Rumus molekul perwakilan alkuna yang paling sederhana. Alkuna. Isomerisme dan tata nama alkuna

Alkuna adalah hidrokarbon dengan komposisi C n H 2n-2 yang mengandung satu ikatan rangkap tiga karbon-karbon.

Tata nama. Nama-nama alkuna dibentuk dengan mengganti akhiran " en" pada nama alkana yang sesuai dengan akhiran " di dalam" Nama sepele dari perwakilan pertama deret homolog adalah asetilena.

Menurut tata nama rasional, alkuna diberi nama sebagai turunan asetilena yang diperoleh dengan mengganti satu atau dua atom hidrogen dengan radikal alkil. Misalnya propin

CH 3 -C≡CH menurut tata nama rasional akan diberi nama metilasetilen.

Menemukan alkuna di alam. Asetilena dan homolognya jarang ditemukan di alam. Yang lebih umum adalah poliin, yang ditemukan di beberapa tumbuhan. Poliin alami mengandung dua hingga lima ikatan rangkap tiga karbon-karbon.

Persiapan alkuna. Pada skala industri, asetilena terutama diproduksi.

1. Pirolisis metana dan alkana:

2. Hidrolisis kalsium karbida: CaC 2 + 2H 2 O → C 2 H 2 + Ca(OH) 2

3. Dehidrohalogenasi dihalida vicinal dan geminal:

Penghapusan hidrogen halida terjadi di bawah pengaruh larutan alkali beralkohol:

4. Alkilasi asetilena dan alkuna:

HC≡СNа + R-Сl → HC≡С-R + NaСl

R-С≡С- MgCl + R-Сl → R-С≡С-R + MgCl 2

Isomerisme.

1. Struktural

Jenis-jenis berikut ini khas untuk alkuna:

a) perbedaan struktur rantai karbon (untuk hidrokarbon dengan jumlah atom karbon≥ 5);

b) lokasi ikatan rangkap yang berbeda (untuk hidrokarbon dengan jumlah atom karbon≥ 4;

c) antar kelas.

Isomer antarkelas alkuna dapat berupa alkadiena dan sikloalkena.

Struktur alkuna. Atom karbon alkuna yang membentuk ikatan rangkap tiga berada dalam keadaan hibridisasi sp. Ikatan rangkap tiga mewakili kombinasi σ-C-C (tumpang tindih sp - sp - orbital) dan dua π Koneksi -S-S(tumpang tindih lateral orbital p-p). Molekul asetilena memiliki struktur linier, sudut antara ikatannya adalah 180 0, dalam molekul homolog dan isomernya hanya terdapat sebagian dari struktur linier.

Ikatan rangkap tiga, dibandingkan dengan ikatan rangkap, lebih pendek dan lebih terpolarisasi. Peningkatan keelektronegatifan atom karbon selama hibridisasi sp menyebabkan polarisasi ikatan σ-C-H yang lebih tinggi dibandingkan dengan alkena.

Molekul asetilena bersifat nonpolar, tetapi ketika satu gugus alkil dimasukkan, momen dipol yang signifikan muncul dibandingkan dengan hidrokarbon etilen:

Properti fisik. Alkuna adalah gas atau cairan tidak berwarna, dimulai dengan C 17 - padatan. Karena alkuna dicirikan oleh momen dipol yang signifikan, dibandingkan dengan alkana dan alkena, alkuna memiliki titik didih dan titik leleh serta kepadatan relatif yang lebih tinggi. Alkuna tidak larut dalam air, tetapi larut dengan baik dalam pelarut organik berpolar rendah. Misalnya, asetilena sangat larut dalam aseton.

Asetilena adalah senyawa yang tidak stabil secara termodinamika; ketika dicairkan, ia mudah terurai menjadi karbon dan hidrogen.

