Бутены представляют собой олефины с общей формулой C₄H₈,
характеризующиеся наличием двойной углерод-углеродной связи. Они делятся
на изомеры: 1-бутен, 2-бутен (с цис- и транс-конфигурациями) и изобутен
(метилпропен).
Физические свойства:
- Бутены — лёгкие, бесцветные газы или низкокипящие жидкости.
- Температуры кипения варьируют от −6,9 °C (1-бутен) до −6,9 °C
(изобутен) в зависимости от изомерной структуры.
- Растворимость в воде крайне низкая, но хорошо растворяются в
органических растворителях.
Химические свойства:
- Типичные реакции алкенов: гидратация, гидрогалогенирование,
полимеризация, гидрирование, окисление.
- Изобутен проявляет повышенную реакционную способность в реакциях
присоединения за счет стерических и электронных эффектов.
Производство бутенов
Бутены получают несколькими путями:
- Фракционная перегонка нефтяных фракций, содержащих
С₄-углеводороды.
- Каталитический крекинг тяжелых нефтяных фракций,
где термическое и каталитическое расщепление углеводородов приводит к
формированию бутенов.
- Изомеризация и дегидрирование бутанов, особенно при
производстве изобутена из изобутана с использованием платиновых
катализаторов.
Применение бутенов в
петрохимии
- Полимеризация: 1-бутен и изобутен являются важными
мономерами для производства полибутилена и сополимеров с этиленом.
- Алкилирование: изобутен используется для получения
изооктана, повышающего октановое число бензина.
- Синтез кислородсодержащих соединений: бутены
гидратируют в спирты, которые служат промежуточными продуктами для
получения эфиров, пластификаторов и растворителей.
Бутaдиены:
структура и физико-химические свойства
Бутадиен (C₄H₆) — это диен с двумя сопряжёнными двойными связями:
CH₂=CH–CH=CH₂. Существуют два геометрических изомера:
1,3-бутадиен и 1,2-бутадиен
(метиленциклопропен), однако промышленное значение имеет
исключительно 1,3-бутадиен.
Физические свойства:
- Газ при стандартных условиях, температура кипения −4,4 °C.
- Легковоспламеняем, образует взрывоопасные смеси с воздухом.
- Слабо растворим в воде, растворим в органических растворителях.
Химические свойства:
- Бутадиен обладает высокой реакционной способностью в
полимеризации и реакциях
Дильса–Альдера.
- Может участвовать в гидрировании, галогенировании и
окислении, образуя разнообразные ценные промежуточные
продукты.
Получение бутадиена
- Крекинг С₄-фракций нефтяных газов: 1-бутен и
изобутен дегидрируются до 1,3-бутадиена.
- Дегидрирование бутана: каталитическое
дегидрирование С₄-парафинов на хром- или платиновых катализаторах.
- Коксование нефти и пиролиз этана/этилена:
сопутствующие продукты содержат значительное количество бутадиена.
Применение бутадиена в
промышленности
- Синтетические каучуки: 1,3-бутадиен является
ключевым мономером для бутадиен-стирольного каучука
(SBR) и бутадиенового каучука (BR).
- Полимеры: используется для получения сополимеров с
акрилонитрилом, стиролом и изопрена, применяемых в шинной
промышленности.
- Химические промежуточные продукты: 1,3-бутадиен
служит исходным материалом для получения нейлона-6,6, антипиренов и
различных растворителей.
Каталитические процессы
и полимеризация
Полимеризация бутенов и бутадиена проводится с
применением различных катализаторов:
- Цис–транс полимеризация с использованием
Ziegler–Natta катализаторов для получения линейных полимеров.
- Ионная полимеризация изобутена с кислотными
катализаторами для получения сополимеров с изопреноидными
структурами.
- Радикальная полимеризация бутадиена позволяет
контролировать молекулярную массу и структурные свойства каучука.
Влияние структуры
на реакционную способность
- Наличие конъюгированных двойных связей в
1,3-бутадиене увеличивает способность к присоединению и циклизации.
- Изомеризация бутенов (1- и 2-бутен) влияет на направление гидратации
и эффективность алкилирования.
- Структурные эффекты определяют промышленную ценность каждого изомера
для получения полимеров и химических промежуточных продуктов.
Экологические и
технологические аспекты
- Производство и использование бутенов и бутадиена связано с выбросами
летучих органических соединений.
- Применение катализаторов с высокой селективностью снижает побочные
продукты и энергозатраты.
- Разработка процессов утилизации остаточных С₄-углеводородов повышает
экономическую эффективность нефтехимического производства.