Реферат на тему алкины по химии

Обновлено: 04.07.2024

Структура молекулы, связи атомов и свойства ацетиленов как химических веществ. Особенности получения алкинов термолизом метана и гидрированием углерода в промышленности и реакцией элиминирования в лаборатории. Реакции алкинов с участием тройной связи.

Рубрика	Химия
Вид	контрольная работа
Язык	русский
Дата добавления	05.08.2013
Размер файла	244,8 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

1. Строение ацетиленов

2. Способы получения алкинов

3. Реакции алкинов с участием тройной связи

4. Реакции ацетиленов с сохранением тройной связи

Алкинами называют углеводороды, в молекулах которых имеется структурный фрагмент с тройной связью углерод-углерод. К алкинам часто применяют название ацетилены по названию первого члена гомологического ряда. Они образуют гомологический ряд с общей формулой C_nH_2n-2. По номеклатуре IUPAC в названиях алкинов применяется окончание "_ин":

Соответствующие алкинам одновалентные радикалы называются алкинил, пропаргил.

Для ацетиленов характерна структурная изомерия положения тройной связи в углеродной цепи и изомерия алкильных радикалов, связанных с алкинилом.

1. Строение ацетиленов

Атомы углерода в ацетилене имеют sp-гибридизацию и соединены одной s - и двумя p -связями. Поэтому молекула ацетилена линейна (валентный угол 180° ). Длина связи С-С составляет 121 пм (для сравнения - в этане 154 пм, в этилене 134 пм), длина связи С-Н - 106 пм (в этане 110 пм, в этилене 107 пм).

Энергия тройной углерод-углеродной связи равна 833 кДж/моль, что меньше, чем суммарная величина энергии для трех s -связей (339х3=1017 кДж/моль) и комбинации одной s - и двух p -связей (339+2х272=883 кДж/моль). Это можно рассматривать как результат отталкивания связывающих электронов трех связей, которые вынуждены быть сближенными в пространстве. Молекулу ацетилена можно представить себе в виде цилиндра, образованного орбиталями p -связей, из торцов которого выходят s -связи С-Н. Атомы водорода имеют более короткую связь с С-атомами, чем в алкенах и алканах, т.к. углеродный атом в гибридном состоянии sp наиболее электроотрицателен. Причина укорочения связи С-Н в алкинах по сравнению с алкенами и алканами состоит в том, что sp-орбиталь, как имеющая больший вклад s-характера (50%), изначально лежит ниже по энергии, чем sp 2 - (33.3%) и sp 3 - (75%) орбитали. Это приводит к увеличению прочности С-Н-связи в ацетиленах (энергия гомолитической диссоциации 502 кДж/моль) относительно прочности С-Н-связей в алканах и алкенах (414 кДж/мол и 439 кДж/моль соответственно). Ацетиленовый протон в значительной степени дезэкранирован, поскольку электронная пара смещена к атому углерода в большей мере, чем к таковым в гибридных состояниях sp 2 и sp 3 . Можно рассматривать sp-гибридный С-атом как более электроотрицательный, чем атом углерода в других валентных состояниях.

Две вырожденные ВЗМО ацетилена (Е = -1088,6 кДж/моль) лежат ниже, чем ВЗМО этилена (Е = -963 кДж/моль).

Исходя из этих представлений, можно объяснить основные свойства ацетиленов:

- для ацетиленов характерными являются реакции электрофильного и нуклеофильного присоединения;

- терминальным алкинам свойственная повышенная С-Н-кислотность.

2. Способы получения алкинов

В промышленности ацетилен применяется весьма широко и разработан способ его получения термолизом метана

или гидрированием углерода при 3000 о С:

Реакцию проводят, используя электрическую дугу между угольными электродами в токе водорода, т.к. время нагревания должно быть очень коротким во избежание обратного процесса разложения ацетилена на элементы.

Существует также карбидный способ получения некоторых ацетиленов:

Эта реакция представляет собой фактически гидролиз ацетиленидов, которыми по сути являются карбиды металлов.

Среди лабораторных способов получения ацетиленов можно отметить разнообразные реакции элиминирования, среди которых чаще всего используют дегидрогалогенирование виц-дигалогенидов

Нужно иметь в виду, что в щелочной среде алкины склонны к перегруппировкам с перемещением тройной связи:

Поэтому для элиминирования рекомендуется использовать амид натрия в жидком аммиаке. В этих условиях образуются в основном терминальные ацетилениды, причем в качестве исходных можно применять и гем-дигалогениды:

ацетилен алкин термолиз реакция

Другие способы синтеза подразумевают превращения одних алкинов в другие и будут рассмотрены ниже.

