- Строение алкинов. Номенклатура
- Изомерия алкинов
- Физические свойства алкинов
- Химические свойства алкинов
- Получение алкинов
- Применение алкинов
- научиться составлять структурные формулы непредельных углеводородов алкинов
- научиться составлять изомеры алкинов и давать им названия
- научиться составлять уравнения химических реакций с участием алкинов
- рассмотреть основные способы получения алкинов
- рассмотреть основные направления применения алкинов
- Какие особенности строения сопряжённых алкадиенов?
- Какие химические реакции характерны для сопряжённых алкадиенов? Что означает присоединение к 1,2 и 1,4 атомам углерода?
- Какие вещества относят к каучукам? Как их получают? Где они применяются?
- Укажите способы получения алкадиенов. Приведите примеры уравнений химических реакций.
Строение алкинов. Номенклатура
Алкины — непредельные углеводороды, содержащие в молекуле одну тройную связь между атомами углерода: . Номенклатура алкинов сходна с алкенами, только в названии присутствует суффикс ин. Поэтому названия будут этин, пропин, бутин, пентин и т. д. Этин исторически чаще называют ацетиленом. Общая формула алкинов: .
Пример 1
Дайте название следующему алкину.
Решение
- Нумерацию цепи делаем справа, где ближе тройная связь.
- Называем радикалы, цифрами указываем их расположение. Получается следующее название 3,3-диметил...
- Даём название основной цепи, содержащей 4 атома углерода (бутин):
3,3-диметилбутин. - Цифрой указываем расположение двойной связи: 3,3-диметилбутин-1.
- В итоге получаем следующее название: 3,3-диметилбутин-1.
Упражнение 1
Составьте сокращённые структурные формулы следующих веществ: гексин-1,
3-метилбутин-1, 4-метилпентин-2.
Изомерия алкинов
В молекулах алкинов присутствуют кратные, в данном случае тройные связи, поэтому для них будет характерна как изомерия углеродного скелета, так и положения кратных связей.
Такую же общую формулу, как у алкинов, имеют алкадиены. Следовательно, алкины являются изомерами алкадиенов. Это межклассовая изомерия.
Геометрических изомеров у алкинов нет.
Упражнение 2
Составьте сокращённые структурные формулы изомеров, относящихся к классам алкинов и алкадиенов состава , дайте им названия.
Физические свойства алкинов
Агрегатное состояние алкинов аналогично алканам и алкенам.
Химические свойства алкинов
Алкины — ненасыщенные углеводороды, поэтому для них будут характерны реакции присоединения, уже знакомые нам по предыдущим темам. Те же реакции гидрирования, галогенирования, гидрогалогенирования, гидратации, что мы встречали с вами в теме «Алкены». Алкины, как и алкены, вступают в различные окислительно-восстановительные реакции помимо реакции горения.
Реакции присоединения
1. Гидрирование
В результате присоединения водорода образуются алкены (1 моль водорода), либо алканы (2 моль водорода). В данном случае из пропина (пропилена) мы получили пропен в первой реакции и пропан во второй:
.
Реакция каталитическая и протекает при высокой температуре. Катализаторы, как правило, никель и платина.
2. Галогенирование
Присоединение галогенов идёт аналогично реакциям гидрирования.
Алкины, как и другие непредельные углеводороды, обесцвечивают бромную воду (рис. 1).
3. Гидрогалогенирование
Гидрогалогенирование алкинов протекает по правилу Марковникова.
4. Гидратация
Гидратация, или присоединение воды, происходит также по правилу Марковникова при высокой температуре и в присутствии солей ртути в качестве катализаторов.
Механизм реакции довольно таки сложный. Мы разберём лишь основные аспекты.
Ацетилен, присоединяя молекулу воды, образует вещество, принадлежащее к альдегидам — этаналь (в первой реакции).
Все остальные гомологи алкинов дают изомеры альдегидов — кетоны (во второй реакции).
В нашем примере это пропанон или ацетон (во второй реакции).
Реакция получила название в честь отечественного учёного-химика Михаила Григорьевича Кучерова.
Реакции полимеризации
Алкины вступают в реакции димеризации и тримеризации.
Из самих названий понятно, что димеризация — это взаимодействие двух молекул алкина, а тримеризация — трёх.
В результате тримеризации ацетилена образуется ценный продукт органического синтеза — бензол:
.
Н. Д. Зелинский
Реакция протекает при пропускании ацетилена над активированным углем при высокой температуре. Вывел этот синтез отечественный учёный, изобретатель активированного угля и первого противогаза Николай Дмитриевич Зелинский, поэтому реакцию иногда называют реакцией Зелинского.
Кислотные свойства алкинов
Алкины, у которых тройная связь располагается у крайнего атома углерода, будут проявлять слабые кислотные
свойства.
