Алкены и алкины химические свойства. Алкины — номенклатура, получение, химические свойства. Знаете ли вы, что

Свойства алкинов

Физические свойства. Температуры кипения и плавления ацетиленовых углеводородов увеличиваются с ростом их молекулярной массы. При обычных условиях алкины С 2 Н 2 -С 4 Н 6 – газы, С 5 Н 8 -С 16 Н 30 – жидкости, с С 17 Н 32 – твердые вещества. Температуры кипения и плавления алкинов выше, чем у соответствующих алкенов (табл.6.4.1).

Таблица 6.4.1. Физические свойства алкенов и алкинов

Алкины плохо растворимы в воде, лучше – в органических растворителях.

Химические свойства алкинов сходны с алкенами, что обусловлено их ненасыщенностью.
Характеристики связей в алкинах:

Некоторые отличия в свойствах алкинов и алканов определяются следующими факторами.

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. p-Электронное облако тройной связи сосредоточено в основном в межъядерном пространстве и в меньшей степени экранирует ядра углеродных атомов с внешней стороны. Следствием этого является доступность ядер углерода при атаке нуклеофильными реагентами и способность алкинов вступать в реакции нуклеофильного присоединения .
3. 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 sp 3 -состоянии составляет 25%, в sp 2 - 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 + . Таким образом, алкины с концевой тройной связью (алкины-1) проявляют кислотные свойства и способны, вступая в реакции с металлами, образовывать соли.

I. Реакции присоединения к алкинам

1. Гидрирование

В присутствии металлических катализаторов (Pt, Ni) алкины присоединяют водород с образованием алкенов (разрывается первая

p-связь), а затем алканов (разрывается вторая p-связь):

При использовании менее активного катализатора
гидрирование останавливается на стадии образования алкенов.

2. Галогенирование

Электрофильное присоединение галогенов к алкинам протекает медленнее, чем для алкенов (первая p-связь разрывается труднее, чем вторая):

Алкины обесцвечивают бромную воду (качественная реакция).

3. Гидрогалогенирование

Присоединение галогеноводородов также идет по электрофильному механизму. Продукты присоединения к несимметричным алкинам определяются правилом Марковникова :

Гидрохлорирование ацетилена используется в одном из промышленных способов получения винилхлорида:

Винилхлорид является исходным веществом (мономером) в производстве поливинилхлорида (ПВХ).

4. Гидратация (реакция Кучерова)

Присоединение воды происходит в присутствии катализатора соли ртути (II) и идет через образование неустойчивого непредельного спирта, который изомеризуется в уксусный альдегид (в случае ацетилена):

или в кетон (в случае других алкинов):

5. Полимеризация

1. Димеризация под действием водно-аммиачного раствора CuCl:

2. Тримеризация ацетилена над активированным углем приводит к образованию бензола (реакция Зелинского):

Возможно образование молекул, содержащих большее число звеньев ацетилена, как циклического, так и линейного строения

… -СН=СН-СН=СН-СН=СН-…

(такие полимеры обладают полупроводниковыми свойствами).

Следует также отметить, что высокомолекулярное вещество – карбин (третья аллотропная модификация углерода) – образуется не в результате полимеризации ацетилена, а при окислительной поликонденсации ацетилена в присутствии CuCl:

II. Образование солей

Ацетилен и его гомологи с концевой тройной связью (алкины-1) вследствие полярности связи С (sp)-Н проявляют слабые кислотные свойства: атомы водорода могут замещаться атомами металла. При этом образуются соли – ацетилениды :

Ацетилениды щелочных и щелочноземельных металлов используются для получения гомологов ацетилена (раздел 6.5 ).

При взаимодействии ацетилена (или ) с аммиачными растворами оксида серебра или хлорида меди (I) выпадают осадки нерастворимых ацетиленидов:

Образование белого осадка ацетиленида серебра (или красно-коричневого – ацетиленида меди ) служит качественной реакцией на концевую тройную связь. Ацетилениды разлагаются при действии кислот: В сухом состоянии ацетилениды тяжелых металлов чувствительны к ударам и легко взрываются.

Если тройная связь находится не на конце цепи, то кислотные свойства отсутствуют (нет подвижного атома водорода) и ацетилениды не образуются:

III. Окисление алкинов

Ацетилен и его гомологи окисляются перманганатом калия с расщеплением тройной связи и образованием карбоновых кислот:

Алкины обесцвечивают раствор KMnO 4 , что используется для их качественного определения.

