Hidrocarbură aromatică

De la Wikipedia, enciclopedia liberă
Salt la: Navigare, căutare

Arenele se mai numesc și hidrocarburi aromatice, conținînd în molecula lor unul sau mai multe cicluri de 6 atomi de carbon. Atunci cînd molecula arenelor este formată dintr-un singur ciclu se numesc arene mononucleare, iar atunci cind molecula cuprinde două sau mai multe cicluri se numesc arene polinucleare.

Clasificare[modificare | modificare sursă]

Arene mononucleare[modificare | modificare sursă]

Arene polinucleare[modificare | modificare sursă]

Nuclee izolate[modificare | modificare sursă]

Nuclee condensate[modificare | modificare sursă]

Structură și nomenclatură[modificare | modificare sursă]

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 derivații substituiți ai benzenului există 3 tipuri de izomeri: orto (1,2), meta (1,3) para (1,4).

Sinteza arenelor[modificare | modificare sursă]

Piroliza[modificare | modificare sursă]

Piroliza subtanțelor organice este una dintre cele mai importante căi de obținere a arenelor avînd drept materie primă lemnul dar mai mult cărbunele. Distilarea uscată a cărbunilor cuprinde procese complexe care au loc la temperaturi de 500-1200 °C, la vid, obținîndu-se următoarele fracțiuni:

  • fracțiunea gazoasă formată din hidrogen, oxid și bioxid de carbon, amoniac, hidrogen sulfurat dar și unele hidrocarburi gazoase
  • fracțiunea lichidă: ape amoniacale și gudroane, cu un conținut diferit de hidrocarburi, dar și combinații organice cu oxigen și azot.
  • fracțiunea solidă formată numai din cocs.

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

  • distilare la temperatură joasă 500 °C-600 °C numită si distilare primară sau semicarbonizare care urmărește obținerea 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 600 °C-700 °C (cocsificare la temperatură medie)
  • distilare la temperatură înaltă 900 °C-1200 °C (cocsificare prin care se obține cocsul metalurgic).

În urma diferitelor procese rezultă un ulei de absorbție saturat cu hidrocarburi; acesta este încălzit la 135-140 °C iar apoi distilat cu abur supraîncălzit într-o coloană de distilare. Produsul de distilare pînă la 140 °C –format din benzen, toluen, xilen-reprezintă benzenul brut. Amestecul cu puncte de fierbere peste 140 °C (naftalină, compusi aromatici cu sulf azot oxigen) formează un bun amestec dizolvant cunoscut sub denumirea de solvent nafta.

Gudroanele de cărbune[modificare | modificare sursă]

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 și pătrunzător.Gudroanele sunt formate din numeroase substanțe organice care pot fi grupați astfel :

  • Componentele acide sunt reprezentate de acid acetic, fenol, cresol.
  • Componentele bazice sunt formate din diferiți compuși 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)), și derivați cu sulf (sulfura de carbon CS2 și tiofen).

Alături de aceste componente se mai întîlnește 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 fracțiuni prin distilare
  • Prin chimizare, în care intervin transformări chimice ale componentelor respective.

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

  • Uleiul ușor (80 °C-170 °C) reprezintă circa 2-6% format din benzen și omologii săi: toluen, xilen, etilbenzen, și compuși cu azot: anilină, acetonitril, piridină dar și compuși cu sulf: sulfură de carbon, tiofen.
  • Uleiul mediu distilă în domeniu 170 °C-240 °C, fiind reprezentat de naftalină și omologii săi, fenoli, cresoli, xilenoli si piridină.Din acest amestec naftalina se separă prin răcire și cristalizare, iar din uleiul rămas de la separarea naftalinei se extrag fenolul și cresolii(tratare cu hidroxid de sodiu)și bazele piridinice (cu acid sulfuric)
  • Uleiul greu distilă pe intervalul 240 °C-270 °C, cu un conținut de derivați ai naftalinei și alte hidrocarburi similare , naftoli dar și un procent redus de baze piridinice.
  • Uleiul antracenic distilă în domeniul 270 °C-300 °C, de culoare verzuie, vîscos, cu un important procent de antracen și alte hidrocarburi aromatice policiclice.

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

Distilarea petrolului[modificare | modificare sursă]

Este o altă sursă de obținere, apăruta datorită faptului că procentul de benzen și xileni furnizate prin cele 2 metode anterioare nu mai sunt suficiente.Datorită faptului că procentul de arene din țițeiul brut este mic, acest tip de hidrocarbură este supus unui proces de reformare (cracare), in prezența unui catalizator, de regulă platina de unde denumirea procedeului de platformare (sau platforming). Reacțiile 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 folosește SO2 drept mediu de separare care la temperaturi scăzute dizolvă numai hidrocarburile aromatice. În prezent drept mediu de separare se preferă glicolul.

Dehidrogenarea catalitică[modificare | modificare sursă]

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

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

Metoda Fittig Wurtz[modificare | modificare sursă]

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

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

Reacția de alchilare Friedel Crafts[modificare | modificare sursă]

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 reactanți se pot obține dietilbenzen trietilbenzen.Metoda Friedel-Crafts se poate aplica la diferite hidrocarburi aromatice mono- și polinucleare.De obicei această reacție se utilizează pentru introducerea catenei laterale pe nucleul aromatic (alchilarea nucleului aromatic).