Характеристика ацетиленовых углеводородов

АЦЕТИЛЕНОВЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ
(АЛКИНЫ)

Ацетиленовыми углеводородами (алкинами) называются непредельные (ненасыщенные) углеводороды, содержащие в молекуле одну тройную связь и имеющие общую формулу C_nH_2n-2. Родоначальником гомологического ряда этих углеводородов является ацетилен HCºCH.

Изомерия

Алкинам свойственна изомерия углеродного скелета (начиная с C₅H₈), изомерия положения тройной связи (начиная с C₄H₆) и межклассовая изомерия с алкадиенами.

Получение

1) В промышленном масштабе для технических целей ацетилен получают высокотемпературным пиролизом метана.

2CH₄ ––^1500°C® HCºCH + 3H₂

2) Алкины можно получить из дигалогенопроизводных парафинов отщеплением галогеноводорода при действии спиртового раствора щелочи. Атомы галогена при этом могут быть расположены как у соседних атомов углерода, так и у одного углеродного атома.

3) Ацетилен получают также из ацетиленида (карбида) кальция при разложении его водой.

CaC₂ + 2H₂O ® Ca(OH)₂ + HCºCH

Физические свойства

По физическим свойствам алкины напоминают алкены и алканы. Температуры их плавления и кипения увеличиваются с ростом молекулярной массы. В обычных условиях алкины С₂–С₃ – газы, С₄–С₁₆– жидкости, высшие алкины – твердые вещества. Наличие тройной связи в цепи приводит к повышению температуры кипения, плотности и растворимости их в воде по сравнению с олефинами и парафинами. Физические свойства некоторых алкинов сведены в таблице.

Таблица. Физические свойства некоторых алкинов

Химические свойства

Углеродные атомы в молекуле ацетилена находятся в состоянии sp-гибридизации. Это означает, что каждый атом углерода обладает двумя гибридными sp- орбиталями, оси которых расположены на одной линии под углом 180° друг к другу, а две p- орбитали остаются негибридными.

sp- Гибридные орбитали двух атомов углерода в состоянии,
предшествующем образованию тройной связи и связей C–H

Схематическое изображение строения молекулы ацетилена (ядра атомов углерода и водорода на одной прямой,
две p- связи между атомами углерода находятся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях)

I.Реакции присоединения

1) Гидрирование. Гидрирование алкинов осуществляется при нагревании с теми же металлическими катализаторами (Ni, Pd или Pt), что и в случае алкенов, но с меньшей скоростью.

CH₃–CºCH(пропин) ––^t°,Pd;H2•® CH₃–CH=CH₂(пропен) ––^t°,Pd;H2® CH₃–CH₂–CH₃(пропан)

2) Галогенирование. Алкины обесцвечивают бромную воду (качественная реакция на тройную связь). Реакция галогенирования алкинов протекает медленнее, чем алкенов.

HCºCH ––^Br2® CHBr=CHBr(1,2- дибромэтен) ––^Br2® CHBr₂–CHBr₂(1,1,2,2- тетрабромэтан)

3) Гидрогалогенирование. Образующиеся продукты определяются правилом Марковникова.

CH₃–CºCH ––^HBr® CH₃–CBr=CH₂(2- бромпропен -1) ––^HBr® CH₃–CBr₂–CH₃(2,2- дибромпропан)

4) Гидратация (реакция Кучерова). Присоединение воды осуществляется в присутствии сульфата ртути. Эту реакцию открыл и исследовал в 1881 году М.Г.Кучеров.
Присоединение воды идет по правилу Марковникова, образующийся при этом неустойчивый спирт с гидроксильной группой при двойной связи (так называемый, енол) изомеризуется в более стабильное карбонильное соединение - кетон.

В случае гидратации собственно ацетилена конечным продуктом является альдегид.

5) Полимеризация. Ацетиленовые углеводороды ввиду наличия тройной связи склонны к реакциям полимеризации, которые могут протекать в нескольких направлениях:

a) Под воздействием комплексных солей меди происходит димеризация и линейная тримеризация ацетилена.

HCºCH ––^kat.HCºCH® CH₂=CH–CºCH ––^kat.HCºCH® CH₂=CH–CºC–CH=CH₂

b) При нагревании ацетилена в присутствии активированного угля (реакция Зелинского) осуществляется циклическая тримеризация с образованием бензола.

II.Кислотные свойства

HCºCH ––^NaNH2® HCºCNa + NH₃

HCºCH + 2[Ag(NH₃)₂]OH® AgCºCAg + 4NH₃ + 2H₂O

AgCºCAg + 2HCl ® HCºCH­ + 2AgCl¯

Применение