Хімічні властивості алканів
Алканами (парафінами) називають нециклічні вуглеводні, у молекулах яких атоми вуглецю з'єднані лише одинарними зв'язками. Тобто в молекулах алканів відсутні кратні - подвійні або потрійні зв'язки. Фактично алкани є вуглеводнями, що містять максимально можливу кількість атомів водню, через що їх називають граничним (насиченими).
Зважаючи на насиченість, алкани не можуть вступати в реакції приєднання.
Оскільки атоми вуглецю та водню мають досить близькі електронегативності, це призводить до того, що зв'язки С-Н у їх молекулах вкрай малополярні. У зв'язку з цим для алканів більш характерні реакції, що протікають механізмом радикального заміщення, що позначається символом S R .
1. Реакції заміщення
У реакціях даного типу відбувається розрив зв'язків вуглець-водень
RH + XY → RX + HY
Галогенування
Алкани реагують з галогенами (хлором та бромом) під дією ультрафіолетового світла або при сильному нагріванні. При цьому утворюється суміш галогенпохідних з різним ступенем заміщення атомів водню - моно-, ди-три-і т.д. галогенозаміщених алканів.
На прикладі метану це виглядає так:
Змінюючи співвідношення галоген/метан в реакційній суміші можна домогтися того, що у складі продуктів переважатиме якесь конкретне галогенпохідне метану.
Механізм реакції
Розберемо механізм реакції вільнорадикального заміщення на прикладі взаємодії метану та хлору. Він складається із трьох стадій:
- ініціювання (або зародження ланцюга) - процес утворення вільних радикалів під впливом енергії ззовні – опромінення УФ-світлом або нагрівання. На цій стадії молекула хлору зазнає гомолітичного розриву зв'язку Cl-Cl з утворенням вільних радикалів:
Вільними радикалами, як можна бачити з малюнка вище, називають атоми або групи атомів з одним або декількома неспареними електронами (Сl, Н, СН3, СН2 і т.д.);
2. Розвиток ланцюга
Ця стадія полягає у взаємодії активних вільних радикалів із неактивними молекулами. У цьому утворюються нові радикали. Зокрема, при дії радикалів хлору на молекули алкану утворюється алкільний радикал та хлороводень. У свою чергу, алкільний радикал, стикаючись з молекулами хлору, утворює хлорпохідне та новий радикал хлору:
3) Обрив (загибель) ланцюга:
Відбувається внаслідок рекомбінації двох радикалів один з одним у неактивні молекули:
2. Реакції окиснення
У звичайних умовах алкани інертні щодо таких сильних окислювачів, як концентрована сірчана та азотна кислоти, перманганат і дихромат калію (КMnО 4 , К 2 Cr 2 Про 7).
Горіння в кисні
А) повне згоряння при надлишку кисню. Приводить до утворення вуглекислого газу та води:
CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O
Б) неповне згоряння при нестачі кисню:
2CH 4 + 3O 2 = 2CO + 4H 2 O
CH 4 + O 2 = C + 2H 2 O
Каталітичне окиснення киснем
В результаті нагрівання алканів з киснем (~200 про С) у присутності каталізаторів, з них може бути отримана велика різноманітність органічних продуктів: альдегіди, кетони, спирти, карбонові кислоти.
Наприклад, метан, залежно від природи каталізатора, може бути окислений у метиловий спирт, формальдегід або мурашину кислоту:
3. Термічні перетворення алканів
Крекінг
Крекінг (від англ. to crack - рвати) - це хімічний процес, що протікає при високій температурі, в результаті якого відбувається розрив вуглецевого скелета молекул алканів з утворенням молекул алкенів і алканів з володіють меншими молекулярними масами в порівнянні з вихідними алканами. Наприклад:
CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 → CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 + CH 3 -CH=CH 2
Крекінг буває термічний та каталітичний. Для здійснення каталітичного крекінгу завдяки використанню каталізаторів використовують помітно менші температури порівняно з термічним крекінгом.
