План ответа:
- Определение ацетиленовых углеводородов или алкинов.
- Общая формула, гомологический ряд.
- Строение, sp-гибридизации.
- Виды изомерии.
- Номенклатура ацетиленовых углеводородов.
- Физические свойства.
- Получение.
- Химические свойства.
- Применение.
Алкинами называют непредельные углеводороды, молекулы которых имеют одну тройную связь.
Первый представитель этого класса – ацетилен СН≡СН, в связи с этим алкины также называют ацетиленовыми углеводородами.
Ближайшие гомологи ацетилена:
СН3―С≡СН СН3―СН2 ―С≡СН СН3―С≡С―СН3
пропин-1 бутин-1 бутин-2
Общая формула гомологического ряда алкинов СnH2n-2.
Строение
Атомы углерода при тройной связи находятся в состоянии sp-гибридизации (смотри занятие 28). Сигма-связь образована при перекрывании гибридных облаков по одной линии; две пи-связи образованы при перекрывании двух пар не гибридных облаков соседних атомов углерода. Длина тройной связи меньше, чем длина одинарной и двойной связи.
Изомерия
а) Структурная изомерия алкинов обусловлена изомерией углеродного скелета.
5 4 3 2 1
Например: СН3―СН2 ― СН2 ―С≡СН пентин-1
4 3 2 1
СН3―СН ―С≡СН 3-метилбутин-1
|
СН3
б) Изомерия положения двойной связи.
Например: 1 2 3 4
СН3―СН2 ―С≡СН бутин-1
1 2 3 4
СН3―С≡С―СН3 бутин-2
Номенклатура
-- В алкинах с неразветвлённой углеводородной цепью нумерацию начинают с того конца, ближе к которому находится тройная связь.
-- В названии соответствующего алкана окончание –ан заменяется на окончание –ин.
-- В разветвлённых алкинах выбирают главную цепь так, чтобы она содержала тройную связь, даже если она при этом не будет самой длинной.
--Перед названием главной цепи указывают номер атома углерода, при котором находится заместитель (радикал), и название этого заместителя.
--Номер после названия главной цепи указывает положение тройной связи, например:
1 2 3 4 5
СН3―С≡С―СН―СН3
|
СН3
4-метилпентин—2
Физические свойства
Похожи на свойства алканов и алкенов. При обычных условиях (С2-С4) – газы, (С5-С16) – жидкости, начиная с С17- твёрдые вещества. Температуры кипения алкинов выше, чем у соответствующих алкенов. Так, этилен имеет tкип= -103ºС, ацетилен кипит при -83,6ºС.
Растворимость низших алкинов в воде несколько выше, чем алкенов и алканов, однако она всё же очень мала. Алкины хорошо растворимы в неполярных органических растворителях.
Получение.
а) В лаборатории и в промышленности ацетилен получают при взаимодействии карбида кальция с водой
С
/
Cа
НОН→ НС≡СН+Са(ОН)2↓ \ С б) Разработан способ получения ацетилена из природного газа метана. При действии высокой температуры метан разлагается на углерод и водород. Промежуточным продуктом в данном процессе является ацетилен. tº СН4→ С2Н2+3Н2 ацетилен tº С2Н2 → 2С+Н2 Химические свойства. I. Вступают в реакции присоединения. а) присоединение галогенов НС≡СН+Br-Br→ НСBr═СНBr ацетилен 1,2-дибромэтен. НСBr═СНBr+Br-Br→ НСBr2-СНBr2 1,2-дибромэтен 1,1,2,2-тетрабромэтан б) гидрирование НС≡СН+Н-Н→СН2═СН2 ацетилен этилен СН2═СН2+Н-Н→СН3―СН3 этилен этан в) присоединение галогеноводородов. НС≡СН+Н-Cl→ СН2═СНСl ацетилен винилхлорид г) гидратация О HgSO4 // НС≡СН+НОН → СН3―С ацетальдегид (уксусный альдегид) ацетилен \ Н II. Вступают в реакции окисления. а) алкины легко окисляются перманганатом калия. При окислении обычно происходит расщепление тройной связи, и образуются карбоновые кислоты: СН3―С≡С―СН3+3[О]+НОН→ 2СН3―СООН бутин-2 уксусная кислота б) На воздухе ацетилен горит коптящим пламенем. 2С2Н2+5О2→4СО2+2НОН III. Реакции полимеризации. а) димеризация (катализаторы водный раствор СuСl и NH4Cl) НС≡СН+ НС≡СН→ СН2═СН―С≡СН ацетилен винилацетилен б) тримеризация (при t=600ºС) СН // \ СН СН 3НС≡СН → | || СН СН \\ / СН бензол Применение Из углеводородов с тройной связью в молекуле наибольшее значение имеет ацетилен. Ещё не так давно он применялся в качестве горючего при газовой сварке и резке металлов. Сейчас ацетилен используется для синтеза различных органических соединений. --В результатете присоединения хлора к ацетилену получается растворитель (1,1,2,2-тетрахлорэтан). --При отщеплении хлороводорода образуется трихлорэтен – растворитель высокого качества, широко применяемый при чистке одежды. -- Получаемый из ацетилена поливинилхлорид широко используется при изоляции проводников, изготовления плащей, клеёнки, искусственной кожи, труб и т.д. --исходя из ацетилена, получают и другие полимеры, необходимые в производстве пластмасс, каучуков и синтетических волокон. Ацетилен используется для производства синтетической уксусной кислоты.