Какие углеводороды взаимодействуют с водой

Химия, Биология, подготовка к ГИА и ЕГЭ

Вопрос А14 ЕГЭ по химии

Характерные химические свойства углеводородов: алканов, циклоалканов, алкенов, диенов, алкинов, ароматических углеводородов (бензола и толуола)

Темы, которые нужно знать:

В лекциях по каждому классу веществ мы подробно рассматривали химические свойства и качественные реакции. Здесь мы рассмотрим именно те химические свойства углеводородов, на которые стоит обратить внимание, т.к. они часто встречаются в вопросах ЕГЭ.

алканы — малоактивные вещества
характерные реакции:замещения:

• СH₄ + Cl₂ = CH₃Cl + HCl

• CH₄ + HNO₃ = CH₃-NO₂ + H₂O

Характерные химические свойства — реакции присоединения:

• гидрирование: C₂H₄ + H₂ = C₂H₆

• галогенирование: C₂H₄ + Cl₂ = C₂H₄Cl₂

• гидрогалогенирование: C₂H₄ + HCl = C₂H₅Cl

• присоединение H2O: C₂H₄ + H₂O = С₂H₅OH
• полимеризация:
  n C₂H₄ =n(-C₂H₄-)

Для бензола и его гомологов характерные химические свойства — реакции замещения:

Углеводороды	Характерные химические реакции	Обратить внимание!
Алканы	Реакция Вюрца: по сути это реакция удвоения цепи: 2CH3Cl + 2Na = C2H6 + 2NaCl Крекинг: реакция уменьшения цепи: C10H22=C55H12 + C5H10 Алканы не окисляются Дегидрирование: C5H12=C55H10 + H2 C5H12=C5H8 + 2H2
Галогеналканы	Характерные химические свойства взаимодействие с водой: СH3-CH2-Cl + HOH = СH3-CH2-OH + HCl дегидрогалогенирование: СH3-CH2-Cl → СH2=CH2 + HCl	Правило Зайцева: при дегидрогалогенировании вторичных и третичных галогенидов водород отщепляется преимущественно от наименее гидрогенизированного атома углерода СH3-CH Cl -C H 2-СH3 → СH3-CH = CH—СH3+ HCl Взаимодействие с щелочами: (среда реакции оказывает влияние на продукты) СH3-CH2-Cl + NaOH ( водный раствор ) → СH3-CH2-OH + NaCl СH3-CH2-Cl + NaOH ( спиртовой раствор ) → СH2=CH2 + NaCl + H2O
Алкены	Правило Марковникова: при присоединении протонных кислот и воды к несимметричным алкенам и алкинам атом водорода присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода. СH 2 =CH-CH3 + HCl = CH 3 -CH Cl -CH3 (2-хлорпропан) СH 2 =CH-CH3 + H2O = CH 3 -CH (OH) -CH3 (пропанол-2) Окисление алкенов: Мягкое окисление (KMnO4/H2O)- образуются двухатомные спирты: 3СH2=CH-CH3 + 2KMnO4 + 4H2O = 3CH2(OH)-CH(OH)-CH2 + 2MnO2 + 2KOH При жестком окислении (t, KMnO4/H2SO4) идет разрыв войной связи с образованием кислоты: СH2=CH-CH3 +[O] = 3CH3COOH (HCOOH)
Алкины	Характерные химические свойства — реакции присоединения: гидрирование: C2H2 + H2 = C2H4 галогенирование: C2H2 + Cl2 = C2H2Cl2 гидрогалогенирование: C2H2 + HCl = C2H3Cl образование ацетиленидов серебра и меди: C2H2 + Ag2O (Cu2O) = C2Ag2 + H2O	Реакция присоединения воды — с образованием альдегидов и кетонов: СH ≡ CH + H2O (Hg 2+ )= CH3CHO (альдегид) СH≡C-СH3 + H2O (Hg 2+ ) = СH3-C(=O)-СH3 (кетон) Реакции окисления алкинов -идут с разрывом тройной связи: С4H6+ [O] → 2CH3COOH
Алкадиены	Характерные химические свойства — реакции присоединения (как у алкенов) и полимеризации
Циклоалканы	Характерные химические свойства — реакции замещения: C2H4 + Cl2 = C2H3Cl+ HCl	Циклопропан и циклобутан вступают в реакции присоединения с раскрытием цикла: Окисление циклоалканов: цикл разрывается и по концам образуется группа -COOH: C5H10 + [O] → HOOC-(CH2)3-COOH
Бензол и его гомологи	У гомологов бензола направление реакции замещения зависит от катализатора: Окисление аренов: бензол не окисляется . любые гомологи бензола окисляются до бензойной кислоты: C7H8 + [O] = C6H5COOH

Кстати, ответы на наши вопросы:

А14 1 вариант: в отличие от пропена пропин взаимодействует с аммиачным раствором оксида серебра

Ответ: 1)

А14 2 вариант: кетон образуется при гидратации пропина

Источник

Химические свойства алкинов

Алкины – это непредельные (ненасыщенные) нециклические углеводороды, в молекулах которых присутствует одна тройная связь между атомами углерода С≡С.

