у какой молекулы тройная связь

Алкины

Номенклатура и изомерия алкинов

Названия алкинов формируются путем добавления суффикса «ин» к названию алкана с соответствующим числом: этин, пропин, бутин и т.д.

При составлении названия алкина важно учесть, что главная цепь атомов углерода должна обязательно содержать тройную связь. Нумерация атомов углерода в ней начинается с того края, к которому ближе тройная связь. В конце названия указывают атом углерода у которых начинается тройная связь.

Для алкинов характерна изомерия углеродного скелета, положения тройной связи, межклассовая изомерия с алкадиенами.

Пространственная геометрическая изомерия для них невозможна, ввиду того, что каждый атом углерода, прилежащий к тройной связи, соединен только с одним единственным заместителем.

Получение алкинов

При нагревании метана до 1200-1500 °C происходит димеризация молекул метана, в ходе чего отщепляется водород.

Осуществляется напрямую, из простых веществ. Протекает на вольтовой (электрической) дуге, в атмосфере водорода.

2C + H₂ → (t, вольтова дуга) CH≡CH

В результате разложения карбида кальция образуется ацетилен и гидроксид кальция II.

Получение гомологов ацетилена возможно в реакциях дегидрогалогенирования дигалогеналканов, в которых атомы галогена расположены у одного атома углерода или у двух соседних атомов.

Химические свойства алкинов

Водород присоединяется к атомам углерода, образующим тройную связь. Пи-связи (π-связи) рвутся, остается единичная сигма-связь (σ-связь).

CH≡C-CH₃ + H₂ → (t, Ni) CH₂=CH-CH₃ (в реакции участвует 1 моль водорода)

CH≡CH + 2H₂ → (t, Ni) CH₃-CH₃ (в реакции участвует 2 моль водорода)

Реакция с бромной водой является качественной для непредельных соединений, содержащих двойные (и тройные) связи. В ходе такой реакции бромная вода обесцвечивается, что указывает на присоединение его по кратным связям к органическому веществу.

Алкины вступают в реакции гидрогалогенирования, протекающие по типу присоединения.

Только в реакции с ацетиленом образуется уксусный альдегид. Во всех остальных реакциях (с гомологами ацетилена) образуются кетоны.

Так, при окислении пропина, образуется уксусная кислота и муравьиная кислота, окисляющаяся до угольной кислоты, которая распадается на углекислый газ и воду.

В случае если тройная связь прилежит к краевому атому углерода, то имеющийся у данного атома водород может быть замещен атомом металла. Если тройная связь спрятана внутри молекулы, то образование солей невозможно.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

3.2. Типы связей в молекулах органических веществ. Гибридизация атомных орбиталей углерода. Радикал. Функциональная группа.

Большинство органических соединений имеют молекулярное строение. Атомы в веществах с молекулярным типом строения всегда образуют только ковалентные связи друг с другом, что наблюдается и в случае органических соединений. Напомним, что ковалентным называется такой вид связи между атомами, который реализуется за счет того, что атомы обобществляют часть своих внешних электронов с целью приобретения электронной конфигурации благородного газа.

По количеству обобществлённых электронных пар ковалентные связи в органических веществах можно разделить на одинарные, двойные и тройные. Обозначаются данные типы связей в графической формуле соответственно одной, двумя или тремя чертами:

Кратность связи приводит к уменьшении ее длины, так одинарная С-С связь имеет длину 0,154 нм, двойная С=С связь – 0,134 нм, тройная С≡С связь – 0,120 нм.

Типы связей по способу перекрывания орбиталей

Как известно, орбитали могут иметь различную форму, так, например, s-орбитали имеют сферическую, а p-гантелеобразную форму. По этой причине связи также могут отличаться по способу перекрывания электронных орбиталей:

• ϭ-связи – образуются при перекрывании орбиталей таким образом, что область их перекрывания пересекается линией, соединяющей ядра. Примеры ϭ-связей:

• π-связи – образуются при перекрывании орбиталей, в двух областях – над и под линией соединяющей ядра атомов. Примеры π-связей:

Как узнать, когда в молекуле есть π- и ϭ-связи?

