Γενικά

Αλκίνια ονομάζονται οι άκυκλοι ακόρεστοι υδρογονάνθρακες, οι οποίοι στο μόριό τους περιέχουν ένα τριπλό δεσμό. Το ακετυλένιο, που είναι το απλούστερο μέρος της σειράς, παλαιότερα έβρισκε μεγάλη βιομηχανική χρήση για την παρασκευή ακεταλδεϋδης, οξικού οξέος κλπ. Σήμερα, όμως, οι μέθοδοι αυτοί έχουν αντικατασταθεί από άλλες πιο οικονομικές με πρώτη ύλη το αιθυλένιο. Ο γενικός τύπος των αλκινίων είναι C_vH_2v-2 (v≥2). Στον επόμενο πίνακα γράφουμε τους μοριακούς και συντακτικούς τύπους των πρώτων μελών των αλκινίων.

Προέλευση - Παρασκευές

Τα αλκίνια λόγω δραστικότητας απαντούν σε μικρές ποσότητες στη φύση. Το μέλος της ομόλογης σειράς που παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον είναι το ακετυλένιο το οποίο και θα εξετάσουμε αναλυτικότερα.

Παρασκευές ακετυλενίου

1. Βιομηχανικά, με πυρόλυση του μεθανίου στους 1200 ºC

2CH₄ HC≡CH + 3H₂

2. Με υδρόλυση του CaC₂. Παλαιότερα η μέθοδος αυτή είχε βιομηχανικά ενδιαφέρον, σήμερα έχει μόνο εργαστηριακή εφαρμογή.

CaC₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + HC≡CH

3. Με αφυδραλογόνωση 1,2-διχλωροαιθανίου με αλκοολικό διάλυμα NaOH ή ΚΟΗ.

+ 2NaOHHC≡CH + 2NaCl + 2H₂O

Φυσικές ιδιότητες ακετυλενίου

Οι φυσικές ιδιότητες των αλκινίων μοιάζουν με αυτές των αλκανίων και αλκινίων. Ειδικότερα, το ακετυλένιο είναι αέριο, άχρωμο, άοσμο, ελάχιστα διαλυτό στο νερό.

Χημικές ιδιότητες

Τα αλκίνια γενικώς, όπως τα αλκένια, είναι δραστικές ενώσεις. Οι χαρακτηριστικότερες αντιδράσεις που δίνουν  είναι στην ουσία αντιδράσεις του τριπλού δεσμού άνθρακα - άνθρακα:

α. Αντιδράσεις προσθήκης

Η προσθήκη γίνεται σε δύο στάδια. Στο πρώτο ο τριπλός δεσμός μετατρέπεται σε διπλό και στη συνέχεια ο διπλός ανορθώνεται σε απλό.

• Προσθήκη υδρογόνου

Αυτή γίνεται παρουσία καταλύτη Pt, Pd ή Ni.

CH≡CH + H₂ CH₂=CH₂ CH₃CH₃

•Προσθήκη αλογόνου (Cl₂, Br₂)

HC≡CH + Br₂ →

• Προσθήκη υδραλογόνου

HC≡CH + HCl → CH₂=CH-Cl CH₃CHCl₂

βινυλοχλωρίδιο 1,1-διχλωροαιθάνιο

Το ενδιάμεσο προϊόν (βινυλοχλωρίδιο) μπορεί να απομονωθεί και να χρησιμοποιηθεί για την παρασκευή του πολυμερούς PVC.

• Προσθήκη HCN

HC≡CH + HCN → CH₂=CH-CN

Ο πολυμερισμός του ακρυλονιτριλίου δίνει προϊόν που χρησιμοποιείται ως τεχνητή υφάνσιμη ύλη (Orlon).

• Προσθήκη Η₂Ο (ενυδάτωση αλκινίων)

HC≡CH + HOH[CH₂=CHOH] → CH₃CHO

ασταθής βινυλική αλκοόλη ακεταλδεύδη

Η βινυλική αλκοόλη που σχηματίζεται αρχικά είναι ασταθής, επειδή στο ίδιο άτομο C υπάρχει και διπλός δεσμός και -ΟΗ ομάδα (ενόλη), και μετατρέπεται γρήγορα σε καρβονυλική ένωση.

β. Καύση

Η τέλεια καύση του HC≡CH δημιουργεί γαλάζια φλόγα υψηλής θερμοκρασίας (3000 ºC), η οποία ονομάζεται οξυακετυλενική φλόγα και χρησιμοποιείται για την κόλληση και κόψιμο των μετάλλων.

HC≡CH +O₂ → 2CO₂ + H₂O

γ. Πολυμερισμός

Το HC≡CH μπορεί να πολυμεριστεί σε κατάλληλες συνθήκες σε βενζόλιο (τριμερισμός) ή σε βινυλοακετυλένιο (διμερισμός).

3HC≡CH → C₆H₆

HC≡CH + HC≡CHCH₂=CH-C≡CH

βινυλοακετυλένιο

δ. Αντιδράσεις όξινου υδρογόνου

Τα υδρογόνα του HC≡CH, και γενικότερα τα υδρογόνα που είναι συνδεδεμένα με τον C του τριπλού δεσμού, είναι ευκίνητα (όξινα Η) και εύκολα μπορούν να αντικατασταθούν από άτομα μετάλλων. Τα προϊόντα αυτής της αντικατάστασης ονομάζονται ακετυλενίδια. Απ' αυτά  σημαντικότερο είναι το ανθρακασβέστιο (CaC₂). Άλλα χαρακτηριστικά παραδείγματα ακετυλενιδίων  είναι αυτά του Na ή Κ

HC≡CH + Na → HC≡CNa + 1/2H₂

μονονάτριο ακετυλενίδιο

HC≡CH + Na → NaC≡CNa + 1/2H₂

δινάτριο ακετυλενίδιο

Τέλος, ο σχηματισμός του χαλκοακετυλενιδίου (καστανέρυθρο ίζημα) χρησιμοποιείται για την ανίχνευση του ακετυλενίου ή γενικότερα των αλκινίων με όξινο υδρογόνο.

HC≡CH + 2CuCl + 2NH₃ → CuC≡CCu↓ + 2NH₄Cl

Χρήσεις

Το ακετυλένιο χρησιμοποιείται στη συγκόλληση των μετάλλων (οξυακετυλενική φλόγα). Παλαιότερα το ακετυλένιο αποτελούσε τη βάση για τη βιομηχανική παρασκευή πολλών οργανικών ενώσεων με μεγάλες πρακτικές εφαρμογές. Μετά το 1970 και μέχρι σήμερα, ο ρόλος του  ακετυλενίου έχει περιοριστεί, αφού στις περισσότερες περιπτώσεις έχει αντικατασταθεί από το φτηνότερο αιθυλένιο. Στον επόμενο πίνακα δίνονται διάφορες συνθέσεις με βάση το ακετυλένιο, οι οποίες έχουν σήμερα θεωρητικό χαρακτήρα.

(Παράδειγμα 2.6)

Να παρασκευαστεί αιθανάλη (ακεταλδεΰδη) CH₃CHO με πρώτη ύλη ανθρακασβέστιο.

Απάντηση

Όπως είδαμε από CaC₂ μπορούμε να παρασκευάσουμε ακετυλένιο HC≡CH, το οποίο όταν αντιδράσει με Η₂Ο δίνει ακεταλδεΰδη.

CaC₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + HC≡CH

HC≡CH + H₂O CH₃CHO

Εφαρμογή

Να παρασκευαστεί πολυβινυλοχλωρίδιο (PVC) με πρώτη ύλη ανθρακασβέστιο.