Алкины
Содержание
- Ацетиленовые углеводороды
- Номенклатура
- Изомерия
- Физические свойства
- Получение
- Строение ацетилена
- Химические свойства (гидрирование, галогенирование, гидрогалогенирование, гидратация, полимеризация, кислотные свойства, окисление)
- Применение
- Источники информации
Ацетиленовые углеводороды
Ацетиленовыми углеводородами ( алкинами ) называются непредельные (ненасыщенные) углеводороды, содержащие в молекуле одну тройную связь и имеющие общую формулу C n H 2 n -2 .
Родоначальником гомологического ряда этих
углеводородов является ацетилен HC CH .
Номенклатура
Согласно международной номенклатуре названия
ацетиленовых углеводородов производят от
соответствующего алкана с заменой суффикса –ан на –ин .
Главную цепь нумеруют с того конца, к которому
ближе расположена тройная связь.
Положение тройной связи обозначают номером того
атома углерода, который ближе к началу цепи.
1 2 3 4 5
CH 3 – C ≡ C – CH(CH 3 ) – CH 3
4- метилпентин-2
Изомерия
1) изомерия углеродного скелета (начиная с C 5 H 8 )
CH ≡C-CH 2 -CH 2 -CH 3 CH≡C- CH(CH 3 )- CH 3
пентин-1 3-метилбутин-1
2) изомерия положения тройной связи (начиная с C 4 H 6 )
CH ≡C-CH 2 -CH 2 -CH 3 CH 3 - C≡C-CH 2 -CH 3
пентин-1 пентин-2
3) межклассовая изомерия (алкадиены). CH ≡C-CH 2 -CH 2 -CH 3 CH 2 =CH-CH=CH-CH 3
пентин-1 пентадиен-1,3
Физические свойства
Температуры их плавления и кипения
увеличиваются с ростом молекулярной массы.
В обычных условиях алкины С 2 –С 3 – газы, С 4 -С 16
– жидкости, высшие алкины – твердые вещества.
Наличие тройной связи в цепи приводит к повышению
температуры кипения, плотности и растворимости их
в воде по сравнению с олефинами и парафинами.
Получение
1) В промышленноси ацетилен получают
высокотемпературным пиролизом метана.
1500 º С
2 CH 4 → HC ≡ CH + 3 H 2
2) Дегидрирование алканов
Ni , t
CH 3 – CH 3 ↔ 2 H 2 + CH CH
3) Ацетилен получают карбидным способом при разложении карбида кальция водой.
CaC 2 + 2 H 2 O → Ca ( OH ) 2 + HC ≡ CH
4) Алкины можно получить
дегидрогалогенированием,
дигалогенопроизводных парафинов.
С H 3 – CH ( Br )– CH 2 ( Br ) + 2 KOH → CH 3 – C ≡ CH +
+ 2 KBr + 2 H 2 O спирт. р-р
CH 3 – C ( Br 2 )– CH 2 – CH 3 +2 KOH → CH 3– C ≡ C – CH 3 +
+ 2 KBr + 2 H 2 O спирт. р-р
Строение ацетилена
Углеродные атомы в молекуле ацетилена находятся в состоянии sp -гибридизации. Это означает, что каждый атом углерода обладает двумя гибридными sp -орбиталями, оси которых расположены на одной линии под углом 180 ° друг к другу, а две p -орбитали остаются негибридными.
sp - Гибридные орбитали двух атомов углерода в состоянии, предшествующем образованию тройной связи и связей C – H
По одной из двух гибридных орбиталей каждого атома углерода взаимно перекрываются, приводя к образованию s - связи между атомами углерода. Каждая оставшаяся гибридная орбиталь перекрывается с s - орбиталью атома водорода, образуя s - связь С–Н.
Схематическое изображение строения молекулы ацетилена (ядра атомов углерода и водорода на одной прямой, две p - связи между атомами углерода находятся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях)
Две негибридные p -орбитали каждого атома углерода, расположенные перпендикулярно друг другу и перпендикулярно направлению σ -связей, взаимно перекрываются и образуют две π - связи. Таким образом, тройная связь характеризуется сочетанием одной σ - и двух π -связей. Для алкинов характерны все реакции присоединения , свойственные алкенам, однако у них после присоединения первой молекулы реагента остается еще одна π -связь (алкин превращается в алкен), которая вновь может вступать в реакцию присоединения со второй молекулой реагента. Кроме того, "незамещенные" алкины проявляют кислотные свойства, связанные с отщеплением протона от атома углерода, составляющего тройную связь ( ≡ С–Н).
Химические свойства
- Реакции присоединения
1) Гидрирование осуществляется при нагревании с теми же металлическими катализаторами ( Ni , Pd или Pt ), что и в случае алкенов, но с меньшей скоростью.
CH 3 – C ≡ CH + H 2 → CH 3 – CH = CH 2
CH 3 – CH = CH 2 + H 2 → CH 3 – CH 2 – CH 3
2) Галогенирование. Алкины обесцвечивают бромную воду ( качественная реакция на тройную связь ). Реакция галогенирования алкинов протекает медленнее, чем алкенов.
HC ≡ CH + Br 2 → CHBr = CHBr
CHBr = CHBr + Br 2 → CHBr 2 – CHBr 2
3) Гидрогалогенирование. Образующиеся продукты определяются правилом Марковникова.
CH 3 – C ≡ CH + HBr → CH 3 – CBr = CH 2
CH 3 – CBr = CH 2 + HBr → CH 3 – CBr 2 – CH 3
4) Гидратация (реакция Кучерова). Присоединение воды осуществляется в присутствии сульфата ртути. Эту реакцию открыл и исследовал в 1881 году М.Г.Кучеров.
HgSO 4
C 2 H 5 –C ≡ CH + H 2 O → C 2 H 5 – C – CH 3
||
O
- Правило В.В.Марковникова:
водород присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода при двойной связи, то есть к атому углерода с наибольшим числом водородных атомов .
5) Полимеризация. Алкины ввиду наличия тройной связи склонны к реакциям полимеризации, которые могут протекать в нескольких направлениях:
a) Под воздействием комплексных солей меди происходит димеризация и линейная тримеризация ацетилена.
kat HC ≡ CH + HC ≡ CH → CH 2 = CH – C ≡ CH
kat
CH 2 = CH – C ≡ CH + HC ≡ CH → CH 2 = CH – C ≡ C – CH = CH 2
б) Тримеризация (для ацетилена)
C акт. , t
3С H ≡ CH → С 6 Н 6 ( бензол)
- Кислотные свойства .
6) Водородные атомы ацетилена способны замещаться металлами с образованием ацетиленидов.
HC ≡ CH + 2 Na → NaC ≡ CNa + H 2
HC ≡ CH + Ag 2 O → AgC ≡ CAg ↓ + H 2 O
( аммиачный р-р )
HC ≡ CH + CuCl 2 → CuC ≡ CCu ↓ + 2HCl
( аммиачный р-р )
- Окисление
7 ) Горение ( t = 2500 ºC )
2СН СН + 4 O 2 → CO 2 + 2 H 2 O + 3 C ↓
2C 2 H 2 + 5O 2 → 4CO 2 + 2H 2 O +Q
8 ) В присутствии перманганата калия ацетилен легко окисляется в до щавелевой кислоты (обесцвечивание раствора KMnO 4 является качественной реакцией на наличие тройной связи).
3 C 2 H 2 + 8 KMnO 4 + 4 H 2 O → 3 HOOC - COOH + +8 MnO 2 + 8 KOH
Применение
При горении ацетилена в кислороде температура пламени достигает 3150 °C , поэтому ацетилен используют для резки и сварки металлов . Кроме того, ацетилен широко используется в органическом синтезе разнообразных веществ - например, уксусной кислоты, 1,1,2,2- тетрахлорэтана и др. Он является одним из исходных веществ при производстве синтетических каучуков, поливинилхлорида и других полимеров.
Источники информации
1. Петров А.А., Бальян Х.В., Трощенко А.Т.
Органическая химия. Учебник для вузов./ Под
ред. Петрова А.А. – М.: Высшая школа, 1981.
2. Хомченко Г.П. Пособие по химии для
поступающих в вузы. – М.: ООО «Издательство
Новая Волна», 2002.
3. Курмашева К.К. Химия в таблицах и схемах.
Серия «Школа в клеточку». – М.: «Лист», 1997.
4. Потапов В.М., Чертков И.Н. Строение и
свойства органических веществ. Пособие для
учащихся 10 кл. – М.: Просвещение, 1980.
5. Оганесян Э.Т. Руководство по химии
поступающим в вузы. Справочное пособие. – М.:
Высшая школа,1991.
6. Иванова Р.Г., Осокина Г.Н. Изучение
химии в 9-10 классах. Книга для учителя. – М.:
Просвещение, 1983.
7. Денисов В.Г. Химия. 10 класс. Поурочные
планы. – Волгоград: Учитель, 2004.
8. Аргишева А.И., Задумина Э.А. Химия:
Подготовка к государственному
централизованному тестированию. – Саратов:
Лицей, 2002.
9. Штремплер Г.И. Тесты, вопросы и ответы по химии: Книга для учащихся 8-11 классов общеобразовательных учреждений. – М.: Просвещение, 1999.
10. Малыхин З.В. Тестовые задания для проверки знаний учащихся по органической химии. – М.: ТЦ «Сфера», 2001.
11. Городничева И.Н. Контрольные и проверочные работы по химии. 8-11 класс. – М.: Аквариум, 1997.
12. Гаврусейко Н.П. Проверочные работы по органической химии: Дидактический материал: Пособие для учителя. – М.: Просвещение, 1991.