2.2 Лабораторные методы
В лабораторных условиях ацетиленовые углеводороды получают также двумя путями:
1. Алкилирование ацетилена.
2. отщепление галогенводородов от поли (много)галогенпроизводных алканов.
Алкилирование рассмотрим далее.
Дегидрогалогенирование дигалогенидов и галогеналкенов.
Обычно используют геминальные из карбонильных соединений (1) и вицинальные дигалогениды, которые получаются из алкенов (2). Например:
В присутствии спиртовой щелочи реакция дегидрогалогенирования идет в две стадии:
При умеренных температурах (70-800С) реакция останавливается на стадии получения винилгалогенида. Если реакция протекает в жестких условиях (150-2000С), то конечным продуктом является алкин.
3. Физические свойства.
Физические свойства алкинов соответствуют физическим свойствам алкенов. Следует отметить, что алкины обладают более высокими температурами плавления и кипения. Терминальные алкины имеют более низкие температуры плавления и кипения, чем внутренние.
4. Химические свойства.
4.1. пространственное и электронное строение.
В соответствии с состоянием sp-гибридизации молекула ацетилена линейна.
Энергия тройной связи 829 кДж/моль, что больше энергии двойной связи 607.1 кДж/моль, ординарной связи Сsp3–Сsp3- 349.6 кДж/моль и ординарной связи Сsp3–Сsp2- 360 кДж/моль. Однако две ординарные связи и одна двойная, а также четыре ординарные связи по энергии превосходят одну тройную связь. Поэтому тройная связь легко переходит в две ординарные и одну двойную связь путем присоединения по месту тройной связи двух атомов или атомных групп.
Из этого следует, что для алкинов, также как и для алкенов, наиболее характерны реакции присоединения. Однако то, что атомы углерода, связанные тройной связью, находятся в состоянии sp-гибридизации, придает алкинам определенные особенности в химических свойствах.
В первой лекции отмечалось, что с понижением степени гибридизации растет электроотрицательность атома углерода. Наибольшая электроотрицательность атома углерода в состоянии sp-гибридизации приводит к тому, что алкины обладают способностью не только выступать в роли нуклеофила в реакциях электрофильного присоединения (подвергаться атаке электрофильных частиц), но и выступать в роли электрофила (подвергаться атаке нуклеофильных частиц). Т.е. участвовать в реакциях нуклеофильного присоединения.
Повышенная электроотрицательность атома углерода в состоянии sp-гибридизации также приводит к тому, что терминальные алкины являются так называемыми С-Н – кислотами (способны к электролитической диссоциации по связи С-Н). В результате ионизации образуется устойчивый карбанион:
Причем алкины являются кислотами более сильными, чем этилен и аммиак, и более слабыми, чем вода:
Причина более высокой кислотности алкинов по сравнению с алкенами заключается в большей устойчивости соответствующего карбаниона. Следствием возможности образования стабильного карбаниона является способность терминальных алкинов участвовать в реакциях замещения.
4.2. Электрофильное присоединение.
Галогенирование
Электрофильное присоединение(AdE) галогенов: хлора, брома йода к ацетиленам идет с меньшей скоростью, чем к олефинам. При этом образуютсятранс-дигалогеналкены. Дальнейшее присоединение галогенов идет с еще более низкой скоростью:
Например, присоединение брома к этилену с образованием 1,1,2,2-тетрабромэтана в среде уксусной кислоты:
Механизм реакции присоединения брома к ацетилену:
1. Образование π-комплекса:
2. Скоростьлимитирующая стадия образования циклического бромирениевого катиона:
3. Присоединение бромид-иона к циклическому бромирениевому катиону:
Гидрогалогенирование
Алкины реагируют с хлористым водородом и бромистым водородом подобно алкенам. Галогенводороды присоединяются к ацетиленовым углеводородам в две стадии по правилу Марковникова:
В таких реакциях скорость 100-1000 раз ниже, чем в реакциях с участием алкенов. Соответственно процесс может быть остановлен на стадии монобромида. Введение атома галоида снижает реакционную способность двойной связи.
Механизм реакции гидрогалогенирования можно представить схемой:
1. На первой стадии образуется π-комплекс:
2. Образование промежуточного карбкатиона. Эта стадия является медленной (скоростьлимитирующей):
На этой стадии один из атомов углерода двойной связи переходит в состояние sp2-гибридизации. Другой остается в состоянии sp-гибридизации и приобретает вакантную р-орбиталь.
3. На третьей стадии бромид-ион, образовавшийся на второй стадии, быстро присоединяется к карбкатиону:
Взаимодействие образовавшегося бромалкена со второй молекулой бромистого водорода идет по обычному для алкенов механизму.
В присутствии пероксидов наблюдается перекисный эффект Караша. Реакция идет по радикальному механизму. Вследствие чего бромоводород присоединяется к алкину против правила Марковникова:
Гидратация (или реакция Кучерова)
Алкины присоединяют воду в присутствии сульфата ртути (II). При этом из ацетилена получается уксусный альдегид:
Ненасыщенный радикал СН2=СН- называется винил. Реакция гидратации ацетилена протекает через стадию ненасыщенного винилового спирта или енола, в котором гидроксигруппа связана с атомом углерода в состоянии sp2-гибридизации. По правилу Эльтекова подобная структура является неустойчивой и изомеризуется карбонильное соединение.
Енол и карбонильное соединение находятся в равновесии. Взаимопревращение енола и карбонильного соединения является примером так называемой кето-енольной таутомерии или кето-енольного таутомерного равновесия. Участники этого равновесия различаются положением атома водорода и кратной связи.
К гомологам ацетилена вода присоединяется по правилу Марковникова. Продуктами гидратации гомологов ацетилена являются кетоны:
