부탄 – 반응, 응용, 파생물

부탄: 일반적인 특성

부탄은 포화 탄화수소 라고도 알려진 동종 알칸 계열의 네 번째 물질입니다. 부탄 분자는 단일 포화 결합으로 연결된 4개의 탄소 원자로 구성됩니다. 각 탄소 원자에는 수소 원자가 붙어 있습니다(유기 화합물에서 탄소 원자는 항상 4가입니다). 부탄에는 두 개의 이성질체가 있습니다. 이성질체 는 동일한 분자식(즉, 구조 내 개별 원자의 동일한 수)을 갖지만 구조식(즉, 분자 내 개별 원자의 배열)이 다른 화합물입니다. 부탄은 n-부탄과 2-메틸프로판(일반적으로 이소부탄이라고도 함)의 두 가지 이성질체 형태로 제공됩니다. 부탄의 이성질체 형태는 말단 -CH _{2 가} 선형 분자에서 분리될 때 형성됩니다. 그런 다음 (정확히 두 번째 탄소 원자에) -CH ₂ 그룹이 부착된 프로판 분자가 얻어집니다. 이로 인해 가지가 없는 분자와 동일한 수의 원자를 가진 가지가 있는 화합물이 생성됩니다. 유기 화합물 명명 규칙에 따르면 접두사 "n"은 부탄의 선형 분자를 나타내는 데 사용되는 반면 "iso"는 분지형 분자에 접두사로 추가된다는 점에 유의할 가치가 있습니다. 위에서 언급한 유형의 이성질체를 구성적(또는 구조적) 이성질체라고 합니다. 중요한 것은 부탄은 온실가스로 간주되지 않는다는 것입니다. 지구의 오존층을 파괴하지 않아 환경 친화적인 연료입니다.

부탄의 물리적, 화학적 특성:

• 무색 가스.
• 천연가스와 비슷한 희미한 냄새가 납니다.
• 가연성이 높습니다.
• 공기와 접촉하면 폭발성 혼합물을 형성합니다.
• 부탄 증기는 공기보다 무겁습니다.
• 물에 잘 녹지 않습니다.
• 에탄올 과 디에틸에테르에 쉽게 용해됩니다.
• 화학적으로 안정합니다.
• 인체에 독성 영향을 미칩니다.

부탄은 직선 사슬과 분지 사슬 형태의 두 가지 주요 공급원인 천연 가스와 원유 에서 발견됩니다 . 석유 정제 과정에서도 많은 양의 부탄이 얻어집니다. 가스는 죽은 식물과 동물의 잔해로부터 형성된 화석 연료로, 지구 표면 아래 깊은 곳에서 분해됩니다. 천연 가스에 존재하는 부탄 이성질체는 경유에 흡수되어 메탄 및 에탄과 같은 고농도의 다른 가스 성분으로부터 분리될 수 있습니다. 프로판 과 함께 흡수제에서 제거된 부탄은 액화석유가스(LPG)로 판매됩니다. 촉매 분해 및 기타 정제 공정에 의해 형성된 부탄 이성질체도 경유에 흡수되어 회수됩니다. 실온에서 부탄은 기체이지만 쉽게 액체로 변환되므로 일반적으로 충분히 강한 강철 실린더에 압축되어 저장됩니다. 일반적으로 통풍이 잘되고 발화원에서 멀리 떨어진 곳에 보관됩니다. 부탄을 얻는 실험실 방법에는 불포화 탄화수소의 수소화가 포함됩니다. 이러한 공정은 예를 들어 각각 부텐과 부틴, 또는 알켄 과 알킨 에 사용됩니다. 분자에 존재하는 불포화(이중 및 삼중) 결합은 반응성이 높고 쉽게 수소화됩니다. 이 과정에서 수소 분자가 불포화 화합물에 직접 첨가되어 부탄과 같은 탄소 사슬에 포화 결합을 갖는 분자가 생성됩니다. 또 다른 방법은 소위 Wurtz 반응입니다. Wurtz 합성은 탄소 사슬을 늘리는 것을 목표로 합니다. 이 반응에는 나트륨으로 처리하면 염화물 이온을 잃는 두 개의 할로겐화 알킬이 포함됩니다. 그들의 알킬 사슬은 염화나트륨의 동시 방출과 결합됩니다.

부탄의 특징적인 반응

부탄의 기본 반응 중 일부는 연소 반응 입니다. 반응에 포함된 산소의 양에 따라 연소 반응은 완전하거나 불완전할 수 있습니다. 전자의 경우 연소 중 산소량은 무제한입니다. 그러한 반응의 최종 생성물은 이산화탄소와 물이다. 얻는 에너지량을 고려하면 완전 연소가 가장 좋습니다. 그러나 산소가 충분하지 않으면 불완전 연소가 발생합니다. 사용 가능한 산소의 양에 따라 두 가지 불완전 연소 반응이 가능합니다. 불완전 연소 생성물에는 유독한 일산화탄소(II)와 물 또는 탄소와 물이 포함됩니다. 부탄은 화학적으로 안정한 화합물입니다. 그러나 공기와 폭발성 혼합물을 형성한다는 점을 기억해야 합니다. 또한 이산화염소 및 강한 산화제와 폭발적인 반응을 보입니다. 또한 고온에서 과산화바륨과 반응합니다. 중요한 것은 금속에 부식 영향을 미치지 않는다는 것입니다. 부탄의 중요한 반응에는 할로겐화 도 포함됩니다. 이 과정에서 부탄은 일반적으로 염소 또는 브롬과 반응하여 할로겐 유도체인 클로로부탄과 브로모부탄을 생성합니다. 알킬 사슬에 4개의 탄소 원자가 존재하면 염소 또는 브롬 치환 부위에 따라 다양한 유도체를 얻을 수 있다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 치환 방향은 주로 분자 내 탄소 원자의 순서에 따라 결정됩니다. 실험 데이터는 부탄의 탄소 원자 순서가 높을수록 치환이 더 쉽다는 것을 분명히 보여줍니다. 부탄의 염소화 또는 브롬화는 일반적으로 할로겐 유도체의 혼합물을 생성합니다. 중요한 점은 브롬화 반응이 보다 선택적인 반응이라는 것입니다. 이 과정에서 주요 생성물의 수율은 최대 99%에 이릅니다.

