- •Содержание
- •Предисловие
- •ЧАСТЬ I. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
- •ГЛАВА 1. Важнейшие понятия и законы химии
- •§1.1. Основные понятия химии
- •§ 1.2. Основные стехиометрические законы химии
- •§ 1.3. Атомно-молекулярная теория
- •§ 1.4. Задачи с решениями
- •ГЛАВА 2. Строение атома и периодический закон
- •§ 2.1. Развитие представлений о сложном строении атома
- •§ 2.2. Модели строения атома
- •§ 2.3. Квантовые числа электронов
- •§ 2.4. Электронные конфигурации атомов
- •§ 2.5. Ядро атома и радиоактивные превращения
- •§ 2.6. Периодический закон
- •§ 2.7. Задачи с решениями
- •§ 3.1. Природа химической связи
- •§ 3.2. Ковалентная связь
- •§ 3.3. Валентность элементов в ковалентных соединениях
- •§ 3.4. Пространственное строение молекул
- •§ 3.7. Межмолекулярные взаимодействия
- •§ 3.8. Агрегатные состояния вещества
- •§ 3.9. Задачи с решениями
- •ГЛАВА 4. Основные положения физической химии
- •§ 4.2. Химическая кинетика и катализ
- •§ 4.4 Задачи с решениями
- •§5.1. Растворы
- •§ 5.2. Электролиты и электролитическая диссоциация
- •§ 5.3. Ионные уравнения реакций
- •§ 5.4. Задачи с решениями
- •§ 6.1. Основные типы химических реакций
- •§ 6.3. Количественные характеристики ОВР
- •§ 6.4. Электролиз растворов и расплавов электролитов
- •§ 6.5. Задачи с решениями
- •ЧАСТЬ II. НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
- •§ 7.1. Классификация простых и сложных веществ
- •§7.2. Оксиды
- •§ 7.3. Основания (гидроксиды металлов)
- •§ 7.4. Кислоты
- •§7.5. Соли
- •§ 7.6. Гидролиз солей
- •§ 7.7. Задачи с решениями
- •ГЛАВА 8. Подгруппа галогенов
- •§8.1. Общая характеристика галогенов
- •§ 8.2. Химические свойства и получение галогенов
- •§ 8.4. Кислородсодержащие кислоты галогенов
- •§ 8.5. Задачи с решениями
- •§9.1. Общее рассмотрение
- •§ 9.2. Химические свойства водорода
- •§ 9.3. Задачи с решениями
- •ГЛАВА 10. Элементы подгруппы кислорода
- •§ 10.2 Химические свойства кислорода
- •§ 10.4 Сероводород. Сульфиды
- •§ 10.5 Оксид серы (IV). Сернистая кислота
- •§10.7 Задачи с решениями
- •ГЛАВА 11. Подгруппа азота и фосфора
- •§11.1. Общая характеристика
- •§ 11.2 Химические свойства простых веществ
- •§ 11.3. Водородные соединения азота и фосфора
- •§ 11.4 Кислородные соединения азота и фосфора
- •§ 11.5. Задачи с решениями
- •ГЛАВА 12. Подгруппа углерода и кремния
- •§ 12.2. Химические свойства углерода и кремния
- •§ 12.3. Кислородные соединения
- •§ 12.4 Карбиды и силициды
- •§ 12.5. Задачи с решениями
- •§ 13.1 Общее рассмотрение
- •§ 13.2 Химические свойства металлов
- •§ 13.3. Соединения s-металлов
- •§ 13.4 Задачи с решениями
- •ГЛАВА 14. Алюминий
- •§ 14.1 Общее рассмотрение
- •§ 14.2 Соединения алюминия
- •§ 14.3 Задачи с решениями
- •ГЛАВА 15. Главные переходные металлы
- •§15.1 Общая характеристика
- •§ 15.2. Хром и его соединения
- •§ 15.3 Марганец и его соединения
- •§ 15.4 Железо и его соединения
- •§ 15.6 Серебро и его соединения
- •§ 15.7 Задачи с решениями
- •ГЛАВА 16. Основные понятия органической химии
- •§16.1. Структурная теория
- •§ 16.2. Классификация органических соединений
- •§ 16.4. Изомерия органических соединений
- •§ 16.6. Классификация органических реакций
- •§ 16.7. Задачи с решениями
- •ГЛАВА 17. Предельные углеводороды
- •§17.1. Алканы
- •§ 17.2. Циклоалканы
- •§ 17.3. Задачи с решениями
- •§ 18.1. Алкены
- •ГЛАВА 19. Алкины
- •ГЛАВА 20. Ароматические углеводороды
- •ГЛАВА 21 Гидроксильные соединения
- •§ 21.2. Многоатомные спирты
- •§21.3. Фенол
- •§21.4. Задачи с решениями
- •ГЛАВА 22. Карбонильные соединения
- •ГЛАВА 23. Карбоновые кислоты и их производные
- •§23.1. Карбоновые кислоты
- •§23.2. Функциональные производные карбоновых кислот
- •§23.3. Жиры
- •§23.4. Задачи с решениями
- •ГЛАВА 24. Углеводы
- •§24.1. Моносахариды
- •§24.2. Сахароза
- •§24.3. Полисахариды
- •§24.4. Задачи с решениями
- •ГЛАВА 25. Амины. Аминокислоты
- •§25.1. Амины
- •§25.2. Аминокислоты
- •§25.3. Белки
- •§25.4. Задачи с решениями
- •ГЛАВА 26. Нуклеиновые кислоты
ГЛАВА 19. Алкины
Алкинами называются непредельные углеводороды, моле*
кулы которых содержат одну тройную связь. Первый пред¬
ставитель этого класса ацетилен НСеСН, в связи с чем ал¬
кины также называют ацетиленовыми углеводородами.
