г. Самара
ул. ак. Павлова, д. 1
pushkin.dv@ssau.ru
(846) 334-54-32
Во вторник 19 марта в 17:00 состоится научный семинар кафедры неорганической химии.
Тема семинара: «Искусственный интеллект и машинное обучение в химии»
Семинар пройдет в аудитории Л7 лекционного корпуса.
Для всех желающих вход свободный.
Студенты объединения занимаются популяризацией химии как науки:
Какая цель у объединения нам рассказала Самарцева Мария, лидер проекта:
С помощью различных химических шоу мы прививаем с юных лет интерес к этой науке, рассказываем об университете в целом и химическом факультете в частности. Поскольку мы сами студенты и еще недавно учились в школе, то учащимся школ комфортно воспринимать наши рассказы о плюсах обучения на химфаке.
История. Первый раз студенты собрались более 10 лет назад на своих первых выставочных мероприятиях, чтобы показать самые интересные химические опыты. Почти сразу Самарский университет оценил деятельность ребят и поощрил их грантом на расширение материальной базы. Это помогло ребятам выйти на новый уровень! Теперь они посещают различные школы и другие образовательные центры, чтобы дети всех возрастов могли увидеть всю красоту химии, провести эксперименты самостоятельно и больше узнать о связи нашей повседневной жизни и химической науки.
Где были? За последний год студенты побывали в самых разных местах – это и образовательные учреждения в Самаре (Школа №157, №48, №33, Кадетская школа, Лицей Классический, Медико-Технический лицей и Гимназия №4), а также в ее области (Детский сад в Южном городе и Школа №21 в Новокуйбышевске).
Посотрудничать с Inlab (учителя, не стесняйтесь) можно через их официальную группу ВК. А в галереи можно посмотреть как студенты Inlab проводят свои выездные мероприятия.
Соцсети Пресс-центра ЕНИ:
Телеграм-канал
Группа ВК
Химический факультет Самарского университета провел теоретический и практический туры Всероссийской олимпиады «Юные таланты».
Олимпиада входит в перечень, утвержденный Минобрнауки России, поэтому победителям и призерам олимпиады предоставляется зачисление без вступительных испытаний (либо начисление 100 баллов за результат ЕГЭ). Химический факультет принял 23 школьника Российских школ.
Как проходили теоретический и практический туры можно посмотреть в фотоотчете.
На химическом факультете естественнонаучного института подведены итоги олимпиады «Химический марафон», которая прошла 21 января 2024 года.
Чествуем победителей и лауреатов олимпиады! Напомню, что победители конкурса получают +5 баллов к результатам ЕГЭ при поступлении в Самарский университет.
Дипломы I места:
8 класс: Сидоров Андрей Станиславович, МБОУ Школа №149 г.о. Самара.
9 класс: Смазина Александра Игоревна, МБОУ Лицей «Технический» г.о. Самара
10 класс: Вязовая Марта Сергеевна, ГБОУ СОШ №4 п.г.т. Алексеевка г.о. Кинель
11 класс: Советкина Анастасия Олеговна, ГБОУ СОШ №4 п.г.т. Алексеевка г.о. Кинель
11 класс: Чистякова Виолетта Михайловна, ГБОУ СО Гимназия №1 г.о. Самара
Дипломы II места:
10 класс: Герасименко Ксения Дмитриевна, ГБОУ СОШ №4 п.г.т. Алексеевка г.о. Кинель
11 класс: Горбачева Ангелина Павловна, ГБОУ СОШ №4 п.г.т. Алексеевка г.о. Кинель
Дипломы III места:
10 класс: Яшин Никита Сергеевич, МБОУ №41 «Гармония» г.о. Самара
11 класс: Андронов Кирилл Валерьевич, МБОУ Школа №3 г.о. Самара
11 класс: Кулаков Вадим Игоревич, ГБОУ СОШ №4 п.г.т. Алексеевка г.о. Кинель
Поздравляем доцента химического факультета Естественнонаучного института Савченкова Антона Владимировича с официальным подтверждением получения степени доктора химических наук от Министерства науки и высшего образования Российской Федерации.
Желаем дальнейших успехов в педагогической и научной деятельности!
Напомним, что в 2023 году в Естественнонаучном институте прошло 2 защиты докторских диссертаций и 8 защит кандидатских диссертаций. Всего в институте трудится в педагогической и научной деятельности 40 докторов наук и 126 кандидатов наук.
15 февраля в ивент-холле «Сигнал» команда «Бирюча» проведет презентацию своих научных и образовательных проектов.
Вход по регистрации: https://event.biruch.ru/
Будем говорить о биотехнологиях, инновационном бизнесе, внедрении сложных прогрессивных разработок в промышленность и о профессионалах, которые за все это отвечают.
Отдельно познакомим вас с проектом Hi-Bio — ключевой инициативой «Бирюча» и источником новейшего подхода к здоровью, питанию и продовольственной безопасности.
К лекции присоединится и наш специальный гость Дмитрий Алексеев — кандидат биологических наук, исследователь микробиома и руководитель компании «Кномикс», специализирующейся на исследованиях и анализе данных в области биологии, медицины и бизнес-аналитики.
