Cupru(i) acetilenă: preparare și proprietăți

Acetilenura de cupru este un compus organometalic binar. Această formulă este cunoscută de știință cel puțin din 1856. În cristale formează un monohidrat cu formula Cu₂C₂×H₂O. Instabil din punct de vedere termic, explodează la încălzire.

Structura

Acetilenura de cupru este un compus binar. Acesta poate fi împărțit în mod convențional în partea încărcată negativ, anionul C^2-₂, și încărcați pozitiv - cationi de cupru Cu⁺. De fapt, această împărțire este arbitrară: compusul conține doar o fracțiune din legătura ionică, deși aceasta este mai mare decât legătura H-C≡. Dar această legătură are o polaritate foarte puternică (ca și în cazul legăturii covalente) datorită faptului că atomul de carbon cu o legătură triplă se află în hibridare sp - electronegativitatea sa relativă este mai mare decât în sp³ (legătură simplă) sau sp² (legătură dublă). Aceasta este ceea ce permite carbonului din acetilenă să se despartă relativ ușor de atomul de hidrogen și să îl înlocuiască cu un atom de metal, adică să prezinte proprietățile inerente acizilor.

Obținerea

Cel mai frecvent mod de a obține acetilenură de cupru în laborator este prin trecerea gazului de acetilenă printr-o soluție de amoniac de clorură de cupru(I). Dă naștere unui precipitat insolubil roșiatic de acetilenură roșiatică.

În loc de clorură de cupru(I) se poate folosi și hidroxid de cupru(I) Cu₂O. În ambele cazuri este important ca reacția să aibă loc efectiv cu un complex amoniacal al cuprului.

Proprietăți fizice

Acetilenura de cupru în forma sa pură este un cristal de culoare roșu-maroniu închis. Este de fapt un monohidrat - în precipitare, fiecare moleculă de acetilenură corespunde unei molecule de apă (scris sub forma Cu₂C₂×H₂O). Acetilenura de cupru uscată este explozivă: poate detona la încălzire (este mai puțin stabilă termic decât acetilenura de argint) și, de asemenea, în cazul unui impact mecanic, de exemplu prin lovire.

S-a sugerat că țevile de cupru din uzinele chimice sunt foarte periculoase, deoarece în timpul utilizării continue se va forma acetilenură în interior, ceea ce ar putea provoca o explozie violentă. Acest lucru este valabil în special în domeniul petrochimic, unde cuprul, dar și acetilenidele sale, sunt folosite ca și catalizatori, crescând astfel riscul.

Proprietăți chimice

Am menționat deja că carbonul cu triplă legătură din acetilenă este mult mai electronegativ decât, de exemplu, carbonul cu dublă legătură (ca în etilenă) sau cu o singură legătură (în etan). Capacitatea acetilenei de a reacționa cu unele metale, renunțând la un ion de hidrogen și înlocuindu-l cu un ion metalic (de exemplu, reacția de formare a acetilenei de sodiu atunci când acetilena reacționează cu sodiul metalic) confirmă acest lucru. Numim această capacitate a acetilenei una dintre proprietățile acide conform teoriei Bransted-Lowry: conform acestei teorii, aciditatea unei substanțe este determinată de prin capacitatea sa de a desprinde un proton de el însuși. Aciditatea acetilenei (și în acetilenura de cupru) poate fi considerată în raport cu amoniacul și apa: interacțiunea amidei metalice cu acetilena produce acetilenură și amoniac. Adică, acetilena cedează un proton, ceea ce o caracterizează ca mai mult un acid mai puternic decât amoniacul. În cazul apei, acetilenura de cupru se descompune pentru a forma acetilenă - aceasta preia un proton de apă, dovedindu-se a fi un acid mai puțin puternic decât apa. Astfel, în seria de aciditate relativă (Bransted-lowry), acetilena este un acid slab, situându-se undeva între apă și amoniac.

Acetilenura de cupru(I) este instabilă: în apă (după cum știm deja) și în soluții acide se descompune, eliberând gaz acetilenă și un precipitat brun-roșiatic - oxid de cupru(I), sau un precipitat alb de clorură de cupru(I) dacă este diluat cu soluție de acid clorhidric.

Pentru a se evita explozia, acetilena se descompune prin încălzire ușoară în prezența unui acid mineral puternic, de exemplu acid azotic diluat.

Utilizați

Reacția de formare a acetilenurii de cupru(I) poate fi calitativă pentru detectarea alchinelor terminale (cu trei capete). Indicatorul constă în precipitarea unui precipitat insolubil de culoare brun-roșiatică de acetilenură.

În producția în vrac - de exemplu, în petrochimie - nu se utilizează acetilenura de cupru(I), deoarece este foarte explozivă și instabilă în apă. Cu toate acestea, în așa-numita sinteză fină sunt asociate câteva reacții specifice.

Acetilenura de cupru(I) poate fi, de asemenea, utilizată ca reactiv nucleofilic în sinteza organică. În special, joacă un rol important în sinteza polionilor - compuși cu mai multe legături ternare și simple alternante. Acetilenurile de cupru(I) în soluție alcoolică se oxidează cu oxigenul din aer, condensându-se pentru a forma diene. Aceasta este reacția Glaser-Ellington, descoperită în 1870 și îmbunătățită ulterior. Aici, cuprul (I) joacă rolul de catalizator, astfel încât ca nu se consumă în timpul procesului.

Mai târziu, hexacianoferatul (III) de potasiu a fost propus ca agent oxidant în locul oxigenului.

Ellington perfecționase o metodă de producere a polionilor. În loc de a introduce inițial în soluție alchine și săruri de cupru(I), de exemplu, clorură, el a sugerat să se ia acetat de cupru(II), care ar oxida alchina în mediul unui alt solvent organic - piridina - la 60-70°C.

Această modificare a făcut posibilă obținerea unor molecule mult mai mari și mai stabile - macrocicluri - din diene.