Онлайн-урок №21 "Алкени. Алкіни"

Алкены (олефины, этиленовые углеводороды) – углеводороды, которые содержат в молекуле одну двойную связь. Общая формула –.
Первый член ряда – этилен (этен) :

Номенклатура алкенов

Двойную связь обозначают с помощью суффикса -ен. Основная цепь должна включать кратную связь. Нумерация цепи проводится с того конца, к которому ближе двойная связь.
- гексен-2 (гексен-4)

2-этилпентен-1

Строение алкенов

Атомы углерода при двойной связи находятся в состоянии -гибридизации. Двойная связь состоит из -связи, образованной -гибридными орбиталями, и -связи, возникающей за счет перекрывания p-орбиталей. Три -связи атома углерода направлены к вершинам треугольника с атомом  в центре, угол между связями

. 
Молекула этилена плоская, а электронная плотность -связи расположена над и под этой плоскостью. В других алкенах плоским является фрагмент, который непосредственно примыкает к двойной связи. В углеродных соединениях  – связь значительно слабее, чем  – связь. Под воздействием реагентов  – связь легко разрывается. Шаростержневые модели молекул этена и пропена отражают их пространственное строение.

Этен                                  Пропен

Изомерия алкенов

1. Изомерия углеродного скелета.

2. Изомерия положения двойной связи.

3. Межклассовая изомерия (с циклоалканами)

4. Геометрическая изомерия.
Вращения вокруг двойной связи не происходит, ведь для этого нужно разорвать -связь. Из-за этого у алкенов существует изомерия, связанная с тем, что заместители могут располагаться по одну или по разные стороны двойной связи, как, например, у бутена-2.

Для бутена-1 геометрическая изомерия невозможна (у одного из атомов С при двойной связи оба заместителя одинаковы: 2 атома водорода).

Физические свойства алкенов

Этен, пропен и бутен – газы. Алкены, содержащие от 5 до 18 атомов  в молекуле – жидкости. Если атомов в молекуле алкена больше 19 – это твердые вещества. 
Алкены бесцветны, нерастворимы в воде и легче ее, обладают характерным резким запахом.

Химические свойства алкенов

1. Галогенирование.
Непредельные соединения быстро обесцвечивают раствор брома в воде – бромную воду. Это – качественная реакция на кратные связи.

2. Гидрогалогенирование.

3. Присоединение серной кислоты.
Серная кислота обязательно должна быть концентрированной.

4. Гидратация.

5. Гидрирование.

Алкины (ацетиленовые углеводороды) – углеводороды, молекулы которых содержат тройную связь углерод-углерод. Общая формула алкинов – .

Номенклатура алкинов

Тройную связь обозначают суффиксом ин.

ацетилен (этин)

бутин-1

Шаростержневая модель ацетилена.

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

3,6-диметилгептадиин-1,4

Строение алкинов

Атомы углерода тройной связи находятся в состоянии -гибридизации. Сигма-связи, образуемые -гибридными атомами углерода, расположены под углом  друг другу. 
Тройная связь короче и прочнее двойной связи. Она образована тремя парами электронов и включает одну σ- и две π-связи. Две π-связи лежат во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Образование тройной связи в молекуле ацетилена.

Изомерия алкинов

1. Изомерия скелета
2. Изомерия положения тройной связи

бутин-1                                                                                            бутин-2

3. Межклассовая изомерия. Алкинам изомерны, например, алкадиены и циклоалкены.
        

бутин-1                                бутадиен-1,3            циклобутен
Алкины не обладают геометрической изомерией.

Физические свойства алкинов

Ацетилен, пропин и бутин-1 при комнатной температуре – бесцветные газы, остальные алкины – жидкости или твердые вещества. 
Ацетилен немного растворим в воде, хорошо растворяется в ацетоне. Это используют для его хранения и транспортировки. Ацетилен нельзя хранить в баллонах в сжатом состоянии, т.к. под давлением он разлагается со взрывом. В баллон помещают пористый материал, пропитанный ацетоном, а в нем растворяют ацетилен.

Получение алкинов

1. В промышленности ацетилен получают термическим разложением (пиролизом) метана:

.
2. Для получения ацетилена в лаборатории и в технических целях используют взаимодействие карбида кальция с водой: 

3. Другие алкины в лаборатории получают взаимодействием дигалогеналканов, содержащих атомы галогенов у одного или у соседних атомов углерода, со спиртовым раствором щелочи при нагревании:

Химические свойства алкинов

1. Гидрирование алкинов.
Гидрирование алкинов протекает в тех же условиях, что гидрирование алкенов. В зависимости от количества водорода может образоваться алкен или алкан.

2. Галогенирование.
Обесцвечивание бромной воды – качественная реакция на алкины, так же как на алкены.

3. Гидрогалогенирование.
Присоединение хлороводорода к ацетилену приводит к образованию винилхлорида (хлорэтена) – мономера для синтеза распространенного материала поливинилхлорида (ПВХ):

4. Гидратация (реакция Кучерова)
Реакция проходит в кислой среде в присутствии солей ртути. Образующийся на первой стадии енол перегруппировывается в карбонильное соединение.

5.Окисление алкинов.
1. Обесцвечивание подкисленного раствора перманганата калия – качественная реакция на соединения с кратной связью.