Урок №18. Ацетилен и его гомологи.

1.  Алкины – это алифатические (ациклические), непредельные (ненасыщенные) углеводороды, с одной тройной углерод-углеродной связью С≡С в цепи и общей формулой СnH2n-2

2. Строение 

Ацетилен – первый член гомологического ряда ацетиленовых углеводородов, или алкинов.

Молекулярная формула ацетилена            C2H2

Структурная формула ацетилена          H–C≡C–H

Электронная формула                         : С : : : С : Н

Углеродные атомы ацетилена, связанные тройной связью, находятся в состоянии sp-гибридизации. При образовании молекулы ацетилена у каждого атома С гибридизуются по одной s- и p-орбитали. В результате этого каждый атом С приобретает по две гибридных орбитали, а две p-орбитали остаются негибридными. Две гибридных орбитали взаимно перекрываются, и между атомами С образуется σ-связь. Остальные две гибридных орбитали перекрываются с s-орбиталями атомов H, и между ними и атомами С тоже образуются σ -связи. Четыре негибридных p-орбитали размещены взаимно перпендикулярно и перпендикулярно направлениям σ-связей. В этих плоскостях p-орбитали взаимно перекрываются, и образуются две π -связи, которые относительно непрочные и в химических реакциях легко разрываются.

Таким образом, в молекуле ацетилена имеются три σ -связи (одна связь C–C и две связи C–H) и две π -связи между двумя С атомами. Тройная связь в алкинах – не утроенная простая, а комбинированная, состоящая из трех связей: одной σ - и двух π -связей.

Молекула ацетилена имеет линейное строение. Появление третьей связи вызывает дальнейшее сближение атомов С: расстояние между их центрами составляет 0,120 нм.



sp- Гибридные орбитали двух атомов углерода в состоянии,
предшествующем образованию тройной связи и связей C–H








Схематическое изображение строения молекулы ацетилена (ядра атомов углерода и водорода на одной прямой, две p- связи между атомами углерода находятся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях) 

Запомните!

1.        Длина связи 0,12 нм

2.        Угол 180

3.        Линейная молекула

4.        Связи – σ и 2π

5.        Sp- гибридизация 

3. Физические свойства

С2Н2 – Ацетилен – бесцветный газ, легче воздуха, мало растворим в воде, в чистом виде почти без запаха.

Свойства гомологов изменяются аналогично алкенам. По физическим свойствам алкины напоминают алкены и алканы. Температуры их плавления и кипения увеличиваются с ростом молекулярной массы. В обычных условиях алкины С2–С3 – газы, С4–С16 – жидкости, высшие алкины – твердые вещества. Наличие тройной связи в цепи приводит к повышению температуры кипения, плотности и растворимости их в воде по сравнению с олефинами и парафинами.

Физические свойства некоторых алкинов сведены в таблице.

Таблица. Физические свойства некоторых алкинов

Название

(Суффикс –ин)

Формула

t°пл.,
°C

t°кип.,
°C

Этин

(Ацетилен)

HC≡CH

-80,8

-83,6

Пропин

(Метилацетилен)

CH3–C≡CH

-102,7

-23,3

Бутин-1

C2H5–C≡CH

-122,5

    8,5

Бутин-2

CH3–C≡C–CH3

-32,3

   27,0

Пентин-1

CH3–CH2–CH2–C≡CH

-98,0

   39,7

Пентин-2

CH3–CH2–C≡C–CH3

-101,0

   56,1

4. Изомерия и номенклатура

Структурная изомерия 

1.     Изомерия положения тройной связи (начиная с С4Н6):

2.     2. Изомерия углеродного скелета (начиная с С5Н8):

3.     Межклассовая изомерия с алкадиенами и циклоалкенами, начиная с С4Н6:

Пространственная изомерия относительно тройной связи в алкинах не проявляется, т.к. заместители могут располагаться только одним способом - вдоль линии связи.

5. Химические свойства алкинов 

I. Реакции присоединения

1). Галогенирование – стадийно, до производных алканов:

(как и алкены обесцвечивают бромную воду!) 

