2.7　烷烴的主要來源和制備

有機(jī)化合物可由工業(yè)制造或?qū)嶒?yàn)室制備。工業(yè)制造要能以最低的成本生產(chǎn)出大批量的產(chǎn)品，主要考慮經(jīng)濟(jì)效益。而實(shí)驗(yàn)室制備量小，純度高，講時(shí)效，因此多著眼于反應(yīng)的產(chǎn)率和選擇性，而較少考慮經(jīng)濟(jì)效益。在實(shí)驗(yàn)室里，化學(xué)家們不斷開發(fā)新的高效的通用合成方法，而不像工業(yè)上有時(shí)為了某一種化合物而專門擬定一條工藝路線和一些設(shè)備。

2.7.1　烷烴的主要來源——石油和天然氣

烷烴化合物的主要來源是石油和天然氣（見表2-4）。石油是一種深色而黏稠的液體，是含有150多種烴的混合物。從油田中開采出來的原油需經(jīng)加工處理，先將溶于其中的天然氣分離，接著分餾出汽油、煤油、柴油等輕質(zhì)油和潤滑油、液體石蠟、凡士林等重油和固體石蠟、瀝青等固態(tài)物質(zhì)。實(shí)驗(yàn)室常用的石油醚根據(jù)沸程不同分為幾個(gè)等級(jí)，它們都是一些烷烴的混合物，作為低極性的有機(jī)溶劑和萃取劑。除了作直接用途外，石油產(chǎn)品還可變化為其他種類的化合物。如經(jīng)裂解（cracking）將高級(jí)烷烴變?yōu)榉肿恿枯^小的烷烴和烯烴，經(jīng)催化重組（catalytic reforming）將烷烴轉(zhuǎn)變?yōu)榉枷阕寤衔铮?jīng)異構(gòu)化（isomerization）將直鏈或支鏈較少的烷烴異構(gòu)化為支鏈較多的烷烴。石油工業(yè)的這些反應(yīng)從本質(zhì)上看，無非是C—C鍵和C—H鍵的斷裂分解后再重新結(jié)合的過程。化工基本原料，如三烯（乙烯、丙烯、丁二烯）、三苯（苯、甲苯、二甲苯）、一炔（乙炔）、一萘（萘），基本上都是由石油在不同的條件下裂解或裂化生產(chǎn)的。

天然氣是蘊(yùn)藏在地層內(nèi)的可燃性氣體，它主要包含一些低分子量的易揮發(fā)的烷烴，一般為75%的甲烷、15%的乙烷和5%左右的丙烷，煤礦的坑道氣也含有20%～30%的甲烷，生物廢料發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣也含有大量甲烷。甲烷除作為燃料外，還用做生產(chǎn)炭黑、一碳鹵代物和合成氣。但甲烷也是造成地球溫室效應(yīng)的一個(gè)重要因素。乙烷是生產(chǎn)乙烯和氯乙烯的重要原料。丙烷和乙烷一起用于乙烯的生產(chǎn)，也可用作制冷劑和溶劑，還可以液化石油氣的形式用作燃料。丁烷和異丁烷都是輕汽油的成分。丁烷在工業(yè)上用于生產(chǎn)乙烯、丙烯、丁二烯和液化石油氣，異丁烷可生產(chǎn)高辛烷值的C7、C8等支鏈烷烴。

隨著世界上石油資源的減少，用蘊(yùn)藏量豐富的煤炭和天然氣為原料合成替代石油越來越受到重視。在此過程中形成了以煤炭、一氧化碳和二氧化碳等為原料來得到較大分子量有機(jī)化合物的化學(xué)，即碳一化學(xué)。如：

2.7.2　烷烴的制備

實(shí)驗(yàn)室中合成開鏈烷烴的常用方法如下。

（1）烯烴的氫化

在催化劑存在下，氫氣和烯烴混合振蕩發(fā)生多相反應(yīng)，生成與烯烴骨架相同的烷烴。因烯烴較容易得到，所以烯烴氫化是烷烴制備的最主要的反應(yīng)。

（2）Corey-House反應(yīng)

將鹵代烴先制成烷基鋰RLi，加入鹵化亞銅生成二烷基銅鋰，然后再與另一分子的鹵代烷R'X作用發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)，得到烷烴R—R'。

例如：

本方法的發(fā)現(xiàn)者之一Corey E J因在有機(jī)合成中取得杰出成就而獲得1990年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

（3）Wurtz反應(yīng)

鹵代烷和鈉作用也得到碳鏈增長一倍的烷烴，反應(yīng)可能經(jīng)過烷基鈉中間體的過程，鹵代烴以溴代烷或碘代烷為好，用伯鹵代烷可得到更高的產(chǎn)率。該反應(yīng)稱為Wurtz反應(yīng)（見8.3.3）。

Wurtz反應(yīng)僅適用于合成對(duì)稱的烷烴R—R。如果用兩種不同的鹵代烴，則Wurtz反應(yīng)的結(jié)果會(huì)產(chǎn)生三種不同的烷烴：

當(dāng)這些混合物難以分離時(shí)，該方法就失去了應(yīng)用價(jià)值。

（4）Grignard試劑法

將鹵代烷與金屬鎂在干燥的乙醚中反應(yīng)，得到Grignard試劑RMgX（參見8.3.3）。

Grignard試劑和含活潑氫的化合物（如水、醇、氨等）作用得到烷烴。