Хімічні сполуки алкіни – це ацетиленові вуглеводні, які містять потрійний зв’язок вуглецевих атомів. Вони створюють загальний ряд і знаходяться в стані гібридизації SP.
Речовини відрізняються реакціями нуклеофільного приєднання, що обумовлено характером їх зв’язку. Атом водню в їх складі рухливий, тому в заміщенні алкіни проявляють кислотні властивості.
Історія відкриття
У 1836 році двоюрідний брат хіміка-англійця Гемфрі Деві – Едмунд — отримав перший ацетилен.
Для цього він нагрів деревне вугілля разом з оцтовокислим калієм та додав в розчин воду. В результаті утворився карбід калію. Деві назвав отриманий газ двовуглецевим воднем.
Вдруге речовину отримав німецький лікар Велер в 1862 році. Він впливав на карбід калію водою та в результаті отримав ацетилен. А через рік французький хімік Бертло провів ряд інших дослідів. Він пропустив водень над графітовими електродами, які попередньо розжарив електричною дугою. Газ, що утворився, він назвав ацетиленом. Це слово складається з двох коренів латинської та грецької мов, а в перекладі означає оцтове дерево.
В кінці дев’ятнадцятого століття вивченням ненасичених вуглеводнів зайнявся Фаворський, а в 1895 році Ле Шательє виявив одну цікаву властивість, яком вони володіють.
Найпростіший ненасичений вуглеводень – це етин, він перетворюється в етан.
Гомологічний ряд алкінів включає:
- децин — C10H18;
- нонин — C9H16;
- октин — C8H14;
- гептин — C7H12;
- гексин — C6H10;
- пентин — C5H8;
- бутин — C4H6;
- пропін — C3H4;
- ацетилен — C2H2.
Фізична властивість алкінів
У алкінів є певні фізичні властивості. Вони можуть перебувати в декількох агрегатних станах:
- від С2 до С4 – гази;
- С5 -С16 — рідини;
- понад С17 – тверді вуглеводні.
Речовини закипають при температурі, яка набагато вище тієї, що необхідна для нагріву інших похідних. Розчинність у воді дуже мала, хоча і більше, ніж у алканів і алкенів. Але алкіни легко розщеплюються на атоми в неполярних органічних рідинах.
При першому методі потрібно в електричній печі прожарити суміш кокс з оксидом кальцію, постійно підтримуючи температуру 1800-2000 градусів. В результаті вийде карбід кальцію, який вступає у взаємодію з водою, утворюючи ацетилен і гідроксид.
Можна отримати алкіни, пропускаючи природний газ з киснем через вогнетривку насадку. Він згорає, підвищує температуру повітря і призводить до піролізу метану.
Крекінг ділиться на два методи:
- електричний;
- термоокислювальний.
При першому метан пропускають через два металеві електроди з високою швидкістю при температурі в 1500 градусів. А під час другого способу газ згорає, окислюючись при цьому.
У лабораторних умовах ацетилен добувають за допомогою прямого синтезу. Це історичний метод, який застосовував ще Бертло в 1863 році. Він нагрівав водень з вуглецем при великій температурі.
Кекуле в 1864 отримував речовину за допомогою електролізу малеату натрію і фумарату. А також можна піддати його реакції дегідрогалогенування, а в якості агента-галогеналкана краще використовувати аміачний амід натрію. У лабораторіях вчені алкілують ацетилен, а також використовуються угруповання Кучерова, кору-Фукса, Фріча-Буттенберга-Віхелля.
Хімічні особливості алкінів
Алкіни вступають в реакції з іншими речовинами краще, ніж алкени і алкани. Термінальні з’єднання, у яких потрійний зв’язок розташований в кінці ланцюга, піддаються заміщенням. Водень з атомами вуглецю, гібридизованими в sp, можуть проходити протонізацію, завдяки чому вони і отримують кислу природу.
Основним хімічні властивості алкінів:
- гідрування;
- галогенування;
- гідратація;
- приєднання меркаптанів, хлоридів, кислот і спирту;
- полімеризація;
- окиснення.
