Алкины – определение, формула, свойства, получение и применение

Алкины — номенклатура, получение, химические свойства

Алкины — ациклические углеводороды, содержащие в молекуле помимо одинарных связей, одну тройную связь между атомами углерода и соответствующие общей формуле СпН2n-2.

Атомы углерода, между которыми образована тройная связь, находятся в состоянии sр — гибридизации. Это означает, что в гибридизации участвуют одна s- и одна р-орбиталь, а две р-орбитали остаются негибридизованными. Перекрывание гибридных орбиталей приводит к образованию σ — связи, а за счет негибридизованных р-орбиталей соседних атомов углерода образуются две π — связи. Таким образом, тройная связь состоит из одной σ -связи и двух π -связей.

Все гибридные орбитали атомов, между которыми образована двойная связь, а также заместители при них (в случае этина — атомы водорода) лежат на одной прямой, а плоскости л-связей перпендикулярны друг другу.

Тройная углерод-углеродная связь с длиной 0,12 нм короче двойной, энергия тройной связи больше, т. е. она является более прочной.

Гомологический ряд этина

Неразветвленные алкины составляют гомологический ряд этина (ацетилена): С2Н2этин, С3Н4пропин, С4Н6бутин, С5Н8пентин, С6Н10гексин и т. д.

Изомерия и номенклатура алкинов

Для алкинов характерна структурная изомерия: изомерия углеродного скелета и изомерия положения кратной связи. Простейший алкин, для которого характерны структурные изомеры положения кратной связи класса алкинов, — это бутин:

Изомерия углеродного скелета у алкинов возможна, начиная с пентина:

Так как тройная связь предполагает линейное строение углеродной цепи, геометрическая (цис-, транс-) изомерия для алкинов невозможна.

Наличие тройной связи в молекулах углеводородов этого класса отражается суффиксом — ин, а ее положение в цепи — номером атома углерода. Например:

Алкинам изомерны соединения некоторых других классов. Так, химическую формулу С6Н10 имеют гексин (алкин), гексадиен (алкадиен) и циклогексен (циклоалкен):

Физические свойства алкинов

Температуры кипения и плавления алкинов, так же как и алкенов, закономерно повышаются при увеличении молекулярной массы соединений. Алкины имеют специфический запах. Они лучше растворяются в воде, чем алканы и алкены.

Химические свойства алкинов

Химические свойства алкинов сходны с алкенами, что обусловлено их ненасыщенностью.

1) p-Электроны более короткой тройной связи прочнее удерживаются ядрами атомов углерода и обладают меньшей поляризуемостью (подвижностью). Поэтому реакции электрофильного присоединения к алкинам протекают медленнее, чем к алкенам.

2) Связь атома водорода с углеродом в sp-гибридизованном состоянии значительно более полярна по сравнению с С-Н-связями в алканах и алкенах. Это объясняется различным вкладом в гибридизованное состояние s-орбитали, которая более прочно, чем р-АО, удерживает электроны (сравните форму и энергию s- и р-АО). Доля s-АО в sp3-состоянии составляет 25%, в sp2- 33%, а в sp- 50%. Чем больше вклад s-АО, тем выше способность атома удерживать внешние электроны, т.е. его электроотрицательность. Повышенная полярность связи С(sp)-Н приводит к возможности ее гетеролитического разрыва с отщеплением протона Н+.

Читайте также:
Химический элемент гелий электронная формула инертного газа, строение атома, химические и физические свойства, получение и применение

Таким образом, алкины с концевой тройной связью (алкины-1) проявляют кислотные свойства и способны, вступая в реакции с металлами, образовывать соли

Получение алкинов

Применение алкинов

Наибольшее практическое значение имеют ацетилен и винилацетилен. Ацетилен используется для получения самых разнообразных веществ: уксусной кислоты, поливинилхлорида, синтетического каучука. Винилацетилен является важным промежуточным продуктом в производстве масло- и бензостойкого синтетического хлоропренового каучука.

Алкины

Алкины – непредельные (ненасыщенные) углеводороды, имеющие в молекуле одну тройную связь С≡С. Каждая такая связь содержит одну сигма-связь (σ-связь) и две пи-связи (π-связи).

Алкины также называют ацетиленовыми углеводородами. Первый член гомологического ряда – этин – CH≡CH (ацетилен). Общая формула их гомологического ряда – CnH2n-2.

