4.5 炔烃的制备
4.5.1 乙炔的生产
工业上可用煤、石油或天然气作为原料生产乙炔。其合成法主要有以下几种。
(1)碳化钙(电石)法
焦炭和石灰在高温电炉中反应,得到碳化钙(电石)。需要乙炔时,在现场使电石与水反应,即得到乙炔:
此方法在工业上使用已久,耗电量大,但生产工艺比较简单。
(2)甲烷法(电弧法)
甲烷是天然气的主要成分,在1500℃的电弧中经极短时间(0.01~0.1s)加热后通过一系列的反应生成乙炔。这是一个激烈的吸热反应。因此工业上又使一部分甲烷同时被氧化(加入氧气),用由此产生的热量来供给甲烷合成乙炔所需要的大量热量。所以此法又叫做甲烷的部分氧化法。反应的产物包括乙炔、一氧化碳和氢气。
在天然气资源丰富的国家,此方法的成本较低,适宜于大规模生产。
(3)等离子法(plasma法)
这是近期发展的一种用石油和极热的氢气一起热裂制备乙炔的新方法。即将氢气放在3500~4000℃的电弧中加热,然后部分离子化的等离子体氢(正、负离子相等)于电弧加热器出口的分离反应室中与气态的或汽化了的石油气反应,生成乙炔、乙烯(二者的总产率在70%以上)以及甲烷和氢气。
由于乙炔的生成成本相当高,近几十年来,许多使用乙炔为原料生产化学品的生产路线已逐渐改用其他原料(特别是乙烯和丙烯)的生产路线。
乙炔是有麻醉作用并带乙醚气味的无色气体,燃烧时火焰明亮,可用于照明。乙炔稍溶于水,易溶于有机溶剂。乙炔与一定比例的空气混合,可形成爆炸性的混合物。乙炔的爆炸极限为3%~80%(体积分数)。为避免爆炸危险,一般可用浸有丙酮的多孔物质(如石棉、活性炭)吸收乙炔后一起储存在钢瓶中,以便于运输和使用。乙炔在氧气中燃烧所形成的氧炔焰的最高温度可达3000℃,因此被广泛用来熔接或切割金属。
4.5.2 由二元卤代烷制备炔烃
在碱性条件下,邻二卤代烷或偕二卤代烷首先失去一分子卤化氢生成乙烯基卤代烃,然后在剧烈的条件如强碱、高温下,再失去一分子卤化氢生成炔烃。NaNH2/石油醚、NaOH或KOH/醇溶液为常用的碱。
例如:
4.5.3 由金属炔化物制备炔烃
金属炔化物是很好的碳负离子供给源,可与伯卤代烷发生亲核反应生成炔烃。乙炔和端位炔烃与NaNH2(KNH2、LiNH2均可)在液氨中形成乙炔化钠,然后与卤代烷发生SN2反应,可将低级炔烃转变为高级炔烃。
例如:
炔烃也可与有机锂化物或格氏试剂作用制得含有三键的锂化物或格氏试剂,再与一级卤代烷的醚溶液反应,形成二元取代乙炔。
例如:
练习4-4 完成下列转换。
(1)
(2)
(3)
(4)