Предельные и непредельные углеводороды

метки: Углеводород, Непредельный, Предельный, Реакция, Алкан, Ацетилен, Связь, Алкин

Министерство образования и науки РК

Политехнический колледж г. Семей

ДОКЛАД

Предельные и непредельные углеводороды

Выполнила: Муканова А.

Проверила: Ташметова А. Н.

Семей 2007

Предельные углеводороды

предельным углеводородам

Члены гомологического ряда предельных углеводородов отвечают общей формуле C _n H_{2 n +2} . Простейшим представителем насыщенных углеводородов является метан, структурная формула которого:

углеводород метан изомерия алкан

H I H-C-H I H

Строение молекулы метана

Приведенная структурная формула метана не отражает пространственного строения молекулы. Для рассмотрения этого строения необходимо вспомнить о формах электронных облаков и электронном строении атома углерода. Электронное строение атома углерода изображается следующим образом: 1s ² 2s² 2p² или схематически

Как видно, на внешней оболочке имеются два неспаренных электрона, следовательно, углерод должен быть двухвалентен. Однако в подавляющем большинстве случаев углерод в органических соединениях четырехвалентен. Это связано с тем, что при образовании ковалентной связи атом углерода переходит в возбужденное состояние, при котором электронная пара на 2s- орбитали разобщается и один электрон занимает вакантную p-орбиталь. Схематически:

• ®

В результате имеется уже не два, а четыре неспаренных электрона. Поскольку эти четыре электрона различны (2s- и 2p- электроны), то должны бы быть различны и связи у атома углерода, однако однозначно показано, что связи в молекуле метана равнозначны. Оказывается при «смешении» четырех орбиталей возбужденного атома углерода (одной 2s- и трех 2p- орбиталей) образуются четыре равноценные sp ³ — гибридные орбитали. Они имеют форму гантели, одна из половин которой значительно больше другой. Вследствие взаимного отталкивания sp³ — гибридные орбитали направлены в пространстве к вершинам тетраэдра и углы между ними равны 109°28′ (наиболее выгодное расположение).

Рис.1 Модель sp ³ — гибридного состояния электронной оболочки атома углерода.

sp ³ — Гибридизация характерна для атомов углерода в насыщенных углеводородах (алканах) — в частности, в метане.

Рис.2 Схема электронного строения молекулы метана

Из рис.2 видно, что каждая sp ³ — гибридная орбиталь при перекрывании с s- орбиталью атомов водорода образует с ними четыре, так называемые, s- связи. s- Связь — это одинарная ковалентная связь, образованная при перекрывании орбиталей по прямой, соединяющей ядра атомов, с максимумом перекрывания на этой прямой. Атом углерода в молекуле метана расположен в центре тетраэдра, атомы водорода — в его вершинах, все валентные углы между направлениями связей равны между собой и составляют угол 109°28′. Следует отметить, что в молекуле этана (CH₃ -CH₃ ) одна из семи s- связей (С-С) образуется в результате перекрывания двух sp³ — гибридных орбиталей атомов углерода.

Рис. 3. Образование молекулы этана перерекрыванием двух гибридных электронных облаков атомов углерода.

Изомерия

Первые три члена гомологического ряда алканов — метан, этан, пропан — не имеют изомеров. Четвертый член — бутан C ₄ H₁₀ отличается тем, что имеет два изомера: нормальный бутан с неразветвленной углеродной цепью и изобутан с разветвленной цепью.

CH ₃ -CH₂ -CH₂ -CH₃ (нормальный бутан)

CH 3 I CH 3 -CH-CH3 (изобутан)

Вид изомерии, при которой вещества отличаются друг от друга порядком связи атомов в молекуле, называется структурной изомерией или изомерией углеродного скелета.

Число изомеров возрастает с увеличением в молекуле углеводорода числа углеродных атомов. Так, у пентана их 3, у гексана — 5, у гептана — 9, у октана — 18, нонана — 35, а у декана C ₁₀ H₂₂ — уже 75.

Для изучения структурной изомерии необходимо просмотреть анимационный фильм «Структурная изомерия гексана» (данный материал доступен только на CD-ROM).

