Задачи к разделу Алкины

В настоящем разделе представлены задачи по теме Алкины с готовыми решениями: изомерия, номенклатура, способы получения и свойства.

1)Напишите структурные формулы следующих алкинов: а) 4-этил-2-гексин; б) 4-метил-4-изобутил-1-децин; в) 5,10-диметил-5-изобутил-2-додецин; г) 3,7-диметил-6-изопропил-4-децин; д) 1,5-гексадиин; е) 2-метил-винилацетилен; 

Показать решение »

Напишите структурные формулы следующих алкинов

 

2)Назовите по систематической номенклатуре ИЮПАК соединение:

Назовите по номенклатуре ИЮПАК соединение

Показать решение »

Нумеруем самую длинную углерод-углеродную цепь, начиная с того конца, к которому ближе расположена тройная связь:

Назовите по номенклатуре ИЮПАК соединение2

Данное соединение относится к классу алкинов, поэтому корень соединения —ундец, суффикс – ин. Тройная связь расположена во втором положении, поэтому – 2-ундецин

Теперь рассмотрим, какие заместители присутствуют в этом соединении:

  • При четвертом атоме углерода расположена изопропильная группа, следовательно, прибавляем 4-изопропил;
  • При шестом атоме углерода расположена более сложная группа, не имеющая тривиального названия, поэтому назовем ее отдельно: 1`, 2`- диметилпропил

Самая длинная цепь состоит из трех атомов углерода, все связи насыщенные. В первом и втором положении находятся две метильные группы (при их нумерации используем обозначения, отличающиеся от обозначения главной цепи, например, 1`, 2`). Таким образом, данная группа называется — 1`, 2`- диметилпропил.

Теперь дадим полное название соединению по систематической номенклатуре ИЮПАК:

4-изопропил-6-(1`, 2`- диметилпропил)-2-ундецин

3)Волокно виньон используют для изготовления рыболовных сетей, электроизоляции и др. Его получают сополимеризацией хлористого винила с винилацетатом. Напишите уравнения реакций получения винилхлорида и винилацетата, исходя из ацетилена, уксусной кислоты и хлороводорода, а также схему реакции сополимеризации хлорвинила с винилацетатом.

Показать решение »

Волокно виньон используют для изготовления рыболовных сетей

4)Образец индивидуального газообразного вещества может быть этаном, этиленом, ацетиленом. Каким образом качественно можно установить природу этого газа? Охарактеризуйте углерод-углеродные связи в этом ряду соединений.

Показать решение »

Для того, чтобы доказать присутствие этилена можно воспользоваться реакцией его взаимодействия с бромной водой. При этом происходит обесцвечивание раствора брома (в этом случае выделение бромоводорода не должно наблюдаться):

бромирование этилена

Часто применяется качественная реакция окисления алкенов нейтральным раствором перманганата калия до гликолей; при этом малиновый цвет перманганата меняется на бурый цвет МnO2:

Окисление алкенов перманганатом К

 

Реакция с солями меди (I) очень чувствительна на присутствие ацетилена в газовой фазе. При пропускании ацетилена в бесцветный аммиачный раствор ацетата меди (I) образуется красновато-коричневый или фиолетовый аморфный осадок карбида меди (Cu2C2).

Этан химически инертен. Его можно определить по отсутствию реакций с перманганатом калия и солями меди (I). Этан с этими веществами не реагирует.

Углерод-углеродные связи алканов представлены в разделе Строение и физические свойства алканов; связи алкенов – в разделе Строение, изомерия и номенклатура алкенов; связи алкинов – в разделе Строение алкинов, а также в задаче 5 данного раздела.

5)Нарисуйте схемы образования σ- и π-связей для соединений: а) метилацетилена; б) винилацетилена; в) диметилацетилена. Обозначьте валентные состояния атомов углерода, виды σ — и π -связей и углы между направлениями σ-связей. Какие эффекты взаимного влияния атомов возникают в молекулах этих веществ?

Показать решение »

σ-Связь – это ковалентная связь, возникшая при перекрывании s-, p- и гибридных атомных орбиталей вдоль оси, проходящей через центры ядер связываемых атомов (осевое перекрывание).

π-Связь – это ковалентная связь, образованная боковым перекрытием негибридных р-орбиталей. Такое перекрывание происходит вне оси, соединяющей ядра атомов.

Рассмотрим виды гибридизаций, характерных для атома углерода органических соединений.

sp-Гибридизация

Тройная связь включает одну σ- и две π-связи, образуемые двумя sp-гибридизованными атомами углерода.

σ-Связь возникает при осевом перекрывании sp-гибридизованных орбиталей двух расположенных рядом атомов углерода;

одна из π-связей образуется при боковом перекрывании рy-орбиталей, другая – при боковом перекрывании рz-орбиталей. π-Cвязи находятся во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Образование связей на примере молекулы ацетилена H–C≡C–H можно изобразить в виде схемы:

C≡C   σ-связь (перекрывание 2sp-2sp);

π-связь (2рy-2рy);

π-связь (2рz-2рz);

С–Н   σ-связь (перекрывание 2sp-орбиталей углерода и 1s-орбитали водорода).

sp2-Гибридизация

Двойная связь включает одну σ- и одну π-связи.

σ-Связь возникает при осевом перекрывании sp2-гибридизованных орбиталей, а π-связь – при боковом перекрывании р-орбиталей двух соседних гибридных атомов углерода. σ-Связи, образованные sp2-гибридными атомными орбиталями, лежат в одной плоскости под углом 120°. По своей природе π-связь резко отличается от σ-связи: π-связь менее прочная из-за меньшей эффективности перекрывания р-орбиталей.

Образование связей в молекуле этилена можно изобразить следующей схемой:

С=С    σ-связь (перекрывание 2sp2-2sp2) и π-связь (2рz-2рz)

С–Н    σ-связь (перекрывание 2sp2— орбиталей углерода и 1s-орбитали водорода).

sp3-Гибридизация (тетраэдрическая)

При гибридизации одной s- и три р-орбиталей образуются четыре равноценных по форме и энергии sp3-гибридные орбитали. Оси sp3-гибридизованных орбиталей направлены к вершинам правильного тетраэдра. Тетраэдрический угол между ними равен 109°28′, что соответствует наименьшей энергии отталкивания электронов.

Для атома углерода и других элементов 2-го периода этот процесс может быть представлен в виде следующей схемы:

2s + 2px + 2py + 2pz = 4 (2sp3)

Теперь рассмотрим конкретные соединения из задачи.

а) Метилацетилен

В молекуле метилацетилена проявляются положительные индуктивный и мезомерный эффекты.

строение метилацетилена

б) Винилацетилен

В молекуле винилацетилена проявляются положительные индуктивный и мезомерный эффекты.

 строение винилацетилена

в)Диметилацетилен

строение диметилацетилена

В молекуле диметилацетилена проявляются положительные индуктивный и мезомерный эффекты.

6)Волокно нитрон ближе всех других синтетических волокон приближается по свойствам к натуральной шерсти. Материал для него получают полимеризацией акрилонитрила, который синтези­руют из ацетилена и синильной кислоты. Охарактеризуйте виды связей в молекуле этого соединения. Напишите уравнение реакции получения акрилонитрила и схему его полимеризации.

 

Показать решение »

Волокно нитрон

В акрилонитриле присутствует два вида связей: ковалентная полярная (С – N, C – H) и ковалентная неполярная (C – C). Шесть σ-связей и три π-связи.

7)Получите 3-метилпептин-1 двумя способами и составьте для него уравнения реакций: а) с водой в присутствии катализатора (реакция Кучерова); б) с аммиачным раствором оксида серебра; в) с бутанолом-2; г) с уксусной кислотой. Все вещества назовите.

Показать решение »

Получить алкины можно, например, путем дегалогенирования дигалогенпроизводных (1) или алкилирования солей ацетиленовых углеводородов (2):

получить 3-метилпентин-1

Составим схемы уравнений реакций полученного 3-метилпентина-1 с H2O (Hg2+) – реакция Кучерова, с аммиачным раствором Ag2O, с C4H9OH, c CH3COOH:

уравнения реакций 3-метилпептина-1

8)Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществлять следующие превращения: а) бутина-1 в изопропилэтилацетилен; б) 3,3-диметилбутена-1 в 3,3-диметилбутин-1; в) пентина-1 в пентин-2.

Показать решение »

В реакции а) Изопропилэтилацетилен можно получить из бутина-1 с помощью реакций замещения водородного атома при тройной связи на металлический натрий (в жидком аммиаке). Далее, при прибавлении 2-хлорпропана получается  изопропилэтилацетилен.

В реакциях б) и в) нужные продукты реакции можно получить путем присоединения молекулы галогена (б) или галогенводорода (в) и последующем отщеплением HCl от полученного галогенпроизводного:

химические превращения алкинов

Подробнее о способах получения алкинов и способах их получения смотрите в разделах Получение алкинов и Свойства алкинов