Sifat kimia. Sifat kimia alkuna ditentukan oleh adanya ikatan C≡C, yang, seperti ikatan rangkap karbon-karbon, dicirikan oleh reaksi adisi reagen elektrofilik dan nukleofilik, reaksi oksidasi dan polimerisasi. Alkuna dengan ikatan rangkap tiga terminal mengalami reaksi substitusi hidrogen pada ikatan rangkap tiga, yang memiliki sifat asam lemah.

Jadi, molekul alkuna mengandung dua pusat reaksi utama - ikatan C≡C dan hidrogen bergerak:

Reaksi adisi elektrofilik. Dalam reaksi adisi elektrofilik, asetilena dan homolognya, dibandingkan dengan alkena, menunjukkan reaktivitas yang lebih rendah, karena kekhasan struktur ikatan rangkap tiga. Reaksi berlangsung bertahap (penambahan molekul reagen pertama, dan kemudian yang kedua), sedangkan penambahan molekul elektrofil disertai dengan pembentukan satu isomer geometri (adisi stereoselektif) dan pembentukan campuran isomer geometri. Reaksi adisi pada alkuna dipercepat secara tajam dengan adanya katalis dalam media reaksi - garam tembaga (I) atau merkuri (II). Oleh karena itu, banyak reaksi adisi pada ikatan rangkap tiga yang dianggap sebagai reaksi adisi nukleofilik (air, alkohol, asam karboksilat, dan lain-lain). Selain reaksi tersebut, reaktivitas asetilena rendah dibandingkan dengan alkuna lainnya.

a) penambahan halogen:

Interaksi dengan molekul halogen terjadi sebagai stereoselektif kesurupan- adisi (pembentukan isomer trans). Reaksi brom adalah reaksi kualitatif untuk mendeteksi ikatan rangkap dan rangkap tiga.

b) penambahan hidrogen halida:

Penambahan hidrogen halida terjadi menurut aturan Markovnikov dengan terbentuknya turunan heme-dihalogen.

c) menambahkan air.

Dalam lingkungan asam dengan adanya garam merkuri (II), alkuna bereaksi dengan air membentuk senyawa karbonil (reaksi oleh M.G. Kucherov, 1881). Penambahan air terjadi sesuai dengan aturan Markovnikov dengan pembentukan alkohol tak jenuh (enol) yang tidak stabil, yang, dalam kondisi reaksi, dengan cepat terisomerisasi (aturan A.P. Eltekov, 1887) menjadi senyawa karbonil (keton) yang lebih stabil:

Asetilena menghasilkan asetaldehida:

d) reaksi vinilasi .

Selain reaksi alkohol, asam karboksilat, hidrogen sianida, dll. menjadi alkuna, senyawa dengan ikatan rangkap karbon-karbon terbentuk (turunan vinil):

Ini menghasilkan eter dan ester, akrilonitril, yang digunakan pada skala industri sebagai monomer dalam reaksi polimerisasi (misalnya, dalam produksi polivinil eter, polivinil asetat, poliakrilonitril).

Rreaksi pada ikatan C-H:

A) sifat asam.

Asetilena dan alkuna dengan ikatan rangkap tiga terminal, karena elektronegativitas tinggi dari atom karbon hibridisasi sp, menunjukkan sifat asam karena ikatan CH (CH-keasaman). Kisaran keasaman:

Ketika berinteraksi dengan logam dan basa kuat, garam terbentuk - asetilenida, dan ikatan C-logam memiliki polaritas yang berbeda tergantung pada sifat logam:

Asetilenida logam alkali mudah terurai oleh air.

Reaksi alkuna dengan senyawa organomagnesium (reagen Grignard) ditemukan oleh J. Jotsic (1902), dari interaksi tersebut diperoleh hidrokarbon:

Dengan ion beberapa logam berat, terbentuk garam yang tidak larut dalam air, terkadang berwarna:

RC≡CH + OH → RC≡CAg↓ + 2NH 3 + H 2 O

R-C≡CH + [Сu(NH 3) 2 ]Сl → R-C≡CCu↓ + NH 4 Cl + NH 3

Reaksi digunakan sebagai reaksi kualitatif pada ikatan rangkap tiga terminal.