Дегідрування
Відщеплення водню відбувається внаслідок розриву зв'язків С-Н; здійснюється у присутності каталізаторів за підвищених температур. При дегідруванні метану утворюється ацетилен:
2CH 4 → C 2 H 2 + 3H 2
Нагрівання метану до 1200 ° С призводить до його розкладання на прості речовини:
СН 4 → С + 2Н 2
При дегідруванні інших алканів утворюються алкени:
C 2 H 6 → C 2 H 4 + H 2
При дегідруванні н-бутану утворюються бутен-1 і бутен-2 (останній у вигляді цис-і транс-ізомерів):
Дегідроциклізація
Ізомеризація
Хімічні властивості циклоалканів
Хімічні властивості циклоалканів із числом атомів вуглецю в циклах більше чотирьох, загалом практично ідентичні властивостям алканів. Для циклопропану та циклобутану, як не дивно, характерні реакції приєднання. Це зумовлено великою напругою всередині циклу, що призводить до того, що ці цикли прагнуть розірватися. Так циклопропан і циклобутан легко приєднують бром, водень або хлороводень:
Хімічні властивості алкенів
1. Реакції приєднання
Оскільки подвійний зв'язок у молекулах алкенів складається з одного міцного сигма- і одного слабкого пи-зв'язку, вони є досить активними сполуками, які легко вступають у реакції приєднання. У такі реакції алкени часто вступають навіть у м'яких умовах - на холоді, у водних розчинах та органічних розчинниках.
Гідрування алкенів
Алкени здатні приєднувати водень у присутності каталізаторів (платина, паладій, нікель):
CH 3 -СН=СН 2 + Н 2 → CH 3 -СН 2 -СН 3
Гідрування алкенів легко протікає навіть при звичайному тиску та незначному нагріванні. Цікавий той факт, що для дегідрування алканів до алкенів можуть використовуватися ті ж каталізатори, тільки процес дегідрування протікає при вищій температурі і меншому тиску.
Галогенування
Алкени легко вступають у реакцію приєднання з бромом як і водному розчині, і з органічних розчинниках. Через війну взаємодії спочатку жовті розчини брому втрачають своє забарвлення, тобто. знебарвлюються.
СН 2 = СН 2 + Br 2 → CH 2 Br-CH 2 Br
Гідрогалогенування
Як неважко помітити, приєднання галогеноводороду до молекули несиметричного алкену має теоретично приводити до суміші двох ізомерів. Наприклад, при приєднанні бромоводню до пропену мали б виходити продукти:
Проте відсутність специфічних умов (наприклад, наявність пероксидів у реакційної суміші) приєднання молекули галогеноводороду відбуватиметься строго селективно відповідно до правилом Марковникова:
Приєднання галогеноводу до алкену відбувається таким чином, що водень приєднується до атома вуглецю з більшим числом атомів водню (більше гідрованого), а галоген - до атома вуглецю з меншим числом атомів водню (менше гідрованого).
Гідратація
Ця реакція призводить до утворення спиртів, а також протікає відповідно до правила Марковнікова:
Як легко здогадатися, через те, що приєднання води до молекули алкену відбувається згідно з правилом Марковникова, утворення первинного спирту можливе лише у разі гідратації етилену:
CH 2 = CH 2 + H 2 O → CH 3 -CH 2 -OH
Саме за такою реакції проводять основну кількість етилового спирту у великотоннажній промисловості.
Полімеризація
Специфічним випадком реакції приєднання можна реакцію полімеризації, яка на відміну від галогенування, гідрогалогенування та гадратації, протікає для вільно-радикального механізму:
Реакції окиснення
Як і всі інші вуглеводні, алкени легко згоряють у кисні з утворенням вуглекислого газу та води. Рівняння горіння алкенів у надлишку кисню має вигляд:
C n H 2n + (3/2)nO 2 → nCO 2 + nH 2 O
На відміну від алканів, алкени легко окислюються. При дії на алкени водного розчину KMnO 4 знебарвлення, що є якісною реакцією на подвійні та потрійні CC зв'язки в молекулах органічних речовин.
