Алкины — алифатические непредельные углеводороды, в молекулах которых между углеродными атомами имеется одна тройная связь

Физические свойства

По физическим свойствам алкины напоминают алкены и алканы. Температуры их плавления и кипения увеличиваются с ростом молекулярной массы. В обычных условиях алкины С₂–С₃ – газы, С₄–С₁₆ – жидкости, высшие алкины – твердые вещества. Наличие тройной связи в цепи приводит к повышению температуры кипения, плотности и растворимости их в воде по сравнению с олефинами и парафинами. Физические свойства некоторых алкинов сведены в таблице.

 

Таблица. Физические свойства некоторых алкинов

 

Название	Формула	t°пл., °C	t°кип., °C	d420
Ацетилен	HCєCH	-80,8	-83,6	0,565 1
Метилацетилен	CH3–CєCH	-102,7	-23,3	0,670 1
Бутин-1	C2H5–CєCH	-122,5	8,5	0,678 2
Бутин-2	CH3–CєC–CH3	-32,3	27,0	0,691
Пентин-1	CH3–CH2–CH2–CєCH	-98,0	39,7	0,691
Пентин-2	CH3–CH2–CєC–CH3	-101,0	56,1	0,710
3-Метилбутин-1	CH3–CH–CєCH I CH3	–	28,0	0,665
1 При температуре кипения. 2 При 0°C.

 

Химические свойства

 

Углеродные атомы в молекуле ацетилена находятся в состоянии sp-гибридизации. Это означает, что каждый атом углерода обладает двумя гибридными sp- орбиталями, оси которых расположены на одной линии под углом 180° друг к другу, а две p- орбитали остаются негибридными.

 

sp- Гибридные орбитали двух атомов углерода в состоянии,
предшествующем образованию тройной связи и связей C–H

По одной из двух гибридных орбиталей каждого атома углерода взаимно перекрываются, приводя к образованию s- связи между атомами углерода. Каждая оставшаяся гибридная орбиталь перекрывается с s- орбиталью атома водорода, образуя s- связь С–Н.

 

Схематическое изображение строения молекулы ацетилена (ядра атомов углерода и водорода на одной прямой,
две p- связи между атомами углерода находятся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях)

Две негибридные p- орбитали каждого атома углерода, расположенные перпендикулярно друг другу и перпендикулярно направлению s- связей, взаимно перекрываются и образуют две p- связи. Таким образом, тройная связь характеризуется сочетанием одной s- и двух p- связей.
Для алкинов характерны все реакции присоединения, свойственные алкенам, однако у них после присоединения первой молекулы реагента остается еще одна p- связь (алкин превращается в алкен), которая вновь может вступать в реакцию присоединения со второй молекулой реагента. Кроме того, "незамещенные" алкины проявляют кислотные свойства, связанные с отщеплением протона от атома углерода, составляющего тройную связь (єС–Н).

 

I. Реакции присоединения

 

1) Гидрирование. Гидрирование алкинов осуществляется при нагревании с теми же металлическими катализаторами (Ni, Pd или Pt), что и в случае алкенов, но с меньшей скоростью.

 

CH₃–CєCH(пропин) ––^t°,Pd;H2•® CH₃–CH=CH₂(пропен) ––^t°,Pd;H2® CH₃–CH₂–CH₃(пропан)

 

2) Галогенирование. Алкины обесцвечивают бромную воду (качественная реакция на тройную связь). Реакция галогенирования алкинов протекает медленнее, чем алкенов.

 

HCєCH ––^Br2® CHBr=CHBr(1,2- дибромэтен) ––^Br2® CHBr₂–CHBr₂(1,1,2,2- тетрабромэтан)

 

3) Гидрогалогенирование. Образующиеся продукты определяются правилом Марковникова.

 

CH₃–CєCH ––^HBr® CH₃–CBr=CH₂(2- бромпропен -1) ––^HBr® CH₃–CBr₂–CH₃(2,2- дибромпропан)

 

4) Гидратация (реакция Кучерова). Присоединение воды осуществляется в присутствии сульфата ртути. Эту реакцию открыл и исследовал в 1881 году М.Г.Кучеров.
Присоединение воды идет по правилу Марковникова, образующийся при этом неустойчивый спирт с гидроксильной группой при двойной связи (так называемый, енол) изомеризуется в более стабильное карбонильное соединение - кетон.

 

C2H5–CєCH + H2O ––HgSO4® [C2H5–

C=CH2](енол) ® C2H5– I ø OH

C–CH3(метилэтилкетон) II O

В случае гидратации собственно ацетилена конечным продуктом является альдегид.

 

		O II
HCєCH + H2O ––HgSO4® [CH2=	CH](енол) ® CH3– I	C(уксусный альдегид) I
H	O	H

 

5) Полимеризация. Ацетиленовые углеводороды ввиду наличия тройной связи склонны к реакциям полимеризации, которые могут протекать в нескольких направлениях:

 

a) Под воздействием комплексных солей меди происходит димеризация и линейная тримеризация ацетилена.

 

HCєCH ––^kat.HCєCH® CH₂=CH–CєCH ––^kat.HCєCH® CH₂=CH–CєC–CH=CH₂

 

b) При нагревании ацетилена в присутствии активированного угля (реакция Зелинского) осуществляется циклическая тримеризация с образованием бензола.

