Номер 183, страница 53 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.183. Перечислите сходства и различия в реакционной способности алкенов и алкинов.

Сходства

• И алкены, и алкины являются ненасыщенными углеводородами, так как содержат кратные связи между атомами углерода (двойную связь $C=C$ у алкенов и тройную связь $C \equiv C$ у алкинов). Наличие в их молекулах подвижных $\pi$-электронов (одна $\pi$-связь у алкенов, две у алкинов) определяет их высокую реакционную способность по сравнению с насыщенными углеводородами (алканами).

• Для обоих классов соединений наиболее характерны реакции электрофильного присоединения ($A_E$), которые протекают по месту разрыва менее прочных $\pi$-связей. К таким реакциям относятся:

  • Галогенирование: присоединение галогенов ($Cl_2, Br_2$). И алкены, и алкины обесцвечивают бромную воду, что является качественной реакцией на кратную связь.
  • Гидрогалогенирование: присоединение галогеноводородов ($HCl, HBr, HI$). Для несимметричных молекул реакция протекает в соответствии с правилом Марковникова.
  • Гидрирование: каталитическое присоединение водорода ($H_2$) в присутствии металлов (Ni, Pt, Pd). Реакция приводит к полному насыщению кратной связи и образованию алканов.
  • Гидратация: присоединение воды ($H_2O$), хотя и в разных условиях и с образованием различных по строению продуктов.

• И алкены, и алкины легко вступают в реакции окисления. Например, они обесцвечивают водный раствор перманганата калия ($KMnO_4$), что также служит качественным тестом на ненасыщенность.

• Оба класса углеводородов способны к реакциям полимеризации, образуя высокомолекулярные соединения (полимеры).

Ответ: Сходство реакционной способности алкенов и алкинов обусловлено наличием в их молекулах ненасыщенных кратных связей, содержащих подвижные $\pi$-электроны. Это делает для обоих классов соединений характерными реакции электрофильного присоединения, окисления и полимеризации.

Различия

• Строение и гибридизация:

  • У алкенов атомы углерода при двойной связи ($C=C$) находятся в состоянии $sp^2$-гибридизации. Фрагмент молекулы с двойной связью имеет плоское строение, а валентные углы близки к $120^\circ$.
  • У алкинов атомы углерода при тройной связи ($C \equiv C$) находятся в состоянии $sp$-гибридизации. Этот фрагмент молекулы имеет линейное строение с валентными углами $180^\circ$.

• Реакционная способность:

  • Алкины могут присоединять две молекулы реагента по месту тройной связи, в то время как алкены — только одну. Реакции с алкинами могут протекать ступенчато.
  • Несмотря на большее число $\pi$-электронов, алкины, как правило, менее активны в реакциях электрофильного присоединения, чем алкены. Это объясняется большей электроотрицательностью $sp$-гибридизованных атомов углерода, которые прочнее удерживают $\pi$-электроны, и меньшей стабильностью образующегося промежуточного винильного карбокатиона.

• Продукты гидратации:

  • Гидратация алкенов приводит к образованию спиртов.
  • Гидратация алкинов (реакция Кучерова, катализатор — соли $Hg^{2+}$) приводит к образованию карбонильных соединений (альдегидов или кетонов) через стадию образования неустойчивого промежуточного продукта — енола.

• Кислотные свойства:

  • Терминальные алкины (с тройной связью на конце цепи, $R-C \equiv C-H$) проявляют слабые кислотные свойства. Атом водорода при тройной связи достаточно подвижен и может замещаться на атомы металлов при действии сильных оснований (например, $NaNH_2$) или аммиачных растворов оксида серебра(I) или хлорида меди(I). Эти реакции являются качественными для обнаружения терминальных алкинов.
  • Алкены и нетерминальные алкины такими свойствами не обладают.

• Специфические реакции:

  • Для алкинов характерны реакции циклоолигомеризации, например, тримеризация ацетилена с образованием бензола.
  • Для алкенов характерно участие в качестве диенофилов в реакциях диенового синтеза (реакция Дильса-Альдера).

Ответ: Различия в реакционной способности алкенов и алкинов вытекают из разного строения их кратных связей (двойная $C=C$ и тройная $C \equiv C$). Это проявляется в разной активности в реакциях присоединения (алкены активнее), возможности ступенчатого присоединения для алкинов, образовании разных продуктов гидратации (спирты из алкенов, карбонильные соединения из алкинов) и наличии у терминальных алкинов уникальных кислотных свойств, отсутствующих у алкенов.