Номенклатура и изомерия алкинов

Названия алкинов формируются путем добавления суффикса “ин” к названию алкана с соответствующим числом: этин, пропин, бутин и т.д.

При составлении названия алкина важно учесть, что главная цепь атомов углерода должна обязательно содержать тройную связь. Нумерация атомов углерода в ней начинается с того края, к которому ближе тройная связь. В конце названия указывают атом углерода у которых начинается тройная связь.

Для алкинов характерна изомерия углеродного скелета, положения тройной связи, межклассовая изомерия с алкадиенами.

Пространственная геометрическая изомерия для них невозможна, ввиду того, что каждый атом углерода, прилежащий к тройной связи, соединен только с одним единственным заместителем.

Некоторые данные, касающиеся алкинов, надо выучить:

  • В молекулах алкинов присутствуют тройные связи, длина которых составляет 0,121 нм
  • Тип гибридизации атомов углерода – sp
  • Валентный угол (между химическими связями) составляет 180°
Получение алкинов

Ацетилен получают несколькими способами:

    Пиролиз метана

При нагревании метана до 1200-1500 °C происходит димеризация молекул метана, в ходе чего отщепляется водород.

Осуществляется напрямую, из простых веществ. Протекает на вольтовой (электрической) дуге, в атмосфере водорода.

2C + H2 → (t, вольтова дуга) CH≡CH

Разложение карбида кальция

В результате разложения карбида кальция образуется ацетилен и гидроксид кальция II.

Получение гомологов ацетилена возможно в реакциях дегидрогалогенирования дигалогеналканов, в которых атомы галогена расположены у одного атома углерода или у двух соседних атомов.

Химические свойства алкинов

Алкины – ненасыщенные углеводороды, легко вступающие в реакции присоединения. Реакции замещения для них не характерны.

Водород присоединяется к атомам углерода, образующим тройную связь. Пи-связи (π-связи) рвутся, остается единичная сигма-связь (σ-связь).

CH≡C-CH3 + H2 → (t, Ni) CH2=CH-CH3 (в реакции участвует 1 моль водорода)

CH≡CH + 2H2 → (t, Ni) CH3-CH3 (в реакции участвует 2 моль водорода)

Реакция с бромной водой является качественной для непредельных соединений, содержащих двойные (и тройные) связи. В ходе такой реакции бромная вода обесцвечивается, что указывает на присоединение его по кратным связям к органическому веществу.

Читайте также:
Способы получения спиртов способы получения спиртов

Алкины вступают в реакции гидрогалогенирования, протекающие по типу присоединения.

Гидрогалогенирование протекает по правилу Марковникова, в соответствии с которым атом водорода присоединяется к наиболее гидрированному, а атом галогена – к наименее гидрированному атому углерода.

Реакцией Кучерова называют гидратацию ацетиленовых соединений с образованием карбонильных соединений. Открыта русским химиком М.Г. Кучеровым в 1881 году. Катализатор – соли ртути Hg 2+ .

Только в реакции с ацетиленом образуется уксусный альдегид. Во всех остальных реакциях (с гомологами ацетилена) образуются кетоны.

При горении алкины, как и все органические соединения, сгорают с образование углекислого газа и воды – полное окисление.

Сильные окислители (особенно в подкисленной среде) способны разрывать молекулы алкинов в самом слабом месте – в месте тройной связи.

Так, при окислении пропина, образуется уксусная кислота и муравьиная кислота, окисляющаяся до угольной кислоты, которая распадается на углекислый газ и воду.

Данная реакция протекает при пропускании ацетилена над активированным углем при t = 400°C. В результате образуется ароматический углеводород – бензол.

Димеризация ацетилена происходит при наличии катализатора – солей меди I. В результате реакции две молекулы ацетилена соединяются, образуя винилацетилен.

В случае если тройная связь прилежит к краевому атому углерода, то имеющийся у данного атома водород может быть замещен атомом металла. Если тройная связь спрятана внутри молекулы, то образование солей невозможно.

Реакция аммиачного раствора серебра и ацетилена – качественная реакция, в ходе которой выпадает осадок ацетиленида серебра.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Урок 20. Алкины

Определение. Гомологический ряд, номенклатура, изомерия

Алкины — это нециклические углеводороды, в молекулах которых есть одна тройная связь, а остальные связи простые.

Алкины относят к группе непредельных ненасыщенных углеводородов. Для того чтобы вывести общую формулу гомологического ряда алкинов, сравним состав алканов и алкинов:

Таким образом, алкины образуют гомологический ряд, общая формула которого

Вопрос. Какие ещё углеводороды имеют такую же общую формулу гомологического ряда?

