Реферат: Характеристика ацетиленовых углеводородов
Ацетиленовыми углеводородами (алкинами) называются непредельные (ненасыщенные) углеводороды, содержащие в молекуле одну тройную связь и имеющие общую формулу Cn H2 n -2 . Родоначальником гомологического ряда этих углеводородов является ацетилен HCºCH.
Изомерия
Алкинам свойственна изомерия углеродного скелета (начиная с C5 H8 ), изомерия положения тройной связи (начиная с C4 H6 ) 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.
| СH3 –CH–CH2 + 2 KOH ––этанол ® CH3 –CºCH + 2KBr + 2H2 O I I Br Br |
| Br I CH3 –C–CH2 –CH3 + 2KOH ––этанол ® CH3 –CºC–CH3 (бутин-2) + 2KBr + 2H2 O I Br |
3) Ацетилен получают также из ацетиленида (карбида) кальция при разложении его водой.
CaC2 + 2H2 O ® 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
| Название | Формула | t°пл., °C | t°кип., °C | d4 20 |
| Ацетилен | HCºCH | -80,8 | -83,6 | 0,565 1 |
| Метилацетилен | CH3 –CºCH | -102,7 | -23,3 | 0,670 1 |
| Бутин-1 | C2 H5 –CºCH | -122,5 | 8,5 | 0,678 2 |
| Бутин-2 | CH3 –CºC–CH3 | -32,3 | 27,0 | 0,691 |
| Пентин-1 | CH3 –CH2 –CH2 –CºCH | -98,0 | 39,7 | 0,691 |
| Пентин-2 | CH3 –CH2 –CºC–CH3 | -101,0 | 56,1 | 0,710 |
| 3-Метилбутин-1 | CH3 –CH–CºCH I CH3 | – | 28,0 | 0,665 |
|
1 При температуре кипения. 2 При 0°C. | ||||
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 ; H 2• ® CH3 –CH=CH2 (пропен) ––t ° , Pd ; H 2 ® CH3 –CH2 –CH3 (пропан)
2) Галогенирование. Алкины обесцвечивают бромную воду (качественная реакция на тройную связь). Реакция галогенирования алкинов протекает медленнее, чем алкенов.
HCºCH ––Br 2 ® CHBr=CHBr(1,2- дибромэтен) ––Br 2 ® 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.
| C2 H5 –CºCH + H2 O ––HgSO4 ® [C2 H5 – | C=CH2 ](енол) ® C2 H5 – I ø OH | C–CH3 (метилэтилкетон) II O |
В случае гидратации собственно ацетилена конечным продуктом является альдегид.
| O II | ||
HCºCH + H2 O ––HgSO4 ® [CH2 = | CH](енол) ® CH3 – I | C(уксусный альдегид) I |
| H | O | H |
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 . HC º CH ® CH2 =CH–CºCH ––kat . HC º CH ® CH2 =CH–CºC–CH=CH2
b) При нагревании ацетилена в присутствии активированного угля (реакция Зелинского) осуществляется циклическая тримеризация с образованием бензола.
 | + |  | ––600 ° C,C ® |  |
II. Кислотные свойства
HCºCH ––NaNH 2 ® HCºCNa + NH3
HCºCH + 2[Ag(NH3 )2 ]OH® AgCºCAg + 4NH3 + 2H2 O
AgCºCAg + 2HCl ® HCºCH + 2AgCl¯
Применение