Сьогодні алкины мають важливе значення в різних сферах діяльності людини. Але і століття тому отримання більшості органічних сполук починалося саме з ацетилену. Тривало це до тих пір, поки основним джерелом сировини для хімічного синтезу не стала нафта. З цього класу сполук у сучасному світі отримують різноманітні пластмаси, каучуки, синтетичні волокна. У великих обсягах з ацетилену виробляють оцтову кислоту. Автогенная зварювання є важливим етапом машинобудування, зведення будівель і споруд, прокладання комунікацій. Всім відомий клей ПВА отримують з ацетилену з проміжною стадією освіти вінілацетату. Також він є відправною точкою в синтезі етанолу, що використовується як розчинник і для парфумерної промисловості.


Алкіни являють собою вуглеводні, в молекулах яких міститься потрійна вуглець-вуглецева зв'язок. Їх загальна хімічна формула - З n Н 2n-2 . Найпростіший алкин у відповідності з правилами систематичної номенклатури називається этином, але більш поширено його тривіальна назва - ацетилен.

Природа зв'язку та фізичні властивості

Ацетилен має лінійну будову, причому всі зв'язки в ньому набагато коротше, ніж у этилене. Пояснюється це тим, що для утворення ?-зв'язку використовуються sp-гібридні орбіталі. Утворюється потрійний зв'язок з однієї ?-зв'язку і двох ?-зв'язків. Простір між атомами вуглецю має високу електронну щільність, яка стягує їх ядра з позитивним зарядом і збільшує енергію розриву потрійний зв'язки.


Н-С?С-Н У гомологическом ряду ацетилену перші дві речовини є газами, такі сполуки, що містять від 4 до 16 атомів вуглецю - рідини, а далі йдуть алкины в твердому агрегатному стані. По мірі зростання молекулярної маси збільшуються температури плавлення і кипіння ацетиленових вуглеводнів.

Отримання алкіной з карбіду

Цей метод часто використовують у промисловості. Ацетилен утворюється при змішуванні карбіду кальцію і води: СаС 2 + 2Н 2 0 -> НС?СН + Са(ОН) 2 При цьому спостерігається виділення бульбашок одержуваного газу. В ході реакції можна відчути специфічний запах, але він не має відношення до ацетилену. Причиною його є домішки Ca 3 P 2 і CaS у карбіду. Ацетилен також отримують по аналогічної реакції з карбідів барію і стронцію (SrC 2 ВаС 2 ). А з карбіду магнію можна отримати пропілен: MgC 2 + 4Н 2 Про -> СН 3 -С?СН + 2Mg(ВІН) 2

Синтез ацетилену

Ці методи не годяться для інших алкіной. Отримання ацетилену з простих речовин можливе при температурі вище 3000 °С по реакції: 2С + Н 2 -> НС?СН Фактично реакція здійснюється в електричній дузі між вугільних електродів в атмосфері водню. Однак цей спосіб має лише наукове значення. У промисловості ж ацетилен часто отримують піролізом метану або етану: 2СН 4 -> НС?СН + 3Н 2 СН 3 -СН 3 -> СН?СН + 2Н 2 Піроліз зазвичай проводять при дуже високих температурах. Так, метан нагрівають до 1500 °С. Специфічність цього способу отримання алкина полягає в необхідності швидкого охолодження продуктів реакції. Це пов'язано з тим, що при таких температурах ацетилен сам може розпадатися на водень і вуглець.

Отримання алкіной дегидрогалогенированием

Як правило, проводиться реакція відщеплення двох молекул HBr або HCl від дигалогеналканов. Обов'язковою умовою є зв'язаність галогену або з сусідніми атомами вуглецю, або з одним і тим же. Якщо не відображати проміжних продуктів, реакція прийме вигляд: СН 3 -CHBr-СН 2 Br -> СН 3 -С?СН + 2HBr СН 3 -СН 2 -CBr 2 -СН 3 -> СН 3 -С?С-СН 3 + 2НВ Цим способом можливе отримання алкіной з алкенів, але попередньо їх галогенируют: СН 3 -СН 2 -СН=СН 2 + Br 2 -> СН 3 -СН 2 -CHBr-СН 2 Br -> СН 3 -СН 2 -С?СН + 2HBr

Подовження ланцюга

Цей спосіб може одночасно продемонструвати отримання і застосування алкіной, оскільки вихідною речовиною і продуктом цієї реакції є гомологи ацетилену. Здійснюється за схемою: R-С?С-? -> R-С?С-? + R'-Х -> R-С?С-R' + МХ Проміжною стадією є синтез солей алкіной - ацетиленидов металів. Щоб отримати ацетиленид натрію, на етін потрібно подіяти металевим натрієм або його аміда: НС?СН + NaNH 2 -> НС=З-Na + NH 3 Щоб утворився алкин, отримана сіль повинна прореагувати з галогеналканом: НС?С-Na + Br-СН 2 -СН 3 -> СН 3 -С?С-СН 2 -СН 3 + NaBr НС?С-Na + Cl-СН 3 -> СН 3 -С?С-СН 3 + NaCl Способи отримання алкіной не вичерпуються даними переліком, однак саме наведені вище реакції мають найбільшу виробниче і теоретичне значення.

