Свойства алкинов

Свойства алкинов – физические и химические похожи на свойства алкенов и алкадиенов. Однако кислотные свойства алкинов создают ряд отличительных химических свойств.

Физические свойства алкинов

Алкины, за исключением ацетилена, не имеют цвета и запаха. При нормальных  условиях первые 4 члена ряда являются газами, с 5 по 15 – жидкостями, более 15 – твердыми веществами.

Растворимость алкинов

Алкины являются относительно полярными молекулами, поэтому хорошо растворимы в полярных растворителях или растворителях с низкой полярностью. В воде алкины растворяются незначительно, но лучше, чем алканы и алкены.

Точки плавления и кипения алкинов

Как правило, алкины плавятся и кипят при более высоких температурах, по сравнению соответствующих алканов и алкенов. Температуры плавления и кипения алкинов, увеличиваются пропорционально их молекулярной массе.

В таблице приведены физические постоянные некоторых алкинов:

физические свойства алкинов

Химические свойства алкинов

В общем алкины более реакционноспособны, чем алканы и алкены. Большинство реакций, в которых они участвуют являются реакциями электрофильного присоединения. Однако терминальные алкины (тройная связь находится в конце цепи) также подвергаются и реакциям замещения. Атомы водорода при sp-гибридизованном атоме углерода способны подвергаться протонизации, вследствие чего алкины имеют относительно  кислую природу.

Реакции электрофильного присоединения (реакции тройной углерод-углеродной связи)

1) Гидрирование алкинов. В присутствии активных катализаторов (никель, платина) восстанавление алкинов водородом происходит сразу до алканов. При использовании менее активных катализаторов (Pd, железо Ренея) реакция протекает через стадию образования алкена: гидрирование алкинов

При гидрировании гомологов ацетилена на первой стадии получаются цис-олефины.

2) Галогенирование алкинов протекает в две легко разделимые стадии, из которых первая стадия протекает более энергично. При недостатке галогена реакция идет в одну стадию, при избытке – две стадии:галогенирование ацетилена

3) Гидрогалогенирование алкинов также протекает в две разделимые стадии. При гидрохлорировании ацетилена на первоначальном этапе образуется важный в промышленности продукт – хлористый винил, далее происходит образование 1,1-дихлорэтан:гидрогалогенирование алкинов

Присоединение молекулы HCl к хлористому винилу происходит по правилу Марковникова. Аналогичным образом присоединяется молекула HBr.

4) Гидратация алкинов происходит согласно правилу Марковникова с участием Hg2+ в качестве катализатора (реакция Кучерова). В ходе такой реакции, из ацетилена образуется ацетальдегид, а из его гомологов — кетоны: гидратация ацетилена - реакция Кучерова5) Присоединение спиртов и меркаптанов. При воздействии едкого кали ацетилен и монозамещенные ацетилены под давлением присоединяют спирты, образуя акрилвиниловые эфиры (Реппе, Фаворский А.Е., М.Ф. Шоствковский): присоединение спиртов к алкинамПодобным образом происходит присоединение меркаптанов.

6) Присоединение кислот.

Присоединение уксусной кислоты к ацетилену происходит в условиях гетерогенного катализа (H3PO4 или B2O3) с образованием винилацетата: присоединение уксусной кислоты к алкинам

Винилацетат хорошо полимеризуется с образованием поливинилацетата (ПВА): поливинилацетат

Присоединение синильной кислоты к ацетилену происходит с образованием акрилонитрила: акрилонитрил

Акрилонитрил используют для получения полиакрилонитрила:полиакрилонитрил7) Присоединение хлоридов некоторых металлов к ацетилену:

присоединение хлоридов металлов к алкинам8) Реакции полимеризации

Димеризация ацетилена происходит в присутствии солей Cu (I) с образованием винилацетилена. Дальнейшее его взаимодействие с соляной кислотой приводит к образованию хлоропрена, который используют при получении хлоропреновых каучуков:

димеризация ацетилена

А.Д. Петров путем кросс-димеризации ацетилена получил изобутилен. В качестве катализаторов выступает никель в присутствии хлорида цинка: кросс-димеризация ацетилена

Тримеризация ацетилена в присутствии активного угля и при температуре около 600°С ведет к образованию такого важного продукта, как бензол (реакция Зелинского): тримеризация ацетилена

Ученый Шеффер в 1966 г обнаружил, что при пропускании над хлоридом алюминия раствора диметилацетилена в бензоле, последний тримеризуется. Продуктом реакции является гексаметилбицикло[2,2,0]гексадиен (гексаметилдьюаровский бензол), который далее при при воздействии температуры подвергается изомеризации в гексаметилбензолПри использовании в качестве катализатора димезитиленкобальта гексаметилбензол получается непосредственно из диметилацетилена: гексаметилбензол

Тетрамеризация ацетилена под действием комплексных солей никеля ведет к образованию циклоокта-1,3,5,7-тетраена (синтез Реппе): тетрамеризация ацетилена

10) Окисление алкинов концентрированным раствором перманганата калия (KMnO4) в кислой среде протекает с образованием карбоновых кислот. Розовый раствор KMnO4 в ходе реакции обесцвечивается: окисление алкинов в жестких условиях

Окисление алкинов в мягких условиях, т.е. разбавленный раствор KMnO4, комнатная температура, происходит без разрыва связей. При окислении ацетилена продуктом реакции является щавелевая кислота, при окислении его гомологов в нейтральной среде реакцию можно остановить на стадии образования дикетонов: окисление алкинов в мягких условиях

При горении алкинов происходит их полное окисление до углекислого газа и воды. Реакция экзотермическая и протекает с выделением 1300 кДж/моль тепла: горение алкинов

Реакции замещения водородных атомов ацетилена

1) Взаимодействие с солями тяжелых металлов (качественная реакция). При взаимодействии ацетилена и монозамещенных гомологов с аммиачными растворами окиси серебра или полухлористой меди обрадуются нерастворимые осадки ацетиленидов:

Ацетилинид серебра Ag-C≡C-Ag – бесцветный и R-C≡C-Ag — белый

Ацетилинид меди Cu-C≡C-Cu – вишнево-бурый и R-C≡C-Cu – желто-бурый качественная реакция на ацетилен

Ацетилениды – взрывчатые вещества. Под действием кислот разлагаются с образованием ацетилена и соответствующих солей металлов.

2) Взаимодействие ацетилена и его гомологов с щелочными и щелочноземельными металлами в жидком аммиаке также приводит к образованию ацетилинидов: взаимодействие ацетилена с натрием

Действие производных Na и Mg, известных как реактив Иоцича, подобно реактиву Греньяра, поэтому широко используются в органическом синтезе.

3) Взаимодействие ацетилена и его гомологов с кетонами в присутствии едкого кали, под небольшим давлением (А.Е. Фаворский): взаимодействие ацетилена с кетонами4) Взаимодействие ацетилена и его гомологов с альдегидами в присутствии ацетилинида меди (Реппе): взаимодействие ацетилена с альдегидами5) Ацетилен-аллен-диеновая перегруппировка Фаворского происходит при нагревании ацетиленов с металлическим натрием. При этом расположенная «внутри» соединения тройная связь перемещается в конец. А при нагревании ацетиленов с расположенной в конце тройной связью со спиртовым раствором щелочи происходит перемещение тройной связи к центру молекулы: перегруппировка Фаворского