3. Реакции алкинов с участием тройной связи

Гидрирование ацетиленов, как и алкенов, чаще всего проводят в условиях гетерогенного катализа:

Несмотря на то, что первая стадия гидрирования протекает более экзотермично, остановить на ней реакцию затруднительно. Однако созданы особые катализаторы, которые позволяют из алкинов получать алкены.

Как и при восстановлении соединений с двойной связью, всегда наблюдается син-присоединение водорода. транс-Алкены образуются в результате восстановления алкинов раствором натрия или лития в жидком аммиаке (до превращения металла в амид).

Алкины присоединяют галогены, галогеноводороды, воду и другие реагенты по электрофильному механизму, однако такие реакции протекают значительно труднее, чем в алкенах. В качестве причин можно привести следующие:

1. Две вырожденные ВЗМО ацетилена (Е = -1088,6 кДж/моль) лежат ниже, чем ВЗМО этилена (Е = -963 кДж/моль).

2. Теплота образования DН 0 _f (СН₃-СН₂ + ) = +917 кДж/моль

DН 0 _f (СН₂=СН + ) = +1113,7 кДж/моль

Разница составляет 196,7 кДж/моль

3. Энтальпия ионизации в газовой фазе

CH₃CH₂Clа СН₃-СН₂ + + Cl - + DН 0 _f DН 0 _f = + 799,7 кДж/моль

CH₂=CHClа CH₂=CH + + Cl - + DН 0 _f DН 0 _f = + 933,7 кДж/моль

Разница равна 134,0 кДж/моль

Из приведенных энергетических параметров легко видеть, что образующийся в результате присоединения электрофила к алкину винильный карбокатион более богат энергией (менее стабилен, труднее образуется), чем алкильный катион, возникающий при атаке электрофильной частицы молекулы алкена потому что алкилиденовая группа является более слабым донором, чем алкильная.

Другое объяснение заключается в том, что sp-гибридный С-атом со значительно большим трудом отдает электрофилу пару электронов, чем С-атом в состоянии sp 2 , поскольку вклад s-характера его орбиталей составляет 50%, а не 33%, т.е. электроны лежат ближе к ядру (см. выше энергии ВЗМО).

Отношение скорости реакции бромирования этилена к скорости бромирования ацетилена в уксусной кислоте составляет величину 1,14 * 10 4 .

Это легко видеть на примере реакции несимметричного субстрата:

Практическое значение имеет присоединение хлора, которое позволяет получать полупродукты органического синтеза и растворители, например тетрахлорэтан.

Хлороводород легко присоединяется к алкинам только в присутствии катализаторов. Так, винилхлорид получают действием HCl на ацетилен в присутствии хлорида ртути (II).

Эта реакция имеет большое практическое значение, т.к. винилхлорид является мономером для получения широко применяемого материала - поливинилхлорида.

Дальнейшее присоединение хлороводорода к винилхлориду протекает легко и ориентируется в соответствием с правилом Марковникова - образуется 1,1-дихлорэтан, легко гидролизующийся до ацетальдегида

Для описания реакций электрофильного присоединения к алкинам применяют два механизма - би- и тримолекулярный (Ad_E2 и Ad_E3).

Бимолекулярное присоединение характерно для арил- и арилалкилацетиленов, которые превращаются в смесь цис- и транс-алкенов.

Далкилацетилены присоединяют по тримолекулярному механизму, в пользу чего свидетельствует стереоселективность реакции.

Присоединение воды к алкинам в присутствии кислот и солей ртути (II) называют реакцией Кучерова. С помощью этого превращения из ацетилена получают ацетальдегид, который может быть окислен до уксусной кислоты. Из замещенных алкинов в этих условиях образуются кетоны (правило Марковникова)

Карбоновые кислоты присоединяются к ацетиленам, образуя сложные эфиры винилового спирта.

Данная реакция, как и присоединение воды, облегчается в присутствии катионов ртути. Последние катализируют также присоединение к ацетиленам других нуклеофилов, например, спиртов, что приводит к алкилвиниловым эфирам.

Однако, эти же соединения образуются, если проводить реакцию не в кислой, но в щелочной среде при повышенной температуре (200 о С) и давлении. В этих условиях алкины присоединяют по нуклеофильному механизму, который для алкенов не совсем характерен

Данная реакция ("винилирование") демонстрирует электрофильный характер sp-гибридного атома углерода. Важное промышленное значение имеет присоединение HCN приводящее к ценному полупродукту - акрилонитрилу.

Ацетилен и его гомологи под действием высокой температуры (500° С) и активированного угля претерпевают тримеризацию в производные бензола (Бертло, Зелинский), тогда как при 60° С в присутствии цианида никеля происходит тетрамеризация с образованием циклооктатетраена.

Окисление ацетиленов.

Действием перманганата калия в щелочной среде ацетилены окисляются по месту разрыва тройной связи до карбоновых кислот, в более мягких условиях (OsO₄, нейтральная среда) реакция останавливается на стадии 1,2-дикарбонильных соединений.

4. Реакции ацетиленов с сохранением тройной связи

Полярность связи С-Н возрастает от этана к ацетилену (дипольные моменты 0,3; 0,63 и 1,05 D), что связано с увеличением s-вклада в гибридное состояние орбиталей углерода. Следовательно, связывающая электронная пара смещена к атому углерода, и водород может быть отщеплен в виде протона сильными основаниями. Сравнение величин рК_а показывает, что кислотность ацетилена (25) выше, чем у аммиака (30), но ниже, чем у воды (15,64). Это означает, что амид-ион, как более сильное основание, может превратить ацетилен в анион.

Действительно, при пропускании ацетилена через суспензию амида натрия в жидком аммиаке образуется соответствующий ацетиленид, который, как показывают исследования, имеет ионное строение (например, растворим в полярных растворителях - в аммиаке).

Металлические производные серебра и меди, которые легко получаются при пропускании ацетилена через аммиачные растворы оксида серебра или хлорида меди (I), выпадают в осадок.

Полярность связи С-металл в данном случае намного ниже, поэтому такие ацетилениды рассматривают как ковалентно построенные соединения.

Ацетилениды меди при действии окислителей (красная кровяная соль, ацетат меди (II) в пиридине) претерпевают димеризацию, которая, как полагают, идет с промежуточным образованием свободных радикалов.

Сухие ацетилениды серебра и меди легко взрываются от удара или при нагревании, поэтому их используют в качестве детонаторов.

Терминальные алкины могут образовывать так же смешанные ацетилениды-галогениды магния (реактивы Йоцича) по реакции обмена с алкилмагнийгалогенидами (реактивами Гриньяра)

Металлические производные алкинов находят применение в органическом синтезе, т.к. они проявляют свойства довольно активных нуклеофилов. В частности, с их помощью можно ввести этинильную группу в органическую молекулу (реакция алкилирования алкинов).

Если в данном превращении участвует собственно ацетилен, на двух стадиях можно ввести различные заместители.

Алкилирование ацетиленид-ионов имеет ряд ограничений. В частности, эта реакция неудобна для введения вторичной и третичной алкильной группы из-за склонности трет- и втор-алкилгалогенидов к реакции элиминирования в сильноосновной среде. Поэтому для синтеза алкинов с разветвленными заместителями при тройной связи разработан метод алкилирования дианионов монозамещенных соединений:

Из двух нуклеофильных центров дианиона реагирует тот, который соответствует более слабой С-Н-кислоте.

Теминальные ацетилены в присутствие щелочей присоединяются к карбонильной группе альдегидов и кетонов, превращаясь в соответствующие ацетиленовые спирты, пропаргиловыми спиртами (реакция Фаворского).

Под названием "реакция Реппе" известен другой вариант этого превращения: в присутствии солей тяжелых металлов и в более жестких условиях ацетилены присоединяются к формальдегиду и его гомологам.

Отличительной способностью тройной связи является способность к миграции по углеродной цепи. С именем Фаворского связана изомеризация ацетиленов под действием щелочей при высоких температурах (170° С). Реакция идет с образованием более стабильного термодинамически диалкилацетилена.

Обратное превращение реализуется при обработке алкинов амидом натрия или диизопропиламидом лития, т.е. более сильными основаниями при более низкой температуре. Тройная связь мигрирует на любые расстояния, пока не "доберется" до конца цепи. Тогда образуется стабильный ацетиленид-анион, который дальше не реагирует.

1. Несмеянов А.Н., Несмеянов Н.А. Начала органической химии. В 2 т. - М.: Химия, 2009.

2. Робертс Дж., Касерио М. Основы органической химии. - М.: Мир, 1978.

3. Берзин Б.Д., Берзин Д.Б. Курс современной органической химии. - М.: Высш. шк., 1999.

4. Неницеску К.Д. Органическая химия. В 2 т. - М.: Изд-во иностранной литературы, 2003.

5. Шабаров Ю.С. Органическая химия. - М.: Химия, 1994.

6. Реутов О.А., Курц А.Я., Бутин К.П. Органическая химия. - М.: МГУ, 2005.

7. Агрономов А.Е. Избранные главы органической химии. - М.: Химия, 2000.

8. Травень В.Ф. Органическая химия. Учебник для вузов. - М.: Академкнига, 2005.

9. Белобородов В.Л., Зурабян С.Э., Лузин А.П., Тюкавкина Н.А. Органическая химия. Основной курс. - М.: Дрофа, 2003.

10. Грандберг И.И. Органическая химия. - М.: Высш. шк., 2001.

11. Степанов В.М. Молекулярная биология. Структура и функции белков. - М.: Высш. шк., 1996.

12. Технология пластических масс / Под ред. В.В. Коршака. - М.: Химия, 2005.

Подобные документы

Понятие алкинов – алифатических непредельных углеводородов ряда ацетилена, в молекулах которых между углеродными атомами одна тройная связь. Простейшие представители, получение алкинов. Физические и химические свойства. Реакции присоединения и замещения.

презентация [371,4 K], добавлен 12.05.2011

Реакции основного органического синтеза, превращения олефинов и ацетиленов. Природа химической связи в п-комплексах переходных металлов. Поляризация молекулы олефина в п-комплексе. Реакция с нуклеофильными реагентами. Реакции п-комплекса.

реферат [470,1 K], добавлен 26.01.2009

Гомологический ряд метана. Строение молекулы метана. Углы между всеми связями. Физические свойства алканов. Лабораторные способы получения. Получение из солей карбоновых кислот. Тип гибридизации атомов углерода в алканах. Структурная изомерия алканов.

презентация [1,5 M], добавлен 08.10.2014

Химический элемент - совокупность атомов одного вида. Открытие химических элементов. Размеры атомов и молекул. Формы существования химических элементов. Некоторые сведения о молекулярном и немолекулярном строении веществ. Атомно-молекулярное учение.

презентация [33,3 K], добавлен 15.04.2012

Предмет органической химии. Понятие о химических реакциях. Номенклатура органических соединений. Характеристика и способы получения алканов. Ковалентные химические связи в молекуле метана. Химические свойства галогеналканов. Структурная изомерия алкенов.

контрольная работа [1,4 M], добавлен 01.07.2013

Типы химической связи: ковалентная, ионная и металлическая. Донорно-акцепторный механизм образования и характеристики ковалентной связи. Валентность и степень окисления элементов. Молекулы химических соединений. Размеры и масса атомов и молекул.

контрольная работа [45,3 K], добавлен 16.11.2010

Место углерода в таблице химических элементов: строение атомов, энергетические уровни, степень окисления. Химические свойства углерода. Алмаз, графит, фуллерен. Адсорбция как важное свойство углерода. Изобретение противогаза и угольных фильтров.

Алкины — алифатические непредельные углеводороды, в молекулах которых между углеродными атомами имеется одна тройная связь.

Углеводороды ряда ацетилена являются еще более непредельными соединениями, чем соответствующие им алкены (с тем же числом углеродных атомов). Это видно из сравнения числа атомов водорода в ряду:

этан этилен ацетилен

Алкины образуют свой гомологический ряд с общей формулой, как и у диеновых углеводородов С_n H_2n-2

1. Строение алкинов

Первым и основным представителем гомологического ряда алкинов является ацетилен (этин) С₂ Н₂ . Строение его молекулы выражается формулами:

Н—СºС—Н или Н:С. С:Н

По названию первого представителя этого ряда — ацетилена — эти непредельные углеводороды называют ацетиленовыми.

В алкинах атомы углерода находятся в третьем валентном состоянии (sp-гибридизация). В этом случае между углеродными атомами возникает тройная связь, состоящая из одной s- и двух p-связей. Длина тройной связи равна 0,12 нм, а энергия ее образования составляет 830 кДж/моль. Модели пространственного строения ацетилена представлены на рис. 1.

Рис.1. Модели пространственного строения молекулы ацетилена:

а - тетраэдрическая; б - шаростержневая; в -по Бриглебу

2. Номенклатура и изомерия

Номенклатура. По систематической номенклатуре ацетиленовые углеводороды называют, заменяя в алканах суффикс -ан на суффикс -ин. В состав главной цепи обязательно включают тройную связь, которая определяет начало нумерации. Если молекула содержит одновременно и двойную, и тройную связи, то предпочтение в нумерации отдают двойной связи:

бутин-1 бутин-2 2-метилпентен-1-ин-4

По рациональной номенклатуре алкиновые соединения называют, как производные ацетилена.

Непредельные (алкиновые) радикалы имеют тривиальные или систематические названия:

Изомерия. Изомерия алкиновых углеводородов (как и алкеновых) определяется строением цепи и положением в ней кратной (тройной) связи:

3-метилбутин-1 пентин-1 пентин-2

3. Получение алкинов

Ацетилен в промышленности и в лаборатории можно получать следующими способами:

1. Высокотемпературным разложением (крекинг) природного газа — метана:

2СН4 1500°C ® НСºСН + 3Н₂

2. Разложением водой карбида кальция СаС₂ , который получают спеканием негашеной извести СаО с коксом:

СаО + 3C 2500°C ® CaC₂ + CO

3. В лаборатории производные ацитилена можно синтезировать из дигалогенопроизводных, содержащих два атома галогена при одном или соседних углеродных атомах, действием спиртового раствора щелочи:

4. Физические и химические свойства

физические свойства. Ацетиленовые углеводороды, содержащие в молекуле от двух до четырех углеродных атомов (при обычных условиях), — газы, начиная с C₅ H₈ — жидкости, а высшие алкины (с С₁₆ Н₃₀ и выше) — твердые вещества. Физические свойства некоторых алкинов показаны в табл. 1.

Таблица 1. Физические свойства некоторых алкинов

*При температуре -32 °С,

**При температуре- 50 °С.

Химические свойства. Химические свойства алкинов определяются тройной связью, особенностями ее строения. Алкины способны вступать в реакции присоединения, замещения, полимеризации и окисления.

Реакции присоединения. Будучи непредельными соединениями, алкины вступают в первую очередь в реакции присоединения. Эти реакции протекают ступенчато: с присоединением одной молекулы реагента тройная связь вначале переходит в двойную, а затем, по мере дальнейшего присоединения, — в одинарную. Казалось бы, алкины, обладая двумя p-связями, гораздо активнее должны вступать в реакции электрофильного присоединения. Но это не совсем так. Углеродные атомы в молекулах алкинов расположены ближе друг к другу, чем в алкенах, и обладают большей электроотрицательностью. Это связано с тем, что электроотрицательность атома углерода зависит от его валентного состояния. Поэтому p-электроны, находясь ближе к ядрам углерода, проявляют несколько меньшую активность в реакциях электрофильного присоединения. Кроме того, сказывается, близость положительно заряженных ядер атомов, способных отталкивать приближающиеся электрофильные реагенты (катионы). В то же время алкины могут вступать в реакции нуклеофильиого присоединения (со спиртами, аммиаком и др.).

1. Гидрирование. Реакция протекает в тех же условиях, что и в случае алкенов (катализаторы Pt, Pd, Ni). При восстановлении алкинов вначале образуются алкены, а затем — алканы:

ацетилен этилен этан

2. Галогенирование. Эта реакция протекает с меньшей скоростью, чем в ряду этиленовых углеводородов. Реакция также проходит сту пенчато:

3. Гидрогалогенирование. Реакции присоединения галогеноводородов, как и галогенов, идут в основном по механизму электрофильного присоединения:

Вторая молекула галогеноводорода присоединяется в соответствии с правилом Марковникова.

4. Присоединение воды (реакция М.Г.Кучерова,. 1881). Катализатор — соль ртути:

Неустойчивое промежуточное соединение — виниловый спирт — перегруппировывается в уксусный альдегид.

5. Присоединение синильной кислоты:

НСºСН + HCN кат. ® H₂ C=CH—CN

Акрилонитрил — ценный продукт. Он используется в качестве мономера для получения синтетического волокна — нитрон.

6. Присоединение спирта. В результате этой реакции образуются простые виниловые эфиры (реакция А. Е.Фаворского):

Присоединение спиртов в присутствии алкоголятов — типичная реакция нуклеофильного присоединения.

Реакции замещения. Водородные атомы в ацетилене способны замещаться на металлы (реакция металлирования). В результате образуются металлические производные ацетилена — ацетилениды. Такую способность ацетилена можно объяснить следующим образом. Углеродные атомы ацетилена, находясь в состоянии sp-гибридизации, отличаются, как известно, повышенной электроотрицательностью (по сравнению с углеродами в других гибридных состояниях). Поэтому электронная плотность связи С—H несколько смещена в сторону углерода и атом водорода приобретает некоторую подвижность:

Но эта "подвижность", конечно, несравнима со "свободой" протона в настоящих кислотах: соляная кислота, например, почти в 10 33 раз сильнее по кислотности, чем ацетилен. Но и такая подвижность водорода достаточна, чтобы произошла его замена на металл в щелочной средe. Так, при действии на ацетилен аммиачного раствора оксида серебра образуется ацетиленид серебра:

С ацетиленидами в сухом виде следует обращаться очень осторожно: они крайне взрывоопасны.

Реакция изомеризации. Ацетиленовые углеводороды, как алканы и алкены, способны к изомеризации с перемещением тройной связи:

Реакции полимеризации. Ацетилен в зависимости от условий реакции способен образовывать различные продукты полимеризации — линейные или циклические:

НСºСН + НСºСН —®НСºСН—CН=CH₂

Эти вещества представляют большой интерес. Например, при присоединении к винилацетилену хлороводорода образуется хлоропрен, который в качестве мономера используется в производстве хлоропренового каучука:

Реакция окисления. Ацетилены легко окисляются. При этом происходит разрыв молекулы по месту тройной связи. Если ацетилен пропускать через окислитель (водный раствор перманганата калия), то раствор быстро обесцвечивается. Эта реакция является качественной на кратные (двойные и тройные) связи:

При полном сгорании ацетилена на воздухе образуются два продукта оксид углерода (IV) и вода:

При неполном сгорании образуется углерод (сажа):

5. Отдельные представители

Ацетилен (этин) НСºСН — бесцветный газ, без запаха (технический ацетилен имеет неприятный запах, что объясняется присутствием различных примесей). Ацетилен мало растворим в воде, хорошо — в ацетоне. На воздухе горит сильно коптящим пламенем [ высокое (в процентах) содержание углерода в молекуле]. При горении в кислороде ацетилен создает высокотемпературное пламя (до 3000 °С). Это используется для сварки и резки металлов. Смеси ацетилена с кислородом или воздухом взрывоопасны, поэтому ацетилен хранят и транспортируют в специальных баллонах (маркировка: белый баллон с красной надписью "Ацетилен"). Этот баллон заполняют пористым материалом, который пропитывают ацетоном.

Ацетилен — ценный продукт для химической промышленности. Из него получают синтетический каучук, уксусный альдегид и уксусную кислоту, этиловый спирт и многие другие вещества.

Винилацетилен (бутен-1-ин-3) НСºC—СН=CН₂ — газ с неприятным запахом. При восстановлении образует бутадиен-1,3, а при присоединении хлороводорода — 2-хлорбутадиен-1,3 (хлоропрен).

Алкины — вещества с одной тройной связью.
Ацетилен применяется в качестве исходного сырья для многих промышленных химических синтезов. Из него получают уксусную кислоту, синтетический каучук, поливинилхлоридные смолы. Тетрахлорэтан СНСl2—CHCl2 — продукт присоединения хлора к этилену — служит хорошим растворителем жиров и многих органических веществ и, что очень важно, безопасен в пожарном отношении. Ацетилен используют для автогенной сварки металлов.

Содержание

1. СТРОЕНИЕ АЛКИНОВ
2. НОМЕНКЛАТУРА
3. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
4. ПОЛУЧЕНИЕ АЛКИНОВ
5. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
6. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ
7. ПРИМЕНЕНИЕ

Работа состоит из 1 файл

Алкины.doc

Реферат на тему: АЛКИНЫ

1. СТРОЕНИЕ АЛКИНОВ

3. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

4. ПОЛУЧЕНИЕ АЛКИНОВ

5. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

6. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ

Алкины — вещества с одной тройной связью.

Углеводороды ряда ацетилена являются еще более непредельными соединениями, чем соответствующие им алкены числом. Это видно из сравнения числа атомов водорода в ряду:

этан этилен ацетилен

Алкины образуют свой гомологический ряд формулой, как и у диеновых углеводородов СnH2n-2

Первым и основным представителем гомологического ряда алкинов является ацетилен С2Н2. Строение его молекулы выражается формулами: Н—СС—Н структурная формула или Н:С. С:Н электронная формула

В алкинах атомы углерода находятся в третьем валентном состоянии (sp-гибридизация). В этом случае между углерод- ными атомами возникает тройная связь, состоящая из одной - и двух -связей. Длина тройной связи

Суффикс -ан соответствующих углеводородах заменить на суффикс -ин СН3
|
Н—СС—СН2—СН3 Н3С—СС—СН3 Н2С=С—СН2—ССН
бутин-1 бутин-2 2-метилпентен-1-ин-4

1) Изомерия углеродного скелета

Н—СС—СН—СН3 3-метилбутин-1 Н—СС—СН—СН—СН 3-метил пентин-1
| |
СН3 СН3

2) Изомерия положения кратной связи

Н—СС—СН2—СН2—СН3 пентин-1 Н3С—С=С—СН2—СН3 пентин-2
3) Межклассовая изомерия (диены)

2СН4 t НССН + 3Н2

СаС2 + 2Н2O  НССН + Са(ОН)2

Алкины. Алкинами называются ненасыщенные углеводороды, молекулы которых содержат одну тройную связь. Общая формула алкинов СnН2n-2.

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.

По физическим свойствам алкины напоминают алканы и алкены. Низшие алкины C2—C4 представляют собой газы, С5—C16 — жидкости, высшие алкины — твердые вещества. Температуры кипения алкинов несколько выше, чем у соответствующих алкенов.

1. Общим способом получения алкинов является реакция дегидрогалогенирования - отщепления двух молекул галогеноводорода от дигалогензамещенных алканов, которые содержат два атома галогена либо у соседних атомов углерода (например, 1,2-дибромпропан), либо у одного атома углерода (2,2-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 sp-гибридном состоянии. Две s -связи расположены под углом 180°, а две p -связи расположены во взаимно перпендикулярных областях. Наличие p -связей обусловливает способность алкинов вступать в реакции электрофильного присоединения. Однако эти реакции для алкинов протекают медленнее, чем для алкенов. Это объясняется тем, что p -электронная плотность тройной связи расположена более комплексно, чем в алкенах, и поэтому менее доступна для взаимодействия с различными реагентами.

1. Реакция Гидрирование.
HCCH+ H2 — H2C=CH2+H2— H3C—CH3

2. Галогенирование.
HCCH+ Cl— CHCl=CHCl+ Cl— CHCl2—CHCl2

3. Гидрогалогенирование.
HCCH + HCl — H2C=CHCl+ HCl — H3C—CHCl2

4.Гидротация  
HCCH + HOH ——  H2C=CH—OH  H3C—C=O
  \ H

1) Реакция горения 2НССН + 5O2  4СO2 + 2Н2O

НССН + O2  С + СО + Н2О

2) Обесцвечивает KMnO4 ,чем доказывает наличие кратной связи

6 Реакции полимеризации.
1) Димеризация C2 H2

НССН + НССН —НССН—CН=CH2

2) Тримеризация C2 H2

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 АlСl3 — 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 (П) (реакция Кучерова):

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 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 p -связь между атомами углерода разрывается и образуется p -связь между атомом углерода и атомом кислорода. Причиной изомеризации является большая прочность двойной связи С == О по сравнению с двойной связью С == С.

В результате реакции гидратации только ацетилен превращается в альдегид, гидратация гомологов ацетилена протекает по правилу Марковникова, и образующиеся енолы изомеризуются в кетоны. Так, 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 s -связи º С¬ Н. Причиной поляризации является высокая электроотрицательность атома углерода в sp-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). 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 CuCl и NH4Cl ацетилен димеризуется, давая винилацетилен:

Винилацетилен обладает большой реакционноспособностью; присоединяя хлороводород, он образует хлоропрен, используемый для получения искусственного каучука:

При пропускании ацетилена над активированным углем при 600 °С происходит тримеризация ацетилена с образованием бензола:

6. Реакции окисления и восстановления. Алкины окисляются различными окислителями, в частности перманганатом калия. При этом раствор перманганата калия обесцвечивается, что служит указанием на наличие тройной связи. При окислении обычно происходит расщепление тройной связи и образуются карбоновые кислоты:

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

Применение. Ацетилен применяется в качестве исходного сырья для многих промышленных химических синтезов. Из него получают уксусную кислоту, синтетический каучук, поливинилхлоридные смолы. Тетрахлорэтан СНСl2—CHCl2 — продукт присоединения хлора к этилену — служит хорошим растворителем жиров и многих органических веществ и, что очень важно, безопасен в пожарном отношении. Ацетилен используют для автогенной сварки металлов.

Содержание работы

Введение.
Строение алкинов;
Номенклатура и изомерия;
Получение;
Физические и химические свойства;
Отдельные представители;
Список литературы.

Файлы: 1 файл

реферат по химии.doc

Оренбургский государственный аграрный университет

Выполнила: студентка 13 группы (тех) Алибекова К.А.

Преподаватель: Клюквина Е.Ю.

Оренбург 2010 г.

Строение алкинов;
Номенклатура и изомерия;
Получение;
Физические и химические свойства;
Отдельные представители;

этан этилен ацетилен

Алкины образуют свой гомологический ряд с общей формулой, как и у диеновых углеводородов СnH2n-2\

1. Строение алкинов

Первым и основным представителем гомологического ряда алкинов является ацетилен (этин) С2Н2. Строение его молекулы выражается формулами:

Н—СºС—Н или Н:С. С:Н

Рис.1. Модели пространственного строения молекулы ацетилена:

а - тетраэдрическая; б - шаростержневая; в -по Бриглебу

2. Номенклатура и изомерия

Н—СºС—СН2—СН3 Н3С—СºС—СН3 Н2С=С—СН2—СºСН

бутин-1 бутин-2 2-метилпентен-1-ин-4

По рациональной номенклатуре алкиновые соединения называют, как производные ацетилена.

Непредельные (алкиновые) радикалы имеют тривиальные или систематические названия:

Н—СºС—СН—СН3 Н—СºС—СН2—СН2—СН3 Н3С—С=С—СН2—СН3

3-метилбутин-1 пентин-1 пентин-2

3. Получение алкинов

Ацетилен в промышленности и в лаборатории можно получать следующими способами:

1. Высокотемпературным разложением (крекинг) природного газа — метана:

2СН4 1500°C® НСºСН + 3Н2

С2Н6 1200°C® НСºСН + 2Н2

2. Разложением водой карбида кальция СаС2, который получают спеканием негашеной извести СаО с коксом:

СаО + 3C 2500°C® CaC2 + CO

СаС2 + 2Н2O ® НСºСН + Са(ОН)2

Н3С—СН—СН—СН3 + 2КОН ® Н3С—СºС—СН3 + 2KBr + 2Н2О

4. Физические и химические свойства

Физические свойства. Ацетиленовые углеводороды, содержащие в молекуле от двух до четырех углеродных атомов (при обычных условиях), — газы, начиная с C5H8 — жидкости, а высшие алкины (с С16Н30 и выше) — твердые вещества. Физические свойства некоторых алкинов показаны в табл. 1.

Таблица 1. Физические свойства некоторых алкинов

*При температуре -32 °С,

**При температуре- 50 °С.

HCºCH —® H2C=CH2 —® H3C—CH3

ацетилен этилен этан

HCºCH —® CHBr=CHBr —® CHBr2—CHBr2

HCºCH + HCl —® H2C=CHCl —® H3C—CHCl2

Вторая молекула галогеноводорода присоединяется в соответствии с правилом Марковникова.

4. Присоединение воды (реакция М.Г.Кучерова,. 1881). Катализатор — соль ртути:

HCºCH + HOH ——® ú H2C=CH—OHú ® H3C—C=O

Неустойчивое промежуточное соединение — виниловый спирт — перегруппировывается в уксусный альдегид.

5. Присоединение синильной кислоты:

НСºСН + HCN кат.® H2C=CH—CN

НСºСН + HO—C2H5 KOH® H2C=CH—O—C2H5

Присоединение спиртов в присутствии алкоголятов — типичная реакция нуклеофильного присоединения.

Но эта "подвижность", конечно, несравнима со "свободой" протона в настоящих кислотах: соляная кислота, например, почти в 1033 раз сильнее по кислотности, чем ацетилен. Но и такая подвижность водорода достаточна, чтобы произошла его замена на металл в щелочной средe. Так, при действии на ацетилен аммиачного раствора оксида серебра образуется ацетиленид серебра:

HCºCH + 2[Ag(NH3)2]OH ® Ag—CºC—Ag + 4NH3 + 2H2O

С ацетиленидами в сухом виде следует обращаться очень осторожно: они крайне взрывоопасны.

Читайте также: