АЛКІНИ: ВЛАСТИВОСТІ, СТРУКТУРА, ВИКОРИСТАННЯ ТА ПРИКЛАДИ - ХІМІЯ - 2025

Ці Алкіни є вуглеводні або органічні сполуки , що містять в своїх структурах потрійну зв'язок між двома атомами вуглецю. Цей потрійний зв’язок (≡) вважається функціональною групою, оскільки він являє собою активний ділянку молекули, і тому відповідає за їх реакційну здатність.

Хоча алкіни не сильно відрізняються від алканів або алкенів, вони виявляють більшу кислотність і полярність через характер своїх зв'язків. Точним терміном для опису цієї незначної різниці є те, що відомо як ненасиченість.

Автор jason.kaechler (Flickr: кисень / ацетиленовий факел), через Wikimedia Commons

Алкани - це насичені вуглеводні, тоді як алкіни є найбільш ненасиченими щодо вихідної структури. Що це означає? Що алкан H ₃ C-CH ₃ (етан) може бути дегідрогенізований до H ₂ C = CH ₂ (етен) і згодом до HC≡CH (етин, або більш відомий як ацетилен).

Зверніть увагу на те, як у міру утворення додаткових зв’язків між вуглецями кількість воднев, пов'язаних з ними, зменшується. Вуглець, завдяки своїм електронним характеристикам, прагне утворити чотири прості зв’язки, тому чим вище ненасиченість, тим більша схильність до реакції (за винятком ароматичних сполук).

З іншого боку, потрійний зв'язок набагато міцніший, ніж подвійний зв’язок (=) або одинарний зв’язок (-), але з високими витратами на енергію. Отже, більшість вуглеводнів (алкани та алкени) можуть утворювати потрійні зв’язки при підвищеній температурі.

Як наслідок високих енергій цих, і коли вони ламаються, вони виділяють багато тепла. Приклад цього явища бачиться, коли ацетилен спалюється киснем і інтенсивне нагрівання полум'я використовується для зварювання або розплавлення металів (верхнє зображення).

Ацетилен - найпростіший і найменший алкин з усіх. Інші вуглеводні можуть бути виражені з його хімічної формули, замінивши H на алкільні групи (RC≡CR '). Те саме відбувається у світі органічного синтезу через велику кількість реакцій.

Цей алкин утворюється в результаті реакції оксиду кальцію з вапняку та коксу, сировиною, що забезпечує необхідні вуглецю в електропечі:

СаО + 3С => СаС ₂ + СО

CaC ₂ - карбід кальцію, неорганічна сполука, яка, нарешті, реагує з водою з утворенням ацетилену:

CaC ₂ + 2H ₂ O => Са (OH) ₂ + HC≡CH

Фізичні та хімічні властивості алкінів

Полярність

Потрійний зв’язок відрізняє алкіни від алканів та алкенів. Три типи вуглеводнів - неполярні, нерозчинні у воді та дуже слабкі кислоти. Однак електронегативність вуглецю подвійної та потрійної зв'язку більша, ніж у одиничних вуглецю.

Відповідно до цього вуглеці, прилеглі до потрійного зв’язку, надають йому негативну щільність заряду за допомогою індуктивного ефекту. З цієї причини там, де є зв'язки C≡C або C = C, буде більша щільність електронів, ніж у решті вуглецевого скелета. Як наслідок, виникає невеликий дипольний момент, коли молекули взаємодіють дипольно-дипольними силами.

Ці взаємодії дуже слабкі, якщо їх дипольні моменти порівнюються з молекулами води або будь-якого алкоголю. Це відображається на їх фізичних властивостях: алкіни, як правило, мають більш високу температуру плавлення та кипіння порівняно з їх менш ненасиченими вуглеводнями.

Так само через низьку полярність вони менш нерозчинні у воді, але вони розчинні у неполярних органічних розчинниках, таких як бензол.

Кислотність

Аналогічно, ця електронегативність призводить до того, що hydrogenCR водню HC є більш кислим, ніж будь-який присутній в інших вуглеводнях. Тому алкіни є більш кислими видами, ніж алкени, і набагато більш кислими, ніж алкани. Однак його кислотність все ще незначна в порівнянні з кислотою карбонових.

Оскільки алкіни є дуже слабкими кислотами, вони реагують лише з дуже сильними основами, такими як амід натрію:

HC≡CR + NaNH ₂ => HC≡CNa + NH ₃

З цієї реакції отримують розчин ацетиліду натрію, сировину для синтезу інших алкінів.

Реактивність

Реактивність алкінів пояснюється додаванням малих молекул до їх потрійного зв’язку, зменшуючи їх ненасиченість. Це можуть бути молекули водню, галогеніди водню, вода або галогени.

