Kupfer(I)acetylenid: Herstellung und Eigenschaften

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-02 17:44

Kupferacetylid ist eine metallorganische binäre Verbindung. Diese Formel ist der Wissenschaft mindestens seit 1856 bekannt. In Kristallen bildet es ein Monohydrat mit der Formel Cu₂C₂×H_{2O. Thermisch instabil, explodiert bei Erwärmung.}

Gebäude

Kupferacetylenid ist eine binäre Verbindung. Es ist möglich, darin einen negativ geladenen Teil - Anion C²⁻₂ und einen positiv geladenen Teil - Kupferkationen Cu zu unterscheiden +. Tatsächlich ist eine solche Teilung bedingt: In der Verbindung gibt es nur einen Bruchteil der Ionenbindung, obwohl sie im Vergleich zur H-C≡-Bindung größer ist. Aber diese Bindung hat auch eine sehr starke Polarität (wie bei einer kovalenten), da das Kohlenstoffatom mit einer Dreifachbindung in sp-Hybridisierung steht - seine relative Elektronegativität ist größer als in sp^{3 3} Hybridisierungen (Einfachbindung) oder sp² (Doppelbindung). Dadurch ist es dem Kohlenstoff im Acetylen relativ leicht möglich, ein Wasserstoffatom von sich abzusp alten und durch ein Metallatom zu ersetzen, also die den Säuren innewohnenden Eigenschaften zu zeigen.

Empfangen

Der gebräuchlichste Weg zur Gewinnung von Kupferacetylenid im Labor besteht darin, gasförmiges Acetylen durch eine Ammoniaklösung von Kupfer(I)chlorid zu leiten. Als Ergebnis wird ein unlöslicher Niederschlag aus rötlichem Acetylenid gebildet.

Anstelle von Kupfer(I)-chlorid kann man auch dessen Hydroxid Cu_{2O verwenden. Wichtig ist in beiden Fällen, dass die eigentliche Reaktion mit dem Kupfer-Ammoniak-Komplex stattfindet.}

Physikalische Eigenschaften

Kupferacetylenid in reiner Form - dunkelrotbraune Kristalle. Tatsächlich handelt es sich um ein Monohydrat – im Sediment entspricht jedes Molekül Acetylenid einem Molekül Wasser (geschrieben als Cu₂C₂×H _{2 O). Trockenes Kupferacetylenid ist explosiv: Es kann beim Erhitzen (es ist weniger thermisch stabil als Silberacetylenid) sowie unter mechanischer Belastung, z. B. beim Aufprall, explodieren.}

Bei dieser Gelegenheit besteht die Vermutung, dass Kupferrohre in der chemischen Industrie eine große Gefahr darstellen, da sich im Dauerbetrieb im Inneren Acetylenid bildet, das dann zu einer starken Explosion führen kann. Dies gilt insbesondere für die petrochemische Industrie, wo Kupfer neben seinen Acetyleniden auch als Katalysatoren verwendet wird, was das Risiko erhöht.

Chemische Eigenschaften

Wir haben bereits gesagt, dass Kohlenstoff mit einer Dreifachbindung in Acetylen viel elektronegativer ist als beispielsweise Kohlenstoff mit einer Doppelbindung (wie in Ethylen) oder einer Einfachbindung (in Ethan). Die Fähigkeit von Acetylen mit zu reagierenBei einigen Metallen wird dies bestätigt, indem ein Wasserstoffion abgegeben und durch ein Metallion ersetzt wird (z. B. die Reaktion der Bildung von Natriumacetylenid während der Wechselwirkung von Acetylen mit metallischem Natrium). Wir nennen diese Fähigkeit von Acetylen eine der sauren Eigenschaften gemäß der Bronsted-Lowry-Theorie: Danach wird die Acidität eines Stoffes durch seine Fähigkeit bestimmt, ein Proton von sich selbst abzusp alten. Die Acidität von Acetylen (auch in Kupferacetylenid) kann relativ zu Ammoniak und Wasser betrachtet werden: Wenn ein Metallamid mit Acetylen reagiert, werden Acetylenid und Ammoniak gebildet. Das heißt, Acetylen gibt ein Proton ab, was es als eine stärkere Säure als Ammoniak charakterisiert. Im Fall von Wasser zersetzt sich Kupferacetylenid zu Acetylen – es nimmt ein Proton von Wasser auf und erweist sich als weniger starke Säure als Wasser. In der relativen Säurereihe (nach Brönsted - Lowry) ist Acetylen also eine schwache Säure, die irgendwo zwischen Wasser und Ammoniak liegt.

Kupfer(I)acetylenid ist instabil: In Wasser (wie wir bereits wissen) und in sauren Lösungen zersetzt es sich unter Freisetzung von Acetylengas und einem rotbraunen Niederschlag - Kupfer(I)oxid oder einem weißen Niederschlag von Kupfer(I)chlorid bei Verdünnung mit Salzsäure.

Um eine Explosion zu vermeiden, erfolgt die Zersetzung von Acetylenid durch leichtes Erhitzen im nassen Zustand in Gegenwart einer starken Mineralsäure, wie zB verdünnter Salpetersäure.

Verwenden

Die Reaktion der Bildung von Kupfer(I)acetylenid kann qualitativ für den Nachweis von terminalen (mit einer Dreifachbindung am Ende) Alkinen sein. Der Indikator ist die Ausfällung von unlöslichem Rot-brauner Acetylenidniederschlag.

In der Großproduktion - zum Beispiel in der Petrochemie - wird Kupfer(I)acetylenid nicht verwendet, da es explosiv und in Wasser instabil ist. Allerdings sind ihm in der sogenannten Feinsynthese mehrere spezifische Reaktionen zugeordnet.

Kupfer(I)acetylenid kann auch als nukleophiles Reagenz in der organischen Synthese verwendet werden. Insbesondere spielt es eine wichtige Rolle bei der Synthese von Polyinen - Verbindungen mit mehreren alternierenden Dreifach- und Einfachbindungen. Kupfer(I)acetylenide werden in alkoholischer Lösung durch Luftsauerstoff oxidiert und kondensieren zu Diinen. Dies ist die 1870 entdeckte und später verbesserte Glaser-Ellington-Reaktion. Kupfer(I) spielt hier die Rolle eines Katalysators, da es dabei nicht selbst verbraucht wird.

Später wurde anstelle von Sauerstoff Kaliumhexacyanoferrat(III) als Oxidationsmittel vorgeschlagen.

Ellington hat die Methode zur Gewinnung von Polyinen verbessert. Anstelle von Alkinen und Kupfer(I)-Salzen, wie zB Chlorid, die beispielsweise in die Lösung vorgelegt wurden, schlug er vor, Kupfer(II)-Acetat zu nehmen, das das Alkin im Medium eines anderen organischen Lösungsmittels – Pyridin – oxidieren würde eine Temperatur von 60-70 ° С.

Diese Modifikation ermöglichte es, aus Diinen viel größere und stabilere Moleküle - Makrozyklen - zu erh alten.