Алкини: производство, приложение, свойства

Днес алкините нямат никакво значение в различните сфери на човешката дейност. Но дори преди един век производството на повечето органични съединения започва с ацетилен. Това продължило, докато основният източник на суровини за химически синтез не стана нефт.

От този клас съединения в съвременния свят получават всички видове пластмаси, гуми, синтетични влакна. Оцетната киселина се произвежда в големи количества от ацетилен. Автогенното заваряване е важен етап в машиностроенето, изграждането на сгради и съоръжения и полагането на комуникации. Всички известни PVA лепила се получават от ацетилен с междинен етап на образуване на винил ацетат. Той също така е отправна точка за синтеза на етанол, използван като разтворител, и за парфюмерийната промишленост.

Алкините са въглеводороди, чиито молекули съдържат тройна връзка въглерод-въглерод. Общата им химична формула е C_пН_2n-2. Най-простият алкин в съответствие с правилата систематична номенклатура наречен етин, но по-често срещано е неговото тривиално име - ацетилен.

Характерът на връзката и физическите свойства

Ацетиленът има линейна структура и всички връзки в него са много по-къси, отколкото в етилена. Това се обяснява с факта, че за образованието sigma-връзки се използват sp-хибридни орбитали. Тройна връзка се формира от една sigma - връзка и две пи - ограничения. Пространството между въглеродните атоми има висока електронна плътност, която кондензира техните ядра с положителен заряд и увеличава енергията на трите скъсвания на връзките.

Sequiv-Н-С-Н

В хомоложната серия ацетилен първите две вещества са газове, следните съединения, съдържащи 4 до 16 въглеродни атома - течността, а след това и алкините в твърдо агрегатно състояние. Тъй като молекулното тегло нараства, температурите на топене и кипене на ацетиленовите въглеводороди се увеличават.

Приготвяне на алкини от карбид

Този метод често се използва в индустрията. Ацетиленът се образува чрез смесване на калциев карбид и вода:

CAC₂ + 2H₂0 → Ета-Сequiv-СЕта- + Ca (Оета-)₂

В този случай мехурчетата на произвеждания газ се разделят. По време на реакцията можете да почувствате специфична миризма, но няма нищо общо с ацетилена. Причината за това е Ка₃P₂ и CaS в карбида. Ацетиленът също се получава чрез подобна реакция от бариев и стронциев карбид (SrC₂, ви₂). И от магнезиев карбид е възможно да се получи пропилей:

MGC₂ + 4Н₂О → СН₃-Секвив-СН + 2Мд (ОН)₂

Синтез на ацетилен

Тези методи не са подходящи за други алкини. Получаването на ацетилен от прости вещества е възможно при температури над 3000 ° C според реакцията:

2С + Н₂ → NSequiv-CH

Всъщност, реакцията се осъществява в електрическата дъга на междуелектродните електроди в атмосфера на водород.

Този метод обаче има само научно значение. В промишлеността ацетиленът често се получава при пиролиза на метан или етан:

2CH₄ → HCequiv-CH + 3H₂

SEta-₃-SEta-₃ → Сета-еквив-СЕта- + 2Н₂

Пиролизата обикновено се извършва при много високи температури. Така метанът се загрява до 1500 ° С. Специфичността на този метод за производството на алкин е необходимостта от бързо охлаждане на реакционните продукти. Това се дължи на факта, че при такива температури самият ацетилен може да се разпадне на водород и въглерод.

Производство на алкини чрез дехидрохалогениране

Като правило се провежда реакцията на разцепване на две молекули на HBr или HCl от дихалоалкани. Предпоставка е, че халогенът е свързан или със съседни въглеродни атоми, или със същите. Ако не отразявате междинните продукти, реакцията е под формата на:

SEta-₃-CHBr-SEta-₂Br → CE-₃-Sequiv-CeA- + 2HBr

SEta-₃-SEta-₂-СВгз₂-SEta-₃ → СЕта-₃-Sequiv-C-CH₃ + 2NV

По този начин е възможно да се приготвят алкини от алкени, но първо се халогенират:

SEta-₃-SEta-₂-Ceta- = Cea-₂ + Br₂ → СЕта-₃-SEta-₂-CHBr-SEta-₂Br → CE-₃-SEta-₂-Sequiv-CeA- + 2HBr

Удължаване на веригата

Този процес може едновременно да демонстрира производството и използването на алкини, тъй като изходният материал и продуктът от тази реакция са ацетиленови хомолози. Извършва се по схемата:

R-Cequiv-С-Ета-> R-Cequiv-C-Mu- + Rrsquo-X → R-Cequiv-C- Mu-Х

Междинният етап е синтезата на солите на алкините - ацетилидите на металите. За да се получи натриев ацетилид, е необходимо да се действа с етилен с метален натрий или неговия амид:

HCequiv-CH + NaNH₂ → HC = C-Na + NH₃

За да се образува алкин, получената сол трябва да реагира с халоалкан:

HCequiv-C-Na + Br-CeA-₂-SEta-₃ → СЕта-₃-Sequiv-C-SEta-₂-SEta-₃ + NaBr

HCequiv-C-Na + Cl-CeA-₃ → СЕта-₃-Sequiv-C-SEta-₃ + NaCl

Методите за производство на алкини не са изчерпани от този списък, но реакциите, изброени по-горе, имат най-голямо производствено и теоретично значение.

Реакции на електрофоилно ​​прибавяне

Химичните свойства на ацетиленовите въглеводороди се обясняват с наличието на pi е електронната плътност на тройната връзка, която е подложена на действието на електрофилни частици. Тъй като Cequiv-C връзката е много кратка, за тези частици е по-трудно да взаимодействат с алкините, отколкото при подобни реакции на алкени. Това обяснява по-ниската степен на добавяне.

Халогени. Добавянето на халогени се извършва на два етапа. В първия етап се образува дихалоген-заместен алкен, последвано от тетрахалоген-заместен алкан. По този начин, с бромирането на ацетилен се получава 1,1,2,2-тетрабромоетан:

Seta-екв-SEta- + Br₂ = CHBr = CHBr

CHBr = CHBr + Br₂ → CHBr₂-CHBr₂

Gidrogalogenirovanie. Потокът от тези реакции се подчинява правило Марковков. Най-често крайният реакционен продукт има два халогенни атома, свързани към един и същ въглерод:

SEta-₃-Sequiv-CeA- + HBr → CEA-₃-CBr = CeA-₂

SEta-₃-CBr = CeA-₂ + HBr → CEA-₃-СВгз₂-SEta-₃

Същото важи за алкени с не терминална тройна връзка:

SEta-₃-SEta-₂-Sequiv-C-SEta-₃ + HBr → CEA-₃-SEta-₂-CBr = Ce-CeA-₃

SEta-₃-SEta-₂-CBr = Ce-CeA-₃ + HBr → CEA-₃-SEta-₂-СВгз₂-SEta-₂-SEta-₃

В действителност при реакциите на такива алкини производството на чисти вещества не винаги е възможно, тъй като паралелно има реакция, при която добавянето на халоген се извършва към друг въглероден атом с тройна връзка:

SEta-₃-SEta-₂-Sequiv-C-SEta-₃ + HBr → CH₃-SEta-₂-SEta-₂-СВгз₂-SEta-₃

В този пример се получава смес от 2,2-дибромпентан и 3,3-дибромпентан.

Хидратация. Това е много важно химическото свойство на алкините. А получаването на различни карбонилни съединения в неговия ход е от голямо значение в химическата промишленост. Реакцията носи името на откривателя му - руският химик М.Г. Кучеров. Добавянето на вода е възможно в присъствието на H2SO4 и HgS04.

Оцетен алдехид се получава от ацетилен:

Ета-Сequiv-СЕта- + Eta-₂О → СЕта-₃-SOΗ

Хомолози на ацетилен участват в реакцията с образуването на кетони, тъй като добавянето на вода следва правилото на Марковиков:

SEta-₃-Sequiv-CEta- + Eta-₂О → СЕта-₃CO-SEta-₃

Киселинни свойства на алкините

Ацетиленовите въглеводороди с тройна връзка в края на веригата са способни да разцепват протон под въздействието на силни окислители, например алкали. Получаването на натриеви соли на алкини вече е обсъдено по-горе.

Ацетилидите от сребро и мед се използват широко за отделяне на алкините от сместа с други въглеводороди. Този процес се основава на способността им да се утаяват по време на преминаването на алкина през амонячен разтвор на сребърен оксид или меден хлорид:

CHequiv-CH + 2Ag (NH₃)₂OH -> Ag-Cequiv-C-Ag + NH₃ + 2H₂ох

R-Cequiv-CH + Cu (NH₃)₂OH-R-Cequiv-C-Cu + 2NH₃ + Н₂ох

Окисляване и редукция. изгаряне

Алкините лесно се окисляват разтвор на калиев перманганат, докато настъпва обезцветяване. Едновременно с разрушаването на тройната връзка, образуването на карбоксилни киселини протича:

R-Cequiv-C-Rsv-> R-COOH + Rrsquo-COOH

Редукцията на алкините протича чрез последователно добавяне на две водородни молекули в присъствието на платина, паладий или никел:

SEta-₃-Sequiv-CEta- + Eta-₂ → СЕта-₃-Ceta- = Cea-₂

SEta-₃-SEta - SEta-₂ + Eta-₂ → СЕта-₃-SEta-₂-SEta-₃

Използването на ацетилен се свързва и с неговата способност да отделя огромно количество топлина по време на горенето:

2С₂Eta-₂ + 5О₂ → 4CO₂ + 2Eta-₂О + 1309.6 kJ / mol

Получената температура е достатъчна за разтопяване на металите, които се използват при ацетиленово заваряване и метално рязане.

полимеризация

Не по-малко важно е свойството на ацетилена при специални условия за образуване на ди-, три- и полимери. Така във воден разтвор на мед и амониев хлорид се образува димер-винилацетилен:

Ета-Сequiv-СЕта- + Ета-Сequiv-СЕта- → Eta-₂C = CeA-Cequiv-CH

Което, от своя страна, влизайки в реакцията на хидрохлориране, образува хлоропрен - суровина за изкуствен каучук.

При температура 600 ° С над активен въглен ацетиленът се тримеризира до получаване на еднакво ценно съединение - бензол:

3C₂Н₂ → C₆Н₆

Тъй като последният път броя на молбите, алкин леко е намалял в резултат на замяната на петролни продукти, но в много области и те да продължат да заемат водеща позиция. По този начин, ацетилен и други алкини, имоти, кандидатстване и получаване на която се обсъждат подробно над нас, дълго време ще бъде важен елемент, не само в областта на изследванията, но и в живота на обикновените хора.