12736 (761414), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

ацетилен 1,2-дибромэтэн 1,1,2,2-тетрабромэтан

Присоединение галогеноводородов

Присоединение галогеноводородов также протекает ступенчато. Вначале образуется моногалогенпроизводное этиленового ряда:

CH H CH2

III + I II

ацетилен CH Cl CH—Cl винил хлорид

К последнему может присоединиться еще одна молекула галогеноводорода, причем реакция в этом случае протекает по правилу Марковникова: водород может присоединяется к углероду с большим числом водородных атомов, и в результате образуется дигалогенпроизводное предельного углеводорода, в котором оба атома галогена стоят при одном том же углеродом атоме:

CH2 H CH3

II + I I

винил хлорид CH—Cl Cl CH—Cl2 1.1-дихлорэтан

При реакциях с ацетиленовыми углеводородами, построенными по типу R—CCH, галогеноводород присоединяется в соответствии с правилом Марковникова в обеих стадиях:

СH3—CCH + HCl CH3—CCl=CH2 + HCl CH3—CCl2—CH3

пропин (метил- 2-хлорпропен 2,2-дихлорпропан

ацетилен)

Присоединение воды (реакция гидратации)

Эта реакция была открыта в 1881г. М.Г. Кучеровым. Под действием солей окисной ртути в сернокислом растворе по месту тройной связи присоединяется одна молекула воды:

CH H CH2

III + I II

ацетилен СН OH Hg2+ + H2SO4 CH—OH виниловый спирт

Образующееся соединение – виниловый спирт – относится к непредельным спиртам, в которых гидроксильная группа расположена при углероде с двойной связью. Такие соединения неустойчивы и в свободном виде не существуют, т.к. в момент образования в их молекулах происходит перегруппировка: водород гидроксильной группы перемещается к соседнему углеродному атому, этиленовая связь разрывается и возникает двойная связь между углеродом и кислородом (правило Эльтекова):

СH2 CH3

II I

виниловый спирт СН—ОН СН=О уксусный альдегид

Таким образом, в результате реакции образуется соединение с карбонильной группой >С=О. В частности, из ацетилена при гидратации получается уксусный альдегид.

Реакция гидратации ацетиленовых углеводородов (реакция Кучерова) имеет большое практическое значение, т.к. ведет к синтезу различных ценных продуктов. Например, уксусный альдегид, получаемый гидратацией ацетилена, путем окисления может быть переведен в уксусную кислот, а при восстановлении в этиловый спирт. При гидратации гомологов ацетилена, так как реакция протекает по правилу Марковникова, всегда образуются кетоны:

CH3—CCH + H—OH CH3—C=CH2 CH3—C—CH3

Пропин (метил- Hg2+ + H2SO4 I II

ацетилен) OH O

непредельный спирт кетон (ацетон)

Присоединение СО

Присоединение СО (реакция В. Реппе). Идет в присутствии никелевых катализаторов (Х=ОН, ОС2Н5, NH2):

O

H С—X

H—CC—H + CO + HX H—C=C—H

Реакция окисления

Ацетиленовые углеводороды окисляются еще легче, чем этиленовые, обычно с распадом молекулы по месту тройной связи и образованием карбоновых кислот. Фиолетовая окраска раствора KMnO4 при действии его на ацетиленовые углеводороды быстро исчезает, что служит качественной реакцией на эти непредельные соединения.

[O] О О

С Н3—СН2—СС—СН3 CН3—СН2—С + СН3—С

ОН ОН

Замещение водорода при атомах углерода с тройной связью на металл

Все рассмотренные до сих пор реакции ацетиленовых углеводородов аналогичны реакциям углеводородов ряда этилена. Отличительной особенностью ацетиленовых углеводородов является подвижность атомов водорода, соединенных с углеродными атомами при тройной связи. Под влиянием последней атомы водорода в присутствии сильного основания (амида натрия NaNH2,металлоорганического соединения, иногда концентрированных растворов щелочей) проявляют способность замещаться на металл. При этом образуется металлические производные – ацетилениды (по номенклатуре ИЮПАК – ацетилиды).

NaNH2

R—CC—Na +NH3

CH3—MgBr

R—CC—H R—CC—MgBr + CH4

NaOH

R—CC—Na + H2O

При пропускании струи ацетилена в бесцветный прозрачный раствор оксида серебра аммиачный раствор оксида серебра представляет собой раствор комплексного соединения Ag(NH3)2OH – аммиаката серебра образуется желтоватый осадок ацетиленида серебра

HCCH + 2Ag(NH3)2OH AgCCAg + 2H2O + 4NH3

Аналогично, при взаимодействии ацетилена с аммиачным раствором соли закиси меди обычно применяют раствор хлористой меди CuCl в NH4OH, содержащий комплексный аммиакат состава Сu(NH3)2Cl образуется красно-бурый осадок ацетиленида меди состава CuCCCu.

Очевидно, что из гомологов ацетилена осадок ацетиленидов образуют только соединения типа R—CCH, причем получаются однометаллические производные; соединения типа R—CC—R', не имеющие водорода при тройной связи, ацетиленидов не образуют.

Ацетилениды серебра и меди в сухом виде сильно взрываются от удара или при нагревании. Под действием соляной кислоты ацетилениды разлагаются с выделением ацетиленового углеводорода.