Остановимся на свойствах, способах получения и особенностях строения алкинов.

Химические свойства алкинов

Алкины – непредельные углеводороды, в молекулах которых есть одна тройная связь. Строение и свойства тройной связи определяют характерные химические свойства алкинов. Химические свойства алкинов схожи с химическими свойствами алкенов из-за наличия кратной связи в молекуле.

Для алкинов характерны реакции окисления. Окисление алкенов протекает преимущественно по тройной связи, хотя возможно и жесткое окисление (горение).

1. Реакции присоединения

Тройная связь состоит из σ-связи и двух π-связей. Сравним характеристики одинарной связи С–С, тройной связи С ≡ С и связи С–Н:

Энергия связи, кДж/моль	Длина связи, нм
С – С	348	0,154
С ≡ С	814	0,120
С – Н	435	0,107

Таким образом, тройная связь С≡С короче, чем одинарная связь С–С , поэтому π-электроны тройной связи прочнее удерживаются ядрами атомов углерода и обладают меньшей поляризуемостью и подвижностью. Реакции присоединения по тройной связи к алкинам протекают сложнее, чем реакции присоединения по двойной связи к алкенам.

Для алкинов характерны реакции присоединения по тройной связи С ≡ С с разрывом π-связей.

1.1. Гидрирование

Гидрирование алкинов протекает в присутствии катализаторов (Ni, Pt) с образованием алкенов, а затем сразу алканов.

Например, при гидрировании бутина-2 в присутствии никеля образуется сначала бутен-2, а затем бутан.

При использовании менее активного катализатора (Pd, СaCO₃, Pb(CH₃COO)₂) гидрирование останавливается на этапе образования алкенов.

Например, при гидрировании бутина-1 в присутствии палладия преимущественно образуется бутен-1.

1.2. Галогенирование алкинов

Присоединение галогенов к алкинам происходит даже при комнатной температуре в растворе (растворители — вода, CCl₄).

При взаимодействии с алкинами красно-бурый раствор брома в воде (бромная вода) обесцвечивается. Это качественная реакция на тройную связь.

Например, при бромировании пропина сначала образуется 1,2-дибромпропен, а затем — 1,1,2,2-тетрабромпропан.

Аналогично алкины реагируют с хлором, но обесцвечивания хлорной воды при этом не происходит, потому что хлорная вода и так бесцветная)

Реакции протекают в присутствии полярных растворителей по ионному (электрофильному) механизму.

1.3. Гидрогалогенирование алкинов

Алкины присоединяют галогеноводороды. Реакция протекает по механизму электрофильного присоединения с образованием галогенопроизводного алкена или дигалогеналкана.

Например, при взаимодействии ацетилена с хлороводородом образуется хлорэтен, а затем 1,1-дихлорэтан.

При присоединении галогеноводородов и других полярных молекул к симметричным алкинам образуется, как правило, один продукт реакции, где оба галогена находятся у одного атома С.

При присоединении полярных молекул к несимметричным алкинам образуется смесь изомеров. При этом выполняется правило Марковникова.

Правило Марковникова: при присоединении полярных молекул типа НХ к несимметричным алкинам водород преимущественно присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода при двойной связи.

Например, при присоединении хлороводорода HCl к пропину преимущественно образуется 2-хлорпропен.

1.4. Гидратация алкинов

Гидратация (присоединение воды) алкинов протекает в присутствии кислоты и катализатора (соли ртути II).

Сначала образуется неустойчивый алкеновый спирт, который затем изомеризуется в альдегид или кетон.

Например, при взаимодействии ацетилена с водой в присутствии сульфата ртути образуется уксусный альдегид.

Гидратация алкинов протекает по ионному (электрофильному) механизму.

Для несимметричных алкенов присоединение воды преимущественно по правилу Марковникова.

Например, при гидратации пропина образуется пропанон (ацентон).

1.5. Димеризация, тримеризация и полимеризация

Присоединение одной молекулы ацетилена к другой (димеризация) протекает под действием аммиачного раствора хлорида меди (I). При этом образуется винилацетилен:

Тримеризация ацетилена (присоединение трех молекул друг к другу) протекает под действием температуры, давления и в присутствии активированного угля с образованием бензола (реакция Зелинского):

Алкины также вступают в реакции полимеризации — процесс многократного соединения молекул низкомолекулярного вещества (мономера) друг с другом с образованием высокомолекулярного вещества (полимера).

nM → M_n (M – это молекула мономера)

Например, при полимеризации ацетилена образуется полимер линейного или циклического строения.