Asetilenida tembaga dan perak adalah zat yang tidak stabil secara termal dan mudah terurai jika dipanaskan: AgC≡CAg → 2Ag + 2C.

Asetilenida digunakan dalam berbagai sintesis organik.

B) interaksi dengan senyawa karbonil.

Asetilena dan alkuna dengan ikatan rangkap tiga terminal dengan adanya basa bergabung dengan gugus karbonil aldehida dan keton untuk membentuk alkohol tak jenuh:

HC≡CH + H 2 C=O → HC≡C-H 2 C-OH → HO-H 2 C-HC≡C-H 2 C-OH

propargil alkohol butin-2-diol-1,4

Reaksi oksidasi dan reduksi. Alkuna, seperti alkena, mudah teroksidasi oleh zat pengoksidasi dengan kekuatan yang berbeda-beda (lihat “Alkena”). Reaksi dengan kalium permanganat dalam media netral atau sedikit basa (reaksi Wagner) merupakan reaksi kualitatif terhadap sifat hidrokarbon tak jenuh. Selama oksidasi sempurna (pembakaran) asetilena dalam oksigen berlebih, sejumlah besar energi dilepaskan.

Hidrogenasi (reduksi) hidrokarbon asetilena terjadi dengan pembentukan alkena dan kemudian alkana. Hidrogenasi katalitik (katalis: Ni, Pt, Pd) terjadi secara non-stereoselektif, dan terbentuk sebagai cis- dan sebagainya kesurupan-alkena. Reduksi dengan hidrogen pada kondisi lain (misalnya, dengan adanya logam alkali dalam alkohol atau seng dalam asam klorida) sebagian besar menghasilkan trans-alkena:

Dimerisasi, siklooligomerisasi dan polimerisasi. Dengan adanya katalis, asetilena dan alkuna dapat membentuk dimer, trimer siklik dan tetramer, polimer linier:

a) dengan adanya ion tembaga (I) dalam lingkungan asam

b) sikloadisi

c) polimerisasi

cis-poliasetilen, merah, kurang stabil; kesurupan- poliasetilen, biru, lebih stabil.

Aplikasi:

Area utama penerapan alkuna adalah sintesis organik, bahan baku untuk produksi karet sintetis dan polimer lainnya, pengelasan dan pemotongan logam.

Apakah kamu tahu itu

Pada tahun 1836 Ahli kimia Inggris E. Davy adalah orang pertama yang memperoleh asetilena dari kalsium karbida dan mempelajari beberapa sifat-sifatnya.

Pada tahun 1860-an, dengan pirolisis metana, diperoleh hidrokarbon dengan komposisi C 2 H 2 dan diberi nama “asetilen” oleh ahli kimia Perancis Marcelin Berthelot.

Pada pertengahan abad ke-19, asetilenida dari perak dan tembaga, kalium dan natrium diperoleh.

Pada tahun 1895, ahli kimia Perancis Henri Le Chatalier melakukan dan mempelajari reaksi pembakaran asetilena dalam oksigen berlebih.

Katalis (karbon aktif) dalam reaksi pembentukan benzena ditemukan oleh ahli kimia Rusia Nikolai Dmitrievich Zelinsky.

Pada tahun 1931 Ilmuwan Amerika Julius Arthur Newland memperoleh vinil asetilena dan, bersama rekannya Wallace Hume Carothers, mengembangkan teknologi untuk memproduksi karet kloroprena dan kloroprena.

Sejak tahun 1906 asetilena banyak digunakan untuk pengelasan autogen dan pemotongan logam, suhu nyala asetilena-oksigen sekitar 3000 0 C. Pertama mesin las dibuat di Amerika pada tahun 1904.