Углеводородные цепи молекул алканов могут вращаться вокруг простых связей, принимать различные геометрические формы и переходить друг в друга. Различные геометрические формы молекул, переходящие друг в друга путем поворота вокруг C-C связей, называются конформациями или поворотными изомерами (конформерами), а данный вид изомерии — конформационной (поворотной) изомерией.

Для изучения материала по названному виду изомерии необходимо просмотреть анимационные фильмы «Конформационная изомерия этана» и «Конформационная изомерия бутана» (данный материал доступен только на CD-ROM).

Обращаем внимание на то, что тексты, сопровождающие эти фильмы, в полном объеме перенесены в данный подраздел и ниже следуют.

Конформационная изомерия этана

конформациями

заслоненной

В более сложных органических молекулах возможна большая разность энергий конформаций и тогда вращение относительно одинарной связи может быть затруднено или отсутcтвовать вообще.”

Конформационная изомерия бутана

“Молекула бутана может иметь больше разнообразных конформаций. Наибольшую разность энергий имеют конформации, возникающие при вращении относительно друг друга 2-го и 3-го атомов углерода. Метильные группы значительно сильнее отталкиваются друг от друга, чем атомы водорода, поэтому разность энергий между «заслоненной» и «заторможенной» конформациями больше, чем у этана, и достигает 20 кДж/моль. Этой разности также недостаточно для того, чтобы препятствовать вращению относительно одинарных связей.

Из промежуточных конформаций выделяют «скошенную», когда метильные группы удалены друг от друга, но находятся ближе, чем в «заторможенной» конформации.

Кроме перечисленных выше видов изомерии, для предельных углеводородов, начиная с гептана, характерна и оптическая (зеркальная) изомерия (например, для метилэтилизопропилметана).

Для знакомства с данным видом изомерии рекомендуем просмотреть анимационный фильм «Механизм реакции бромирования алканов» (данный материал доступен только на CD-ROM), в котором на примере 3-бром-2,3- диметилпентана — продукта реакции бромирования — затрагивается вопрос оптической (зеркальной) изомерии. В фильме показано, что в результате реакции бромирования метилэтилизопропилметана возможно образование двух продуктов — двух пространственных изомеров, отличающихся друг от друга как несимметричный предмет от своего зеркального изображения.

Получение

1) Предельные углеводороды от C ₁ до C₁₁ выделяют фракционной перегонкой нефти, природного газа или смесей углеводородов, получаемых гидрированием угля. Реакции гидрирования угля под давлением, гидрирования окиси или двуокиси углерода в присутствии катализаторов (железо, кобальт, никель) при повышенной температуре имеет важное самостоятельное значение для получения предельных углеводородов.

n C + (n+1) H ₂ —^{400° С ,p} ® C_n H_2n+2

n CO + (2n+1) H ₂ —^200°С,Ni ® C_n H_2n+2 + n H₂ O

2) Алканы получают гидрированием непредельных или циклических углеводородов в присутствии катализаторов (платины, палладия, никеля).

R-CH=CH-R’ + H ₂ —^kat ® R-CH₂ -CH₂ -R’

(циклопропан) + H ₂ —^Pd ® CH₃ -CH₂ -CH₃ (пропан)

3) Получение алканов можно осуществить реакцией Вюрца, заключающейся в действии металлического натрия на моногалогенопроизводные углеводородов.

2CH ₃ -CH₂ Br(бромистый этил) + 2Na ® CH₃ -CH₂ -CH₂ -CH₃ (бутан) + 2NaBr

4) В лабораторной практике предельные углеводороды получают декарбоксилированием карбоновых кислот при сплавлении их со щелочами. Так получают метан при нагревании ацетата натрия с гидроксидом натрия.

CH ₃ COONa + NaOH —^t° ® CH₄ + Na₂ CO₃

5) Метан также можно получить гидролизом карбида алюминия.

Al ₄ C₃ + 12H₂ O ® 3CH₄ + 4Al(OH)₃

Физические свойства

В обычных условиях первые четыре члена гомологического ряда алканов — газы, C ₅ -C₁₇ — жидкости, а начиная с C₁₈ — твердые вещества. Температуры плавления и кипения алканов их плотности увеличиваются с ростом молекулярной массы. Все алканы легче воды, в ней не растворимы, однако растворимы в неполярных растворителях (например, в бензоле) и сами являются хорошими растворителями.

