Лекция по химии. Алкины

Добрый день, уважаемые студенты!

Высылаю Вам лекцию по химии.

Лекцию необходимо законспектировать в тетрадь, после того, как лекция будет законспектирована, нужно пройти тест по прошлой лекции, перейдя по ссылке

https://multiurok.ru/tests/77773/

Тест необходимо пройти сегодня ,100% всем, до 18:00.

Тест по двум предыдущим лекциям «Алкены» и «Алкадиены»

Время выполнения ограничено – 16 минут. Критерии оценки: оценка "5"- 90% правильных ответов и более, оценка "4"- 70% - 89% правильных ответов, оценка "3" - 50% - 69% правильных ответов, оценка "2" - менее 50% правильных ответов.)

Для прохождения теста вам необходимо ввести фамилию и имя, и номер группы.

P.S. C уважением к вам, Татьяна Альбертовна!

22.04.2020 г.

АЛКИНЫ

Алкины — ациклические углеводороды, содержащие в молекуле, помимо одинарных связей, одну тройную связь между атомами углерода и соответствующие общей формуле CnH2n−2.

Номенклатура алкинов 

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

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:

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 CnH2n−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. Этот механизм подробно разбирается в теме "Типы и механизмы реакций в органической химии". 

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 6000C 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

Получение и применение алкинов

Дегидрирование этана и этилена. Термическое дегидрирование этана при 550-650 °С приводит к образованию этилена, при температурах свыше 800 °С -  ацетилена. Процесс дегидрирования этана подчиняется тем же закономерностям, что и пиролиз, поэтому для его осуществления необходимо поддерживать высокую температуру и низкое давление. 

ПРИМЕНЕНИЕ АЛКИНОВ

Алкины являются сырьем для производства большого количества органических соединений и материалов: альдегидов, кетонов, растворителей (тетрагалогенэтанов), исходных веществ для получения синтетических каучуков, поливинил-хлорида и других полимеров. Наиболее широко используется ацетилен:

 Помимо применения в промышленности, ацетилен также применяют в газовых ацетиленовых горелках в смеси с кислородом. Температура ацетиленового пламени может достигать 30000C, поэтому такие горелки используют для сварки и резки металлов.