Poliasetilen adalah zat dengan konduktivitas listrik tinggi (“logam organik”). Pada tahun 1976, di laboratorium ilmuwan Jepang Hideki Shirakawa, superkonduktivitas bahan yang diperoleh dengan mengolah poliasetilen dengan uap yodium (satu miliar kali lebih baik daripada poliasetilen) ditemukan; bidang penerapan bahan tersebut adalah polimer konduktif elektronik dan suara -perangkat reproduksi.

Alkuna. Alkuna adalah hidrokarbon tak jenuh yang molekulnya mengandung satu ikatan rangkap tiga. Rumus umum alkuna C n H 2n-2.

Menurut tata nama IUPAC, adanya ikatan rangkap tiga dalam suatu molekul ditunjukkan dengan akhiran -di dalam , yang menggantikan akhiran -sebuah atas nama alkana yang bersangkutan.

Isomerisme struktural alkuna, seperti alkena, ditentukan oleh struktur rantai karbon dan posisi ikatan rangkap tiga di dalamnya.

Properti fisik. Oleh properti fisik alkuna menyerupai alkana dan alkena. Alkuna bawah C 2 -C 4 adalah gas, C 5 -C 16 — cairan, alkuna yang lebih tinggi - padatan. Titik didih alkuna sedikit lebih tinggi dibandingkan dengan alkena yang bersesuaian.

Metode memperoleh.1. Metode umum untuk memproduksi alkuna adalah reaksi dehidrohalogenasi- eliminasi dua molekul hidrogen halida dari alkana dihalogenasi, yang mengandung dua atom halogen baik pada atom karbon yang berdekatan (misalnya, 1,2-dibromopropana) atau pada satu atom karbon (2,2-dibromopropana). Reaksi terjadi di bawah pengaruh larutan alkohol kalium hidroksida:

2. Alkuna terpenting, asetilena, diproduksi secara industri melalui perengkahan metana pada suhu tinggi:

Di laboratorium, asetilena dapat diperoleh dengan hidrolisis kalsium karbida:

Sifat kimia. Ikatan rangkap tiga dibentuk oleh dua atom karbon dalam keadaan hibrid sp. Dua ikatan s terletak pada sudut 180°, dan dua ikatan p terletak pada daerah yang saling tegak lurus. Kehadiran ikatan p menentukan kemampuan alkuna untuk bereaksi penambahan elektrofilik. Namun, reaksi alkuna berlangsung lebih lambat dibandingkan reaksi alkena. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa kerapatan elektron p pada ikatan rangkap tiga terletak lebih kompleks daripada alkena, dan oleh karena itu kurang mudah diakses untuk berinteraksi dengan berbagai reagen.

1. Halogenasi.Halogen menambah alkuna dalam dua tahap. Misalnya, penambahan brom ke asetilena menyebabkan pembentukan dibromoetena, yang, dalampada gilirannya, bereaksi dengan brom berlebih membentuk tetrabromoetana:

2. Hidrohalogenasi. Hidrogen halida lebih sulit terikat pada ikatan rangkap tiga dibandingkan ikatan rangkap. Untuk mengaktifkan hidrogen halida gunakan AlCl 3 - asam kuat Lewis. Dari asetilena dimungkinkan untuk memperoleh vinil klorida (kloroetena), yang digunakan untuk menghasilkan polimer penting - polivinil klorida;

3. Hidrasi. Penambahan air pada alkuna dikatalisis oleh garam merkuri(II). (Reaksi Kucherov):

Pada tahap pertama reaksi, alkohol tak jenuh terbentuk, di mana gugus hidrokso terletak langsung pada atom karbon pada ikatan rangkap. Alkohol seperti itu biasanya disebut vinil atau enol.

