Alkyny: výroba, aplikace, vlastnosti

Dnešní alkyny nemají žádný význam v různých sférách lidské činnosti. Ale dokonce před sto lety začala výroba většiny organických sloučenin s acetylenem. Toto trvalo, dokud se hlavní zdroj surovin pro chemickou syntézu nestal olejem.

Z této třídy sloučenin v moderním světě dostávají všechny druhy plastů, gumy, syntetická vlákna. Kyselina octová se vyrábí ve velkém množství z acetylenu. Autogenní svařování je důležitou etapou ve stavbě strojů, při stavbě budov a konstrukcí a při pokládce komunikací. Všechno známé PVA lepidlo se získává z acetylenu s meziproduktem tvorby vinylacetátu. Je také výchozím bodem pro syntézu etanolu, používaného jako rozpouštědlo a pro parfémový průmysl.

Alkyny jsou uhlovodíky, jejichž molekuly obsahují trojnou vazbu uhlík-uhlík. Jejich obecný chemický vzorec je C_nH_2n-2. Nejjednodušší alkyn v souladu s pravidly systematická nomenklatura tzv. ethin, ale častější je jeho triviální jméno - acetylen.

Povaha vazby a fyzikální vlastnosti

Acetylen má lineární strukturu a všechny vazby v ní jsou mnohem kratší než v ethylenu. To se vysvětluje skutečností, že pro vzdělávání sigma - odkazy jsou používány sp - hybrid orbitals. Z jednoho je vytvořena trojná vazba sigma - připojení a dvě pi - omezení. Prostor mezi atomy uhlíku má vysokou elektronovou hustotu, která kontrahuje jádra s kladným nábojem a zvyšuje energii prasknutí trojnásobné vazby.

H-Sequiv-C-H

V homologické řady acetylenových prvních dvou látek, jsou plyny, následující sloučeniny, které obsahují od 4 do 16 atomů uhlíku - kapaliny, s následnou alkyny v pevném stavu. Jak vzrůstá molekulová hmotnost, zvyšují se teploty tání a varu acetylenových uhlovodíků.

Příprava alkynů z karbidu

Tato metoda je často používána v průmyslu. Acetylen vzniká smícháním karbidu vápníku a vody:

SaS₂ + 2H₂0 → Eta-Sequiv-Ceta- + Ca (Oeta-)₂

V tomto případě jsou bubliny vyprodukovaného plynu odděleny. Během reakce můžete cítit specifický zápach, ale to nemá nic společného s acetylenem. Důvodem je Ca₃P₂ a CaS v karbidu. Acetylen se také vyrábí podobnou reakcí z karbidů barnatého a stroncia (SrC₂, BaS₂). A z karbidu hořečnatého je možné získat propylen:

MgC₂ + 4H₂О → СН₃-Sequiv-CH + 2Mg (OH)₂

Syntéza acetylenu

Tyto metody nejsou vhodné pro jiné alkiny. Příprava acetylenu z jednoduchých látek je možná při teplotách nad 3000 ° C podle reakce:

2C + H₂ → NSequiv-CH

Ve skutečnosti se reakce provádí v elektrickém oblouku inter-elektrodových elektrod v atmosféře vodíku.

Tato metoda má však pouze vědecký význam. V průmyslu se acetylén často vyrábí pyrolýzou methanu nebo ethanu:

2CH₄ → HCequiv-CH + 3H₂

CEA-₃-Ceta-₃ → Ceta-ekvivalent-Ceta-2H₂

Pyrolýza se obvykle provádí při velmi vysokých teplotách. Metan se zahřívá na 1500 ° C. Specifičnost tohoto způsobu výroby alkynu je nutnost rychlého chlazení reakčních produktů. To je způsobeno skutečností, že při takových teplotách se acetylen sám může rozpadat na vodík a uhlík.

Výroba alkinů dehydrohalogenací

Obvykle se štěpení provádí dvě molekuly kyseliny chlorovodíkové nebo kyseliny bromovodíkové z dihalogenalkany. Předpokladem je, že halogen je vázán buď na sousední atomy uhlíku nebo na stejné. Pokud neodrážíte meziprodukty, reakce má podobu:

CEA-₃-CHBr-Cea-₂Br → CE-₃-Sequiv-CeA- + 2HBr

CEA-₃-Ceta-₂-CBr₂-Ceta-₃ → СEta-₃-Sequiv-С-СН₃ + 2HB

Tímto způsobem je možno připravit alkyny z alkenů, ale nejprve se halogenují:

CEA-₃-Ceta-₂-Ceta- = Cea-₂ + Br₂ → СEta-₃-Ceta-₂-CHBr-Cea-₂Br → CE-₃-Ceta-₂-Sequiv-CeA- + 2HBr

Prodloužení řetězce

Tento proces může současně demonstrovat výrobu a použití alkynů, protože výchozí látkou a produktem této reakce jsou acetylenové homology. Provádí se podle schématu:

Sequiv-R-C-ETA → R-C-Sequiv-Mu- + Rrsquo - → R-X-C-Sequiv Rrsquo- + Mu-X

Intermediárním stupněm je syntéza solí alkylen-acetylidů kovů. K získání acetylidu sodného je nezbytné působit na ethin s kovovým sodíkem nebo jeho amidem:

HCequiv-CH + NaNH₂ → HC = C-Na + NH₃

K vytvoření alkinu musí výsledná sůl reagovat s halogenalkanem:

HCequiv-C-Na + Br-CeA-₂-Ceta-₃ → СEta-₃-Sequiv-C-Cea-₂-Ceta-₃ + NaBr

HCequiv-C-Na + Cl-CeA-₃ → СEta-₃-Sequiv-C-Cea-₃ + NaCl

Způsoby výroby alkynů nejsou vyčerpány tímto seznamem, ale výše uvedené reakce mají největší produkční a teoretický význam.

