Vlastnosti, štruktúra, názvoslovie, použitia a príklady

alkíny sú to uhľovodíky alebo organické zlúčeniny, ktoré vo svojich štruktúrach predstavujú trojitú väzbu medzi dvoma uhlíkmi. Táto trojitá väzba (≡) sa považuje za funkčnú skupinu tým, že predstavuje aktívne miesto molekuly, a preto je zodpovedná za ich reaktivitu.

Hoci sa alkíny veľmi nelíšia od alkánov alebo alkénov, vykazujú vyššiu kyslosť a polaritu vďaka povahe svojich väzieb. Presný termín na opis tohto malého rozdielu je známy ako nenasýtené.

Alkány sú nasýtené uhľovodíky, zatiaľ čo alkíny sú vzhľadom na pôvodnú štruktúru najviac nenasýtené. Čo to znamená? To je alkán H₃C-CH₃ (etán) sa môže dehydrogenovať na H₂C = CH₂ (etén) a následne HC≡CH (etylén alebo lepšie známy ako acetylén).

Všimnite si, ako sa medzi uhlíkmi vytvárajú ďalšie väzby, ktoré sa na ne viažu. Uhlík svojimi elektronickými vlastnosťami má za cieľ vytvoriť štyri jednoduché väzby, takže čím väčšia je nenasýtenosť, tým väčšia je tendencia reagovať (s výnimkou aromatických zlúčenín)..

Na druhej strane, trojitá väzba je oveľa silnejšia ako dvojitá väzba (=) alebo jednoduchá (-), ale s vysokými nákladmi na energiu. Preto väčšina uhľovodíkov (alkánov a alkénov) môže pri zvýšených teplotách vytvárať trojité väzby.

V dôsledku týchto vysokých energií a po rozbití uvoľňujú veľa tepla. Príklad tohto javu je vidieť, keď sa acetylén spaľuje s kyslíkom a intenzívne teplo plameňa sa používa na zváranie alebo tavenie kovov (vrchný obrázok).

Acetylén je najjednoduchší a najmenší alkín zo všetkých. Z jeho chemického vzorca môžu byť vyjadrené iné uhľovodíky nahradením H za alkylové skupiny (RC≡CR '). To isté sa deje vo svete organickej syntézy prostredníctvom veľkého počtu reakcií.

Tento alkín sa vyrába reakciou oxidu vápenatého z vápenca a koksu, suroviny, ktorá poskytuje potrebný uhlík v elektrickej peci:

CaO + 3C => CaC₂ + CO

CaC₂ je karbid vápenatý, anorganická zlúčenina, ktorá nakoniec reaguje s vodou za vzniku acetylénu:

CaC₂ + 2H₂O => Ca (OH)₂ + HC≡CH

index

• 1 Fyzikálne a chemické vlastnosti alkínov
  • 1.1 Polarita
  • 1.2 Kyslosť
• 2 Reaktivita
  • 2.1 Hydrogenácia
  • 2.2 Pridanie halogenovodíkov
  • 2.3 Hydratácia
  • 2.4 Prídavok halogénov
  • 2.5 Alkylácia acetylénu
• 3 Chemická štruktúra
  • 3.1 Vzdialenosť spojov a svoriek terminálu
• 4 Nomenklatúra
• 5 Použitie
  • 5.1 Acetylén alebo etylén
  • 5.2 Prírodné alkíny
• 6 Príklady alkínov
  • 6.1 Kyselina tarová
  • 6.2 Histionikotoxín
  • 6.3 Cicutoxín
  • 6.4 Capillina
  • 6.5 Pargilín
• 7 Referencie

Fyzikálne a chemické vlastnosti alkínov

polarita

Trojitá väzba rozlišuje alkíny od alkánov a alkénov. Tieto tri typy uhľovodíkov sú nepolárne, nerozpustné vo vode a veľmi slabé kyseliny. Elektronegativita uhlíkov dvojitých a trojitých väzieb je však väčšia ako u jednoduchých uhlíkov.