Окислення алкенів перманганатом калію в нейтральному або слаболужному розчині призводить до утворення діолів (двохатомних спиртів):
C 2 H 4 + 2KMnO 4 + 2H 2 O → CH 2 OH–CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH (охолодження)
У кислому середовищі відбувається повне розрив подвійного зв'язку з перетворення атомів вуглецю, що утворювали подвійний зв'язок у карбоксильні групи:
5CH 3 CH=CHCH 2 CH 3 + 8KMnO 4 + 12H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5C 2 H 5 COOH + 8MnSO 4 + 4K 2 SO 4 + 17H 2 O (нагрівання)
У разі, якщо подвійна З=З зв'язок знаходиться в кінці молекули алкену, то як продукт окислення крайнього вуглецевого атома при подвійному зв'язку утворюється вуглекислий газ. Пов'язано це з тим, що проміжний продукт окислення - мурашина кислота легко сама окислюється в надлишку окислювача:
5CH 3 CH=CH 2 + 10KMnO 4 + 15H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 5CO 2 + 10MnSO 4 + 5K 2 SO 4 + 20H 2 O (нагрівання)
При окисленні алкенів, в яких атом C при подвійному зв'язку містить два вуглеводневі замісники, утворюється кетон. Наприклад, при окисленні 2-метилбутена-2 утворюється ацетон та оцтова кислота.
Окислення алкенів, у якому відбувається розрив вуглецевого скелета по подвійного зв'язку використовується встановлення їх структури.
Хімічні властивості алкадієнів
Реакції приєднання
Наприклад, приєднання галогенів:
Бромна вода знебарвлюється.
У звичайних умовах приєднання атомів галогену відбувається по кінцях молекули бутадієну-1,3, при цьому π-зв'язки розриваються, до крайніх атомів вуглецю приєднуються атоми брому, а вільні валентності утворюють новий π-зв'язок. Таким чином, як би відбувається переміщення подвійного зв'язку. При надлишку брому може бути приєднана ще одна його молекула за місцем подвійного зв'язку, що утворився.
Реакції полімеризації
Хімічні властивості алкінів
Алкіни є ненасиченими (ненасиченими) вуглеводнями у зв'язку з чим здатні вступати в реакції приєднання. Серед реакції приєднання для алкінів найбільш поширене електрофільне приєднання.
Галогенування
Оскільки потрійний зв'язок молекул алкінів складається з одного міцнішого сигма-зв'язку і двох менш міцних пі-зв'язків вони здатні приєднувати як одну, так і дві молекули галогену. Приєднання однією молекулою алкіну двох молекул галогену протікає по електрофільному механізму послідовно у дві стадії:
Гідрогалогенування
Приєднання молекул галогеноводороду також протікає по електрофільному механізму і в дві стадії. В обох стадіях приєднання йде відповідно до правила Марковнікова:
Гідратація
Приєднання води до алкінами відбувається в присутності солей руті в кислому середовищі і називається реакцією Кучерова.
В результаті гідратації приєднання води до ацетилену утворюється ацетальдегід (укусний альдегід):
Для гомологів ацетилену приєднання води призводить до утворення кетонів:
Гідрування алкінів
Алкіни реагують з воднем на два щаблі. Як каталізатори використовують такі метали як платина, паладій, нікель:
Тримеризація алкінів
При пропущенні ацетилену над активованим вугіллямпри високій температурі з нього утворюється суміш різних продуктів, основним з яких є бензол - продукт тримеризації ацетилену:
Димеризація алкінів
Також ацетилен вступатиме в реакцію димеризації. Процес протікає у присутності солей міді як каталізаторів:
Окислення алкінів
Алкіни згоряють у кисні:
З n H 2n-2 + (3n-1)/2 O 2 → nCO 2 + (n-1)H 2 O
Взаємодія алкінів із основами
Алкіни з потрійною C≡C кінці кінці молекули, на відміну інших алкінів, здатні вступати у реакції, у яких атом водню при потрійного зв'язку заміщається метал. Наприклад, ацетилен реагує з амідом натрію в рідкому аміаку:
HC≡CH + 2NaNH 2 → NaC≡CNa + 2NH 3 ,
а також з аміачним розчином оксиду срібла, утворюючи нерозчинні солеподібні речовини звані ацетиленідами:
Завдяки такій реакції можна розпізнати алкіни з кінцевим потрійним зв'язком, а також виділити такий алкін із суміші з іншими алкінами.
