Тема: Алкины — номенклатура, получение, химические свойства.
Цель: формировать знания о физических и химических свойствах ацетилена, его получении и применении.
Задачи:
• формировать знания о химических свойствах ненасыщенных углеводородов с тройной связью на примере ацетилена
• формировать умения составлять уравнения реакций присоединения на примере ацетилена
• рассмотреть промышленные и лабораторные способы получения ацетилена
• развивать у учащихся память, внимание, умение анализировать
Изучение нового материала.
Алкины — ациклические углеводороды, содержащие в молекуле помимо одинарных связей, одну тройную связь между атомами углерода и соответствующие общей формуле СпН2n-2.
ацетилен строениеАтомы 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): С2Н2 — этин, С3Н4 — пропин, С4Н6 — бутин, С5Н8 — пентин, С6Н10 — гексин 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:
бутин
Изомерия углеродного скелета у алкинов возможна, начиная с пентина:
пентин
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:
пентин 2
Алкинам изомерны соединения некоторых других классов. Так, химическую формулу С6Н10 имеют гексин (алкин), гексадиен (алкадиен) и циклогексен (циклоалкен):
гексин1 гексадиен1,3 циклогексен
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+.
Таким образом, алкины с концевой тройной связью (алкины-1) проявляют кислотные свойства и способны, вступая в реакции с металлами, образовывать соли
Химические свойства, применение алкинов.
Учитель сообщает, что химические свойства определяются наличием в их молекулах тройной связи. Так же как и для алкенов, типичными реакциями алкинов являются разнообразные реакции присоединения. Однако у ацетиленовых УВ есть свои особенности, их реакции присоединения могут протекать в 2 стадии. На первой стадии происходит образование двойной связи из тройной, а на второй стадии из двойной связи образуется одинарная связь. Реакции присоединения для алкинов в целом протекают медленнее, чем для алкенов. Учитель объясняет это тем, что электронная плотность в молекулах алкинов расположена более компактно, чем в алкенах, поэтому является более защищенной от атак реагентов, менее доступной.
Показ демонстраций получения из карбида кальция ацетилена и взаимодействие с раствором KMnO4, с аммиачным раствором Ag2O и горение ацетилена.
Получение ацетилена из Сбор ацетилена
карбида кальция и взаимодействие вытеснением воды
с раствором KMnO4, с аммиачным раствором Ag2O
Сообщаем учащимся о взрывоопасности ацетилена смешанного с воздухом
Составление химических уравнений реакций на доске, подробно комментируя каждый тип реакции.
Вопрос учителя: Как называются реакции присоединения водорода, галогена, галогеноводорода, воды?
Дети: такие реакции присоединения называются реакциями гидрирования, галогенирования, гидрогалогенирования, гидратации.
Pd,Pt, Ni
а) НС Ξ СН + 1Н2 → Н2С = СН2
моль этен
Н2С = СН2 + 1Н2 → Н3С – СН3
этан
б) 1 моль
НС Ξ С – СН3 + Сl2 → HCCl = CCl –CH3
1,2-дихлорпропен
2 моль
HC Ξ C – CH3 + 2Cl2 → HCCl2 – CCl2 – CH3
1,1,2,2-тетрахлорпропан
в) Отмечаем сходство с реакциями алкенов: реакция гидрогалогенирования алкинов протекает преимущественно по правилу Морковникова.
HC Ξ C – CH3 + HCl → H2C = CCl – CH3
2-хлорпропен
H2C = CCl – CH3 + HCl → H3C – CCl2 – CH3
2,2-дихлорпропан
Реакция гидратации ацетилена называется в честь русского химика-органика Кучерова. В нашей стране эта реакция проводится в химической промышленности с 1881 года. В результате гидратации ацетилена получается ацетальдегид. Реакция протекает только в присутствии катализаторов – солей ртути (ΙΙ) и сильных кислот.
Hg2+, H2SO4 O
HC Ξ CH + HOH → [H2C = CHOH] → H3C - C
виниловый спирт H
этаналь
Частным случаем реакции присоединения являются реакции полимеризации ацетилена и его производных.
Реакции полимеризации:
Тримеризация ацетилена
C, t = 450°C
3HC Ξ CH → С6Н6 бензол
Димеризация ацетилена
CuCl
2HC Ξ CH → HC Ξ C – CH = CH2
винилацетилен
7.а) Алкины (так же как и алкены) легко окисляются различными окислителями. При этом происходит разрыв тройной связи. При пропускании ацетилена через водный раствор KMnO4 происходит быстрое его обесцвечивание:
КМnО4 О О
НС Ξ СН + [ О ] + Н2О → С – С
НО ОН
щавелевая кислота
Подобная реакция характерна и для алкенов, поэтому они объединяются под одним названием – качественной реакции на кратную связь.
б) В результате горения алкинов, вы видели, образуется много сажи (копоти). Почему?
Ответ: Чем больше массовая доля углерода в углеводороде, тем более коптящее пламя. Алканы горят голубым пламенем, алкены – светящим, а алкины – коптящим.
Напишите уравнения реакций горения:
2С2Н2 + 5О2 → 4СО2 + 2Н2О
2С4Н6 + 11О2 → 8СО2 + 6Н2О
8.Слабые кислотные свойства проявляют алкины только с концевой тройной связью, т.к. они способны отщеплять протон под действием сильных оснований. Это отличительное свойство алкинов от других УВ (алканов, алкенов), которые не способны отщеплять протон. Полученные при этом соли носят название ацетиленидов, в сухом состоянии легко взрываются.
NH3 * H2O
НС Ξ СН + Ag2O → AgC Ξ CAg↓ + H2O
ацетиленид серебра
2НС Ξ СН + 2К → 2КС Ξ СН + Н2
ацетиленид калия
Домашнее задание:
Написать формулы изомеров пентина и дать им название.