任務三　乙炔及炔烴的識用

實例分析

乙炔主要應用于金屬的加熱及熱處理、金屬切割、焊接、儀器分析等。乙炔是重要的基本有機化工原料之一，從乙炔出發可以合成數千種化合物。因此，乙炔及其衍生物在合成塑料、合成纖維、合成橡膠、醫藥、農藥、染料、香料、溶劑、黏合劑、表面活性劑以及有機導體和半導體等許多工業領域具有廣泛用途。

一、乙炔

炔烴分子中含有碳碳三鍵C≡C。乙炔是最簡單的炔烴。

1.物理性質

乙炔俗名電石氣，純凈的乙炔是無色、無臭氣體，密度1.16g·L-1（標準狀況），比空氣稍輕，微溶于水，易溶于酒精、丙酮、苯、乙醚等有機溶劑。

2.分子結構

乙炔的分子式為C2H2，構造簡式HC≡CH，含有一個C≡C鍵。炔烴分子中，組成三鍵的碳原子為sp雜化，兩個碳原子各以一個sp雜化軌道相互重疊形成C—Cσ鍵，以另一個雜化軌道各與一個氫原子1s軌道重疊形成C—Hσ鍵，三個σ鍵軸在一條直線上，所以，乙炔分子為直線形分子。每個碳原子中還有未參與雜化的2個p軌道，分別兩兩重疊形成2個互相垂直的π鍵，如圖4-6所示。

π電子云是以C—C鍵為軸對稱分布，相對比較穩定。因此不像烯烴那樣易受親電試劑的進攻。所以炔烴進行親電加成的反應速率不如烯烴快。例如：

3.化學性質和用途

乙炔分子中含有，和烯烴一樣可發生加成反應和氧化反應。除此之外炔烴分子中三鍵碳上連接的氫具有微弱的酸性，可以成鹽和烷基化反應。

（1）微弱酸性

乙炔中的碳為sp雜化，軌道中s成分較大，核對電子的束縛能力強，電子云靠近碳原子，使乙炔分子中的C—H鍵極性增加。例如：

反應類似于酸、水與堿金屬的反應。與無機酸的酸性相比，乙炔的酸性比水還弱，沒酸味，不能使石蕊試紙變紅。為了與無機酸區別，稱之為碳素酸。

（2）加成反應

①加氫。在鎳、鉑、鈀等催化劑存在下，乙炔氫化一般得到烷烴，很難得到烯烴。

若用活性較低的林德拉（Lindlar）催化劑（沉淀在BaSO4或CaCO3上的金屬鈀，加喹啉或醋酸鉛使鈀部分中毒，從而降低活性），可使反應停留在烯烴的階段。

某些有機合成需要高純度的乙烯，而從石油裂解氣中獲得的乙烯含有少量乙炔，可用控制加氫的方法將其轉化成乙烯，以提高乙烯的純度。

②加鹵素。乙炔容易與氯或溴發生加成反應。例如，乙炔與溴的加成反應分兩個階段進行。

在較低溫度下，反應可控制在鄰二鹵代烯烴階段。

炔烴可使溴水褪色，可用于的檢驗。

③加鹵化氫。在有催化劑存在條件下加熱，乙炔能與氯化氫加成反應生成氯乙烯。

氯乙烯聚合可得聚氯乙烯，聚氯乙烯可制成塑料。

乙炔與氯化氫加成是工業上早期生產氯乙烯的主要方法。但因能耗大、汞催化劑有毒，目前主要采用乙烯為原料的氧氯化法。

不對稱炔烴與鹵化氫加成遵守馬氏規則，得到鹵代烯烴或鹵代烷。

但在過氧化物存在下與HBr加成將違反馬氏規則。

④加水。在硫酸及汞鹽的催化下，乙炔與水加成，首先生成不穩定的烯醇，烯醇經分子內重排，轉變成乙醛。

不對稱炔烴與水加成也遵守馬氏規則，產物為酮。

上述反應是工業上制乙醛和丙酮的方法之一。

⑤乙烯基化反應。炔烴除了能發生上述與烯烴相似的加成反應外，炔烴還能和一些與烯烴不能發生加成反應的試劑作用。這些反應中，最重要的是乙炔與HCN、CH3OH、CH3COOH的加成。