Не обойдется без призов и церемоний: на встрече мы наградим победителей конкурса «Молодой ученый» среди ученых и студентов вузов Самары и Тольятти.
Отбор проектов состоится в 3 номинациях: «Молодой ученый» Бакалавр, «Молодой ученый» Магистр и «Молодой ученый» Аспирант. Финалисты конкурса получат от ИЦ «Бирюч» денежные премии:
Поспешите! Прием заявок уже идет: https://event.biruch.ru/young-scientist/
Принимаем анкеты до 12 февраля 18:00, а результаты объявим на мероприятии 15 февраля.
Валентность азота равна 3,(это связано с тем, что в атомах элементов второго периода может быть не более 3 неспаренных электронов, т.к на втором электронном уровне есть одна s-орбиталь и три p-орбитали.) а степень окисления +5. Двойная связь равномерно распределена между кислородами. Подробнее про валентность можно прочитать тут.
Бесцветная жидкость с едким запахом, “дымит” на воздухе. Считается концентрированной при 40% и больше. Имеет схожие особенности с другими кислотами, но имеет отличительные качества за счет сильной окислительной способности.
Азотная кислота обладает ядовитыми свойствами, она разрушает белок кожи и оставляет желтые пятна в результате попадания кислоты на кожу (смотри пункт 7.)
Разложение азотной кислоты:
Частично разлагается при кипении или под действием света:
4HNO3 → 4NO2 + O2 + 2H2O .
на свету желтеет за счет выделения бурого газа- оксида азота(IV), так в процессе разложения кислоты образуется кислород и вода.
В лаборатории азотную кислоту получают следующими способами:
1. Азотная кислота образуется при действии концентрированной серной кислоты на твердые нитраты металлов. При этом менее летучая серная кислота вытесняет более летучую азотную.
Например, концентрированная серная кислота вытесняет азотную из кристаллического нитрата лития при легком нагревании, в продуктах у нас образуется гидросульфат металла и азотная кислота:
LiNO3 + H2SO4(конц) → LiHSO4 + HNO3
2. В промышленности азотную кислоту получают из аммиака.(каталитическое окисление аммиака) Процесс происходит в несколько стадий.
Особенности промышленного получения в том, что для производства важно найти дешевый исходный продукт(желательно природный) в достаточном количестве для получение больших объемов синтезируемого вещества. Для получения азотной кислоты такой продукт нашли- аммиак, который конверсируют из природного газа. Перед первой стадии тщательно очищают(фильтруют) как и аммиак от механических примесей, полученные в ходе его синтеза, так и сам воздух, которым будут окислять аммиак. Воздух поступает через заборную трубу далеко-далеко от предприятия.
Итак наконец-то первая стадия, она начинается в КОНТАКТНОМ АППАРАТЕ и представляет собой окисление аммиака потоками воздуха(кислородом), реакция ускоряется и идет легче благодаря катализаторам, например, сплав платины с палладием. В результате реакции азот окисляется до оксида азота(II) и выделяется теплота(экзотермическая реакция) как раз за счет нее поддерживается необходимая реакция для синтеза.
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O
Во второй стадии окисляют полученный оксид азота (II) до оксида азота(iV) в соотношении оксид:воздух 2:1 соответственно, что смещает равновесие преимущественно вправо. катализаторами на этой стадии являются температура от комнатной но не выше 50 градусов и давление 1,1 МПа. Процесс происходит почти сразу и без затруднений. Процесс проходит в ОКИСЛИТЕЛЬНОЙ башне.
2NO + O2 → 2NO2
На третьей стадии газовую смесь отправляют в ПОГЛОТИТЕЛЬНУЮ БАШНЮ, где у газа появляется возможность большей поверхностью соприкоснуться с поверхностью воды, для этого используют фарфоровые кольца. Смесь газа с водой происходит по принципу противоток: вода поступает сверху башни, а газ- снизу. Чтобы в результате не выделялся оксид азота(II), процесс проводят в избытке кислорода. Особенность в том, что процесс начинает идти медленнее по мере увеличения концентрации получаемой кислоты. Это конечная стадия процесса.
4NO2 + 2H2O + O2 → 4HNO3
Подробнее почитать про промышленное получение азотной кислоты можно в этой статье.
А)общие химические свойства кислот.
Азотная кислота – это сильная кислота. Азот в степени оксиления +5 проявляет сильные окислительные свойства .
1. Диссоциация и окрашивание индикаторов.
Азотная кислота практически полностью диссоциирует в водном растворе, в результате диссоциации образуется катион водорода и нитрат анион, за счет иона водорода происходит окрашивание индикаторов .
HNO3 → H+ + NO3–
1.1 окрашивание индикаторов: лакмус- красный, метиловый оранжевый — розовый, а фенолфталеин — бесцветный.
2. Азотная кислота проявляет свойства обычной кислоты в реакциях с основным и амфотермыми оксидами, основаниями и амфотерными гидроксидами, не проявляющими восстановительных свойств.