Гідрування

Мала молекула H ₂ дуже невловима і швидка, тому для збільшення ймовірності їх додавання до потрійного зв’язку алкінів необхідно використовувати каталізатори.

Зазвичай це метали (Pd, Pt, Rh або Ni), тонко розділені для збільшення площі поверхні; і таким чином, контакт між воднем і алкіном:

RC≡CR '+ 2H ₂ => RCH ₂ CH ₂ R'

В результаті виходить, що водень "прикріплюється" до вуглецю шляхом розриву зв'язку і так далі, поки не утворюється відповідний алкан, RCH ₂ CH ₂ R '. Це не тільки насичує початковий вуглеводень, але і змінює його молекулярну структуру.

Додавання галогенідів водню

Тут додається неорганічна молекула HX, де X може бути будь-яким з галогенів (F, Cl, Br або I):

RC≡CR '+ HX => RCH = CXR'

Гідратація

Гідратація алкінів полягає в тому, що вони додають молекулу води для утворення альдегіду або кетону:

RC≡CR '+ H ₂ O => RCH ₂ COR'

Якщо R 'являє собою Н, це альдегід; якщо це алкіл, то це кетон. В реакції в якості проміжного речовини утворюється сполука, відома як енол (RCH = C (OH) R ').

Це піддається перетворенню з енольної форми (C - OH) в кетонічну форму (C = O) в рівновазі, званому тавтомеризацією.

Додавання галогенів

Що стосується доповнень, то діатомічні молекули галогенів (X ₂ = F ₂ , Cl ₂ , Br ₂ або I ₂ ) також можуть бути прикріплені до вуглецю потрійного зв'язку :

RC≡CR '+ 2X ₂ => RCX ₂ –CX ₂ R'

Ацетиленове алкілування

Інші алкини можна приготувати з розчину ацетиліду натрію, використовуючи галогенід алкілу:

HC≡CNa + RX => HC≡CR + NaX

Наприклад, якби це був метилйодид, то отриманий алкин був би:

HC≡CNa + CH ₃ I => HC≡CCH ₃ + NaX

HC≡CCH ₃ - пропін, також відомий як метилацетилен .

Хімічна структура

Автор Бен Міллз, з Вікісховища

Яка будова алкінів? Молекула ацетилену показана на верхньому зображенні. З нього чітко простежується лінійна геометрія зв'язку C≡C.

Тому там, де є потрійний зв’язок, структура молекули повинна бути лінійною. Це ще одна з помітних відмінностей між ними та рештою вуглеводнів.

Алкани зазвичай представлені як зигзаги, оскільки вони мають гібридизацію sp ^3, а їх зв'язки розташовані на відстані 109º. Вони насправді є ланцюгом ковалентно пов'язаних тетраедрів. Хоча алкени плоскі через гібридизацію вуглецю sp ² , точніше утворюючи трикутну площину зі зв’язками, розділеними на 120º.

В алкінах орбітальна гібридизація є sp, тобто вони мають 50% s характер та 50% p характер. Дві sp-гібридні орбіталі пов'язані з атомами Н в ацетилені або з алкільними групами в алкинах.

Відстань між двома Н або R становить 180º, крім того, що тільки таким чином чисті р-орбіталі вуглецю можуть утворювати потрійний зв’язок. З цієї причини зв’язок –C≡C– лінійний. Дивлячись на структуру будь-якої молекули, -C≡C– виділяється в тих областях, де скелет дуже лінійний.

Відстань ланок і кінцевих алкінів

Вуглець у потрійному зв’язку ближче один до одного, ніж у подвійному чи одинарному зв’язку. Іншими словами, C≡C коротше C = C і C - C. Як результат, зв’язок міцніший, оскільки два π зв’язки допомагають стабілізувати одиничну σ зв’язок.

Якщо потрійний зв’язок знаходиться в кінці ланцюга, то це кінцевий алкин. Тому формула зазначеної сполуки повинна бути HC≡CR, де Н виділяє кінець або початок ланцюга.

Якщо, з іншого боку, це внутрішня потрійна зв'язок, формула RC isCR ', де R і R' - права і ліва сторона ланцюга.

Номенклатура

Як називаються алкіни відповідно до правил, які диктує IUPAC? Так само, як названі алкани та алкени. Для цього суфікс –ano або –eno змінюється на суфікс –ino.

Наприклад: HC≡CCH ₃ називають пропіном, оскільки він має три вуглецю, як пропан (CH ₃ CH ₂ CH ₃ ). HC≡CCH ₂ CH ₃ являє собою 1-бутин, який є кінцевим алкіном. Але у випадку CH ₃ C≡CCH ₃ це 2-бутин, і в цьому потрійний зв’язок є не кінцевим, а внутрішнім.

CH ₃ C≡CCH ₂ CH ₂ (CH ₃ ) ₂ являє собою 5-метил-2-гексин. Вуглеці підраховуються зі сторони, найближчої до потрійного зв’язку.

Інший тип алкінів - циклоалкіни. Для них достатньо замінити суфікс –ано на –іно відповідного циклоалкану. Таким чином, циклопропан, який має потрійну зв'язок, називається циклопропіно (якого не існує).

Якщо є дві потрійні посилання, до імені додається префікс di-. Прикладами є HC≡C-C≡H, діацетилен або пропадіно; і HC≡C - C - C≡H, бутадіно.

Програми

Ацетилен або етин

Найменший з алкінів згущує можливу кількість використання цих вуглеводнів. З нього за допомогою алкілування можуть бути синтезовані інші органічні сполуки. Так само воно зазнає окислювальних реакцій для отримання етанолу, оцтової кислоти, акрилової кислоти, серед інших.

Інше його використання полягає у наданні джерела тепла для збудження електронів атомів; Більш конкретно, катіони металів при визначенні атомного поглинання-викидів широко використовуються спектроскопічні методи.

Природні алкини

Єдині існуючі способи приготування алкінів не тільки синтетичні або із застосуванням тепла за відсутності кисню, а й біологічні.

Вони використовують ферменти, звані ацетиленазами, які можуть дегідрогенізувати подвійний зв’язок. Завдяки цьому отримують багато природних джерел алкінів.

Як результат, з цих джерел можуть бути вилучені отрути, антидоти, ліки або будь-яка інша сполука, яка забезпечує певну користь; особливо коли це стосується здоров'я. Альтернативних варіантів багато, коли змінюються їхні оригінальні структури та використовуються вони як опора для нових алкінів.

Приклади алкінів

На сьогодні згадуються численні приклади алкінів. Однак деякі походять із дуже специфічних джерел або мають особливі молекулярні структури: це поліацетилени.

Це означає, що може бути більше однієї потрійної зв'язку, яка є частиною дуже великої структури, а не просто одного вуглецевого ланцюга.

Таринова кислота

Автор Ікразуула, із Вікісховища

Тарілова кислота походить з рослини, розташованої в Гватемалі, що називається Picramnia tariri. Його спеціально добувають з олії його насіння.

У його молекулярній структурі можна спостерігати єдину потрійну зв’язок, яка відокремлює аполярний хвіст від полярної голови; тому його можна розглядати як амфіпатичну молекулу.

Історіонітоксин

Автор Meodipt та Рольф Колаш
із en.wikipedia, із Вікімедіа

Історіонітоксин - отрута, що виділяється шкірою жаб, що населяють Колумбію, Бразилію та інші країни Латинської Америки. Він має дві потрійні зв’язки, сполучені з однією подвійною зв'язком. Обидва є кінцевими і розділені шестивуглецевим кільцем і циклічним аміном.

Цикутоксин

Автор Giorgiogp2, з Вікісховища

З молекулярної структури цикутоксину, звідки потрійні зв’язки? Якщо подвійні зв’язки плоскі, як видно справа, а поодинокі зв’язки тетраедричні, як на кінцях, трійки лінійні та на схилі (\).

Ця сполука складається з нейротоксину, який знаходиться насамперед у рослині водяного бадилля.

Капіліна

Автор Клевер, із Вікісховища

Це алкин, присутній в ефірному маслі рослини багнюка, який використовується як протигрибковий засіб. Можна спостерігати дві послідовні потрійні зв’язки, більш правильно сполучені.

Що це означає? Ця потрійна зв'язок резонує в усьому вуглецевому ланцюзі і передбачає подвійне відкриття зв'язку C = O на C - O ^- .

Паргілін

Автор Харбін, з Wikimedia Commons

Це алкін з антигіпертензивною активністю. Аналізуючи його структуру частинами, ми маємо: бензильну групу зліва, третинний амін посередині та пропініл праворуч; тобто термінальна пропінова група.

Список літератури

1. Френсіс А. Кері. Органічна хімія. Карбонові кислоти. (шосте видання, стор. 368-397). Mc Graw Hill.
2. Бренан, Джон. (10 березня 2018 р.). Приклади алкінів. Наукові роботи. Взято з: sciaching.com
3. BYJU'S. (2018). Потрійна облігація в Алкіне. Взято з: byjus.com
4. Енциклопедія прикладів (2017). Алкіни. Відновлено з: example.co
5. Кевін А. Будро. Алкіни. Взято з: angelo.edu
6. Роберт К. Нойман, молодший Алкенес і Алкінес. . Взято від: chem.ucr.edu