アセチレン

1950年代以降、アセチレンは主に米国、EUの大部分、およびその他の多くの国でメタンの部分燃焼によって製造されてきた。 ^{[ 9 ] [ 19 ] [ 20 ]}

3 CH ₄ + 3 O ₂ → C ₂ H ₂ + CO + 5 H ₂ O

これは、炭化水素の分解によるエチレン製造の副産物として回収される。1983年にはこの方法で約40万トンが生産された。^{[ 9 ]}エチレン中に存在することは、爆発性があり、ツィーグラー・ナッタ触媒を被毒する性質があるため、通常は望ましくない。これは通常、 Pd - Ag触媒を使用して選択的にエチレンに水素化される。 ^{[ 21 ]}

石油や天然ガスに含まれる最も重いアルカンは、高温で脱水素化されてより軽い分子に分解される。

C₂H₆ → _C₂H₂ + _2H₂​​_​​_​

2 CH ₄ → C ₂ H ₂ + 3 H ₂

この最後の反応は、マイクロ波プラズマによるメタンの嫌気性分解のプロセスで実施されます。^{[ 22 ]}

アセチレンの最初のサンプルは、1836年にエドモンド・デービーによって、炭化カリウムの加水分解（水を用いた分解）によって製造された。^{[ 23 ]} その後、最初の工業的合成法は炭化カルシウムの加水分解によるものであった。^{[ 12 ]}

CaC₂ + 2H₂O _→ Ca ₍ OH _{) ₂} + _C₂H₂

この反応は1862年にフリードリヒ・ヴェーラーによって発見されましたが^{[ 24 ]} 、アセチレンをより広く利用できるようにする適切な商業規模の生産方法は、アルミニウムの実現可能な商業生産方法を探していたカナダの発明家トーマス・ウィルソンによって1892年まで発見されませんでした^{[ 25 ] 。}

21世紀初頭まで、中国、日本、東欧諸国は主にこの方法でアセチレンを生産していた。^{[ 26 ]}

この技術の使用は、2013年時点で石炭ベースの化学産業に重点を置いている中国を除いて、世界的に減少している。それ以外では、石油が削減炭素の主要な供給源として石炭に取って代わりつつある。^{[ 27 ]}

 炭化カルシウムの製造には約2000 ℃の高温が必要であり、電気アーク炉の使用が不可欠である。米国では、このプロセスはナイアガラの滝の大規模な水力発電プロジェクトによって可能になった19世紀後半の化学革命の重要な部分であった。^{[ 28 ]}

大気圧下では、アセチレンは液体として存在できず、融点もありません。相図上の三重点は、液体アセチレンが存在できる最小圧力（1.27 atm）における融点（-80.8 °C）に対応します。三重点以下の温度では、固体アセチレンは昇華によって直接蒸気（ガス）に変化します。大気圧下での昇華点は-84.0 °Cです。^{[ 31 ]}  

室温および大気圧下では、アセトン中のアセチレンの溶解度は 27.9 g/kg です。同じ量のジメチルホルムアミド(DMF) の溶解度は 51 g です。20.26 bar では、アセトンと DMF の溶解度はそれぞれ 689.0 g と 628.0 g に増加します。これらの溶媒は加圧ガスボンベで使用されます。^{[ 32 ]}

アセチレンの約20%は、炎の温度が高いため、酸素アセチレンガス溶接および切断用に工業用ガス産業から供給されています。アセチレンと酸素の燃焼により、 3,600 K (3,330 °C; 6,020 °F)を超える炎が発生し、11.8 kJ /g のエネルギーが放出されます。酸素とアセチレンは、最も高温で燃焼する一般的なガス混合物です。^{[ 33 ]}アセチレンは、ジシアノアセチレンの5,260 K (4,990 °C; 9,010 °F)とシアンの4,798 K (4,525 °C; 8,177 °F)に次いで、3番目に高温の自然化学炎です。酸素アセチレン溶接は、過去数十年間、一般的な溶接プロセスでした。アーク溶接プロセスの開発と利点により、酸素燃料溶接は多くの用途でほぼ消滅しました。溶接におけるアセチレンの使用量は大幅に減少しました。一方、酸素アセチレン溶接装置は非常に汎用性が高く、トーチが鉄や鋼の溶接（特定の芸術的な用途など）に適しているだけでなく、ろう付け、ろう付け溶接、金属加熱（焼きなましや焼き戻し、曲げ加工や成形）、腐食したナットやボルトの緩めなど、さまざまな用途にも容易に対応できます。ベル・カナダのケーブル修理技術者は、マンホールや一部の架空場所でリードスリーブの接続部を密閉するための半田付けツールとして、今でも携帯型アセチレン燃料トーチキットを使用しています。酸素アセチレン溶接は、電気が容易に利用できない場所でも使用できます。酸素アセチレン切断は、多くの金属加工工場で使用されています。溶接や切断に使用する場合、作動圧力はレギュレーターで制御する必要があります。15 psi (100 kPa )を超えると、（例えば逆火によって発生する）衝撃波を受けると、アセチレンは爆発的に水素と炭素に分解します。^{[ 34 ]}            

アセチレンは多くのプロセスに有用であるが、商業規模で実施されているものは少ない。^{[ 35 ]}

主要な化学的応用例の1つは、ホルムアルデヒドのエチニル化である。^{[ 9 ]} アセチレンはアルデヒドやケトンに付加してα-エチニルアルコールを生成する。

この反応ではブチンジオールが得られ、副生成物としてプロパルギルアルコールが生成する。触媒としてアセチリド銅が使用される。 ^{[ 36 ] [ 37 ]}

エチニル化に加えて、アセチレンは一酸化炭素と反応してアクリル酸またはアクリル酸エステルを生成します。金属触媒が必要です。これらの誘導体は、アクリル繊維、ガラス、塗料、樹脂、ポリマーなどの製品を形成します。中国を除いて、コストと環境上の考慮事項により、化学原料としてのアセチレンの使用は1965年から2007年の間に70%減少しました。^{[ 38 ]}中国では、アセチレンは塩化ビニル の主要な前駆体です。^{[ 35 ]}