Физические свойства некоторых алканов представлены в таблице.

Таблица. Физические свойства некоторых алканов

Название	Формула	t°пл., °С	t°кип., °С	d 4 20 *
Метан	CH 4	-182,5	-161,5	0,415 (при -164°С)
Этан	C 2 H6	-182,8	-88,6	0,561 (при -100°С)
Пропан	C 3 H8	-187,6	-42,1	0,583 (при -44,5°С)
Бутан	C 4 H10	-138,3	-0,5	0,500 (при 0°С)
Изобутан	CH 3 -CH(CH3 )-CH3	-159,4	-11,7	0,563
Пентан	C 5 H12	-129,7	36,07	0,626
Изопентан	(CH 3 )2 CH-CH2 -CH3	-159,9	27,9	0,620
Неопентан	CH 3 -C(CH3 )3	-16,6	9,5	0,613

* Здесь и далее в таблицах физических свойств веществ d ₄ ²⁰ — плотность. Приводится относительная плотность, т.е. отношение плотности вещества при 20°С к плотности воды при 4°С.

Химические свойства

Предельные углеводороды в обычных условиях не взаимодействуют ни с концентрированными кислотами, ни со щелочами, ни даже с таким активным реагентом как перманганат калия. Для них свойственны реакции замещения водородных атомов и расщепления. Эти реакции вследствие прочности связей C-C и C-H протекают или при нагревании, или на свету, или с применением катализаторов.

Рассмотрим некоторые примеры реакций этого типа.

1) Галогенирование. Это одна из характерных реакций предельных углеводородов. Наибольшее практическое значение имеют бромирование и хлорирование алканов.

Для изучения этих реакций необходимо просмотреть анимационный фильм «Механизм реакции бромирования алканов»(данный материал доступен только на CD-ROM).

Обращаем внимание на то, что текст, сопровождающий этот фильм, в полном объеме перенесен в данный подраздел и ниже следует.

Механизм реакции бромирования алканов

Наиболее характерными реакциями предельных углеводородов являются реакции замещения водородных атомов. Они идут по цепному, свободнорадикальному механизму и протекают обычно на свету или при нагревании. Замещение атома водорода галогеном легче всего идет у менее гидрогенизированного третичного атома углерода, затем у вторичного и в последнюю очередь у первичного. Эта закономерность объясняется тем, что энергия связи атома водорода с первичным, вторичным и третичным атомами углерода неодинакова: она составляет соответственно 415, 390 и 376 кДж/моль.

Рассмотрим механизм реакции бромирования алканов на примере метилэтилизопропилметана:

CH 3 \ CH-CH-CH 2 -CH3 —Br2,hn ® / I CH 3 CH3	CH 3 Br \ I CH-C-CH 2 -CH3 + HBr / I CH 3 CH3

В обычных условиях молекулярный бром практически не реагирует с насыщенными углеводородами. Только в атомарном состоянии он способен вырывать атом водорода из молекулы алкана. Поэтому предварительно необходим разрыв молекулы брома до свободных атомов, которые зарождают цепную реакцию. Такой разрыв осуществляется под действием света, то есть при поглощении световой энергии молекула брома распадается на атомы брома с одним неспаренным электроном.

.. .. : Br: Br: .. ..	— hn ®	.. .. : Br. + . Br: (зарождение цепи) .. ..

Такой тип распада ковалентной связи называется гомолитическим расщеплением (с греческого homos — равный).

Образующиеся атомы брома с неспаренным электроном очень активны. При их атаке молекулы алкана происходит отрыв атома водорода от алкана и образование соответствующего радикала.

CH 3 \	H	CH 3 \	*
CH-	C-CH 2 -CH3 + *Br ®	CH-	C-CH 2 -CH3 + HBr (рост цепи)
/ CH 3	I CH 3	/ CH 3	I CH 3

Частицы, имеющие неспаренные электроны и обладающие в связи с этим неиспользованными валентностями, называются радикалами.

