Физические свойства алкинов.

C₂H₂ – C₄H₆ – газы, C₅H₈ – C₁₅H₂₈ - жидкости, C₁₆H₃₀ – … – твердые вещества. Алкены плохо растворимы в воде, но лучше, чем алканы и алкены. Растворимость в неполярных органических растворителях высокая. Их температуры плавления и кипения, также как у соответствующих алканов и алкенов, закономерно повышаются при увеличении молекулярной массы соединения. Алкины имеют специфический запах.

6. Химические свойства алкинов.

I. Реакции присоединения (двойное присоединение – в два ступени).

1. Гидрирование (в присутствии металлических катализаторов – Pt, Pd, Ni):

CH ≡ C – CH₃ + 2 H₂ → CH₃ – CH₂ – CH₃

CH ≡ C – CH₃ + H – H → CH₂=CH – CH₃ I ступень

пропин пропилен

CH₂=CH – CH₃ + H – H → CH₃ – CH₂ – CH₃ II ступень

пропилен пропан

2. галогенирование

CH ≡ C – CH₃ + 2 Br₂ → CHBr₂ – CBr₂ – CH₃

1 2 3

CH ≡ C – CH₃ + Br – Br → CH = C – CH₃ I ступень

| |

Br Br

пропин 1,2-дибромпропен

Br Br

1| 2| 3

CH = C – CH₃ + Br – Br → CH – C – CH₃ II ступень

| | | |

Br Br Br Br

1,2-дибромпропен 1,1,2,2-тетрабромпропан

Реакция алкинов с бромной водой – качественная реакция на алкины (бромная вода обесцвечивается).

3. гидрогалогенирование (по правилу Марковникова: при присоединении веществ с полярной ковалентной связью типа HX (где X – это –Hal, -OH и т.д.) к несимметричным непредельным углеводородам по месту разрыва П-связи атом водорода присоединяется к наиболее гидрированному атому углерода, а X – к наименее гидрированному атому углерода)

CH ≡ C – CH₃ + 2 HBr → CH₃ – CBr₂ – CH₃

1 2 3

CH ≡ CH – CH₃ + H – Br → CH₂ = C – CH₃ I ступень

|

Br

пропин 2- бромпропен

Br

1 2 3 1 2| 3

CH₂=CH – CH₃ + H – Br → CH₃ – CH – CH₃ II ступень

| |

Br Br

2-бромпропен 2,2- дибромпропан

4. гидратация (по правилу Марковникова): ацетилен образует альдегид, его гомологи – кетоны (реакция Кучерова М. Г.)

H

Hg⁺ /

HC ≡ CH + H – OH → CH₂ = CH → CH₃ – C

| \\

O – H O

виниловый спирт этаналь

Hg⁺

CH ≡ C – CH₃ + H – OH → CH₂ = C – CH₃ → CH₃ – C – CH₃

| ||

O – H O

пропин непредельный спирт пропанон

II. Реакции окисления.

1. горение

t°

2 C₂H₂ + 5 O₂ (избыток) → 4 CO₂ + 2 H₂O

t°

2 C₂H₂ + 3 O₂ (недостаток) → 4 CO + 2 H₂O

t°

2 C₂H₂ + O₂ (сильный недостаток) → 4 C + 2 H₂O

Смеси ацетилена с воздухом или кислородом взрывоопасны; ацетилен может также взрываться при ударах.

2. неполное окисление кислородом окислителя (KMnO₄ в нейтральной среде, K₂Cr₂O₇ в кислой среде) – конечным продуктом реакции являются карбоновые кислоты.

O O

из KMnO₄ \\ //

CH ≡ CH + 4 [O] ––––––––→ HO – C – C – OH

этандиовая (щавелевая) кислота

O O

\\ //

3 CH ≡ CH + 8 KMnO₄ + 4 H₂O → 3 HO – C – C – OH + 8 KOH + 8 MnO₂

Но так как кислота взаимодействует со щелочью, то более правильно следует писать:

O O

\\ //

3HC^-1 ≡ C^-1H + 8KMn⁺⁷O₄ → 3KO– C⁺³– C⁺³– OK + 2KOH + 8Mn⁺⁴O₂ + 2H₂O

C₂^-1 -8ē → C₂⁺³ 3 3C₂^-2 -24ē → 3C₂⁺³

Mn⁺⁷ +3ē → Mn⁺⁴ 8 8Mn⁺⁷ +24ē → 8Mn⁺⁴

O

из KMnO₄ //

CH₃ – C ≡ C – CH₃ + 3 [O] + H₂O ––→ 2 CH₃ – C

\

OH

бутин-2 этановая кислота

(уксусная кислота)

O O

из KMnO₄ // //

CH₃ – C ≡CH + 3 [O] + H₂O ––→ CH₃ – C + H – C

\ \

OH OH

пропин этановая кислота метановая кислота

(уксусная кислота) (муравьиная кислота)

Обесцвечивание щелочного раствора KMnO₄ – это качественная реакция на непредельные углеводороды(алкины обесцвечиваются быстрее, чем алкены).

