Презентация "Алкины"
презентация к уроку по химии (10 класс)
Общая характеристика, физические и химические свойства алкинов. Способы получения и применение.
Скачать:
| Вложение | Размер |
|---|---|
 Алкины | 1.08 МБ |
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
Алкины – это непредельные (ненасыщенные) нециклические углеводороды, в молекулах которых присутствует одна тройная связь между атомами углерода С≡С. Общая формула: С n Н 2n - 2 , где n ≥ 2 .
Гомологический ряд алкинов Все алкины имеют общие или похожие физические и химические свойства. Схожие по строению алкины, которые отличаются на одну или несколько групп –СН 2 –, называют гомологами . Такие алкины образуют гомологический ряд. Первый представитель гомологического ряда алкенов – этин (ацетилен) C 2 H 2 , или СH≡СH.
Первые три члена гомологического ряда алкинов – газы, начиная с C 5 Н 8 по С 16 Н 30 – жидкости, начиная с С 17 Н 32 — твердые вещества. Название алкина Формула алкина Этин (ацетилен) C 2 H 2 Пропин C 3 H 4 Бутин C 4 H 6 Пентин C 5 H 8 Гексин C 6 H 10 Гептин C 7 H 12
Строение алкинов В молекуле ацетилена присутствуют химические связи C–H и С≡С. Связь C–H ковалентная слабополярная одинарная σ-связь. Связь С≡С – тройная, ковалентная неполярная, одна из связей σ, еще две: π-связи. Атомы углерода при тройной связи образуют по две σ-связи и две π-связи. Следовательно, гибридизация атомов углерода при тройной связи в молекулах алкинов – sp: При образовании σ-связи между атомами углерода происходит перекрывание sp-гибридных орбиталей атомов углерода. При образовании π-связи между атомами углерода происходит перекрывание негибридных орбиталей атомов углерода.
Поэтому две гибридные орбитали атомов углерода при тройной связи в алкинах направлены в пространстве под углом 180 о друг к другу
Например, молекуле ацетилена C 2 H 2 соответствует линейное строение
Изомерия алкинов Для алкинов характерна структурная и пространственная изомерия . Структурная изомерия Для алкинов характерна изомерия углеродного скелета, изомерия положения кратной связи и межклассовая изомерия . Например. 1)Изомеры с различным углеродным скелетом и с формулой С 5 Н 8 — пентин-1 и 3-метилбутин-1 Пентин-1 3-Метилбутин-1
Межклассовые изомеры — это вещества разных классов с различным строением, но одинаковым составом. Алкины являются межклассовыми изомерами с алкадиенами. Общая формула алкинов и алкадиенов — C n H 2n-2 . Например. 2)Межклассовые изомеры с общей формулой С 4 Н 6 — бутин-1 и бутадиен Бутин-1 Бутадиен- 1,3
Изомеры с различным положением тройной связи отличаются положением тройной связи в углеродном скелете. Например. 3)Изомеры положения тройной связи, которые соответствуют формуле С 5 Н 8 — пентин-1 и пентин-2 Пентин-1 Пентин-2
Выполните упражнение: Назовите вещество. Составьте к нему три изомера разных видов изомерии. Назовите изомеры.
Пространственная изомерия Для некоторых алкинов также характерна оптическая изомерия . Алкины, которые обладают достаточно большим углеродным скелетом, могут существовать в виде оптических изомеров . В молекуле алкина должен присутствовать асимметрический атом углерода (атом углерода, связанный с четырьмя различными заместителями). Цис-транс -изомерия для алкинов не характерна, так как по тройной связи вращение возможно.
Химические свойства 1. Реакции присоединения ( характерны реакции присоединения по тройной связи С≡С с разрывом π-связей.) 2. Окисление ( реакции окисления в органической химии сопровождаются увеличением числа атомов кислорода (или числа связей с атомами кислорода) в молекуле и/или уменьшением числа атомов водорода (или числа связей с атомами водорода) . 3. Кислотные свойства ( связь атома углерода при тройной связи (атома углерода в sp-гибридизованном состоянии) с водородом значительно более полярная. чем связь С–Н атома углерода при двойной или одинарной связи (в sp 2 и sp 3 -гибридном состоянии соответственно). Это обусловлено большим вкладом s-орбитали в гибридизованное состояние.)