Ciri khas kebanyakan enol adalah ketidakstabilannya. Pada saat pembentukan mereka melakukan isomerisasi menjadi senyawa karbonil yang lebih stabil (aldehida atau keton) karena transfer proton dari gugus hidroksil ke atom karbon yang berdekatan pada ikatan rangkap. Dalam hal ini, ikatan p antara atom karbon terputus dan ikatan p terbentuk antara atom karbon dan atom oksigen. Alasan terjadinya isomerisasi adalah kekuatan ikatan rangkap C == O yang lebih besar dibandingkan dengan ikatan rangkap C == C.

Sebagai hasil dari reaksi hidrasi, hanya asetilena yang diubah menjadi aldehida, hidrasi homolog asetilena berlangsung sesuai dengan aturan Markovnikov, dan enol yang dihasilkan terisomerisasi menjadi keton. Jadi, propin berubah menjadi aseton:

4. Sifat asam. Ciri alkuna yang memiliki ikatan rangkap tiga terminal adalah kemampuannya untuk mengabstraksi proton di bawah aksi basa kuat, yaitu menunjukkan sifat asam lemah. Kemungkinan abstraksi proton disebabkan oleh polarisasi kuat ikatan s ºС¬Н. Alasan polarisasi adalah tingginya elektronegativitas atom karbon dalam keadaan hibrid sp. Oleh karena itu, alkuna, tidak seperti alkena dan alkana, mampu membentuk garam yang disebut asetilida.

Perak dan tembaga (I) asetilenida mudah terbentuk dan mengendap ketika asetilena dilewatkan melalui larutan amonia oksida perak atau tembaga (I) klorida. Reaksi ini berfungsi untuk mendeteksi alkuna dengan ikatan rangkap tiga di ujung rantai:

Asetilenida perak dan tembaga, sebagai garam dari asam yang sangat lemah, mudah terurai di bawah aksi asam klorida, melepaskan alkuna awal:

Jadi, dengan menggunakan reaksi pembentukan dan dekomposisi asetilenida, Alkuna dapat diisolasi dari campuran dengan hidrokarbon lain.

5. Polimerisasi.Dengan adanya katalis, alkuna dapat bereaksi satu sama lain, dengan produk berbeda yang terbentuk tergantung pada kondisi. Jadi, di bawah pengaruh larutan berair CuCl dan NH4Cl asetilena dimerisasi menghasilkan vinil asetilena:

Vinylacetylene sangat reaktif; menambahkan hidrogen klorida, itu terbentuk kloroprena, digunakan untuk memproduksi karet buatan:

Ketika asetilena dilewatkan melalui karbon aktif pada suhu 600 °C, asetilena mengalami trimerisasi membentuk benzena:

6. Reaksi oksidasi dan reduksi. Alkuna dioksidasi oleh berbagai zat pengoksidasi, khususnya kalium permanganat. Di mana larutan kalium permanganat menjadi berubah warna, yang menunjukkan adanya ikatan rangkap tiga. Oksidasi biasanya melibatkan pemutusan ikatan rangkap tiga dan pembentukan asam karboksilat:

Dengan adanya katalis logam, alkuna direduksi dengan penambahan molekul hidrogen secara berurutan, mula-mula berubah menjadi alkena dan kemudian menjadi alkana:

Aplikasi. Asetilena digunakan sebagai bahan baku untuk banyak sintesis kimia industri. Asam asetat, karet sintetis, dan resin polivinil klorida diperoleh darinya. Tetrachloroethane CHCl 2 -CHCl 2 - produk penambahan klorin ke etilen - berfungsi pelarut yang baik lemak dan banyak zat organik dan, yang terpenting, aman dari kebakaran. Asetilena digunakan untuk pengelasan logam autogenous.

Alkena- hidrokarbon tak jenuh, yang mengandung satu ikatan rangkap. Contoh alkena:

Metode untuk memperoleh alkena.

