ALKYNY: VLASTNOSTI, STRUKTURA, POUŽITÍ A PŘÍKLADY - CHEMIE - 2025

Tyto alkyny jsou uhlovodíky nebo organické sloučeniny, které obsahují ve svých strukturách trojnou vazbu mezi dvěma atomy uhlíku. Tato trojná vazba (≡) je považována za funkční skupinu, protože představuje aktivní místo molekuly, a proto odpovídá za jejich reaktivitu.

Ačkoliv se alkyny příliš neliší od alkanů nebo alkenů, vykazují vyšší kyselost a polaritu vzhledem k povaze jejich vazeb. Přesný termín pro popis tohoto nepatrného rozdílu je to, co se nazývá nenasycení.

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

Alkany jsou nasycené uhlovodíky, zatímco alkiny jsou s ohledem na původní strukturu nejvíce nenasycené. Co to znamená? To alkan H ₃ C-CH ₃ (ethan) lze dehydrogenovat na H ₂ C = CH ₂ (ethen), a následně se HC≡CH (etylénu, nebo lépe známý jako acetylenu).

Povšimněte si, že jak se vytvářejí další vazby mezi uhlíky, počet vodíků na ně vázaných se snižuje. Uhlík se díky svým elektronickým vlastnostem snaží vytvořit čtyři jednoduché vazby, takže čím vyšší je nenasycení, tím větší je tendence reagovat (s výjimkou aromatických sloučenin).

Na druhou stranu je trojitá vazba mnohem silnější než dvojitá (=) nebo jednoduchá (-) vazba, ale při vysokých nákladech na energii. Proto většina uhlovodíků (alkany a alkeny) může při zvýšených teplotách vytvářet trojné vazby.

V důsledku vysokých energií z nich a při lámání uvolňují velké množství tepla. Příkladem tohoto jevu je, když se acetylen spálí s kyslíkem a intenzivní teplo plamene se používá ke svařování nebo tavení kovů (horní obrázek).

Acetylen je nejjednodušší a nejmenší alkin ze všech. Ostatní uhlovodíky mohou být vyjádřeny ze svého chemického vzorce nahrazením H alkylovými skupinami (RC≡CR '). Totéž se děje ve světě organické syntézy prostřednictvím velkého počtu reakcí.

Tento alkin se vyrábí reakcí oxidu vápenatého z vápence a koksu, suroviny, která poskytuje potřebné uhlíky v elektrické peci:

CaO + 3C => CaC ₂ + CO

CaC ₂ je karbid vápenatý, anorganická sloučenina, která konečně reaguje s vodou za vzniku acetylenu:

CaC ₂ + 2H ₂ O => Ca (OH) ₂ + HC≡CH

Fyzikální a chemické vlastnosti alkinů

Polarita

Trojitá vazba odlišuje alkiny od alkanů a alkenů. Tři typy uhlovodíků jsou nepolární, nerozpustné ve vodě a velmi slabé kyseliny. Elektronická aktivita uhlíků s dvojnou a trojnou vazbou je však větší než u jednoduchých uhlíků.

Podle toho, uhlíky sousedící s trojnou vazbou mu dávají zápornou hustotu náboje indukčním účinkem. Z tohoto důvodu, kde jsou vazby C≡C nebo C = C, bude vyšší hustota elektronů než ve zbytku uhlíkové kostry. V důsledku toho existuje malý dipólový moment, kdy molekuly interagují pomocí dipól-dipólových sil.

Tyto interakce jsou velmi slabé, pokud jsou jejich dipólové momenty porovnány s momenty molekuly vody nebo alkoholu. To se odráží v jejich fyzikálních vlastnostech: alkiny mají obecně vyšší teploty tání a teploty varu ve srovnání s jejich méně nenasycenými uhlovodíky.

Podobně jsou díky své nízké polaritě méně rozpustné ve vodě, ale jsou rozpustné v nepolárních organických rozpouštědlech, jako je benzen.

Kyselost

Podobně tato elektronegativita způsobuje, že vodíkový HC ≡CR je kyselejší než kterýkoli z ostatních uhlovodíků. Proto jsou alkiny kyselejší než alkeny a mnohem kyselejší než alkany. Jeho kyselost je však ve srovnání s karboxylovými kyselinami stále zanedbatelná.

Protože alkyny jsou velmi slabé kyseliny, reagují pouze s velmi silnými zásadami, jako je amid sodný:

HC≡CR + NaNH ₂ => HC≡CNa + NH ₃

Z této reakce se získá roztok acetylidu sodného, ​​surového materiálu pro syntézu dalších alkinů.

Reaktivita

Reaktivita alkinů je vysvětlena přidáním malých molekul k jejich trojné vazbě, čímž se sníží jejich nenasycení. Může se jednat o molekuly vodíku, halogenidy vodíku, vodu nebo halogeny.

