Сначала изучите: Непредельные углеводороды
Алкины — ациклические непредельные углеводороды, в молекуле которых есть одна тройная связь C≡C. Тройная связь состоит из одной σ- и двух π-связей, поэтому алкины, как и алкены, вступают в реакции присоединения, но в две стадии: сначала образуется продукт с двойной связью, затем предельный продукт. Кроме того, водород при тройной связи на конце цепи проявляет слабые кислотные свойства — это важное свойство, отличающее алкины от алкенов. Первый член ряда, ацетилен, используется в пламени для сварки и резки металлов (выше 3000 °C) и служит сырьём для получения уксусного альдегида, бензола, винилхлорида (ПВХ), синтетического каучука.
Общая формула CₙH₂ₙ₋₂ (n ≥ 2); M = 14n − 2
Углерод при тройной связи в состоянии sp-гибридизации, валентный угол 180°, фрагмент C–C≡C–C линейный
При образовании тройной связи у каждого атома углерода гибридизуются одна s- и одна p-орбиталь; две негибридные p-орбитали образуют две взаимно перпендикулярные π-связи. Длина связи C≡C 0,120 нм — короче двойной (0,134 нм) и одинарной (0,154 нм), а энергия наибольшая. Но π-связи слабее σ-связи, поэтому алкины легко вступают в реакции присоединения.
В sp-гибридной орбитали доля s-характера 50 %, в sp² — 33 %, в sp³ — 25 %. Чем больше доля s-характера, тем ближе электроны к ядру и тем выше электроотрицательность углерода. Поэтому электронная плотность связи ≡C–H смещена к углероду, а водород может отщепляться в виде протона — ацетилен проявляет слабые кислотные свойства.
При названии суффикс -ан в названии алкана заменяют на -ин: этин (ацетилен) C₂H₂, пропин C₃H₄, бутин-1 CH≡C–CH₂–CH₃ и бутин-2 CH₃–C≡C–CH₃ (C₄H₆). Цепь нумеруют с того конца, при котором тройная связь получает наименьший номер.
Виды изомерии:
Так как фрагмент тройной связи линейный, геометрической (цис-транс) изомерии у алкинов нет.
Физические свойства: C₂–C₄ — газы, C₅–C₁₆ — жидкости, высшие — твёрдые. Чистый ацетилен — бесцветный газ почти без запаха; неприятный запах технического ацетилена из карбида объясняется примесями (фосфин, сероводород). Ацетилен образует с воздухом взрывчатые смеси, поэтому в баллонах его хранят растворённым в ацетоне.
C₂H₂ + H₂O → CH₃CHO (уксусный альдегид); из других алкинов — кетоны: CH≡C–CH₃ + H₂O → CH₃–CO–CH₃ (ацетон)
На полное насыщение 2,7 г алкина израсходовано 2,24 л водорода (н.у.). Найдите формулу алкина.
Если тройная связь находится на конце цепи (R–C≡CH), концевой водород замещается на металл:
HC≡CH + 2[Ag(NH₃)₂]OH → AgC≡CAg↓ + 4NH₃ + 2H₂O (ацетиленид серебра, бело-желтоватый осадок)
HC≡CH + 2[Cu(NH₃)₂]Cl → CuC≡CCu↓ + 2NH₄Cl + 2NH₃ (ацетиленид меди(I), красно-бурый осадок)
2HC≡CH + 2Na → 2HC≡CNa + H₂ (при избытке натрия — NaC≡CNa)
У бутина-2 (CH₃–C≡C–CH₃) концевого водорода нет, поэтому он в такую реакцию не вступает — так его отличают от бутина-1. С алкенами эта реакция тоже не идёт, поэтому её используют для количественного определения концевого алкина в смеси. Сухие ацетилениды взрываются при ударе.
Карбидный способ: CaC₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + C₂H₂↑; сам карбид получают в электропечи: CaO + 3C → CaC₂ + CO
Пиролиз метана: 2CH₄ → C₂H₂ + 3H₂ (1500 °C, очень короткое время)
Действие спиртовой щёлочи на дигалогеналканы: CH₂Br–CH₂Br + 2KOH → C₂H₂ + 2KBr + 2H₂O
Удлинение цепи алкилированием ацетиленидов: HC≡CNa + CH₃Br → HC≡C–CH₃ + NaBr
При получении алкина из дигалогеналкана отщепляются две молекулы галогеноводорода, поэтому нужно 2 моль щёлочи.
Сколько граммов технического карбида (80 % CaC₂) нужно для получения 11,2 л ацетилена (н.у.)?
На экзамене алкины часто даются в составе смеси: концевой алкин даёт осадок с аммиачным раствором оксида серебра, а алкан не реагирует; бромная вода поглощает алкен и алкин, но не алкан.
Смесь пропина и пропана (4,48 л, н.у.) пропустили через аммиачный раствор оксида серебра, выпало 14,7 г осадка. Найдите объёмную долю пропана.
Применение: ацетилен-кислородное пламя — для сварки и резки металлов; из ацетилена получают винилхлорид и ПВХ, уксусный альдегид и уксусную кислоту, акрилонитрил, хлоропреновый каучук. Алкины — связующее звено при переходе к алкенам, ароматическим углеводородам и карбонильным соединениям.