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烷烃

烷烃(wán tīng),即饱和烃(saturated group),是碳氢化合物下的一种饱和烃,其整体构造大多仅由、碳碳单键与碳氢单键所构成,同时也是最简单的一种有机化合物,而其下又可细分出链烷烃与环烷烃。链烷烃是指碳原子之间以单键结合成链状(直链或含支链又名侧链)的烷烃。环烷烃是指含有脂环结构的烷烃。

分子中没有环的烷烃称为链烷烃(acyclic alkane),其通式为CnH2n+2(n>=1),n为碳原子数。分子中含有环状结构的烷烃叫环烷烃(cycloalkane),又称为脂环化合物(alicyclic compound)。只含有一个环的环烷烃称为单环烷烃,单环烷烃的通式为CnH2n,与单烯烃互为同分异构体。环烷烃按环的大小,分为①小环:三、四元环,②普通环:五、六、七元环,③中环:八至十一元环,④大环:十二元环以上。分子中只有一个环的称为单环;两个环的称为双环;有三个或以上环的称为多环。环系各以环上一个碳原子用单键直接相连而成的多环烧烃称为集合环烷烃(cycloalkane ring assembly)。两个环共用两个或多个碳原子的多环烷烃称为桥环烷烃(bridged cycloalkane)。单环之间共用一个碳原子的多环烷烃称为螺环烷烃(spirocyclicalkane)。

烷烃的命名法常用的有3种,现分述如下(仅限于我国):

碳氢化合物的主要来源是天然气(natural gas)和石油(petroleum)。尽管各地的天然气组分不同,但几乎都含有75%的甲烷、15%的乙烷及5%的丙烷,其余的为较高级的烷烃。而含烷烃种类最多的是石油,石油中含有1至50个碳原子的链形烷烃及一些 环状烷烃,而以环戊烷、环己烷及其衍生物为主,个别产地的石油中还含有芳香烃。我国各地产 的石油,成分也不相同,但可根据需要,把它们分馏成不同的馏分加以应用。烷烃不仅是燃料 的重要来源,而且也是现代化学工业的原料。另外,烷烃还可以作为某些细菌的食物,细菌食用 烷烃后,分泌出许多很有用的化合物,也就是说烷烃经过细菌的"加工"后,可成为更有用的化合物。

上述情况表明,石油工业的发展对于国民经济以及有机化学的发展都非常重要。

石油虽含有丰富的各种烷烃,但这是个复杂混合物,除了 C1~C6烷烃外,由于其中各组分的相对分子质量差别小,沸点相近,要完全分离成极纯的烷烃,较为困难。采用气相色谱法, 虽可有效地予以分离,但这只适用于研究,而不能用于大量生产。因此在使用上,只把石油分离成几种馏分来应用,石油分析中有时需要纯的烷烃作基准物,可以通过合成的方法制备。

石油馏分

馏分

分馏区间

主要成分

燃料的应用

气体

bp 20℃以下

C1~C4

炼油厂燃料,液化石油气

汽油

bp 30℃~75℃

C4~C8

辛烷值较低,用作车用汽油的掺和组分

石脑油

bp 75℃~190℃

C8~C12

辛烷值太低,不直接用作车用汽油

煤油

bp 190℃~250℃

C10~C16

家用燃料,喷气燃料,拖拉机燃料

瓦斯油

bp 250℃~350℃

C15~C20

柴油,集中取暖用燃料

常压渣油

bp 350℃以上

C20以上

发电厂、船舶和大型加热设备用的燃料

汽油(petrol)在内燃机中燃烧而发生爆燃或爆震,这会降低发动机的功率并会损伤发动机。燃料引起爆震的倾向,用辛烷值(octane value)表示,在汽油燃烧范围内,将2,2,4-三甲基戊烷的辛烷值定为100。辛烷值越高,防止发生爆震的能力越强。六个碳以上的直链烷烃辛烷值很低,带支链的、不饱和的脂环、特别是芳环最为理想,有的超过100。大部分现代化的设备要求辛烷值在90~100之间。可将石脑油、常压渣油,有时也用瓦斯油经过加工,将辛烷值提高到95左右,再掺入汽油中使用。加工方法之一是催化重整(catalytic reforming),主要将石脑油中C6以上成分芳构化(aromatization),即成芳香烃。此法除使石脑油提高辛烷值外,在化工中主要用来生产芳香烃加工方法之二为催化裂化,此法除能提高辛烷值外,在化工中主要用于生产丙烯丁烯

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