Строение и гомологический ряд алкинов.

Ацетиленовые углеводороды содержат в молекуле одну тройную связь С ≡ С

СnH2n-2

 

С₂Н₂ – ацителен, С₃Н₄ - пропин, С₄Н₆ – бутин,

С₅Н₈ - пентин.

Структурная формула ацетилена:

Н – С ≡ С – Н

sp – гибридизация

2 S

2 рх

+

=

180^0

Ообитали атома углерода в sp – гибридизации

π

σ

При sp – гибридизации из имеющихся по внешней оболочке атома С трех 2р – и одного 2s – электрона происходит «смешение» одной 2s и одной 2р образуются 2 гибридные sp – орбитали, расположенные на одной прямой. Валентный угол между ними 180⁰. Две 2р- орбитали, не участвующие в гибридизации, расположены во взаимоперпендикулярных плоскостях, образуют π связи.

σ

σ

Н – С ≡ С – Н

 

Изомерия и номенклатура

Изомерия ацетиленовых углеводородов, также как и этиленовых, определяется изомерией углеродного скелета и положением тройной связи.

НС ≡ СН этин, ацетилен

НС ≡ С – СН₃ пропин, метилацетилен

НС ≡ С – СН₂ - СН₃ 1 - бутин

СН₃ - С ≡ С – СН₃ 2 - бутин

НС ≡ С – СН₂ – СН₂ - СН₃ 1- пентин

СН₃ - С ≡ С – СН₂ – СН₃ 2- пентин

НС ≡ С – СН - СН₃ 3 – метил, 1 - бутин

|

СН₃

 

Способы получения

Ацетилен в промышленности получают двумя способами:

1. Высокотемпературным, или электротермическим, крекингом алканов, например метана:

2СН₄ СН ≡ СН + 3Н₂

 

2. Разложение карбида кальция водой. Карбид кальция СаС₂, получают в электропечах при нагревании кокса с негашеной известью СаО:

3С +СаОСаС₂ ≡ СО

+ 2 НОН → НС ≡ СН + Са(ОН)₂

 

Гомологи ацетилена могут быть получены из дигалогенопроизводных алканов, содержащих оба галогена при одном углеродном атоме или двух соседних, путем их нагревания в спиртовом растворе КОН

СН₃ - СН₂ – СНСl₂ +2 KOH → СН₃ - С ≡ СН + 2 KCl +2H₂O;

СН₃ – СНСl – СНСl - СН₃ + 2 KOH → Н₃С- С ≡ C – СН₃ + 2 KCl +2H₂O.

 

Физические свойства алкинов

Изменение физических свойств алкинов в гомологическом ряду сохраняют ту же закономерность, что в алканах и алкенах.

С₂ – С₄ при обычных условиях газы, с С₅ – жидкости, а С₆ – твердые вещества. Чистый ацетилен не имеет запаха, ацетиленовые не растворяются в воде, но хорошо в органических растворителях, сам ацетилен незначительно растворим в воде. Ацетилен горит сильно коптящим пламенем, что связано с большим процентным содержанием углерода в молекуле.

Химические свойства алкинов

Химические свойства ацетиленовых определяются природой тройной связи. Углеродные атомы находятся в третьем валентном состоянии – sp- гибридизации. Для алкинов, как и для олефинов, характерны реакции присоединения, окисления, полимеризации. Кроме того, они дают реакции замещения металлом.

Реакции присоединения:

Ацетиленовые дают электрофильные и нуклеофильные реакции присоединения.

1. Присоединение водорода

кат

кат

НС ≡ СН СН₂ = СН₂ СН₃ - СН₃

 

2. Присоединение галогенов

НС ≡ СН BrСН = СНBrBr₂СН = СНBr₂

 

3. Присоединение галогеноводородов:

НС ≡ СН СН₂ = СНClСН₃ - СНCl₂

 

(в соответствии с правилом Морковникова)

 

О

Н

4. Присоединение воды – реакция Кучерова

 

[ Hg^+2]

НС ≡ СН + НОН [СН₂ = CHOH] → СН₃

 

Характер гибридизации в алкинах определяет легкость присоединения к ним, в отличие от алкенов, нуклеофильных реагентов. Например присоединение спирта.

НС ≡ СН + R – ОН → СН₂ = СН - O- R (виниловые эфиры)