Слід зазначити, що всі ацетиленіди срібла та міді є вибухонебезпечними речовинами.
Ацетиленіди здатні реагувати з галогенпохідними, що використовується при синтезі складніших органічних сполук з потрійним зв'язком:
СН 3 -C≡CН + NaNН 2 → СН 3 -C≡CNa + NН 3
СН 3 -C≡CNa + CH 3 Br → СН 3 -C≡C-СН 3 + NaBr
Хімічні властивості ароматичних вуглеводнів
Ароматичний характер зв'язку впливає Хімічні властивостібензолів та інших ароматичних вуглеводнів.
Єдина 6пі-електронна система набагато стійкіша, ніж звичайні пі-зв'язки. Тому для ароматичних вуглеводнів більш характерні реакції заміщення, а чи не приєднання. У реакції заміщення арени вступають за електрофільним механізмом.
Реакції заміщення
Галогенування
Нітрування
Найкраще реакція нітрування протікає під дією не чистої азотної кислоти, а її суміші з концентрованою сірчаною кислотою, так званої нітруючої суміші:
Алкілювання
Реакція при якій один із атомів водню при ароматичному ядрі заміщається на вуглеводневий радикал:
Також замість галогенпохідних алканів можна використовувати алкени. Як каталізатори можна використовувати галогеніди алюмінію, тривалентного заліза або неорганічні кислоти.<
Реакції приєднання
Гідрування
Приєднання хлору
Протікає за радикальним механізмом при інтенсивному опроміненні ультрафіолетовим світлом:
Подібним чином реакція може протікати лише з хлором.
Реакції окиснення
Горіння
2С 6 Н 6 + 15О 2 = 12СО 2 + 6Н 2 О+Q
Неповне окиснення
Бензольне кільце стійке до дії таких окислювачів як KMnO 4 і K 2 Cr 2 O 7 . Реакція не йде.
Розподіл заступників у бензольному кільці на два типи:
Розглянемо хімічні властивості гомологів бензолу з прикладу толуолу.
Хімічні властивості толуолу
Галогенування
Молекулу толуолу можна розглядати як складову з фрагментів молекул бензолу та метану. Тому логічно припустити, що хімічні властивості толуолу мають певною мірою поєднувати хімічні властивості цих двох речовин, взятих окремо. Зокрема, саме це і спостерігається при його галогенуванні. Ми вже знаємо, що бензол вступає в реакцію заміщення з хлором по електрофільному механізму, і для реалізації цієї реакції необхідно використовувати каталізатори (галогеніди алюмінію або тривалентного заліза). У той же час метан також здатний реагувати з хлором, але вже за вільно-радикальним механізмом, для чого потрібне опромінення вихідної реакційної суміші УФ-світлом. Толуол, залежно від того, в яких умовах піддається хлоруванню, здатний дати або продукти заміщення атомів водню в бензольному кільці - для цього потрібно використовувати ті ж умови, що і при хлоруванні бензолу, або продукти заміщення атомів водню в метильному радикалі, якщо на нього, як і на метан діяти хлором при опроміненні ультрафіолетом:
Як можна помітити хлорування толуолу в присутності хлориду алюмінію призвело до двох різних продуктів - орто-і парахлортолуолу. Це пов'язано з тим, що метильний радикал є заступником I роду.
Якщо хлорування толуолу в присутності AlCl 3 проводити надлишку хлору, можливе утворення трихлорзаміщеного толуолу:
Аналогічно при хлоруванні толуолу на світлі при більшому співвідношенні хлор/толуол можна отримати дихлорметилбензол або трихлорметилбензол:
Нітрування
Заміщення атомів водню на нітрогрпу, при нітруванні толуолу сумішшю концентрованих азотної та сірчаної кислот, призводить до продуктів заміщення в ароматичному ядрі, а не метильному радикалі:
Алкілювання
Як було сказано метильный радикал, є орієнтантом I роду, тому його алкілування по Фріделю-Крафтсу наводить продуктам заміщення в орто- і пара-положення:
Реакції приєднання
Толуол можна прогідрувати до метилциклогексану при використанні металевих каталізаторів (Pt, Pd, Ni):
З 6 Н 5 СН 3 + 9O 2 → 7СO 2 + 4Н 2 O
Неповне окиснення
При дії такого окислювача як водний розчин перманганату калію окисленню піддається бічний ланцюг. Ароматичне ядро за таких умов окислитися не може. При цьому залежно від pH розчину утворюватиметься або карбонова кислота, або її сіль.