Ближайшие гомологи ацетилена:
СНз-CsCH |
CH3-CH2-CsCH |
СНз-СнС-СНз |
пропин |
Сутин-1 |
бутин-2 |
Простейший алкин с разветвленным углеродным скелетом:
НС=С <рН СНз
СНз
З-метилбутин-1
Общая формула гомологического ряда алкинов СпНгп-2- Она
совпадает с общей формулой алкадиенов, поэтому алкины и
алкадиены являются межклассовыми изомерами.
Строение. Строение тройной связи в алкинах подробно
рассмотрено в § 3.4. Атомы углерода при тройной связи на¬
ходятся в состоянии ^р-гибридизации. Две a-связи, образо¬
ванные гибридными орбиталями, располагаются по одной
линии под углом 180° друг к другу; две я-связи образованы
при перекрывании двух пар негибридных 2/м>рбиталей со¬
седних атомов углерода. Тройная связь является сочетанием
одной о- и двух л-связей. Длина тройной связи С=С составля¬
ет 0,120 нм.
Изомерия. Структурная изомерия алкинов обусловлена изомерией углеродного скелета (например, З-метилбутин-1 и
пентин-1) и изомерией положения тройной связи (бутин-1 и
бутин-2, см. выше; см. также задачу 1). Пространственная
изомерия для алкинов не характерна.
Номенклатура. В алкинах с неразветвленной углеродной
цепью нумерацию начинают с того конца, ближе к которому
находится тройная связь. В названии соответствующего ал¬
кана окончание -ан заменяется на -ин. В разветвленных ал¬
она содержала тройную связь, даже если она при этом и не будет самой длинной. Перед названием главной цепи указывают номер атома углерода, при котором находится заместитель,
202
звание этого заместителя. Номер после названия главной цс
пи указывает положение тройной связи, например:
1 2 3 4 5
СН3-С=С СН-СНз СНз
4-метиллентин-2
Физические свойства алкинов похожи на свойства алка¬ нов и алкенов. При обычных условиях С2 С4 газы, С5 С16
жидкости, начиная с Ciq твердые вещества. Температуры
кипения алкинод выше, чем у соответствующих алкенов.
Получение. Общий способ получения алкинов отщепле¬ ние двух молекул галогеноводорода от дигалогеналканов, которые содержат два атома галогена либо у соседних, либо
у одного атома углерода, под действием спиртового раство¬ ра щелочи:
с2Н5ОН |
НС=СН + 2КВг + 2Н20, |
CH2Br-CH2Br + 2КОН |
|
С2Н5ОН |
> СН3-С=СН + 2КВг + 2Н20, |
СНз-СВг2-СНз + 2КОН |
Гомологи ацетилена получают, действуя галогеналканами
на соли ацетиленовых углеводородов:
CH3-C=CNa + Br-R > CH3-C=C-R + NaBr.
Ацетилен получают в промышленности путем высокотем¬
пературного крекинга метана:
|
1500°С |
2СН4 |
СН^СН + ЗН2. |
В лабораторных условиях ацетилен получают гидролизом
карбида кальция (см. задачу 3 гл. 12):
СаС2 + 2Н20 = Са(ОН)2 + C2H2t.
Химические свойства алкинов обусловлены наличием в их молекулах тройной связи. Типичными реакциями для ацети¬
лена и его гомологов являются реакции АЕ. Отличие алкинов
от алкенов заключается в том, что реакции присоединения
могут протекать в две стадии. На первой стадии идет при¬
соединение к тройной связи с образованием двойной связи, а
на второй стадии присоединение к двойной связи.