Значит, алкины и алкадиены с одинаковым числом атомов углерода являются изомерами.

Первый член гомологического ряда С2Н2 называется ацетилен. Поэтому алкины относятся к ацетиленовым углеводородам.

Вопрос. Почему в названиях ацетиленовых углеводородов появился суффикс ИН? (См. урок 17.7.)

Задание 20.1. Составьте молекулярную и графическую формулы алкина с n = 4.

Выполнив последнее задание, вы убедитесь, что для этого алкина можно составить две графические формулы:

Значит, изомерия алкинов связана с положением тройной связи в молекуле. Кроме того, изомерия связана со строением углеводородного радикала:

Читайте также:
Дихромат калия - свойства, особенности получения и применения

Задание 20.2. Составьте молекулярные формулы этих соединений и убедитесь, что это изомеры. Назовите эти вещества.

  • названия алкинов составляют, используя суффикс ИН;
  • нумерацию основной цепи ведут с того конца, к которому ближе тройная связь.

Строение молекул

В состав молекулы любого алкина входит одна тройная связь, поэтому особенности свойств этих соединений будут связаны с особенностями тройной связи. Это сложная, неоднородная связь. Её составляют одна простая σ-связь и две π-связи.

Вопрос. Какая из этих связей легче разрушается в химических реакциях? Почему?

Значит, как и у алкенов, в химических реакциях будет прежде всего разрушаться менее прочная π-связь. Алкины тоже легко вступают в химические реакции, но, в отличие от алкенов, большинство реакций за счёт π-связи идут в две стадии: сначала разрывается одна π-связь, потом вторая π-связь. Характерной реакцией является реакций присоединения, хотя возможны и другие типы реакций.

Свойства алкинов

Физические свойства

По физическим свойствам алкины мало отличаются от алкенов и алканов. Так, простейший алкин ацетилен — газ без вкуса и запаха, плохо растворимый в воде. Среди гомологов ацетилена есть и жидкие, и твёрдые вещества: чем больше молекулярная масса, тем выше температуры кипения и плавления алкинов.

Химические свойства

Для алкинов, как и для алкенов, характерны реакции присоединения. Они идут в две стадии:

Вопрос. Возможна ли для полученного соединения реакция присоединения?

Поскольку полученный этилен содержит двойную связь, возможна вторая стадия этого процесса:

Вопрос. Возможна ли реакция присоединения для полученного вещества? Почему?

Таким образом, в результате реакции гидрирования из ацетилена можно получить и этилен, и этан. Всё зависит от условия процесса и от соотношения исходных веществ. Например, реакцию присоединения хлороводорода к ацетилену часто прерывают на первой стадии:

Дело в том, что хлорвинил применяется для получения полимера полихлорвинила.

Задание 20.3. Составьте уравнения реакции полимеризации хлорвинила.

Изделия из полихлорвинила (–СНСl–СН2–)n имеют разнообразное применение.

Так, полихлорвинил (ПХВ, или ПВХ) является основой для получения искусственной кожи, различной посуды одноразового пользования, полимерной тары, клеёнок, отделочных материалов и т. д. Многие пластмассовые изделия, которые мы используем каждый день, обивка салонов автомобилей, вагонов, самолётов, — сделаны из ПВХ. Он также используется для электроизоляции проводов.

Аналогично идут и другие реакции присоединения. Например, ацетилен, как и этилен, обесцвечивает бромную воду. Кроме того, он обесцвечивает и раствор перманганата калия, т. е. вступает в реакции окисления.

Задание 20.4. Составьте уравнения реакции ацетилена с бромом.

Таким образом, ацетилен тоже даёт качественные реакции на π-связь. Поэтому правильнее говорить, что реакции обесцвечивания бромной воды и перманганата калия — это качественные реакции на кратную связь. Другими словами, при помощи этих реакций можно обнаружить непредельные соединения, содержащие кратную связь, которая содержит π-связь.

Читайте также:
Химические свойства водорода общая характеристика, окислительно-восстановительные реакции с элементами, взаимодействие с соединениями, получение и применение

Большое практическое значение имеет реакция присоединения воды к ацетилену — гидратация ацетилена. Поскольку эту реакцию открыл и изучил российский ученый М. Г. Кучеров*, она носит название «реакция Кучерова»:

* Кучеров Михаил Григорьевич (3.06.1850–26.06.1911) — русский химик-органик. Открыл (1881) реакцию каталитической гидратации ацетиленовых углеводородов с образованием карбонилсодержащих соединений.

