Александр Артеменко - Удивительный мир органической химии

Поскольку мы уже знаем строение одинарной, двойной и тройной связей, давайте сравним их длины. Не может быть, чтобы эти связи не отличались по длине. Действительно, рентгеноструктурный анализ показал, что длина простой связи равна 0,154 нм (1 нм = 10 -7см), двойной — 0,134 нм, а тройной — 0,120 нм. Таким образом, длина тройной связи — самая короткая.

Мы уже знаем, что впервые ацетилен получили из карбида кальция. Вот схема этой реакции:

Этим способом и сейчас получают ацетилен в технике. Для этого карбид кальция «выпекают» в электропечах при прокаливании кокса с негашеной известью при температуре 2500 °С:

Интересно, что впервые карбид кальция был получен еще в 1892 г. (уже специально для получения ацетилена) французским химиком Анри Муассаном (1852-1907).

Сейчас ацетилен в промышленности получают разложением метана при температуре 1500 °С:

Как оказалось, этим способом ацетилен получил М. Бертло еще в 1868 г. Тогда же он высказал мысль о том, что такой путь может оказаться перспективным. Что ж, ученый оказался прав: в 1936 г. в Германии и США ацетилен стали получать термическим разложением метана.

Ацетилен, как соединение непредельное, легко вступает в реакции присоединения со многими веществами. Например, при гидрировании (присоединение водорода) в присутствии катализатора вначале образуется этилен (разрывается одна π-связь), а затем — этан (разрывается вторая π-связь):

Подобным образом происходит и присоединение галогенов. Вначале образуется дигалогенопроизводное, а затем — тетрагалогенопроизводное. Например:

Но есть еще одна интересная реакция ацетилена. При действии на него аммиачного раствора оксида серебра получают ацетиленид серебра — продукт замещения водородных атомов на серебро.

Это желтоватое вещество в сухом состоянии способно взрываться от удара. Ацетиленид серебра формально напоминает соль, но не следует думать, что ацетилен — кислота. Дело в том, что водородные атомы в молекуле ацетилена немного «подвижнее», чем в молекуле этилена, а тем более — в молекуле этана. Поэтому ацетиленовые водороды замещаются на атомы серебра. Впервые ацетиленид серебра получил в 1866 г. М. Бертло, но еще раньше, в 1860 г., он обратил внимание на другую реакцию — взаимодействие ацетилена с водой. В результате этой реакции ученый получил уксусный альдегид.

Позже эту реакцию начал изучать известный русский химик Михаил Григорьевич Кучеров (1850-1911). В качестве катализатора он использовал соли ртути. Как установил ученый, при гидратации гомологов ацетилена можно получать кетоны (соединения, в которых карбонильная группа связана с двумя радикалами). Например:

«Реакция Кучерова» нашла широкое практическое применение. В некоторых странах (Германия, Италия, Англия, Франция и др.) получение уксусного альдегида было начато еще в 1914-1916 гг. Получают его по этой реакции и в нашей стране.

Ацетилен обладает одной интересной особенностью. В 1866 г. М. Бертло удалось получить из ацетилена бензол.

Так была установлена генетическая связь между ацетиленом и бензолом. Однако бензол получался в незначительных количествах. В 1924 г. академик Николай Дмитриевич Зелинский (1861-1953), применив в качестве катализатора активированный уголь, превратил эту реакцию в промышленный метод получения бензола.

Но, как оказалось, ацетилен при циклизации может дать и другие циклические соединения:

Используют ацетилен и для получения различных полимерных продуктов.

При действии окислителей ацетилен легко окисляется. При этом происходит разрыв молекулы по месту тройной связи. Такую реакцию легко наблюдать, если ацетилен пропускать через водный раствор перманганата калия (марганцовку). В результате раствор быстро обесцвечивается. Эта реакция, как видите, является качественной не только на двойную связь, но и тройную.

При полном сгорании ацетилен образует оксид углерода (IV) и воду:

Но при неполном сгорании можно получить углерод (сажу):

Вот такими свойствами обладает этот газ — всем известный ацетилен. Его значение в химии настолько огромно, что существует даже отдельная химическая наука — химия ацетилена.

Итак, мы познакомились с соединениями, в молекулах которых углеродные атомы образуют различные цепи — от самых коротких до очень длинных. Такие соединения называют алифатическими. Однако органическая химия знает огромное количество и других соединений — циклических, молекулы которых представляют собой различные по величине кольца (циклы). Если эти циклы построены только из углеродных атомов, то к слову «циклические» добавляют приставку «карбо», т. е. карбоциклические соединения.

Эти необычные соединения имеют свою историю. Ее можно начать с того, что еще в 1864 г. А. М. Бутлеров высказал интересную мысль: у пропилена должен быть его изомер циклического строения — триметилен (циклопропан):