При ковалентном типе связи ϭ-связь между любыми двумя атомами есть всегда, а π-связь имеет только в случае кратных (двойных, тройных) связей. При этом:

Укажем данные типы связей в молекуле бутин-3-овой кислоты:

Гибридизация орбиталей атома углерода

Гибридизацией орбиталей называют процесс, при котором орбитали, изначально имеющие разные формы и энергии смешиваются, образуя взамен такое же количество гибридных орбиталей, равных по форме и энергии.

В случае атомов углерода в гибридизации всегда принимает участие s-орбиталь, а количество p-орбиталей, которые могут принимать участие в гибридизации варьируется от одной до трех p-орбиталей.

Как определить тип гибридизации атома углерода в органической молекуле?

Потренируемся определять тип гибридизации атомов углерода на примере следующей органической молекулы:

Радикал. Функциональная группа

Под термином радикал, чаще всего подразумевают углеводородный радикал, являющийся остатком молекулы какого-либо углеводорода без одного атома водорода.

Название углеводородного радикала формируется, исходя из названия соответствующего ему углеводорода заменой суффикса –ан на суффикс –ил.

Функциональная группа — структурный фрагмент органической молекулы (некоторая группа атомов), который отвечает за её конкретные химические свойства.

В зависимости того, какая из функциональных групп в молекуле вещества является старшей, соединение относят к тому или иному классу.

R – обозначение углеводородного заместителя (радикала).

Радикалы могут содержать кратные связи, которые тоже можно рассматривать как функциональные группы, поскольку кратные связи вносят вклад в химические свойства вещества.

Если в молекуле органического вещества содержится две или более функциональных группы, такие соединения называют полифункциональными.

Источник

Тройная связь

Полезное

Смотреть что такое «Тройная связь» в других словарях:

Тройная связь — Рис.1.Тройная связь в рамках теории валентных связей Тройная связь ковалентная связь двух атомов в молекуле посредством трёх общих связывающих электронных пар. Первая картина наглядного строения тройной связи была дана в … Википедия

тройная связь — trigubasis ryšys statusas T sritis chemija apibrėžtis Trys kovalentiniai ryšiai tarp dviejų atomų. atitikmenys: angl. acetylene bond; triple bond rus. ацетиленовая связь; тройная связь ryšiai: sinonimas – acetileninis ryšys … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

тройная связь — trilypis ryšys statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. triple bond vok. Dreifachbindung, f rus. тройная связь, f pranc. liaison triple, f … Fizikos terminų žodynas

тройная связь — ацетиленовая связь … Cловарь химических синонимов I

ТРОЙНАЯ СВЯЗЬ — см. Кратные связи … Химическая энциклопедия

ацетиленовая связь — тройная связь … Cловарь химических синонимов I

Химическая связь — взаимное притяжение атомов, приводящее к образованию молекул и кристаллов. Принято говорить, что в молекуле или в кристалле между соседними атомами существуют Х. с. Валентность атома (о чём подробнее сказано ниже) показывает число связей … Большая советская энциклопедия

Пи-связь — Рис.1.Пи связь в молекуле этилена … Википедия

Ковалентная связь — Рис.1. Модель одинарной ковалентной связи (электронная плотность выделена красным цветом) Ковалентная связь (атомная связь, гомеополярная связь) химическая связь, образованная перекрытием (обобществлением) пары … Википедия

Источник

Тройная связь

Тройная связь — ковалентная связь двух атомов в молекуле посредством трёх общих связывающих электронных пар.

Первая картина наглядного строения тройной связи была дана в теории валентных связей. Тройная связь в рамках теории валентных связей образуется путём перекрытия двух p-атомных орбиталей атомов в двух перпендикулярных плоскостях и одной s-атомной орбитали атома в состоянии sp-гибридизации по оси, соединяющей атомы (рис.1).

