Алкины

Общая характеристика

Строение

Алкины имеют sp-гибридизацию, поскольку атомы углерода, связанные тройной связью, разделяют три электрона с соседним атомом. Одна из sp-орбиталей перекрывается с орбиталей атома водорода, другая - с соседней sp-орбиталью углерода, образуя одну σ-связь и две перпендикулярные π-связи.

Физические свойства

Из-за низкой полярности, алкены нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях, таких как эфир, бензол и тетрахлорметан. В остальном, физические свойства схожи с физическими свойствами алканов и алкенов: температура кипения соответствует температуре кипения алканов и алкенов с равным количеством углеродов. Плотность алкинов чуть выше плотности соответствующих алканов, но меньше чем плотность воды.

Реакции

Гидрирование

Присоединение газообразного водорода происходит с катализаторами Pt, Pd или Ni. В результате реакции образуются алканы. Что бы получить алкены , используют катализатор Линдлара. Катализатор Линдлара - это палладий, нанесённый на карбонат кальция и обработанный солью свинца или серы. С катализатором Линдлара образуются только цис-алкены (Z). Ещё один способ - порошок натрия в жидком аммиаке, в результате образуются алкены транс.

Гидрирование в алканы

В присутствии катализатора Pt, Pd или Ni:
CH₃-C≡C-CH₃ (2-бутин) + H₂ → CH₃-CH₂-CH₂-CH₃ (бутан)

Гидрирование в алкены

В присутствии катализатора Линдлара:
CH₃-C≡C-CH₃ (2-бутин) + H₂ → CH₃-CH=CH-CH₃ (цис-2-бутен)

Гидрирование в аммиаке с натрием

В присутствии жидкого аммиака и натрия:
CH₃-C≡C-CH₃ → CH₃-C^•=C^••Na-CH₃ → CH₃-C^•=CH-CH₃ → CH₃-C^••Na=CH-CH₃ → CH₃-CH=CH-CH₃ (транс-2-бутен)

Галогенирование

Реакция галогенирования алкинов происходит в два этапа: сначала образуется дигалогеналкен, который, в свою очередь, реагируя с избытком галогенов образует тетрагалогеналкан.

CH≡CH + Br₂ (ацетилен) → CHBr=CHBr + Br₂ (дибромэтен) → CHBr₂-CHBr₂ (тетрабромэтан)

Присоединение галогенводородов

Галогенводороды легко присоединяются к тройной связи, формируя галогеналкилы. Галогенводороды смешивают с уксусной кислотой, либо напрямую, в газообразном состоянии, смешивают. Для рассмотрения механизма реакции, необходимо иметь знать правило Марковникова.

Механизм реакции присоединения галогенводородов такой же, как и у алкенов: происходит гомолитический разрыв связи в молекуле галогенводорода, образовывается протон и анион галогена. Протон присоединяется к алкину образуя карбкатион, такая реакция является эндотермической и имеет высокий уровень энергии активации, поэтому реакция происходит медленно. Образованный карбкатион очень реактивен, поэтому легко связывается с галогеном, энергия активации низкая, поэтому этот этап не тормозит реакцию.

Полимеризация

Полимеризация алкинов происходит в присутствии катализатора, которым может быть водный раствор CuCl₂ и NH₄Cl. В результате реакции образуется винилацетилен, который обладает высокой реакционной способностью. При пропускании ацетилена над активированным углем при температуре 600 °С образуется бензол.

Получение

Алкины очень редко встречаются в природе, но были обнаружены в атмосфере Урана, Юпитера и Сатурна. В промышленности используют несколько способов получения, например, прокаливанием в печах смеси оксида кальция с коксом при температуре 1800—2000°С, с последующей обработкой водой. Другой способ - пиролиз метана. В лаборатории, как правило, получают гидролизом карбида кальция.

Применение алкинов

Ввиду малой распространённости алкинов на земле, широкое применение нашёл только ацетилен, из которого синтезируют:

• растворители тетрахлорэтан и трихлорэтилен
• хлоропреновые, бутадиеновые и синтетические каучуки
• полиакриламид, который используют для очистки питьевой воды
• уретановые полимеры (основа - тетрагидрофуран)
• Пластик ПВХ
• Клей ПВА
• ацетальдегид, из которого синтезируют уксусную кислоту, бутадиен и другие вещества

Номенклатура