 |
Как можно различить пропан и пропилен?
|
|
|
|
1) пропустить через раствор серной кислоты 4) добавить хлор при освещении
2) пропустить через раствор перманганата калия 3) обработать щёлочью
4. АЛКИНЫ
Алкины – углеводороды общей формулы CnH2 n-2 (при n ≥ 2), содержащие в молекуле одну тройную связь и составляющие гомологический ряд алкинов. Простейшим алкином и первым членом этого ряда является этин (или ацетилен).
Номенклатура и изомерия.
Название алкина строится от названия алкана с таким же числом атомов углерода заменой суффикса –ан на суффикс –ин.
По номенклатуре IUPAC в качестве главной выбирается самая длинная углеродная цепь, содержащая тройную связь. Атомы этой цепи нумеруются так, чтобы атом С тройной связи, находящийся ближе к краю цепи, получил меньший номер. Главная цепь называется по названию алкана с таким же числом атомов углерода заменой суффикса –ан на суффикс – ин.
В рациональной номенклатуре з а основу названия принимают название простейшего алкена «ацетилен ». Все остальные алкины рассматривают как его производные, образованные замещением атомов водорода алкильными группами.
Пример 1.
Назовите по номенклатуре IUPAC алкин, структурная формула которого:
Решение.
В качестве главной углеродной цепи выбирается самая длинная, содержащая тройную связь:
Нумерация атомов углерода главной цепи осуществляется так, чтобы атомы углерода при тройной связи получили меньшие номера. Название алкана с таким же числом атомов углерода – гепт ан. Заменяем суффикс –ан на суффикс –ин и указываем номера атома углерода, после которого расположена двойная связь: гептин-3.
Если имеются два одинаковых заместителя, то называются они с добавлением префикса ди- с указанием номеров атомов углерода, с которыми они связаны. Итак, получается название: 2,5-диметилгептин-3
|
|
|
Пример 2.
На примере изомеров с молекулярной формулой C 5 Н8 покажите все виды изомерии в алкинах. Назовите изомеры по номенклатуре IUPAC.
Решение.
Для молекулярной формулы C 5 Н8 можно изобразить 3 структурные формулы, содержащие одну тройную связь:
В гомологическом ряду алкинов существует 3 вида структурной изомерии:
1) углеродного скелета (этот вид изомерии иллюстрируют изомеры пентин-1 и 3-метил-бутин-1),
2) положения тройной связи (изомеры пентин-1 и пентин-2),
3) межклассовая (с классами диенов и циклоалкенов). В качестве изомерного диена С5Н8 можно привести формулу пентадиена-1,3:
CH2=CH-CH=CH-CH3.
Способы получения. Химические свойства.
Тройная связь образуется таким же путём, как и двойная – в результате отщепления атомов или группы атомов от соседних атомов углерода. Отщепляемые молекулы и реагенты те же, что и в синтезе алкенов.
1. Дегидрогалогенировании дигалогеналканов и галогеналкенов.
Дегидрогалогенирование дигалогеналканов широко используют в лаборатории для получения алкинов, поскольку дигалогеналканы легко получаются в реакциях присоединения галогенов к алкенам.
2. Дегалогенирование тетрагалогеналканов.
Эту реакцию проводят, как правило, действием Zn-пыли (или Mg) на тетрагалогеналканы в кислой среде при нагревании.
3. Реакции ацетиленидов натрия с первичными алкилгалогенидами применяют в органическом синтезе для получения различных алкинов. С одной стороны, эта реакция удобна с точки зрения наращивания углеродного скелета, с другой – ограничена использованием лишь первичных алкилгалогенидов. Ацетилениды – сильные основания, поэтому со вторичными и третичными алкилгалогенидами основным процессом становится не замещение галогена, а дегидрогалогенирование.
|
|
|
4. Карбидный способ получения ацетилена.
Ацетилен, одно из наиболее важных в промышленности веществ, синтезируют действием воды на карбид кальция, который получают нагреванием оксида кальция и кокса в электрической печи.
CaO + 3 C 2000ْ° C CaC2 + CO
CaC2 + 2H2O HC≡CH + Ca(OH)2
5. Пиролиз этилена и метана – способ получения ацетилена.
Подобно тому, как химией алкенов является химия двойной связи, так и химия алкинов – это химия тройной углерод-углеродной связи. Наиболее характерными для алкинов являются реакции присоединения.
Реакция гидрирования (или реакция восстановления).
В условиях гетерогенного катализа алкины реагируют с водородом аналогично алкенам (катализаторы – Pt, Pd, Ni). Алкины восстанавливаются труднее, чем алкены, поэтому при использовании обычных катализаторов остановиться на стадии алкена не удаётся. Использование дезактивированного (отравленного катализатора), например Pd+BaSO4 с добавками серы или хинолина позволяет восстановить тройную связь до двойной.
Реакции электрофильного присоединения.
1) Галогенирование.
Реакции присоединения галогенов протекают медленнее, чем подобные реакции с алкенами.
2) Гидрогалогенирование (присоединение молекул HHal).
Алкины реагируют с галогеноводородами подобно алкенам, однако, реакционная способность алкинов ниже. К несимметричным алкинам галогеноводороды присоединяются по правилу Марковникова.
Однако, в ряде реакций алкины проявляют свойства, не встречающиеся у алканов и алкенов. Это, прежде всего, кислотные свойства алкинов с концевой тройной связью, а также присоединение воды (реакция Кучерова).
3) Гидратация. Реакция Кучерова.
Алкины присоединяют воду в присутствии серной кислоты и солей ртути (II) с образованием кетонов (или альдегида – в случае ацетилена). Это превращение носит название «реакция Кучерова».
Кислотные свойства алкинов с концевой тройной связью.
Алкины, имеющие атом водорода у концевой тройной связи, являются СН-кислотами, более сильными, чем алкены, алканы и аммиак, но более слабыми, чем вода и спирты. При действии очень сильных оснований алкины с концевой тройной связью образуют соли, которые называются ацетиленидами.
|
|
|
Пример 3.
Газообразный углеводород может быть этаном, этиленом или ацетиленом. Каким образом можно установить природу этого газа?
Решение.
Взаимодействие алкинов с аммиачными растворами оксида серебра или хлорида меди (I) является качественной реакцией на концевую тройную связь, т. к. получаются нерастворимые в воде ацетилениды, цвет которых определяется металлом. Алканы и алкены с этими реагентами не реагируют. Так что, если при пропускании исходного газа через указанные растворы образуется осадок – это ацетилен. Уравнение реакции с раствором оксида серебра:
Если осадка нет, это – этан или этилен, и мы продолжаем их распознавать. Пропуская исходный газ через водный раствор брома (бромная вода) или перманганата калия, наблюдаем за изменением окраски раствора. Если раствор обесцветился, значит, этот газ – этилен, если же цвет раствора не изменился, этот газ – этан. Уравнение реакции этилена с бромом:
CH2=CH2 + Br2 ¾® BrCH2-CH2Br
Задача решена.
Пример 4.
Из 200г технического карбида кальция получили 56л (н.у.) ацетилена. Вычислите массовую долю чистого карбида в исходном продукте.
Решение.
Ацетилен образуется при гидролизе (взаимодействие с водой) карбида кальция по уравнению:
CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + HC≡CH
Вычислим количество газообразного ацетилена по формуле:
ν(С2Н2) = V / Vm = 56: 22,4 = 2,5 моль
По уравнению столько же израсходовалось карбида кальция, т.е. ν(CaC2) = 2,5 моль. Массу такого количества находим по формуле: m(CaC2) = ν·М =2,5·64 = 160г. Столько чистого карбида содержится в 200 г технического, а это составляет:
ω(CaC2) = 160: 200 = 0,8 или 80%.
Пример 5.
Алкин массой 16,4г полностью реагирует с хлороводородом объемом 8,96 л (н.у.), растворенным в полярном растворителе. Определите молекулярную формулу алкина.
Решение.
Общая формула алкинов CnH2n-2. Поскольку алкин – это углеводород, имеющий одну тройную связь, он может полностью присоединить 2 моля хлороводорода на 1 моль алкина. Тогда реакцию присоединения в общем виде можно записать так:
CnH2n-2 + 2HCl ® CnH2nCl2
Хлороводорода при этом израсходовалось: n(HCl) = V/Vm = 8,96/ 22,4 = 0.4 моль, а алкена – в два раза меньше (по уравнению), т.е. n(алкена) = 0,2 моль.
|
|
|
Зная массу и количество вещества алкена, вычисляем его молярную массу по уравнению: M = m/n = 16,4г / 0,2моль = 82г/моль. Подставляя выражение молярной массы из общей формулы, получаем уравнение: 12n + 2n – 2 = 82, решая которое, находим n = 6. Тогда молекулярная формула алкина – C 6 H 10.
Пример 6.
При гидрировании 44,8л ацетилена получили эквимолярную смесь этана и этилена массой 96г. Какая часть ацетилена прореагировала?
Решение.
Сначала определим количество исходного ацетилена по формуле:
n = V/Vm = 44,8 (л): 22,4(л/моль) = 2моль
Слово «эквимолярная» означает, что полученные количества вещества (в молях) этана и этилена одинаковы. Уравнения реакций гидрирования ацетилена с образованием этилена и этана записываем, как две отдельные реакции:
Отсюда, масса продуктов (этана и этилена) определяется по формуле:
m (общая) = m(этилена) + m(этана) = x M(этилена) + x M(этана).
Подставляем известные значения в эту формулу, получаем выражение: 28х + 30х = 96, откуда х = 1,66, т.е. в этих реакциях израсходовалось 1,66 моль ацетилена.
Долю израсходованного ацетилена определяем: w = 1,66/2 = 0.83 или 83%.
Пример 7.
Ацетиленовый углеводород, содержащий пять атомов углерода в главной цепи, может присоединить 80г брома с образованием продукта реакции массой 104г. Определите строение исходного углеводорода, если известно, что он не вступает в реакцию с аммиачным раствором оксида серебра.
Решение.
Общая формула алкинов CnH2n-2, это углеводород, имеющий одну тройную связь, он может полностью присоединить 2 моль брома на 1 моль алкина. Тогда реакцию присоединения в общем виде можно записать так:
CnH2n-2 + 2Br2 ® CnH2nBr4.
Определяем количество израсходованного брома: n(Br2) = m(Br2) / M(Br2) = 80/160 = 0,5.
Тогда n(алкина) = ½ n(Br2) = 0,5: 2 = 0,25 моль, а масса его составляет 104 – 80 = 24 г. Отсюда определяем молярную массу алкина по формуле: М = m/n = 24: 0,25 = 96 (г/моль).
С другой стороны, молярную массу алкина в общем виде можно выразить так: 12n + 2n –2.
Приравниваем, получаем уравнение 12n + 2n – 2 = 96, или 14n = 98, х = 7.
Условие о том, что алкин не вступает в реакцию с аммиачным раствором оксида серебра, указывает на то, что тройная связь находится не с краю. Учитывая условие о пяти атомахуглерода в главной цепи, изображаем главную цепь:
Оставшиеся два атома углерода могут находиться только у четвертого атома С (подумайте, почему?), и единственно возможная структурная формулу:
4,4 диметилпентин-2.
|
|
|