Дальнейшее развитие этих представлений нашло отражение в работах Гиллеспи-Найхолма. Идея учёта отталкивания электронных пар получила заслуженное признание и распространение под названием теории отталкивания электронных пар.

В основу теории положена модель жёстких сфер. Согласно этой модели, длина простой ковалентной связи d равна сумме радиусов двух атомных остовов и диаметра совместно используемой электронной пары (2r_e):

Для гомоядерной двухатомной молекулы ковалентный радиус атома r_ков = 1/2d, поэтому справедливо следующее соотношение:

Из этого соотношения можно рассчитать радиусы электронных пар для большинства элементов, используя значения ковалентных радиусов и ионных радиусов по Полингу, которые соответствуют размерам атомных остовов. [2]

Для атома углерода ковалентный радиус равен 0,77 Å, радиус атомного остова — 0,15 Å, радиус связывающей электронной пары — 0,62 Å, длина химической связи углерод-углерод — 1,54 Å. [2]

Соединения с кратными химическими связями легко вступают в реакции присоединения и получили название непредельных соединений.

Источник

§ 18. Алкины

Оглавление

Алкины

Атомы углерода могут быть связаны между собой не только одинарными или двойными, но также тройными связями. Простейшим углеводородом, содержащим тройную связь, является этин или ацетилен . Рассмотрим его строение.

Каждый атом углерода в ацетилене образует четыре химические связи. Образование этих связей происходит за счёт четырёх атомных орбиталей:

Вспомним строение этилена:

Вторая связь между атомами углерода образуется за счёт бокового перекрывания негибридных p-орбиталей атомов углерода — это π-связь:

sp-Гибридные орбитали располагаются на одной прямой, под углом 180°. Две не участвующие в гибридизации р-орбитали атома углерода сохраняют свою первоначальную форму и располагаются взаимно перпендикулярно:

За счёт перекрывания гибридных орбиталей каждый атом углерода образует две σ-связи — одну связь с атомом водорода и одну — с соседним углеродом:

Орбитали, не участвующие в гибридизации, формируют две π-связи между атомами углерода:

Таким образом, в молекуле ацетилена имеется три σ-связи и две π-связи:

Тройная связь короче двойной и одинарной: в молекуле ацетилена длина связи между атомами углерода равна 0,120 нм. Напомним, что в молекулах этилена и этана длина связи между атомами углерода составляет 0,134 и 0,154 нм соответственно.

Ацетилен является простейшим представителем алкинов — нециклических углеводородов, молекулы которых содержат одну тройную связь.

Изомерия алкинов

Алкинам так же, как и алкенам, свойственна изомерия положения кратной связи и изомерия углеродного скелета:

Обратите внимание, что у алкинов изомерия углеродного скелета возможна, начиная с вещества, содержащего пять атомов углерода в молекуле. Как уже упоминалось, алкины и алкадиены имеют одинаковую общую формулу C_nH_2n–2. Поэтому алкины могут быть изомерны алкадиенам. Такие изомеры называются межклассовыми. Например, формулу C₄H₆ имеют вещества:

Номенклатура алкинов

Приведём несколько примеров формул и названий алкинов:

а) в названии «пропин» нет необходимости указывать положение тройной связи;

б) атомы углерода главной цепи нумеруют, начиная с того конца, к которому ближе тройная связь.

Физические свойства

Физические свойства алкинов подобны свойствам соответствующих алкенов. Так, алкины с числом атомов углерода в молекуле 2—4 при комнатной температуре являются бесцветными газообразными веществами. Алкины с числом атомов углерода в молекуле от 5 до 16 — жидкости. Алкины с числом атомов углерода в молекуле больше 16 представляют собой твёрдые вещества. Температуры кипения некоторых алкинов неразветвлённого строения приведены в таблице 18.1.

Таблица 18.1. Температуры кипения алкинов

Температура кипения (t_кип, °С)

Алкины нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях.

Плотность жидких и твёрдых алкинов меньше, чем у воды.

Химические свойства алкинов

Химические свойства алкинов сходны со свойствами алкенов, так как в молекулах веществ обоих классов имеется кратная связь. Характерными для алкинов являются реакции присоединения по тройной связи, сопровождающиеся разрывом π-связей, так как они менее прочные, чем σ-связь. Так же, как и алкены, алкины могут присоединять галогены, водород, галогеноводороды, причём одна молекула алкина может присоединить две молекулы указанных веществ.

1. Галогенирование. Присоединение галогенов

Алкины, подобно алкенам, обесцвечивают бромную воду:

Образующийся 1,2-дибромэтен содержит двойную связь, поэтому при избытке брома вступает в реакцию присоединения. В итоге образуется тетрабромпроизводное алкана:

В отличие от алкенов, состав продуктов реакции алкинов с бромом зависит от количественного соотношения реагентов. При недостатке брома могут образовываться соединения, содержащие двойную связь, тогда как в избытке образуются насыщенные соединения.

Две предыдущие реакции можно объединить в одну:

Таким образом, при пропускании ацетилена через бромную воду, протекает реакция присоединения брома по тройной связи. В результате оранжевый раствор брома обесцвечивается. Подобное явление наблюдалось и для алкенов.

Следовательно, реакция с бромной водой является качественной реакцией на кратную (двойную или тройную) связь.

Так же, как этилен, ацетилен обесцвечивает водный раствор перманганата калия. Следовательно, реакция с раствором перманганата калия также является качественной реакцией на кратную (двойную или тройную) связь.

2. Гидрирование. Присоединение водорода

В результате гидрирования алкинов сначала образуются алкены, а затем алканы. Для протекания реакции необходим катализатор (Pt или Ni).

Приведём уравнения реакций, протекающих при гидрировании пропина:

3. Гидрогалогенирование. Присоединение галогеноводородов

Алкины могут присоединять молекулы сложных веществ. В результате присоединения молекулы хлороводорода к молекуле ацетилена образуется хлорэтен:

Углеводородный радикал имеет тривиальное называние винил. Поэтому хлорэтен часто называют винилхлоридом. Винилхлорид — бесцветный газ со слабым сладковатым запахом, очень ядовит, t_кип = –14 °С.

Молекула винилхлорида содержит двойную связь, поэтому он, подобно алкенам, вступает в реакцию полимеризации:

Продукт реакции полимеризации винилхлорида — поливинилхлорид, или сокращённо ПВХ, широко используется для изготовления оконных рам, дверей, линолеума, электроизоляции проводов, искусственной кожи и других изделий.

С особенностями присоединения галогеноводородов и воды к гомологам ацетилена вы можете познакомиться, перейдя по ссылке в QR-коде.

4. Горение. Взаимодействие с кислородом

Как и все углеводороды, алкины горят. Уравнение реакции горения ацетилена:

При горении ацетилена в кислороде выделяется большое количество теплоты, температура пламени настолько высока, что им можно сваривать и резать металлы. Поэтому ацетиленовое пламя используется при сварке и ремонте металлических изделий.

Получение ацетилена

1. Карбидный способ

Ацетилен получают в результате действия воды на карбид кальция СаС₂. Чистый карбид кальция представляет собой твёрдое белое вещество без запаха. Технический продукт имеет серый цвет и неприятный запах из-за наличия примесей.