Алкіни. Алкінами називаються ненасичені вуглеводні, молекули яких містять один потрійний зв'язок. Загальна формула алкінів З n Н 2n-2.
За номенклатурою ІЮПАК наявність потрійного зв'язку в молекулі позначається суфіксом -ін , який замінює суфікс -ану назві відповідного алкану.
Структурна ізомерія алкінів, як і алкенів, обумовлена будовою вуглецевого ланцюга та положенням у ньому потрійного зв'язку.
Фізичні властивості.За фізичними властивостями алкіни нагадують алкани та алкени. Нижчі алкіни C 2 -C 4 являють собою гази, З 5 -C 16 — рідини, вищі алкіни – тверді речовини. Температури кипіння алкінів дещо вищі, ніж у відповідних алкенів.
Способи одержання.1. Загальним способом отримання алкінів є реакція дегідрогалогенування- відщеплення двох молекул галогеноводу від дигалогензаміщених алканів, які містять два атоми галогену або у сусідніх атомів вуглецю (наприклад, 1,2-дибромпропан), або в одного атома вуглецю (2,2-дибромпропан). Реакція відбувається під дією спиртового розчину гідроксиду калію:
2. Найважливіший з алкінів – ацетилен – одержують у промисловості шляхом високотемпературного крекінгу метану:
У лабораторії ацетилен можна отримати гідролізом карбіду кальцію:
Хімічні властивості.Потрійний зв'язок утворюється двома атомами вуглецю в sp-гібридному стані. Два s-зв'язку розташовані під кутом 180 °, а два p-зв'язку розташовані у взаємно перпендикулярних областях. Наявність p-зв'язків зумовлює здатність алкінів вступати в реакції електрофільного приєднання.Однак ці реакції для алкінів протікають повільніше, ніж для алкенів. Це тим, що p -електронна щільність потрійного зв'язку розташована більш комплексно, ніж у алкенах, і тому менш доступна взаємодії з різними реагентами.
1. Галогенування.Галогени приєднуються до алкінів у дві стадії. Наприклад, приєднання брому до ацетилену призводить до утворення диброметену, який,свою чергу, реагує з надлишком брому з утворенням тетраброметану:
2. Гідрогалогенування.Галогеноводні приєднуються до потрійного зв'язку важче, ніж до подвійного. Для активації галогеноводороду використовують АlСl 3 - сильну кислоту Льюїса. З ацетилену можна отримати вінілхлорид (хлорэтен), який використовується для отримання важливого полімеру — полівінілхлориду;
3. Гідратація.Приєднання води до алкін каталізується солями ртуті(П) (Реакція Кучерова):
На першій стадії реакції утворюється ненасичений спирт, в якому гідроксогрупа знаходиться безпосередньо у атома вуглецю при подвійному зв'язку. Такі спирти прийнято називати вініловими або енолами.
Відмінною рисою більшості єнолів є їхня нестійкість. У момент освіти вони ізомеризуютьсябільш стабільні карбонільні сполуки (альдегіди або кетони) за рахунок перенесення протону від гідроксильної групи до сусіднього атома вуглецю при подвійному зв'язку. При цьому p-зв'язок між атомами вуглецю розривається і утворюється p-зв'язок між атомом вуглецю та атомом кисню. Причиною ізомеризації є велика міцність подвійного зв'язку С == Про порівняно з подвійним зв'язком С = С.
