Химические свойства алкинов | Химия онлайн
Алкины во многих реакциях обладают большей реакционной способностью, чем алкены. Для алкинов, как и для алкенов, характерны реакции присоединения. Так как тройная связь содержит две π-связи, реакции присоединения к алкинам могут происходить в две стадии.
Вначале идет присоединение по месту двойной π-связи с образование производных олефинов, а затем по месту второй π-связи с образованием производных алканов.
Реакции присоединения для алкинов протекают медленнее, чем для алкенов. Это объясняется тем, что π-электронная плотность тройной связи расположена более компактно, чем в алкенах, и поэтому менее доступна для взаимодействия с различными реагентами.
Реакции присоединения
1. Гидрирование
Присоединение водорода происходит при нагревании в присутствии металлических катализаторов. Реакция протекает в две стадии: алкины присоединяют водород с образованием алкенов (разрывается первая π-связь), а затем образованием алканов (разрывается вторая π-связь):
2. Галогенирование
Присоединение галогенов протекает также в две стадии. На первой стадии образуются дигалогеналкены, на второй – тетрагалогеналканы:
Реакция алкинов с бромной водой является качественной реакцией на алкины. Бромная вода обесцвечивается.
опыт «Взаимодействие ацетилена с бромной водой»
опыт «Взаимодействие ацетилена с хлором»
3. Гидрогалогенирование
Галогеноводороды присоединяются к алкинам в две стадии. Вторая стадия идет по правилу Марковникова. Присоединение НCl в отсутствии катализатора идет очень медленно. Катализатором этой реакции служат кислоты Льюиса – соли меди (I) и ртути (II):
Получаемый продукт – хлористый винил (винилхлорид) – подобно этилену легко полимеризуется, образуя полимер – поливинилхлорид, который широко применяется в производстве поливинилхлоридных смол:
4. Гидратация (реакция Кучерова)
Присоединение воды протекает в присутствии солей ртути (II) при нагревании – HgSO4, Hg (NO3)2 – с образованием уксусного альдегида (при обычных условиях ацетилен с водой не взаимодействует):
На первой стадии реакции образуется непредельный спирт, в котором гидроксильная группа находится непосредственно у атома углерода при двойной связи. Такие спирты принято назвать виниловыми или енолами.
Отличительной чертой енолов является их неустойчивость.
В момент образования они изомеризуются в более стабильные карбонильные соединения (альдегиды или кетоны) – водород гидроксильной группы переходит к соседнему атому углероду.
При этом π-связь между атомами углерода разрывается и образуется π-связь между атомом углерода и атомом кислорода. Причиной изомеризации является большая прочность двойной связи С=О по сравнению с двойной связью С=С.
Гидратация гомологов ацетилена протекает по правилу Марковникова, и образующиеся енолы изомеризуются в кетоны:
5. Реакции полимеризации
В присутствии катализаторов алкины могут реагировать друг с другом, причем в зависимости от условий образуются различные продукты.
1.Димеризация под действием водно-аммиачного раствора CuCl:
Винилацетилен обладает большой реакционной способностью – присоединяя хлороводород, он образует хлоропрен (2-хлорбутадиен-1,3), используемый для получения искусственного хлорпренового каучука:
2.Тримеризация ацетилена над активированным углем приводит к образованию бензола (реакция Зелинского):
В аналогичные реакции тримеризации могут вступать также и ближайшие гомологи ацетилена, например пропин:
Реакции окисления
1. Горение
При сгорании алкинов происходит их полное окисление до СО2 и Н2О. Горение ацетилена сопровождается выделением большого количества тепла:
опыт «Горение ацетилена»
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.
опыт «Взрыв смеси ацетилена с кислородом»
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.
2. Неполное окисление
Ацетилен и его гомологи легко окисляются окислителями — КMnO4, K2Cr2O7. Алкины окисляются с разрывом молекулы по тройной связи. Строение продуктов окисления зависит от природы окислителя и условий проведения реакций.
Алкины обесцвечивают разбавленный раствор перманганата калия, что доказывает их ненасыщенность.
а) мягкое окисление
Мягкое окисление алкинов происходит без разрыва σ-связи С─С (разрушаются только π-связи).
Например, при взаимодействии ацетилена с разбавленным раствором КMnO4 при комнатной температуре образуется двухосновная щавелевая кислота:
В нейтральной и слабощелочной средах на холоде образуются соли карбоновых кислот. При взаимодействии ацетилена с водным раствором перманганата калия образуется соль щавелевой кислоты (оксалат калия):
б) Жесткое окисление
При жестком окислении (нагревание, концентрированные растворы, кислая среда) происходит расщепление углеродного скелета молекулы алкина по тройной связи и образуются карбоновые кислоты.
Окисление алкинов перманганатом калия в кислой среде при нагревании сопровождается разрывом углеродной цепи по месту тройной связи и приводит к образования карбоновых кислот:
Окисление алкинов, содержащих тройную связь у крайнего атома углерода, сопровождается в этих же условиях образованием карбоновой кислоты и выделением углекислого газа:
В кислой среде окисление ацетилена идет до щавелевой кислоты или углекислого газа:
опыт «Взаимодействие ацетилена с раствором перманганата калия»
Реакция КMnO4 является качественной реакцией на алкины. Раствор перманганата калия обесцвечивается.
Образование солей
Особенностью алкинов, имеющих концевую тройную связь (алкины-1), является их способность проявлять слабые кислотные свойства.
Атомы водорода, связанные с sp-гибридизированными атомами углерода в молекулах алкинов, обладают значительной подвижностью, что объясняется поляризацией σ-связи ≡С─Н. В связи с этим атомы водорода могут замещаться атомами металлов, в результате чего образуются соли — ацетилениды.
Ацетилениды щелочных и щелочноземельных металлов используются для получения гомологов ацетилена.
Ацетилениды серебра и меди (I) легко образуются и выпадают в осадок при пропускании ацетилена через аммиачный раствор оксида серебра или хлорида меди (I).
Образование серовато- белого осадка ацетиленида серебра (или красно-коричневого – ацетиленида меди) служит качественной реакцией на концевую тройную связь.
опыт «Получение ацетиленида серебра»
опыт «Получение ацетиленида меди»
Ацетилениды серебра и меди как соли слабых очень кислот легко разлагаются при действии хлороводородной кислоты с выделением исходного алкина.
Ацетилиниды серебра и меди в сухом виде взрываются от удара. Однако карбид кальция, который также является ацетиленидом, очень устойчив к удару. Он широко используется для получения ацетилена.
опыт «Неустойчивость ацетиленидов»
Если тройная связь находится не на конце цепи, то кислотные свойства отсутствуют (нет подвижного атома водорода) и ацетилениды не образуются.
Алкины (ацетиленовые углеводороды)
Источник: https://himija-online.ru/organicheskaya-ximiya/alkiny/ximicheskie-svojstva-alkinov.html
Это непредельные углеводороды, молекулы которых содержат тройную связь. Представитель ацетилен, гомологи его – алкины
Общая формула – CnH2n-2.
Строение алкинов.
Атомы углерода, которые образуют тройную связь, находятся в sp-гибридизации. 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:
С2-С4 – газы;
С5 –С16 – жидкости;
С17и 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,
А суммарно:
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:
.
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
Поделитесь с Вашими друзьями:
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 –
Поделитесь с Вашими друзьями:
Page 3
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:
Поделитесь с Вашими друзьями:
Источник: http://refnew.ru/eto-nepredelenie-uglevodorodi-molekuli-kotorih-soderjat-trojnu.html
Тема №19 «Алкины» | CHEM-MIND.com
Алкины — ациклические углеводороды, содержащие в молекуле помимо одинарных связей, одну тройную связь между атомами углерода и соответствующие общей формуле СnН2n-2.
Атомы углерода, между которыми образована тройная связь, находятся в состоянии sp-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 π-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.
Тройная связь — это комбинация одной s- и двух p-связей. Атомы углерода, входящие в состав молекулы ацетилена, находятся в состоянии sp-гибридизации.
Гомологический ряд этина
Неразветвленные алкины составляют гомологический ряд этина (ацетилена): С2Н2 — этин, С3Н4 — пропин, С4Н6 — бутин, С5Н8 — пентин, С6Н10 — гексин и т. д.
Изомерия и номенклатура алкинов
Для алкинов, так же как и для алкенов, 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 C6Н10 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
Реакции присоединения. Алкины относятся к непредельным соединениям и вступают в реакции присоединения. В основном это реакции электрофильного присоединения.
1. Галогенирование (присоединение молекулы галогена). Алкин способен присоединить две молекулы галогена (хлора, брома).
2. Гидрогалогенирование (присоединение галогеноводорода). Реакция присоединения галогеноводорода, протекающая по электрофильному механизму, также идет в две стадии, причем на обеих стадиях гидрогалогенирования выполняется правило Марковникова:
3. Гидратация (присоединение воды). Большое значение для промышленного синтеза кетонов и альдегидов имеет реакция присоединения воды (гидратация), которую называют реакцией Кучерова:
4. Гидрирование алкинов. Алкины присоединяют водород в присутствии металлических катализаторов (Pt, Pd, Ni):
Так как тройная связь содержит две реакционноспособные π-связи, алканы присоединяют водород в две ступени:
1) тримеризация — начальный этап, в течение которого при пропускании этина над активированным углем образуется смесь продуктов, одним из которых является бензол:
2) димеризация — следующий этап, в процессе которого под действием солей одновалентной меди образуется винилацетилен:
Это вещество используется для получения хлоропрена:
полимеризацией которого получают хлоропреновый каучук:
Окисление алкинов. Этин (ацетилен) горит в кислороде с выделением очень большого количества теплоты:
На этой реакции основано действие кислородноацетиленовой горелки, пламя которой имеет очень высокую температуру (более 3000 °с), что позволяет использовать ее для резки и сварки металлов.
На воздухе ацетилен горит коптящим пламенем, т. к. содержание углерода в его молекуле выше, чем в молекулах этана и этена.
Алкины, как и алкены, обесцвечивают подкисленные растворы перманганата калия; при этом происходит разрушение кратной связи.
Химические свойства алкинов – конспект
Шпаргалка
Справочный материал для прохождения тестирования:
Таблица Менделеева Таблица растворимости
Источник: https://www.chem-mind.com/2017/04/01/%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B0-%E2%84%9619-%D0%B0%D0%BB%D0%BA%D0%B8%D0%BD%D1%8B/
Свойства алкинов
Свойства алкинов – физические и химические похожи на свойства алкенов и алкадиенов. Однако кислотные свойства алкинов создают ряд отличительных химических свойств.
Физические свойства алкинов
Алкины, за исключением ацетилена, не имеют цвета и запаха. При нормальных условиях первые 4 члена ряда являются газами, с 5 по 15 – жидкостями, более 15 – твердыми веществами.
Растворимость алкинов
Алкины являются относительно полярными молекулами, поэтому хорошо растворимы в полярных растворителях или растворителях с низкой полярностью. В воде алкины растворяются незначительно, но лучше, чем алканы и алкены.
Точки плавления и кипения алкинов
Как правило, алкины плавятся и кипят при более высоких температурах, по сравнению соответствующих алканов и алкенов. Температуры плавления и кипения алкинов, увеличиваются пропорционально их молекулярной массе.
В таблице приведены физические постоянные некоторых алкинов:
Реакции электрофильного присоединения (реакции тройной углерод-углеродной связи)
1) Гидрирование алкинов. В присутствии активных катализаторов (никель, платина) восстанавление алкинов водородом происходит сразу до алканов. При использовании менее активных катализаторов (Pd, железо Ренея) реакция протекает через стадию образования алкена:
При гидрировании гомологов ацетилена на первой стадии получаются цис-олефины.
2) Галогенирование алкинов протекает в две легко разделимые стадии, из которых первая стадия протекает более энергично. При недостатке галогена реакция идет в одну стадию, при избытке – две стадии:
3) Гидрогалогенирование алкинов также протекает в две разделимые стадии. При гидрохлорировании ацетилена на первоначальном этапе образуется важный в промышленности продукт – хлористый винил, далее происходит образование 1,1-дихлорэтан:
Присоединение молекулы HCl к хлористому винилу происходит по правилу Марковникова. Аналогичным образом присоединяется молекула HBr.
4) Гидратация алкинов происходит согласно правилу Марковникова с участием Hg2+ в качестве катализатора (реакция Кучерова).
В ходе такой реакции, из ацетилена образуется ацетальдегид, а из его гомологов — кетоны: 5) Присоединение спиртов и меркаптанов.
При воздействии едкого кали ацетилен и монозамещенные ацетилены под давлением присоединяют спирты, образуя акрилвиниловые эфиры (Реппе, Фаворский А.Е., М.Ф. Шоствковский): Подобным образом происходит присоединение меркаптанов.
6) Присоединение кислот.
Присоединение уксусной кислоты к ацетилену происходит в условиях гетерогенного катализа (H3PO4 или B2O3) с образованием винилацетата:
Винилацетат хорошо полимеризуется с образованием поливинилацетата (ПВА):
Присоединение синильной кислоты к ацетилену происходит с образованием акрилонитрила:
Акрилонитрил используют для получения полиакрилонитрила:7) Присоединение хлоридов некоторых металлов к ацетилену:
8) Реакции полимеризации
Димеризация ацетилена происходит в присутствии солей Cu (I) с образованием винилацетилена. Дальнейшее его взаимодействие с соляной кислотой приводит к образованию хлоропрена, который используют при получении хлоропреновых каучуков:
А.Д. Петров путем кросс-димеризации ацетилена получил изобутилен. В качестве катализаторов выступает никель в присутствии хлорида цинка:
Тримеризация ацетилена в присутствии активного угля и при температуре около 600°С ведет к образованию такого важного продукта, как бензол (реакция Зелинского):
Ученый Шеффер в 1966 г обнаружил, что при пропускании над хлоридом алюминия раствора диметилацетилена в бензоле, последний тримеризуется.
Продуктом реакции является гексаметилбицикло[2,2,0]гексадиен (гексаметилдьюаровский бензол), который далее при при воздействии температуры подвергается изомеризации в гексаметилбензолПри использовании в качестве катализатора димезитиленкобальта гексаметилбензол получается непосредственно из диметилацетилена:
Тетрамеризация ацетилена под действием комплексных солей никеля ведет к образованию циклоокта-1,3,5,7-тетраена (синтез Реппе):
10)Окисление алкинов концентрированным раствором перманганата калия (KMnO4) в кислой среде протекает с образованием карбоновых кислот. Розовый раствор KMnO4 в ходе реакции обесцвечивается:
Окисление алкинов в мягких условиях, т.е. разбавленный раствор KMnO4, комнатная температура, происходит без разрыва связей. При окислении ацетилена продуктом реакции является щавелевая кислота, при окислении его гомологов в нейтральной среде реакцию можно остановить на стадии образования дикетонов:
При горении алкинов происходит их полное окисление до углекислого газа и воды. Реакция экзотермическая и протекает с выделением 1300 кДж/моль тепла:
Реакции замещения водородных атомов ацетилена
1) Взаимодействие с солями тяжелых металлов (качественная реакция). При взаимодействии ацетилена и монозамещенных гомологов с аммиачными растворами окиси серебра или полухлористой меди обрадуются нерастворимые осадки ацетиленидов:
Ацетилинид серебра Ag-C≡C-Ag – бесцветный и R-C≡C-Ag — белый
Ацетилинид меди Cu-C≡C-Cu – вишнево-бурый и R-C≡C-Cu – желто-бурый
Ацетилениды – взрывчатые вещества. Под действием кислот разлагаются с образованием ацетилена и соответствующих солей металлов.
2) Взаимодействие ацетилена и его гомологов с щелочными и щелочноземельными металлами в жидком аммиаке также приводит к образованию ацетилинидов:
Действие производных Na и Mg, известных как реактив Иоцича, подобно реактиву Греньяра, поэтому широко используются в органическом синтезе.
3) Взаимодействие ацетилена и его гомологов с кетонами в присутствии едкого кали, под небольшим давлением (А.Е.
Фаворский): 4) Взаимодействие ацетилена и его гомологов с альдегидами в присутствии ацетилинида меди (Реппе): 5) Ацетилен-аллен-диеновая перегруппировка Фаворского происходит при нагревании ацетиленов с металлическим натрием.
При этом расположенная «внутри» соединения тройная связь перемещается в конец. А при нагревании ацетиленов с расположенной в конце тройной связью со спиртовым раствором щелочи происходит перемещение тройной связи к центру молекулы:
Источник: http://zadachi-po-khimii.ru/organic-chemistry/svojstva-alkinov.html
Урок 20. Алкины – HIMI4KA
Самоучитель по химии › Органическая химия
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:
Задание 20.2. Составьте молекулярные формулы этих соединений и убедитесь, что это изомеры. Назовите эти вещества.
Запомните:
- 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.
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.
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.
Источник: https://himi4ka.ru/samouchitel-po-himii/urok-20-alkiny.html
Алкины: получение, применение, свойства
Сегодня алкины имеют немаловажное значение в различных сферах деятельности человека. Но и столетие назад получение большинства органических соединений начиналось именно с ацетилена. Длилось это до тех пор, пока основным источником сырья для химического синтеза не стала нефть.
Из этого класса соединений в современном мире получают всевозможные пластмассы, каучуки, синтетические волокна. В больших объемах из ацетилена производят уксусную кислоту.
Автогенная сварка является важным этапом машиностроения, возведения зданий и сооружений, прокладывания коммуникаций. Всем известный клей ПВА получают из ацетилена с промежуточной стадией образования винилацетата.
Также он является отправной точкой в синтезе этанола, используемого в качестве растворителя и для парфюмерной промышленности.
Алкины представляют собой углеводороды, в молекулах которых содержится тройная углерод-углеродная связь. Их общая химическая формула – СnН2n-2. Простейший алкин в соответствии с правилами систематической номенклатуры называется этином, но более распространено его тривиальное название – ацетилен.
Природа связи и физические свойства
Ацетилен имеет линейное строение, причем все связи в нем намного короче, чем в этилене. Объясняется это тем, что для образования σ-связи используются sp-гибридные орбитали.
Образуется тройная связь из одной σ-связи и двух π-связей.
Пространство между атомами углерода имеет высокую электронную плотность, которая стягивает их ядра с положительным зарядом и увеличивает энергию разрыва тройной связи.
Н―С≡С―Н
В гомологическом ряду ацетилена первые два вещества являются газами, следующие соединения, содержащие от 4 до 16 атомов углерода – жидкости, а далее идут алкины в твердом агрегатном состоянии. По мере возрастания молекулярной массы увеличиваются температуры плавления и кипения ацетиленовых углеводородов.
Получение алкинов из карбида
Этот метод нередко используют в промышленности. Ацетилен образуется при смешивании карбида кальция и воды:
СаС2 + 2Н20 → ΗС≡СΗ + Са(ОΗ)2
При этом наблюдается выделение пузырьков получаемого газа. В ходе реакции можно ощутить специфический запах, но он не имеет отношения к ацетилену. Причиной его являются примеси Ca3P2 и CaS в карбиде. Ацетилен также получают по аналогичной реакции из карбидов бария и стронция (SrC2, ВаС2). А из карбида магния можно получить пропилен:
MgC2 + 4Н2О → СН3―С≡СН + 2Mg(ОН)2
Синтез ацетилена
Эти методы не годятся для других алкинов. Получение ацетилена из простых веществ возможно при температуре выше 3000 °С по реакции:
2С + Н2 → НС≡СН
Фактически реакция осуществляется в электрической дуге меж угольных электродов в атмосфере водорода.
Однако этот способ имеет только научное значение. В промышленности же ацетилен часто получают пиролизом метана или этана:
2СН4 → НС≡СН + 3Н2
СΗ3―СΗ3 → СΗ≡СΗ + 2Н2
Пиролиз обычно проводят при очень высоких температурах. Так, метан нагревают до 1500 °С. Специфичность этого способа получения алкина заключается в необходимости быстрого охлаждения продуктов реакции. Это связано с тем, что при таких температурах ацетилен сам может распадаться на водород и углерод.
Получение алкинов дегидрогалогенированием
Как правило, проводится реакция отщепления двух молекул HBr или HCl от дигалогеналканов. Обязательным условием является связанность галогена либо с соседними атомами углерода, либо с одним и тем же. Если не отражать промежуточных продуктов, реакция примет вид:
СΗ3―CHBr―СΗ2Br → СΗ3―С≡СΗ + 2HBr
СΗ3―СΗ2―CBr2―СΗ3 → СΗ3―С≡С―СН3 + 2НВ
Этим способом возможно получение алкинов из алкенов, но предварительно их галогенируют:
СΗ3―СΗ2―СΗ=СΗ2 + Br2 → СΗ3―СΗ2―CHBr―СΗ2Br → СΗ3―СΗ2―С≡СΗ + 2HBr
Удлинение цепи
Этот способ может одновременно продемонстрировать получение и применение алкинов, поскольку исходным веществом и продуктом этой реакции являются гомологи ацетилена. Осуществляется по схеме:
R―С≡С―Η → R―С≡С―Μ + R’―Х → R―С≡С―R’ + ΜХ
Промежуточной стадией является синтез солей алкинов – ацетиленидов металлов. Чтобы получить ацетиленид натрия, на этин нужно подействовать металлическим натрием или его амидом:
НС≡СН + NaNH2 → НС=С―Na + NH3
Чтобы образовался алкин, полученная соль должна прореагировать с галогеналканом:
НС≡С―Na + Br―СΗ2―СΗ3 → СΗ3―С≡С―СΗ2―СΗ3 + NaBr
НС≡С―Na + Cl―СΗ3 → СΗ3―С≡С―СΗ3 + NaCl
Способы получения алкинов не исчерпываются данным перечнем, однако именно приведенные выше реакции имеют наибольшее производственное и теоретическое значение.
Реакции электрофильного присоединения
Химические свойства ацетиленовых углеводородов объясняются наличием π-электронной плотности тройной связи, которая подвергается действию электрофильных частиц. Из-за того что связь С≡С очень короткая, этим частицам сложнее взаимодействовать с алкинами, чем в аналогичных реакциях алкенов. Этим объясняется и меньшая скорость присоединения.
Галогенирование. Присоединение галогенов происходит в две стадии. На первом этапе образуется дигалогензамещенный алкен, а затем тетрагалогензамещенный алкан. Так, при бромировании ацетилена получается 1,1,2,2-тетрабромэтан:
СΗ≡СΗ + Br2 → CHBr=CHBr
CHBr=CHBr + Br2 → CHBr2―CHBr2
Гидрогалогенирование. Протекание данных реакций подчиняется правилу Марковникова. Чаще всего конечный продукт реакции имеет два атома галогена, соединенных с одним и тем же углеродом:
СΗ3―С≡СΗ + HBr → СΗ3―CBr=СΗ2
СΗ3―CBr=СΗ2 + HBr → СΗ3―CBr2―СΗ3
То же касается и алкенов с неконцевой тройной связью:
СΗ3―СΗ2―С≡С―СΗ3 + HBr → СΗ3―СΗ2―CBr=СΗ―СΗ3
СΗ3―СΗ2―CBr=СΗ―СΗ3 + HBr → СΗ3―СΗ2―CBr2―СΗ2―СΗ3
Фактически в реакциях подобных алкинов получение чистых веществ возможно не всегда, поскольку параллельно идет реакция, в которой присоединение галогена осуществляется к другому атому углерода при тройной связи:
СΗ3―СΗ2―С≡С―СΗ3 + HBr → СН3―СΗ2―СΗ2―CBr2―СΗ3
В данном примере получается смесь из 2.2-дибромпентана и 3,3-дибромпентана.
Гидратация. Это очень важное химическое свойство алкинов. И получение в ее ходе различных карбонильных соединений имеет большое значение в химической промышленности. Реакция носит имя своего открывателя, российского химика М. Г. Кучерова. Присоединение воды возможно в присутствии H2SO4 и HgSO4.
Из ацетилена получают уксусный альдегид:
ΗС≡СΗ + Η2О → СΗ3―СОΗ
Гомологи ацетилена участвуют в реакции с образованием кетонов, поскольку присоединение воды идет подчиняясь правилу Марковникова:
СΗ3―С≡СΗ + Η2О → СΗ3―СО―СΗ3
Ацетиленовые углеводороды с тройной связью на конце цепи способны отщеплять протон под влиянием сильных окислителей, например щелочей. Получение натриевых солей алкинов уже рассматривалось выше.
Ацетилениды серебра и меди широко применяют для выделения алкинов из смеси с другими углеводородами. В основе этого процесса лежит их способность выпадать в осадок во время пропускания алкина сквозь аммиачный раствор оксида серебра или хлорида меди:
СН≡СН + 2Ag(NH3)2ОН → Ag―С≡С―Ag + NH3 + 2Н2О
R―С≡СН + Cu(NH3)2ОН → R―С≡С―Cu + 2NH3 + Н2О
Реакция окисления и восстановления. Горение
Алкины легко поддаются окислению раствором перманганата калия, при этом происходит его обесцвечивание. Одновременно с разрушением тройной связи идет образование карбоновых кислот:
R―С≡С―R’ → R―СООН + R’―СООН
Восстановление алкинов идет путем последовательного присоединения двух молекул водорода в присутствии платины, палладия или никеля:
СΗ3―С≡СΗ + Η2 → СΗ3―СΗ=СΗ2
СΗ3―СΗ―СΗ2 + Η2 → СΗ3―СΗ2―СΗ3
Применение ацетилена также связано с его способностью выделять огромное количество теплоты при горении:
2С2Η2 + 5О2 → 4СО2 + 2Η2О + 1309,6 кДж/моль
Получаемой при этом температуры хватает для расплавления металлов, что и используется в ацетиленовой сварке и резке металлов.
Полимеризация
Не менее важно свойство ацетилена в особых условиях образовывать ди-, три- и полимеры. Так, в водном растворе хлоридов меди и аммония образуется димер – винилацетилен:
ΗС≡СΗ + ΗС≡СΗ → Η2С=СΗ―С≡СΗ
Который, в свою очередь, вступая в реакции гидрохлорирования, образует хлоропрен – сырье для искусственного каучука.
При температуре 600 °С над активированным углем ацетилен тримеризуется с образованием не менее ценного соединения – бензола:
3С2Н2 → С6Н6
По результатам последнего времени объемы применения алкинов несколько снизились за счет замещения их нефтепродуктами, однако во многих отраслях они также продолжают занимать лидирующие позиции.
Таким образом, ацетилен и прочие алкины, свойства, применение и получение которых подробно рассмотрены нами выше, еще долгое время будут важным звеном не только в научных исследованиях, но и в жизни простых людей.
Источник: https://FB.ru/article/373562/alkinyi-poluchenie-primenenie-svoystva
Add comment