Ацетилен та його гомологи

ПОСІБНИК З ХІМІЇ ДЛЯ ВСТУПНИКІВ ДО ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ

Частина III. ОРГАНІЧНА ХІМІЯ

Розділ 16. ВУГЛЕВОДНІ

§ 16.8. Ацетилен та його гомологи

Властивості. Ацетилен – перший член гомологічного ряду ацетиленових вуглеводнів – безбарвний газ, легший за повітря, малорозчинний у воді. Як вже зазначалося, його атоми карбону, сполучені потрійним зв’язком, перебувають у стані sp-гібридизації (див. §3.2 та рис. 8.6). Молекула ацетилену має лінійну будову, а атоми карбону в ній сполучені одним σ- і двома Π – зв’язками, причомуΠ

– зв’язки розташовані у двох взаємно перпендикулярних площинах.

За хімічними властивостями ацетилен багато в чому аналогічний етилену. Для нього характерні реакції приєднання, окиснення та полімеризації.

Реакції приєднання відбуваються аналогічно відповідним реакціям олефінів. Вони відбуваються у дві стадії: спочатку йде приєднання за місцем розриву одного Π – зв’язку з утворенням похідних олефінів, далі – за місцем другого Π – зв’язку з утворенням похідних алканів.

1.

Приєднання водню відбувається при нагріванні і наявності нікелевого каталізатора. Реакція проходить у дві стадії: спочатку утворюється етилен, потім – етані:

Ni, нагрівання

СН≡СН + Н2 –” СН2=СН2;

Ni, нагрівання

СН2=СН2 + Н2 ” СН3-СН3.

2. Приєднання галогенів відбувається дуже легко (також у дві стадії):

СН=СН + Вr2 -> СНВr=СНВ;

СНВr=СНВr + Вr2 −> СНВr2-СНВr2.

Бромна вода при цьому знебарвлюється. Знебарвлення бромної води є якісною реакцією на ацетилен, як і на всі ненасичені вуглеводні.

3. Приєднання галогеноводнів. Важливе значення має реакція приєднання хлороводню:

СН≡СН + НСl −> СН2=СНСl.

Добутий продукт – хлористий вініл (або вінілхлорид) – подібно до етилену легко полімеризується, а тому широко застосовується у виробництві полівінілхлоридних смол.

Приєднання галогеноводнів до гомологів ацетилену відбувається за правилом Марковникова:

 Ацетилен та його гомологи

4. Приєднання води відбувається за наявності солей меркурію(ІІ) – HgSO4, Hg(NO3)2 – з утворенням оцтового альдегіду (за звичайних умов ацетилен з водою не взаємодіє):

 Ацетилен та його гомологи

Як видно з рівняння, проміжним продуктом є ненасичений спирт. Спирти, в яких група ОН міститься біля карбону з подвійним зв’язком, нестійкі, гідроген гідроксильної групи переходить до сусіднього атома карбону (позначено стрілкою), внаслідок ізомеризації (мимовільної зміни будови) утворюється стійка сполука – альдегід. Ця реакція дістала назву реакції Кучерова на честь російського вченого М. Г. Кучерова, який відкрив її у 1881 р. За цією реакцією у промисловості з ацетилену добувають оцтовий альдегід, а з нього при відновленні – етиловий спирт (а), при окисненні – оцтову кислоту (б):

 Ацетилен та його гомологи

Ацетилен дуже чутливий до окисників. Під час пропускання крізь розчин перманганату калію він легко окиснюється, а розчин КМnO4 знебарвлюється:

+4

H-C≡С-H————–> HOOC-COOH.

Оксалатна кислота

Знебарвлення перманганату калію можна використати як якісну реакцію на потрійний зв’язок. .

Під впливом потрійного зв’язку гідроген у молекулі ацетилену стає дуже рухливим і здатний заміщуватися металами. Так, якщо пропускати ацетилен крізь розчини солей аргентуму або купруму (l), то утворюються ацетиленіди – металічні похідні ацетилену:

HC≡CH + 2АgОН −> АgС≡САg + 2Н2О;

Ацетиленід аргентуму

НС≡СН + 2CuOH −> CuC≡CCu + 2Н2О.

Ацетиленід купруму(l)

Ацетиленіди аргентуму і купруму у сухому вигляді вибухають від удару. Однак карбід кальцію, який також є ацетиленідом, досить стійкий до удару. Його широко використовують для добування ацетилену.

Ацетилен горить на повітрі сильно кіптявим полум’ям, а у кисні – сліпучо-білим з виділенням великої кількості теплової енергії. При згорянні ацетилену в суміші з киснем температура досягає 3 500 °С. Суміші ацетилену з повітрям і киснем дуже вибухонебезпечні (вибухають від іскри). Добування. У промисловості і в лабораторії ацетилен добувають з карбіду кальцію при взаємодії останнього з водою:

СаС2 + 2Н2О -> Са(ОН)2 + С2Н2.

У великих кількостях його добувають з метану:

2СН4 -> СH≡СH + ЗН2.

Застосування. Ацетилен застосовується як вихідна сировина для багатьох промислових хімічних синтезів.

З нього добувають оцтову кислоту, синтетичний каучук, полівінілхлоридні смоли. Тетрахлоретан СНСl2-СНСl2 – продукт приєднання хлору до ацетилену – добрий розчинник жирів і багатьох органічних сполук і, що дуже важливо, він безпечний у пожежному відношенні. Ацетилен використовують для автогенного зварювання металів.




Ацетилен та його гомологи