Ацетиленовых углеводородов

1. Алкилирование ацетилена, т.е. замена водорода на алкил.

CHCH + Na ½ H₂ + CHC-Na

(NH₃ жидкий)

СHC-Na + ClCH₃ NaCl + CHC-CH₃

Можно получить алкилированный ацетилен с помощью магнийорганических соединений (реакция Иоцича)

CH₃

+Br-CH-CH₃

CHCH + CH₃MgBr CH₄ + CHC-MgBr MgBr₂ + CHC-CH-CH₃

CH₃ 2. Дегидрогалогенирование геминальных и вицинальных дигалогенопроизводных.

H Cl

H-C-C-H CHCH

H Cl -2HCl

Хлористый этилиден (геминальное дигалогенопроизводное)

H Cl

H-C-C-CH₃ CHC-CH₃

Cl H -2HCl

Хлористый пропилен (вицинальное строение)

3. Электронное строение ацетиленовых углеводородов (см. электронное представление о природе химической связи)

В молекуле ацетилена каждый атом углерода соединяется только с двумя другими атомами: Н-СС-Н. Поэтому в гибридизации участвуют 2 электрона, один – s и один р – электрон, образуя в результате две гибридные орбитали. Происходит sp‑гибридизация. Наиболее устойчивое состояние молекулы достигается при наиболее симметричном расположении этих двух sp-орбиталей, т.е. под углом 180^о друг к другу, образуя s-связи С-С и С-Н.

Рисунок 11. s-связи в молекуле ацетилена

В двух взаимно перпендикулярных плоскостях к оси s-связей располагаются электронные орбитали 2-х негибридизированных
р-электронов, за счет бокового перекрывания которых образуются 2
p-связи.

Рисунок 12. -связи в молекуле ацетилена

4 атома расположены на прямой, т.е. молекула ацетилена имеет линейное строение. Наблюдается значительное укорочение СС связи, длина которой составляет 1,20 А⁰.

Благодаря наличию двух пар подвижных -электронов тройная связь легко поляризуется за счет влияния заместителей. Например, для метилацетилена

+ -

СН₃ССН.

Энергия тройной связи СС составляет 199,6 ккал/моль, т.е. намного меньше, чем у трех простых связей С-С (3^.79=237).

4. Физические свойства.

1) Ацетиленовые углеводороды имеют несколько более высокие Т_кип. и d₂₀⁴, чем олефины.

Название	Ткип. , ^0С	d20^4
1-бутин	8,5	0,678
1-бутен	6,3	0,630

2) Агрегатное состояние: С₂-С₃ - газы

С₄-С₁₆ – жидкости

С₁₇ и более – твердые вещества

3) Заметно растворимы в воде (1 объем С₂Н₂ на 1 объем воды)

4) Смесь ацетилена с воздухом взрывоопасна в широких пределах

5. Химические свойства

Благодаря малой прочности -связей ацетиленовые углеводороды легко вступают в реакции присоединения, окисления, полимеризации, идущие с разрывом -связей. Механизм этих реакций чаще всего ионный: электрофильный или нуклеофильный, благодаря легкой поляризуемости тройной связи. Ацетилены, имеющие незамещенный Н у ненасыщенного атома углерода, способны замещать его на и некоторые другие металлы, т.е. проявляют кислотные свойства. Наличие кислотных свойств обусловлено природой тройной связи, у которой большая часть электронной плотности валентных электронов углерода сосредоточена между ядрами углерода, а внешние области обеднены электронами, поэтому углерод сильнее притягивает к себе электронную пару от водорода.

НС – С Н

I. Реакции присоединения:

1) Гидрирование.

СНСН + Н₂ СН₂=СН₂ СН₃-СН₃

Сначала идет гидрирование с разрывом 1 -связи до образования этилена, а затем уже образуется метан. Ацетиленовые углеводороды легче адсорбируются на поверхности катализатора, поэтому реакция идет избирательно: сначала I стадия, затем II стадия.

2) Реакции электрофильного присоединения галогенов и галогеноводородов происходят также ступенчато.