Реакції електрофільного приєднання

Хімічні властивості ацетиленових вуглеводнів пояснюються наявністю ?-електронної густини потрійний зв'язку, яка піддається дії електрофільних частинок. Із-за того що зв'язок З?З дуже коротка, цим часткам складніше взаємодіяти з алкинами, ніж в аналогічних реакцій алкенів. Цим пояснюється і менша швидкість приєднання.
Галогенирование. Приєднання галогенів відбувається в дві стадії. На першому етапі утворюється дигалогензамещенный алкен, а потім тетрагалогензамещенный алкан. Так, при бромировании ацетилену виходить 1122-тетрабромэтан: СН?СН + Br 2 -> CHBr=CHBr CHBr=CHBr + Br 2 -> CHBr 2 -CHBr 2 Гидрогалогенирование. Перебіг даних реакцій підпорядковується правилом Марковнікова. Найчастіше кінцевий продукт реакції має два атома галогену, з'єднаних з одним і тим же вуглецем: СН 3 -С?СН + HBr -> СН 3 -CBr=СН 2 СН 3 -CBr=СН 2 + HBr -> СН 3 -CBr 2 -СН 3 Те ж стосується і алкенів з неконцевой потрійним зв'язком: СН 3 -СН 2 -С?С-СН 3 + HBr -> СН 3 -СН 2 -CBr=СН-СН 3 СН 3 -СН 2 -CBr=СН-СН 3 + HBr -> СН 3 -СН 2 -CBr 2 -СН 2 -СН 3 Фактично в реакціях подібних алкіной отримання чистих речовин можливо не завжди, оскільки паралельно йде реакція, в якій приєднання галогену здійснюється до іншого атому вуглецю при потрійний зв'язку: СН 3 -СН 2 -С?С-СН 3 + HBr -> СН 3 -СН 2 -СН 2 -CBr 2 -СН 3 В даному прикладі виходить суміш з 2.2-дибромпентана і 33-дибромпентана. Гідратація. Це дуже важливе хімічна властивість алкіной. І отримання в її ході різних карбонільних з'єднань має велике значення в хімічній промисловості. Реакція носить ім'я свого відкривача, російського хіміка М. Р. Кучерова. Приєднання води можливе в присутності H2SO4 і HgSO4. З ацетилену отримують оцтовий альдегід: НС?СН + ? 2 Про -> СН 3 -СОН Гомологи ацетилену беруть участь у реакції з утворенням кетонів, оскільки приєднання води йде підкоряючись правилом Марковнікова: СН 3 -С?СН + ? 2 Про -> СН 3 -СО-СН 3

Кислотні властивості алкіной

Ацетиленові вуглеводні з потрійним зв'язком на кінці ланцюга здатні відщеплює протон під впливом сильних окислювачів, наприклад лугів. Отримання натрієвих солей алкіной вже розглядалося вище. Ацетилениды срібла і міді широко застосовують для виділення алкіной з суміші з іншими вуглеводнями. В основі цього процесу лежить їх здатність випадати в осад під час пропускання алкина крізь аміачний розчин оксиду срібла або хлориду міді: СН?СН + 2Ag(NH 3 ) 2 ВІН -> Ag-С?С-Ag + NH 3 + 2Н 2 Про R-С?СН + Cu(NH 3 ) 2 ВІН -> R-С?С-Cu + 2NH 3 + Н 2 Про

Реакція окислення і відновлення. Горіння

Алкіни легко піддаються окисленню розчином перманганату калію, при цьому відбувається його знебарвлення. Одночасно з руйнуванням потрійний зв'язку йде утворення карбонових кислот: R-С?С-R' -> R-СООН + R'-СООН Відновлення алкіной йде шляхом послідовного приєднання двох молекул водню в присутності платини, паладію або нікелю: СН 3 -С?СН + ? 2 -> СН 3 -СН=СН 2 СН 3 -СН-СН 2 + ? 2 -> СН 3 -СН 2 -СН 3 Застосування ацетилену також пов'язано з його здатністю виділяти величезну кількість теплоти при горінні: 2С 2 ? 2 + 5О 2 -> 4СО 2 + 2? 2 Про + 13096 кДж/моль Одержуваної при цьому температури вистачає для розплавлення металів, що і використовується в ацетиленової зварюванні і різанні металів.

Полімеризація

Не менш важливо властивість ацетилену в особливих умовах утворювати ди-, три - і полімери. Так, у водному розчині хлоридів міді і амонію утворюється димер – винилацетилен: НС?СН + НС?СН -> ? 2 С=СН-С?СН Який, у свою чергу, вступаючи в реакції гидрохлорирования, утворює хлоропрен – сировину для штучного каучуку. При температурі 600 °С над активованим вугіллям ацетилен тримеризуется з освітою не менш цінного з'єднання – бензолу: 3С 2 Н 2 -> З 6 Н 6 За результатами останнього часу обсяги застосування алкіной дещо знизилися за рахунок заміщення їх нафтопродуктами, однак у багатьох галузях вони також продовжують займати лідируючі позиції. Таким чином, ацетилен і інші алкины, властивості, застосування і отримання яких докладно розглянуті нами вище, ще довгий час будуть важливою ланкою не тільки в наукових дослідженнях, але і в житті простих людей.