Ацетилен - представитель углеводородов с тройной связью в молекуле. Свойства, получение и применение ацетилена.

План ответа:

1. Определение ацетиленовых углеводородов или алкинов.
2. Общая формула, гомологический ряд.
3. Строение, sp-гибридизации.
4. Виды изомерии.
5. Номенклатура ацетиленовых углеводородов.
6. Физические свойства.
7. Получение.
8. Химические свойства.
9. Применение.

 

 

Алкинами называют непредельные углеводороды, молекулы которых имеют одну тройную связь.

Первый представитель этого класса – ацетилен СН≡СН, в связи с этим алкины также называют ацетиленовыми углеводородами.

Ближайшие гомологи ацетилена:

 

СН₃―С≡СН   СН₃―СН₂ ―С≡СН     СН₃―С≡С―СН₃

пропин-1          бутин-1                         бутин-2

 

Общая формула гомологического ряда алкинов С_nH_2n-2.

 

Строение

Атомы углерода при тройной связи находятся в состоянии sp-гибридизации (смотри занятие 28). Сигма-связь образована при перекрывании гибридных облаков по одной линии; две пи-связи образованы при перекрывании двух пар не гибридных облаков соседних атомов углерода. Длина тройной связи меньше, чем длина одинарной и двойной связи.

 

 Изомерия

 а) Структурная изомерия алкинов обусловлена изомерией углеродного скелета.     

                5    4      3      2 1                                      

Например: СН₃―СН₂ ― СН₂ ―С≡СН пентин-1  

                   4       3 2 1                     

                 СН₃―СН ―С≡СН 3-метилбутин-1

                             |

                            СН₃

 б) Изомерия положения двойной связи.

Например: 1   2   3 4

                      СН₃―СН₂ ―С≡СН бутин-1

 

                         1 2 3 4

                      СН₃―С≡С―СН₃   бутин-2

 

  Номенклатура

-- В алкинах с неразветвлённой углеводородной цепью нумерацию начинают с того конца, ближе к которому находится тройная связь.

-- В названии соответствующего алкана окончание –ан заменяется на окончание –ин.

-- В разветвлённых алкинах выбирают главную цепь так, чтобы она содержала тройную связь, даже если она при этом не будет самой длинной.

--Перед названием главной цепи указывают номер атома углерода, при котором находится заместитель (радикал), и название этого заместителя.

--Номер после названия главной цепи указывает положение тройной связи, например:

               1  2  3 4   5

            СН₃―С≡С―СН―СН₃   

                                    |

                                   СН₃

                 4-метилпентин—2

 

Физические свойства

 Похожи на свойства алканов и алкенов. При обычных условиях (С₂-С₄) – газы, (С₅-С₁₆) – жидкости, начиная с С₁₇- твёрдые вещества. Температуры кипения алкинов выше, чем у соответствующих алкенов. Так, этилен имеет tкип= -103ºС, ацетилен кипит при -83,6ºС.

Растворимость низших алкинов в воде несколько выше, чем алкенов и алканов, однако она всё же очень мала. Алкины хорошо растворимы в неполярных органических растворителях.

 

 Получение.

а) В лаборатории и в промышленности ацетилен получают при взаимодействии карбида кальция с водой

        С                     

     /

Cа + 2НОН→ НС≡СН+Са(ОН)₂↓

     \

        С  

б) Разработан способ получения ацетилена из природного газа метана. При действии высокой температуры метан разлагается на углерод и водород.

Промежуточным продуктом в данном процессе является ацетилен.

      tº

СН₄→ С₂Н₂+3Н₂                  

           ацетилен

        tº

С₂Н₂ → 2С+Н₂

 

Химические свойства.

 

I. Вступают в реакции присоединения.

а) присоединение галогенов

  

     НС≡СН+Br-Br→ НСBr═СНBr

     ацетилен        1,2-дибромэтен.

 

     НСBr═СНBr+Br-Br→ НСBr₂-СНBr₂

    1,2-дибромэтен       1,1,2,2-тетрабромэтан

 

б) гидрирование

 

    НС≡СН+Н-Н→СН₂═СН₂

           ацетилен      этилен

 

    СН₂═СН₂+Н-Н→СН₃―СН₃

     этилен             этан

 

в) присоединение галогеноводородов.

 

    НС≡СН+Н-Cl→ СН₂═СНСl

    ацетилен       винилхлорид

 

 

г) гидратация

                                                 О  

                       HgSO₄          //     

НС≡СН+НОН → СН₃―С ацетальдегид (уксусный альдегид)

   ацетилен                         \

                                                 Н

 

 

 II. Вступают в реакции окисления.     

а) алкины легко окисляются перманганатом калия. При окислении обычно происходит расщепление тройной связи, и образуются карбоновые кислоты:

 

  СН₃―С≡С―СН₃+3[О]+НОН→ 2СН₃―СООН                                     

       бутин-2                                         уксусная кислота

б) На воздухе ацетилен горит коптящим пламенем.

  

     2С₂Н₂+5О₂→4СО₂+2НОН

 

III. Реакции полимеризации.

а) димеризация (катализаторы водный раствор СuСl и NH₄Cl)

 

    НС≡СН+ НС≡СН→ СН₂═СН―С≡СН

    ацетилен               винилацетилен

 

б) тримеризация (при t=600ºС)

                     СН

                   //  \

                СН СН

 3НС≡СН → |     || 

               СН СН

                   \\  /

                     СН бензол

 

 

Применение

Из углеводородов с тройной связью в молекуле наибольшее значение имеет ацетилен. Ещё не так давно он применялся в качестве горючего при газовой сварке и резке металлов. Сейчас ацетилен используется для синтеза различных органических соединений.

--В результатете присоединения хлора к ацетилену получается растворитель (1,1,2,2-тетрахлорэтан).

--При отщеплении хлороводорода образуется трихлорэтен – растворитель высокого качества, широко применяемый при чистке одежды.

-- Получаемый из ацетилена поливинилхлорид широко используется при изоляции проводников, изготовления плащей, клеёнки, искусственной кожи, труб и т.д.      

--исходя из ацетилена, получают и другие полимеры, необходимые в производстве пластмасс, каучуков и синтетических волокон. Ацетилен используется для производства синтетической уксусной кислоты.