При сгорании (полном окислении) ацетилена выделяется большое количества тепла:

Температура ацетиленово-кислородного пламени достигает 2800- 3000° С. На этом основано применение ацетилена для сварки и резки металла. Ацетилен образует с воздухом и кислородом взрывоопасные смеси. В сжатом, и особенно в сжиженном, состоянии он способен взрываться от удара. Поэтому ацетилен хранится в стальных баллонах в виде растворов в ацетоне, которым пропитывают асбест или кизельгур.

Окисление ацетилена и его гомологов протекает в зависимости от того, в какой среде протекает процесс.

Происходит примерно в тех же условиях и в присутствии тех же катализаторов, что и гидрирование алкенов. Первая стадия гидрирования ацетилена до этилена более экзотермична, чем вторая, где этилен превращается в этан:

Отсюда следует, что теоретически гидрирование алкинов можно остановить на стадии образования алкена. Однако на практике в данных условиях алкины гидрируются прямо до алканов (вместо никеля в качестве катализатора также может быть использована и платина):

Галогенирование алкинов

В ходе галогенирования алкинов атомы галогена последовательно присоединяются к атомам углерода, участвующим в образовании кратной связи:

Гидрогалогенирование алкинов

При гидрогалогенировании алкинов реакция идет по правилу Марковникова, т.е. атом водорода присоединяется к наиболее гидрогенизированному углеродному атому кратной связи:

Однако при дальнейшем гидрогалогенировании до соответствующего алкана присоединение галогеноводорода к кратной связи идет уже против правила Марковникова:

Гидроборирование алкинов

Алкины легко присоединяют диборан против правила Марковникова, образуя цис-алкенилбораны:

или окислить перекисью водорода до альдегида или кетона:

Гидратация алкинов

В результате гидратации ацетилена образуется ацетальдегид (реакция Кучерова):

В случае гидратации прочих алкинов с терминальной тройной связью образуются соответствующие кетоны. Например, в результате гидратации пропина образуется ацетон:

Взаимодействие с циановодородом

Данная реакция лежит в основе получения синтетических волокон:

Олигомеризация алкинов и циклообразование

В результате реакции олигомеризации получается дивинил

(бутадиен-1,3), который является сырьем для производства бутадиенового каучука:

Также ацетилен является реагентом для получения бензола:

Продукт этой реакции – бензол – широко применяется в промышленности для производства лекарств, пластмасс, резины, красителей.

Взаимодействие со спиртами

В результате взаимодействия со спиртами образуются простые эфиры. В качестве примера можно привести реакцию получения винилбутилового эфира, который является сырьем для синтеза бальзама Шостаковского, используемого в качестве антисептика при лечении трофических язв, гнойных ран, ожогов и обморожений:

Реакции замещения

Реакции замещения одного из атомов водорода при кратной связи имеют место в случае ее терминального положения в молекуле алкина:

Взаимодействие с уксусной кислотой

В результате взаимодействия ацетилена с уксусной кислотой получается винилацетат:

При дальнейшей полимеризации винилацетата получается поливинилацетат - клей ПВА.

Реакции окисления

А) Полное окисление:

Все эти реакции экзотермичны, т.е. окисление происходит с выделением большого количества теплоты. Температура горения ацетилена достигает 1500 – 2000 °С. Именно поэтому его используют для резки и сварки металлов и сплавов.

Алкины. Ацетиленовые углеводороды.

Алкины – это углеводороды, в молекулах которых присутствуют атомы углерода, затрачивающие на соединение с соседним атомом углерода три валентности, т. е. образующие тройную связь.

Общая формула алкинов – CnH 2 n -2 .

Атомы углерода с тройной связью находятся в состоянии sp-гибридизации.

Названия строятся аналогично алкенам, с заменой окончания –ен на –ин .

Родоначальник рода – ацетилен СНºСН.

Изомерия алкинов.

Несмотря на наличие в алкинах кратной связи, для них характерны не все типы изомерии, используемые в алкенах. Так для ацетиленовых углеводородов не используется цис-транс-изомерия, что связано именно с наличием в их структуре тройной связи.

