Способы получения и природные источники

Важнейшими природными источниками алканов являются нефть и природный газ. Нефть — не только топливо, но и ценное химическое сырьё для органического синтеза. Однако она относится к невозобновляемым ресурсам. Кроме того, алканы входят в состав природного горючего газа, попутного нефтяного газа, озокерита, горючих сланцев.

При разгонке нефти получаются различные смеси алканов, которые используются в виде следующих фракций: бензин (углеводороды С₅—С₁₁), лигроин (углеводороды С₈—С₁₄), керосин (углеводороды С₁₂—С₁₈), дизельное топливо (углеводороды С₁₄—С₂₅), смазочные масла (углеводороды С₂₀—С₃₄), вазелин, твёрдый парафин, гудрон. Высшие фракции разгонки нефти подвергают крекингу для получения высокосортных бензинов.

Попутными нефтяными газами являются, главным образом, растворённые в нефти метан, этан, пропан, бутан и пентан примерно в равных количествах, но обычно с преобладанием метана (иногда до 50%).

Метан встречается в природе также в виде болотного газа и рудничного газа. Наибольшее содержание метана в природном горючем газе (от 60% до 99%), а этан, пропан и бутан встречаются в нём в качестве примеси.

Перспективным источником получения метана и ряда других веществ, представляющих интерес как топливные материалы, является микробиологический способ переработки, в том числе и биоотходов. Ежегодный прирост биомассы на Земле составляет более 200 млрд т. При воздействии анаэробных микробов (развивающихся без доступа кислорода), например на целлюлозу, образуется в качестве одного из продуктов метан:

(C₆H₁₀O₅)_n + n H₂O ®3n CO₂ + 3n СН₄

Алканы могут быть получены из метана, который подвергают конверсии с водяным паром на никелевом катализаторе при температуре 1000—1050 К.

CH₄ + H₂O ® CO + 3 H₂

Образующийся при этом синтез-газ в более мягких условиях (в присутствии никелевого или кобальтового катализатора при температуре 450—500 К) превращается в углеводороды и водяной пар:

n CO + (2n+1) H₂ ® C_nH_2n+2 + n H₂O

Этот метод используется в технике для получения синтетического бензина.

Другими синтетическими способами получения алканов являются:

Ø гидрирование непредельных углеводородов в присутствии катализатора (Ni, Pt, Pd):

СН₂ = СН₂ + Н₂ ® СН₃СН₃

СН º СН + 2 Н₂ ® СН₃СН₃

(подробнее эти реакции будут рассмотрены в свойствах соответствующих углеводородов);

Ø восстановлением йодоводородом при нагревании производных алканов (йодалканов, спиртов — гл. 3.2.2.3, 3.3.3.1):

R–I + HI ® RH + I₂

R–OH + 2 HI ® RH + I₂ + H₂O

Ø из галогеналканов (гл. 3.2.2.3):

а) через магнийорганические соединения

R–Br + Mg ® R–MgBr

R–MgBr + H₂O ® RH + Mg(OH)Br

б) по реакции Вюрца*

2 R–Br + 2 Na ® R–R + 2 NaBr

Ø при сплавлении солей карбоновых кислот со щелочами в лабораторных условиях при 500—600 К можно получить метан:

,

но эта реакция может быть использована и для получения других низших алканов (подробнее будет рассмотрена в свойствах карбоновых кислот — гл. 6.4.4.4);

Ø гидролиз карбида алюминия ¾ удобный способ получения метана в лаборатории:

Al₄C₃ + H₂O ® CH₄ + Al(OH)₃

Ø электролиз натриевых и калиевых солей монокарбоновых кислот по Кольбе* ¾ способ получения алканов с чётным числом атомов углерода в молекуле:

R × + × R ® R–R;

Ø из альдегидов и кетонов по реакции Кижнера*-Вольфа*:

(эта реакция также будет рассмотрена позже, в свойствах карбонильных соединений — гл. 6.1.4.1).