Пятница22 июня
Образование

Алкины: получение, применение, свойства

21 января 2018

Сегодня алкины имеют немаловажное значение в различных сферах деятельности человека. Но и столетие назад получение большинства органических соединений начиналось именно с ацетилена. Длилось это до тех пор, пока основным источником сырья для химического синтеза не стала нефть.

Из этого класса соединений в современном мире получают всевозможные пластмассы, каучуки, синтетические волокна. В больших объемах из ацетилена производят уксусную кислоту. Автогенная сварка является важным этапом машиностроения, возведения зданий и сооружений, прокладывания коммуникаций. Всем известный клей ПВА получают из ацетилена с промежуточной стадией образования винилацетата. Также он является отправной точкой в синтезе этанола, используемого в качестве растворителя и для парфюмерной промышленности.

пластиковые трубы

Алкины представляют собой углеводороды, в молекулах которых содержится тройная углерод-углеродная связь. Их общая химическая формула - СnН2n-2. Простейший алкин в соответствии с правилами систематической номенклатуры называется этином, но более распространено его тривиальное название - ацетилен.

Природа связи и физические свойства

Ацетилен имеет линейное строение, причем все связи в нем намного короче, чем в этилене. Объясняется это тем, что для образования σ-связи используются sp-гибридные орбитали. Образуется тройная связь из одной σ-связи и двух π-связей. Пространство между атомами углерода имеет высокую электронную плотность, которая стягивает их ядра с положительным зарядом и увеличивает энергию разрыва тройной связи.

Н―С≡С―Н

В гомологическом ряду ацетилена первые два вещества являются газами, следующие соединения, содержащие от 4 до 16 атомов углерода - жидкости, а далее идут алкины в твердом агрегатном состоянии. По мере возрастания молекулярной массы увеличиваются температуры плавления и кипения ацетиленовых углеводородов.

структура ацетилена

Получение алкинов из карбида

Этот метод нередко используют в промышленности. Ацетилен образуется при смешивании карбида кальция и воды:

СаС2 + 2Н20 → ΗС≡СΗ + Са(ОΗ)2

При этом наблюдается выделение пузырьков получаемого газа. В ходе реакции можно ощутить специфический запах, но он не имеет отношения к ацетилену. Причиной его являются примеси Ca3P2 и CaS в карбиде. Ацетилен также получают по аналогичной реакции из карбидов бария и стронция (SrC2, ВаС2). А из карбида магния можно получить пропилен:

MgC2 + 4Н2О → СН3―С≡СН + 2Mg(ОН)2

Видео по теме

Синтез ацетилена

Эти методы не годятся для других алкинов. Получение ацетилена из простых веществ возможно при температуре выше 3000 °С по реакции:

2С + Н2 → НС≡СН

Фактически реакция осуществляется в электрической дуге меж угольных электродов в атмосфере водорода.

Однако этот способ имеет только научное значение. В промышленности же ацетилен часто получают пиролизом метана или этана:

2СН4 → НС≡СН + 3Н2

СΗ3―СΗ3 → СΗ≡СΗ + 2Н2

Пиролиз обычно проводят при очень высоких температурах. Так, метан нагревают до 1500 °С. Специфичность этого способа получения алкина заключается в необходимости быстрого охлаждения продуктов реакции. Это связано с тем, что при таких температурах ацетилен сам может распадаться на водород и углерод.

химический реактор

Получение алкинов дегидрогалогенированием

Как правило, проводится реакция отщепления двух молекул HBr или HCl от дигалогеналканов. Обязательным условием является связанность галогена либо с соседними атомами углерода, либо с одним и тем же. Если не отражать промежуточных продуктов, реакция примет вид:

СΗ3―CHBr―СΗ2Br → СΗ3―С≡СΗ + 2HBr

СΗ3―СΗ2―CBr2―СΗ3 → СΗ3―С≡С―СН3 + 2НВ

Этим способом возможно получение алкинов из алкенов, но предварительно их галогенируют:

СΗ3―СΗ2―СΗ=СΗ2 + Br2 → СΗ3―СΗ2―CHBr―СΗ2Br → СΗ3―СΗ2―С≡СΗ + 2HBr

Удлинение цепи

Этот способ может одновременно продемонстрировать получение и применение алкинов, поскольку исходным веществом и продуктом этой реакции являются гомологи ацетилена. Осуществляется по схеме:

R―С≡С―Η → R―С≡С―Μ + R’―Х → R―С≡С―R’ + ΜХ

Промежуточной стадией является синтез солей алкинов - ацетиленидов металлов. Чтобы получить ацетиленид натрия, на этин нужно подействовать металлическим натрием или его амидом:

НС≡СН + NaNH2 → НС=С―Na + NH3

Чтобы образовался алкин, полученная соль должна прореагировать с галогеналканом:

НС≡С―Na + Br―СΗ2―СΗ3 → СΗ3―С≡С―СΗ2―СΗ3 + NaBr

НС≡С―Na + Cl―СΗ3 → СΗ3―С≡С―СΗ3 + NaCl

Способы получения алкинов не исчерпываются данным перечнем, однако именно приведенные выше реакции имеют наибольшее производственное и теоретическое значение.

напольное покрытие

Реакции электрофильного присоединения

Химические свойства ацетиленовых углеводородов объясняются наличием π-электронной плотности тройной связи, которая подвергается действию электрофильных частиц. Из-за того что связь С≡С очень короткая, этим частицам сложнее взаимодействовать с алкинами, чем в аналогичных реакциях алкенов. Этим объясняется и меньшая скорость присоединения.

Галогенирование. Присоединение галогенов происходит в две стадии. На первом этапе образуется дигалогензамещенный алкен, а затем тетрагалогензамещенный алкан. Так, при бромировании ацетилена получается 1,1,2,2-тетрабромэтан:

СΗ≡СΗ + Br2 → CHBr=CHBr

CHBr=CHBr + Br2 → CHBr2―CHBr2

Гидрогалогенирование. Протекание данных реакций подчиняется правилу Марковникова. Чаще всего конечный продукт реакции имеет два атома галогена, соединенных с одним и тем же углеродом:

СΗ3―С≡СΗ + HBr → СΗ3―CBr=СΗ2

СΗ3―CBr=СΗ2 + HBr → СΗ3―CBr2―СΗ3

То же касается и алкенов с неконцевой тройной связью:

СΗ3―СΗ2―С≡С―СΗ3 + HBr → СΗ3―СΗ2―CBr=СΗ―СΗ3

СΗ3―СΗ2―CBr=СΗ―СΗ3 + HBr → СΗ3―СΗ2―CBr2―СΗ2―СΗ3

Фактически в реакциях подобных алкинов получение чистых веществ возможно не всегда, поскольку параллельно идет реакция, в которой присоединение галогена осуществляется к другому атому углерода при тройной связи:

СΗ3―СΗ2―С≡С―СΗ3 + HBr → СН3―СΗ2―СΗ2―CBr2―СΗ3

В данном примере получается смесь из 2.2-дибромпентана и 3,3-дибромпентана.

Гидратация. Это очень важное химическое свойство алкинов. И получение в ее ходе различных карбонильных соединений имеет большое значение в химической промышленности. Реакция носит имя своего открывателя, российского химика М. Г. Кучерова. Присоединение воды возможно в присутствии H2SO4 и HgSO4.

Из ацетилена получают уксусный альдегид:

ΗС≡СΗ + Η2О → СΗ3―СОΗ

Гомологи ацетилена участвуют в реакции с образованием кетонов, поскольку присоединение воды идет подчиняясь правилу Марковникова:

СΗ3―С≡СΗ + Η2О → СΗ3―СО―СΗ3

Кислотные свойства алкинов

Ацетиленовые углеводороды с тройной связью на конце цепи способны отщеплять протон под влиянием сильных окислителей, например щелочей. Получение натриевых солей алкинов уже рассматривалось выше.

Ацетилениды серебра и меди широко применяют для выделения алкинов из смеси с другими углеводородами. В основе этого процесса лежит их способность выпадать в осадок во время пропускания алкина сквозь аммиачный раствор оксида серебра или хлорида меди:

СН≡СН + 2Ag(NH3)2ОН → Ag―С≡С―Ag + NH3 + 2Н2О

R―С≡СН + Cu(NH3)2ОН → R―С≡С―Cu + 2NH3 + Н2О

перманганат калия

Реакция окисления и восстановления. Горение

Алкины легко поддаются окислению раствором перманганата калия, при этом происходит его обесцвечивание. Одновременно с разрушением тройной связи идет образование карбоновых кислот:

R―С≡С―R’ → R―СООН + R’―СООН

Восстановление алкинов идет путем последовательного присоединения двух молекул водорода в присутствии платины, палладия или никеля:

СΗ3―С≡СΗ + Η2 → СΗ3―СΗ=СΗ2

СΗ3―СΗ―СΗ2 + Η2 → СΗ3―СΗ2―СΗ3

Применение ацетилена также связано с его способностью выделять огромное количество теплоты при горении:

2Η2 + 5О2 → 4СО2 + 2Η2О + 1309,6 кДж/моль

Получаемой при этом температуры хватает для расплавления металлов, что и используется в ацетиленовой сварке и резке металлов.