Уксусный альдегид нужен для получения уксусной кислоты. Ацетилен горит.

Задание 20.5. Составьте уравнение реакции горения ацетилена.

Газообразные углеводороды можно различить по характеру пламени. Так, метан горит бесцветным пламенем, этилен — светящимся, а ацетилен — коптящим, т. е. углерод окисляется не полностью и частично выделяется в виде простого вещества (сажи). В токе кислорода ацетилен горит ослепительно-голубым пламенем с выделением большого количества теплоты (температура пламени превышает 3000 °C!). Поэтому эта реакция используется для газовой сварки и резки металлов.

При неполном окислении ацетилена (раствором перманганата калия) образуется смесь кислот.

Для ацетилена возможна реакция полимеризации, причём в эту реакцию может вступать небольшое число молекул. Так, при тримеризации ацетилена (соединяются три молекулы) образуется циклическое соединение — бензол:

Для алкинов характерна подвижность атомов водорода у тройной связи. За счёт этих атомов происходят реакции замещения таких атомов водорода:

Аналогичная реакция замещения происходит и с оксидом меди (I), и со щелочными металлами. В результате обеих реакций выделяется осадок, поэтому их считают качественными реакциями на алкины, в молекулах которых имеется атом водорода у тройной связи. Такая же реакция замещения происходит и со щелочными металлами.

Получение и применение ацетилена

Ацетилен в небольших количествах входит в состав природных газов. Его получают крекингом метана:

В небольших количествах, например для сварки металлов и в лаборатории, его получают из карбида кальция:

Ацетилен, полученный карбидным способом, используется для сварки и резки металлов, поскольку температура пламени автогена (горение ацетилена в кислороде) достигает 3000 °C.

Ацетилен и его производные используются для получения пластмасс, каучуков, уксусной кислоты, растворителей.

Выводы

Алкины — это непредельные углеводороды, содержащие тройную связь. Для таких веществ характерны реакции:

  • присоединения;
  • окисления;
  • полимеризации. Все они происходят за счёт разрыва π-связи, которая входит в состав тройной связи;
  • замещения атома водорода у тройной связи.

Алкины: гомологический ряд, номенклатура и изомерия

Урок 15. Химия 10 класс (ФГОС)

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока “Алкины: гомологический ряд, номенклатура и изомерия”

Алкины, как и алкены, относятся к ненасыщенным углеводородам.

Алкины представляют собой углеводороды, содержащие в составе молекул тройную связь.

Алкины в природе практически не встречаются, за исключением ацетилена, который образуется в незначительных количествах при созревании яблок. Некоторые алкины содержатся в масле ромашки, в некоторых видах грибов, феромонах насекомых, в морских организмах – губках. Алкины входят в состав токсичного вещества, которое применяли для смазывания наконечников стрел индейцы Амозонки.

Читайте также:
Арены - определение, общая формула, свойства, применение

Орбитали атомов углерода, между которыми образована тройная связь, находятся в состоянии sp-гибридизации. Это означает, что в гибридизации участвует одна s- и одна р-орбиталь, а две р-орбитали остаются негибридизованными. Перекрывание гибридных орбиталей приводит к образованию σ-связи, а за счёт негибридизованных р-орбиталей соседних атомов углерода образуются две π-связи.

То есть, тройная связь состоит из одной σ- и двух π-связей. Все гибридные орбитали атомов, между которыми образована тройная связь, находятся на одной линии, а плоскости π-связей перпендикулярны друг другу.

Тройная углерод-углеродная связь, длина которой 0,12 нм, короче двойной. Энергия тройной связи больше, то есть она является более прочной. Таким образом, молекула ацетилена имеет линейное строение и валентный угол связей 180 0 .

Рассмотрим гомологический ряд алкинов. Первый представитель гомологического ряда алкинов – этин, или ацетилен, второй представитель – пропин, третий – бутин-1, четвёртый – пентин-1.

Общая формула алкинов CnH2n-2.

Названия алкинов образуются с заменой суффикса-ан в названии соответствующего насыщенного углеводорода на суффикс -ин. Например, название этана заменяется на этин, пропана – на пропин.

То есть, наличие тройной связи в молекулах углеводородов этого класса отражается суффиксом -ин, а её положение в цепи — номером атома углерода.