1. Pemecahan alkana pada suhu 400-700°C. Reaksi terjadi melalui mekanisme radikal bebas:

2. Dehidrogenasi alkana:

3. Reaksi eliminasi (eliminasi): 2 atom atau 2 gugus atom tereliminasi dari atom karbon tetangganya, dan terbentuklah ikatan rangkap. Reaksi tersebut meliputi:

A) Dehidrasi alkohol (pemanasan di atas 150°C, dengan partisipasi asam sulfat sebagai reagen penghilang air):

B) Penghapusan hidrogen halida bila terkena larutan alkali beralkohol:

Atom hidrogen secara istimewa dipisahkan dari atom karbon yang terikat pada atom hidrogen yang lebih sedikit (atom yang paling sedikit terhidrogenasi) - aturan Zaitsev.

B) Dehalogenasi:

Sifat kimia alkena.

Sifat-sifat alkena ditentukan oleh adanya ikatan rangkap, oleh karena itu alkena masuk ke dalam reaksi adisi elektrofilik, yang terjadi dalam beberapa tahap (reagen H-X):

tahap pertama:

tahap ke-2:

.

Ion hidrogen dalam reaksi jenis ini termasuk dalam atom karbon yang mempunyai muatan lebih negatif. Distribusi kepadatannya adalah:

Jika substituennya adalah donor, yang mewujudkan efek +I-, maka kerapatan elektron bergeser ke arah atom karbon yang paling terhidrogenasi, sehingga menimbulkan muatan sebagian negatif di atasnya. Reaksi berjalan sesuai aturan Markovnikov: ketika bergabung dengan molekul polar seperti NH (HCl, HCN, HOH dll.) pada alkena yang tidak simetris, hidrogen lebih suka terikat pada atom karbon yang lebih terhidrogenasi pada ikatan rangkap.

A) Reaksi adisi:
1) Hidrohalogenasi:

Reaksinya mengikuti aturan Markovnikov. Tetapi jika peroksida hadir dalam reaksi, maka aturan tersebut tidak diperhitungkan:

2) Hidrasi. Reaksi mengikuti aturan Markovnikov dengan adanya asam fosfat atau sulfat:

3) Halogenasi. Akibatnya, air brom berubah warna - ini adalah reaksi kualitatif terhadap ikatan rangkap:

4) Hidrogenasi. Reaksi terjadi dengan adanya katalis.

Alkuna (hidrokarbon asetilena) adalah hidrokarbon alifatik tak jenuh yang molekulnya mengandung ikatan rangkap tiga C≡C.

Ikatan rangkap tiga C≡C dilakukan oleh 6 elektron bersama:

Pembentukan ikatan semacam itu melibatkan atom karbon di dalamnya sp-keadaan hibridisasi . Masing-masing memiliki duasp-orbital hibridadan dua non-hibridaR-orbital

Rumus umum: C n H 2n-2

Berakhir di

Deret homolog:

C2H2 etin atau asetilen(bahkan lebih sering digunakan)
C 3 jam 4 propyne
C 4 jam 6 butin
pentin C5H8

Tata nama:

Menurut tata nama sistematis, nama hidrokarbon asetilena diturunkan dari nama alkana yang bersangkutan (yang memiliki jumlah atom karbon yang sama) dengan mengganti akhiran -sebuah pada -di dalam :

Isomerisme alkuna

Isomerisme spasial terhadap ikatan rangkap tiga tidak muncul pada alkuna, karena Substituen hanya dapat diposisikan dengan satu cara—sepanjang garis ikatan.

Sifat kimia alkuna mirip dengan alkena karena ketidakjenuhannya.

Reaksi adisi terhadap alkuna

1. Hidrogenasi

Dengan adanya katalis logam (Pt, Ni), alkuna menambahkan hidrogen untuk membentuk alkena (ikatan π pertama terputus), dan kemudian alkana (ikatan π kedua terputus):

2. Halogenasi

Ini adalah tampilannya:

3. Hidrohalogenasi

Hidroklorinasi asetilena digunakan dalam salah satu metode industri memperoleh vinil klorida: