Алкины

Алкины — ациклические углеводороды, содержащие в молекуле, помимо одинарных связей, одну тройную связь между атомами углерода и соответствующие общей формуле ${\mathit{С}}_{\mathit{n}}{\mathit{Н}}_{2\mathit{n}-2}$.

Гомологический ряд этина

Неразветвленные алкины составляют гомологический ряд этина (ацетилена):

${\mathit{С}}_2{\mathit{Н}}_2$ — этин, ${\mathit{С}}_3{\mathit{Н}}_4$ — пропин, ${\mathit{С}}_4{\mathit{Н}}_6$ — бутин, ${\mathit{С}}_5{\mathit{Н}}_8$ — пентин, ${\mathit{С}}_6{\mathit{Н}}_{10}$ — гексин и т. д.

Изомерия и номенклатура

Для алкинов, так же как и для алкенов, характерна структурная изомерия: изомерия углеродного скелета и изомерия положения кратной связи. Простейший алкин, для которого характерны структурные изомеры положения кратной связи класса алкинов, — это бутин:

$\mathit{С}{\mathit{Н}}_3\mathit{—}\underset{\mathit{б}\mathit{у}\mathit{т}\mathit{и}\mathit{н}-1}{\mathit{С}{\mathit{Н}}_2}\mathit{—}\mathit{С}\equiv \mathit{С}\mathit{Н}$ $\mathit{С}{\mathit{Н}}_3\mathit{—}\underset{\mathit{б}\mathit{у}\mathit{т}\mathit{и}\mathit{н}-2}{\mathit{С}\equiv \mathit{С}}\mathit{—}\mathit{С}{\mathit{Н}}_3$

Изомерия углеродного скелета у алкинов возможна, начиная с пентина:

Так как тройная связь предполагает линейное строение углеродной цепи, геометрическая (цис-, транс-) изомерия для алкинов невозможна.

Наличие тройной связи в молекулах углеводородов этого класса отражается суффиксом -ин, а ее положение в цепи — номером атома углерода.

Например:

Алкинам изомерны соединения некоторых других классов. Так, химическую формулу ${\mathit{С}}_6{\mathit{Н}}_{10}$ имеют гексин (алкин), гексадиен (алкадиен) и циклогексен (циклоалкен):

Физические и химические свойства алкинов

Физические свойства. Температуры кипения и плавления алкинов, так же, как и алкенов, закономерно повышаются при увеличении молекулярной массы соединений.

Алкины имеют специфический запах. Они лучше растворяются в воде, чем алканы и алкены.

Химические свойства.

Реакции присоединения. Алкины относятся к непредельным соединениям и вступают в реакции присоединения. В основном это реакции электрофильного присоединения.

1. Галогенирование (присоединение молекулы галогена). Алкин способен присоединить две молекулы галогена (хлора, брома):

$\mathit{C}\mathit{H}\equiv \mathit{C}\mathit{H}+\mathit{B}{\mathit{r}}_2\to \underset{1,2-\mathit{д}\mathit{и}\mathit{б}\mathit{р}\mathit{о}\mathit{м}\mathit{э}\mathit{т}\mathit{а}\mathit{н}}{\mathit{C}\mathit{H}\mathit{B}\mathit{r}=\mathit{C}\mathit{H}\mathit{B}\mathit{r}},$

$\mathit{C}\mathit{H}\mathit{B}\mathit{r}=\mathit{C}\mathit{H}\mathit{B}\mathit{r}+\mathit{B}{\mathit{r}}_2\to \underset{1,1,2,2-\mathit{т}\mathit{е}\mathit{т}\mathit{р}\mathit{а}\mathit{б}\mathit{р}\mathit{о}\mathit{м}\mathit{э}\mathit{т}\mathit{а}\mathit{н}}{\mathit{C}\mathit{H}\mathit{B}{\mathit{r}}_2-\mathit{C}\mathit{H}\mathit{B}{\mathit{r}}_2}$

2. Гидрогалогенирование (присоединение галогеноводорода). Реакция присоединения галогеноводорода, протекающая по электрофильному механизму, также идет в две стадии, причем на обеих стадиях выполняется правило Марковникова:

$\mathit{C}{\mathit{H}}_3-\mathit{C}\equiv \mathit{C}\mathit{H}+\mathit{B}\mathit{r}\to \underset{2-\mathit{б}\mathit{р}\mathit{о}\mathit{м}\mathit{п}\mathit{р}\mathit{о}\mathit{п}\mathit{е}\mathit{н}}{\mathit{C}{\mathit{H}}_3-\mathit{C}\mathit{B}\mathit{r}=\mathit{C}{\mathit{H}}_2},$

$\mathit{C}{\mathit{H}}_3-\mathit{C}\mathit{B}\mathit{r}=\mathit{C}{\mathit{H}}_2+\mathit{H}\mathit{B}\mathit{r}\to \underset{2,2-\mathit{д}\mathit{и}\mathit{б}\mathit{р}\mathit{о}\mathit{м}\mathit{п}\mathit{р}\mathit{о}\mathit{п}\mathit{а}\mathit{н}}{\mathit{C}{\mathit{H}}_3-\mathit{C}\mathit{H}\mathit{B}{\mathit{r}}_2-\mathit{C}{\mathit{H}}_3}$

3. Гидратация (присоединение воды). Боль шое значение для промышленного синтеза кетонов и альдегидов имеет реакция присоединения воды (гидратация), которую называют реакцией Кучерова:

4. Гидрирование алкинов. Алкины присоединяют водород в присутствии металлических катализаторов ($\mathit{P}\mathit{t},\mathit{P}\mathit{d},\mathit{N}\mathit{i}$):

$\mathit{R}-\mathit{C}\equiv \mathit{C}-\mathit{R}+{\mathit{H}}_2\stackrel{\mathit{P}\mathit{t}}{\to }\mathit{R}-\mathit{C}\mathit{H}=\mathit{C}\mathit{H}-\mathit{R},$

$\mathit{R}-\mathit{C}\mathit{H}=\mathit{C}\mathit{H}-\mathit{R}+{\mathit{H}}_2\stackrel{\mathit{P}\mathit{t}}{\to }\mathit{R}-\mathit{C}{\mathit{H}}_2-\mathit{C}{\mathit{H}}_2-\mathit{R}$

Так как тройная связь содержит две реакционноспособные $\mathit{\pi }$-связи, алканы присоединяют водород ступенчато:

1) тримеризация.

При пропускании этина над активированным углем образуется смесь продуктов, одним из которых является бензол:

2) димеризация.

Помимо тримеризации ацетилена, возможна его димеризация. Под действием солей одновалентной меди образуется винилацетилен:

Это вещество используется для получения хлоропрена:

$\mathit{H}\mathit{C}\equiv \mathit{C}-\mathit{C}\mathit{H}=\mathit{C}{\mathit{H}}_2+\mathit{H}\mathit{C}\mathit{l}\stackrel{\mathit{C}\mathit{a}\mathit{C}\mathit{l}}{\to }{\mathit{H}}_2\mathit{C}=\underset{\mathit{х}\mathit{л}\mathit{о}\mathit{р}\mathit{о}\mathit{п}\mathit{р}\mathit{е}\mathit{н}}{\mathit{C}\mathit{C}\mathit{l}-\mathit{C}\mathit{H}}=\mathit{C}{\mathit{H}}_2$

полимеризацией которого получают хлоропреновый каучук:

$\mathit{n}{\mathit{H}}_2\mathit{C}=\mathit{C}\mathit{C}\mathit{l}-\mathit{C}\mathit{H}=\mathit{C}{\mathit{H}}_2\to {\left(...-{\mathit{H}}_2\mathit{C}-\mathit{C}\mathit{C}\mathit{l}=\mathit{C}\mathit{H}-\mathit{C}{\mathit{H}}_2-...\right)}_{\mathit{n}}$

Окисление алкинов.

Этин (ацетилен) горит в кислороде с выделением очень большого количества теплоты:

$2{\mathit{C}}_2{\mathit{H}}_2+5{\mathit{O}}_2\to 4\mathit{C}{\mathit{O}}_2\uparrow +2{\mathit{H}}_2\mathit{O}+2600\mathit{к}\mathit{Д}\mathit{ж}$ На этой реакции основано действие кислородно-ацетиленовой горелки, пламя которой имеет очень высокую температуру (более $3000°\mathit{С}$), что позволяет использовать ее для резки и сварки металлов.

На воздухе ацетилен горит коптящим пламенем, т.к. содержание углерода в его молекуле выше, чем в молекулах этана и этена.

Алкины, как и алкены, обесцвечивают подкисленные растворы перманганата калия; при этом происходит разрушение кратной связи.