При составлении названия алкина выбирается самая длинная цепь, включающая тройную связь; нумерация цепи идёт с того конца, к которому ближе находится кратная связь; её местоположение указывается наименьшим из двух номеров углеродным атомом. Если тройная связь находится на одинаковом расстоянии от концов цепи, нумерацию ведут с того конца, к которому ближе находится заместитель. Например:

Если в молекуле имеются двойная и тройная связи, начало нумерации определяет двойная связь, и сначала помещают суффикс -ен, а после него – -ин. Например:

Радикал, образованный от ацетилена (HC≡C−), называется этинил.

Алкины с концевой тройной связью (ацетилен, пропин, бутин-1 и другие) называют терминальными ацетиленовыми углеводородами.

Для алкинов характерны все виды структурной изомерии: изомерия углеродного скелета, изомерия положения тройной связи. Рассмотрим различные виды изомерии на примере алкина с молекулярной формулой С5Н8. Его изомером будет 3-метилбутин-1, и если это изомерия положения тройной связи, то его изомерами будут пентин-1 и пентин-2.

Так как тройная связь предполагает линейное строение углеродной цепи, геометрическая (цис-, транс ) изомерия в случае алкинов невозможна.

Алкинам изомерны соединения некоторых других классов. Так, химическую формулу С6Н10 имеют гексин (алкин), гексадиен (алкадиен) и циклогексен (циклоалкен).

Алкины – определение, формула, свойства, получение и применение

АЛКИНЫ Общая формула алкинов СnH2n-2 .

Читайте также:
Метанол - формула, свойства, плотность, окисление, получение

Алкины (ацетиленовые углеводороды) – непредельные алифатические углеводороды, молекулы которых содержат одну тройную связь.

Простейшие представители:

Тройную связь осуществляют 6 общих электронов: .

В образовании такой связи участвуют атомы углерода в

sp-гибридизованном состоянии. Каждый из них имеет по две sp-гибридных орбитали, направленных друг к другу под углом 180°, и две негибридных р-орбитали, расположенных под углом 90° по отношению друг к другу и к sp-гибридным орбиталям:

Строение тройной связи

Тройная связь является комбинацией из одной s-и двух p-связей, образуемых двумя sp-гибридизованными атомами.

s-Связь возникает при осевом перекрывании sp-гибридных орбиталей соседних атомов углерода; одна из p -связей образуется при боковом перекрывании рy-орбиталей, другая – при боковом перекрывании

рz-орбиталей. Образование связей на примере молекулы ацетилена можно изобразить в виде схемы:

s-связь (перекрывание 2sp-2sp),

С–Н s-связь (перекрывание 2sp-АО углерода и 1s-АО водорода).

p -Cвязи располагаются во взаимно перпендикулярных плоскостях.

s-Cвязи, образуемые sp–гибридными орбиталями углерода, располагаются на одной прямой (под углом 180° друг к другу). Поэтому молекула ацетилена имеет линейное строение:

По систематической номенклатуре названия ацетиленовых углеводородов производят от названий соответствующих алканов (с тем же числом атомов углерода) путем замены суффикса –ан на –ин:

2 атома С → этан → эт ин ;

3 атома С → пропан → проп ин и т.д.

Главная цепь выбирается таким образом, чтобы она обязательно включала в себя тройную связь (т.е. она может быть не самой длинной).

Нумерацию углеродных атомов начинают с ближнего к тройной связи конца цепи. Цифра, обозначающая положение тройной связи, ставится обычно после суффикса –ин. Например:

Для простейших алкенов применяются также исторически сложившиеся названия: ацетилен (этин), аллилен (пропин), кротонилен(бутин-1), валерилен (пентин-1).

В номенклатуре различных классов органических соединений наиболее часто используются следующие одновалентные радикалы алкинов:

Изомерия алкинов

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.

Алкины в химии – общая характеристика, строение и примеры непредельных углеводородов

История открытия

В 1836 году двоюродный брат химика-англичанина Гемфри Дэви — Эдмунд — получил первый ацетилен.

Для этого он нагрел древесный уголь вместе с уксуснокислым калием, добавил в раствор воду. В результате образовался карбид калия. Дэви назвал полученный газ двууглеродистым водородом.

