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:

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):

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

+4 [О]

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.