Реферат Характеристика ацетиленовых углеводородов
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
АЦЕТИЛЕНОВЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ
(АЛКИНЫ)
Ацетиленовыми углеводородами (алкинами) называются непредельные (ненасыщенные) углеводороды, содержащие в молекуле одну тройную связь и имеющие общую формулу CnH2n-2. Родоначальником гомологического ряда этих углеводородов является ацетилен HCºCH.
Изомерия
Алкинам свойственна изомерия углеродного скелета (начиная с C5H8), изомерия положения тройной связи (начиная с C4H6) 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 + 2H2O I I Br Br |
| Br I CH3–C–CH2–CH3 + 2KOH ––этанол® CH3–CºC–CH3(бутин-2) + 2KBr + 2H2O I Br |
3) Ацетилен получают также из ацетиленида (карбида) кальция при разложении его водой.
CaC2 + 2H2O ® 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 | d420 |
| Ацетилен | HCºCH | -80,8 | -83,6 | 0,565 1 |
| Метилацетилен | CH3–CºCH | -102,7 | -23,3 | 0,670 1 |
| Бутин-1 | C2H5–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
По одной из двух гибридных орбиталей каждого атома углерода взаимно перекрываются, приводя к образованию s- связи между атомами углерода. Каждая оставшаяся гибридная орбиталь перекрывается с s- орбиталью атома водорода, образуя s- связь С–Н.
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)
Две негибридные p- орбитали каждого атома углерода, расположенные перпендикулярно друг другу и перпендикулярно направлению s- связей, взаимно перекрываются и образуют две p- связи. Таким образом, тройная связь характеризуется сочетанием одной s- и двух p- связей.
Для алкинов характерны все реакции присоединения, свойственные алкенам, однако у них после присоединения первой молекулы реагента остается еще одна p- связь (алкин превращается в алкен), которая вновь может вступать в реакцию присоединения со второй молекулой реагента. Кроме того, "незамещенные" алкины проявляют кислотные свойства, связанные с отщеплением протона от атома углерода, составляющего тройную связь (ºС–Н).
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;H2•® CH3–CH=CH2(пропен) ––t°,Pd;H2® CH3–CH2–CH3(пропан)
2) Галогенирование. Алкины обесцвечивают бромную воду (качественная реакция на тройную связь). Реакция галогенирования алкинов протекает медленнее, чем алкенов.
HCºCH ––Br2® CHBr=CHBr(1,2- дибромэтен) ––Br2® 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.
| C2H5–CºCH + H2O ––HgSO4® [C2H5– | C=CH2](енол) ® C2H5– I ø OH | C–CH3(метилэтилкетон) II O |
В случае гидратации собственно ацетилена конечным продуктом является альдегид.
| | | O II |
| HCºCH + H2O ––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.HCºCH® CH2=CH–CºCH ––kat.HCºCH® 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
Водородные атомы ацетилена способны замещаться металлами с образованием ацетиленидов. Так, при действии на ацетилен металлического натрия или амида натрия образуется ацетиленид натрия.
HCºCH ––NaNH2® HCºCNa + NH3
Ацетилениды серебра и меди получают взаимодействием с аммиачными растворами соответственно оксида серебра и хлорида меди.
HCºCH + 2[Ag(NH3)2]OH ® AgCºCAg + 4NH3 + 2H2O
Ацетилениды серебра, меди обладают исключительной взрывчатостью. Они легко разлагаются при действии соляной кислоты.
AgCºCAg + 2HCl ® HCºCH + 2AgCl¯
Данным свойством ацетиленидов пользуются при выделении ацетиленовых углеводородов из смесей с другими газами.
Применение
При горении ацетилена в кислороде температура пламени достигает 3150°C, поэтому ацетилен используют для резки и сварки металлов. Кроме того, ацетилен широко используется в органическом синтезе разнообразных веществ - например, уксусной кислоты, 1,1,2,2- тетрахлорэтана и др. Он является одним из исходных веществ при производстве синтетических каучуков, поливинилхлорида и других полимеров.
