Алкіни. Загальні та молекулярні формули алкінів, структурна ізомерія, систематична номенклатура. Хімічні властивості етину. Методи одержання етину. Застосування вуглеводнів.

1. Ацетилен, склад і будова молекули.

Вуглеводні з потрійним зв’язком між атомами карбону (СС) в молекулі називаються ацетиленовими, або алкінами. Їхня загальна формула С_nH_2n-2  

         За систематичною номенклатурою назви алкінів утворюють із назв насичених вуглеводнів з тією самою кількістю атомів карбону, замінюючи в назві суфікс –ан на –ин (-ін).

         С₂Н₆    етан                                              С₂Н₂    етин (ацетилен)

         С₃Н₈    пропан                                          С₃Н₄    пропін

Найпростішим вуглеводнем із потрійним зв’язком у молекулі є етин, або ацетилен, С₂Н₂.

Структурна формула молекули      Н–С≡С–Н

Ацетилен або етин започатковує гомологічний ряд вуглеводнів, у молекулах яких є один потрійний зв’язок.

2. Назва і структурна ізомерія алкінів.

Для алкінів властива ізомерія, зумовлена різною послідовністю сполучення атомів Карбону в молекулі, а також різним положенням в ній потрійного зв’язку.

Приклад ізомерії:

НС≡С–СН₂–СН₃                                     СН₃–С≡С–СН₃.

        бут-1-ин                                                                   бут-2-ин    

 

Назви ацетиленових вуглеводнів з розгалуженим карбоновим ланцюгом складаються в такий спосіб, як і назви етиленових вуглеводнів.

Головний ланцюг молекули алкіну, як і алкену, обирають так, щоб у ньому був кратний зв’язок. Положення потрійного зв’язку в ланцюзі вказують цифрою перед суфіксом, а замісники — на початку назви сполуки.

3. Фізичні властивості.

Фізичні властивості алкінів схожі на властивості алканів та алкенів. При звичайних умовах (С₂‑С₄) — гази, (С₅‑С₁₆) — рідини, починаючи із С₁₇ — тверді речовини. Газоподібні алкіни майже не мають запаху. Неприємний запах технічного етину (ацетилену), який використовують під час газозварювальних робіт, зумовлений домішками сірководню Н₂S, фосфіну РH₃ та деяких інших газів.

Розчинність нижчих алкінів у воді трохи вища, ніж алкенів та алканів, однак усе-таки вона дуже мала. Алкіни добре розчиняються в різних органічних розчинниках.

Температури кипіння алкінів вищі, ніж у відповідних алкенів. Так, етилен має температуру кипіння -103 °С, ацетилен кипить при -83,6 °С; пропен і пропін відповідно при -47 ^СС і -23 °С.

4. Хімічні властивості.

Алкіни як ненасичені сполуки вступають у реакції приєднання, окиснення.

Реакції приєднання. Завдяки наявності в молекулі алкіну потрійного зв’язку реакції з воднем, галогенами, галогеноводнями відбуваються у дві стадії. Спочатку молекула алкіну приєднує одну молекулу реагенту, потім — другу. Сперш у розривається один, а потім другий слабкіш ий ковалентний зв’язок.

Гідрування. У присутності каталізаторів (платини, нікелю) етин приєднує водень. На першій стадії взаємодії етину з воднем утворюється етен, а на другій — етан:

 

СН СН + Н₂ ^кат→ СН₂ = СН₂

                                                                           етен

 

 СН₂ = СН₂ + Н₂ ^кат→ СН₃ ‑ СН₃

                                                                 етан

 

Галогенування. Приєднання галогенів до алкінів відбувається теж постадійно, але повільніше, ніж у відповідних їм алкенів.

Алкіни, як і алкени, знебарвлюють бромну воду. Вам відомо, що ця реакція є якісною на кратний зв’язок. Етин взаємодіє з бромом у дві стадії

                               Br      Br

                                |         |

СН  СН + Br₂ → СН = СН

                           1,2-диброметен

 

 

Br      Br                  Br      Br

 |         |                     |         | 

СН = СН  + Br₂ → СН – СН

                                 |        | 

                                Br      Br

                            1,1,2,2-тетраброметан

 

Аналогічно відбувається приєднання хлору до алкінів.

Реакції з галогеноводнями.

 

Реакція приєднання Гідроген броміду до етину теж відбувається у дві стадії.

СН  СН + HBr → СН₂ = СНBr

                                       брометен

 

СН₂ = СНBr+ HBr → СН₃ – СНBr₂

                                   1,1-диброметан

 

Зверніть увагу! В обох стадіях атоми галогену приєднуються до одного й того самого атома Карбону.

Приєднання Гідроген хлориду до етину (за нагрівання й наявності каталізатора) знайшло широке промислове використання у виробництві хлороетену (вінілхлориду):

                                                      k, t

                                       НС≡СН + HCl   →   H₂C=CHCl.

                                                                        хлороетен, або вінілхлорид

Ця реакція має практичне значення, оскільки її продукт хлороетен (вінілхлорид) є вихідною речовиною (мономером) у виробництві полівінілхлориду (ПВХ), з якого виготовляють водостійкі покриття, клейонку, плащі від дощу (дощовики). Виготовлена з полівінілхлориду харчова стретч-плівка використовується як пакувальний матеріал. Широке використання ця плівка здобула завдяки своїм якостям — прозорості, відсутності конденсату, стійкості до перепаду температур.

Друга стадія відбувається без каталізатора:

СН₂=СНCl + НСl → СН₃–СНCl₂.

                                          1,1-дихлороетан

 

Гідратація (реакція Кучерова). У присутності каталізатора (розчинних солей Меркурію Нg²⁺) етин приєднує воду.

                                                  О

                                                //

СН  СН + H₂О ^кат→ СН₃–С

                                                \

                                                 Н

                                          Етаналь

 

Реакції окиснення.

Окиснення розчином калій перманганату. Етин і його гомологи окиснюються калій перманганатом з утворенням карбонових кислот:

СН = СН + [О] + Н₂О → СН₃–СООН.

Знебарвлення розчину калій перманганату — якісна реакція на алкіни.

Повне окиснення (горіння). З 9 класу вам відомо, що етин — легкозаймиста речовина, продуктами горіння яко ї є вуглекислий газ і вода, а температура горіння етину в кисні досягає близько 3200°С. Тому ацетиленово-кисневе полум’я використовують для різання і зварювання металів.

2С₂Н₂ + 5О₂ → 4СО₂ + 2Н₂О

Газозварювальник, так зветься ця професія, користується етином й киснем, що у стисненому стані містяться в сталевих балонах.

 

Реакція тримеризація

 

3С₂Н₂ ^кат→ ^t° С₆Н₆

                     бензен

 

5. Добування та застосування ацетилену.

Ацетилен у промисловості і в лабораторії добувають з карбіду кальцію при взаємодії останнього з водою:

         СаС₂ + 2Н₂О → Са(ОН)₂ + С₂Н₂

 

         У великих кількостях його добувають з метану:

         2СН₄ → С₂Н₂  + 3Н₂

        

Ацетилен застосовується як вихідна речовина для багатьох промислових хімічних синтезів. З нього добувають оцтову кислоту, синтетичний каучук, полівінілхлоридні смоли. Тетрахлоретан (продукт приєднання хлору до ацетилену) добрий розчинник жирів і багатьох органічних сполук і, що дуже важливо, він безпечний у пожежному відношенні. Ацетилен використовують для автогенного зварювання металів.