Br Br

СНСН + Br₂ CН=СН CН-СН

Br Br Br Br

дибромэтилен тетрабромэтилен

СНСН + НСl CН₂=СН-Сl CН₃СНCl₂

хлорвинил хлористый этилиден

Присоединение ННаl протекает в соответствии с правилом Марковникова. Если возьмем метилацетилен, то -связь поляризована:

СН₃ССН + Н⁺ СН₃-С-СН₂ СН₃-С=СН₂

Сl

4) Реакции нуклеофильного присоединения:

а) присоединение спиртов:

СН₃ОН + КОН СН₃ОК + Н₂О

Спирт в присутствии твердого КОН образует алкоголят, который диссоциирует с образованием аниона

СН₃ОК СН₃О^- + К⁺

СН₃О^- - нуклеофильный реагент, вызывает протекание реакции по нуклеофильному механизму

СНСН + СН₃О^- СН=СН-ОСН₃ СН₂-СН-О-СН₃ + ОН^-

б) присоединение HCN

CНСН + Н-СN СН₂=СН-СN

акрилонитрил

также протекает по нуклеофильному механизму

СНСН + CN^- СН=СН-СN CН₂=СН-CN + CN^-

Протеканию реакции способствует наличие ионов СN^- (источником которых является катализатор). Реакции нуклеофильного присоединения протекают труднее при наличии электроно-донорных заместителей.

в) присоединение уксусной кислоты

О

СНСН + СН₃-С СН₂=СН-О-С-СН₃

О

винилацетат – мономер, используется

в производстве ПВС

4) Гидратация ацетиленовых углеводородов (реакция Кучерова)

Н

СНСН + НОН СН₂=СНСН₃-С

ОН уксусный альдегид

самопроизвольная

изомеризация

II. Реакции окисления

Хорошо окисляются сильными окислителями за счет разрыва тройной связи с образованием двух молекул карбоновых кислот

СН₃-СС-СН₂-СН₃ + 3О + Н₂О СН₃-С=О + СН₃-СН₂-С=О

ОН ОН

Метилэтилацетилен (КМnО₄) уксусная пропионовая

кислота кислота

Если тройная связь у конца цепи, то образуется одна молекула карбоновой кислоты и СО₂.

СН₃-СН₂-ССН + 4О СН₃-СН₂-СООН + СО₂

пропионовая кислота

III. Реакции полимеризации и конденсации

Ацетилен легко образует низкомолекулярные полимеры. В зависимости от условий реакция полимеризации может привести к образованию различных продуктов.

1. Образование ароматических углеводородов.

СН

НС СН

НС СН

высокая температура

СН пропуск через раскаленные трубки

2. Циклическая полимеризация 4-х молекул происходит в присутствии карбонила никеля:

СНСН

СН СН

СН СН

СНСН

3. Линейная ступенчатая полимеризация.

СНСН+СНСНСН₂=СН-ССНСН₂=СН-СС-СН=СН₂

винилацетилен дивинилацетилен

4. Конденсация с альдегидами или кетонами

а) реакция Фаворского

СН₃ СН₃

СНСН + С-СН₃ СНС-С-СН₃

О ОН

диметилацетиленилкарбинол

б) реакция Реппе

СНСН+СН₂СН=СН-СН₂СН₂-СН=С-СН₂

О ОН ОН ОН

пропинол бутиндиол

пропаргиловый спирт

IV. Реакции замещения водорода металлом – образование ацетиленидов

1. Образование ацетиленидов щелочных и щелочно-земельных металлов.

а) взаимодействие с металлическим натрием;

б) взаимодействие с Мg-органическими соединениями:

СН₃-ССН+С₂Н₅МgBr C₂Н₆ + СН₃-СН=СН-MgBr

1-пропенилмагнийбромид

(реакция Иоцича)

2. Взаимодействие с гидроокисями или солями тяжелых металлов:

СНСН + 2[Ag(NH₃)₂]ОНAg-CC-Ag + 4NH₃ + 2H₂O

грязно-белый осадок

СНСН + 2[Cu(NH₃)₂]ОН Cu-CC-Cu + 4NH₃ + 2H₂O

красный осадок

Ацетилениды тяжелых металлов водой не разлагаются, мало химически активны, но в сухом виде взрывчаты (ацетилен нельзя пропускать через медные трубы). Реакции образования ацетиленидов металлов применяются для качественного и количественного определения углеводородов с концевой тройной связью.

Отдельные представители: ацетилен, винилацетилен.

Дата добавления: 2014-01-06