 

+

––600°C,C®

 

II. Кислотные свойства

Водородные атомы ацетилена способны замещаться металлами с образованием ацетиленидов. Так, при действии на ацетилен металлического натрия или амида натрия образуется ацетиленид натрия.

 

HCєCH ––^NaNH2® HCєCNa + NH₃

Ацетилениды серебра и меди получают взаимодействием с аммиачными растворами соответственно оксида серебра и хлорида меди.

 

HCєCH + 2[Ag(NH₃)₂]OH ® AgCєCAg + 4NH₃ + 2H₂O

Ацетилениды серебра, меди обладают исключительной взрывчатостью. Они легко разлагаются при действии соляной кислоты.

 

AgCєCAg + 2HCl ® HCєCH­ + 2AgClЇ

Данным свойством ацетиленидов пользуются при выделении ацетиленовых углеводородов из смесей с другими газами.

 

Применение

При горении ацетилена в кислороде температура пламени достигает 3150°C, поэтому ацетилен используют для резки и сварки металлов. Кроме того, ацетилен широко используется в органическом синтезе разнообразных веществ - например, уксусной кислоты, 1,1,2,2- тетрахлорэтана и др. Он является одним из исходных веществ при производстве синтетических каучуков, поливинилхлорида и других полимеров.

Алкины — алифатические непредельные углеводороды, в молекулах которых между углеродными атомами имеется одна тройная связь.

Углеводороды ряда ацетилена являются еще более непредельными соединениями, чем соответствующие им алкены (с тем же числом углеродных атомов). Это видно из сравнения числа атомов водорода в ряду:

С₂Н₆ C₂H₄ С₂H₂

<div style="height: 14px;overflow:hidden"><div style="margin-top: 14px;"><a href="http://chemistry.narod.ru/">Мир химии.</a></div></div>

Этан этилен ацетилен

(этен) (этин)

Алкины образуют свой гомологический ряд с общей формулой, как и у диеновых углеводородов С_nH_2n-2

СТРОЕНИЕ АЛКИНОВ

Первым и основным представителем гомологического ряда алкинов является ацетилен (этин) С₂Н₂. Строение его молекулы выражается формулами:

Н—СєС—Н или Н:С:::С:Н

Структурная электронная

Формула формула

По названию первого представителя этого ряда — ацетилена — эти непредельные углеводороды называют ацетиленовыми.

В алкинах атомы углерода находятся в третьем валентном состоянии (sp -гибридизация). В этом случае между углеродными атомами возникает тройная связь, состоящая из одной s- и двух p-связей. Длина тройной связи равна 0,12 нм, а энергия ее образования составляет 830 кДж/моль. Модели пространственного строения ацетилена представлены на рис. 1.

Рис.1. Модели пространственного строения молекулы ацетилена:

а - тетраэдрическая; б - шаростержневая; в -по Бриглебу

НОМЕНКЛАТУРА И ИЗОМЕРИЯ

Номенклатура. По систематической номенклатуре ацетиленовые углеводороды называют, заменяя в алканах суффикс -ан на суффикс -ин. В состав главной цепи обязательно включают тройную связь, которая определяет начало нумерации. Если молекула содержит одновременно и двойную, и тройную связи, то предпочтение в нумерации отдают двойной связи:

СН₃
|
Н—СєС—СН₂—СН₃ Н₃С—СєС—СН₃ Н₂С=С—СН₂—СєСН
бутин-1 бутин-2 2-метилпентен-1-ин-4

(этилацетилен) (диметилацетилен)

По рациональной номенклатуре алкиновые соединения называют, как производные ацетилена.

Непредельные (алкиновые) радикалы имеют тривиальные или систематические названия:

Н—СєС— - этинил;

НСєС—СН₂— -пропаргил

Изомерия. Изомерия алкиновых углеводородов (как и алкеновых) определяется строением цепи и положением в ней кратной (тройной) связи:

Н—СєС—СН—СН₃ Н—СєС—СН₂—СН₂—СН₃ Н₃С—С=С—СН₂—СН₃
|
СН₃
3-метилбутин-1 пентин-1 пентин-2

 

4_.3. ПОЛУЧЕНИЕ АЛКИНОВ

Ацетилен в промышленности и в лаборатории можно получать следующими способами:

1. Высокотемпературным разложением (крекинг) природного газа — метана:

2СН4 ^1500°C ® НСєСН + 3Н₂

или этана:

С₂Н₆ ^1200°C ® НСєСН + 2Н₂

2. Разложением водой карбида кальция СаС₂, который получают спеканием негашеной извести СаО с коксом:

СаО + 3C ^2500°C ® CaC₂ + CO

СаС₂ + 2Н₂O ® НСєСН + Са(ОН)₂

3. В лаборатории производные ацитилена можно синтезировать из дигалогенопроизводных, содержащих два атома галогена при одном или соседних углеродных атомах, действием спиртового раствора щелочи:

Вr
|
Н₃С—СН—СН—СН₃ + 2КОН ® Н₃С—СєС—СН₃ + 2KBr + 2Н₂О
|
Br
2,3-дибромбутан бутин-2
(диметилацетилен)