В результаті реакції гідратації тільки ацетилен перетворюється на альдегід, гідратація гомологів ацетилену протікає за правилом Марковникова,і еноли, що утворюються, ізомеризуються в кетони.Так, пропін перетворюється на ацетон:
4. Кислотні властивості. Особливістю алкінів, що мають кінцевий потрійний зв'язок, є їх здатність відщеплювати протон під дією сильних основ, тобто проявляти слабкі кислотні властивості. Можливість відщеплення протона обумовлена сильною поляризацією s-зв'язку ºС¬Н. Причиною поляризації є висока електронегативність атома вуглецю в sp-гібридному стані. Тому алкіни, на відміну від алкенів та алканів, здатні утворювати солі, звані ацетиленідами.
Ацетиленіди срібла та міді (I) легко утворюються та випадають в осад при пропусканні ацетилену через аміачний розчин оксиду срібла або хлориду міді (I).
Ця реакція служить виявлення алкінів з потрійним зв'язком на кінці ланцюга:
Ацетиленіди срібла та міді як солі дуже слабких кислот легко розкладаються при дії хлороводневої кислоти з виділенням вихідного алкіну:
Таким чином, використовуючи реакції утворення та розкладання ацетиленідів, можна виділяти алкіни із сумішей з іншими вуглеводнями.
5. Полімеризація.У присутності каталізаторів алкін можуть реагувати один з одним, причому в залежності від умов утворюються різні продукти. Так, під дією водного розчину CuCl та NH 4 Cl ацетилен димеризується, даючи вінілацетилен:
Вінілацетилен має велику реакційну здатність; приєднуючи хлороводень, він утворює хлоропрен,використовується для отримання штучного каучуку:
При пропущенні ацетилену над активованим вугіллям при 600 °С відбувається тримеризація ацетилену з утворенням бензолу:
6. Реакції окислення та відновлення.Алкіни окислюються різними окислювачами, зокрема перманганатом калію. При цьому розчин перманганату калію знебарвлюється, що є вказівкою на наявність потрійного зв'язку.При окисленні зазвичай відбувається розщеплення потрійного зв'язку та утворюються карбонові кислоти:
У присутності металевих каталізаторів алкіни відновлюються шляхом послідовного приєднання молекул водню, перетворюючись спочатку на алкени, а потім на алкани:
Застосування.Ацетилен застосовується як вихідна сировина для багатьох промислових хімічних синтезів. З нього одержують оцтову кислоту, синтетичний каучук, полівінілхлоридні смоли. Тетрахлоретан СНСl 2 -CHCl 2 - продукт приєднання хлору до етилену - служить хорошим розчинником жирів та багатьох органічних речовин і, що дуже важливо, безпечний у пожежному відношенні. Ацетилен використовують для автогенного зварювання металів.
Алкіни - ненасичені (ненасичені) вуглеводні, що мають в молекулі один потрійний зв'язок С≡С. Кожен такий зв'язок містить один сигма-зв'язок (σ-зв'язок) і два пі-зв'язку (π-зв'язку).
Алкін також називають ацетиленовими вуглеводнями. Перший член гомологічного ряду - етин - CH≡CH (ацетилен). Загальна формула їх гомологічного ряду - CnH2n-2.
Номенклатура та ізомерія алкінів
Назви алкінів формуються шляхом додавання суфікса "ін" до назви алкану з відповідним числом: етин, пропін, бутин і т.д.
При складанні назви алкін важливо врахувати, що головний ланцюг атомів вуглецю повинен обов'язково містити потрійний зв'язок. Нумерація атомів вуглецю в ній починається з того краю, до якого ближчий потрійний зв'язок. Наприкінці назви вказують атом вуглецю, у яких починається потрійний зв'язок.
Для алкінів характерна ізомерія вуглецевого скелета, положення потрійного зв'язку, міжкласова ізомерія з алкадієнами.
Просторова геометрична ізомерія їм неможлива, з огляду на те, що кожен атом вуглецю, що належить до потрійного зв'язку, з'єднаний лише з одним єдиним заступником.
Деякі дані щодо алкінів треба вивчити:
- У молекулах алканів є потрійні зв'язки, довжина яких становить 0,121 нм.
- Тип гібридизації атомів вуглецю - sp
- Валентний кут (між хімічними зв'язками) становить 180°
Ацетилен отримують декількома способами:
- Піроліз метану
- Синтез Бертло
- Розкладання карбіду кальцію
При нагріванні метану до 1200-1500 ° C відбувається димеризація молекул метану, під час чого відщеплюється водень.
2CH 4 → (t) CH≡CH + 3H 2
Здійснюється безпосередньо з простих речовин. Протікає на вольтової (електричної) дузі, в атмосфері водню.
2C + H 2 → (t, вольтова дуга) CH≡CH
В результаті розкладання карбіду кальцію утворюється ацетилен та гідроксид кальцію II.
CaC 2 + 2H 2 O → CH≡CH + Ca(OH) 2
Отримання гомологів ацетилену можливе у реакціях дегідрогалогенування дигалогеналканів, в яких атоми галогену розташовані в одного атома вуглецю або двох сусідніх атомів.
Хімічні властивості алкіни
Алкіни - ненасичені вуглеводні, які легко вступають у реакції приєднання. Реакції заміщення їм характерні.
©Беллевич Юрій Сергійович
Ця стаття написана Беллевичем Юрієм Сергійовичем і є його інтелектуальною власністю. Копіювання, розповсюдження (у тому числі шляхом копіювання на інші сайти та ресурси в Інтернеті) або інше використання інформації та об'єктів без попередньої згоди правовласника переслідується за законом. Для отримання матеріалів статті та дозволу їх використання, зверніться, будь ласка, до
Ациклічні вуглеводні, що містять у молекулі крім одинарних зв'язків, один потрійний зв'язок між атомами вуглецю та відповідні загальній формулі С п Н 2 n -2 .
Атоми вуглецю, між якими утворено потрійний зв'язок, перебувають у стані sр - гібридизації. Це означає, що в гібридизації беруть участь одна s-і одна р-орбіталь, а дві р-орбіталі залишаються негібридизованими. Перекриття гібридних орбіталей призводить до утворення σ — зв'язку, а за рахунок негібридизованих р-орбіталей сусідніх атомів вуглецю утворюються дві π — зв'язки. Таким чином, потрійний зв'язок складається з одного - зв'язку і двох - зв'язків.
Усі гібридні орбіталі атомів, між якими утворено подвійний зв'язок, а також заступники при них (у разі етину - атоми водню) лежать на одній прямій, а площині л-зв'язків перпендикулярні один одному.
Потрійний вуглець-вуглецевий зв'язок з довжиною 0,12 нм коротше подвійний, енергія потрійного зв'язку більша, тобто вона є більш міцною.
Гомологічний ряд
Нерозгалужені алкін складають гомологічний ряд етину ( ацетилену): З 2 Н 2 - етин, З 3 Н 4 - пропин, З 4 Н 6 - , З 5 Н 8 - , З 6 Н 10 - гексині т.д.
Ізомеріята номенклатураалкінів
Для алкінів характерна структурна ізомерія: ізомерія вуглецевого скелета та ізомерія положення кратного зв'язку. Найпростіший алкін, для якого характерні структурні ізомери положення кратного зв'язку класу алкінів, - це бутин:
Ізомерія вуглецевого скелета у алкінів можлива, починаючи з пентину:
Так як потрійний зв'язок передбачає лінійну будову вуглецевого ланцюга, геометрична ( цис-, транс-) ізомерія для алкінів неможлива.
Наявність потрійного зв'язку в молекулах вуглеводнів цього класу відбивається суфіксом - ін, А її положення в ланцюзі - номером атома вуглецю. Наприклад:
Алкінам ізомерні сполуки деяких інших класів. Так, хімічну формулу С 6 Н 10 мають гексин (алкін), гексадієн (алкадієн) та циклогексен (циклоалкен):
Фізичні властивості алкінів
Температури кипіння і плавлення алкінів, як і алкенів, закономірно підвищуються зі збільшенням молекулярної маси сполук. Алкіни мають специфічний запах. Вони краще розчиняються у воді, ніж алкани та алкени.
Хімічні властивості алкінів
Хімічні властивості алкінів подібні до алкенів, що обумовлено їх ненасиченістю.
1) p-Електрони більш короткого потрійного зв'язку міцніше утримуються ядрами атомів вуглецю і мають меншу поляризуемість (рухливість). Тому реакції електрофільного приєднання до алкін протікають повільніше, ніж до алкенів.