III. Реакции полимеризации.

1. димеризация (алкилирование)

kt 1 2 3 4

CH ≡ CH + CH ≡ CH → CH₂ = CH – C ≡ CH

винилацетилен

(бутен-1-ин-3)

2. циклотримеризация (ароматизация)

3 C₂H₂ → C₆H₆

Бензол

3. полимеризация

t⁰, kt, P

…+ CH₂≡CH₂ + CH₂≡CH₂ + …––––––→ …-CH₂ = CH₂ – CH₂ = CH₂-…

ацетилен полиацетилен

t⁰, kt, P

n CH ≡ CH ––––––→ (– CH = CH –)_n

мономер структурное звено

где n – это степень полимеризации

t⁰, kt, P

n CH₃ – C ≡ CH –––––––→ (– C = CH –)_n

|

CH₃

пропин полипропин

(метилацетилен) (полиметилацетилен)

IV. Реакции замещения (замещение атомов «H», связанных с sp-гибридизованными атомами углерода). Атомы водорода, связанные с sp-гибридизованными атомами углерода в молекулах алкинов, обладают значительной подвижностью (что объясняется поляризацией связи ≡C–H), поэтому они могут замещаться атомами металлов – в результате чего образуются ацетилениды. Способность к таким реакциям отличает алкины от других непредельных углеводородов.

1. Взаимодействие с металлическим натрием в жидком аммиаке

2 CH ≡ CH + 2 Na → 2 CH ≡ CNa +H₂ I ступень

моноацетиленид натрия

2 CH ≡ CNa + 2 Na → 2 CNa ≡ CNa + H₂ II ступень

диацетиленид натрия

Но более правильно следует писать:

CH ≡ CH + NaNH₂ → 2 CH ≡ CNa +NH₃↑

моноацетиленид натрия

2. Взаимодействие с аммиачными растворами солей меди (I) – только монозамещенные ацетилена

CH₃ – C ≡ CH + [Cu(NH₃)₂]Cl → CH₃ – C ≡ CCu↓ + HCl + 2 NH₃↑

метилацетилен метилацетиленид меди (I)

CH₃ – C ≡ C – CH₃ + [Cu(NH₃)₂]Cl →

диметилацетилен

Данная реакция используется для очистки высших монозамещенных алкинов. Устойчивые во влажном состоянии, эти ацетилениды легко взрываются в сухом виде!

3. Взаимодействие с аммиачным раствором оксида серебра (I) – только монозамещенные ацетилена

CH₃ – C ≡ CH + [Ag(NH₃)₂]OH → CH₃ – C ≡ CAg↓ + H₂O + NH₃↑

метилацетилен метилацетиленид серебра (I)

CH₃ – C ≡ C – CH₃ + [Ag(NH₃)₂]O →

диметилацетилен

Данная реакция используется для очистки высших монозамещенных алкинов. Устойчивые во влажном состоянии, эти ацетилениды легко взрываются в сухом виде!

V. Реакции изомеризации (изомеризация тройной связи).

спирт. р-р KOH; 170°

CH ≡ C – CH₂ – CH₃ -------------------------→ CH₃ – C ≡ C – CH₃

бутин-1 бутин-2

(этилацетилен) (диметилацетилен)

Получение алкинов.

I. Получение ацетилена

1. В промышленности

а. Термическое разложение природного газа или углеводородов нефти:

1000°C

2 CH₄ ---------→ CH ≡ CH + 3 H₂

метан

1200°C

CH₂ = CH₂ ----------→ CH ≡ CH + 2 H₂

Этилен

2. В лаборатории

а. Гидролиз карбида кальция (реакция Велера Ф.) или карбидов других активных металлом (K, Mg)

CaC₂ + 2 H₂O → C₂H₂↑ + Ca(OH)₂

C H – OH C – H OH

Ca + → + Ca

C H – OH C – H OH

II. Получение гомологов ацетилена

1. Дегидрогалогенирование дигалогеналканов действием спиртового раствора щелочи или твердой щелочи при нагревании:

H Br

| | t°

CH₃ – CH₂ –C – C – CH₃ + 2 Na – OH → CH₃ – CH₂ –C ≡ C – CH₃ + 2 Na – Br + 2 H – OH

| |

Br H

2,3-дибромпентан пентин-2

H Br

| | t°

CH₃ – CH₂ –C – CH + 2 Na – OH → CH₃ – CH₂ –C ≡ CH + 2 Na – Br + 2 H – OH

| |

H Br

1,1-дибромбутан бутин-1

(этилацетилен)

2. Алкилирование ацетиленидов

CH₃ – C ≡ C – Na + Br – CH₂ – CH₃ → CH₃ – C ≡ C – CH₂ – CH₃ + NaBr

метилацетиленид натрия метилэтил ацетилен

(пентин-2)