203
Алкины обесцвечивают бромную воду (см. задачу 2):
|
ВГг |
Вг2 |
СН=СН |
> СНВг=СНВг |
> СНВг2-СНВг2, |
или |
|
|
|
С2Н2 + 2Вг2 |
> С2Н2ВГ4. |
Галогеноводороды присоединяются к тройной связи в две стадии. На обеих стадиях присоединение идет по правилу
Марковникова:
HCI |
HCI |
СНзСН > СН2=СНС1 |
СН3-СНС12. |
Тройная связь присоединяет водород в присутствии ме¬
таллических катализаторов при нагревании. Реакция может
протекать в две стадии. На первой стадии образуется алкен,
а при полном гидрировании алкан:
н2 |
> СН3-СН=СН2 |
н2 |
СНз-СзСН |
> СН3-СН2-СН3. |
Гидратация алкинов (реакция Кучерова) происходит в
присутствии солей ртути (II) в кислой среде. На первой ста¬
дии реакции образуется непредельный спирт, в котором
группа ОН находится у атома углерода при двойной связи.
Такие спирты (они называются енолы) неустойчивы, в мо¬
мент образования они изомеризуются в более стабильные
карбонильные соединения (альдегиды или кетоны):
HgJ\ Н*
СНзСН + Н20 > [СН2=СН-ОН] > СНз-СН=0.
В результате реакции Кучерова ацетилен превращается в
ацетальдегид, а гомологи ацетилена в кетоны.
Алкины, содержащие тройную связь в конце цепи, прояв¬
ляют очень слабые кислотные свойства. Атом водорода при
этой тройной связи может замещаться на металл под дей¬
ствием сильных оснований:
2R-C=C-H + 2NaH > 2R-C=C-Na + Н2
или аммиачного раствора оксида серебра:
НС=СН + Ад20 |
NH3 |
Ag-CaC-Agi + Н20. |
204
Более точную запись этого уравнения см. в задаче 3. Ацети¬
лен можно регенерировать из ацетиленида серебра действием
сильных кислот:
Ag-C=C-Ag + 2HCI > HC^CHt + 2AgCI.
Все алкины легко окисляются перманганатом калия. Про
дукты окисления зависят от условий проведения реакции.
При нагревании алкинов с кислым раствором перманганата калия происходит разрыв тройной связи, и образуются кар¬ боновые кислоты:
R-C=C-R* + Э[0] + Н20 = R-COOH + R'-COOH.
Качественными реакциями на алкины служат; а) обесцве¬
чивание бромной воды и перманганата калия, б) реакция с
аммиачным раствором оксида серебра в случае концевого положения тройной связи.
Применение. Ацетилен используется для сварки металлов,
поскольку при его горении развивается высокая температу¬
ра. Ацетилен также является исходным продуктом для синте¬
за многих органических продуктов, например, уксусной кис¬ лоты, бутадиена, акрилонитрила.
Задачи с решениями
Задача 1. Напишите структурные формулы изомерных
ацетиленовых углеводородов состава С7Н12, главная цепь ко¬
торых состоит из пяти углеродных атомов, и назовите их.
Решение. Тройная связь в главной цепи может находиться
в положениях 1 и 2:
С-С-С-С=С С-С-С=С-С
В первом случае возможны четыре структурных изомера (две
группы -СНз в положениях 3,3; 3,4; 4,4 или одна группа -
С2Н5 в положении 3):
<рНз |
<рНз |
Chfe-CH2-(p-CsCH |
СНз-(р-СН2-С=СН |
СНз |
СНз |
3.3-диметилпентин-1 |
4,4-диметилпентин-1 |
СНз-<рН-<рН-С=СН |
СН3-СН2-(рН-С=СН |
СНз СНз |
С2Н5 |
3.4-диметнлпентнн-1 |
З-этилпентнн-1 |
Во втором случае возможен единственный изомер, когда две метальные группы находятся в положении 4:
<рНз СНз <р С=С СНз
СНз
4,4-димегтлпенпш-2
Ответ. 5 изомеров.
Задача 2. При пропускании смеси пропана и ацетилена
через склянку с бромной водой масса склянки увеличилась на
1.3 г. При полном сгорании такого же количества исходной
смеси углеводородов выделилось 14 л (н.у.) оксида углерода (IV). Определите массовую долю пропана в исходной смеси.
Решение. Ацетилен поглощается бромной водой:
НСэЮН + 2Вг2 |
НСВг2-СНВг2 . |
1.3 г это масса ацетилена. v(C2H2) = 1,3/26 = 0,05 моль. При
сгорании этого количества ацетилена по уравнению
2С2Н2 + 502 = 4С02 + 2Н20
выделилось 2*0,05 = 0,1 моль С02. Общее количество С02
равно 14/22,4 = 0,625 моль. При сгорании пропана по урав¬
нению
С3На + 502 = ЗСОз + 4Н20
вьщелилось 0,625-0,1 = 0,525 моль С02, при этом в реакцию
вступило 0,525/3 =0,175 моль СзНе массой 0,175-44 = 7,7 г.
Общая масса смеси углеводородов равна 1,3+7,7 = 9,0 г, а
массовая доля пропана составляет: ©(СзНе) = 7,7/9,0 = 0,856,
или 85,6%.
Ответ. 85,6% пропана.
206