ALKINI: LASTNOSTI, STRUKTURA, UPORABE IN PRIMERI - KEMIJA - 2025

V alkinov so ogljikovodiki ali organske spojine, ki vsebujejo v svoji strukturi trojna vez med dvema ogljikoma. Ta trojna vez (≡) velja za funkcionalno skupino, saj predstavlja aktivno mesto molekule in je zato odgovorna za njihovo reaktivnost.

Čeprav se alkini ne razlikujejo zelo od alkanov ali alken, imajo zaradi narave vezi večjo kislost in polarnost. Natančen izraz za opis te majhne razlike je tisto, kar imenujemo nenasičenost.

Avtor jason.kaechler (Flickr: Oxygen / Acetylene Torch), prek Wikimedia Commons

Alkani so nasičeni ogljikovodiki, medtem ko so alkini glede na prvotno strukturo najbolj nenasičeni. Kaj to pomeni? To alkan H ₃ C-CH ₃ se (etan) lahko dehidriran do H ₂ C = CH ₂ (eten) in nato HC≡CH (ethyne, ali bolje znan kot acetilen).

Upoštevajte, da se, ko se tvorijo dodatne vezi med ogljiki, število vodikov, ki so na njih vezani, zmanjšuje. Ogljik zaradi svojih elektronskih značilnosti skuša oblikovati štiri preproste vezi, zato višja kot je nenasičenost, večja je težnja po reakciji (z izjemo aromatičnih spojin).

Po drugi strani je trojna vez veliko močnejša kot dvojna vez (=) ali enojna vez (-), vendar z visokimi stroški energije. Zato večina ogljikovodikov (alkani in alkeni) lahko pri povišanih temperaturah tvorijo trojne vezi.

Posledično so velike energije teh in ko se zlomijo, sproščajo veliko toplote. Primer tega pojava je videti, ko acetilen zgoremo s kisikom in se intenzivna toplota plamena uporablja za varjenje ali taljenje kovin (zgornja slika).

Acetilen je najpreprostejši in najmanjši alkin od vseh. Drugi ogljikovodiki se lahko izrazijo iz njegove kemijske formule z nadomeščanjem H za alkilne skupine (RC≡CR '). Enako se dogaja v svetu organske sinteze z velikim številom reakcij.

Ta alkin nastaja iz reakcije kalcijevega oksida iz apnenca in koksa, surovine, ki v električni peči zagotavlja potrebne ogljike:

CaO + 3C => CaC ₂ + CO

CaC ₂ je kalcijev karbid, anorganska spojina, ki končno reagira z vodo in tvori acetilen:

CAC ₂ + 2H ₂ O => Ca (OH) ₂ + HC≡CH

Fizikalne in kemijske lastnosti alkinov

Polarnost

Trojna vez razlikuje alkine od alkanov in alkenov. Tri vrste ogljikovodikov so nepolarne, netopne v vodi in zelo šibke kisline. Vendar je elektronegativnost ogljika z dvojno in trojno vezjo večja kot pri enojnih ogljikih.

Glede na to mu ogljikovi vodiki, ki mejijo na trojno vez, induktivno vplivajo na gostoto naboja. Zaradi tega bo tam, kjer sta vezi C≡C ali C = C, večja gostota elektronov kot v ostalem ogljikovem okostju. Posledično je majhen dipolni trenutek, v katerem molekule medsebojno vplivajo dipol-dipolne sile.

Te interakcije so zelo šibke, če primerjamo njihove dipolne trenutke z molekulo vode ali katerim koli alkoholom. To se kaže v njihovih fizikalnih lastnostih: alkini imajo na splošno višje tališče in vrelišče v primerjavi z manj nenasičenimi ogljikovodiki.

Prav tako so zaradi majhne polarnosti manj netopne v vodi, vendar so topne v nepolarnih organskih topilih, kot je benzen.

Kislost

Prav tako ta elektronegativnost povzroči, da je vodikov HC ≡CR bolj kisel kot kateri koli v drugih ogljikovodikih. Zato so alkini bolj kisle vrste kot alkeni in veliko bolj kisli kot alkani. Vendar pa je njegova kislost še vedno zanemarljiva v primerjavi s karboksilnimi kislinami.

Ker so alkini zelo šibke kisline, reagirajo le z zelo močnimi bazami, kot je natrijev amid:

HC≡CR + NaNH ₂ => HC≡CNa + NH ₃

Iz te reakcije dobimo raztopino natrijevega acetilida, surovino za sintezo drugih alkinov.

Reaktivnost

Reaktivnost alkinov se razloži z dodatkom majhnih molekul v njihovo trojno vez, kar zmanjšuje njihovo nenasičenost. To so lahko molekule vodika, vodikovi halogenidi, voda ali halogeni.

