Алкины. Ацетиленовые углеводороды

Общая формула C_nH₂_n_-2

Номенклатура. В неразветвленных алкинах нумерация начинается с того конца, где ближе тройная связь. Главная цепь обязательно содержит тройную связь (пусть она и не самая длинная). Перед названием главной цепи помещают номер атома углерода С, при котором есть заместитель, и название заместителя. Номер после названия главной цепи указывает положение тройной связи. Окончание – ин.

4 – метилпентин - 2

Если молекула непредельного углеводорода содержит одновременно двойную и тройную связи, то предпочтение в нумерации отдают двойной связи:

Изомерия:

1) структурная (углеродного скелета и положения тройной связи);

2) межклассовая изомерия – с алкадиенами.

Строение. Непредельные углеводороды имеют тройную связь, одна из них - δ, две другие π – связи. Атомы углерода С при тройной связи находятся в состоянии sp - гибридизации, молекула - линейная. Длина тройной связи меньше, чем у двойной.

Физические свойства.

С₂ - С₄ – газы; С₅ - С₁₆ – жидкости; С ≥ 17 – твердые вещества.

Т_кип. выше, чем у соответствующих алкенов. Хорошо растворимы в неполярных органических растворителях, хуже – в воде. Ацетилен хорошо растворяется в ацетоне.

Получение.

1. Из дигалогенопроизводных (атомы Hhal расположены у соседних атомов углерода). Условия протекания реакции – спиртовой раствор щелочи и нагревание:

2. Каталитическим дегидрированием алканов и алкенов:

3. Производство ацетилена:

а) из карбида кальция:

б) крекингом предельных углеводородов (сырье – природный газ или нефть):

Химические свойства. Характерны реакции электрофильного присоединения А_Е, идущие несколько хуже, чем у алкенов.

1. Галагенирование и гидрирование:

катализаторы: Pt; Pd; Ni.

2. Гидрогалогенирование (в присутствии катализаторов – кислот Льюиса AlCl₃, AlBr₃ или H₂SO₄ для HCl), согласно правилу В.В. Марковникова

3. Реакция гидратации (реакция М.Г. Кучерова). Катализаторы: серная кислота и соли ртути.

4. Полимеризация:

а) димеризация

б) тримеризация

5. Кислотные свойства проявляются у алкинов с концевой тройной связью. Электронноакцепторное поведение тройной связи приводит к сдвигу электронов и поляризации δ – связи .

бутин-2

Качественная реакция на концевую тройную связь:

белый осадок

красный осадок

6. Окисление ацетилена KMnO₄ в водной среде

7. Горение

Задачи

15. Какой объем воздуха потребуется для сгорания 1 м³ смеси ацетилена с пропаном, взятых в массовом соотношении 8 : 1, при сваривании водопроводной трубы? Тип № 6.

Решение: Реакции горения смеси углеводородов:

(а)

(б)

Молярные массы ацетилена и пропана равны:

M(C₂H₂) = 26 г/моль; M(C₃H₈) = 36 + 8 = 44 г/моль

Считаем, что все газы находятся при нормальных условиях. Тогда количество вещества смеси углеводородов: , где V_m = 22,4 л/моль (молярный объем газа при нормальных условиях).

Пусть количество вещества ацетилена (C₂H₂) - x моль; тогда количество вещества пропана (C₃H₈) - y моль. Следовательно, массы этих веществ будут: m(C₂H₂) = 26x г; m(C₃H₈) = 44y г

Получаем систему уравнений:

(в)

Из уравнений (в): моль.

Из уравнений (в): у = 3,1 моль; х = 42 моль.

Из уравнения реакции (а) число молей кислорода: n(O₂) = 42 ∙ 2,5 = 105 моль. Из уравнения реакции (б): n(O₂) = 3,1 ∙ 5 = 15,5 моль. Общее количество молей кислорода: n(O₂) = 105 + 15,5 = 120,5 моль.

Объемная (мольная) доля кислорода в воздухе составляет 21 %. Следовательно, . Объем воздуха будет равен V_{воздуха} = 574 ∙ 22,4 = 12853 л ≈ 13 м³.

Ответ: V_{воздуха} ≈ 13 м³.

16. При исследовании в лабораторных условиях реакции превращения алкинов в алкены взяли 10 л исходной смеси пропина с водородом (н.у). Плотность по водороду исходной смеси Реакция не прошла количественно, после установления равновесия плотность по водороду конечной газовой смеси составила Определите количество продукта и выход пропена на пропин в данных лабораторных условиях. Тип № 6.

Решение:

Гидрирование пропина протекает по уравнению

(а)

Молярные массы пропина, водорода и пропена соответственно равны:

M(C₃H₄) = 40 г/моль; М(Н₂) = 2 г/моль; М(С₃Н₆) = 42 г/моль

Относительная плотность вещества рассчитывается по формуле: , где М₁ – молярная масса исходной или конечной смеси, М₂ – молярная масса водорода. Тогда,

г/моль.