Начинается структурная изомерия с бутина. Однако отличаются изомеры С4Н6 только положением тройной связи.

СН3 - СН2 - СºСН СН3 - С º С - СН3

бутин-1 бутин-2

изомерия углеродного скелета , аналогично изомерии алканов и алкенов.

В структурной изомерии алкинов не употребляются приставки сим - и несим-, т. к. у тройной связи не может быть два заместителя.

СН3 - СН2 - СН2 - СºСН ® DIV_ADBLOCK339">

диметилацетилен

изопропилацетилен

Номенклатура ИЮПАК:

1) за главную цепь принимают самую длинную цепь, включающую тройную связь.

2) нумерацию цепи начинают с того конца, где ближе тройная связь

3) названия алкинов строятся от названий аналогичных алканов с заменой окончания –ан на –ин, цифрой показывают положение кратной связи

4) количество и положение заместителей показывается приставками и цифрами аналогично алканам и алкенам.

Например:

3-метилбутин-1

Строение алкинов.

Рассмотрим строение алкинов на примере ацетилена. В случае алкинов в гибридизации участвуют 1s - и 1р-облако.

https://pandia.ru/text/78/387/images/image007_25.gif" width="214" height="159 src=">

Два р-облака остается негибридизованными они перекрываются в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

ПРОСТРАНСТВЕННОЕ СТРОЕНИЕ АЦЕТИЛЕНА

Таким образом, молекула ацетилена имеет линейное строение, атомы углерода соединены одной s - и двумя p-связями.

Физические свойства.

Ацетилен – бесцветный газ, малорастворимый в воде. Образует взрывчатые смеси с кислородом.

Способы получения алкинов:

1. Карбидный метод. Промышленный и лабораторный способ получения ацетилена. Воздействие на карбид кальция водой.

CaC2 + H2O = HCºCH + Ca(OH)2

2. Дегидрирование – пиролиз предельных углеводородов.

Лабораторные способы

3. Действие спиртового раствора щелочи на вицинальные и геминальные дигалогенпроизводные предельных углеводородов.

Если атомы галогенов находятся у рядом стоящих атомов углерода – такие галогенпроизводные углеводородов называют вицинальными.

Если атомы галогенов находятся у одного атома углерода – такие галогенпроизводные углеводородов называют геминальными.

4. Алкилирование ацетилена. Этим способом получают производные ацетилена.

Первый способ осуществляется с использованием амида натрия, происходит образование ацетиленида натрия и его последующее взаимодействием с галогенпроизводными алканов.

Во втором случае используется реактив Гриньяра для получения промежуточного продукта (реактив Иоцича), который затем также взаимодействует с алкилгалогенидами.

Химические свойства алкинов.

Химические свойства алкинов обусловлены их строением. Наиболее активны они в реакциях с нуклеофильными реагентами. Доля s-орбитали составляет 50%, а чем больше доля s-орбитали, тем ближе электроны к ядру, а следовательно, тем труднее электроны вовлекаются в реакцию электрофильного присоединения. С другой стороны, ядра углерода в ацетилене более доступны, благодаря его линейному строению.

Этими же особенностями ацетиленовой группировки объясняется и подвижность атомов водорода , так называемая С-Н-кислотность ацетилена. причиной кислотных свойств ацетилена является сильная поляризация связи С-Н.

Реакции присоединения:

Электрофильное присоединение AdE

1. Гидрирование ацетиленовых углеводородов происходит в присутствии катализаторов гидрирования: платины, палладия (при 250С), никеля (при нагревании).

2. Галогенирование протекает аналогично гидрированию, т. е. присоединение происходит по кратной связи.

транс-алкен 1,2-дихлорэтен 1,1,2,2-тетрахлорэтан

3. Гидрогалогенирование, т. е. присоединение галогеноводородов происходит в присутствии катализатора, которым являются хлориды меди и ртути. Реакция протекает по правилу Марковникова, аналогично алкенам.

хлористый винил 1,1,-дихлорэтан

Нуклеофильное присоединение AdN

4. Гидратация – реакция присоединения воды. Протекает в присутствии катализатора (соли ртути) в кислой среде. Эта реакция также носит название – реакции Кучерова.

Ацетилен в такой реакции присоединяя воду, образует неустойчивый виниловый спирт, который затем превращается в уксусный альдегид.

Другие алкины обращаются в кетоны.