Elektrofilní adiční reakce

Chemické vlastnosti acetylenových uhlovodíků jsou vysvětleny přítomností pi je elektronová hustota trojné vazby, která je vystavena působení elektrofilních částic. Vzhledem k tomu, že vazba Cequiv-C je velmi krátká, je obtížnější tyto částice interagovat s alkyny než při podobných reakcích alkenů. To vysvětluje nižší rychlost přidávání.

Halogenace. Přidávání halogenů probíhá ve dvou fázích. V prvním stupni se vytvoří dihalogenem substituovaný alken, následovaný alkanem substituovaným tetrahalogenem. Při bromaci acetylenu se získá 1,1,2,2-tetrabromethan:

Cta-ekviv-Ceta-Br₂ → CHBr = CHBr

CHBr = CHBr + Br₂ → CHBr₂-CHBr₂

Hydrohalogenace. Tok těchto reakcí se řídí pravidlo Markovnikov. Nejčastěji má konečný reakční produkt dva atomy halogenů připojené ke stejnému uhlíku:

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

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

Totéž platí pro alkény s neterminální trojitou vazbou:

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

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

Ve skutečnosti tyto reakce alkyny získání čistých látek není vždy možné, neboť je paralelní reakce, ve které je halogen provádí spojení na jiný atom uhlíku trojné vazby, pokud:

CEA-₃-Ceta-₂-Sequiv-C-Cea-₃ + HBr → CH₃-Ceta-₂-Ceta-₂-CBr₂-Ceta-₃

V tomto příkladu se směs 2,2-dibrompentanu a 3,3-dibrompentanu.

Hydratace. To je velmi důležité chemické vlastnosti alkynů. Příjem různých karbonylových sloučenin je v chemickém průmyslu velmi důležitý. Reakce nese jméno jeho objevitele, ruského chemik MG Kucherov. Přídavek vody je možný v přítomnosti H2SO4 a HgS04.

Acetaldehyd se získá z acetylenu:

Eta-Sequiv-CEt- + Eta-₂О → СЕта-₃-CO

Homology acetylenu se podílejí na reakci s tvorbou ketonů, protože přidání vody se řídí pravidlem Markovnikova:

CEA-₃-Sequiv-CEta- + Eta-₂О → СЕта-₃-CO-Cea-₃

Kyselé vlastnosti alkynů

Acetylenové uhlovodíky s trojitou vazbou na konci řetězce jsou schopny štěpit proton pod vlivem silných oxidantů, například alkalických látek. Příprava sodných solí alkinů již byla diskutována výše.

Acetylidy stříbra a mědi se široce používají k oddělování alkynů ze směsi s jinými uhlovodíky. Tento proces je založen na jejich schopnosti precipitovat při průchodu alkinu pomocí amoniakálního roztoku oxidu stříbrného nebo chloridu měďnatého:

CHequiv-CH + 2Ag (NH₃).₂OH → Ag-Cequiv-C-Ag + NH₃ + 2H₂O

R-Cequiv-CH + Cu (NH₃).₂OH → R-Cequiv-C-Cu + 2NH₃ + H₂O

Oxidační a redukční reakce. Spálení

Alkyny snadno oxidují roztok manganistanu draselného, zatímco dochází k jejímu zbarvení. Současně s ničením trojné vazby dochází k tvorbě karboxylových kyselin:

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

Redukce alkynů probíhá postupným přidáním dvou molekul vodíku v přítomnosti platiny, palladia nebo niklu:

CEA-₃-Sequiv-CEta- + Eta-₂ → СEta-₃-Ceta- = Cea-₂

CEA-₃-Ceta-Cea-₂ + Eta-₂ → СEta-₃-Ceta-₂-Ceta-₃

Použití acetylenu je také spojena s jeho schopností uvolňovat obrovské množství tepla při spalování:

2C₂Eta-₂ + SO₂ → 4CO₂ + 2Eta-₂O + 1309,6 kJ / mol

Výsledná teplota je dostatečná k tavení kovů, které se používají při svařování acetylenem a při řezání kovem.

Polymerizace

Neméně důležitou vlastností acetylenu za zvláštních podmínek, za vzniku di-, tri- a polymery. Tak se ve vodném roztoku mědi a chloridu amonného vytvoří dimer-vinylacetylen:

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

Který zase vstupuje do reakce hydrochlorace, tvoří chloropren - surovina pro umělý kaučuk.

Při teplotě 600 ° C přes aktivovaný uhlík se trimeruje acetylen, aby se vytvořila stejně cenná sloučenina - benzen:

3C₂H₂ → C_6.H_6.

Od posledního okamžiku, kdy objem žádostí alkynu nepatrně poklesly z důvodu nahrazení ropných produktů, ale v mnoha oblastech, ale také i nadále zaujímat vedoucí pozici. Tak, acetylen a další alkyny, vlastnosti, aplikace a příjem, který je podrobně diskutovalo nad námi, bude dlouhá doba být důležitým prvkem, a to nejen ve výzkumu, ale i v životech obyčejných lidí.