10 классТема 3. Непредельные УВ6. Алкины
Регистрация

Версия для слабовидящих
Самая важная часть воспитания — образование характера.
Константин Дмитриевич Ушинский
Сертификат владельца сайта
Сертификат владельца сайта http://www.kuksova-irina.ru/
Школа "Карьера"
Высшая школа делового администрирования
Проголосуй за наш сайт
Оцените мой сайт





Результаты
счетчик посещений
Банк Интернет-портфолио учителей
Мир олимпиад
ФГОС урок

Установите себе наш баннер

Показать код баннера
Сейчас на сайте: 51
Периодическая таблица
Таблица растворимости
Праздники сегодня

Алкины


В ходе урока вы узнаете о том, что представляют собой алкины – ациклические углеводороды, содержащие в молекуле одну тройную связь. Познакомитесь с физическими свойствами алкинов, особенностями их строения. Вы сможете узнать, что представляют собой алкины и какими химическими свойствами характеризуется этот класс соединений. Вы узнаете о том, как свойства алкинов влияют на их практическое применение.

I. Номенклатура алкинов


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

Образование названий алкинов по номенклатуре ИЮПАК

Трой­ную связь обо­зна­ча­ют суф­фик­сом -ин.

     аце­ти­лен (этин)

бутин-1

Глав­ная цепь долж­на вклю­чать в себя трой­ные связи, а ну­ме­ра­ция про­во­дит­ся так, чтобы они по­лу­чи­ли наи­мень­шие но­ме­ра.

3,6-ди­ме­ти­л­геп­тадиин-1,4

Рис. 1. Ша­ро­стерж­не­вая мо­дель аце­ти­ле­на

II. Строение 


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

Молекулярная формула ацетилена            C2H2

Структурная формула ацетилена          H–C≡C–H

Электронная формула                         H : С : : : С : Н

Анимация: “Образование молекулы ацетилена

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!

  • Длина связи 0,12 нм
  • Угол 180
  • Линейная молекула
  • Связи – σ и 2π
  • Sp- гибридизация 

III. Физические свойства


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

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.

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

IV. Изомерия 


1. Структурная изомерия

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

2. Изомерия углеродного скелета (начиная с С5Н8):

3. Межклассовая изомерия с алкадиенами и циклоалкенами (начиная с С4Н6):

2. Пространственная изомерия 

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

V. Химические свойства алкинов 


I. Реакции присоединения

1) Галогенирование – стадийно, до производных алканов:

(как и алкены обесцвечивают бромную воду!) 

Опыт: “Взаимодействие ацетилена с бромной водой”

СH≡CH + Br2 → CHBr=CHBr (1,2-дибромэтен)

CHBr=CHBr + Br2 → CHBr2-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 + H2O  Hg2+,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 → 3KOOC – COOK + 8MnO2 + 2KOH + 2H2

Опыт: “Качественная реакция на ацетилен - обесцвечивание раствора перманганата калия” 

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

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

 

Рис. 1. Обес­цве­чи­ва­ние КМnO4

3) Восстановление ( kat – Ni,Pd или Pt)

C2H+ H2  t,kat→ C2H4                  

C2H+ 2H2  t,kat→  C2H6

IIIРеакции замещения 

1) Кислотные свойства

(в отличие от алкенов, образуют соли – ацетилениды) 

R-C≡C-H + NaH → R-C≡C-Na + H2 

Качественные реакции на алкины с тройной связью в конце цепи:

Опыт: “Получение ацетиленида серебра”

R-C≡CH + [Ag(NH3)2]OH → R-C≡C-Ag↓ +2NH3 + H2O

                                                 серо-белый осадок

Опыт: “Получение ацетиленида меди"

R-C≡C-H + [Cu(NH3)2]Cl → R-C≡C-Cu↓ + NH4Cl +NH3

                                                красный осадок 

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

R-C≡C-Cu↓ +HCl → R-C≡C-H + CuCl 

Ацетилениды металлов – взрывчатые вещества!

Опыт: "Непрочность ацетиленидов металлов"

VI. Получение


1. Термическое разложение алканов (электрокрекинг)          

2CH4    t=1500→   HC≡CH + 3H2 (пиролиз метана)        

C2H6 t,kat → C2H2 + 2H2      (t=1200)          

2C3H8 t,kat →  3C2H2 + 5H2    (t=1200) 

2. Гидролиз карбида кальция

Опыт: “Получение ацетилена и его горение”

В лаборатории и в промышленности ацетилен получают взаимодействием карбида кальция с водой (карбидный способ): CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + C2H2

Карбид кальция получают в электропечах при нагревании кокса с негашеной известью:

3Дегидрогалогенирование дигалогеналканов:

4. Из ацетиленидов

HCCMe + R-Г → HCC-R + MeГ

HC≡CNa   +   CH3-Cl → HC≡C-CH3 + NaCl

моноацетиленид                пропин   

натрия

MeCCMe + 2R-Г → R-CC-R + 2MeГ 

AgC≡CAg  +   2CH3-I (йодметан)→ CH3-C≡C-CH3 (бутин-2)+ 2AgI↓

ацетиленид серебра                               

VII. Применение


Ацетилен широко применяют в органическом синтезе. Он является одним из исходных веществ при производстве синтетических каучуков, поливинилхлорида и других полимеров. Из ацетилена получают уксусную кислоту, растворители (1,1,2,2-тетрахлорэтан и 1,1,2-трихлорэтен). При сжигании ацетилена в кислороде температура пламени достигает 3150 °С, поэтому его используют при сварке и резке металлов.

Примеры промышленного использования ацетилена:

Бла­го­да­ря яр­ко­му пла­ме­ни в XIX веке ши­ро­ко рас­про­стра­ни­лись аце­ти­ле­но­вые фо­на­ри.

При го­ре­нии смеси аце­ти­ле­на с кис­ло­ро­дом  тем­пе­ра­ту­ра пла­ме­ни до­сти­га­ет 2800–3000оС – можно пла­вить мно­гие ме­тал­лы. На этом свой­стве ос­но­ва­на аце­ти­ле­но­вая свар­ка. Рис. 1, 2.

Рис. 1. Аце­ти­ле­но­вая го­рел­ка

Рис. 2. Свар­ка и резка ме­тал­лов

VIII. Тренажеры


Тренажер №1: “Алкины: строение, номенклатура, получение и физические свойства

Тренажер №2: “Алкины: строение, номенклатура, получение и физические свойства (расчетные задачи)

Тренажер №3: “Гомологический ряд ацетилена

Тренажер №4: “Типы химических реакций, характерные для алкинов

Тренажер №5: “Уравнения реакций, характеризующие химические свойства ацетилена

Тренажер №6: “Химические свойства алкинов

Химические свойства алкинов (расчетные задачи)

ЦОРы:


Анимация: Образование молекулы ацетилена

Опыт: “Взаимодействие ацетилена с бромной водой”

Опыт: "Взаимодействие ацетилена с хлором"

Опыт: "Горение ацетилена"                              

Опыт: "Взрыв смеси ацетилена с кислородом"

Опыт: Качественная реакция на ацетилен - обесцвечивание раствора перманганата калия”

Опыт: Получение ацетиленида серебра”

Опыт: “Получение ацетиленида меди"

Опыт: "Непрочность ацетиленидов металлов"

Опыт: “Получение ацетилена и его горение”

Документы (всего: 1)
Документы (всего: 1)