Алкины – это непредельные нециклические углеводороды, в молекулах которых присутствует одна тройная углерод-углеродная связь.
Общая формула алкинов: СnH2n-2
Гомологический ряд алкинов:
История открытия.
Впервые ацетилен был получен в 1836 году Эдмундом Дэви, двоюродным братом выдающегося английского химика Гемфри Дэви, нагреванием уксуснокислого калия с древесным углем и последующей реакцией с водой образовавшегося карбида калия. Дэви назвал свой газ «двууглеродистым водородом».
В 1862 году немецкий химик и врач Ф. Вёлер вновь открыл ацетилен, действуя водой на карбид кальция.
В 1863 году французский химик М. Бертло получил ацетилен, пропуская водород над раскаленными электрической дугой с графитовыми электродами. Именно он дал газу имя ацетилен (от латинских слов acetum — уксус и греческого иле — дерево).
В России название «ацетилен» впервые было применено Д.И.Менделеевым.
Большую роль в изучении химии ацетилена и его производных в конце XIX века сыграл А.Е.Фаворский.
В 1895 году Ле Шателье обнаружил, что ацетилен, сгорая в кислороде, дает очень горячее пламя, что впоследствии легло в основу ацетиленовой технологии сварки и резки тугоплавких металлов.
Алкины в природе.
Алкины в природе практически не встречаются, за исключением ацетилена, который образуется в незначительных количествах при созревании яблок. Некоторые алкины содержатся в масле ромашки, в некоторых видах грибов, феромонах насекомых, в морских организмах – губках. Алкины входят в состав токсичного вещества, которое применяли для смазывания наконечников стрел индейцы Амазонки.
Номенклатура и изомерия алкинов.
При составлении названий алкинов по международной номенклатуре следует придерживаться следующих правил:
1. Название алкина происходит от названия соответствующего алкана путём замены суффикса -ан на -ин.
2. В названиях алкинов цифрой отражено положение тройной связи в углеродной цепи.
3. У разветвлённых алкинов главная углеродная цепь должна содержать тройную связь, причём нумерация атомов главной цепи начинается с того конца, ближе к которому находится тройная связь.
Примеры:
Для алкинов характерны следующие виды изомерии:
Физические свойства алкинов.
По физическим свойствам алкины похожи на алканы и алкены. При обычных условиях:
С2Н2 — С4Н6 - газы
С5Н8 — С16Н30 - жидкости
С17Н32 и далее — твёрдые вещества.
Газообразные алкины бесцветны, не имеют запаха. Специфический запах ацетилена, полученного из карбида кальция, обусловлен обычно присутствием примесей.
Низшие алкины немного растворяются в воде, но лучше, чем алканы и алкены. В полярных растворителях алкины растворяются достаточно хорошо.
Химические свойства алкинов.
Химические свойства алкинов схожи с химическими свойствами алкенов из-за наличия в их молекулах кратной связи. Однако, так же мы познакомимся с некоторыми уникальными реакциями, характерными лишь для представителей данного класса веществ.
1. Галогенирование.
Присоединение галогенов к алкинам происходит легко, даже при комнатной температуре. Не забываем, что взаимодействие алкинов с бромной водой имеет наибольшее значение, так как это качественная реакция, приводящая к обесцвечиванию бромной воды.
2. Гидрирование.
Гидрирование алкинов протекает в присутствии катализаторов (Ni, Pt, Pd) с образованием алкенов, а затем алканов.
3. Гидрогалогенирование.
Реакция протекает по механизму присоединения с образованием галогенопроизводного алкена или дигалогеналкана. При присоединении галогенводородов к несимметричным алкинам выполняется правило Марковникова.
4. Гидратация алкинов (Реакция Кучерова).
Реакция Кучерова имеет огромное значение для промышленного синтеза кетонов и уксусного альдегида. При этом только из ацетилена в результате его гидратации образуется альдегид, а из всех его гомологов- кетоны.
5. Окисление алкинов перманганатом калия.
На ЕГЭ чаще всего встречаются реакции окисления алкинов в жестких условиях (в кислой среде), приводящие к разрыву тройной связи и образованию карбоновой кислоты.
Однако, окисление ацетилена в кислой среде протекает немного иначе, сигма-связь С–С не разрывается и поэтому образуется щавелевая кислота:
В нейтральной среде образуется оксалат калия (соль щавелевой кислоты):
6. Тримеризация.
При пропускание ацетилена над активированным углем образуется смесь продуктов, главным из которых является бензол.