При образовании радикала атом углерода с неспаренным электроном меняет гибридное состояние своей электронной оболочки: от sp ³ в исходном алкане до sp² в радикале. Из определения sp² — гибридизации следует, что оси трех sp² — гибридных орбиталей лежат в одной плоскости, перпендикулярно к которой расположена ось четвертой атомной р- орбитали, не затронутой гибридизацией. Именно на этой негибридизованной р- орбитали находится в радикале неспаренный электрон.

Образующийся в результате первой стадии роста цепи радикал атакуется далее исходной молекулой галогена.

CH 3 \	*	..		..		CH 3 \	Br I	..
CH-	C-CH 2 -CH3 +	: Br		: Br:	®	CH-	C-CH 2 -CH3 +	: Br: (рост цепи)
/ CH 3	I CH 3	..		..		/ CH 3	I CH 3	..

С учетом плоского строения алкила молекула брома атакует его равновероятно с обеих сторон плоскости — сверху и снизу. При этом радикал, вызывая в молекуле брома гомолитическое расщепление, образует конечный продукт и новый атом брома с неспаренным электроном, приводящий к дальнейшим превращениям исходных реагентов. Учитывая, что третий углеродный атом в цепи является асимметрическим, то в зависимости от направления атаки молекулы брома на радикал (сверху или снизу) возможно образование двух соединений, являющихся зеркальными изомерами. Наложение друг на друга моделей этих образующихся молекул не приводит к их совмещению. Если же поменять два любых шарика — связи, то совмещение очевидно.

Обрыв цепи в данной реакции может происходить в результате следующих взаимодействий:

Подобно рассмотренной реакции бромирования осуществляется и хлорирование алканов.”

Для изучения реакции хлорирования алканов смотри анимационный фильм «Механизм реакции хлорирования алканов»(данный материал доступен только на CD-ROM).

2) Нитрование. Несмотря на то, что в обычных условиях алканы не взаимодействуют с концентрированной азотной кислотой, при нагревании их до 140°С с разбавленной (10%-ной) азотной кислотой под давлением осуществляется реакция нитрования — замещение атома водорода нитрогруппой (реакция М.И.Коновалова).

В подобную реакцию жидкофазного нитрования вступают все алканы, однако скорость реакции и выходы нитросоединений низкие. Наилучшие результаты наблюдаются с алканами, содержащими третичные углеродные атомы.

		NO 2 I
CH 3 —	CH-CH 3 (2- метилпропан) +…HNO3 —t°,p ® CH3 — I CH 3	C-CH 3 (2-нитро-2-метилпропан) + H2 O I CH 3

Реакция нитрования парафинов — радикальный процесс. Обычные правила замещения, рассмотренные выше, действуют и здесь.

Отметим, что в промышленности получило распространение парофазное нитрование — нитрование парами азотной кислоты при 250-500°С.

3) Крекинг. При высокой температуре в присутствии катализаторов предельные углеводороды подвергаются расщеплению, которое называется крекингом. При крекинге происходит гомолитический разрыв углерод-углеродных связей с образованием насыщенных и ненасыщенных углеводородов с более короткими цепями.

CH ₃ -CH₂ -CH₂ -CH₃ (бутан) —^{400° C} ® CH₃ -CH₃ (этан) + CH₂ =CH₂ (этилен)

Повышение температуры процесса ведет к более глубоким распадам углеводородов и, в частности, к дегидрированию, т.е. к отщеплению водорода. Так, метан при 1500єС приводит к ацетилену.

2CH ₄ —^{1500° C} ® H-Cє C-H(ацетилен) + 3H₂

4) Изомеризация. Под влиянием катализаторов при нагревании углеводороды нормального строения подвергаются изомеризации — перестройке углеродного скелета с образованием алканов разветвленного строения.

CH 3 -CH2 -CH2 -CH2 -CH3 (пентан) —t°,AlCl3 ® CH3 —	CH-CH 2 -CH3 (2- метилбутан) I CH 3

5) Окисление. В обычных условиях алканы устойчивы к действию кислорода и окислителей. При поджигании на воздухе алканы горят, превращаясь в двуокись углерода и воду и выделяя большое количество тепла.

CH ₄ + 2O₂ —^пламя ® CO₂ + 2H₂ O

C ₅ H₁₂ + 😯₂ —^пламя ® 5CO₂ + 6H₂ O

Алканы — ценное высококалорийное топливо. Сжигание алканов дает тепло, свет, а также приводит в движение многие машины.