石油化学製品が広く使用されるようになる以前は、石炭由来のアセチレンはいくつかの工業用化学物質の原料でした。そのため、アセチレンは水和されてアセトアルデヒドとなり、さらに酸化されて酢酸になります。アクリレートにつながるプロセスも商業化されていました。石油由来のエチレンとプロピレンが入手可能になると、これらのプロセスのほぼすべてが廃れました。^{[ 39 ]}

1881年、ロシアの化学者ミハイル・クチェロフ^{[ 40 ]}は、臭化水銀(II)などの触媒を用いてアセチレンをアセトアルデヒドに水和させる方法を記述した。ワッカー法の登場以前は、この反応は工業規模で行われていた。^{[ 41 ]}

ツィーグラー・ナッタ触媒を用いたアセチレンの重合により、ポリアセチレンフィルムが生成される。ポリアセチレンは、単結合と二重結合が交互に連なったCH中心の鎖であり、最初に発見された有機半導体の1つである。ヨウ素との反応により、高い電気伝導性を持つ材料が生成される。このような材料は実用的ではないが、これらの発見は有機半導体の開発につながり、 2000年にアラン・J・ヒーガー、アラン・G・マクディアミッド、白川秀樹にノーベル化学賞が授与された。^{[ 9 ]}

1920年代には、純粋なアセチレンが吸入麻酔薬として実験的に使用された。^{[ 42 ]}

アセチレンは、対象物が大きすぎて炉に入らない場合に、鋼の浸炭（つまり硬化）に使用されることがある。^{[ 43 ]}

放射性炭素年代測定では、アセチレンを用いて炭素を揮発させる。考古学的試料中の炭素質物質を小型の特殊な研究炉でリチウム金属と反応させて炭化リチウム（アセチレンリチウムとも呼ばれる）を生成する。その後、炭化リチウムを通常の方法で水と反応させてアセチレンガスを生成し、質量分析計に導入して炭素14と炭素12の同位体比を測定する。^{[ 44 ]}

アセチレンの燃焼は強く明るい光を発し、カーバイドランプの普及により、 20世紀初頭にはアセチレンの商業化が大きく進みました。一般的な用途としては、沿岸灯台^{[ 45 ]} 、街灯^{[ 12 ]}、 自動車^{[ 46 ]}、鉱山用ヘッドランプ^{[ 47 ]}などがあります。これらの用途のほとんどでは、直接燃焼は火災の危険性があるため、アセチレンはまず白熱灯に、そして何年も後には低電力/高ルーメンのLEDに置き換えられました。それでも、アセチレンランプは、遠隔地やその他のアクセス困難な地域、中央電力網が弱かったり信頼性が低かったりする国では、限定的に使用されています^{[ 47 ]}。

ビニル化反応では、H−X化合物が三重結合に付加します。アルコールとフェノールはアセチレンに付加してビニルエーテルを生成します。チオールはビニルチオエーテルを生成します。同様に、ビニルピロリドンとビニルカルバゾールは、 2-ピロリドンとカルバゾールのビニル化によって工業的に製造されます。^{[ 32 ] [ 9 ]}

アセチレンの水和はビニル化反応であるが、生成したビニルアルコールはアセトアルデヒドに異性化する。この反応は水銀塩によって触媒される。かつてはこの反応がアセトアルデヒド製造の主流技術であったが、より安価な原料であるエチレンの酸化によってアセトアルデヒドを生成するワッカー法に取って代わられた。同様の状況は、アセチレンを塩化水素化によって高付加価値の塩化ビニルに変換する場合と、エチレンを酸化塩素化する場合にも当てはまる。

ビニルアセテートは、より正確にはトランスビニル化と呼ばれるビニル化反応において、アセチレンの代わりに用いられる。^{[ 53 ]}ビニルアセテートの高級エステルは、ビニルホルメートの合成に用いられてきた。

アセチレンとその誘導体（2-ブチン、ジフェニルアセチレンなど）は遷移金属と錯体を形成する。金属との結合はエチレン錯体の結合といくらか似ている。これらの錯体は、アルキンの三量化によるベンゼン、四量化によるシクロオクタテトラエン^{[ 9 ]}、カルボニル化によるヒドロキノン^{[ 54 ]}など、多くの触媒反応の中間体である。

Fe(CO) ₅ + 4 C ₂ H ₂ + 2 H ₂ O → 2 C ₆ H ₄ (OH) ₂ + FeCO ₃塩基性条件下 (50–80  °C、20–25 気圧）。

金属アセチリド、式L _n M−C ₂ Rの種も一般的である。銅(I)アセチリドと銀アセチリドは、好ましい溶解平衡のため、水溶液中で容易に生成することができる。^{[ 55 ]}

アセチレンのpKaは25です。アセチレンは_超塩基によって脱プロトン化されてアセチリドを形成します: ^{[ 55 ]}

HC≡CH + RM → RH + HC≡CM

様々な有機金属試薬^{[ 56 ]}および無機試薬^{[ 57 ]}が有効である。

アセチレンは半水素化されてエチレンとなり、様々なポリエチレンプラスチックの原料となる。ハロゲンは三重結合に付加する。