Алкины: Часть 1

Видео

Конспект

Лекция 6: "Алкины"

К алкинам относятся углеводороды с ациклическим углеродным скелетом, в составе которых есть ровно одна тройная связь. Простейшим представителем алкинов является этин, тривиальное название которого – ацетилен. HC\equivCH

Номенклатура алкинов

Названия алкинов строят по ранее приведенным правилам номенклатуры с некоторыми дополнениями:

Выбрать самую длинную углеродную цепь и пронумеровать ее с конца, более близкого к тройной связи.

Цифрой указать номер атома углерода, при котором находится заместитель, а затем главную углеродную цепь.

Если заместителей несколько, то следует перечислить цифры, показывающие их положение. Число одинаковых заместителей показывают греческими приставками ди-, три-, тетра-.

Суффикс, который характеризует алкины – суффикс -ин, при этом, если возможно существование изомеров по положению кратной связи, после этого суффикса добавляется номер атома углерода, который имеет тройную связь (меньший из двух).

Назовем углеводород со структурной формулой, изображенной ниже.

6.2 Углеродную цепь пронумеруем с левой стороны, поскольку тройная связь находится ближе к левому концу. В основной углеродной цепи присутствует 4 атома углерода, значит выбираем корень -бут-, связь тройная – добавляем суффикс -ин, у третьего атома углерода находятся два метильных заместителя, отражаем это в название с помощью приставки ди-. Получаем итоговое название:

3,3-диметилбутин-1

Для алкенов справедлива формула гомологического ряда C_{n}H_{2n-2} , где n \geq 2 , поскольку для образования тройной связи необходимо минимум 2 атома углерода.

Поскольку у алкинов присутствует кратная связь, для них будут характерны и другие типы изомерии:

Изомерия углеродного скелета. HC\equivC-CH_2-CH_2-CH_3

6.4 Изомерия положения кратной связи. HC\equivC-CH_2-CH_3 H_3C-C\equivC-CH_3

Межклассовая изомерия. Алкины являются межклассовыми изомерами алкадиенам H_2C=CH-CH=CH_2 H_3C-C\equivC-CH_3

Физические свойства алкинов похожи на физические свойства алканов и алкенов. Температуры плавления и кипения также возрастают с ростом количества атомов углерода в составе алкина. При комнатной температуре алкины С_2 - С_4 являются газообразными веществами (этин, пропин, бутин), С_5 - С_{16} – жидкими, все, что более – твердыми веществами. Алкины в воде не растворяются и не смешиваются с ней, однако реагируют с ней при определенных условиях.

Химические свойства алкинов

Химические свойства алкинов в силу наличия кратной связи будут напоминать химические свойства алкенов, однако присоединяться будет в два раза больше частиц. К примеру, 1 моль алкена присоединяет 1 моль водорода, в случае алкина – присоединяться будет уже 2 моль водорода.

Гидрирование алкинов – взаимодействие алкинов с водородом. При присоединении 1 моль водорода реакция будет останавливаться на алкене, однако при полном гидрировании алкинов будут образовываться соответствующие алканы. HC\equivC-CH_3 + H_2 \xrightarrow{Pd,\ BaSO_4} H_2C=CH-CH_3 HC\equivC-CH_3 + 2H_2 \xrightarrow{Ni} H_3C-CH_2-CH_3

Галогенирование алкинов – взаимодействие алкенов с хлором или бромом. Аналогично реакции гидрирования к алкинам можно присоединить как одну молекулу галогена, так и две сразу. При присоединении 1 молекулы брома к пропину будет образовываться 1,2-дибромпропен-1, а при присоединении 2 молекул брома – 1,1,2,2-тетрабромпропан.

6.10 6.11 Гидрогалогенирование алкинов – реакция присоединения HCl или HBr , причем реакция протекает согласно правилу Марковникова, водород присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода, это означает, что при присоединении 2 молекул галогенводорода будут образовываться алканы, у которых 2 атома галогена соединены с одним и тем же атомом углерода.

6.12 Гидратация алкинов. Реакция гидратации алкинов носит имя выдающегося химика – Михаила Григорьевича Кучерова. Реакция гидратации алкинов протекает в кислой среде, однако для ее протекания требуется специфический катализатор – катионы двухвалентной ртути. В ходе данной реакции образуются карбонильные соединения – в случае гидратации ацетилена образуется альдегид с двумя атомами углерода, при гидратации других алкинов образуются кетоны.

6.13 6.14 Горение алкинов. Как и большинство органических веществ алкины сгорают в атмосфере кислорода, при этом образуется углекислый газ и вода. 2HC\equivCH + 5O_2 \xrightarrow{t^\circ} 4CO_2 + 2H_2O Ацетилен и другие алкины вступают в реакцию тримеризации – три молекулы алкина превращаются в бензол – представитель ароматических углеводородов.

6.16 Получение алкинов.

Ацетилен является одним из наиболее важных алкинов для производства ряда веществ, более того, при горении ацетилена образуется большое количество теплоты, пламя горящего ацетилена достигает температур, достаточных для сварки и резки металлов. Именно поэтому для получения ацетилена применяют несколько специфичных реакций.

Гидролиз карбида кальция. Карбид кальция – неорганическое вещество, при его гидролизе образуется органическое вещество ацетилен, данная реакция является неким мостиком между неорганическими органическими веществами. CaC_2 + 2H_2O \longrightarrow Ca(OH)_2\downarrow + HC\equivCH\uparrow

Пиролиз метана. При нагревании метана в отсутствии кислорода при температуре выше 1500 градусов Цельсия, метан превращается в ацетилен 2CH_4 \xrightarrow{1000-1500^\circC} HC\equivCH + 3H_2

Для получения ацетилена и других алкинов применяют реакции отщепления водорода, галогенов или же галогенводородов.

Дегидрирование алканов и алкенов. При пропускании алканов и алкенов через разогретый никелевый или платиновый катализатор при повышенном давлении, алкены отщепляют молекулу водорода (или две в случае алкана), при этом образуется тройная связь. H_2C=CH-CH_3 \xrightarrow{t^\circ,\ кат} HC\equivC-CH_3 + H_2

Дегидрогалогенирование дигалогеналканов. Отщепление двух молекул галогенводорода ( HCl , HBr ) с помощью спиртового раствора гидроксида натрия. Br-CH_2-CH_2-Br + 2NaOH_{спирт р-р} \longrightarrow HC\equivCH + 2NaBr + 2H_2O

Ацетилен является важнейшим реагентом в производстве органических соединений, используется для промышленного получения уксусного альдегида, уксусной кислоты, винилхлорида, акрилонитрила и многих других. В настоящее время в большинстве промышленных процессов ацетилен заменяют более дешевым и безопасным этиленом.