Alkines: producție, aplicare, proprietăți

Astăzi, alchinii nu au o importanță mică în diferite sfere ale activității umane. Dar chiar acum un secol, producția celor mai mulți compuși organici a început cu acetilenă. Acest lucru a durat până când principala sursă de materii prime pentru sinteza chimică nu a devenit petrol.

Din această clasă de compuși din lumea modernă primesc tot felul de materiale plastice, cauciucuri, fibre sintetice. Acidul acetic este produs în cantități mari din acetilenă. Sudarea automată este o etapă importantă în construcția de mașini, în construcția de clădiri și structuri și în stabilirea comunicațiilor. Toate adezivul PVA cunoscut este obținut din acetilenă cu o etapă intermediară de formare a acetatului de vinii. Este, de asemenea, un punct de plecare în sinteza etanolului, utilizat ca solvent și pentru industria parfumurilor.

Alcinele sunt hidrocarburi ale căror molecule conțin o legătură triplă carbon-carbon. Formula lor chimică generală este C_nH_{-2n 2}. Cea mai simplă alchină, în conformitate cu regulile nomenclatura sistematică numită etină, dar mai des întâlnită este denumirea trivială - acetilenă.

Natura legăturii și proprietățile fizice

Acetilena are o structură liniară și toate legăturile din ea sunt mult mai scurte decât în ​​etilenă. Acest lucru se explică prin faptul că pentru educație sigma-link-uri sunt folosite orbitale sp-hibride. Se formează o legătură triplă de la una sigma - conexiune și două pi - constrângeri. Spațiul dintre atomii de carbon are o densitate mare de electroni, care contractează nucleele lor cu o sarcină pozitivă și crește energia ruperii triplei legături.

Sequiv-H-C-H

În seria omologă de acetilenă, primele două substanțe sunt gaze, următorii compuși conținând 4 până la 16 atomi de carbon - lichidul și apoi alchinii în stare agregată solidă. Pe măsură ce masele moleculare cresc, temperaturile de topire și de fierbere ale hidrocarburilor acetilene cresc.

Prepararea alchinelor din carbură

Această metodă este adesea folosită în industrie. Acetilena se formează prin amestecarea carburii de calciu și a apei:

Cac₂ + 2H₂0 → Eta-Sequiv-Ceta- + Ca (Oeta-)₂

În acest caz, bulele gazului produs sunt separate. În timpul reacției, puteți simți un miros specific, dar nu are nimic de-a face cu acetilenă. Motivul pentru aceasta este Ca₃P₂ și CaS în carbură. Acetilena este de asemenea produsă printr-o reacție similară din carburi de bariu și stronțiu (SrC₂, tu₂). Și din carbură de magneziu este posibil să se obțină propilenă:

MGC₂ + 4H₂О → СН₃-Sequiv-CH + 2Mg (OH)₂

Sinteza acetilenei

Aceste metode nu sunt potrivite pentru alte alchine. Prepararea acetilenei din substanțe simple este posibilă la temperaturi de peste 3000 ° C în funcție de reacție:

2C + H₂ → NSequiv-CH

De fapt, reacția este efectuată în arcul electric al electrozilor inter-electrod într-o atmosferă de hidrogen.

Cu toate acestea, această metodă are doar o semnificație științifică. În industrie, acetilena este adesea produsă prin piroliza metanului sau a etanului:

2CH₄ → HCequiv-CH + 3H₂

SEta-₃-SEta-₃ → Ceta-echiv-CEta + 2H₂

Piroliza este de obicei efectuată la temperaturi foarte ridicate. Astfel, metanul este încălzit la 1500 ° C. Specificitatea acestei metode pentru producerea de alchină este necesitatea răcirii rapide a produselor de reacție. Acest lucru se datorează faptului că, la astfel de temperaturi, acetilena însăși se poate deforma în hidrogen și carbon.

Producerea de alchine prin dehidrohalogenare

Ca regulă, se efectuează reacția de scindare a două molecule de HBr sau HCI din dihaloalcani. O condiție prealabilă este că halogenul se leagă fie la atomii de carbon vecini, fie la aceiași atomi de carbon. Dacă nu reflectați produsele intermediare, reacția are forma:

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

SEta-₃-SEta-₂-CBr₂-SEta-₃ → СЕта-₃-Sequiv-C-CH₃ + 2NV

În acest fel, este posibil să se prepare alchine de la alchene, dar ele sunt mai întâi halogenate:

SEta-₃-SEta-₂-Ceta- = Cea-₂ + br₂ → СЕта-₃-SEta-₂-CHBr-SEta-₂Br → CE-₃-SEta-₂-Sequiv-CeA- + 2HBr

Extensia lanțului

Acest procedeu poate demonstra simultan producerea și utilizarea alchinelor, deoarece materia primă și produsul acestei reacții sunt omologii de acetilenă. Ea se efectuează în conformitate cu schema:

R-Cequiv-C-Eta- → R-Cequiv-C-Mu- + Rrsquo-X → R-Cequiv-C- Mu-X

Etapa intermediară este sinteza sărurilor de alchine - acetilide ale metalelor. Pentru obținerea acetilidei de sodiu, este necesar să se acționeze pe etină cu sodiu metalic sau cu amidă:

HCequiv-CH + NaNH₂ → HC = C-Na + NH₃

Pentru a forma o alchină, sarea rezultată trebuie să reacționeze cu un haloalcan:

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

Metodele de producere a alchinilor nu sunt epuizate de această listă, dar reacțiile enumerate mai sus au cea mai mare semnificație de producție și teoretică.