Hidrogenacija

Majhne molekule H ₂ je zelo izmika in hitro, tako da se poveča verjetnost, da se doda trojne vezi na alkini, je treba uporabiti katalizatorji.

To so običajno kovine (Pd, Pt, Rh ali Ni), ki so fino razdeljene, da povečajo površino; in s tem stik med vodikom in alkinom:

RC≡CR "+ 2H ₂ => RCH ₂ CH ₂ R '

Posledica tega je, da je vodik "zasidrana" na ogljikov ga rešuje vez, in tako naprej do ustreznega alkana, RCH ₂ CH ₂ R ', ki je izdelan. To ne samo nasiči začetni ogljikovodik, ampak tudi spremeni njegovo molekularno strukturo.

Dodajanje vodikovih halogenidov

Tu se doda anorganska molekula HX, kjer je X lahko kateri koli halogen (F, Cl, Br ali I):

RC≡CR '+ HX => RCH = CXR'

Hidratacija

Hidratacija alkinov je, ko dodajo molekulo vode in tvorijo aldehid ali keton:

RC≡CR '+ H ₂ O => RCH ₂ COR'

Če je R 'H, je to aldehid; če je alkil, potem je to keton. V reakciji nastane spojina, znana kot enol (RCH = C (OH) R ') kot vmesni spoj.

Pri tem se pretvori iz enolne oblike (C - OH) v ketonsko obliko (C = O) v ravnovesje, imenovano tavtomerizacija.

Dodajanje halogenov

In v zvezi z dodatki, dvoatomarnih molekule halogenov (X ₂ = F ₂ , Cl ₂ , Br ₂ ali J ₂ ) lahko pritrjena tudi na ogljikov trojne vezi :

RC≡CR '+ 2X ₂ => RCX ₂ –CX ₂ R'

Alkilacija acetilena

Drugi alkini se lahko pripravijo iz raztopine natrijevega acetilida z uporabo alkil halogena:

HC≡CNa + RX => HC≡CR + NaX

Če bi bil na primer metil jodid, bi nastali alkin:

HC≡CNa + CH ₃ I => HC≡CCH ₃ + NAX

HC≡CCH ₃ je propina, znan tudi kot metil acetilena.

Kemična zgradba

Avtor Ben Mills iz Wikimedia Commons

Kakšna je struktura alkinov? Na zgornji sliki je prikazana molekula acetilena. Iz nje je mogoče jasno opaziti linearno geometrijo C≡C vezi.

Kadar obstaja trojna vez, mora biti struktura molekule linearna. To je še ena od pomembnih razlik med njimi in preostalimi ogljikovodiki.

Alkani so običajno zastopali križarjenjem, saj imajo sp ³ hibridizacijo in njihove obveznice so 109º narazen. Pravzaprav so veriga kovalentno povezanih tetraedrov. Medtem ko so alkeni ravni zaradi hibridizacije njihovih ogljikov sp ² , natančneje tvorijo trikotno ravnino z vezmi, ločenimi od 120 °.

V alkinih je orbitalna hibridizacija sp, to pomeni, da imajo 50% s značaj in 50% p karakter. Dve sp hibridni orbitali sta vezani na atome H v acetilenu ali na alkilne skupine v alkinih.

Razdalja med obema H ali R je 180 °, poleg tega, da samo tako lahko čiste p orbitale ogljika tvorijo trojno vez. Zaradi tega je vez -C≡C– linearna. Glede na strukturo katere koli molekule –C≡C– izstopa v tistih regijah, kjer je okostje zelo linearno.

Oddaljenost povezav in terminalnih alkinov

Ogljiki v trojni vezi so bližje kot v dvojni ali enojni vezi. Z drugimi besedami, C≡C je krajši od C = C in C - C. Kot rezultat, je vez močnejša, ker dve π vezi pomagajo stabilizirati enojno σ vez.

Če je trojna vez na koncu verige, potem je to terminalni alkin. Zato mora biti formula navedene spojine HC≡CR, kjer H poudarja konec ali začetek verige.

Če je na drugi strani notranja trojna vez, je formula RC≡CR ', kjer sta R in R' desna in leva stran verige.

Nomenklatura

Kako se alkini imenujejo po pravilih, ki jih narekuje IUPAC? Tako kot sta bila poimenovana alkani in alkeni. V ta namen se pripona –ano ali –eno spremeni v pripono –ino.

Na primer: HC≡CCH ₃ se imenuje propina, saj ima tri ogljikove atome, kot propana (CH ₃ CH ₂ CH ₃ ). HC≡CCH ₂ CH ₃ je 1-butin, ki je terminalni alkina. Toda v primeru CH ₃ C≡CCH ₃ je 2-butin, in to je, da trojna vez ni terminalni ampak notranji.