ацетиленовая резка металла

Полимеризация

Не менее важно свойство ацетилена в особых условиях образовывать ди-, три- и полимеры. Так, в водном растворе хлоридов меди и аммония образуется димер – винилацетилен:

ΗС≡СΗ + ΗС≡СΗ → Η2С=СΗ―С≡СΗ

Который, в свою очередь, вступая в реакции гидрохлорирования, образует хлоропрен – сырье для искусственного каучука.

При температуре 600 °С над активированным углем ацетилен тримеризуется с образованием не менее ценного соединения – бензола:

2Н2 → С6Н6

каучуковые трубки

По результатам последнего времени объемы применения алкинов несколько снизились за счет замещения их нефтепродуктами, однако во многих отраслях они также продолжают занимать лидирующие позиции. Таким образом, ацетилен и прочие алкины, свойства, применение и получение которых подробно рассмотрены нами выше, еще долгое время будут важным звеном не только в научных исследованиях, но и в жизни простых людей.

Источник: fb.ru
Комментарии
Ваше имя:
Комментарий:
Введите символы: *
captcha
Обновить

Похожие материалы
Сурик железный: получение, применение, свойства Домашний уют
Сурик железный: получение, применение, свойства

Для защиты некоторых элементов строительных конструкций от коррозии используются специальные вещества. Благодаря их свойствам улучшается декоративность и санитарно-гигиенические качества строения. К одному из таких со...

Химические свойства алкинов. Строение, получение, применение Образование
Химические свойства алкинов. Строение, получение, применение

Алканы, алкены, алкины - это органические химические вещества. Все они построены из таких химических элементов, как карбон и гидроген. Алканы, алкены, алкины - это химические соединения, которые принадлежат к группе у...

Сульфат железа: физико-химические свойства, получение, применение Бизнес
Сульфат железа: физико-химические свойства, получение, применение

Сульфат железа – химическое соединение, чрезвычайно распространенное в природе и широко используемое в различных сферах хозяйственной деятельности. Существуют двух- и трехвалентная модификации этого вещества. Пе...

Галогенопроизводные углеводороды: получение, химические свойства, применение Образование
Галогенопроизводные углеводороды: получение, химические свойства, применение

Углеводороды - очень большой класс соединений, относящихся к органическим. Они включают в себя несколько основных групп веществ, среди которых практически каждое находит широкое применение в промышленности, быту, прир...

Первый представитель алкенов — этилен. Физические свойства, получение, применение этилена Образование
Первый представитель алкенов — этилен. Физические свойства, получение, применение этилена

Яркий представитель непредельных углеводородов — этен (этилен). Физические свойства: бесцветный горючий газ, взрывоопасный в смеси с кислородом и воздухом. В значительных количествах этилен получают из нефти для...

Магний оксид: свойства, получение, применение Образование
Магний оксид: свойства, получение, применение

Магний оксид нередко называют еще жженой магнезией или просто окисью магния. Это вещество представляет легкий и мелкий кристаллический белый порошок. В природе магний оксид встречается в виде минерала периклаза. В пищ...

Натрий гипохлорит: свойства, получение, применение Образование
Натрий гипохлорит: свойства, получение, применение

Вы зашли в магазин, чтобы купить отбеливатель для одежды. На прилавках стоят бутылочки различных цветов и размеров, но рука инстинктивно берет емкость с "Белизной" - пожалуй, самым популярным отбеливателем среди домох...

Оксид азота (I, II, III, IV, V): свойства, получение, применение Образование
Оксид азота (I, II, III, IV, V): свойства, получение, применение

ВведениеЕсли внимательно взглянуть на азот в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, то можно заметить, что он имеет переменную валентность. Это значит, что азот образует с...

Пальмитиновая кислота. Свойства, получение, применение Образование
Пальмитиновая кислота. Свойства, получение, применение

Пальмитиновая кислота (другое название – гексадекановая) – это насыщенная одноосновная карбоновая (жирная) кислота. Наиболее распространена в природе. Впервые это вещество нашли в пальмовом масле. Эфиры и ...

Фенолформальдегидная смола. Получение и применение. Свойства Образование
Фенолформальдегидная смола. Получение и применение. Свойства

Фенолформальдегидная смола – это смола синтетического происхождения, имеющая свойства термореактопластов или реактопластов. Такие смолы являются олигомерными или жидкими веществами, полученными посредством полик...