При гідруванні активні каталізатори нікель або платина відновлюють алкіни до стану алканів, а процес з гомологами ацетилену дає цис-олефіни. Галогенування відбувається у два етапи, водень вступає в реакцію з хлором. Під час гідрогалогенування на першому кроці утворюється хлористий вінілацетилен, а на другому — дихлоретан. Рівняння складається за правилом Марковникова.
Гідратація утворює ацетальдегід і кетони з його гомологів, процес протікає по реакції Кучерова. Спирти і меркаптани приєднуються до водню під впливом їдкого калію і монозаміщених ацетиленів. Для оцтової кислоти потрібен гетерогенний каталіз, а отриманий вінілацетат полімеризується. До нього приєднується синильна речовина, що утворює акрилонітрил.
Для димеризації необхідні солі купруму, потім відбувається взаємодії з соляною кислотою. Так отримують хлоропреновий каучук, ізобутилен, каталізатором виступає нікель з хлоридом цинку. Тримеризація вимагає активне вугілля і температури в 600 градусів, в результаті утворюється бензол.
На тетрамеризацію впливають комплексні солі нікелю, а для окислення потрібно використовувати розчин пергаманату калію і карбонові кислоти. Якісний розчин стає рожевим, але через кілька хвилин знебарвлюється. При дотриманні м’яких умов окислення зв’язок не розриваються.
Продуктом реакції стає щавлева кислота, але в нейтральному середовищі процес можна зупинити на стадії появи дикетонів. Якщо алкіни горять, то вони окислюються повністю до води і вуглекислого газу. В результаті екзотермічної реакції виділяється багато тепла.
Взаємодії з речовинами
Ізомери вступають в реакцію з іншими речовинами. Вони взаємодіють з різними солями і лугами:
- альдегідом;
- кетонами;
- солями важких металів;
- лужноземельними реактивами;
- металевим натрієм.
Якісна реакція з солями важких металів призводить до появи нерозчинних осадів ацетиленідів. Монозаміщені гомологи взаємодіють з оксидами напівхлористої міді і срібла. Перша речовина біла або безбарвна, друга — червоно- або жовто-бура.
Гомологи вступають в реакцію з лужними металами, які беруть з рідкого аміаку. Похідні натрію діють за правилами реактиву Іоцича або Рев’яра, тому їх часто використовують в органічному синтезі. Під невеликим тиском речовина взаємодіє з їдким калієм і кетонами, таку реакцію вивчав Фаворський.
Ацетилінед міді також реагує з гомологами і в результаті дає бутіндіол. Перегрупування Фаворського відбувається тільки під час нагрівання ацетиленів з натрієм, потрійний зв’язок з центру ланцюга переміститься в кінець.
А якщо він спочатку займає це положення, то під час реакції зі спиртовим лужним розчином він перейде в середину молекули.
Застосування вуглеводнів
З усіх ненасичених вуглеводнів ацетилен має найбільше застосування. Він використовується як один з головних видів хімічної сировини. Речовина застосовуєть для синтезу декількох видів продуктів:
- розчинник;
- пластифікатор;
- каучук;
- полімер.
При хлоруванні ацетилену утворюються дихлоретилен, тетрахлоретан і трихлоретилен, які використовують як сильні розчинники. Акрилонітрил добувають при ізомерії речовини з ціановоднем, так утворюється поліакрилонітрил.
Поліакриламід можна отримати в результаті конденсації ацетилену з аміаком і вуглекислим газом. Сировина для уретанових полімерів роблять з тетрагідрофурану.
Полівінілхлорид утворюється в результаті гідрохлорування речовини, а оцтова кислота перетворює його в характерний полівінілацетат. Клас альдегідів утворюється при гідратації ацетилену, що дає можливість виготовити ацетон, оцтову кислоту та іншу продукцію.
Ацетилен під час горіння виділяє тепло, його використовують для зварювання і різання тугоплавких металів.
На початку минулого століття застосовувалися світильники, сировиною для яких служив карбід кальцію — дешева речовина. Їх можна було побачити на вечірніх вулицях, в будинках, на водному і залізничному транспорті. Сьогодні їх використовують туристи як похідне спорядження, хоча його виготовляють в невеликих кількостях.