Например, азотная кислота взаимодействует с оксидом меди (II) с образованием нитрата меди(II) и воды, остальные реакции проходят аналогично с образованием нитрата металла (без изменения степени окисления металла и азота) и воды :
CuO + 2HNO3 → Cu(NO3)2 + H2O
2HNO3 + ZnO → Zn(NO3)2 + H2O
HNO3 + NaOH → NaNO3 + H2O
3HNO3 + Al(OH)3 → Al(NO3)3 + 3 H2O
3. Взаимодействует с солями, не проявляющими восстановительных свойств, т.е. азотная кислота в роли обычной кислоты, если соблюдается условия протекания реакция обмена(образуется слабый электролит, газ или осадок).
Например, азотная кислота взаимодействует с карбонатом натрия, в данной реакции образуется слабая угольная кислота, которая распадается на углекислый газ и воду-условие протекания реакции обмена соблюдается:
2HNO3 + Na2CO3 → 2NaNO3 + H2O + CO2(газ)
2HNO3 + CH3COOK→ KNO3 + CH3COOH(слабый электролит)
HNO3 + KHCO3 ⇒ KNO3 + H20 + CO2(газ)
2HNO3 + Na2SiO3 → 2NaNO3 + H2SiO3(осадок)
В реакциях с веществами, которые проявляют восстановительные свойства, азотная кислота ведет себя как сильный окислитель и участвует в ОВР. например:
1. оксид меди одновалентный при взаимодействии с азоткой окисляется до меди двухвалентной, а азот из высшей степени окисления переходит в оксид азота (IV), также выделяется вода.
Cu2O + 6HNO3 → 2Cu(NO3)2 + 2NO2 + 3H2O.
2 пример: оксид железа (II) окисляется до железа(III) и образуется бурый газ и вода.
FeO + 4HNO3 (конц.) → Fe (NO3)3 + NO2 + 2H2O.
3 пример: FeCl2 + 4 HNO3 → Fe(NO3)3 + 2 HCl + NO2 + H2O
в данном примере с хлоридом железа(II) ситуация аналогичная, только еще выделяется хлороводород.
4 пример: Na2SO3 + 2HNO3 → Na2SO4 + 2NO2 + H2O.
сульфит натрия переходит в сульфат, сера окисляется до максимальной степени окисления +6, выделяется бурый газ и вода.
5 пример: Соединения железа (II) азотная кислота окисляет до соединений железа (III), нитрата железа (III). в данной реакции выделяется молекулярная сера( так как мы используем в качестве реагента на азотную кислоту сульфид металла, т.е. серу в степени окисления -2), оксид азота (I) и вода:
4HNO3 + FeS → Fe(NO3)3 + NO + S + 2H2O
Таким образом, заметим, что азотная кислота при взаимодействии с солями, которые проявляют восстановительные свойства(т.е. находятся не в высшей степени окисления, способные отдавать электроны, сами при этом окисляясь), сама восстанавливается до оксида азота(IV) и окисляет металлы и вещества в промежуточной степени окисления до максимальной степени окисления.
4. Азотная кислота активно взаимодействует с металлами.
В подобных реакциях водород никогда не выделяется!! При взаимодействии азотной кислоты с металлами окислителем всегда выступает азот в степени окисления +5. Азот в степени окисления +5 может восстанавливаться до степеней окисления -3, 0, +1, +2 или +4 (зависит от концентрации кислоты и активности металла).
металл + HNO3 → нитрат металла + вода + продукт восстановления азотной кислоты(газ или соль аммония)
С алюминием, хромом и железом на холоду концентрированная HNO3 не реагирует – кислота «пассивирует» металлы, т.к. на их поверхности образуется пленка оксидов, непроницаемая для концентрированной азотной кислоты, но если нагреть, то реакция пойдет. Азот восстанавливается до степени окисления +4(бурый газ), так же выделяется вода:
Fe + 6HNO3(конц.) → Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
Al + 6HNO3(конц.) → Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
Платина и Золото с азотной кислотой НЕ реагирует, но они растворяются в «царской водке» – смеси концентрированных азотной и соляной кислот в соотношении 1 : 3 (по объему), азот восстанавливается до +2(бесцветный газ, ядовит) :
HNO3 + 3HCl + Au → AuCl3 + NO + 2H2O
Азотная кислота высокой концентрации взаимодействует с неактивными металлами и металлами средней активности (в ряду электрохимической активности после алюминия). При этом образуется оксид азота (IV), азот восстанавливается минимально:
4HNO3(конц.) + Cu → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
Щелочные и щелочноземельные металлы взаимодействуют с нашей кислотой до образования оксида азота(I)(веселящий газ, используется для наркоза):
10HNO3 + 4Ca → 4Ca(NO3)2 + N2O + 5H2O
С неактивными металлами и металлами средней активности (в ряду электрохимической активности после алюминия) азотная кислота может реагировать разбавленной. При этом образуется оксид азота (II).