2) Зв'язок атома водню з вуглецем у sp-гібридизованому стані значно більш полярна порівняно з С-Н-зв'язками в алканах та алкенах. Це пояснюється різним вкладом у гібридизований стан s-орбіталі, яка міцніше, ніж р-АТ, утримує електрони (порівняйте форму та енергію s- і р-АТ). Частка s-АТ у sp3-стані становить 25%, sp2- 33%, а sp- 50%. Чим більший внесок s-АТ, то вище здатність атома утримувати зовнішні електрони, тобто. його електронегативність. Підвищена полярність зв'язку С(sp)-Н призводить до можливості її гетеролітичного розриву із відщепленням протона Н+.
Таким чином, алкіни з кінцевим потрійним зв'язком (алкіни-1) виявляють кислотні властивості і здатні, вступаючи в реакції з металами, утворювати солі
Отримання алкінів
Застосування алкінів
Найбільше практичне значення мають ацетилен та вінілацетилен. Ацетилен використовується для отримання різноманітних речовин: оцтової кислоти, полівінілхлориду, синтетичного каучуку. Вінілацетилен є важливим проміжним продуктом у виробництві масло- та бензостійкого синтетичного хлоропренового каучуку.
АЛКІНИ Загальна формула алкінівЗ n H 2n-2.
Алкіни (ацетиленові вуглеводні) – ненасичені аліфатичні вуглеводні, молекули яких містять один потрійний зв'язок.
Найпростіші представники:Потрійний зв'язок здійснюють 6 загальних електронів: .
В освіті такого зв'язку беруть участь атоми вуглецю в
sp-гібридизованому стані. Кожен з них має по дві sp-гібридних орбіталі, спрямованих один до одного під кутом 180°, і дві негібридні р-орбіталі, розташованих під кутом 90° по відношенню один до одного і до sp-гібридних орбіталі:
Будова потрійного зв'язку
Потрійний зв'язок є комбінацією з одного s- та двох p-зв'язків, утворених двома sp-гібридизованими атомами.
s-зв'язок виникає при осьовому перекриванні sp-гібридних орбіталей сусідніх атомів вуглецю; одна з p-зв'язків утворюється при бічному перекриванні р y -орбіталей, інша - при бічному перекриванні
р z-орбіталей. Утворення зв'язків з прикладу молекули ацетилену можна зобразити як схеми:
S-зв'язок (перекривання 2sp-2sp),
P-зв'язок (2р y -2р y),
P-зв'язок (2р z -2р z),
С-Н s-зв'язок (перекривання 2sp-АТ вуглецю та 1s-АТ водню).
Див Анім. 6.1.1 (58 992 байт).
p-Cвязі розташовуються у взаємно перпендикулярних площинах.
s-зв'язку, утворені sp-гібридними орбіталями вуглецю, розташовуються на одній прямій (під кутом 180 ° один до одного). Тому молекула ацетилену має лінійну будову:
Номенклатура алкінів
За систематичною номенклатурою назви ацетиленових вуглеводнів виробляють від назв відповідних алканів (з тим самим числом атомів вуглецю) шляхом заміни суфікса -ан на -ін :
2 атоми С → етан → ет ін;
3 атоми С → пропан → проп іні т.д.
Головний ланцюг вибирається таким чином, щоб він обов'язково включав потрійний зв'язок (тобто він може бути не найдовшим).
Нумерацію вуглецевих атомів починають із ближнього до потрійного зв'язку кінця ланцюга. Цифра, що позначає положення потрійного зв'язку, зазвичай ставиться після суфікса -ін. Наприклад:
Для найпростіших алкенів застосовуються також назви, що історично склалися: ацетилен(етин), алілен(пропін), кротонілен(бутин-1), валерілен(Пентін-1).
У номенклатурі різних класів органічних сполук найчастіше використовуються такі одновалентні радикали алкінів:
Ізомерія алкінів
Структурна ізомерія
Просторова ізомерія щодо потрійного зв'язку в алкін не виявляється, т.к. заступники можуть розташовуватися лише одним способом – вздовж лінії зв'язку.
джерело http://cnit.ssau.ru/organics/chem2/index.htm