주요 부탄 응용 분야

• 부탄은 식품 산업에서 사용되는 화합물 중 하나입니다. 식물성 기름 생산에 사용되는 물질 중 하나입니다. 부탄의 기술적 기능에는 주로 에어로졸 의 수성 에멀젼 형성에 관여하는 것이 포함됩니다. 이를 통해 스프레이 오일 생산이 가능해지며, 예를 들어 베이킹 트레이에 기름을 바르는 데 적합합니다.
• 화합물은 화학 산업에서 중요한 성분입니다. 이는 다양한 합성 및 공정에 사용됩니다. 합성 휘발유 합성 시 용매, 냉각제, 반응물로 사용됩니다. 또한 운반 가스 역할도 합니다.
• 부탄은 캠핑장 등에서 사용하기 위한 휴대용 가스 스토브 및 실린더의 연료 로 널리 사용됩니다. 라이터를 재충전하는 데에도 사용됩니다. 버튼을 클릭하면 라이터 내부에 보관된 가스가 스파크와 접촉하여 점화됩니다.
• 이 화합물은 헤어스프레이, 탈취제, 공기 청정제 또는 스프레이 페인트와 같은 제품에서 운반 가스 역할을 합니다.
• 부탄은 또한 중요한 냉매 이기도 합니다. 소형 휴대용 캠핑 냉장고에 적합합니다. 화합물의 두 이성질체 형태 모두 냉매로 사용될 수 있습니다. 최근에는 다른 냉매에 비해 가격이 저렴하다는 점에서 주목을 받고 있습니다. 부탄은 종종 프로판/부탄 혼합물 형태로 냉동에 사용됩니다. 그러나 예를 들어 에어컨에서는 제대로 작동하지 않는다는 점에 유의해야 합니다.
• 부탄은 휘발유 첨가제로 사용될 수 있습니다. 변동성을 높이기 위해. 이성질체화 공정을 거쳐 이소부탄으로 전환된 N-부탄은 부틸렌과 같은 특정 탄화수소와 함께 귀중한 고옥탄 휘발유 ​​성분을 형성합니다.

주요 부탄 유도체

부탄올

부탄올 또는 에틸 알코올은 부탄의 알코올 유도체입니다. 1-부탄올(n-부탄올)과 2-부탄올(sec-부탄올)의 두 가지 이성질체 형태를 취할 수 있습니다. 부탄올은 투명하고 무색의 액체 형태로 존재합니다. 물에 대한 용해도는 에탄올이나 프로판올에 비해 낮습니다. 이는 사슬에 최대 4개의 탄소 원자가 존재하기 때문에 소수성이 발생합니다. 부탄은 벤젠 , 아세톤, 디에틸 에테르와 같은 화합물에 쉽게 용해됩니다. 주로 화학공업에서 사용됩니다. 이는 에스테르 , 페인트, 바니시 및 수지 생산에 사용되는 재료 중 하나입니다. 플라스틱 첨가제로도 사용됩니다. 부탄올은 농업용 제품의 중요한 성분입니다. 그 특성을 고려하면 용매로도 사용됩니다. 흥미롭게도 휘발유와 유사한 특성 때문에 연료로 사용하는 것이 고려되고 있습니다.

부탄산

부탄의 산성 유기 유도체는 부탄산입니다. 이것은 카르복실산 의 예입니다. 그 특징 중 하나는 분자 내에 -COOH 그룹을 가지고 있다는 것입니다. 부탄산은 산패한 버터에서 검출되었기 때문에 일반적으로 ‘부티르산’이라고 불립니다. 부탄산은 특정한 불쾌한 냄새가 나는 기름기 많은 액체입니다. 물과 에탄올과 쉽게 섞입니다. 밀도는 물보다 약간 낮습니다. 부티르산나트륨과 같은 부탄산의 에스테르가 중요한 것으로 간주됩니다. 부탄산은 주로 부티르산나트륨과 같은 다양한 부티르산 에스테르를 얻기 위한 중요한 물질입니다. 저분자량 ​​부티르산 에스테르는 대부분 기분 좋은 향과 맛을 가지고 있습니다. 결과적으로 식품 및 향수 첨가제로 사용됩니다. 산의 파생물은 승인된 식품 향료입니다. 강한 냄새로 인해 산은 낚시 미끼의 첨가제로도 사용됩니다.