丙烯腈是合成聚丙烯腈（）的單體，聚丙烯腈就是俗稱的人造羊毛——腈綸。

甲基乙烯基醚是一個重要的單體，可聚合成高分子化合物，用作涂料、增塑劑和黏合劑等。

這是目前工業上生產乙酸乙烯酯（常稱醋酸乙烯酯）的主要方法之一，醋酸乙烯酯是生產合成纖維——維尼綸的主要原料。

乙炔與HCN、醇、羧酸反應后的產物都含有乙烯基，所以稱為乙烯基化反應。

（3）聚合反應

乙炔的加成聚合反應是炔烴中最重要的聚合反應。在不同的反應條件下，產物也不一樣。

乙炔的二聚物與HCl加成的產物2-氯-1，3-丁二烯是合成氯丁橡膠的單體。

在齊格勒-納塔催化劑存在下，乙炔還可聚合成高分子化合物——聚乙炔。

聚乙炔是結晶性高聚物半導體材料，具有不溶解、不熔化、高電導率等特點。

從乙炔出發可以合成塑料、橡膠、纖維以及許多有機合成的重要原料和溶劑，因此乙炔是一種重要的有機化工原料。

（4）氧化反應

①燃燒。乙炔在氧氣中的燃燒，生成二氧化碳和水，同時產生大量熱。

氧炔焰可達3000℃以上的高溫，廣泛用作切割和焊接金屬。

乙炔易燃易爆，與一定比例的空氣混合后可形成爆炸性混合物，其爆炸極限為2.55％～80.8％（體積分數）。乙炔在加壓下不穩定，液態乙炔受到震動會爆炸，因此使用時必須注意安全。乙炔溶于丙酮時很穩定。工業上在貯存乙炔的鋼瓶中充填浸透丙酮的多孔物質（如石棉），再將乙炔壓入鋼瓶，就可以安全地運輸和使用了。

②被高錳酸鉀氧化。炔烴易被高錳酸鉀氧化，碳碳三鍵完全斷裂，反應現象類似烯烴與高錳酸鉀的反應。不同結構的炔烴，氧化產物不同。

根據氧化產物可推測炔烴的結構。

（5）炔氫原子的反應

與三鍵碳原子直接相連的氫原子叫做炔氫原子。三鍵碳原子的電負性較強，因此炔氫原子比較活潑，可以被某些金屬原子（或離子）取代，生成金屬炔化物。

①與鈉或氨基鈉反應。含有炔氫原子的炔烴與金屬鈉或氨基鈉作用時，炔氫原子被鈉原子或鈉離子取代，生成炔化鈉。例如：

炔化鈉性質活潑，在有機合成上用來與鹵代烴反應作為增長碳鏈的方法之一。

【例4-4】由乙烯和丙炔合成2-戊烯。

解　

合成分四步進行：首先由乙烯制備溴乙烷，第二步由丙炔制備丙炔鈉，第三步由丙炔鈉與溴乙烷作用制得2-戊炔，最后一步用Lindlar催化劑控制加氫，使2-戊炔轉變為2-戊烯。

相關鏈接

解合成題不必寫出每一個完整的反應方程式，只要寫出原料、中間體、產物的構造簡式。每一步中的副產物不必寫出，并在箭頭的上下寫出必要的試劑和條件。

②與硝酸銀或氯化亞銅的氨溶液反應。含有炔氫原子的炔烴與硝酸銀或氯化亞銅的氨溶液作用，炔氫原子可被Ag+或Cu+取代，生成灰白色的炔化銀或紅棕色的炔化亞銅沉淀。

上述反應常用來鑒別乙炔及具有型結構的炔烴。

注意：炔化銀或炔化亞銅在干燥狀態下，受熱或震動容易爆炸，實驗完畢后加稀硝酸使其分解。

二、炔烴

鏈烴分子中含有碳碳三鍵（）的不飽和烴叫做炔烴。除乙炔外，炔烴還包括丙炔、丁炔等。

丙炔　　

丁炔　　

炔烴的同系物也依次相差一個或幾個CH2原子團，但它們比同數目碳原子的烯烴少了兩個氫原子。炔烴的通式為CnH2n-2（n≥2）。

1.炔烴的性質

炔烴的物理性質與烯烴相似，一般也隨碳原子數目的增加而有規律地變化。在常溫下，C2～C4的炔烴是氣體，C5～C15的炔烴是液體，C16以上的炔烴是固體。炔烴的熔沸點都隨碳原子數目的增加而升高。一般比相應的烷烴、烯烴略高。這是因為碳碳三鍵鍵長較短，分子間距離較近，作用力較強的緣故。炔烴相對密度小于1。相同碳原子數的烴的相對密度為炔烴>烯烴>烷烴。炔烴難溶于水，易溶于乙醚、石油醚、丙酮、苯和四氯化碳等有機溶劑。

炔烴的化學性質與乙炔相似。

2.炔烴的同分異構

乙炔是直線形結構，因此炔烴的同分異構沒有順反異構，只有構造異構。簡單的乙炔和丙炔沒有構造異構，含4個碳原子以上的炔烴的構造異構有碳鏈異構和官能團位置異構。

由于炔烴是線形分子，三鍵碳原子上不能有支鏈，所以炔烴的異構體比相同碳原子的烯烴少。

3.炔烴的命名

（1）炔烴的系統命名

炔烴的命名原則和烯烴相似，只將“烯”字改為“炔”字即可。

（2）炔烴衍生物的命名

炔烴衍生物的命名是以乙炔為母體，把其它基團看作是乙炔的烷基衍生物來命名。炔烴衍生物的命名法只適用于比較簡單的炔烴。

（3）烯炔的命名

分子中同時含有雙鍵和三鍵的鏈烴稱為烯炔。在系統命名時，選擇含有雙鍵和三鍵在內的最長碳鏈為主鏈；碳鏈編號從最靠近雙鍵或三鍵的一端開始，使不飽和鍵的編號盡可能小，命名時先烯后炔。若雙鍵和三鍵位次相同，則應使雙鍵編號為最小。

練一練

1.命名下列化合物。

2.寫出下列反應。