французький учений П’єр Ежен Марселен Бертло (1827-1907) справедливо вважається засновником органічного синтезу, хоча, як відомо, перші успішні спроби одержати природні сполуки шляхом синтезу належать не йому. Заслуга Бертло в іншому — він зумів першим усвідомити велике майбутнє хімічного синтезу, систематизував всі наявні на той час знання й уміння в цій галузі й провів величезну кількість експериментів, щоб розширити й удосконалити їх.

Свою експериментальну діяльність Бертло присвятив переважно розробкам методів синтезу вуглеводнів i спиртів. Якщо порівняти його підхід до цієї проблеми й погляд його попередників, то виявиться, що Бертло був більш далекоглядним і розумів важливість своїх досліджень для майбутніх поколінь. Він не зупинявся на загальних методах синтезу, а ретельно проробляв способи синтезу окремих сполук.

Нагадаємо, що на той час, як Бертло почав свої масштабні дослідження, уже були розроблені досить зручні й практичні методи синтезу граничних вуглеводнів.

Едуард Франкленд (1825-1899) запропонував спосіб одержання парафінів у результаті розкладання водою цинкалкілів (1849):

ZnR2 + 2H20 → Zn(ОN)2+2HR,

де R — вуглеводневий радикал.

Шарль Адольф Вюрц (1817-1884) одержав парафіни дією металевого натрію на розчин алкіл галогенідів у безводному ефірі:

2RMal + 2Na → 2NaMal + R - R

Адольф Вільгельм Герман Кольбе (1818-1884) піддавав електролізу солі жирних кислот і так одержав граничні вуглеводні.

Бертло додав до вже існуючих такі методи одержання парафінів:

1) синтез метану (1858):

CS2 + 2H2S + 8Cu → 4Сu2S + СН4

2) синтез етану (1866):

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image32.jpeg

3) одержання граничних вуглеводнів дією йодистоводневої кислоти на алкілйодиди (1868):

RJ + HJ → HR + J2

Величезний внесок Бертло зробив у розробку методів синтезу ацетилену. Він уперше одержав ацетилен термічним розкладанням етилену, який, у свою чергу, одержував розкладанням у розпеченій трубці парів етанолу або етилового ефіру:

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image33.jpeg

Крім цього, Бертло першому вдалося здійснити синтез ацетилену з вугілля й водню (умови процесу — температура електричної дуги):

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image34.jpeg

Глибоко досліджуючи одержання й властивості ацетилену, Бертло виявив його здатність при нагріванні утворювати рідкі й тверді вуглеводні:

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image35.jpeg

Важливе промислове значення має розроблений Бертло метод синтезу метилового спирту з вугілля:

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image36.jpeg

Для другої половини XIX ст. синтези Бертло були більш ніж оригінальні, однак їхні результати були переконливими навіть для колег, які не підтримували його точку зору. Уважається, що експерименти Бертло були останнім і найнищівнішим ударом по панівній на той час теорії віталізму.

Особливої важливості діяльність Бертло набуває ще й тому, що він усіляко сприяв популяризації серед дослідників принципів хімічного синтезу. Він випустив ряд видань, присвячених цій проблемі: «Органічна хімія, що грунтується на синтезі» (1860), «Лекції з загальних методів синтезу в органічній хімії» (1864), «Хімічний синтез» (1876). Ці книги стали першими систематизованими роботами з питання органічного синтезу, об’єднавши в собі як накопичений раніше досвід, так і розробки самого Бертло.

ЕМІЛЬ ФІШЕР

Німецького вченого Еміля Фішера (1852-1919) за величиною внеску в розвиток органічного синтезу часто порівнюють із Марселеном Бертло. Дослідження Фішера багатопланові і охоплюють великий діапазон тем. Зупинимося на найважливіших з них.

Дослідження пуринової групи

У період з 1898 по 1901 рр. Фішер активно займається дослідженням пуринової групи. У 1898 р. йому вдалося синтезувати пурин (C5H4N4), після чого почалося масштабне вивчення похідних пурину. Фішером були розроблені методи синтезу різних пуринів; у ході своїх експериментів він відкрив ряд реакцій, що дозволяють перетворювати пуринові сполуки одна на одну.

Результати досліджень, проведених Фішером і його учнями, викладені в книзі «Дослідження пуринової групи».

Дослідження сахаридів

Сахариди — галузь досліджень, якій Фішер присвятив багато сил і часу. Так, в 1890 р. вій запропонував просту номенклатуру, що була беззастережно прийнята хіміками.

Чимало з проведених Фішером експериментів базувалися на впливі на сахариди відкритого ним же раніше фенілгідразину. Спираючись на реакцію перетворення глюкози (альдогексози) у фруктозу (кстогексозу), Фішер зумів установити подібності й розходження в їхній будові.

Реакція сахаридів з фенілгідразином застосовна також до інших оксиоксосполук. Розглянемо її на прикладі гліцеринового альдегіду.

Взаємодія гліцеринового альдегіду з надлишком фенілгідразону:

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image37.jpeg

Фенілгідразон — нестійка сполука, що розпадається з утворенням молекули аніліну й оксикетоіміносполуки:

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image38.jpeg

Взаємодіючи з надлишком фенілгідразину, оксикетоіміносполука утворює озазон, який гідролізується з утворенням озону — кетоальдегіду:

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image39.jpeg

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image40.jpeg

Крім цього, Фішерові належить відкриття важливого методу нарощування ланцюга. Розглянемо його па прикладі того ж гліцеринового альдегіду:

Описание: D:\Документи деканату\моя\ЖЕНЯ\2018\січень\2\media\image41.jpeg

Фішер використовував цей метод для одержання гексоз із пентоз.

Дослідження цукрів Фішером не обмежувалося синтезом. Він ретельно досліджував дію на цукри ферментів. Результати досліджень Фішер об’єднав у двотомному виданні «Дослідження вуглеводнів і ферментів» (1909-1919).

Дослідження амінокислот і білків

Досить цікаві роботи Фішера, в яких він займається вивченням властивостей білків. Так, важливою знахідкою для дослідників виявився розроблений Фішером кількісний метод визначення структури білка. Цей метод ґрунтується на аналізі амінокислот, утворених у результаті гідролізу білків.

У результаті активної дослідницької діяльності Фішера з цього питання побачили світ монографії «Дослідження амінокислот» (1906) і «Поліпептиди й білки» (1919).

Крім того, Фішер глибоко вивчав дубильні речовини й розробляв методи їхнього дослідження й синтезу.

За видатні заслуги в галузі хімії 1902 р. Фішер став лауреатом Нобелівської премії.









загрузка...

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами. Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посилання на сайт, будьте вдячними ми затратили багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2008-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.