Hydrogenace

Malá molekula H ₂ je velmi prchavé a rychle, takže pro zvýšení pravděpodobnosti, že se přidá do trojné vazby alkynů, musí být použity katalyzátory.

Obvykle se jedná o kovy (Pd, Pt, Rh nebo Ni), které jsou jemně rozděleny, aby se zvýšila povrchová plocha; a tedy kontakt mezi vodíkem a alkinem:

RC≡CR '+ 2 H ₂ => RCH ₂ CH ₂ R'

Výsledkem je, že vodík je „ukotven“ na uhlíky zlomením vazbu, a tak dále až do odpovídajícího alkanu, RCH ₂ CH ₂ R‘, je produkován. To nejen nasycuje počáteční uhlovodík, ale také modifikuje jeho molekulární strukturu.

Přidání halogenovodíků

Zde se přidá anorganická molekula HX, kde X může být kterýkoli z atomů halogenu (F, Cl, Br nebo I):

RC≡CR '+ HX => RCH = CXR'

Hydratace

Hydratace alkinů nastává, když přidají molekulu vody za vzniku aldehydu nebo ketonu:

RC≡CR '+ H ₂ O => RCH ₂ COR'

Pokud R 'je H, je to aldehyd; pokud je to alkyl, pak je to keton. Při reakci se tvoří meziprodukt sloučenina známá jako enol (RCH = C (OH) R ').

To podléhá přeměně z enolové formy (C-OH) na ketonickou formu (C = O) v rovnováze nazývané tautomerizace.

Přidání halogenů

A pokud jde o přidávání se diatomic molekuly halogeny (X ₂ = F ₂, Cl ₂, Br ₂ nebo I ₂), může být také ukotvena na atomy uhlíku trojné vazby:

RC≡CR '+ 2X ₂ => RCX ₂ –CX ₂ R'

Acetylenová alkylace

Jiné alkiny lze připravit z roztoku acetylidu sodného pomocí alkylhalogenidu:

HC≡CNa + RX => HC≡CR + NaX

Například, pokud to byl methyljodid, pak by výsledný alkin byl:

HC≡CNa + CH ₃ I => HC≡CCH ₃ + NaX

HC≡CCH ₃ je propin, také známý jako methyl acetylenu.

Chemická struktura

Ben Mills z Wikimedia Commons

Jaká je struktura alkinů? Na horním obrázku je zobrazena molekula acetylenu. Z toho lze jasně pozorovat lineární geometrii vazby C≡C.

Proto, pokud existuje trojná vazba, měla by být struktura molekuly lineární. To je další významný rozdíl mezi nimi a zbytkem uhlovodíků.

Alkány jsou obvykle reprezentovány jako klikatá, protože mají hybridizaci sp ³ a jejich vazby jsou od sebe 109 °. Ve skutečnosti jsou řetězem kovalentně spojené čtyřstěny. Zatímco alkeny jsou ploché vzhledem k sp ² hybridizaci svých atomů uhlíku, konkrétněji tvoří trigonální rovinu s vazbami oddělených 120 °.

V alkynech je orbitální hybridizace sp, to znamená, že mají 50% s charakter a 50% p charakter. Dva sp hybridní orbitaly jsou vázány na atomy H v acetylenu nebo na alkylové skupiny v alkynech.

Vzdálenost mezi dvěma H nebo R je 180 °, navíc k tomu, že pouze tímto způsobem mohou čisté trojice uhlíku tvořit trojnou vazbu. Z tohoto důvodu je vazba –C≡C– lineární. Při pohledu na strukturu jakékoli molekuly vyniká - C≡C - v regionech, kde je kostra velmi lineární.

Vzdálenost spojů a terminálních alkynů

Uhlík v trojné vazbě je blíže k sobě než v dvojité nebo jednoduché vazbě. Jinými slovy, C≡C je kratší než C = C a C - C. V důsledku toho je vazba silnější, protože dvě vazby π pomáhají stabilizovat jednoduchou σ vazbu.

Pokud je trojná vazba na konci řetězce, jedná se o terminální alkin. Vzorec uvedené sloučeniny proto musí být HC≡CR, kde H zvýrazňuje konec nebo začátek řetězce.

Pokud je na druhé straně interní trojitá vazba, je vzorec RC≡CR ', kde R a R' jsou pravá a levá strana řetězu.

Nomenklatura

Jak se jmenují alkyny podle pravidel diktovaných IUPAC? Stejně jako byly pojmenovány alkany a alkeny. Za tímto účelem se přípona –ano nebo –eno změní na příponu –ino.

Například: HC≡CCH ₃ se nazývá propin, protože to má tři uhlíky, jako propan-butan (CH ₃ CH ₂ CH ₃). HC≡CCH ₂ CH ₃ je 1-butin, který je terminál alkin. Ale v případě CH ₃ C≡CCH ₃ je 2-butin, a v tomto trojná vazba není terminál, ale vnitřní.

