Реферат: Характеристика ацетиленовых углеводородов

Название: Характеристика ацетиленовых углеводородов
Раздел: Рефераты по химии
Тип: реферат

АЦЕТИЛЕНОВЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ
(АЛКИНЫ)


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