1.1. Гидрирование протекает в присутствии катализаторов (Ni, Pt) с образованием алкенов, а затем сразу алканов. Например, при гидрировании бутина-2 в присутствии никеля образуется сначала бутен-2, а затем бутан. Например, при гидрировании бутина-1 в присутствии палладия преимущественно образуется бутен-1.
1.2. Галогенирование Присоединение галогенов к алкинам происходит даже при комнатной температуре в растворе (растворители — вода, CCl 4 ). При взаимодействии с алкинами красно-бурый раствор брома в воде (бромная вода) обесцвечивается. Это качественная реакция на тройную связь. Например, при бромировании пропина сначала образуется 1,2-дибромпропен, а затем — 1,1,2,2-тетрабромпропан.
1.3. Гидрогалогенирование Алкины присоединяют галогеноводороды. Реакция протекает по механизму электрофильного присоединения с образованием галогенопроизводного алкена или дигалогеналкана. Например, при взаимодействии ацетилена с хлороводородом образуется хлорэтен, а затем 1,1-дихлорэтан. При присоединении галогеноводородов и других полярных молекул к симметричным алкинам образуется, как правило, один продукт реакции, где оба галогена находятся у одного атома С.
При присоединении полярных молекул к несимметричным алкинам образуется смесь изомеров. При этом выполняется правило Марковникова. Правило Марковникова: при присоединении полярных молекул типа НХ к несимметричным алкинам водород преимущественно присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода при двойной связи. Например, при присоединении хлороводорода HCl к пропину преимущественно образуется 2-хлорпропен.
1.4. Гидратация ( присоединение воды протекает в присутствии кислоты и катализатора (соли ртути II). Сначала образуется неустойчивый алкеновый спирт, который затем изомеризуется в альдегид или кетон. Например, при взаимодействии ацетилена с водой в присутствии сульфата ртути образуется уксусный альдегид. Для несимметричных алкенов присоединение воды преимущественно по правилу Марковникова. Например, при гидратации пропина образуется пропанон (ацентон).
1.5. Димеризация, тримеризация и полимеризация Присоединение одной молекулы ацетилена к другой ( димеризация ) протекает под действием аммиачного раствора хлорида меди (I). При этом образуется винилацетилен: Тримеризация ацетилена (присоединение трех молекул друг к другу) протекает под действием температуры, давления и в присутствии активированного угля с образованием бензола (реакция Зелинского):
Алкины также вступают в реакции полимеризации — процесс многократного соединения молекул низкомолекулярного вещества (мономера) друг с другом с образованием высокомолекулярного вещества (полимера). nM → M n ( M – это молекула мономера) Например, при полимеризации ацетилена образуется полимер линейного или циклического строения. … – CH=CH–CH=CH–CH=CH–…
2. Окисление 2.1. Горение Алкины, как и прочие углеводороды, горят с образованием углекислого газа и воды. Уравнение сгорания алкинов в общем виде: C n H 2n-2 + (3n-1)/2O 2 → nCO 2 + (n-1)H 2 O + Q Например , уравнение сгорания пропина: C 3 H 4 + 4O 2 → 3CO 2 + 2H 2 O
2.2. Окисление сильными окислителями Алкины реагируют с сильными окислителями (перманганаты или соединения хрома (VI)). При этом происходит окисление тройной связи С≡С и связей С-Н у атомов углерода при тройной связи . При этом образуются связи с кислородом. При окислении трех связей у атома углерода в кислой среде образуется карбоксильная группа СООН, четырех — углекислый газ СО 2 . В нейтральной среде — соль карбоновой кислоты и карбонат (гидрокарбонат) соответственно. Окисляемый фрагмент KMnO 4 , кислая среда KMnO 4 , H 2 O, t R-C ≡ R-COOH -COOMe CH ≡ CO 2 Me 2 CO 3 (MeHCO 3 )
А)при окислении бутина-2 перманганатом калия в среде серной кислоты окислению подвергаются два фрагмента СН 3 –C≡, поэтому образуется уксусная кислота: Б)при окислении 3-метилпентина-1 перманганатом калия в серной кислоте окислению подвергаются фрагменты R–C и H–C , поэтому образуются карбоновая кислота и углекислый газ:
В)при окислении алкинов сильными окислителями в нейтральной среде углеродсодержащие продукты реакции жесткого окисления (кислота, углекислый газ) могут реагировать с образующейся в растворе щелочью в соотношении, которое определяется электронным балансом с образованием соответствующих солей. Например , при окислении бутина-2 перманганатом калия в воде при нагревании окислению подвергаются два фрагмента R–C≡, поэтому образуется соль уксусной кислоты – ацетат калия Аналогичные органические продукты образуются при взаимодействии алкинов с хроматами или дихроматами.