Возьмем 1 моль исходной смеси. Пусть в нем было: n(C₃H₄) = x моль; тогда n(H₂) = (1-x) моль. Зная молярные массы этих веществ, составим уравнение:

40х + 2(1 - х) = 17,2 (б)

Из уравнения (б) получим, что n(C₃H₄) = x = 0,4 моль; тогда n(H₂) =1 - x = 0,6 моль.

Пусть прореагировало у моль С₃Н₄. Составим материальный баланс для конечной газовой смеси.

n(C₃H₄) = 0,4 – y; n(H₂) = 0,6 – y; n(C₃H₆) = y

Сумма молей газов в системе n_кон. = 0,4 – у + 0,6 – y + y = 1 – y.

В ходе реакции изменяется число молей составляющих процесса, поэтому и изменяется молярная масса системы, (г/моль).

Нужно рассчитать мольные доли компонентов N_i в конечной газовой смеси. (Этот прием в математике называют нормировкой).

, ,

Теперь можно записать выражение для расчета М_{кон.смеси}:

(в)

Из уравнения (в) у = 0,2 моль. Если из 1 моля исходной смеси (22,4 л) получили 0,2 моль пропена (или 4,48 л), то из 10 л той же исходной смеси:

Выход пропена на пропин с учетом избытка второго реагента водорода составит

Ответ: V(C₃H₆) = 2 л, η(С₃Н₆) = 50 %.

17. Тест

Укажите верное соответствие авторов и их открытий:

I. Теория химического строения А. Семенов Н.Н.

II. Цепной механизм реакции замещения Б. Кучеров М.Г.

III. Синтез 1,3 – бутадиена из этанола В. Бутлеров А.М.

IV. Получение ацетальдегида из ацетилена Г. Лебедев С.В.

1) I – B; II – Г; III – B; IV – A;

2) I – B; II – А; III – Г; IV – Б;

3) I – Б; II – Г; III – А; IV – В;

4) I – Г; II – А; III – B; IV – Б.

Ответ: правильно 2-ой.

18. Вычислите массу ацетилена, производимого в нашей стране за год, если четверть этой массы идет на получение винилацетилена для дальнейшего использования в синтезе хлоропренового каучука. Этот каучук занимает 35 % всего производимого каучука, чья общая масса 2,7 млн т если выходы реакции образования винилацетилена 82 %, реакции его взаимодействия с хлороводородом – 7/8, реакции полимеризации 0,9. Тип № 8.

Решение:

Масса хлоропренового каучука m(х.к.) = 2,7 ∙ 0,35 = 0,945 млн т.

Реакция получения винилацетилена (η = 82 %):

Реакция гидрогалогенирования винилацетилена с получением хлоропрена (η = 87,5 % (7/8)):

Реакция полимеризации хлоропрена (получением хлоропренового каучука):

(η = 90 %)

Найдем массу мономера хлоропренового каучука с учетом его 90 % - ного выхода m(мономера) = 0,945/0,9 = 1,5 млн т, массу винилацетилена m(винилацетилена) = 1,05/0,875 = 1,2 млн т; ацетилена m(ацетилена на винилацетилен) = 1,2/0,82 = 1,46 млн т;

Так как четверть массы ацетилена идет на получение винилацетилена (из условия задачи), то общая масса производимого ацетилена в стране: m(С₂Н₂) = 1,46/0,25 = 5,84 млн т

Ответ: m(С₂Н₂) = 5,84 млн т.

19. Ацетиленовый углеводород, часто используемый в препаративной химии, и содержащий пять углеродных атомов в главной цепи, может максимально присоединить 80 г брома с образованием продукта реакции массой 104 г. Определите строение ацетиленового углеводорода, если известно, что он не реагирует с аммиачным раствором оксида серебра. Тип № 3.

Решение

Реакция бромирования ацетиленовых углеводородов

Найдем количество вещества брома: моль. Из уравнения реакции следует, что число молей ацетиленового углеводорода n(С_nH₂_n_-2) = 0,5/2 = 0,25.

Масса углеводородного радикала составит m_R = 104 – 80 = 24 г, это и есть масса исходного алкина.

Найдем молярную массу алкина по формуле:

, М(С_nH₂_n_-2) = 24/0,25 = 96 г.

14n – 2 = 96; n = 7

Отсутствие реакции с аммиачным раствором Ag₂O указывает на то, что в углеводороде нет концевой тройной связи.

Формула вещества С₇Н₁₂.

Строение алкина

Ответ: 4,4 – диметилпентин – 2.

⇐ Назад
123
4
Далее ⇒