Полимеризация ацетилена

При пропускании ацетилена над нагретым активированным углем (метод Н.Д. Зелинского и Б.А. Казанского) очень легко в результате полимеризации трех молекул ацетилена С2Н2 образуется кольчатый углеводород – бензол С6Н6, являющийся родоначальником гомологического ряда очень важных в практическом отношении ароматических углеводородов. Превращение ацетилена в бензол происходит и при простом нагревании его в стеклянных трубах до температуры темно-красного каления (1860, М. Бертло).

В других условиях, под каталитическим действием солей закиси меди (Ю. Ньюленд), полимеризация ацетилена идет иначе. Во взаимодействие вступают две молекулы ацетилена: одна участвует в реакции с разрывом тройной связи, другая - за счет водорода, подвижного, благодаря влиянию тройной связи:

СНСН + СНСН СН2=СН—ССН

ацетилен винилацетилен (1-бутен-3-ин)

Продукт полимеризации (винилацетилен) представляет собой углеводород, в молекуле которого одновременно имеются двойная и тройная связи.

В присутствии свободных радикалов или специальных металлоорганических катализаторов алкины полимеризуются с образованием полиенов (полисопряженных систем):

кат. I

nR—CC—R’ R—C=C—R’

I n

Продукт полимеризации ацетилена в присутствии ионов Cu+ и окислителей называется карбин и может рассматриваться как аллотропическая модификация углерода (наряду с алмазом и графитом):

Cu+

nH—CC—H H——C=C— —H

[O] n

Доказано, что в такой полимерной цепи встречаются только кумулированные связи:

…=С=С=С=С=С=…

Общие способы получения алкинов

В природе ацетиленовые углеводороды не встречаются; их получают путем синтеза.

Отщепление галогеноводорода от дигалогенпроизводных

При действии спиртового раствора щелочи на дигалогенпроизводные углеводородов происходит отнятие двух молекул галогенводорода. При этом в исходном дигалогенпроизводном атомы галогена могут быть расположены при одном и том же углеродном атоме, либо при двух различных, но обязательно соседних атомах:

Н—СН—Н 2КОН СН

I III + 2КBr + 2H2O

Br—CH—Br спирт СН

1,1-дибромэтан

Н Cl

2KOH

CH3—C—CH CH3—CCH +2KCl + 2H2O

спирт пропин

1,2-дихлорпропан Сl H

Исходные в этих реакциях дигалогенпроизводные с атомами галогена при соседних атомах углерода могут быть получены присоединением галогенов к этиленовым углеводородам. Следовательно, углеводороды с двойной связью через дигалогенпроизводные могут быть превращены в ацетиленовые углеводороды (с тройной связью).

Действие галогенпроизводных на ацетилениды

Удобный способ получения гомологов ацетилена – действие галогенпроизводных (галогеналкилов и галогенарилов) на ацетилениды. Например:

CHC—Ag + I—CH2—CH3 CHC—CH2—CH3 + AgI

моносеребряный иодистый

ацетиленид этил

СH3—I + Na—CC—Na + I—CH3 CH3—CC—CH3 + 2NaI

иодистый динатриевый иодистый

метил ацетиленид метил

—I + CH3—CC—Cu —CC—CH3 + CuI

Этот метод дает возможность переходить от простых ацетиленовых углеводородов к более сложным.

Отдельные представители

Ацетилен. Представляет собой бесцветный горючий и взрывоопасный газ; Ткип. –83,6 оС. Теплота сгорания 48116 Кдж/моль; 1 объем С2Н2 растворяется в 1 объеме воды при 20 оС. Температура самовоспламенения 335 оС; нижний предел воспламенения 2,5 % объемных, верхний предел воспламенения в воздухе зависит от энергии источника зажигания. Ацетилен разлагается с большим выделением тепла и, при определенных условиях, со взрывом. Для предупреждения взрыва при аварийном истечении ацетилена и тушения факела в закрытых объемах минимальная концентрация СО2 57 % объемных, азота – 70 % объемных.

В чистом виде почти не имеет запаха; неприятный запах технического ацетилена обусловлен наличием в нем примесей. На воздухе ацетиле горит сильно коптящим пламенем.

В технике громадное количество ацетилена получают действием воды на карбид (ацетиленид) кальция СаС2 по реакции (Велер, 1862г.):

С CН

III Ca + 2HOH III + Ca(OH)2

C CН

карбид кальция

В свою очередь карбид кальция получают в электрических печах из негашеной извести и угля:

СаО + 3 С СаС2 + СО

Очень важным современным методом получения ацетилена является термоокислительный крекинг метана, входящего в состав природных газов (при температуре свыше 1500 оС). Теплота выделяется при сгорании метана в присутствии недостаточного количества кислорода:

1500 оС

6СН4 + 4О2 СНСН + 8Н2 + 3СО + СО2 + Н2О

Ацетилен является ценным исходным веществом для многих промышленных синтезов. Из него по реакции Кучерова получают уксусный альдегид, который затем переводят либо в уксусную кислоту, либо в этиловый спирт. Ацетилен служит исходным материалом для получения особого вида синтетического каучука (полихлоропренового), пластмасс, из него получают различные растворители; он может быть исходным веществом для синтеза ароматических углеводородов и т.п. Все эти крайне разнообразные и ценные продукты, главным образом, получаются через ацетилен из весьма доступного сырья – извести и угля или из метана природного газа.

Ацетилен широко применяли для освещения; с этой целью использовали специальные горелки, в которых происходило хорошее смешение ацетилена с воздухом и получалось яркое пламя. Если в пламя горящего ацетилена вдувать кислород, то достигается высокая температура, при которой плавятся металлы. На этом основано применение ацетилена для автогенной сварки.

Характеристики

Список файлов статьи