Окисление ацетилена протекает немного иначе, σ-связь С–С не разрывается, поэтому в кислой среде образуется щавелевая кислота: В нейтральной среде образуется соль щавелевой кислоты – оксалат калия:
3. Кислотные свойства Связь атома углерода при тройной связи (атома углерода в sp-гибридизованном состоянии) с водородом значительно более полярная, чем связь С–Н атома углерода при двойной или одинарной связи (в sp 2 и sp 3 -гибридном состоянии соответственно). Это обусловлено большим вкладом s-орбитали в гибридизованное состояние. Гибридизация: sp sp 2 sp 3 Число s- орбиталей 1 1 1 Число p- орбиталей 1 2 3 Доля s- орбитали 50% 33% 25%
Повышенная полярность связи С–Н у атомов углерода при тройной связи в алкинах приводит к возможности отщепления протона Н + , т.е. приводит к появлению у алкинов с тройной связью на конце молекулы (алкинов-1) кислотных свойств . Ацетилен и его гомологи с тройной связью на конце молекулы R–C≡C–H проявляют слабые кислотные свойства , атомы водорода на конце молекулы могут легко замещаться на атомы металлов. Алкины с тройной связью на конце молекулы взаимодействуют с активными металлами, гидридами, амидами металлов и т.д. Например , ацетилен взаимодействует с натрием с образованием ацетиленида натрия. Например , пропин взаимодействует с амидом натрия с образованием пропинида натрия.
Алкины с тройной связью на конце молекулы взаимодействуют с аммиачным раствором оксида серебра (I) или аммиачным раствором хлорида меди (I). При этом образуются нерастворимые в воде ацетилениды серебра или меди (I): Алкины с тройной связью на конце молекулы взаимодействуют с аммиачным раствором оксида серебра или аммиачным раствором хлорида меди (I) с образованием белого или красно-коричневого осадка соответственно. Это качественная реакция на алкины с тройной связью на конце молекулы. Соответственно, алкины, в которых тройная связь расположена не на конце молекулы, не реагируют с аммиачными растворами оксида серебра или хлорида меди (I).
Получение алкинов 1. Дегидрирование алканов При дегидрировании алканов, содержащих от двух до трех атомов углерода в молекуле, образуются двойные и тройные связи. Например , при дегидрировании этана может образоваться этилен или ацетилен:
2. Пиролиз метана Пиролиз метана – это промышленный способ получения ацетилена. Реакцию проводят, очень быстро пропуская метан между электродами (электродуговой способ) — примерно 0,1-0,01 секунды при температуре 1500 о С. Если процесс проводить дольше, то метан разлагается на углерод и водород:
3. Гидролиз карбида кальция Лабораторный способ получения ацетилена – водный или кислотный гидролиз карбида кальция CaC 2 . СаС 2 + 2Н 2 О = Са(ОН) 2 + С 2 Н 2 В кислой среде образуется ацетилен и соответствующая соль: CaC 2 + 2HCl = CaCl 2 + C 2 H 2 Карбид кальция можно получить, нагревая оксид кальция с углеродом: СаО + 3С (изб) → СаС 2 + СО
4. Дегидрогалогенирование дигалогеналканов Дигалогеналканы, в молекулах которых два атома галогена расположены у одного, либо у соседних атомов углерода, реагируют с избытком спиртового раствора щелочей с образованием алкинов. Например, 1,2-дихлорпропан реагирует со спиртовым раствором гидроксида натрия 1,1-дихлорпропан реагирует со спиртовым раствором щелочи с образованием пропина.
5. Алкилирование соединений алкинов с металлами Ацетилениды, пропиниды и прочие соединения алкинов с металлами реагируют с галогеналканами с образованием гомологов алкинов. При этом происходит удлиннение исходной молекулы алкина. Например, пропинид натрия реагирует с бромэтаном с образованием пентина-2
Применение алкинов