8HNO3 (разб.) + 3Cu → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
С активными металлами (щелочными и щелочноземельными(натрий, литий, кальций и др.), а также оловом и железом разбавленная азотная кислота реагирует с образованием молекулярного азота, при это образуется нитрат щелочного металла и вода:
12HNO3(разб) + 10Na → 10NaNO3 + N2 + 6H2O
При взаимодействии кальция и магния с азотной кислотой любой концентрации (кроме очень разбавленной) образуется оксид азота (I):
10HNO3 + 4Ca → 4Ca(NO3)2 + 2N2O + 5H2O
Сильно разбавленная азотная кислота взаимодействует с активными металлами. в реакции образуется аммиак, который в избытке кислоты(т.е аммиак начинает взаимодействовать с избытком азотной кислоты) превращается в соль нитрат аммония. Обратите внимание: только в этом типе реакций НЕ выделяется газ!!!:
10HNO3 + 4Zn → 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
Взаимодействие азотной кислоты с металлами можно представить в виде следующей таблички:
5. Неметаллы подвергаются окислению в результате взаимодействия с азотной кислотой (кроме кислорода, водорода, хлора, фтора и некоторых других).
В результате реакции кислота восстанавливается до NO или NO2, в то время как неметаллы окисляются до соответствующих кислот, либо оксидов (если кислота неустойчива(например угольная)).
Например, азотная кислота окисляет серу, фосфор, углерод, йод:
6HNO3(конц) + S → H2SO4 + 6NO2 + 2H2O
2HNO3 (разб) + S → H2SO4 + 2NO
5HNO3(конц) + P → H3PO4 + 5NO2 + H2O
5HNO3(разб) + 3P + 2H2O → H3PO4 + 5NO
10HNO3 + I2 → 2HIO3 + 10NO + 4H2O
4HNO3 + C → CO2 + 4NO + 2H2O
6. Концентрированная азотная кислота окисляет сложные вещества (в которых есть элементы в отрицательной, либо промежуточной степени окисления): сульфиды металлов, сероводород, фосфиды, йодиды, соединения железа (II) и др. При этом азот восстанавливается до NO2, неметаллы окисляются до соответствующих кислот (или оксидов), а металлы окисляются до устойчивых степеней окисления.
Например, азотная кислота окисляет оксид серы (IV), в итоге образуется бурый раз и серная кислота:
2HNO3 + SO2 → H2SO4 + 2NO2
Второй пример: азотная кислота окисляет иодоводород до оксида азота(II) и йодноватой кислоты также выделяется вода :
6HNO3 + HI → HIO3 + 6NO + 3H2O
Сера в степени окисления -2(например сульфиды) окисляется без нагревания до простого вещества(сера), но если нагреть, то до серной кислоты:
2HNO3 + H2S → S + 2NO2 + 2H2O
При нагревании до серной кислоты:
2HNO3 + H2S → H2SO4 + 2NO2 + 2H2O
8HNO3 + CuS → CuSO4 + 8NO2 + 4H2O
Соединения железа (II) азотная кислота окисляет до соединений железа (III), нитрата железа (III). в данной реакции выделяется молекулярная сера( так как мы используем в качестве реагента на азотную кислоту сульфид металла, т.е. серу в степени окисление -2), оксид азота (I) и вода:
4HNO3 + FeS → Fe(NO3)3 + NO + S + 2H2O
7. Азотная кислота окрашивает белки в оранжево-желтый цвет («ксантопротеиновая реакция«).
Ксантопротеиновая реакция является качественной реакцией на нитрат-анионы. При добавлении концентрированной азотной кислоты к раствору белка, содержащего ароматические аминокислоты, происходит денатурация белков и образование нитрозоаминов. При нагревании белка с нитрат-анионами происходит образование желтого цвета, который при добавлении избытка аммиака переходит в оранжевый цвет. Таким образом, ксантопротеиновая реакция может использоваться для обнаружения наличия нитрат-анионов в растворах. Подробнее про качественные реакции и аминокислоты читайте здесь.
Азотная кислоты используется для производства азотных удобрений, взрывчатых веществ, в качестве окислителя в ракетных двигателях, в органическом синтезе(производство красителе, лекарств, пластмасс, растворителей)
1)Выделение бурого газа при добавлении к веществу меди и конц.серной кислоты:
NaNO3 + H2SO4 —> NaHSO4 + HNO3
4HNO3 +Cu —>(to)Cu(NO3)2 +2NO2 +2H2O
2)Выделение аммиака при добавлении к веществу концентрированного раствора щелочи и цинковой пыли или алюминия:
KNO3+7KOH +4Zn +6H2O = NH3 + 4K2[Zn(OH)4]
1.Все нитраты(в различных условиях) проявляют свойства окислителей. Продукты восстановления азота определяются природой восстановителя и условиями проведения реакции:
2.Продукты разложения сухих нитратов металлов при нагревании зависят от положения металла в ряду положений:
Инновационный центр Бирюч (компания ЭФКО) объявляет конкурс «Молодой ученый» на соискание денежной премии среди студентов и ученых Самары и Тольятти естественно-научного направления.
