1. Алкины – это алифатические (ациклические), непредельные (ненасыщенные) углеводороды, с одной тройной углерод-углеродной связью С≡С в цепи и общей формулой СnH2n-2
2. Строение
Ацетилен – первый член гомологического ряда ацетиленовых углеводородов, или алкинов.
Молекулярная формула ацетилена C2H2
Структурная формула ацетилена H–C≡C–H
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.
|
Запомните!
1. Длина связи 0,12 нм
2. Угол 180
3. Линейная молекула
4. Связи – σ и 2π
5. Sp- гибридизация
|
3. Физические свойства
С2Н2 – Ацетилен – бесцветный газ, легче воздуха, мало растворим в воде, в чистом виде почти без запаха.
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
|
Название
(Суффикс –ин)
|
Формула
|
t°пл.,
°C
|
t°кип.,
°C
|
|
Этин
(Ацетилен)
|
HC≡CH
|
-80,8
|
-83,6
|
|
Пропин
(Метилацетилен)
|
CH3–C≡CH
|
-102,7
|
-23,3
|
|
Бутин-1
|
C2H5–C≡CH
|
-122,5
|
8,5
|
|
Бутин-2
|
CH3–C≡C–CH3
|
-32,3
|
27,0
|
|
Пентин-1
|
CH3–CH2–CH2–C≡CH
|
-98,0
|
39,7
|
|
Пентин-2
|
CH3–CH2–C≡C–CH3
|
-101,0
|
56,1
|
4. Изомерия и номенклатура
Структурная изомерия
1. Изомерия положения тройной связи (начиная с С4Н6):
2. 2. Изомерия углеродного скелета (начиная с С5Н8):
3. Межклассовая изомерия с алкадиенами и циклоалкенами, начиная с С4Н6:
Пространственная изомерия относительно тройной связи в алкинах не проявляется, т.к. заместители могут располагаться только одним способом - вдоль линии связи.
5. Химические свойства алкинов
I. Реакции присоединения
1). Галогенирование – стадийно, до производных алканов:
(как и алкены обесцвечивают бромную воду!)
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 "Горение ацетилена"
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
(Качественная реакция - обесцвечивают раствор марганцовки)
CH3 – C ≡ C – CH3 + 2KMnO4 → 2CH3 – COOK + 2MnO2
3CH ≡ C – CH3 + 8KMnO4 → 3CH3 – COOK + 2K2CO3 + KHCO3 + 8MnO2 + H2O
3). Восстановление ( kat – Ni,Pd или Pt)
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
R-C≡CH + [Ag(NH3)2]OH → R-C≡C-Ag↓ +2NH3 + H2O
серо-белый осадок
Опыт
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"
ЦОР:
Образование молекулы ацетилена
Образование названий алкинов по номенклатуре ИЮПАК
Получение ацетилена, его химические свойства
ТРЕНАЖЁРЫ:
Алкины: строение, номенклатура, получение и физические свойства
Алкины: строение, номенклатура, получение и физические свойства (расчетные задачи)
Гомологический ряд ацетилена
Типы химических реакций, характерные для алкинов
Уравнения реакций, характеризующие химические свойства ацетилена
Химические свойства алкинов
Химические свойства алкинов (расчетные задачи) | 