Второй раз вещество получил немецкий врач Велер в 1862 году. Он воздействовал на карбид калия водой, в результате получил ацетилен. А через год французский химик Бертло провел ряд других опытов. Он пропустил водород над графитовыми электродами, которые предварительно раскалил электрической дугой. Назвал он образовавшийся газ ацетиленом. Это слово состоит из двух корней латинского и греческого языков, в переводе означает уксусное дерево. А в русском языке название появилось благодаря Дмитрию Менделееву.

Читайте также:
Соединения углерода формулы веществ, химические и физические свойства, способы получения и применения, нахождение в природе, примеры веществ

В конце девятнадцатого века изучением непредельных углеводородов занялся Фаворский, а в 1895 году Ле Шателье обнаружил одно интересное свойство, которым они обладают. Ацетилен во время сгорания в кислороде дает горячее пламя, благодаря чему его впоследствии начали использовать в сварке и резке металлов. Согласно номенклатуре, названия веществ образуются как производные от алканов путем замены суффикса.

Простейший непредельный углеводород — это этин, он превращается в этан. Гомологический ряд алкинов включает:

  • децин — С10Н18;
  • нонин — С9Н16;
  • октин — С8Н14;
  • гептин — С7Н12;
  • гексин — С6Н10;
  • пентин — С5Н8;
  • бутин — С4Н6;
  • пропин — С3Н4;
  • ацетилен — С2Н2.

У всего структурного ряда алкинов формула общая — С (n) Н (2 n — n).

Физические свойства

У алкинов есть определенные физические свойства. Они могут находиться в нескольких агрегатных состояниях:

  • от С2 до С4 — газы;
  • С5-С16 — жидкости;
  • свыше С17 — твердые углеводороды.

Вещества закипают при температуре, которая гораздо выше той, что необходима для нагрева других производных. Растворимость в воде очень мала, хотя и больше, чем у алканов и алкенов. Но алкины легко расщепляются на атомы в неполярных органических жидкостях.

Есть несколько способов получения углеводорода, их разделяют на промышленные и лабораторные. В условиях производства используют карбидный метод, пиролиз или крекинг.

При первом нужно в электрической печи прокалить смесь кокс с оксидом кальция, постоянно поддерживая температуру 1800−2000 градусов. В результате получится карбид кальция, который вступает во взаимодействие с водой, образуя ацетилен и гидроксид.

Можно получить алкины, пропуская природный газ с кислородом через огнеупорную насадку. Он сгорает, повышает температуру воздуха и приводит к пиролизу метана. Крекинг делится на два метода — электрический и термоокислительный. При первом метан пропускают через два металлических электрода с высокой скоростью при температуре в 1500 градусов. А во время второго способа газ сгорает, окисляясь при этом.

В лабораторных условиях ацетилен добывают с помощью прямого синтеза. Это исторический метод, который применял еще Бертло в 1863 году. Он нагревал водород с углеродом при большой температуре. Кекуле в 1864 получал вещество с помощью электролиза малеата натрия и фумарата. А также можно поддать его реакции дегидрогалогенирования, а в качестве агента-галогеналкана лучше использовать аммиачный амид натрия. В лабораториях ученые алкилируют ацетилен, а также используются группировки Кучерова, Кори-Фукса, Фрича-Буттенберга-Вихелля.

Химические особенности

Алкины вступают в реакции с другими веществами лучше, чем алкены и алканы. Терминальные соединения, у которых тройная связь расположена в конце цепи, подвергаются замещениям. Водород с атомами углерода, гибридизированными в sp, могут проходить протонизацию, благодаря чему они и получают кислую природу.

Читайте также:
Фосфорная кислота - формула, характеристика, получение и применение

Основным химические свойства алкинов:

  • гидрирование;
  • галогенирование;
  • гидратация;
  • присоединение меркаптанов, хлоридов, кислот и спирта;
  • полимеризация;
  • окисление.

При гидрировании активные катализаторы никель или платина восстанавливают алкины до состояния алканов, а процесс с гомологами ацетилена дает цис-олефины. Галогенирование происходит в два этапа, водород вступает в реакцию с хлором. Во время гидрогалогенирования на первом шаге образуется хлористый винилацетилен, на втором — дихлорэтан. Уравнение составляется по правилу Марковникова.

Гидратация образует ацетальдегид и кетоны из его гомологов, процесс протекает по реакции Кучерова. Спирты и меркаптаны присоединяются к водороду под воздействием едкого калия и монозамещенных ацетиленов. Для уксусной кислоты потребуется гетерогенный катализ, полученный винилацетат полимеризируется. К нему присоединяется синильное вещество, что образует акрилонитрил.

