Bromowanie i Chlorowanie Etenu i Etynu: Mechanizm Reakcji
- Szczegóły
Etyn (acetylen) należy do szeregu homologicznego alkinów, czyli alifatycznych węglowodorów nienasyconych o wzorze ogólnym CnH2n−2, które posiadają w swojej budowie jedno wiązanie potrójne.
W cząsteczce etynu każdy z atomów węgla ulega hybrydyzacji sp, w związku z czym cała cząsteczka jest płaska i wszystkie atomy leżą w jednej linii. Kąt pomiędzy wiązaniami to 180°.
Jego główną właściwością jest to, że jest palny. Etyn, w związku z powyższą cechą, tworzy z powietrzem mieszaninę wybuchową i spala się silnie kopcącym, żółtym płomieniem. Powyżej ciśnienia 1,5 MPa rozkłada się do węgla i wodoru. Następnie wodór tworzy z tlenem mieszaninę wybuchową i powstaje woda.
Reakcja spalania, w której powstaje węgiel (w postaci sadzy), zachodzi na powietrzu i nazywa się spalaniem niecałkowitym. Równanie reakcji zapisuje się w następujący sposób:
2 C2H2+O2→4 C+2 H2O
Przeczytaj także: Izomeria w Chlorowaniu Trimetylopentanu
Ten proces w kontekście transportu etynu jest problematyczny, dlatego przewozi się go w formie rozpuszczonej w acetonie (rozpuszczalniku organicznym).
Jeżeli w reakcji spalania bierze udział czysty tlen lub jest dostęp do nadmiaru powietrza, to produktem reakcji jest tlenek węgla(IV) oraz woda, a reakcja nosi nazwę spalania całkowitego.
Addycja Halogenów (X2, gdzie X to Cl lub Br)
Addycja cząsteczki chlorowca może prowadzić do różnych produktów, w zależności od ilości użytego w reakcji reagenta w stosunku do alkinu. Przy reakcji zachodzącej w stosunku molowym 1:1 powstaje dichlorowcopochodna alkenu, a przy stosunku 1:2 tetrachlorowcopochodna alkanu, tak jak pokazano na poniższych przykładach.
Addycja Halogenowodorów (HX, gdzie X to Cl lub Br)
Addycja HCl lub HBr również prowadzi do różnych produktów, w zależności od ilości użytego w reakcji chlorowcowodoru. Przy reakcji zachodzącej w stosunku molowym 1:1 powstaje chlorowcopochodna alkenu, a przy stosunku 1:2 - dichlorowcopochodna alkanu.
Należy tutaj zwrócić uwagę na regułę Markownikowa, odnoszącą się do niesymetrycznych wiązań wielokrotnych, która mówi o tym, że atom wodoru, pochodzący z cząsteczki, która się przyłącza, zawsze atakuje atom węgla przy wiązaniu wielokrotnym, który jest bardziej uwodorniony (posiada więcej atomów wodoru).
Przeczytaj także: Skutki chlorowania wody z fenolem
Ogólny zapis równania reakcji, która zachodzi zgodnie z regułą Markownikowa.
Addycja Wody (Reakcja Kuczerowa)
Reakcja addycji cząsteczki wody do etynu (bądź innego alkinu) to tzw. reakcja Kuczerowa. Zachodzi w specyficznych warunkach, a powstający produkt pośredni jest zgodny z regułą Markownikowa.
Reguła ta odnosi się do reakcji addycji wody oraz chlorowcowodorów do wiązania wielokrotnego węglowodorów nienasyconych. W wyniku addycji atom wodoru przyłącza się do tego atomu węgla związanego wiązaniem wielokrotnym, przy którym znajduje się więcej atomów wodoru. Z kolei grupa -OH (lub atom chlorowca) do tego atomu węgla, połączonego wiązaniem wielokrotnym, przy którym znajduje się mniej atomów wodoru. Powstające związki pośrednie to tzw. enole, które charakteryzują się dużą nietrwałością, dlatego bardzo szybko ulegają przegrupowaniu do aldehydu (w przypadku etynu) lub ketonów (w przypadku pozostałych alkinów). Takie przegrupowanie nazywamy tautomerią.
Addycja Wodoru
Przebieg addycji wodoru do nienasyconych węglowodorów (w tym etynu) różni się od typowej addycji elektrofilowej halogenów, halogenowodorów czy wody. Reakcja uwodornienia zachodzi na katalizatorze, najczęściej rozdrobnionym niklu, palladzie lub platynie. W przypadku uwodornienia etynu, przy reakcji z wodorem w stosunku molowym 1:1, powstaje eten, natomiast przy stosunku 1:2 - etan.
Równanie reakcji z wodorem w stosunku molowym 1:1 - eten (etylen)HC≡CH+H2→NiH2C=CH2
Przeczytaj także: Płukanie studni: jak to zrobić poprawnie?
Równanie reakcji z wodorem w stosunku molowym 1:2 - etanHC≡CH+2 H2→NiH3C-CH3
Reakcje Polimeryzacji
W odpowiednich warunkach zachodzi również polimeryzacja acetylenu, w wyniku której powstaje polietyn, tzw. poliacetylen (skróty: PA lub PAC), charakteryzujący się dużym przewodnictwem prądu elektrycznego. Stosowany jest m.in. do wyrobu nici chirurgicznych.
Reakcje Trimeryzacji
Etyn, w odpowiednich warunkach (500°C), ulega trimeryzacji do benzenu, a równanie tej reakcji zapisuje się w następujący sposób:
Utlenianie Etynu
W środowisku wodnym ma miejsce utlenianie acetylenu za pomocą manganianu(VII) potasu.
Z kolei w środowisku kwasowym ma miejsce rozerwanie łańcucha węglowodorowego i utworzenie tlenku węgla(IV) jako produktu utlenienia etynu. Produktami są również sole, m.in.HC≡CH+2 KMnO4+3 H2SO4→2 CO2+2 MnSO4+K2SO4+4 H2O
tags: #bromowanie #i #chlorowanie #etenu #i #etynu
