Меню сайта
Наш опрос
Погода
|
АлкиныАлкиныАлкины – это алифатические (ациклические), непредельные (ненасыщенные) углеводороды, с одной тройной углерод-углеродной связью С≡С в цепи и общей формулой СnH2n-2 Образование названий алкинов по номенклатуре ИЮПАК Тройную связь обозначают суффиксом -ин. ацетилен (этин) бутин-1 Главная цепь должна включать в себя тройные связи, а нумерация проводится так, чтобы они получили наименьшие номера. 3,6-диметилгептадиин-1,4 Рис. 1. Шаростержневая модель ацетилена Строение Ацетилен – первый член гомологического ряда ацетиленовых углеводородов, или алкинов. Молекулярная формула ацетилена C2H2 Структурная формула ацетилена H–C≡C–H Электронная формула H : С : : : С : Н Анимация: “Образование молекулы ацетилена” Углеродные атомы ацетилена, связанные тройной связью, находятся в состоянии sp-гибридизации. При образовании молекулы ацетилена у каждого атома С гибридизуются по одной s- и p-орбитали. В результате этого каждый атом С приобретает по две гибридных орбитали, а две p-орбитали остаются негибридными. Две гибридных орбитали взаимно перекрываются, и между атомами С образуется σ-связь. Остальные две гибридных орбитали перекрываются с s-орбиталями атомов H, и между ними и атомами С тоже образуются σ -связи. Четыре негибридных p-орбитали размещены взаимно перпендикулярно и перпендикулярно направлениям σ-связей. В этих плоскостях p-орбитали взаимно перекрываются, и образуются две π -связи, которые относительно непрочные и в химических реакциях легко разрываются. Таким образом, в молекуле ацетилена имеются три σ -связи (одна связь C–C и две связи C–H) и две π -связи между двумя С атомами. Тройная связь в алкинах – не утроенная простая, а комбинированная, состоящая из трех связей: одной σ - и двух π -связей. Молекула ацетилена имеет линейное строение. Появление третьей связи вызывает дальнейшее сближение атомов С: расстояние между их центрами составляет 0,120 нм. sp- Гибридные орбитали двух атомов углерода в состоянии, предшествующем образованию тройной связи и связей C–H 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). Запомните!
Физические свойства С2Н2 – Ацетилен – бесцветный газ, легче воздуха, мало растворим в воде, в чистом виде почти без запаха.III. Свойства гомологов изменяются аналогично алкенам. По физическим свойствам алкины напоминают алкены и алканы. Температуры их плавления и кипения увеличиваются с ростом молекулярной массы. В обычных условиях алкины С2–С3 – газы, С4–С16 – 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. Таблица. Физические свойства некоторых алкинов
Изомерия 1. Структурная изомерия 1. Изомерия положения тройной связи (начиная с С4Н6): 2. Изомерия углеродного скелета (начиная с С5Н8): 3. Межклассовая изомерия с алкадиенами и циклоалкенами (начиная с С4Н6): 2. Пространственная изомерия Относительно тройной связи в алкинах не проявляется, т.к. заместители могут располагаться только одним способом - вдоль линии связи. Химические свойства алкинов I. Реакции присоединения 1) Галогенирование – стадийно, до производных алканов: (как и алкены обесцвечивают бромную воду!) Опыт: “Взаимодействие ацетилена с бромной водой” СH≡CH + Br2 → CHBr=CHBr (1,2-дибромэтен) CHBr=CHBr + Br2 → CHBr2-CHBr2 (1,1,2,2-тетрабромэтан) Опыт: "Взаимодействие ацетилена с хлором" 2) Гидрогалогенирование (труднее, чем у алкенов) – стадийно:
* CH3-C≡CH + HBr AlBr3→ CH3-CBr=CH2 2-бромпропен * - используется пр. Морковникова 3) Гидратация – ( р. М.Г. Кучерова) CH≡CH + H2O Hg2+,H+→ [CH2=CH-OH] → CH3-CH=O (уксусный альдегид ) непредельный спирт – енол протекает в присутствии солей ртути (II) – HgSO4, Hg(NO3)2 – с образованием уксусного альдегида: Эта реакция носит имя русского ученого Михаила Григорьевича Кучерова (1881). 4) Полимеризация В определенных условиях ацетилен способен полимеризоваться в бензол и винилацетилен. 1. При пропускании ацетилена над активированным углем при 450–500 °С происходит тримеризация ацетилена с образованием бензола (Н.Д.Зелинский, 1927 г.): 2. Под действием водного раствора CuCl и NH4Cl ацетилен димеризуется, образуя винилацетилен: Винилацетилен обладает большой реакционной способностью; присоединяя хлороводород, он образует хлоропрен, используемый для получения искусственного каучука:
II. Реакции окисления и восстановления 1) Горение – пламя сильно коптящее Опыт: "Взрыв смеси ацетилена с кислородом" CnH2n-2 + (3n-1)/2O2 t → nCO2 + (n-1)H2O + Q 2) Окисление Протекание реакции и её продукты определяются средой! а) в кислой среде при нагревании образуются карбоновые кислоты, при концевой кратной связи - CO2: 5CH3 – CH2 – C ≡ C – CH3 + 6KMnO4 + 9H2SO4 → 5CH3 – CH2COOH + 5CH3COOH + 6MnSO4 + 3K2SO4 + 4H2O 5CH3 – C ≡ CH + 8KMnO4 + 12H2SO4 → 5CO2 + 5CH3COOH + 8MnSO4 + 4K2SO4+12H2O б) в нейтральной и слабощелочной средах на холоде образуются соли карбоновых кислот; ацетилен окисляется до оксалатов (солей щавелевой кислоты): 3CH ≡ CH + 8KMnO4 → 3KOOC – COOK + 8MnO2 + 2KOH + 2H2O Опыт: “Качественная реакция на ацетилен - обесцвечивание раствора перманганата калия” CH3 – C ≡ C – CH3 + 2KMnO4 → 2CH3 – COOK + 2MnO2 3CH ≡ C – CH3 + 8KMnO4 → 3CH3 – COOK + 2K2CO3 + KHCO3 + 8MnO2 + H2O
Рис. 1. Обесцвечивание КМnO4 3) Восстановление ( kat – Ni,Pd или Pt) C2H2 + H2 t,kat→ C2H4 C2H2 + 2H2 t,kat→ C2H6 III. Реакции замещения 1) Кислотные свойства (в отличие от алкенов, образуют соли – ацетилениды) R-C≡C-H + NaH → R-C≡C-Na + H2↑ Качественные реакции на алкины с тройной связью в конце цепи: Опыт: “Получение ацетиленида серебра” R-C≡CH + [Ag(NH3)2]OH → R-C≡C-Ag↓ +2NH3 + H2O серо-белый осадок Опыт: “Получение ацетиленида меди" R-C≡C-H + [Cu(NH3)2]Cl → R-C≡C-Cu↓ + NH4Cl +NH3 красный осадок Ацетилениды серебра и меди (I)- разлагаются соляной кислотой: R-C≡C-Cu↓ +HCl → R-C≡C-H + CuCl Ацетилениды металлов – взрывчатые вещества! Опыт: "Непрочность ацетиленидов металлов" Получение 1. Термическое разложение алканов (электрокрекинг) 2CH4 t=1500→ HC≡CH + 3H2 (пиролиз метана) C2H6 t,kat → C2H2 + 2H2 (t=1200) 2C3H8 t,kat → 3C2H2 + 5H2 (t=1200) 2. Гидролиз карбида кальция Опыт: “Получение ацетилена и его горение” В лаборатории и в промышленности ацетилен получают взаимодействием карбида кальция с водой (карбидный способ): CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + C2H2 Карбид кальция получают в электропечах при нагревании кокса с негашеной известью: 3. Дегидрогалогенирование дигалогеналканов: 4. Из ацетиленидов HC≡CMe + R-Г → HC≡C-R + MeГ HC≡CNa + CH3-Cl → HC≡C-CH3 + NaCl моноацетиленид пропин натрия MeC≡CMe + 2R-Г → R-C≡C-R + 2MeГ AgC≡CAg + 2CH3-I (йодметан)→ CH3-C≡C-CH3 (бутин-2)+ 2AgI↓ ацетиленид серебра Применение Ацетилен широко применяют в органическом синтезе. Он является одним из исходных веществ при производстве синтетических каучуков, поливинилхлорида и других полимеров. Из ацетилена получают уксусную кислоту, растворители (1,1,2,2-тетрахлорэтан и 1,1,2-трихлорэтен). При сжигании ацетилена в кислороде температура пламени достигает 3150 °С, поэтому его используют при сварке и резке металлов. Примеры промышленного использования ацетилена: Благодаря яркому пламени в XIX веке широко распространились ацетиленовые фонари. При горении смеси ацетилена с кислородом температура пламени достигает 2800–3000оС – можно плавить многие металлы. На этом свойстве основана ацетиленовая сварка. Рис. 1, 2.
Рис. 1. Ацетиленовая горелка
Рис. 2. Сварка и резка металлов Тренажеры Тренажер №1: “Алкины: строение, номенклатура, получение и физические свойства” Тренажер №2: “Алкины: строение, номенклатура, получение и физические свойства (расчетные задачи)” Тренажер №3: “Гомологический ряд ацетилена” Тренажер №4: “Типы химических реакций, характерные для алкинов” Тренажер №5: “Уравнения реакций, характеризующие химические свойства ацетилена” Тренажер №6: “Химические свойства алкинов” |
Поиск
Архив записей
Друзья сайта
Статистика
Онлайн всего: 1 Гостей: 1 Пользователей: 0 |
||||||||||||||||||||||||||||