Reacții de adiție electrofilă

Proprietățile chimice ale hidrocarburilor acetilene sunt explicate prin prezența pi este densitatea electronică a legăturii triple, care este supusă acțiunii particulelor electrofile. Deoarece legătura Cequiv-C este foarte scurtă, este mult mai dificil ca aceste particule să interacționeze cu alchinele decât în ​​reacțiile similare ale alchenelor. Aceasta explică rata scăzută de adăugare.

Halogenarea. Adăugarea de halogeni are loc în două etape. În prima etapă se formează o alchenă dihalogen-substituită, urmată de un alcan substituit cu tetrahalogen. Astfel, prin bromurarea acetilenei, se obține 1,1,2,2-tetrabrometan:

Seta-echiv-SEta- + Br₂ → CHBr = CHBr

CHBr = CHBr + Br₂ → CHBr₂-CHBr₂

Gidrogalogenirovanie. Fluxul acestor reacții se supune rulează Markovnikov. Cel mai adesea, produsul de reacție final are doi atomi de halogen conectați la același carbon:

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

SEta-₃-CBr = CeA-₂ + HBr → CEA-₃-CBr₂-SEta-₃

Același lucru se aplică și alchenelor cu o legătură triplă neterminală:

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

SEta-₃-SEta-₂-CBr = Cea-CeA-₃ + HBr → CEA-₃-SEta-₂-CBr₂-SEta-₂-SEta-₃

De fapt, în reacțiile unor astfel de alchine, producerea de substanțe pure nu este întotdeauna posibilă, deoarece în paralel există o reacție în care adăugarea de halogen este efectuată la un alt atom de carbon cu o legătură triplă:

SEta-₃-SEta-₂-Sequiv-C-SEta-₃ + HBr → CH₃-SEta-₂-SEta-₂-CBr₂-SEta-₃

În acest exemplu, se obține un amestec de 2,2-dibrompentan și 3,3-dibromopentan.

Hidratarea. Acest lucru este foarte important proprietatea chimică a alchinilor. Și primirea în cursul său a diferitelor compuși de carbonil are o mare importanță în industria chimică. Reacția poartă numele descoperitorului său, chimistul rus MG Kucherov. Adăugarea de apă este posibilă în prezența H2S04 și HgS04.

O aldehidă acetică este obținută din acetilenă:

Eta-Sequiv-CEta- + Eta-₂О → СЕта-₃-SOΗ

Homologii de acetilenă participă la reacția cu formarea de cetone, deoarece adăugarea de apă urmează regula lui Markovnikov:

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

Proprietățile acide ale alchinelor

Hidrocarburile acetilenice cu o legătură triplă la capătul lanțului sunt capabile să scindeze un proton sub influența oxidanților puternici, de exemplu alcali. Prepararea sărurilor de sodiu ale alchinilor a fost deja discutată mai sus.

Acetilidele de argint și cupru sunt utilizate pe scară largă pentru separarea alchinelor din amestec cu alte hidrocarburi. Acest procedeu se bazează pe capacitatea lor de precipitare în timpul trecerii de alchină printr-o soluție amoniacală de oxid de argint sau clorură de cupru:

CHequiv-CH + 2Ag (NH₃)₂OH → Ag-Cequiv-C-Ag + NH₃ + 2H₂oh

R-Cequiv-CH + Cu (NH₃)₂OH → R-Cequiv-C-Cu + 2NH₃ + H₂oh

Oxidarea și reacția de reducere. ardere

Alcinele se oxidează ușor soluție de permanganat de potasiu, în timp ce apare decolorarea. Simultan cu distrugerea legăturii triple, formarea acizilor carboxilici are loc:

R-Cequiv-C-Rrsquo-R-COOH + Rrsquo-COOH

Reducerea alchinelor se realizează prin adăugarea secvențială a două molecule de hidrogen în prezența platinei, paladiului sau nichelului:

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

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

Utilizarea acetilenei este, de asemenea, asociată cu capacitatea sa de a elibera o cantitate imensă de căldură în timpul arderii:

2C₂Eta-₂ + 5O₂ → 4CO₂ + 2Eta-₂O + 1309,6 kJ / mol

Temperatura rezultată este suficientă pentru a topi metalele, care se utilizează în sudarea acetilenă și tăierea metalelor.

polimerizare

Nu mai puțin important este proprietatea acetilenă în condiții speciale pentru a forma di-, tri- și polimeri. Astfel, într-o soluție apoasă de cupru și clorură de amoniu, se formează o dimer-vinilacetilenă:

Eta-Sequiv-CEta- + Eta-Sequiv-CEt- → Eta-₂C = CeA-Cequiv-CH

Care, la rândul său, intră în reacția de hidroclorurare, formează cloroprenul - o materie primă pentru cauciucul artificial.

La o temperatură de 600 ° C față de carbonul activ, acetilenul este trimerizat pentru a forma un compus la fel de valoroasă - benzen:

3C₂H₂ → C₆H₆

Conform rezultatelor din ultimii ani, volumul de alchine a scăzut într-o oarecare măsură datorită înlocuirii produselor petroliere, însă în multe industrii ele continuă să ocupe o poziție de lider. Astfel, acetilena și alte alchine, ale căror proprietăți, aplicații și recepții sunt discutate în detaliu mai sus, vor fi de multă vreme o legătură importantă nu numai în cercetarea științifică, ci și în viața oamenilor obișnuiți.