Podľa toho, uhlíky susediace s trojitou väzbou dávajú indukčnú zápornú hustotu náboja. Z tohto dôvodu tam, kde sú väzby C = C alebo C = C, bude väčšia elektronická hustota ako vo zvyšku uhlíkovej štruktúry. V dôsledku toho existuje malý dipólový moment, ktorým molekuly vzájomne pôsobia dipólovo-dipólovými silami.

Tieto interakcie sú veľmi slabé, ak porovnáte ich dipólové momenty s molekulami vody alebo alkoholu. To sa odráža v jeho fyzikálnych vlastnostiach: alkíny majú vo všeobecnosti vyššie teploty topenia a varu v porovnaní s ich menej nenasýtenými uhľovodíkmi.

Vzhľadom na ich zlú polaritu sú tiež menej nerozpustné vo vode, ale rozpustné v nepolárnych organických rozpúšťadlách, ako je benzén..

kyslosť

Táto elektronegativita tiež spôsobuje vodík HC≡CR je kyslejšie ako akékoľvek iné uhľovodíky. Alkyny sú preto viac kyslé druhy ako alkény a oveľa viac ako alkány. Jeho kyslosť je však stále zanedbateľná v porovnaní s karboxylovou kyselinou.

Pretože alkyny sú veľmi slabé kyseliny, reagujú len s veľmi silnými zásadami, ako je napríklad amid sodný:

HC≡CR + NaNH₂ = HC1CNa + NH₃

Z tejto reakcie sa získa roztok acetylidu sodného, ​​čo je surovina na syntézu iných alkínov.

reaktivita

Reaktivita alkínov sa vysvetľuje pridaním malých molekúl k ich trojitej väzbe, čo znižuje ich nenasýtenie. Môžu to byť aj molekuly vodíka, halogenovodíky, voda alebo halogény.

hydrogenácia

Malá molekula H₂ Je veľmi nepolapiteľný a rýchly, aby sa zvýšila pravdepodobnosť, že sa pridajú do trojitej väzby alkínov, sa musí uchýliť k katalyzátorom.

Zvyčajne ide o kovy (Pd, Pt, Rh alebo Ni), ktoré sa jemne delia, aby sa zväčšila povrchová plocha; a týmto spôsobom kontakt medzi vodíkom a alkínom:

RC-CR '+ 2H₂ => RCH₂CH₂R '

Výsledkom je, že vodík "ukotvuje" k uhlíkom tým, že rozbije väzbu, a tak ďalej, až kým sa nevytvorí zodpovedajúci alkán, RCH₂CH₂R '. To nielen nasýti počiatočný uhľovodík, ale tiež modifikuje jeho molekulovú štruktúru.

Pridanie halogenovodíkov

Tu sa pridá anorganická molekula HX, kde X môže byť ktorýkoľvek z halogénov (F, Cl, Br alebo I):

RC≡CR '+ HX => RCH = CXR'

hydratácia

Hydratácia alkínov je, keď pridávajú molekulu vody za vzniku aldehydu alebo ketónu:

RC≡CR '+ H₂O => RCH₂COR '

Ak R 'je H, je to aldehyd; Ak je to alkyl, potom je to ketón. V reakcii sa vytvorí zlúčenina známa ako enol (RCH = C (OH) R ') ako medziprodukt..

Táto má konverziu enolovej formy (C-OH) na ketónovú formu (C = O) v rovnováhe nazývanej tautomerizácia.

Prídavok halogénov

Čo sa týka prídavkov, diatomické molekuly halogénov môžu byť tiež ukotvené na uhlíkoch trojitej väzby (X₂= F₂, cl₂, br₂ alebo I₂):

RC≡CR '+ 2X₂ => RCX₂-CX₂R '

Alkylácia acetylénu

Iné alkíny sa môžu pripraviť z roztoku acetylidu sodného použitím alkylhalogenidu:

HC1CNa + RX => HC2CR + NaX

Ak by to boli napríklad metyljodid, výsledný alkín by bol:

HC1CNa + CH₃I => HC2CCH₃ + NAX

HC≡CCH₃ je tip, tiež známy ako metylacetylén.

Chemická štruktúra

Aká je štruktúra alkínov? Na hornom obrázku je zobrazená molekula acetylénu. Z neho môžete jasne vidieť lineárnu geometriu C≡C spojenia.

Preto tam, kde je trojitá väzba, musí byť štruktúra molekuly lineárna. To je ďalší z významných rozdielov medzi nimi a zvyškom uhľovodíkov.

Alkány sú zvyčajne reprezentované ako cik-cak, pretože majú sp hybridizáciu³ a jeho spojenia sú od seba vzdialené 109 °. V skutočnosti ide o reťazec tetraedry, ktorý je kovalentne pripojený. Zatiaľ čo alkény sú ploché sp hybridizáciou² jeho uhlíkov, špecifickejšie tvoriacich trigonálnu rovinu s väzbami oddelenými o 120 °.

V alkínoch je orbitálna hybridizácia sp, to znamená, že majú 50% znakov a 50% znaku p. Existujú dva sp hybridné orbitály, ktoré sú viazané na atómy H v acetyléne alebo na alkylové skupiny v alkínoch.

Vzdialenosť oddeľujúca ako H, tak R je 180 °, okrem toho, že iba týmto spôsobom môžu čisté trojnásobné väzby tvoriť čisté p orbitály uhlíka. Z tohto dôvodu je väzba -C = C- lineárna. Vidieť štruktúru akejkoľvek molekuly -C≡C- vyniká v tých oblastiach, kde je kostra veľmi lineárna.

Vzdialenosť odkazov a terminálového nájomného

Uhlíky v trojitej väzbe sú menej vzdialené ako v dvojitej alebo jednoduchej väzbe. Inými slovami, C = C je kratšia ako C = C a C-C. V dôsledku toho je spojenie silnejšie, pretože dva prepojenia π prispievajú k stabilizácii jednoduchého spojenia σ.

Ak je trojitá väzba na konci reťazca, potom ide o terminálny alkín. Preto vzorec uvedenej zlúčeniny musí byť HC2CR, kde H označuje koniec alebo začiatok reťazca.

Ak je to naopak vnútorná trojitá väzba, vzorec je RC≡CR ', kde R a R' sú pravá a ľavá strana reťazca.

názvoslovie

Ako sú alkyny pomenované podľa pravidiel diktovaných IUPAC? Rovnako ako alkány a alkény boli pomenované. Ak to chcete urobiť, zmeňte príponu -ano alebo -eno s príponou -ino.

Napríklad: HC≡CCH₃ nazýva sa propino, pretože má tri uhlíky, ako propán (CH₃CH₂CH₃). HC≡CCH₂CH₃ je to 1-butín, čo je terminálny alkín. Ale v prípade CH₃C≡CCH₃ je to 2-butín a v tomto prípade trojitá väzba nie je koncová, ale vnútorná.

CH₃C≡CCH₂CH₂(CH₃)₂ je to 5-metyl-2-hexino. Uhlíky začínajú počítať od strany, ktorá je najbližšie k trojitej väzbe.

Ďalším typom alkínov sú cykloalkyny. Pre nich postačuje nahradiť príponu -ano pre -ino zodpovedajúceho cykloalkánu. Cyklopropán, ktorý má trojitú väzbu, sa nazýva cyklopropín (ktorý neexistuje)..

Ak sú k dispozícii dva trojité prepojenia, k názvu sa pridá predpona di-. Príkladmi sú HC2C-C, H, diacetylén alebo propadino; a na HCC-C-C, H, butadiino.

aplikácie

Acetylén alebo etylén

Najmenší z alkínov zahusťuje možný počet použití týchto uhľovodíkov. Z neho možno pomocou alkylácie syntetizovať aj iné organické zlúčeniny. Podobne sa podrobuje oxidačným reakciám, aby sa získal okrem iného etanol, kyselina octová, kyselina akrylová.

Ďalším z jeho použití je poskytnutie zdroja tepla na excitáciu elektrónov atómov; špecifickejšie katiónov kovov pri stanovení absorpčnou atómovou emisiou, široko používanou spektroskopickou technikou.

Prírodné alchinos

Jediné existujúce spôsoby prípravy alkínov sú nielen syntetické alebo s použitím tepla v neprítomnosti kyslíka, ale aj biologické.

V týchto enzýmoch sa používajú tzv acetilenasas, ktoré môžu dehydrogenovať dvojitú väzbu. Vďaka tomu sa získava mnoho prírodných zdrojov alkínov.

V dôsledku toho môžu byť z týchto zdrojov extrahované jedy, antidotá, lieky alebo akákoľvek iná zlúčenina, ktorá poskytuje určitý úžitok; najmä pokiaľ ide o zdravie. Mnohé alternatívy sú pri úprave ich pôvodných štruktúr a majú ich ako podporu pre nové alkíny.

Príklady alkínov

Doteraz boli spomenuté mnohé príklady alkínov. Niektoré však pochádzajú z veľmi špecifických zdrojov alebo majú určité molekulárne štruktúry: sú to polyacetylény.

To znamená, že môže existovať viac ako jedna trojitá väzba, ktorá je súčasťou veľmi veľkej štruktúry, a nie iba jednoduchý uhlíkový reťazec.

Kyselina tarová

Kyselina tarirová pochádza z rastliny nachádzajúcej sa v Guatemale, nazývanej Picramnia tariri. Extrahuje sa z oleja z jeho semien.

Vo svojej molekulárnej štruktúre možno pozorovať jednu trojitú väzbu, ktorá oddeľuje nepolárny chvost od polárnej hlavy; preto by sa mohla považovať za amfipatickú molekulu.

Histrionicotoxina

Histrionikotoxín je jed vylučovaný kožou žiab z Kolumbie, Brazílie a ďalších krajín Latinskej Ameriky. Má dve trojité konjugované prepojenia s dvojitým odkazom. Obidva sú terminálne a sú oddelené kruhom so šiestimi atómami uhlíka a cyklickým amínom.

cicutoxin

Z molekulárnej štruktúry cytoxínu, kde sú trojité väzby? Ak sú dvojité väzby ploché, keď sa pozerajú doprava a jednoduché prepojenia sú tetrahedrálne, ako v extrémoch, trojice sú lineárne a sú na svahu ()..

Táto zlúčenina sa skladá z neurotoxínu nachádzajúceho sa hlavne vo vodnom hemlocke.

Capillina

Je to alkín prítomný v éterickom oleji rastlín Artemis, ktorý sa používa ako protiplesňové činidlo. Môžete vidieť dve po sebe idúce trojité väzby, viac správne konjugované.

Čo to znamená? To, že trojité väzby rezonujú v celom uhlíkovom reťazci a zahŕňajú dvojitú väzbu C = O otvorenú na C-O^-.

pargylinu

Je to alkín s antihypertenzívnou aktivitou. Analyzujeme jeho štruktúru v častiach, ktoré máme: benzylová skupina vľavo, terciárny amín v strede a propinyl vpravo; to znamená skupinu koncových koncov.

referencie

1. Francis A. Carey. Organická chémia Karboxylové kyseliny. (šieste vydanie, str. 368 až 397). Mc Graw Hill.
2. Brennanová, John. (10. marca 2018). Príklady alkynov. Sciencing. Prevzaté z: sciencing.com
3. Byju'S. (2018). Triple Bond v Alkynes. Prevzaté z: byjus.com
4. Encyklopédia príkladov (2017). Alkíny. Zdroj: ejemplos.co
5. Kevin A. Boudreaux. Alkíny. Prevzaté z: angelo.edu
6.  Robert C. Neuman, Jr. Alkenes a Alkynes. [PDF]. Prevzaté z: chem.ucr.edu