Применение

Первый в ряду алканов — метан — является основным компонентом природных и попутных газов и широко используется в качестве промышленного и бытового газа. Перерабатывается в промышленности в ацетилен, газовую сажу, фторо- и хлоропроизводные.

Низшие члены гомологического ряда используются для получения соответствующих непредельных соединений реакцией дегидрирования. Смесь пропана и бутана используется в качестве бытового топлива. Средние члены гомологического ряда применяются как растворители и моторные топлива. Высшие алканы используются для производства высших жирных кислот, синтетических жиров, смазочных масел и т.д.

Непредельные углеводороды (алкины)

Алкины — алифатические непредельные углеводороды, в молекулах которых между углеродными атомами имеется одна тройная связь.

Углеводороды ряда ацетилена являются еще более непредельными соединениями, чем соответствующие им алкены (с тем же числом углеродных атомов).

Это видно из сравнения числа атомов водорода в ряду:

С ₂ Н₆ C₂ H₄ С₂ H₂

этан этилен ацетилен

(этен) (этин)

Алкины образуют свой гомологический ряд с общей формулой, как и у диеновых углеводородов

С _n H _2n-2

Строение алкинов

Первым и основным представителем гомологического ряда алкинов является ацетилен (этин) С ₂ Н₂ . Строение его молекулы выражается формулами:

Н—СєС—Н или Н:С:::С:Н

По названию первого представителя этого ряда — ацетилена — эти непредельные углеводороды называют ацетиленовыми.

В алкинах атомы углерода находятся в третьем валентном состоянии (sp-гибридизация).

В этом случае между углеродными атомами возникает тройная связь, состоящая из одной s- и двух p-связей. Длина тройной связи равна 0,12 нм, а энергия ее образования составляет 830 кДж/моль.

Номенклатура и изомерия

Номенклатура. По систематической номенклатуре ацетиленовые углеводороды называют, заменяя в алканах суффикс -ан на суффикс -ин. В состав главной цепи обязательно включают тройную связь, которая определяет начало нумерации. Если молекула содержит одновременно и двойную, и тройную связи, то предпочтение в нумерации отдают двойной связи:

СН ₃

|

Н—СєС—СН ₂ —СН₃ Н₃ С—СєС—СН₃ Н₂ С=С—СН₂ —СєСН

бутин-1 бутин-2 2-метилпентен-1-ин-4

(этилацетилен) (диметилацетилен)

По рациональной номенклатуре алкиновые соединения называют, как производные ацетилена.

Непредельные (алкиновые) радикалы имеют тривиальные или систематические названия:

• Н—СєС— — этинил;

НСєС—СН ₂ — -пропаргил

Изомерия. Изомерия алкиновых углеводородов (как и алкеновых) определяется строением цепи и положением в ней кратной (тройной) связи:

Н—СєС—СН—СН ₃ Н—СєС—СН₂ —СН₂ —СН₃ Н₃ С—С=С—СН₂ —СН₃

|

СН ₃

3-метилбутин-1 пентин-1 пентин-2

Получение алкинов

Ацетилен в промышленности и в лаборатории можно получать следующими способами:

1. Высокотемпературным разложением (крекинг) природного газа — метана:

2СН4 ^1500°C ® НСєСН + 3Н₂

или этана:

С ₂ Н₆ ^1200°C ® НСєСН + 2Н₂

2. Разложением водой карбида кальция СаС ₂ , который получают спеканием негашеной извести СаО с коксом:

СаО + 3C ^2500°C ® CaC₂ + CO

СаС ₂ + 2Н₂ O ® НСєСН + Са(ОН)₂

3. В лаборатории производные ацитилена можно синтезировать из дигалогенопроизводных, содержащих два атома галогена при одном или соседних углеродных атомах, действием спиртового раствора щелочи:

Вr

|

Н ₃ С—СН—СН—СН₃ + 2КОН ® Н₃ С—СєС—СН₃ + 2KBr + 2Н₂ О

|

Br

2,3-дибромбутан бутин-2

(диметилацетилен)

Физические и химические свойства

Физические свойства. Ацетиленовые углеводороды, содержащие в молекуле от двух до четырех углеродных атомов (при обычных условиях), — газы, начиная с C ₅ H₈ — жидкости, а высшие алкины (с С₁₆ Н₃₀ и выше) — твердые вещества. Физические свойства некоторых алкинов показаны в табл. 1.

Таблица 2. Физические свойства некоторых алкинов

Название	Формула	t пл ,°С	t кип ,°С	d 20 4
Ацетилен (этан)	HCєCH	— 81,8	-84,0	0,6181*
Метилацетилен (пропин)	НСєС—СН 3	-101,5	-23,2	0,7062**
Этилацетилен (бутин-1)	НСєС—С 2 Н5	-125,7	+8,1	0,6784
симм-Диметилацетилен (бутин-2)	Н 3 C—CєС—CH3	-32,3	+27,0	0,6510
Пропилацетилен (пентин-1)	НСєС— (СН 2 )2 —СН3	-90,0	+40,2	0,6900
Метилэтилацетилен (пентин-2)	Н 3 С—СєС—С2 Н5	-101,0	+56,1	0,7107
Бутилацетилен (гексин-1)	НСєС— (СН 2 )3 —СН3	-131,9	+71,3	0,7155

*При температуре -32 °С,

**При температуре- 50 °С.

Химические свойства. Химические свойства алкинов определяются тройной связью, особенностями ее строения. Алкины способны вступать в реакции присоединения, замещения, полимеризации и окисления.

Реакции присоединения. Будучи непредельными соединениями, алкины вступают в первую очередь в реакции присоединения. Эти реакции протекают ступенчато: с присоединением одной молекулы реагента тройная связь вначале переходит в двойную, а затем, по мере дальнейшего присоединения, — в одинарную. Казалось бы, алкины, обладая двумя p-связями, гораздо активнее должны вступать в реакции электрофильного присоединения. Но это не совсем так. Углеродные атомы в молекулах алкинов расположены ближе друг к другу, чем в алкенах, и обладают большей электроотрицательностью. Это связано с тем, что электроотрицательность атома углерода зависит от его валентного состояния. Поэтому p-электроны, находясь ближе к ядрам углерода, проявляют несколько меньшую активность в реакциях электрофильного присоединения. Кроме того, сказывается, близость положительно заряженных ядер атомов, способных отталкивать приближающиеся электрофильные реагенты (катионы).

В то же время алкины могут вступать в реакции нуклеофильиого присоединения (со спиртами, аммиаком и др.).

1. Гидрирование. Реакция протекает в тех же условиях, что и в случае алкенов (катализаторы Pt, Pd, Ni).

При восстановлении алкинов вначале образуются алкены, а затем — алканы:

H ₂ H₂

HCєCH —® H ₂ C=CH₂ —® H₃ C—CH₃

ацетилен этилен этан

2. Галогенирование. Эта реакция протекает с меньшей скоростью, чем в ряду этиленовых углеводородов. Реакция также проходит сту пенчато:

Br ₂ Br₂

HCєCH —® CHBr=CHBr —® CHBr ₂ —CHBr₂

1,2-дибромэтан 1,1,2,2-тетрабромэтан

3. Гидрогалогенирование. Реакции присоединения галогеноводородов, как и галогенов, идут в основном по механизму электрофильного присоединения:

HCl

HCєCH + HCl —® H ₂ C=CHCl —® H₃ C—CHCl₂

хлорэтен 1,1-дихлорэтан

(хлористый винил)

Вторая молекула галогеноводорода присоединяется в соответствии с правилом Марковникова.

4. Присоединение воды (реакция М.Г.Кучерова,. 1881).

Катализатор — соль ртути:

HgSO ₄ й щ

HCєCH + HOH —-® ъ H ₂ C=CH—OHъ ® H₃ C—C=O

л ы \ H

виниловый уксусный

спирт альдегид

(промежуточный неустойчивый продукт)

Неустойчивое промежуточное соединение — виниловый спирт — перегруппировывается в уксусный альдегид.

5. Присоединение синильной кислоты:

НСєСН + HCN ^кат. ® H₂ C=CH—CN

акрилонитрил

Акрилонитрил — ценный продукт. Он используется в качестве мономера для получения синтетического волокна — нитрон.