… –CH=CH–CH=CH–CH=CH–…

2. Окисление алкинов

Реакции окисления в органической химии сопровождаются увеличением числа атомов кислорода (или числа связей с атомами кислорода) в молекуле и/или уменьшением числа атомов водорода (или числа связей с атомами водорода).

2.1. Горение алкинов

Алкины, как и прочие углеводороды, горят с образованием углекислого газа и воды.

Уравнение сгорания алкинов в общем виде:

Например, уравнение сгорания пропина:

2.2. Окисление алкинов сильными окислителями

Алкины реагируют с сильными окислителями (перманганаты или соединения хрома (VI)). При этом происходит окисление тройной связи С≡С и связей С-Н у атомов углерода при тройной связи. При этом образуются связи с кислородом.

При окислении трех связей у атома углерода в кислой среде образуется карбоксильная группа СООН, четырех — углекислый газ СО₂. В нейтральной среде — соль карбоновой кислоты и карбонат (гидрокарбонат) соответственно.

Таблица соответствия окисляемого фрагмента молекулы и продукта:

Окисляемый фрагмент	KMnO4, кислая среда	KMnO4, H2O, t
R-C ≡	R-COOH	-COOMe
CH ≡	CO2	Me2CO3 (MeHCO3)

При окислении бутина-2 перманганатом калия в среде серной кислоты окислению подвергаются два фрагмента СН₃–C ≡ , поэтому образуется уксусная кислота:

При окислении 3-метилпентина-1 перманганатом калия в серной кислоте окислению подвергаются фрагменты R–C и H–C , поэтому образуются карбоновая кислота и углекислый газ:

При окислении алкинов сильными окислителями в нейтральной среде углеродсодержащие продукты реакции жесткого окисления (кислота, углекислый газ) могут реагировать с образующейся в растворе щелочью в соотношении, которое определяется электронным балансом с образованием соответствующих солей.

Например, при окислении бутина-2 перманганатом калия в воде при нагревании окислению подвергаются два фрагмента R–C ≡ , поэтому образуется соль уксусной кислоты – ацетат калия

Аналогичные органические продукты образуются при взаимодействии алкинов с хроматами или дихроматами.

Окисление ацетилена протекает немного иначе, σ-связь С–С не разрывается, поэтому в кислой среде образуется щавелевая кислота:

В нейтральной среде образуется соль щавелевой кислоты – оксалат калия:

Обесцвечивание раствора перманганата калия — качественная реакция на тройную связь.

3. Кислотные свойства алкинов

Связь атома углерода при тройной связи (атома углерода в sp-гибридизованном состоянии) с водородом значительно более полярная. чем связь С–Н атома углерода при двойной или одинарной связи (в sp 2 и sp 3 -гибридном состоянии соответственно). Это обусловлено большим вкладом s-орбитали в гибридизованное состояние.

Гибридизация:	sp	sp 2	sp 3
Число s-орбиталей	1	1	1
Число p-орбиталей	1	2	3
Доля s-орбитали	50%	33%	25%

Повышенная полярность связи С–Н у атомов углерода при тройной связи в алкинах приводит к возможности отщепления протона Н + , т.е. приводит к появлению у алкинов с тройной связью на конце молекулы (алкинов-1) кислотных свойств.

Ацетилен и его гомологи с тройной связью на конце молекулы R–C ≡ C–H проявляют слабые кислотные свойства, атомы водорода на конце молекулы могут легко замещаться на атомы металлов.

Алкины с тройной связью на конце молекулы взаимодействуют с активными металлами, гидридами, амидами металлов и т.д.

Например, ацетилен взаимодействует с натрием с образованием ацетиленида натрия.

Например, пропин взаимодействует с амидом натрия с образованием пропинида натрия.

Алкины с тройной связью на конце молекулы взаимодействуют с аммиачным раствором оксида серебра (I) или аммиачным раствором хлорида меди (I).

При этом образуются нерастворимые в воде ацетилениды серебра или меди (I):

Алкины с тройной связью на конце молекулы взаимодействуют с аммиачным раствором оксида серебра или аммиачным раствором хлорида меди (I) с образованием белого или красно-коричневого осадка соответственно. Это качественная реакция на алкины с тройной связью на конце молекулы.

Соответственно, алкины, в которых тройная связь расположена не на конце молекулы, не реагируют с аммиачными растворами оксида серебра или хлорида меди (I).

Источник