Кислотные свойства алкинов: общая формула и примеры

История открытия

В 1836 году Эдмунд, двоюродный брат английского химика Хамфри Дэви, получил первый ацетилен.

Для этого он нагрел уголь вместе с ацетатом калия, добавил в раствор воду. В результате образовался карбид калия. Дэви назвал полученный газ бикарбонатом водорода.

Второй раз вещество получил немецкий врач Велер в 1862 году. Он воздействовал на карбид калия водой, получив ацетилен. Год спустя французский химик Бертло провел ряд других экспериментов. Он пропустил водород на графитовые электроды, которые предварительно нагрел электрической дугой. Он назвал образующийся газ ацетиленом. Это слово состоит из двух корней латинского и греческого языков, в переводе означает уксусное дерево. А в русском название появилось благодаря Дмитрию Менделееву.

В конце девятнадцатого века Фаворский начал изучение непредельных углеводородов, а в 1895 году Ле Шателье обнаружил интересное свойство, которым они обладают. Ацетилен при сгорании в кислороде дает горячее пламя, из-за чего позже его использовали при сварке и резке металлов. Согласно номенклатуре названия веществ образуются как производные от алканов путем замены суффикса.

Самый простой непредельный углеводород — этан, он превращается в этан. Гомологический ряд алкинов включает:

• конец — C10H18;
• нонин — C9H16;
• октин — C8H14;
• гептин — C7H12;
• гексин — C6H10;
• пентентин — C5H8;
• бутино — C4H6;
• пропин — C3H4;
• ацетилен — C2H2.

Весь структурный ряд алкинов имеет общую формулу — C (n) H (2 n — n).

Строение молекул

В состав молекулы любого алкина входит тройная связь, поэтому характеристики свойств этих соединений будут связаны с характеристиками тройной связи. Это сложные и разнородные отношения. Он состоит из простой облигации и двух облигаций.

Запрос. Какая из этих связей легче всего разрывается в химических реакциях? Почему?

Это означает, что, как и в случае с алкенами, в химических реакциях в первую очередь разрушается самая слабая связь. Алкины также легко вступают в химические реакции, но в отличие от алкенов большинство реакций связывания протекает в два этапа: сначала разрывается одна связь, затем — вторая. Реакции присоединения являются типичной реакцией, хотя возможны и другие типы реакций.

Физические свойства

Алкин обладает определенными физическими свойствами. Они могут находиться в разных агрегатных состояниях:

• от С2 до С4 — газ;
• С5-С16 — жидкости;
• над C17 — твердые углеводороды.

Вещества кипят при температурах намного более высоких, чем те, которые необходимы для нагрева других производных. Растворимость в воде очень низкая, хотя и выше, чем у алканов и алкенов. Но в неполярных органических жидкостях алкины легко расщепляются на атомы.

Есть несколько способов получения углеводородов, они делятся на промышленные и лабораторные. В производственных условиях используют карбидный метод, пиролиз или крекинг.

Сначала необходимо прокалить смесь кокса с оксидом кальция в электропечи, постоянно поддерживая температуру 1800-2000 градусов. В результате образуется карбид кальция, который реагирует с водой с образованием ацетилена и гидроксида.

Алкины можно получить, пропуская природный газ с кислородом через огнеупорную упаковку. Он выгорает, температура воздуха повышается и приводит к пиролизу метана. Крекинг делится на два метода: электрический и термоокислительный. В первом метан пропускается через два металлических электрода с большой скоростью при температуре 1500 градусов. А при втором способе газ выгорает, одновременно окисляясь.

В лабораторных условиях ацетилен извлекается прямым синтезом. Это исторический метод, который использовал Бертло в 1863 году. Он нагрел водород с углеродом до высокой температуры. Кекуле в 1864 году получил вещество электролизом малеата натрия и фумарата. И вы также можете дать ему реакцию дегидрогалогенирования, и лучше использовать амид натрия-аммония в качестве галогеналканового агента. В лабораториях ученые алкилируют ацетилен, а также используют группы Кучерова, Кори-Фукса, Фрича-Буттенберга-Вичелла.

Изомерия и номенклатура алкинов

Алкины характеризуются структурной изомерией: изомерией углеродного скелета и изомерией положения кратной связи. Простейшим алкином, который характеризуется структурными изомерами кратной связи класса алкинов, является бутин:

Изомерия углеродного скелета в алкинах возможна исходя из пентина:

Поскольку тройная связь предполагает линейную структуру углеродной цепи, геометрическая изомерия (цис-, транс-) для алкинов невозможна.

Наличие тройной связи в молекулах углеводородов этого класса отражается суффиксом — в, а его положение в цепи — номером атома углерода. Например:

Соединения некоторых других классов изомеры алкинов. Следовательно, гексин (алкин), гексадиен (алкадиен) и циклогексен (циклоалкен) имеют химическую формулу C6H10):

Химические особенности

Алкины реагируют с другими веществами лучше, чем алкены и алканы. Терминальные соединения, в которых тройная связь находится в конце цепи, претерпевают замены. Водород с sp-гибридизированными атомами углерода может подвергаться протонированию, в результате чего они становятся кислыми.

Основные химические свойства алкинов:

• гидрирование;
• галогенирование;
• увлажнение;
• добавление меркаптанов, хлоридов, кислот и спиртов;
• полимеризация;
• окисление.

Во время гидрирования активные никелевые или платиновые катализаторы восстанавливают алкины до состояния алканов, а процесс с гомологами ацетилена дает цис-олефины. Галогенирование происходит в две стадии, водород реагирует с хлором. Во время гидрогалогенирования на первой стадии образуется винилацетиленхлорид, а на второй — дихлорэтан. Уравнение составляется по правилу Марковникова.

При гидратации из аналогов образуются ацетальдегид и кетоны, процесс протекает по реакции Кучерова. Спирты и меркаптаны связываются с водородом под действием едкого калия и монозамещенных ацетиленов. Для уксусной кислоты требуется гетерогенный катализ, образующийся винилацетат полимеризуется. К нему присоединено цианистое вещество, образующее акрилонитрил.

Соли меди необходимы для димеризации, поэтому происходит взаимодействие с соляной кислотой. В результате получается хлоропреновый каучук, изобутилен, никель с хлоридом цинка, действующим в качестве катализатора. Для тримеризации требуется активированный уголь и температура 600 градусов, в результате чего получается бензол.

На тетрамеризацию влияют сложные соли никеля, и для окисления необходимо использовать раствор пергаманата калия и карбоновых кислот. Качественный раствор становится розовым, но обесцвечивается через несколько минут. В условиях мягкого окисления связи не разрываются. Продуктом реакции становится щавелевая кислота, но в нейтральной среде процесс можно остановить на стадии появления дикетонов. Если алкины горят, они полностью окисляются до воды и углекислого газа. Экзотермическая реакция выделяет много тепла.

Взаимодействия с веществами

Изомеры реагируют с другими веществами. Они взаимодействуют с разными солями и щелочами:

• альдегиды;
• кетоны;
• соли тяжелых металлов;
• щелочноземельные реагенты;
• металлический натрий.

Качественная реакция с солями тяжелых металлов приводит к появлению нерастворимых осадков ацетиленидов. Монозамещенные гомологи взаимодействуют с оксидами меди и хемихлоридом серебра. Первое вещество белое или бесцветное, второе — красное или желто-коричневое. Ацетилениды могут взорваться; под действием кислот они разлагаются на соли металлов и ацетилен.

Гомологи реагируют со щелочными металлами, которые получают из жидкого аммиака. Производные натрия действуют по правилам реактива Йоцича или Ревьярда, поэтому часто используются в органическом синтезе. Под легким давлением вещество взаимодействует с едким калием и кетонами, такую ​​реакцию изучал Фаворский.

Ацетилированная медь также вступает в реакцию с гомологами с образованием бутиндиола. Перегруппировка Фаворского происходит только при нагревании ацетиленов с натрием, тройная связь из центра цепи переместится в конец.

И если он изначально занимает это положение, то при реакции со спиртово-щелочным раствором переместится в центр молекулы.

Применение углеводородов

Из всех непредельных углеводородов наибольшее применение имеет ацетилен. Используется как один из основных видов химического сырья. Вещество используется для синтеза нескольких видов продуктов:

• растворители;
• пластификаторы;
• шины;
• полимеры.

Хлорирование ацетилена дает дихлорэтилен, тетрахлорэтан и трихлорэтилен, которые используются как сильные растворители. Акрилонитрил образуется в результате изомерии вещества с цианистым водородом, таким образом образуется полиакрилонитрил. Полиакриламид можно получить конденсацией ацетилена с аммиаком и диоксидом углерода. Сырьем для уретановых полимеров является тетрагидрофуран.

Поливинилхлорид получают гидрохлорированием вещества, а уксусная кислота превращает его в характерный поливинилацетат. Класс альдегидов образуется при гидратации ацетилена, что позволяет получать ацетон, уксусную кислоту и другие продукты. Синтез полимеров осуществляется с использованием винилацетилена, результата димеризации вещества. Каучуки содержат хлоропрен и бутадиен.

Ацетилен при горении выделяет тепло, его используют для сварки и резки тугоплавких металлов. В начале прошлого века использовались лампы, сырьем для которых служил карбид кальция — недорогое вещество. Их можно было увидеть на вечерних улицах, в домах, в морском и железнодорожном транспорте. Сегодня они используются туристами в качестве кемпингового снаряжения, хотя и производятся в небольших количествах.