6. Присоединение спирта. В результате этой реакции образуются простые виниловые эфиры (реакция А. Е.Фаворского):

НСєСН + HO—C ₂ H₅ ^KOH ® H₂ C=CH—O—C₂ H₅

этилвиниловый эфир

Присоединение спиртов в присутствии алкоголятов — типичная реакция нуклеофильного присоединения.

Реакции замещения. Водородные атомы в ацетилене способны замещаться на металлы (реакция металлирования).

В результате образуются металлические производные ацетилена — ацетилениды. Такую способность ацетилена можно объяснить следующим образом. Углеродные атомы ацетилена, находясь в состоянии sp-гибридизации, отличаются, как известно, повышенной электроотрицательностью (по сравнению с углеродами в других гибридных состояниях).

Поэтому электронная плотность связи С—H несколько смещена в сторону углерода и атом водорода приобретает некоторую подвижность:

_{d+ d- d- d+}

H ® CєC ¬ H

Но эта «подвижность», конечно, несравнима со «свободой» протона в настоящих кислотах: соляная кислота, например, почти в 10 ³³ раз сильнее по кислотности, чем ацетилен. Но и такая подвижность водорода достаточна, чтобы произошла его замена на металл в щелочной средe. Так, при действии на ацетилен аммиачного раствора оксида серебра образуется ацетиленид серебра:

HCєCH + 2[Ag(NH ₃ )₂ ]OH ® Ag—CєC—Ag + 4NH₃ + 2H₂ O

ацетиленид серебра

С ацетиленидами в сухом виде следует обращаться очень осторожно: они крайне взрывоопасны.

Реакция изомеризации. Ацетиленовые углеводороды, как алканы и алкены, способны к изомеризации с перемещением тройной связи:

Н ₃ С—СН₂ —СєСН ^{Na(спирт р-р)} ® Н₃ С—СєС—СН₃

бутин-1 бутин-2

Реакции полимеризации. Ацетилен в зависимости от условий реакции способен образовывать различные продукты полимеризации — линейные или циклические:

_Cu2Cl2

НСєСН + НСєСН —®НСєСН—CН=CH ₂

^80°C

винилацетилен

(бутен-1-ин-3)

Эти вещества представляют большой интерес. Например, при присоединении к винилацетилену хлороводорода образуется хлоропрен, который в качестве мономера используется в производстве хлоропренового каучука:

Н ₂ С=СН—CєCH + 2HCl ® Н₂ С=С—СН==СН₂

|

С1

винилацетилен хлоропрен

Реакция окисления. Ацетилены легко окисляются. При этом происходит разрыв молекулы по месту тройной связи. Если ацетилен пропускать через окислитель (водный раствор перманганата калия), то раствор быстро обесцвечивается. Эта реакция является качественной на кратные (двойные и тройные) связи:

3НСєСН + 10KMnO ₄ + 2H₂ O ® 6CO₂ + 10КОН + 10MnO₂

При полном сгорании ацетилена на воздухе образуются два продукта оксид углерода (IV) и вода:

2НСєСН + 5O ₂ ® 4СO₂ + 2Н₂ O

При неполном сгорании образуется углерод (сажа):

НСєСН + O ₂ ® С + СО + Н₂ О

Отдельные представители

Ацетилен (этин) НСєСН — бесцветный газ, без запаха (технический ацетилен имеет неприятный запах, что объясняется присутствием различных примесей).

Ацетилен мало растворим в воде, хорошо — в ацетоне. На воздухе горит сильно коптящим пламенем [ высокое (в процентах) содержание углерода в молекуле]. При горении в кислороде ацетилен создает высокотемпературное пламя (до 3000 °С).

Это используется для сварки и резки металлов. Смеси ацетилена с кислородом или воздухом взрывоопасны, поэтому ацетилен хранят и транспортируют в специальных баллонах (маркировка: белый баллон с красной надписью «Ацетилен»).

Этот баллон заполняют пористым материалом, который пропитывают ацетоном.

Ацетилен — ценный продукт для химической промышленности. Из него получают синтетический каучук, уксусный альдегид и уксусную кислоту, этиловый спирт и многие другие вещества.