Щелочные металлы будут замещать водород и образовать соли. В нашем примере это ацетиленид натрия:
.
В молекуле пропина идёт замещение только одного водорода, который соединён с крайним атомом углерода:
.
Образуется пропинид натрия или метилацетиленид натрия.
Алкины, у которых тройная связь не концевая, не вступают в подобные реакции замещения.
Кислотные свойства алкины могут проявлять также в реакциях с некоторыми комплексными солями, например, с аммиачным раствором оксида серебра
В результате реакций образуются соли серебра, которые выпадают в осадок.
Окислительно-восстановительные реакции
Все алкины учавствуют в окислительно-восстановительных реакциях. Наиболее полное окисление — это реакция горения.
1. Горение алкинов
Горение алкинов рассмотрим на примере ацетилена:
.
В результате горения ацетилена образуется большое количество тепла, поэтому эту реакцию используют для сварки и резки металлов.
Алкины, как и почти все непредельные углеводороды, обесцвечивают раствор перманганата калия ().
Пример 2
Решите следующую задачу.
Какое количество теплоты выделится при сгорании 2,24 л ацетилена, если термохимическое уравнение реакции имеет следующий вид:
.
Решение
1. В термохимическом уравнении реакции указывают количество теплоты, которое выделится при сгорании определённого количества вещества.
2. В нашем случае перед ацетиленом коэффициент два, следовательно, сгорело 2 моль ацетилена. При этом выделилось 2 600 кДж теплоты.
3. В условии задачи дали объём газа. Зная постоянную величину при нормальных условиях — молярный объём газа, можно вывести количество вещества по формуле:
где V — объём, а Vm — молярный объём = 22,4 л/моль.
4. Составляем пропорцию:
.
Отсюда, х = 130 кДж.
Получение алкинов
1. Получение ацетилена
Ацетилен является важным продуктом в органической химии. Он используется для сварки металлов, из него получают этаналь, ацетилениды, акриловое волокно, растворители, пластмассы, бензол и т. д.
По этой причине подробнее остановимся на процессе получения ацетилена.
Промышленный способ
В промышленности ацетилен получают пиролизом метана, то есть процесс разложения протекает при высокой температуре (1 500 ºС):
.
В лаборатории ацетилен получают из карбида кальция (). Для этого карбид кальция помещают в воду, после чего начинает бурно выделяться газ ацетилен:
.
Карбид кальция получают в промышленности прокаливанием оксида кальция (негашёной извести) с углеродом. Оксид кальция, в свою очередь, получают обжигом известняка. Суммарное уравнение будет иметь следующий вид:
.
2. Дегидрирование алкенов или алканов
Отщеплением водорода от алкенов или алканов можно получить алкины. Например, из пропана пропин:
3. Дегалогенирование дигалогеналканов спиртовым раствором щёлочи
Этот способ получения идентичен реакции получения алкенов. Только участвуют дигалогеналканы, то есть алканы с двумя атомами галогена. Всё остальное протекает аналогичным образом, как у алкенов. Также идёт отщепление только двух галогенов и двух атомов водорода. Галогены присоединяются к щелочным металлам из щёлочи, а водороды к гидроксильным группам. Главный продукт реакции — алкин. В нашем случае из 1,2-дибромпропана образовался пропин:
.
Упражнение 3
Напишите уравнения реакций.
а) полного гидрирования бутина-2
б) гидрохлорирования пропина с одним молем хлороводорода
в) гидратации бутина-1
г) получения 1,2-дибромпропена из пропина
Применение алкинов
Среди алкинов наибольшее применение находит ацетилен.
Из него получают этаналь() — сырьё для производства уксусной кислоты.
Гидрохлорированием ацетилена синтезируют хлорэтен или винилхлорид:
.
В последующем из винилхлорида полимеризацией получают поливинилхлорид:
.
Вы наверняка встречали аббревиатуру ПВХ. Это и есть поливинилхлорид.
Другие варианты применения ацетилена приведены на следующей схеме (рис. 4).
Упражнение 4
Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
.
Формулы веществ записывайте структурно.
Упражнение 5
Решите задачу.
Какое количество теплоты выделится при сгорании 4,48 л ацетилена, если термохимическое уравнение реакции имеет следующий вид:
.
Контрольные вопросы
- Какие виды изомерии характерны для алкинов? Почему у них нет пространственной изомерии?
- Почему химические свойства алкинов и алкенов совпадают?
- Зачем сварщикам и резчикам металлов необходим карбид кальция?
Ответы
Упражнение 1
гексин-1
3-метилбутин-1
4-метилпентин-2
Упражнение 2
бутин-1
бутин-2
бутадиен-1,3
бутадиен-1,2
Упражнение 3
а)
б)
в)
г)
Упражнение 4
Упражнение 5
Ответ: 260 кДж.