Алкины

Общая формула алкинов $\mathrm{C_nH_{2n-2}}$ ($n\ge2$). Гомологический ряд: этин (ацетилен) $\mathrm{HC\equiv CH}$, пропин $\mathrm{HC\equiv C{-}CH_3}$, бутин $\mathrm{C_4H_6}$, пентин $\mathrm{C_5H_8}$ и т. д.

Названия: выбирают самую длинную цепь, содержащую тройную связь, нумеруют с того конца, к которому ближе тройная связь, суффикс -ан алкана заменяют на -ин и цифрой указывают положение связи: $\mathrm{HC\equiv C{-}CH(CH_3){-}CH_3}$ называется 3-метилбутин-1.

Виды изомерии:

• положения тройной связи: бутин-1 $\mathrm{HC\equiv C{-}CH_2{-}CH_3}$ и бутин-2 $\mathrm{CH_3{-}C\equiv C{-}CH_3}$;
• углеродного скелета (начиная с 5 атомов углерода): пентин-1 и 3-метилбутин-1;
• межклассовая: с алкадиенами, например бутин-1 и бутадиен-1,3 ($\mathrm{C_4H_6}$).

Геометрической (цис-транс) изомерии относительно тройной связи нет.

Атомы углерода при тройной связи находятся в состоянии sp-гибридизации. Две гибридные орбитали направлены по одной прямой под углом 180°, поэтому фрагмент $\mathrm{C{-}C\equiv C{-}C}$ линейный, а молекула ацетилена полностью линейна.

Тройная связь состоит из одной $\sigma$- и двух $\pi$-связей: $\sigma$-связь образуется перекрыванием гибридных орбиталей, две $\pi$-связи — перекрыванием негибридных p-орбиталей во взаимно перпендикулярных плоскостях. Тройная связь короче двойной и одинарной: 0,120 нм ($\mathrm{C{=}C}$ 0,134 нм, $\mathrm{C{-}C}$ 0,154 нм). Связь $\mathrm{C{-}H}$ у sp-атома углерода заметно полярна, поэтому у алкинов с концевой тройной связью этот водород может замещаться на металл.

Ацетилен получают:

• из карбида кальция (в лаборатории и в промышленности): $\mathrm{CaC_2+2H_2O=Ca(OH)_2+C_2H_2\uparrow}$; сам карбид получают в электропечи: $\mathrm{CaO+3C=CaC_2+CO}$;
• пиролизом метана (около 1500 °C): $\mathrm{2CH_4\to C_2H_2+3H_2}$.

Общий способ: действие спиртового раствора щёлочи на дигалогеналканы (отщепляются две молекулы галогеноводорода):

Ацетилен — бесцветный газ, немного легче воздуха ($M=26$), мало растворим в воде. В гомологическом ряду с ростом молярной массы температура кипения растёт: первые члены ряда газы, следующие жидкости и твёрдые вещества.

Из-за двух $\pi$-связей реакции присоединения идут в две стадии:

• гидрирование (Ni, Pt, Pd): $\mathrm{HC\equiv CH\xrightarrow{+H_2}CH_2{=}CH_2\xrightarrow{+H_2}CH_3{-}CH_3}$;
• галогенирование: алкины обесцвечивают бромную воду, $\mathrm{HC\equiv CH+2Br_2\to CHBr_2{-}CHBr_2}$ (1,1,2,2-тетрабромэтан);
• гидрогалогенирование (по правилу Марковникова): $\mathrm{HC\equiv CH+HCl\to CH_2{=}CHCl}$ (винилхлорид, мономер поливинилхлорида);
• гидратация, реакция Кучерова (соли $\mathrm{Hg^{2+}}$, кислая среда): из ацетилена получается уксусный альдегид, из гомологов — кетоны: $\mathrm{HC\equiv CH+H_2O\to CH_3CHO}$, $\mathrm{CH_3{-}C\equiv CH+H_2O\to CH_3{-}CO{-}CH_3}$ (ацетон);
• тримеризация (активированный уголь, 600 °C): $\mathrm{3C_2H_2\to C_6H_6}$ (бензол).

Окисление: на воздухе ацетилен горит коптящим пламенем, в кислороде температура пламени превышает 3000 °C: $\mathrm{2C_2H_2+5O_2=4CO_2+2H_2O}$. Алкины обесцвечивают раствор перманганата калия.

Замещение концевого водорода: $\mathrm{HC\equiv CH+2[Ag(NH_3)_2]OH\to AgC\equiv CAg\downarrow+4NH_3+2H_2O}$. В эту реакцию вступают только алкины с фрагментом $\mathrm{{\equiv}C{-}H}$: бутин-1 даёт осадок, бутин-2 нет.

Применение: сварка и резка металлов, получение уксусного альдегида и уксусной кислоты, винилхлорида, хлоропренового каучука, растворителей.