CH ₃ C≡CCH ₂ CH ₂ (CH ₃ ) ₂ je 5-metil-2-heksin. Ogljiki se štejejo od strani, ki je najbližja trojni vezi.

Druga vrsta alkinov so cikloalkini. Zanje je dovolj, da pripono –ano nadomestite z –ino ustreznega cikloalkana. Tako je ciklopropan, ki ima trojno vez, imenovan kot ciklopropino (ki ne obstaja).

Če obstajata dve trojni povezavi, se imenu doda dodana predpona. Primeri so HC≡C-C≡H, diacetilen ali propadino; in HC≡C-C-C≡H, butadiino.

Prijave

Acetilen ali etin

Najmanjši od alkinov zgosti možno število uporab teh ogljikovodikov. Iz njega se z alkilacijami lahko sintetizirajo druge organske spojine. Prav tako se med drugim izvaja oksidativne reakcije za pridobivanje etanola, ocetne kisline, akrilne kisline.

Druga njegova uporaba je zagotavljanje vira toplote za vzbujanje elektronov atomov; natančneje kovinskih kationov pri določanju atomske absorpcije in emisije, široko uporabljena spektroskopska tehnika.

Naravni alkini

Edine obstoječe metode za pripravo alkinov niso samo sintetične ali z uporabo toplote v odsotnosti kisika, temveč tudi biološke.

Ti uporabljajo encime, imenovane acetilenaze, ki lahko dehidrirajo dvojno vez. Zahvaljujoč temu se pridobi veliko naravnih virov alkinov.

Kot rezultat tega se lahko iz teh virov izločijo strupi, protistrupi, zdravila ali katere koli druge spojine, ki prinašajo nekaj koristi; zlasti kadar gre za zdravje. Nadomestnih možnosti je veliko pri spreminjanju njihovih prvotnih struktur in podpori novih alkinov.

Primeri alkinov

Doslej so bili omenjeni številni primeri alkinov. Vendar pa nekateri izvirajo iz zelo specifičnih virov ali imajo posebne molekularne strukture: gre za poliacetilene.

To pomeni, da lahko obstaja več kot ena trojna vez, ki je del zelo velike strukture, in ne samo ene ogljikove verige.

Tarirna kislina

Avtor Yikrazuul, iz Wikimedia Commons

Tarirna kislina prihaja iz obrata v Gvatemali, imenovanega Picramnia tariri. Izvleče se posebej iz olja njegovih semen.

V njegovi molekularni strukturi je mogoče opaziti enotno trojno vez, ki ločuje apolarni rep od polarne glave; zato bi jo lahko obravnavali kot amfipatično molekulo.

Histrionicotoxin

Avtorica Meodipt in Rolf Kolasch
z en.wikipedia z Wikimedia Commons

Histrionicotoxin je strup, ki ga izločajo kože žab, ki naseljujejo Kolumbijo, Brazilijo in druge države Latinske Amerike. Ima dve trojni vezi, povezani z eno dvojno vezjo. Oba sta končna in ločena sta s šestimi ogljikovimi obročki in cikličnim aminom.

Cicutoxin

Avtor Giorgiogp2, iz Wikimedia Commons

Kje so trojne vezi iz molekularne strukture Cicutoxina? Če so dvojne vezi ravne, kot je videti na desni, enojne vezi pa so tetraedrske, kot na koncih, so trojke linearne in na pobočju (\).

Ta spojina je sestavljena iz nevrotoksina, ki ga najdemo predvsem v rastlini vodne rože.

Capillina

Avtor Klever iz Wikimedia Commons

To je alkin, ki je prisoten v eteričnem olju rastlin ogrda, ki se uporablja kot protiglivično sredstvo. Opazimo lahko dve zaporedni trojni vezi, bolj pravilno konjugirani.

Kaj to pomeni? Te trojne vezi odmevajo po celotni verigi ogljika in vključujejo C = O dvojno odprtino vezi za C - O ^- .

Pargilin

Avtor Harbin, iz Wikimedia Commons

Je alkin z antihipertenzivnim delovanjem. Če analiziramo njegovo strukturo po delih, imamo: benzilno skupino na levi, terciarni amin na sredini in propinil na desni; to je terminalna propinska skupina.

Reference

1. Francis A. Carey. Organska kemija. Karboksilne kisline. (šesta ed., str. 368–397). Mc Graw Hill.
2. Brennan, John. (10. marec 2018). Primeri alkinov. Sciaching. Vzeto iz: sciaching.com
3. BYJU'S. (2018). Trojna vez v Alkynesu. Vzeto iz: byjus.com
4. Enciklopedija primerov (2017). Alkinji. Pridobljeno iz: example.co
5. Kevin A. Boudreaux. Alkinji. Vzeto iz: angelo.edu
6. Robert C. Neuman, Jr. Alkenes in Alkynes. . Vzeto iz: chem.ucr.edu