CH ₃ C≡CCH ₂ CH ₂ (CH ₃) ₂ je 5-methyl-2-hexyn. Uhlíky se počítají ze strany nejblíže k trojné vazbě.

Jiným typem alkinů jsou cykloalkiny. Pro ně stačí nahradit příponu --ano s --ino odpovídajícího cykloalkanu. Cyklopropan, který má trojnou vazbu, se tedy nazývá cyklopropino (které neexistuje).

Pokud existují dva trojité odkazy, k názvu se přidá předpona. Příklady jsou HC = C-C = H, diacetylen nebo propadino; a HC≡C - C - C = H, butadiino.

Aplikace

Acetylen nebo ethyn

Nejmenší z alkenů zahušťuje možné množství použití pro tyto uhlovodíky. Z toho prostřednictvím alkylací lze syntetizovat další organické sloučeniny. Podobně podléhá oxidačním reakcím, aby se získal mimo jiné ethanol, kyselina octová, kyselina akrylová.

Další z jeho použití spočívá v poskytnutí zdroje tepla k excitaci elektronů atomů; konkrétněji kovových kationtů při stanovení atomové absorpce-emise, široce používaná spektroskopická technika.

Přírodní alkiny

Jediné existující způsoby přípravy alkinů jsou nejen syntetické nebo s použitím tepla v nepřítomnosti kyslíku, ale také biologické.

Používají enzymy zvané acetylenázy, které mohou dehydrogenovat dvojnou vazbu. Díky tomu se získá mnoho přírodních zdrojů alkinů.

V důsledku toho lze z těchto zdrojů extrahovat jedy, antidota, léky nebo jakoukoli jinou sloučeninu, která poskytuje určitý přínos; zejména pokud jde o zdraví. Alternativy je mnoho, když modifikují své původní struktury a mají je jako podporu pro nové alkyny.

Příklady alkinů

Dosud bylo uvedeno mnoho příkladů alkinů. Některé však pocházejí z velmi specifických zdrojů nebo mají zvláštní molekulární struktury: jsou to polyacetyleny.

To znamená, že může existovat více než jedna trojná vazba, která je součástí velmi velké struktury, a ne pouze jediný uhlíkový řetězec.

Kyselina tarirová

Autor: Yikrazuul, z Wikimedia Commons

Kyselina tarirová pochází z rostliny umístěné v Guatemale pod názvem Picramnia tariri. To je specificky extrahováno z oleje jeho semen.

V jeho molekulární struktuře lze pozorovat jedinou trojnou vazbu, která odděluje nepolární konec od polární hlavy; proto ji lze považovat za amfipatickou molekulu.

Histrionikotoxin

Meodipt a Rolf Kolasch

na en.wikipedia, z Wikimedia Commons

Histrionikotoxin je jed vylučovaný kůží žab obývajících Kolumbii, Brazílii a další latinskoamerické země. Má dvě trojné vazby spojené do jedné dvojné vazby. Oba jsou terminální a jsou odděleny šesti uhlíkovým kruhem a cyklickým aminem.

Cicutoxin

Autor: Giorgiogp2, z Wikimedia Commons

Kde jsou z molekulární struktury Cicutoxinu trojné vazby? Pokud jsou dvojné vazby ploché, jak je vidět napravo, a jednoduché vazby jsou čtyřstěnné, jako na konci, trojice jsou lineární a na svahu ().

Tato sloučenina se skládá z neurotoxinu, který se nachází primárně v rostlině vodní hemlock.

Capillina

Autor: Klever, z Wikimedia Commons

Jedná se o alkiny přítomné v éterickém oleji z rostlin peckovin, které se používají jako protiplísňové látky. Lze pozorovat dvě po sobě jdoucí trojné vazby, správněji konjugované.

Co to znamená? Tyto trojné vazby rezonují v celém uhlíkovém řetězci a zahrnují C = O otevření dvojné vazby C - O ^-.

Pargyline

Harbin z Wikimedia Commons

Je to alkin s antihypertenzivní aktivitou. Po analýze jeho struktury v částech máme: benzylovou skupinu vlevo, terciární amin uprostřed a propynyl vpravo; to je koncová propynová skupina.

Reference

1. Francis A. Carey. Organická chemie. Karboxylové kyseliny. (šesté vydání, strany 368-397). Mc Graw Hill.
2. Brennanová, Johne. (10. března 2018). Příklady alkiny. Sciencing. Převzato z: sciencing.com
3. BYJU. (2018). Triple Bond v Alkynes. Převzato z: byjus.com
4. Encyklopedie příkladů (2017). Alkyny. Obnoveno z: example.co
5. Kevin A. Boudreaux. Alkyny. Převzato z: angelo.edu
6. Robert C. Neuman, Jr. Alkenes a Alkynes.. Převzato z: chem.ucr.edu