Гидратация используется в промышленном синтезе уксусного альдегида из ацетилена.

Возможный механизм реакции Кучерова:

https://pandia.ru/text/78/387/images/image020_5.gif" width="343" height="28">

Алкадиены. Диеновые углеводороды.

Алкадиены – это углеводороды, содержащие в углеродной цепи две двойные связи.

Состав алкадиенов выражается общей формулой С n Н2 n -2 . Они изомерны ацетиленовым углевордородам.

В зависимости от расположения двойных связей алкадиены можно разделить на три основные типа:

Ø Алленовые – содержат кумулированные связи, т. к. двойные связи расположены у одного атома углерода.

Например: Н2С=С=СН2 аллен

Ø Алкадиены с сопряженными (конъюгированными) связями. В этом случае двойные связи располагаются через одинарную

Ø Например: Н2С=СН – СН=СН2 дивинил

Ø Диены с изолированными связями

Например: Н2С=СН – СН2 – СН2 – СН=СН2 диаллил

Номенклатура

Для алкадиенов используется номенклатура ИЮПАК. Названия которые приведены в классификации диенов, даны по тривиальной номенклатуре.

По номенклатуре ИЮПАК название диеновых углеводородов производится от предельных углеводородов заменой окончании –ан на –диен. Между корнем и окончанием ставится соединительная буква а .

Цифрами указывают места расположения двойных связей, цифрами и приставками, аналогично другим углеводородам указывают положение и число заместителей, которые располагают в алфавитном порядке.

Например:

Н2С=С=СН2 - пропадиен-1.2

Н2С=СН – СН=СН2 – бутадиен-1,3

Н2С=СН – СН2 – СН2 – СН=СН2 – гексадиен-1,5

6-метил-5-этил-нонадиен-1,3

Наибольшего внимания заслуживают углеводороды с сопряженными связями, так называемые – 1,3-алкадиены.

1,3-Алкадиены

Физические свойства.

Физические свойства диенов подобны свойствам других алифатических углеводородов. Низшие диены С3-С4- газы, не имеющие не цвета, ни запаха. Средние диены представляют собой бесцветные жидкости, не смешивающиеся с водой.

Способы получения

Многие диены можно получить способами аналогичными, получению алкенов, например, дегидрирование алканов и алкенов, дегидратация алкандиолов (двухатомных спиртов), дегидрогалогенирование дигалогеналканов и др.

Химические свойства.

Диеновые углеводороды способны присоединять различные вещества не только по одной из двойных связей(1,2-положение), но и по крайним атомам сопряженной системы (в 1,4-положение) с перемещением двойной связи.

1. гидрирование диенов осуществлется каталитически возбужденным водородом. Присоединение происходит и в 1,2- и в 1,4- положение.

https://pandia.ru/text/78/387/images/image023_3.gif" width="614" height="130 src=">

Количество 1,4-продукта зависит от природы галогена и условий проведения реакции. Выход продукта 1,4-присоединения увеличивается с возрастанием температуры и при переходе от хлора через бром к иоду.

3. присоединение галогеноводородов также протекает по типу 1,2- и 1.4-положениям, причем 1,4-продукта образуется больше.

https://pandia.ru/text/78/387/images/image026_5.gif" width="623" height="94">

Реакция полимеризации

Алкадиенам применимы те же основные принципы полимеризации, что и к алкенам, но особенность их реакций состоит в том, что полимерная цепь может расти путем либо, 1,2- либо 1,4-присоединения мономера к мономеру.

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 - C n H 2n-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, в виду того, что каждый атом углерода, прилежащий к тройной связи, соединен только с одним единственным заместителем.

Некоторые данные, касающиеся алкинов, надо выучить:

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

Ацетилен получают несколькими способами:

• Пиролиз метана

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

2CH 4 → (t) CH≡CH + 3H 2

• Синтез Бертло

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

2C + H 2 → (t, вольтова дуга) CH≡CH

• Разложение карбида кальция

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

CaC 2 + 2H 2 O → CH≡CH + Ca(OH) 2

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

Химические свойства алкины

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

©Беллевич Юрий Сергеевич

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

Алкинами называются ненасыщенные углеводороды, молекулы которых содержат одну тройную связь. Общая формула алкинов

По номенклатуре ИЮПАК наличие тройной связи в молекуле обозначается суффиксом -ин, который заменяет суффикс -ан в названии соответствующего алкана.

Структурная изомерия алкинов, как и алкенов, обусловлена строением углеродной цепи и положением в ней тройной связи.

Строение тройной связи детально рассмотрено в § 3 (см. рис. 3.6, 3.7).

Физические свойства.

По физическим свойствам алкины напоминают алканы и алкены. Низшие алкины представляют собой газы, - жидкости, высшие алкины - твердые вещества. Температуры кипения алкинов несколько выше, чем у соответствующих алкенов.

Способы получения.

1. Общим способом получения алкинов является реакция дегидропалогенироваиия - отщепления двух молекул галогеноводорода от дигалогензамещенных алканов, которые содержат два атома галогена либо у соседних атомов углерода (например, -дибромпропан), либо у одного атома углерода (-дибромпропан). Реакция происходит под действием спиртового раствора гидроксида калия:

2. Важнейший из алкинов - ацетилен - получают в промышленности путем высокотемпературного крекинга метана:

В лаборатории ацетилен можно получить гидролизом карбида кальция:

Химические свойства.

Тройная связь образуется двумя атомами углерода в -гибридном состоянии. Две -связи расположены под углом 180°, а две -связи расположены во взаимно перпендикулярных областях (см. § 3). Наличие -связей обусловливает способность алкинов вступать в реакции электрофильного присоединения. Однако эти реакции для алкинов протекают медленнее, чем для алкенов. Это объясняется тем, что -электронная плотность тройной связи расположена более компактно, чем в алкенах, и поэтому менее доступна для взаимодействия с различными реагентами.

1. Галогенирование. Галогены присоединяются к алкинам в две стадии.

Например, присоединение брома к ацетилену приводит к образованию дибромэтена, который, в свою очередь, реагирует с избытком брома с образованием тетрабромэтана:

2. Гидрогалогенирование. Галогеноводороды присоединяются к тройной связи труднее, чем к двойной. Для активации галогеноводорода используют - сильную кислоту Льюиса. Из ацетилена при этом можно получить винилхлорид (хлорэтен), который используется для получения важного полимера - поливинилхлорида:

3. Гидратация. Присоединение воды к алкинам катализируется солями ртути (II):

На первой стадии реакции образуется непредельный спирт, в котором гидроксогруппа находится непосредственно у атома углерода при двойной связи. Такие спирты принято называть виниловыми или енолами.

Отличительной чертой большинства енолов является их неустойчивость. В момент образования они изомеризуюгпся в более стабильные карбонильные соединения (альдегиды или кетоны) за счет переноса протона от гидроксильной группы к соседнему атому углерода при двойной связи. При этом -связь между атомами углерода разрывается, и образуется -связь между атомом углерода и атомом кислорода. Причиной изомеризации является большая прочность двойной связи по сравнению с двойной связью

В результате реакции гидратации только ацетилен превращается в альдегид, гидратация гомологов ацетилена протекает по правилу Марковникова, и образующиеся енолы изомеризуются в кетоны. Так, например, пропин превращается в ацетон:

4. Кислотные свойства. Особенностью алкинов, имеющих концевую тройную связь, является их способность отщеплять протон под действием сильных оснований, т.е. проявлять слабые кислотные свойства. Возможность отщепления протона обусловлена сильной поляризацией -связи Причиной поляризации является высокая электроотрицательность атома углерода в -гибридном состоянии. Поэтому алкины, в отличие от алкенов и алканов, способны образовывать соли, называемые ацетиленидами:

Ацетилениды серебра и меди (I) легко образуются и выпадают в осадок при пропускании ацетилена через аммиачный раствор оксида серебра или хлорида меди (I) (см. образование этих комплексов в § 15). Эта реакция служит для обнаружения алкинов с тройной связью на конце цепи:

Ацетилениды серебра и меди как соли очень слабых кислот легко разлагаются при действии хлороводородной кислоты с выделением исходного алкина:

Таким образом, используя реакции образования и разложения ацетиленидов, можно выделять алкины из смесей с другими углеводородами.

5. Полимеризация. В присутствии катализаторов алкины могут реагировать друг с другом, причем в зависимости от условий образуются различные продукты. Так, под действием водного раствора ацетилен димеризуется, давая винилацетилен.