ALKYNY: VLASTNOSTI, ŠTRUKTÚRA, POUŽITIE A PRÍKLADY - CHÉMIA - 2026

Tieto alkíny sú uhľovodíky alebo organické zlúčeniny, ktoré obsahujú vo svojich štruktúrach trojitú väzbu medzi dvoma atómami uhlíka. Táto trojitá väzba (≡) sa považuje za funkčnú skupinu, pretože predstavuje aktívne miesto molekuly, a preto je zodpovedná za ich reaktivitu.

Aj keď sa alkíny príliš nelíšia od alkánov alebo alkénov, vykazujú väčšiu kyslosť a polaritu v dôsledku povahy svojich väzieb. Presný termín na opis tohto nepatrného rozdielu je tzv. Nenasýtenie.

Autor: jason.kaechler (Flickr: Oxygen / Acetylene Torch), prostredníctvom Wikimedia Commons

Alkány sú nasýtené uhľovodíky, zatiaľ čo alkíny sú najviac nenasýtené vzhľadom na pôvodnú štruktúru. Čo to znamená? To alkán H ₃ C-CH ₃ (etán) možno dehydrogenovat na H ₂ C = CH ₂ (etén), a následne sa HC≡CH (etylénu, alebo lepšie známy ako acetylénu).

Všimnite si, že ako sa tvoria ďalšie väzby medzi uhlíkmi, počet vodíkov, ktoré sú na ne viazané, klesá. Uhlík sa vďaka svojim elektronickým vlastnostiam snaží vytvoriť štyri jednoduché väzby, takže čím vyššia je nenasýtenosť, tým väčšia je tendencia reagovať (s výnimkou aromatických zlúčenín).

Na druhej strane trojitá väzba je oveľa silnejšia ako dvojitá väzba (=) alebo jednoduchá väzba (-), ale pri vysokých nákladoch na energiu. Preto väčšina uhľovodíkov (alkány a alkény) môže pri zvýšených teplotách vytvárať trojité väzby.

V dôsledku ich vysokej energie a keď sa zlomia, uvoľňujú veľké množstvo tepla. Príkladom tohto javu je, keď sa acetylén spaľuje s kyslíkom a intenzívne teplo plameňa sa používa na zváranie alebo tavenie kovov (horný obrázok).

Acetylén je najjednoduchší a najmenší alkín zo všetkých. Ostatné uhľovodíky sa môžu vyjadriť zo svojho chemického vzorca nahradením H alkylovými skupinami (RC≡CR '). To isté sa deje vo svete organickej syntézy prostredníctvom veľkého množstva reakcií.

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

CaO + 3C => CaC ₂ + CO

CaC ₂ je karbid vápenatý, anorganická zlúčenina, ktorá nakoniec reaguje s vodou za vzniku acetylénu:

CaC ₂ + 2H ₂ O => Ca (OH) ₂ + HC≡CH

Fyzikálne a chemické vlastnosti alkínov

polarita

Trojitá väzba odlišuje alkíny od alkánov a alkénov. Tieto tri typy uhľovodíkov sú nepolárne, nerozpustné vo vode a veľmi slabé kyseliny. Elektronická aktivita uhlíkov s dvojitou a trojitou väzbou je však vyššia ako u jednoduchých uhlíkov.

Podľa tohto, uhlíky susediace s trojitou väzbou mu dávajú zápornú hustotu náboja indukčným účinkom. Z tohto dôvodu, ak sú väzby C = C alebo C = C, bude vyššia hustota elektrónov ako vo zvyšku uhlíkovej kostry. V dôsledku toho existuje malý dipólový moment, v ktorom molekuly interagujú pomocou dipól-dipólových síl.

Tieto interakcie sú veľmi slabé, ak sa ich dipólové momenty porovnávajú s momentmi molekuly vody alebo alkoholu. To sa odráža na ich fyzikálnych vlastnostiach: Alkény majú všeobecne vyššie teploty topenia a teploty varu v porovnaní s ich menej nenasýtenými uhľovodíkmi.

Podobne sú vďaka svojej nízkej polarite vo vode menej nerozpustné, ale sú rozpustné v nepolárnych organických rozpúšťadlách, ako je benzén.

kyslosť

Podobne táto elektronegativita spôsobuje, že vodíková HC ≡CR je kyslejšia ako ktorákoľvek z ostatných uhľovodíkov. Preto sú alkíny kyslejšie ako alkény a oveľa kyslejšie ako alkány. Jej kyslosť je však v porovnaní s karboxylovými kyselinami stále zanedbateľná.

Pretože alkiny sú veľmi slabé kyseliny, reagujú iba s veľmi silnými zásadami, ako je amid sodný:

HC≡CR + Nanha ₂ => HC≡CNa + NH ₃

Z tejto reakcie sa získa roztok acetylidu sodného, ​​surovej látky pre syntézu ďalších alkínov.

reaktivita

Reaktivita alkínov sa vysvetľuje pridaním malých molekúl k ich trojitej väzbe a znížením ich nenasýtenosti. Môže ísť o molekuly vodíka, halogenidy vodíka, vodu alebo halogény.

hydrogenácia

Malá molekula H ₂ je veľmi prchavé a rýchlo, takže pre zvýšenie pravdepodobnosti, že sa pridá do trojité väzby z alkíny, musí sa použiť katalyzátory.

Zvyčajne sa jedná o kovy (Pd, Pt, Rh alebo Ni) jemne rozdelené, aby sa zväčšila povrchová plocha; a teda kontakt medzi vodíkom a alkínom:

RC≡CR '+ 2 H ₂ => RCH ₂ CH ₂ R'

Výsledkom je, že vodík je "ukotvený" na uhlíky zlomením väzbu, a tak ďalej až do zodpovedajúceho Alkány, RCH ₂ CH ₂ R, je produkovaný. To nielen nasýti počiatočný uhľovodík, ale tiež modifikuje jeho molekulárnu štruktúru.

Pridanie halogenovodíkov

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

RC≡CR '+ HX => RCH = CXR'

hydratácia

Hydratáciou alkínov je to, keď pridajú molekulu vody za vzniku aldehydu alebo ketónu:

RC≡CR '+ H ₂ O => RCH ₂ COR'

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

To prechádza konverziou z enolovej formy (C-OH) na ketónovú formu (C = O) v rovnováhe nazývanej tautomerizácia.

Pridanie halogénov

A pokiaľ ide o pridávaní sa diatomic molekuly halogénov (X ₂ = F ₂ , Cl ₂ , Br ₂ alebo I ₂ ), môžu byť tiež ukotvená na atómy uhlíka trojité väzby :

RC≡CR '+ 2X ₂ => RCX ₂ –CX ₂ R'

Acetylénová alkylácia

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

HC≡CNa + RX => HC≡CR + NaX

Napríklad, ak by to bol metyljodid, výsledný alkín by bol:

HC≡CNa + CH ₃ I => HC≡CCH ₃ + NAX

HC≡CCH ₃ je prepínať, tiež známy ako metyl acetylénu.

Chemická štruktúra

Ben Mills, z Wikimedia Commons

Aká je štruktúra alkínov? Na hornom obrázku je znázornená molekula acetylénu. Z toho je možné jasne pozorovať lineárnu geometriu väzby C bondC.

Preto, ak existuje trojitá väzba, štruktúra molekuly by mala byť lineárna. To je ďalší významný rozdiel medzi nimi a zvyškom uhľovodíkov.

Alkány sú zvyčajne zastúpené ako kľukaté gombíky , pretože majú hybridizáciu sp ³ a ich väzby sú od seba vzdialené 109º. V skutočnosti sú reťazou kovalentne prepojenej štvorsteny. Kým alkény sú ploché vzhľadom k sp ² hybridizácii svojich atómov uhlíka, konkrétnejšie tvorí trigonální rovinu s väzbami oddelených 120 °.

V alkynoch je orbitálna hybridizácia sp, to znamená, že majú 50% s charakter a 50% p charakter. Dva sp hybridné orbitaly sú naviazané na atómy vodíka v acetyléne alebo na alkylové skupiny v alkynoch.

Vzdialenosť medzi dvoma atómami H alebo R je 180 °, navyše k skutočnosti, že iba týmto spôsobom môžu čisté trojuholníky uhlíka tvoriť trojitú väzbu. Z tohto dôvodu je väzba –C≡C– lineárna. Pri pohľade na štruktúru akejkoľvek molekuly vyniká - C≡C– v tých oblastiach, kde je kostra veľmi lineárna.

Vzdialenosť spojov a terminálnych alkínov

Uhlíky v trojitej väzbe sú bližšie k sebe ako v dvojitej alebo jednoduchej väzbe. Inými slovami, C≡C je kratšia ako C = C a C - C. Výsledkom je, že väzba je silnejšia, pretože dve väzby π pomáhajú stabilizovať jednoduchú väzbu σ.

Pokiaľ je trojitá väzba na konci reťazca, potom je to terminálny alkín. Preto vzorec uvedenej zlúčeniny musí byť HC≡CR, kde H zvýrazňuje 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 sa pomenúvajú alkíny podľa pravidiel diktovaných IUPAC? Rovnakým spôsobom ako alkány a alkény. Za týmto účelom sa prípona –ano alebo –eno zmení na príponu –ino.

Napríklad: HC≡CCH ₃ sa nazýva prepínať, pretože to má tri uhlíky, ako propán-bután (CH ₃ CH ₂ CH ₃ ). HC≡CCH ₂ CH ₃ je 1-Butin, ktorý je terminál Alkin. Ale v prípade CH ₃ C≡CCH ₃ je 2-Butin, a v tomto trojité väzby nie je terminál, ale vnútorné.

CH ₃ C≡CCH ₂ CH ₂ (CH ₃ ) ₂ je 5-metyl-2-hexyn. Uhlíky sa počítajú zo strany najbližšie k trojitej väzbe.

Ďalším typom alkínov sú cykloalkény. Pre nich stačí nahradiť príponu --ano za --ino zodpovedajúceho cykloalkánu. Cyklopropán, ktorý má trojitú väzbu, sa teda nazýva cyklopropino (ktoré neexistuje).

Ak existujú dva trojité odkazy, k názvu sa pridá predpona. Príkladmi sú HC = C = C, H, diacetylén alebo propadino; a HC = C - C = C = H, butadiino.

aplikácia

Acetylén alebo etyn

Najmenší z alkínov zahusťuje možné množstvo použití týchto uhľovodíkov. Z toho prostredníctvom alkylácie môžu byť syntetizované ďalšie organické zlúčeniny. Podobne prechádza oxidačnými reakciami, aby sa získal medzi iným etanol, kyselina octová, kyselina akrylová.

Ďalšie využitie spočíva v poskytnutí zdroja tepla na excitáciu elektrónov atómov; konkrétnejšie kovových katiónov pri určovaní atómovej absorpcie-emisie, bežne používanej spektroskopickej technike.

Prírodné alkíny

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

Používajú enzýmy nazývané acetylenázy, ktoré môžu dehydrogenovať dvojitú väzbu. Vďaka tomu sa získava veľa prírodných zdrojov alkínov.

Výsledkom je, že z týchto zdrojov je možné získať jedy, antidotá, lieky alebo akúkoľvek inú zlúčeninu, ktorá poskytuje určitý úžitok; najmä pokiaľ ide o zdravie. Alternatívy sú mnohé, keď modifikujú svoje pôvodné štruktúry a majú ich ako podporu pre nové alkíny.

Príklady alkínov

Doteraz bolo spomenutých veľa príkladov alkínov. Niektoré však pochádzajú z veľmi špecifických zdrojov alebo majú osobitné molekulárne štruktúry: sú to polyacetylény.

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

Kyselina Tarirová

Autor: Yikrazuul, z Wikimedia Commons

Kyselina Tarirová pochádza z továrne v Guatemale pod názvom Picramnia tariri. Osobitne sa extrahuje z oleja z jeho semien.

Vo svojej molekulovej štruktúre je možné pozorovať jednoduchú trojitú väzbu, ktorá oddeľuje nepolárny chvost od polárnej hlavy; preto sa môže považovať za amfipatickú molekulu.

Histrionicotoxin

Autor: Meodipt a Rolf Kolasch
z en.wikipedia z Wikimedia Commons

Histrionikotoxín je jed vylučovaný kožou žiab obývajúcich Kolumbiu, Brazíliu a ďalšie latinskoamerické krajiny. Má dve trojité väzby spojené s jednou dvojitou väzbou. Obidva sú terminálne a sú oddelené šesť uhlíkovým kruhom a cyklickým amínom.

Cicutoxin

Autor: Giorgiogp2, z Wikimedia Commons

Kde sú z molekulovej štruktúry Cicutoxinu trojité väzby? Ak sú dvojité väzby rovné, ako je vidieť napravo, a jednoduché väzby sú štvorstranné, ako na konci, trojice sú lineárne a sú na svahu (\).

Táto zlúčenina sa skladá z neurotoxínu, ktorý sa nachádza predovšetkým vo vodnom hemlocke.

Capillina

Autor: Klever, z Wikimedia Commons

Je to alkín prítomný v éterickom oleji z rastlín zeliny, ktorý sa používa ako protiplesňové činidlo. Je možné pozorovať dve po sebe nasledujúce trojité väzby, ktoré sú správne konjugované.

Čo to znamená? Tieto trojité väzby rezonujú v celom uhlíkovom reťazci a zahŕňajú C = O otvorenie dvojitej väzby na C - O ^- .

pargylinu

Autor: Harbin, z Wikimedia Commons

Je to alkín s antihypertenzívnou aktivitou. Analýzou jeho štruktúry v častiach máme: benzylovú skupinu vľavo, terciárny amín v strede a propynyl vpravo; to znamená terminálna propínová skupina.

Referencie

1. Francis A. Carey. Organická chémia. Karboxylové kyseliny. (šieste vydanie, strany 368 - 397). Mc Graw Hill.
2. Brennanová, John. (10. marca 2018). Príklady alkiny. Sciencing. Prevzaté z: sciencing.com
3. BYJU'S. (2018). Triple Bond v Alkyne. Prevzaté z: byjus.com
4. Encyklopédia príkladov (2017). Alkíny. Obnovené z: example.co
5. Kevin A. Boudreaux. Alkíny. Prevzaté z: angelo.edu
6. Robert C. Neuman, Jr. Alkenes a Alkynes. , Prevzaté z: chem.ucr.edu