Для димеризации необходимы соли Купрума, затем происходит взаимодействия с соляной кислотой. Так получают хлоропреновый каучук, изобутилен, катализатором выступает никель с хлоридом цинка. Тримеризация требует активный уголь и температуры в 600 градусов, в результате образуется бензол.

На тетрамеризацию влияют комплексные соли никеля, а для окисления нужно использовать раствор пергаманата калия и карбоновые кислоты. Качественный раствор становится розовым, но через несколько минут обесцвечивается. При соблюдении мягких условий окисления связи не разрываются. Продуктом реакции становится щавелевая кислота, но в нейтральной среде процесс можно остановить на стадии появления дикетонов. Если алкины горят, то они окисляются полностью до воды и углекислого газа. В результате экзотермической реакции выделяется много тепла.

Взаимодействия с веществами

Изомеры вступают в реакцию с другими веществами. Они взаимодействуют с разными солями и щелочами:

  • альдегидами;
  • кетонами;
  • солями тяжелых металлов;
  • щелочноземельными реактивами;
  • металлическим натрием.

Качественная реакция с солями тяжелых металлов приводит к появлению нерастворимых осадков ацетиленидов. Монозамещенные гомологи взаимодействуют при этом с оксидами полухлористой меди и серебра. Первое вещество белое или бесцветное, второе — красно- или желто-бурое. Ацетилениды могут взрываться, под действием кислот происходит их разложение на металлические соли и ацетилен.

Гомологи вступают в реакцию со щелочными металлами, которые берут из жидкого аммиака. Производные натрия действуют по правилам реактива Иоцича или Ревьяра, поэтому их часто используют в органическом синтезе. Под небольшим давлением вещество взаимодействует с едким калием и кетонами, такую реакцию изучал Фаворский.

Ацетилинед меди также реагирует с гомологами и дает в результате бутиндиол. Перегруппировка Фаворского происходит только во время нагревания ацетиленов с натрием, тройная связь из центра цепи переместится в конец.

А если она изначально занимает это положение, то во время реакции со спиртовым щелочным раствором перейдет в середину молекулы.

Применение углеводородов

Из всех непредельных углеводородов ацетилен имеет наибольшее применение. Он используется как один из главных видов химического сырья. Вещество применяют для синтеза нескольких видов продуктов:

Читайте также:
Полимеры классификация, виды и свойства, структура и строение, способы получения и применения, реакции, примеры высокомолекулярных соединений

  • растворителей;
  • пластификаторов;
  • каучуков;
  • полимеров.

При хлорировании ацетилена получаются дихлорэтилен, тетрахлорэтан и трихлорэтилен, которые используют в качестве сильных растворителей. Акрилонитрил добывают при изомерии вещества с циановодородом, так образуется полиакрилонитрил. Полиакриламид можно получить в результате конденсации ацетилена с аммиаком и углекислым газом. Сырье для уретановых полимеров делают из тетрагидрофурана.

Поливинилхлорид получается в результате гидрохлорирования вещества, а уксусная кислота превращает его в характерный поливинилацетат. Класс альдегидов образуется при гидратации ацетилена, что дает возможность изготовить ацетон, уксусную кислоту и другую продукцию. Синтез полимеров осуществляется с помощью винилацетилена — результата димеризации вещества. Каучуки содержат хлоропрен и бутадиен.

Ацетилен во время горения выделяет тепло, его используют для сварки и резки тугоплавких металлов. В начале прошлого века применялись светильники, сырьем для которых служил карбид кальция — дешевое вещество. Их можно было увидеть на вечерних улицах, в домах, на водном и железнодорожном транспорте. Сегодня их используют туристы как походное снаряжение, хотя изготовляют в небольших количествах.

Алкины. Свойства алкинов.

Алкины – это непредельные углеводороды, молекулы которых содержат тройную связь. Представитель – ацетилен, гомологи его:

Строение алкинов.

Атомы углерода, которые образуют тройную связь, находятся в spгибридизации. σ-связи лежат в плоскости, под углом 180 °С, а π-связи образованы путем перекрывания 2х пар негибридных орбиталей соседних атомов углерода.

Изомерия алкинов.

Для алкинов характерна изомерия углеродного скелета, изомерия положения кратной связи.

Пространственная изомерия не характерна.

Физические свойства алкинов.

В нормальных условиях:

С17 и более – твердые вещества.

Температуры кипения алкинов выше, чем у соответствующих алканов.