Так же в ЕГЭ встречается реакция тримеризации пропина, которая протекает по тем же принципам.
7. Димеризация.
Под действием солей Cu+ из ацетилена образуется винилацетилен.
Это вещество используется для получения хлоропрена:
Полимеризацией хлоропрена получают хлоропреновый каучук.
8. Полимеризация.
Для алкинов характерна реакция полимеризации (процесс многократного соединения молекул мономера друг с другом с образованием высокомолекулярного вещества). Например, при полимеризации ацетилена образуется полиацетилен.
9. Горение.
При горение алкинов образуется углекислый газ и вода.
10. Взаимодействие алкинов с аммиачным раствором оксида серебра.
Алкины с тройной связью на конце молекулы взаимодействуют с аммиачным раствором оксида серебра (I). При этом образуются нерастворимые в воде ацетилениды серебра.
А вот алкины, в которых тройная связь расположена не на конце молекулы, в данную реакцию не вступают.
11. Взаимодействие алкинов с аммиачным раствором хлорида меди.
Данная реакция похожа на предыдущую и протекает по тем же принципам.
12. Взаимодействие алкинов с металлами.
Ацетилен и его гомологи с тройной связью на конце молекулы (R–C≡C–H) проявляют слабые кислотные свойства. При взаимодействие этих алкинов с активными металлами атомы водорода на конце молекулы легко замещаются на атомы металлов.
Образующиеся в результате реакции соли легко взаимодействуют с водой
А продукты неполного замещения атомов водорода в ацетилене могут быть использованы для синтеза гомологов ацетилена.
13. Реакция карбонилирования ацетилена.
Ацетилен способен взаимодействовать с угарным газом и в зависимости от дополнительных реагентов, мы можем получать разные продукты реакции.
14. Взаимодействие ацетилена с уксусной кислотой.
При этом образуется сложный эфир винилацетат.
15. Взаимодействие ацетилена с циановодородной кислотой.
Продуктом данной реакции является акрилонитрил.
Способы получения алкинов.
1. Синтез ацетилена из простых веществ.
Синтез ацетилена из простых веществ происходит при высокой температуре в пламени вольтовой дуги в атмосфере водорода.
2С+H2 = C2H2
2. Дегидрирование алканов.
При дегидрировании алканов, содержащих от двух до трех атомов углерода в молекуле, образуются двойные и тройные связи.
3. Неполное разложение метана.
Неполное разложение метана при температуре 1500 градусов Цельсия, приводит к образования ацетилена и водорода.
4. Получение ацетилена из карбида кальция.
Получение ацетилена из карбида кальция это один из самых простых и доступных способов.
Сам карбид кальция получают путем нагревания угля с негашеной известью в печах, при температуре 2500 градусов Цельсия.
CaO + 3C = CaC2 + CO
Если на карбид кальция подействовать водой, он начнет бурно разлагаться с выделением газа.
CaC2 + 2HOH = C2H2 + Ca(OH)2
5. Отнятием галогенводородов у дигалогеналканов.
Дигалогеналканы, в молекулах которых два атома галогена расположены у одного, либо у соседних атомов углерода, реагируют с избытком спиртового раствора щелочей с образованием алкинов.
6. Алкилирование алкинидов.
Этот метод мы упоминали ранее, в химических свойствах, но не лишнем будет повторить его еще раз.
7. Электролиз солей непредельных карбоновых кислот.
В 1864 году Ф.А. Кекуле получил ацетилен электролизом фумарата и малеата натрия:
NaOOCCH=CHCOONa + 2H2O = C2H2 + 2CO2 + 2NaOH + H2
Аналогично ацетилен образуется из акрилата натрия.
Этот метод несет по большей части историческое значение.
Применение алкинов.
Алкины являются сырьем для производства большого количества органических соединений и материалов: альдегидов, кетонов, растворителей, исходных веществ для получения синтетических каучуков, поливинилхлорида и других полимеров.
Наиболее широко используется ацетилен, который используется для синтеза уксусного альдегида, хлорвинила, используемого для получения полихлорвинила (ПВХ), винилацетата и поливинилацетата, составляющего основу клея ПВА, хлоропрена и синтетического хлоропренового каучука и др. Ацетилен сгорает в кислороде с выделением большого количества теплоты, температура пламени при этом достигает 3200 градусов Цельсия, что обусловливает это использование при сварке (кислородно-ацетиленовая сварка) и резке металлов.
Пропин используется для получения ацетона, акриловой кислоты, пластмасс, каучуков, моющих средств, растворителей, в качестве ракетного топлива.