- Właściwości fizyczne i chemiczne alkinów
- Biegunowość
- Kwasowość
- Reaktywność
- Uwodornienie
- Dodawanie halogenków wodoru
- Uwodnienie
- Dodawanie halogenów
- Alkilacja acetylenu
- Struktura chemiczna
- Odległość łączy i końcowych alkinów
- Nomenklatura
- Aplikacje
- Acetylen lub etyn
- Naturalne alkiny
- Przykłady alkinów
- Kwas tarirowy
- Histrionicotoxin
- Cicutoxin
- Capillina
- Pargyline
- Bibliografia
Do grupy alkinowe są węglowodory lub związki organiczne zawierające w swej strukturze potrójne wiązanie pomiędzy dwoma atomami węgla. To wiązanie potrójne (≡) jest uważane za grupę funkcyjną, ponieważ reprezentuje miejsce aktywne cząsteczki, a zatem jest odpowiedzialne za ich reaktywność.
Chociaż alkiny nie różnią się zbytnio od alkanów lub alkenów, wykazują większą kwasowość i polarność ze względu na charakter ich wiązań. Dokładny termin opisujący tę niewielką różnicę to tak zwane nienasycenie.
Autor: jason.kaechler (Flickr: Oxygen / Acetylene Torch), źródło Wikimedia Commons
Alkany to węglowodory nasycone, podczas gdy alkiny są najbardziej nienasycone w stosunku do pierwotnej struktury. Co to znaczy? Że alkan H 3 C-CH 3 (etan) może zostać odwodorniony do H 2 C = CH 2 (eten), a następnie HC≡CH (etyn lub lepiej znany jako acetylen).
Zwróć uwagę, że w miarę tworzenia się dodatkowych wiązań między atomami węgla, zmniejsza się liczba związanych z nimi wodorów. Węgiel, ze względu na swoje właściwości elektronowe, stara się utworzyć cztery proste wiązania, więc im wyższe nienasycenie, tym większa skłonność do reakcji (z wyjątkiem związków aromatycznych).
Z drugiej strony wiązanie potrójne jest znacznie silniejsze niż wiązanie podwójne (=) lub wiązanie pojedyncze (-), ale wiąże się z wysokim kosztem energii. Dlatego większość węglowodorów (alkanów i alkenów) może tworzyć potrójne wiązania w podwyższonych temperaturach.
W wyniku ich wysokiej energii, a kiedy się psują, uwalniają dużo ciepła. Przykładem tego zjawiska jest spalanie acetylenu tlenem, a intensywne ciepło płomienia jest używane do spawania lub topienia metali (górne zdjęcie).
Acetylen jest najprostszym i najmniejszym alkinem ze wszystkich. Inne węglowodory można wyrazić na podstawie ich wzoru chemicznego, podstawiając H zamiast grup alkilowych (RC≡CR '). To samo dzieje się w świecie syntezy organicznej poprzez dużą liczbę reakcji.
Ten alkin jest wytwarzany w wyniku reakcji tlenku wapnia z wapienia i koksu, surowca, który zapewnia niezbędne węgle w piecu elektrycznym:
CaO + 3C => CaC 2 + CO
CaC 2 to węglik wapnia, nieorganiczny związek, który ostatecznie reaguje z wodą, tworząc acetylen:
CaC 2 + 2H 2 O => Ca (OH) 2 + HC≡CH
Właściwości fizyczne i chemiczne alkinów
Biegunowość
Wiązanie potrójne odróżnia alkiny od alkanów i alkenów. Te trzy typy węglowodorów są niepolarne, nierozpuszczalne w wodzie i bardzo słabe kwasy. Jednak elektroujemność atomów węgla z podwójnym i potrójnym wiązaniem jest większa niż atomów węgla pojedynczego.
Zgodnie z tym węgle sąsiadujące z potrójnym wiązaniem nadają mu ujemną gęstość ładunku przez efekt indukcyjny. Z tego powodu tam, gdzie są wiązania C≡C lub C = C, gęstość elektronów będzie wyższa niż w pozostałej części szkieletu węglowego. W konsekwencji występuje mały moment dipolowy, w którym cząsteczki oddziałują siłami dipol-dipol.
Te interakcje są bardzo słabe, jeśli porównuje się ich momenty dipolowe z momentami cząsteczki wody lub dowolnego alkoholu. Znajduje to odzwierciedlenie w ich właściwościach fizycznych: alkiny mają na ogół wyższą temperaturę topnienia i wrzenia w porównaniu do ich mniej nienasyconych węglowodorów.
Podobnie, ze względu na swoją niską polarność, są mniej nierozpuszczalne w wodzie, ale są rozpuszczalne w niepolarnych rozpuszczalnikach organicznych, takich jak benzen.
Kwasowość
Podobnie, ta elektroujemność powoduje, że wodór HC ≡CR jest bardziej kwaśny niż jakikolwiek obecny w innych węglowodorach. Dlatego alkiny są bardziej kwaśne niż alkeny i znacznie bardziej kwaśne niż alkany. Jednak jego kwasowość jest nadal znikoma w porównaniu z kwasami karboksylowymi.
Ponieważ alkiny są bardzo słabymi kwasami, reagują tylko z bardzo mocnymi zasadami, takimi jak amidek sodu:
HC≡CR + NaNH 2 => HC≡CNa + NH 3
Z tej reakcji otrzymuje się roztwór acetylenku sodu, surowca do syntezy innych alkinów.
Reaktywność
Reaktywność alkinów tłumaczy się dodatkiem małych cząsteczek do ich potrójnego wiązania, zmniejszając ich nienasycenie. Mogą to być cząsteczki wodoru, halogenki wodoru, woda lub halogeny.
Uwodornienie
Mała cząsteczka H 2 jest bardzo ulotne i szybko, tak aby zwiększyć prawdopodobieństwo, że są one dodawane do potrójnego wiązania z alkinów, muszą być stosowane jako katalizatory.
Są to zazwyczaj metale (Pd, Pt, Rh lub Ni) drobno rozdrobnione w celu zwiększenia powierzchni; a więc kontakt między wodorem i alkinem:
RC≡CR '+ 2H 2 => RCH 2 CH 2 R'
Powoduje to, że wodór jest „zakotwiczone” węgli przez zerwanie wiązanie, i tak dalej, aż do odpowiedniego alkanu RCH 2 CH 2 R jest wytwarzany. To nie tylko nasyca początkowy węglowodór, ale także modyfikuje jego strukturę molekularną.
Dodawanie halogenków wodoru
Tutaj dodaje się nieorganiczną cząsteczkę HX, gdzie X może oznaczać dowolny z halogenów (F, Cl, Br lub I):
RC≡CR '+ HX => RCH = CXR'
Uwodnienie
Uwodnienie alkinów polega na dodaniu cząsteczki wody do aldehydu lub ketonu:
RC≡CR '+ H 2 O => RCH 2 COR'
Jeśli R 'oznacza H, jest to aldehyd; jeśli jest to alkil, to jest to keton. W reakcji jako półprodukt tworzy się związek znany jako enol (RCH = C (OH) R ').
To ulega konwersji z formy enolowej (C - OH) do postaci ketonowej (C = O) w równowadze zwanej tautomeryzacją.
Dodawanie halogenów
A jeśli chodzi o dodatki, dwuatomowe cząsteczki halogenów (X 2 = F 2 , Cl 2 , Br 2 lub I 2 ) mogą być również zakotwiczone na węglach potrójnego wiązania :
RC≡CR '+ 2X 2 => RCX 2 –CX 2 R'
Alkilacja acetylenu
Inne alkiny można wytworzyć z roztworu acetylenku sodu przy użyciu halogenku alkilu:
HC≡CNa + RX => HC≡CR + NaX
Na przykład, gdyby był to jodek metylu, otrzymany alkin byłby:
HC≡CNa + CH 3 I => HC≡CCH 3 + NaX
HC≡CCH 3 jest propyn, znany również jako metylu acetylen.
Struktura chemiczna
Ben Mills, źródło Wikimedia Commons
Jaka jest struktura alkinów? Na górnym obrazku pokazano cząsteczkę acetylenu. Z tego widać wyraźnie liniową geometrię wiązania C≡C.
Dlatego tam, gdzie występuje wiązanie potrójne, struktura cząsteczki powinna być liniowa. To kolejna z zauważalnych różnic między nimi a pozostałymi węglowodorami.
Alkany są zwykle przedstawiane jako zygzaki, ponieważ mają hybrydyzację sp 3, a ich wiązania są oddalone od siebie o 109º. W rzeczywistości są to łańcuch połączonych kowalencyjnie czworościanów. Podczas alkeny płaskie powodu sp 2 hybrydyzację ich atomów węgla, bardziej szczegółowo tworzenia wiązań trójkątny płaszczyznę z oddzielonych 120 °.
W alkinach hybrydyzacja orbitalna jest sp, to znaczy mają charakter 50% s i charakter p 50%. Dwa orbitale hybrydowe sp są związane z atomami H w acetylenie lub z grupami alkilowymi w alkinach.
Odległość między dwoma H lub R wynosi 180º, oprócz tego, że tylko w ten sposób czyste orbitale p atomów węgla mogą tworzyć wiązanie potrójne. Z tego powodu wiązanie –C≡C– jest liniowe. Patrząc na strukturę dowolnej cząsteczki, –C≡C– wyróżnia się w tych regionach, w których szkielet jest bardzo liniowy.
Odległość łączy i końcowych alkinów
Węgle w wiązaniu potrójnym są bliżej siebie niż w wiązaniu podwójnym lub pojedynczym. Innymi słowy, C≡C jest krótsze niż C = C i C - C. W rezultacie wiązanie jest silniejsze, ponieważ dwa wiązania π pomagają ustabilizować pojedyncze wiązanie σ.
Jeśli potrójne wiązanie znajduje się na końcu łańcucha, to jest to terminal alkinowy. Dlatego formuła tego związku musi być HC≡CR, gdzie H podkreśla koniec lub początek łańcucha.
Jeśli z drugiej strony jest to wewnętrzne wiązanie potrójne, wzór to RC≡CR ', gdzie R i R' to prawa i lewa strona łańcucha.
Nomenklatura
Jak nazywa się alkiny zgodnie z zasadami dyktowanymi przez IUPAC? W ten sam sposób, w jaki nazwano alkany i alkeny. Aby to zrobić, przyrostek –ano lub –eno jest zamieniany na przyrostek –ino.
Na przykład: HC≡CCH 3 nazywany jest propynem, ponieważ ma trzy atomy węgla, podobnie jak propan (CH 3 CH 2 CH 3 ). HC≡CCH 2 CH 3 to 1-butyn, który jest terminalnym alkinem. Jednak w przypadku CH 3 C≡CCH 3 jest 2-butynu, w tym wiązanie potrójne jest zacisk, lecz wewnętrzna.
CH 3 C≡CCH 2 CH 2 (CH 3 ) 2 oznacza grupę 5-metylo-2-heksyn. Węgle liczy się od strony najbliższej wiązaniu potrójnemu.
Innym rodzajem alkinów są cykloalkiny. Dla nich wystarczy zastąpić przyrostek –ano –ino odpowiedniego cykloalkanu. Tak więc cyklopropan, który ma potrójne wiązanie, nazywa się cyklopropino (który nie istnieje).
W przypadku dwóch potrójnych linków do nazwy dodawany jest przedrostek di-. Przykładami są HC≡C-C≡H, diacetylen lub propadino; i HC≡C - C - C≡H, butadiino.
Aplikacje
Acetylen lub etyn
Najmniejszy z alkinów zagęszcza możliwą liczbę zastosowań tych węglowodorów. Z niej poprzez alkilacje można syntetyzować inne związki organiczne. Podobnie ulega reakcjom utleniania, aby otrzymać między innymi etanol, kwas octowy, kwas akrylowy.
Innym jego zastosowaniem jest zapewnienie źródła ciepła do wzbudzania elektronów atomów; a dokładniej kationów metali w oznaczeniach absorpcji i emisji atomowej, szeroko stosowanej techniki spektroskopowej.
Naturalne alkiny
Jedyne istniejące metody otrzymywania alkinów są nie tylko syntetyczne lub z zastosowaniem ciepła przy braku tlenu, ale także biologiczne.
Wykorzystują one enzymy zwane acetylenazami, które mogą odwodorniać wiązanie podwójne. Dzięki temu uzyskuje się wiele naturalnych źródeł alkinów.
W rezultacie trucizny, odtrutki, leki lub inne związki, które zapewniają pewne korzyści, można wyodrębnić z tych źródeł; zwłaszcza gdy dotyczy zdrowia. Istnieje wiele alternatyw, jeśli chodzi o modyfikację ich pierwotnych struktur i wykorzystywanie ich jako wsparcia dla nowych alkinów.
Przykłady alkinów
Do tej pory wymieniono liczne przykłady alkinów. Jednak niektóre pochodzą z bardzo specyficznych źródeł lub mają określoną strukturę molekularną: są to poliacetyleny.
Oznacza to, że może istnieć więcej niż jedno wiązanie potrójne, które jest częścią bardzo dużej struktury, a nie tylko pojedynczy łańcuch węglowy.
Kwas tarirowy
Autor: Yikrazuul, źródło Wikimedia Commons
Kwas tarirowy pochodzi z rośliny znajdującej się w Gwatemali o nazwie Picramnia tariri. Jest specjalnie pozyskiwany z oleju z nasion.
W jego strukturze molekularnej można zaobserwować pojedyncze potrójne wiązanie, które oddziela apolarny ogon od polarnej głowy; dlatego można go uznać za cząsteczkę amfipatyczną.
Histrionicotoxin
Autor: Meodipt i Rolf Kolasch,
en.wikipedia, źródło Wikimedia Commons
Histrionikotoksyna to trucizna wydzielana przez skórę żab zamieszkujących Kolumbię, Brazylię i inne kraje Ameryki Łacińskiej. Ma dwa potrójne wiązania sprzężone z jednym podwójnym wiązaniem. Obie są końcowe i oddzielone sześciowęglowym pierścieniem i cykliczną aminą.
Cicutoxin
Autor: Giorgiogp2, źródło Wikimedia Commons
Na podstawie struktury molekularnej cykutoksyny, gdzie są wiązania potrójne? Jeśli podwójne wiązania są płaskie, jak widać po prawej stronie, a pojedyncze wiązania są czworościenne, jak na końcach, trójki są liniowe i mają nachylenie (\).
Związek ten składa się z neurotoksyny występującej głównie w roślinach cykuty wodnej.
Capillina
Klever, z Wikimedia Commons
Jest to alkin obecny w olejku eterycznym z bylicy, który jest stosowany jako środek przeciwgrzybiczy. Można zaobserwować dwa kolejne potrójne wiązania, bardziej poprawnie skoniugowane.
Co to znaczy? Te potrójne wiązania rezonują w całym łańcuchu węglowym i obejmują podwójne wiązanie C = O otwierające się do C - O - .
Pargyline
Autor: Harbin, źródło Wikimedia Commons
Jest to alkin o działaniu przeciwnadciśnieniowym. Analizując jego strukturę w częściach, mamy: grupę benzylową po lewej stronie, trzeciorzędową aminę w środku i propynyl po prawej; to znaczy terminalną grupę propynową.
Bibliografia
- Francis A. Carey. Chemia organiczna. Kwasy karboksylowe. (wydanie szóste, strony 368-397). Mc Graw Hill.
- Brennan, John. (10 marca 2018). Przykłady alkinów. Nauka. Zaczerpnięte z: sciencing.com
- BYJU. (2018). Potrójne wiązanie w alkinach. Zaczerpnięte z: byjus.com
- Encyklopedia przykładów (2017). Alkiny. Odzyskany z: examples.co
- Kevin A. Boudreaux. Alkiny. Zaczerpnięte z: angelo.edu
- Robert C. Neuman, Jr. Alkenes and Alkynes. . Zaczerpnięte z: chem.ucr.edu