Растворимость в воде незначительна, немного выше, чем у алканов и алкенов, но все равно очень мала. Растворимость в неполярных органических растворителях высокая.

Получение алкинов.

1. Отщепление 2х молекул галогенводорода от дигалогенавконов, которые находятся либо у соседних атомов углерода или у одного. Отщепление происходит под воздействием спиртового раствора щелочи:

2. Действие галогеналканов на соли ацетиленовых углевородородов:

Реакция протекает через образование нуклеофильного карбаниона:

3. Крекинг метана и его гомологов:

В лаборатории ацетилен получают:

Химические свойства алкинов.

Химические свойства алкинов объясняет наличие тройной связи в молекуле алкина. Типичная реакция для алкинов – реакция присоединения, которая протекает в 2 стадии. На первой происходит присоединение и образование двойной связи, а на второй – присоединение к двойной связи. Реакция у алкинов протекает медленнее, чем и алкенов, т.к. электронная плотность тройной связи «размазана» более компактно, чем у алкенов, и поэтому менее доступна для реагентов.

1. Галогенирование. Галогены присоединяются к алкинам в 2 стадии. Например,

Алкины также как алкены обесцвечивают бромную воду, поэтому эта реакция является качественной и для алкинов.

2. Гидрогалогенирование. Галогенводороды присоединяются к тройной связи несколько тружднее, чем к двойной. Для ускорения (активации) процесса используют сильную кислоту Льюиса – AlCl3. Из ацетилена при таких условиях модно получить винилхлорид, который идет на производства полимера – поливинилхлорида, имеющего важнейшее значение в промышлености:

Читайте также:
Химический элемент озон структурная формула, состав и строение газа

.

Если же галогенводород в избытке, то реакция (особенно у несимметричных алкинов) идет по правилу Марковникова:

3. Гидратация (присоединение воды). Реакция протекает только в присутствии солей ртути (II) в качестве катализатора:

На 1ой стадии образуется непредельный спирт, в котором гидроксигруппа находится у атома углерода, образующего двойную связь. Такие спирты называются виниловыми или фенолами.

Отличительная черта таких спиртов – неустойчивость. Они изомеризуются в более стабильные карбонильные соединения (альдегиды и кетоны) вследствие переноса протона от ОН-группы к углероду при двойной связи. При этом π-связь рвется (между атомами углерода), и образуется новая π-связь между атомомами углерода и атомом кислорода. Такая изомеризация происходит из-за большей плотности двойной связи С=О по сравнению с С=С.

Только ацетилен превращается в альдегид, его гомологи – в кетоны. Реакция протекает по правила Марковникова:

Эта реакция носит названия – реакции Кучерова.

4. Те алкины, которые имеют концевую тройную связь, могут отщеплять протон под действием сильных кислотных реагентов. Такой процесс обусловлен сильной поляризацией связи .

Причиной поляризации служит сильная электроотрицательность атома углерода в sp-гибридизации, поэтому алкины могут образовывать соли – ацетилениды:

Ацетилениды меди и серебра легко образуются и выпадают в осадок (при пропускании ацетилена через аммиачный раствор оксида серебра или хлорида меди). Эти реакции являются качественными на концевую тройную связь:

Полученные соли легко разлагаются под действием HCl, в результате выделяется исходный алкин:

Поэтому алкины легко выделить из смеси других углеводородоров.

5. Полимеризация. При участии катализаторов алкины могут реагировать друг с другом, причем в зависимости от условий, могут образовываться различные продукты. Например, под воздействием хлорида меди (I) и хлорида аммония:

Винилацетилен (полученное соединение) присоединяет хлороводород, образуя хлорпрен, который служит сырьем для получения синтетического каучука:

6. Если ацетилен пропускать через уголь при 600 ºС, получают ароматическое соединение – бензол. Из гомологов ацетилена, получают гомологи бензола:

7. Реакция окисления и восстановления. Алкины легко окисляются перманганатом калия. Раствор обесцвечивается, т.к. в исходном соединении есть тройная связь. При окислении происходит расщепление тройной связи с образованием карбоновой кислоты:

В присутствие металлических катализаторов происходит восстановление водородом:

Применение алкинов.

На основе алкинов производят много различных соединений, имеющих широкое применение в промышленности. Например, получают изопрен – исходное соединения для производства изопренового каучука.

Ацетилен используют для сварки металлов, т.к. процесс его горения весьма экзотермичный.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: