Химические свойства алкинов

Тема: Алкины

Дата: 13.10.2020 (1 час)

Цель:

изучить строение алкинов на примере ацетилена.

Задачи: формировать знания о химическом и электронном строении алкинов, о физических, химических свойствах алкинов на примере ацетилена.

Студенты должны знать: общую формулу алкинов, виды изомерии для ацетиленовых; физические и химические свойства, способы получения и области применения углеводородов ряда ацетилена.

Студенты должны уметь: записывать молекулярные, структурные и электронные формулы ацетиленовых углеводородов; называть вещества ряда ацетилена по систематической номенклатуре и по названию записывать формулы.

План.

1. Номенклатура алкинов.

2. Физические свойства алкинов.

3. Изомерия алкинов.

4. Химические свойства алкинов.

Опорный конспект

А лкины — ациклические углеводороды, содержащие в молекуле, помимо одинарных связей, одну тройную связь между атомами углерода и соответствующие общей формуле C_nH_2n−2.

Номенклатура алкинов

Простейшим представителем данного класса является этина (или ацетилен) C₂H_2. Гомологический ряд алкинов представлен в таблице:

Формула	Название		Формула	Название
C2H2	этин (ацетилен)		C6H10	гексин
C3H4	пропин		C7H12	гептин
C4H6	бутин		C8H14	октин
C5H8	пентин		C9H16	нонин
			C10H18	децин
Общая формулаCnH2n−2

 

Наличие тройной связи в молекулах углеводородов этого класса отражается суффиксом -ин, а месторасположение связи в цепи — номером атома углерода.

При составлении названий алкинов:

1. выбирают главную цепь, содержащую максимальное количество атомов углерода и обязательно с наличием в ней тройной связи. Нумерацию начинают с того атома углерода, который расположен ближе к тройной связи. На рисунке самая длинная цепь содержит 8 атомов С, следовательно корень в названии будет окт -;

2. перед названием цепи перечисляют все заместители с указанием номера атома углерода, при котором они стоят, причем цифры, обозначающие месторасположение атомов, указывают в порядке возрастания: 5,6,6-триметил -;

3. после корня названия используют суффикс -ин, после которого указывают положение тройной связи. В данном соединении тройная связь расположена между 2-ым и 3-им атомами, поэтому: 5,6,6,-триметилоктин-2.

Физические свойства алкинов

Физические свойства алкинов похожи на свойства алканов и алкенов. Свойства некоторых представителей ряда алкинов представлены в таблице:

Название (систематическая номенклатура)	Название (заместительная номенклатура)	Структурная формула	Tпл., град С	Ткип., град С
этин	ацетилен	HC≡CH	-81,8	-84,0
пропин	метилацетилен	HC≡C−CH3	-101,5	-23,2
бутин-1	этилацетилен	HC≡C−CH2−CH3	-125,7	+8,1
бутин-2	симм. метилацетилен	CH3−C≡C−CH3	-32,3	+27,0
пентин-1	пропилацетилен	HC≡C−CH2−CH2−CH3	-90,0	+40,2
пентин-2	метилэтилацетилен	CH3−C≡C−H2−CH3	-101,0	+56,1
гексин-1	бутилацетилен	HC≡C−(CH2)3−CH3	-131,9	+71,3

Как видно из таблицы, этин, пропин и бутин являются газами. При обычных условиях, (C₅ – C₁₆) — жидкости, начиная с C₁₇ — твердые вещества. По мере увеличения числа атомов углерода в цепи температуры кипения жидких алкинов увеличиваются, а температуры плавления уменьшаются. В целом, температуры ки­пения алкинов выше, чем у соответствующих алкенов.

Алкины имеют специфический запах. Сам ацетилен обладает наркотическими свойствами. Алкины лучше растворяются в воде, чем алканы и алкены, однако растворимость все же очень мала. Алкины хорошо растворимы в неполярных органических растворителях.

Изомерия алкинов

1. Для алкинов, так же как и для алкенов, характерна структурная изомерия:

• изомерия углеродного скелета
• изомерия положения кратной связи.

Простейший алкин, для которого характерна изомерия положения кратной связи, — это бутин:

HC≡C−CH₂−CH₃ CH₃−C≡C−CH₃

бутин-1 бутин-2

Изомерия углеродного скелета у алкинов возможна, начиная с пентина:

пентин-1 2-метилбутин-1

 

2. Для алкинов характерна межклассовая изомерия с некоторыми другими классами углеводородов, отвечающими той же общей формуле C_nH_2n−2, например, с диенами и циклоалкенами:

1. Геометрическая (цис/транс-) изомерия в случае алкинов невозможна, так как молекулы с тройной связью имеют линейное строение углеродной цепи.

 

Химические свойства алкинов

Алкины относятся к непредельным (ненасыщенным) соединениям, то есть их химические свойства обусловлены наличием в молекулах тройной связи, поэтому алкины преимущественно вступают в реакции электрофильного присоединения AE. Отличие алкинов от алкенов заключается в том, что реакции присоединения могут протекать в две стадии. На первой стадии идет присоединение к тройной связи с образованием двойной связи, а на второй стадии — присоединение к двойной связи. 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. Рассмотрим подробнее типы этих реакций.

Реакции присоединения

1. Галогенирование (присоединение молекулы галогена). Алкин способен присоединить две молекулы галогена (хлора, брома), при этом реакция протекает в две стадии (первая - медленная, вторая - быстрая):

HC≡CH+Cl₂⟶ClHC=CHCl

ClHC=CHCl+Cl₂⟶Cl₂HC−CHCL₂

Реакции протекают при обычных условиях без присутствия катализатора. Поэтому алкины, так же, как и алкены, обесцвечивают бромную виду (качественная реакция на кратную связь).

2. Гидрогалогенирование (присоединение галогеноводорода).

Реакция присоединения галогеноводорода к несимметричным алкинам, в соответствии с электрофильным механизмом, протекает в две стадии, причем на обеих стадиях выполняется правило Марковникова, поэтому преимущественно образуются 2,2-дигалогеналканы:

1 стадия - ( образование 2-бромпропена):

CH₃—C≡CH+HBr⟶CH₃—CBr=CH₂

 

2 стадия - (образование 2,2-дибромпропана)

CH₃—CBr=CH₂+HBr⟶CH₃—CBr₂—CH₃

 

Реакции протекают в присутствии катализаторов - кислот Льюиса (AlCl₃,FeCl₃,HgCl₂). Реакции галогенирования и гидрогалогенирования используются при промышленном производстве тетрахлорэтилена, трихлорэтилена, винилхлорида и др. хлорсодержащих соединений.

3. Гидратация (присоединение воды) алкинов.

Большое значение для промышленного синтеза кетонов имеет реакция присоединения воды (гидратация), которую называют реакцией Кучерова. Реакцию проводят в присутствии солей ртути (II). В результате реакции на первой стадии происходит присоединение молекулы воды в соответствии с правилом Марковникова и образуется промежуточный неустойчивый продукт - енол, то есть непредельный спирт, в котором гидроксильная группа находится непосредственно у атома углерода при двойной связи. В момент образования енолы изомеризуются в более стабильные карбонильные соединения (альдегиды или кетоны) за счет переноса протона от гидроксильной группы к соседнему атому углерода при двойной связи. 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.

Конечными продуктами гидратации ацетилена является уксусный альдегид, а других замещенных алкинов - кетоны:

изомеризацияCH≡CH+H₂O→Hg₂⁺H₂SO₄[H−C(OH)=CH₂]→^{изомеризация}H−C(=O)−CH₃

Реакции полимеризации

1. Димеризация

В присутствии катализаторов алкины могут реагировать друг с другом, причем, в зависимости от условий, образуются различные продукты. Так, под действием солей одновалентной меди CuCl в водном растворе NH₄Cl ацетилен димеризуется, образуя винилацетилен:

HC≡CH+HC≡CH⟶HC≡C−CH=CH₂

Винилацетилен обладает большой реакционной способностью: присоединяя хлороводород, он образует хлоропрен:

HC≡C−CH=CH₂+HCl⟶H₂C=CCl−CH=CH₂

который при полимеризации образует искусственный каучук:

nH₂C=CCl−CH=CH₂⟶(…−H₂C−CCl=CH−CH₂−…)n

2. Тримеризация

При пропускании ацетилена над активированным углем при 6000 C образуется смесь продуктов, одним из которых является бензол. Таким образом, бензол является продуктом тримеризации - присоединения и одновременной циклизации, прохтекающей через образование неустойчивого переходного комплекса:

Эта реакция лежит в основе подтверждения количественного и качественного состава молекулы бензола. В аналогичные реакции тримеризации могут вступать также и ближайшие гомологи ацетилена, например - пропин. В этом случае при тех же условиях в результате тримеризации образуется 1,3,5-триметилбензол:

Окисление алкинов

1. Горение (жесткое окисление)

Ацетилен и другие алкины горят в кислороде с выделением очень большого количества теплоты, то есть реакция является экзотермической:

2C₂H₂+5O₂⟶4CO₂+2H₂O +2600кДж

Восстановление алкинов

В присутствии металлических катализаторов (никеля) алкины восстанавливаются путем последовательного присоединения молекул водорода, превращаясь сначала в алкены, а затем в алканы:

HC≡CH+H₂→NiH₂C=CH₂→NiH₃C−CH₃

При использовании платинового катализатора алкины восстанавливаются лишь до алкенов:

HC≡CH+H₂→PtH₂C=CH₂

 

 

Практические задания.

Закончить предложения:

1. Алкины –это………

2. Гомологический ряд алкинов начинается…….

3. Общая формула алкинов……..

4. Для алкинов характерны ……и……… изомерия.

5. Реакция гидратации алкинов или присоединения воды называется………..

Критерии оценивания.

Оценка «отлично» - закончены 5 предложений правильно.

Оценка «хорошо» - закончены 4 предложения правильно.

Оценка «удовлетворительно» - закончены 3 предложения правильно.

Оценка «неудовлетворительно» - закончены 2 или 1 предложения правильно.

Уважаемые студенты, практическое задание необходимо выполнить в рабочей тетради (сфотографировать) или в формате Документа Word. Отправлять для проверки в личные сообщения на страницу ВКонтакте: https://vk.com/id343837166 Преподаватель: Острик Марина Григорьевна