Карбид кальция бурно реагирует с водой, при этом выделяется ацетилен:

Для получения карбида кальция используют известняк (СаСО₃), при прокаливании которого образуется оксид кальция. Затем оксид кальция спекают с углём в электропечи при температуре примерно 2000 °С:

2. Пиролиз метана

Ещё одним способом получения ацетилена является частичное термическое разложение метана. Вы уже знаете, что если алканы нагреть до высокой температуры (подвергнуть пиролизу), то они разлагаются на углерод и водород (§ 10). Оказывается, одним из промежуточных продуктов пиролиза метана является ацетилен. Чтобы предотвратить разложение ацетилена, образующегося при высокой температуре (примерно 1500 °С), продукты реакции быстро охлаждают. Протекающий процесс можно отобразить уравнением:

С другими методами получения алкинов вы можете познакомиться, перейдя по ссылке в QR-коде.

Углеводороды нециклического строения, в молекулах которых имеется одна тройная связь, называются алкинами.

Тройная связь в молекулах алкинов включает одну σ — и две π -связи.

Характерными для алкинов являются реакции присоединения по тройной связи. При этом происходит расщепление π -связей. Алкины могут присоединять галогены, водород, галогеноводороды.

Реакции обесцвечивания раствора перманганата калия и бромной воды являются качественными реакциями на кратную (двойную и тройную) связь.

Ацетилен получают действием воды на карбид кальция и пиролизом метана.

Алкины изомерны алкадиенам.

*Присоединение галогеноводородов и воды к гомологам ацетилена

Гомологи ацетилена присоединяют галогеноводороды и воду в соответствии с правилом Марковникова, т. е. водород присоединяется к более гидрогенизированному атому углерода тройной связи.

Присоединение галогеноводородов. Гидрогалогенирование

Приведём уравнение реакции присоединения хлороводорода к пропину:

Присоединение воды. Гидратация

Присоединение воды к ацетилену происходит в присутствии солей ртути и серной кислоты. При этом образуется уксусный альдегид:

Эта реакция носит имя русского химика Михаила Григорьевича Кучерова.

Рассмотрим подробнее, как протекает данная реакция. Сначала молекула воды присоединяется по одной π-связи молекулы ацетилена. При этом образуется неустойчивый виниловый спирт:

Спирты, у которых гидроксильная группа находится при двойной связи C C неустойчивы, поэтому виниловый спирт сразу же превращается в уксусный альдегид:

Теперь рассмотрим присоединение воды к пропину. Реакция протекает в соответствии с правилом Марковникова, поэтому в данном случае образуется кетон. Присоединение воды к пропину:

*Методы получения алкинов

Дегидрогалогенирование дигалогенпроизводных алканов

Ацетилен можно получить дегидрогалогенированием 1,2-дибромэтана спиртовым раствором щёлочи:

Как видно, от одной молекулы дигалогенпроизводного отщепляются две молекулы бромоводорода, в результате образуется ацетилен.

Вопросы и задания

1. Изобразите шаростержневую модель молекулы бутина-2. Укажите типы гибридизации атомов углерода в данной молекуле и валентные углы. Может ли бутин-2 существовать в виде пространственных цис- и транс-изомеров?

2. Существует ли углеводород разветвлённого строения, содержащий в молекуле четыре атома углерода и: а) двойную связь; б) тройную связь?

3. Напишите структурные формулы изомерных алкинов состава С₅Н₈. Дайте им названия. * Напишите структурные формулы межклассовых изомеров того же состава.

4. Напишите уравнение реакции присоединения одной молекулы брома к молекуле бутина-2. Назовите продукт реакции.

5. В результате неполного гидрирования алкина получается алкен, при взаимодействии которого с бромной водой образуется дибромпроизводное алкана состава C₄H₈Br₂, молекула которого имеет симметричное строение. Приведите структурную формулу алкина и алкена, а также уравнения всех протекающих реакций.

7*. Газообразный углеводород, объёмом 400 мл (н. у.) смешали с кислородом, объёмом 1000 мл (н. у.) и подожгли. Вещества прореагировали полностью и образовались углекислый газ объёмом 800 мл (н. у.) и вода. Определите формулу углеводорода.
(Ответ: ацетилен.)

Источник