Отбор проектов состоится в 3 номинациях: «Молодой ученый» Бакалавр, «Молодой ученый» Магистр и «Молодой ученый» Аспирант. Финалисты конкурса получат от ИЦ «Бирюч» денежные премии:
Анкеты принимаются до 12 февраля 18:00, а результаты будут объявлены на мероприятии 15 февраля в ивент-холле «Сигнал» по адресу: г. Самара, Лесная 23, корп. 2.
Поспешите! Прием заявок уже идет!
Вся подробная информация об участии в конкурсе на сайте: https://event.biruch.ru/young-scientist/
Представители химического факультета приняли участие в работе большой проектно-аналитической сессии Естественнонаучного института.
Работа велась по 4 основным направлениям: образование, наука, партнерство и кадры. По итогам сессии рабочими группами были предложены программы развития ЕНИ.
Поздравляем преподавателя кафедры неорганической химии Савченкова А.В. с присуждением ученой степени доктора химических наук!
Поздравляем с успешной защитой кандидатской диссертации сотрудника кафедры неорганической химии Шимина Н.А.
Диссертация «Метакрилатные комплексы уранила – синтез, строение и некоторые свойства» по специальности 1.4.1. Неорганическая химия принята к защите 24 октября 2023 года (протокол заседания № 11) диссертационным советом 24.2.379.04. Защита прошла успешно 26 декабря 2023 года.
Диссертация посвящена синтезу и выявлению закономерностей, связывающих условия синтеза, состав и строение новых комплексов уранила, содержащих в своем составе метакрилат-ионы. В ходе работы были получены 22 новых соедения и определены их кристаллоструктурные, ИК спектроскопические данные, что позволит в дальнейшем их идентифицировать.
По результатам исследования всех метакрилатсодержащих координационных соединений Кембриджской базы структурных данных определены типы координации метакрилат-ионов в структурах кристаллов.
Кристаллохимический анализ в рамках стереоатомный модели структуры кристаллов раскрыл структурообразующие мотивы построения метакрилатоуранилатов одно- и двухвалентных металлов.
На основании правила 18-ти электронов было предсказано существование метакрилатсодержащих комплексов U(VI), которые только предстоит получить.
Научный руководитель – доктор химических наук Сережкина Лариса Борисовна, федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева», кафедра неорганической химии, профессор.
В роли оппонентов выступили:
Морозов Игорь Викторович, доктор химических наук, профессор, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова», кафедра неорганической химии, профессор,
Шевченко Александр Петрович, кандидат химических наук, Самарский филиал федерального государственного бюджетного учреждения науки Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, старший научный сотрудник.
Оба оппонента дали положительные отзывы на диссертацию.
Альдегиды – это органические вещества, молекулы которых содержат карбонильную группу, соединенную с углеводородным радикалом и атомом водорода.
Благодаря концевому расположению карбонильной группы, свойства альдегидов сильно отличаются от свойств кетонов, поэтому альдегиды и кетоны рассматриваются как два отдельных класса.
Общая формула предельных нециклических альдегидов:
CnH2nO
С номенклатурой альдегидов можно подробно ознакомиться в статье.
Кислород карбонильной группы связан с углеродом σ-связью и π-связью. π-связь менее прочная, она легко разрывается, именно поэтому альдегиды склонны к реакциям присоединения:
1. Гидрирование
Реакция идет в присутствии катализатора:
2. Присоединение спиртов
Реакция идет с первичными спиртами в кислой среде, образуются полуацетали:
Реакция может продолжаться получением ацеталей:
Окисление
Альдегиды окисляются даже слабыми окислителями, в отличии от кетонов, которые более устойчивы к окислению. Далее будут рассмотрены общие принципы окисления альдегидов.
3. Реакция «серебряного зеркала»
Это качественная реакция на альдегиды, в которой используется реактив Толленса (аммиачный раствор оксида серебра). Так как в растворе присутствует аммиак, окисление происходит не до карбоновой кислоты, а до ее соли:
Признак реакции – выпадение серебряного налета на стекле пробирки.
Исключение: метаналь окисляется до карбоната аммония.
4. Окисление гидроксидом меди(II)
Также является качественной реакцией.
Признак реакции – выпадение красно-коричневого осадка оксида меди(I)
5. Окисление бромной водой
6. Окисление перманганатом или дихроматом
В кислой среде:
В нейтральной среде:
В щелочной среде:
7. Восстановление
Реакцию проводят с активными восстановителями в присутствии катализатора с превращением альдегида в спирт. Упрощенно реакция может быть записана следующим образом:
Особый случай:
8. Поликонденсация фенола и формальдегида
В данной реакции в особых условиях могут быть получены фенолформальдегидные смолы (карболиты или бакелиты), широко используемые в промышленности.
1. Гидратация алкинов (реакция Кучерова)
В результате присоединения воды в присутствии солей двухвалентной ртути только из ацетилена возможно получить альдегид (этаналь), остальные алкины переходят в кетоны:
Щелочной гидролиз дигалогенпроизводных алканов
В результате действия водного раствора щелочи происходит образование неустойчивого диола, имеющего две ОН- группы при одном атоме углерода. Затем, теряя воду, он переходит в альдегид или кетон.
2. Дегидрирование первичных спиртов :
В данной реакции карбонильные соединения образуются под воздействием нагревания и пропусканием первичного спирта над медной сеткой.
3. Окисление первичных спиртов
Окисление первичных спиртов идет до образования карбоновых кислот. Для получения альдегидов применяют специальные окислители, например, оксид меди(II) при нагревании:
Особые случаи:
4. Получение ацетальдегида каталитическим окислением этилена
На данный момент это основной промышленный способ получения ацетальдегида:
5. Получение формальдегида каталитическим окислением метана :
Алкины представляют собой углеводороды без циклической структуры, в которых между атомами углерода С≡С присутствует одна тройная связь.
Гомологический ряд алкинов
Гомологический ряд алкинов имеет общую формулу CnH2n-2.
| Название | Формула |
| Этин |  |
| Пропин |  |
| Бутин–1 |  |
| Пентин-1 |  |
Физические свойства алкинов
Первые три члена гомологического ряда алкинов являются газами, с C5H8 по C16H30 — жидкостями, а начиная с C17H32 — твердыми веществами. Алкины являются полярными молекулами и хорошо растворимы в полярных растворителях. В воде алкины растворяются незначительно, но лучше, чем алканы и алкены.
Строение алкинов
Алкины содержат тройную связь. Атомы углерода при тройной связи в молекулах алкинов находятся в sp-гибридизации, что обеспечивает линейную геометрию молекул с валентным углом, равным 180°. Остальные атомы углерода в молекуле алкина находятся в состоянии sp3-гибридизации.
Строение молекулы ацетилена:
Образование σ-связи происходит путем осевого перекрытия sp-гибридных орбиталей:
Образование π-связей происходит путем бокового перекрывания негибридных p-орбиталей. Плоскости π-связей находятся под углом 90°:
Изомерия алкинов
Типы изомерии алкинов:
Структурные изомеры имеют одинаковый химический состав, но различное строение молекулы.
Изомеры углеродного скелета отличаются строением углеродного скелета.
Например:
Изомеры с различным положением тройной связи отличаются положением тройной связи в углеродном скелете.
Например:
Межклассовые изомеры — это вещества разных классов с различным строением, но одинаковым составом.
Алкины являются межклассовыми изомерами с алкадиенами и циклоалкенамии. Общая формула алкинов, алкадиенов и циклоалкенов — CnH2n-2.
Например:
Пространственная изомерия невозможна для алкинов, так как атомы углерода при тройной связи имеют только одного заместителя, и молекулы алкинов имеют линейную геометрическую форму.
Номенклатура алкинов
Подробнее о номенклатуре алкинов можно прочитать в статье.
Химические свойства алкинов
Химические свойства алкинов обусловлены наличием кратной связи в их молекулах. Одним из основных типов реакций, характерных для алкинов, является присоединение.
Алкины с тройной связью на начальном атоме углерода проявляют кислотные свойства и вступают в реакции с веществами, имеющими основный характер.
Реакции присоединения алкинов идут медленнее и труднее по сравнению с алкенами из-за меньшей длины и поляризуемости тройной связи.
Алкины вступают в реакции присоединения по тройной связи С≡С с разрывом π-связей.
Гидрирование алкинов до алканов протекает в присутствии активных катализаторов (Ni, Pt).
При использовании менее активного катализатора, например, палладия гидрирование останавливается на этапе образования алкенов.
Присоединение галогенов к алкинам может происходить даже при комнатной температуре. Бромная вода обесцвечивается при взаимодействии с алкинами, что является качественной реакцией на тройную связь.
Например, при взаимодействии пропина с 1 моль брома образуется 1,2-дибромпропен.
Если присоединять к пропину сразу 2 моль брома, то образуется 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).
Алкины присоединяют галогеноводороды. Реакция протекает по механизму электрофильного присоединения с образованием галогенопроизводного алкена или дигалогеналкана.
При присоединении галогеноводородов к симметричным алкинам образуется один продукт реакции, где оба галогена находятся у одного атома С.
Присоединение галогеноводородов к несимметричным алкинам происходит по правилу Марковникова, в результате чего образуется смесь изомеров.
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.
Если к полученное соединение ещё раз обработать хлороводородом, то в соответствии с правилом Марковникова образуется 2,2-дихлорпропан.
Присоединение воды к алкинам 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 механизму.
Для несимметричных алкенов присоединение воды происходит по правилу Марковникова.
Например, при гидратации пропина образуется пропанон (ацентон).
Димеризация ацетилена протекает под действием аммиачного раствора хлорида меди (I) и приводит к образованию винилацетилена.
Тримеризация ацетилена протекает под действием температуры, давления и в присутствии активированного угля с образованием бензола (реакция Зелинского):
Гомологи ацетилена также вступают в реакцию тримеризации.
Полимеризация – соединение большого числа исходных молекул в длинную цепь – полимер. Алкины полимеризуются с разрывом одной из π-связей и образованием полимеров с множеством сопряженных двойных связей.
2. Окисление алкинов
При окислении алкинов происходит увеличение количества атомов кислорода в молекуле и/или уменьшение количества атомов водорода.
Горение алкинов сопровождается образованием углекислого газа и воды.
Алкины могут реагировать с сильными окислителями, такими как перманганаты или соединения хрома (VI). При этом тройная связь С≡С и связи С-Н у атомов углерода при тройной связи окисляются, образуя связи с кислородом.
В кислой среде окисление атома углерода с тройной связью приводит к образованию карбоксильной группы СООН, а при окислении четырех связей образуется углекислый газ СО2. В нейтральной среде образуются соответственно соль карбоновой кислоты и карбонат (гидрокарбонат).
Ниже приведена 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 серной кислоте происходит окисление двух фрагментов СН3–C≡, в результате реакции образуется уксусная кислота:
А при окислении 3-метилпентина-1 в серной кислоте окисляются фрагменты R–C и H–C, образуя карбоновую кислоту и углекислый газ, 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, образуя соответствующие соли.
Например, при окислении бутина-2 перманганатом калия в воде образуется соль уксусной кислоты — ацетат калия.
Аналогичные органические продукты образуются при взаимодействии алкинов с хроматами или дихроматами.
Окисление ацетилена происходит немного иначе, так как связь С–С не разрывается. В кислой среде образуется щавелевая кислота, а 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 с водородом значительно более полярная, чем связь С–Н атома углерода при двойной или одинарной связи, что обусловлено большим вкладом s-орбитали в гибридизованное состояние.
Повышенная полярность связи С–Н у атомов углерода при тройной связи в алкинах приводит к возможности отщепления протона Н+, т.е. к появлению у алкинов с тройной связью на конце молекулы 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 может взаимодействовать с натрием с образованием ацетиленида натрия.
Пропин взаимодействует с амидом натрия с образованием пропинида натрия.
Амид натрия получают действием аммиака на металлический натрий.
Алкины с тройной связью на конце молекулы также могут взаимодействовать с аммиачными растворами оксида серебра или хлорида меди (I), образуя нерастворимые в воде ацетилениды серебра или меди (I). Это является качественной реакцией на алкины с тройной связью на конце молекулы, так как образуется осадок белого или красно-коричневого цвета.
Алкины, в которых тройная связь расположена не на конце молекулы, не реагируют с аммиачными растворами оксида серебра или хлорида меди (I).
Получение алкинов
Получение ацетилена
Метод получения ацетилена путем пиролиза метана является одним из промышленных способов. Ацетилен образуется за доли секунды, далее разложение продолжается до углерода.
Гидролиз карбида кальция — это распространенный лабораторный метод получения ацетилена.
Получение гомологов ацетилена
Данный метод имеет больше теоретический интерес, т. к. на практике для отщепления второй молекулы галогеноводорода требуется более сильное основание по сравнению с неорганической щелочью.
Это лабораторный способ удлинения цепи алкина. Сначала терминальный алкин превращается в алкинид путем взаимодействия с амидом щелочного металла:
Затем добавляют галогеналкан, и в результате их реакции образуется алкин с более длинным углеродным скелетом:
Циклоалканы – это углеводороды, которые имеют замкнутый цикл и не содержат кратных связей, то есть являются предельными (насыщенными). Их химическая формула CnH2n , где n≥3, такая же как у алкенов.
См. раздел “Номенклатура органических соединений”
Атомы углерода в молекулах циклоалканов находятся в состоянии sp3-гибридизации. Происходит образование 4 σ-связи С–С и С–Н, кратность которых равна 1. Валентные же углы в соединениях зависят от размеров цикла.
“Банановые” связи — это σ-связи в циклопропане, которые отклоняются от оси, соединяющей ядра атомов, тем самым уменьшая напряжение в молекуле циклопропана. Они напоминают по своим свойствам π-связи и могут легко рваться. Также им присущ легкий разрыв
Остальным же циклоалканам свойственно “объёмное” строение. Например, в молекуле циклобутана по линии, которая соединяет первый и третий атомы углерода, виден перегиб.
Также, стоит отметить существование конформаций под названиями “кресло” и “ванна”. Их легко можно увидеть на примере молекулы циклогексана, которая не является плоским многоугольником
Для циклоалканов характерна как структурная, так и пространственная изомерии.
Структурные изомеры — это соединения, которые имеют одинаковый состав и отличаются друг от друга порядком связывания атомов в молекуле, то есть строением (структурой). Структурная изомерия циклических соединений связана с разным числом углеродных атомов в кольце, а также с разным числом атомов углерода в заместителях и с положением заместителей в цикле.
● Изомеры с разным числом атомов углерода в цикле отличаются
размерами углеродного цикла.
Изомеры с разным числом атомов углерода в заместителях отличаются строением заместителей у одинакового углеродного цикла
Изомеры с разным положением одинаковых заместителей в углеродном цикле.
циклоалканы изомерны алкенам
Межклассовые изомеры — это вещества разных классов с различным строением, но с одинаковым составом. Циклоалканы являются межклассовыми изомерами с алкенами с общей формулой — CnH2n.
● Геометрическая изомерия (цис-транс-изомерия).
У циклоалканов с двумя заместителями, расположенными у соседних атомов
углерода в цикле цис-транс-изомерия обусловлена различным взаимным
расположением в пространстве заместителей относительно плоскости цикла.
Это означает, что две группы, находящиеся по разные стороны от связи в цикле, могут быть либо на одной стороне (цис-изомер), либо на противоположных сторонах (транс-изомер).
Дегидроциклизация алканов (промышленный способ)
Алканы, содержащие 5 и более атомов углерода в главной цепи, при
нагревании в присутствии металлических катализаторов (платины, никеля,
палладия) вступают в реакцию дегидроциклизации.
Гексан же при нагревании в присутствии Cr2O3 в зависимости от условий может образовать циклогексан и только потом бензол:
Гидрирование бензола и его гомологов
Данный способ позволяет получать только циклогексан и его гомологи с шестичленным кольцом. Реакция проводится в присутствии металлических катализаторов и при нагревании.
Дегалогенирование дигалогеналканов
При действии активных металлов, например, щелочноземельного цинка, на дигалогеналканы, в которых между атомами галогенов находится три и более атомов углерода происходит отщепление атомов галогенов и замыкание цикла.
Реакции присоединения к циклоалканам
В ряду циклопропан > циклобутан > циклопентан реакционная способность вступать в реакции присоединения будет уменьшаться. Это обусловлено тем, что угловое напряжение увеличивается с уменьшением размеров цикла, а значит, тем легче будут протекать реакции присоединения.
Гидрирование циклоалканов
С водородом могут реагировать малые циклы, а также (в жестких условиях) циклопентан. В реакции с водородом у циклоалканов, содержащих малые циклы (а также в жестких условиях у циклопентана), происходит разрыв кольца и образование алкана.
Галогенирование циклоалканов
Циклопропан и циклобутан реагируют с галогенами, при этом тоже происходит присоединение галогенов к молекуле, сопровождающееся разрывом кольца. Атомы галогенов в продукте расположены по разные стороны от места разрыва связи.
Гидрогалогенирование
Циклопропан и его гомологи с алкильными заместителями у трехчленного цикла вступают с галогеноводородами в реакции присоединения с разрывом цикла. У гомологов циклопропана реакция присоединения молекул типа НHal протекает в соответствии с правилом Марковникова. С правилом Марковникова вы можете познакомиться в разделе “Алкены”.
Реакции замещения
В больших циклах (циклопентане, циклогексане) благодаря неплоскому строению молекул угловое напряжение отсутствует. В реакциях они ведут себя подобно алканам, разрыва цикла не происходит.
Галогенирование
Галогенирование протекает по механизму радикального замещения, то есть молекула галогена при действии освещения “распадается” на два радикала, которые впоследствии будут отрывать атом водорода от молекулы циклопентана. Таким образом, образовавшийся алкил-радикал является
неустойчивой частицей и как можно быстрее реагирует с другой молекулой галогена, снова “разрывая” её на радикалы и уже взаимодействуя с ними.
Нитрование циклоалканов
При взаимодействии циклоалканов с разбавленной азотной кислотой при нагревании образуются нитроциклоалканы. Здесь замещение идёт по радикальному механизму, также как в реакции циклоалканов с галогенами.
Дегидрирование
При нагревании циклоалканов в присутствии металлических катализаторов происходит отщепление водорода и образование кратных связей.
Окисление циклоалканов
Горение
Как и все углеводороды, циклоалканы горят до углекислого газа и воды.
C n H 2n + 3n/2O 2 → nCO 2 + nH 2 O + Q
2C 5 H 10 + 15O 2 → 10CO 2 + 10H 2 O + Q
Окисление
При окислении циклогексана концентрированной азотной кислотой или в присутствии катализатора образуется адипиновая (гександиовая) кислота:
Циклоалкены – это углеводороды, которые имеют замкнутый цикл и содержат ровно одну двойную связь, то есть являются непредельными (ненасыщенными). Их химическая формула CnH2n-2 , где n≥3, такая же как у алкинов.
См. раздел “Номенклатура органических соединений”
Атомы углерода в молекулах циклоалкенов находятся в состоянии sp3 — гибридизации и sp2 -гибридизации. Например, в циклопропене происходит образование 1π-связи и 3σ-связи С–С. Валентные углы в соединениях зависят от размеров цикла.
Для циклоалкенов характерна как структурная, так и пространственная изомерии. Она аналогична изомерии циклоалканов и алкенов. См. разделы “Циклоалканы” и “Алкены”. Однако стоит отметить их особенность в геометрической изомерии. Первые члены гомологического ряда почти всегда являются цис-изомерами, поэтому приставка цис- в их названиях пропускается. Циклоалкены, содержащие в карбоцикле восемь и более атомов, существуют в виде как цис-, так и транс-
изомеров.
Данный класс органических соединений обладает свойствами циклоалканов и алкенов. Получение и их химических свойства можно посмотреть в разделах “Циклоалканы” и “Алкены”.
Новости
22.11.2024
22.11.2024
24.10.2024
14.10.2024
09.10.2024
01.10.2024