СHCH + Br2CHBr=CHBr (1,2-дибромэтен)

CHBr=CHBr + Br2CHBr2-CHBr2   (1,1,2,2-тетрабромэтан)

 Опыт "Взаимодействие ацетилена с хлором"

2). Гидрогалогенирование

 (труднее, чем у алкенов) – стадийно:                     

                                 

*   CH3-C≡CH + HBr   AlBr3→ CH3-CBr=CH2

                                                   2-бромпропен     

* - используется пр. Морковникова  

3). Гидратация – ( р. М.Г. Кучерова)

CH≡CH + H2Hg2+,H+→  [CH2=CH-OH] → CH3-CH=O (уксусный  альдегид )

                                               непредельный  спирт – енол        

протекает в присутствии солей ртути(II) – HgSO4, Hg(NO3)2 – с образованием уксусного альдегида:

Эта реакция носит имя русского ученого Михаила Григорьевича Кучерова (1881).

  4). Полимеризация 

        В определенных условиях ацетилен способен полимеризоваться в бензол и винилацетилен.

1. При пропускании ацетилена над активированным углем при 450–500 °С происходит тримеризация ацетилена с образованием бензола (Н.Д.Зелинский, 1927 г.):

2. Под действием водного раствора CuCl и NH4Cl ацетилен димеризуется, образуя винилацетилен:

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

 

II. Реакции окисления и восстановления 

1). Горение – пламя сильно коптящее

  Опыт "Горение ацетилена"                                

 Опыт "Взрыв смеси ацетилена с кислородом"

CnH2n-2 + (3n-1)/2O2 t nCO2 + (n-1)H2O + Q

2). Окисление 

Протекание реакции и её продукты определяются средой!

А) в кислой среде при нагревании образуются карбоновые кислоты, при концевой кратной связи - CO2: 

5CH3 – CH2 – C C – CH3 + 6KMnO4 + 9H2SO4 5CH3 – CH2COOH + 5CH3COOH + 6MnSO4 + 3K2SO4 + 4H2O 

5CH3 – C CH + 8KMnO4 + 12H2SO4 5CO2 + 5CH3COOH + 8MnSO4 + 4K2SO4+12H2O 

Б) в нейтральной и слабощелочной средах на холоде образуются соли карбоновых кислот; ацетилен окисляется до оксалатов (солей щавелевой кислоты):

3CH CH + 8KMnO4 → 3KOOCCOOK + 8MnO2 + 2KOH + 2H2O 

(Качественная реакция - обесцвечивают раствор марганцовки) 

CH3 – C C – CH3 + 2KMnO4 2CH3 – COOK + 2MnO2 

3CH C – CH3 + 8KMnO4 3CH3 – COOK + 2K2CO3 + KHCO3 + 8MnO2 + H2O 

3). Восстановление ( katNi,Pd или Pt)

C2H2 + H2  t,katC2H4                  

C2H2 + 2H2  t,kat C2H6

III. Реакции замещения 

1). Кислотные свойства

(в отличие от алкенов, образуют соли – ацетилениды) 

R-CC-H + NaHR-CC-Na + H2 

Качественные реакции на алкины с тройной связью в конце цепи:

Опыт

R-CCH + [Ag(NH3)2]OHR-CC-Ag↓ +2NH3 + H2O

                                                 серо-белый осадок

 Опыт

R-CC-H + [Cu(NH3)2]ClR-CC-Cu↓ + NH4Cl +NH3

                                                красный осадок 

Ацетилениды серебра и меди (I)- разлагаются соляной кислотой:

R-CC-Cu↓ +HClR-CC-H + CuCl 

Ацетилениды металлов – взрывчатые вещества!

 Опыт "Непрочность ацетиленидов металлов"

ЦОР:

Образование молекулы ацетилена

Образование названий алкинов по номенклатуре ИЮПАК

Получение ацетилена, его химические свойства

ТРЕНАЖЁРЫ:

Алкины: строение, номенклатура, получение и физические свойства

Алкины: строение, номенклатура, получение и физические свойства (расчетные задачи)

Гомологический ряд ацетилена

Типы химических реакций, характерные для алкинов

Уравнения реакций, характеризующие химические свойства ацетилена

Химические свойства алкинов

Химические свойства алкинов (расчетные задачи)

Comments