Vlastnosti, struktura, názvosloví, použití a příklady

alchinos jsou to uhlovodíky nebo organické sloučeniny, které ve svých strukturách představují trojnou vazbu mezi dvěma uhlíky. Tato trojná vazba (≡) je považována za funkční skupinu reprezentující aktivní místo molekuly, a proto je zodpovědná za jejich reaktivitu.

Ačkoli alkyny nejsou velmi odlišné od alkanes nebo alkenes, oni projevují větší kyselost a polaritu kvůli povaze jejich vazeb. Přesný termín pro popis tohoto mírného rozdílu je to, co je známo jako nenasycenosti.

Alkany jsou nasycené uhlovodíky, zatímco alkiny jsou nejneaturovanější vzhledem k původní struktuře. Co to znamená? To je alkan H₃C-CH₃ (ethan) může být dehydrogenován na H₂C = CH₂ (ethen) a následně na HC≡CH (ethylen, nebo lépe známý jako acetylen).

Všimněte si, jak se mezi uhlíky tvoří další vazby, počet vodíků, které jsou k nim vázány, se snižuje. Uhlík svými elektronickými vlastnostmi se snaží vytvořit čtyři jednoduché vazby, takže čím větší je nenasycenost, tím větší je tendence reagovat (s výjimkou aromatických sloučenin)..

Na druhé straně je trojná vazba mnohem silnější než dvojná vazba (=) nebo jednoduchá (-), ale s vysokými náklady na energii. Většina uhlovodíků (alkanů a alkenů) tedy může při zvýšených teplotách vytvářet trojné vazby.

V důsledku vysokých energií z nich, a když jsou rozbité, uvolňují hodně tepla. Příklad tohoto jevu je vidět, když je acetylen spalován kyslíkem a intenzivní teplo plamene se používá ke svařování nebo tavení kovů (horní obrázek).

Acetylen je nejjednodušší a nejmenší alkyn ze všech. Z chemického vzorce mohou být další uhlovodíky vyjádřeny substitucí H za alkylové skupiny (RC≡CR '). Totéž se děje ve světě organické syntézy prostřednictvím velkého množství reakcí.

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

CaO + 3C => CaC₂ + CO

CaC₂ je karbid vápníku, anorganická sloučenina, která nakonec reaguje s vodou za vzniku acetylenu:

CaC₂ + 2H₂O => Ca (OH)₂ + HC≡CH

Index

• 1 Fyzikální a chemické vlastnosti alkynů
  • 1.1 Polarita
  • 1.2 Kyslost
• 2 Reaktivita
  • 2.1 Hydrogenace
  • 2.2 Přidání halogenovodíků
  • 2.3 Hydratace
  • 2.4 Přidání halogenů
  • 2.5 Alkylace acetylenu
• 3 Chemická struktura
  • 3.1 Vzdálenost spojů a svorek svorek
• 4 Nomenklatura
• 5 Použití
  • 5.1 Acetylen nebo ethylen
  • 5.2 Přírodní alkiny
• 6 Příklady alkynů
  • 6.1 Kyselina tarová
  • 6.2 Histionikotoxin
  • 6.3 Cicutoxin
  • 6.4 Capillina
  • 6.5 Pargilin
• 7 Odkazy

Fyzikální a chemické vlastnosti alkynů

Polarita

Trojná vazba rozlišuje alkiny od alkanů a alkenů. Tyto tři typy uhlovodíků jsou nepolární, nerozpustné ve vodě a velmi slabé kyseliny. Elektronegativita uhlíků dvojných a trojných vazeb je však větší než u jednoduchých uhlíků.

Podle toho mu uhlíky sousedící s trojnou vazbou dávají indukční zápornou hustotu náboje. Z tohoto důvodu, kde jsou vazby C = C nebo C = C, bude větší elektronická hustota než ve zbytku uhlíkového skeletu. V důsledku toho existuje malý dipólový moment, kterým molekuly vzájemně ovlivňují dipólové a dipólové síly.

Tyto interakce jsou velmi slabé, pokud porovnáte jejich dipólové momenty s molekulami vody nebo alkoholem. To se odráží v jeho fyzikálních vlastnostech: alkyny mají obecně vyšší teploty tání a varu ve srovnání s méně nenasycenými uhlovodíky.

Také vzhledem k jejich špatné polaritě jsou méně nerozpustné ve vodě, ale rozpustné v nepolárních organických rozpouštědlech, jako je benzen.

Kyslost

Také tato elektronegativita způsobuje vodík HC≡CR je kyselější než kterýkoli jiný uhlovodík. Alkyny jsou proto kyselější než alkény a mnohem více než alkany. Jeho kyselost je však stále zanedbatelná ve srovnání s karboxylovou kyselinou.

Vzhledem k tomu, že alkyny jsou velmi slabé kyseliny, reagují pouze s velmi silnými zásadami, jako je amid sodný:

HC≡CR + NaNH₂ = HC1CNa + NH₃

Z této reakce se získá roztok acetylidu sodného, ​​což je surovina pro syntézu jiných alkynů.

Reaktivita

Reaktivita alkynů je vysvětlena přidáním malých molekul k jejich trojné vazbě, což snižuje jejich nenasycení. Mohou to být také molekuly vodíku, halogenovodíky, voda nebo halogeny.

Hydrogenace

Malá molekula H₂ Je velmi prchavý a rychlý, takže ke zvýšení pravděpodobnosti, že budou přidány do trojné vazby alkynů, se musí uchýlit k katalyzátorům.

Obvykle se jedná o kovy (Pd, Pt, Rh nebo Ni), které se jemně dělí, aby se zvětšila plocha; a tímto způsobem kontakt mezi vodíkem a alkynem:

RC-CR '+ 2H₂ => RCH₂CH₂R '

Výsledkem je, že vodík "ukotvuje" na uhlíky rozbitím vazby, a tak dále, dokud není vytvořen odpovídající alkan, RCH₂CH₂R '. To nejen nasycuje počáteční uhlovodík, ale také modifikuje jeho molekulární strukturu.

Přidání halogenovodíků

Zde je přidána anorganická molekula HX, kde X může být kterýkoliv z halogenů (F, Cl, Br nebo I):

RC≡CR '+ HX => RCH = CXR'

Hydratace

Hydratace alkynů je, když přidávají molekulu vody za vzniku aldehydu nebo ketonu:

RC≡CR '+ H₂O => RCH₂COR '

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

Ten trpí přeměnou enolové formy (C-OH) na ketonovou formu (C = O) v rovnováze zvané tautomerizace.

Přidání halogenů

S ohledem na přísady mohou být diatomické molekuly halogenů také ukotveny na uhlících trojné vazby (X₂= F₂, Cl₂, Br₂ nebo já₂):

RC≡CR '+ 2X₂ => RCX₂-CX₂R '

Alkylace acetylenu

Další alkyny mohou být připraveny z roztoku acetylidu sodného použitím alkylhalogenidu:

HC1CNa + RX => HC2CR + NaX

Pokud by to byly například methyljodid, výsledný alkin by byl:

HC1CNa + CH₃I => HC2CCH₃ + NaX

HC≡CCH₃ je tip, také známý jako methylacetylen.

Chemická struktura

Jaká je struktura alkynů? Na horním obrázku je zobrazena molekula acetylenu. Z ní můžete jasně vidět lineární geometrii spoje C≡C.

Proto tam, kde je trojná vazba, musí být struktura molekuly lineární. To je další z významných rozdílů mezi nimi a ostatními uhlovodíky.

Alkany jsou obvykle reprezentovány jako cikcak, protože mají sp hybridizaci³ a její spoje jsou od sebe vzdálené 109 °. Jedná se vlastně o řetězec tetraedry připojený kovalentně. Zatímco alkeny jsou ploché sp hybridizací² jeho uhlíků, konkrétněji tvoří trigonální rovinu s vazbami oddělenými o 120 °.

V alkynech je orbitální hybridizace sp, to znamená, že mají 50% znaků a 50% znaku p. Existují dva sp hybridní orbitály, které jsou spojeny s atomy H v acetylenu nebo s alkylovými skupinami v alkynech.

Vzdálenost oddělující jak H, tak R je 180 °, kromě toho, že pouze tímto způsobem mohou čisté p orbitály uhlíků tvořit trojnou vazbu. Z tohoto důvodu je vazba -C = C- lineární. Vidění struktury jakékoli molekuly -C moleculeC- vyniká v těch oblastech, kde je kostra velmi lineární.

Vzdálenost spojů a koncových nájmů

Uhlíky v trojné vazbě jsou méně vzdálené než ve dvojné nebo jednoduché vazbě. Jinými slovy, C = C je kratší než C = C a C-C. V důsledku toho je spoj silnější, protože dva vazby π přispívají ke stabilizaci jednoduchého spojení σ.

Pokud je trojná vazba na konci řetězce, pak se jedná o terminální alkyn. Proto vzorec uvedené sloučeniny musí být HC2CR, kde H označuje konec nebo začátek řetězce.

Pokud je to naopak vnitřní trojitý odkaz, vzorec je RC≡CR ', kde R a R' jsou pravá a levá strana řetězce.

Nomenklatura

Jak jsou alkyny pojmenovány podle pravidel diktovaných IUPAC? Stejně jako alkány a alkény byly pojmenovány. Chcete-li to provést, změňte příponu -ano nebo -eno s příponou -ino.

Například: HC≡CCH₃ to je pojmenované propino, protože to má tři uhlíky, jako propan (CH₃CH₂CH₃). HC≡CCH₂CH₃ je to 1-butin, který je terminálním alkynem. Ale v případě CH₃C = CCH₃ je to 2-butyn, a trojná vazba není terminální, ale vnitřní.

CH₃C = CCH₂CH₂(CH₃)₂ je to 5-methyl-2-hexino. Uhlíky začínají počítat od strany, která je nejblíže trojné vazbě.

Dalším typem alkynů jsou cykloalkyny. Pro ně postačí nahradit příponu -ano pro -ino odpovídajícího cykloalkanu. Cyklopropan, který má trojnou vazbu, se nazývá cyklopropin (který neexistuje).

Pokud existují dva trojité odkazy, je k názvu přidán prefix di-. Příklady jsou HC2C-C, H, diacetylen nebo propadino; a HC1C-C-C, H, butadiino.

Použití

Acetylen nebo ethylen

Nejmenší z alkynů zahušťuje možný počet použití těchto uhlovodíků. Z ní lze pomocí alkylací syntetizovat další organické sloučeniny. Podobně prochází oxidačními reakcemi, čímž se získá ethanol, kyselina octová, kyselina akrylová.

Další z jeho použití spočívá v tom, že poskytuje zdroj tepla k excitaci elektronů atomů; specifičtěji kationtů kovů při stanovení absorpční atomovou emisí, široce používanou spektroskopickou technikou.

Přírodní alchinos

Jediné existující metody pro přípravu alkynů jsou nejen syntetické nebo s použitím tepla v nepřítomnosti kyslíku, ale také biologické.

V těchto enzymech se používají tzv acetylenázy, které mohou dehydrogenovat dvojnou vazbu. Díky tomu se získává mnoho přírodních zdrojů alkynů.

V důsledku toho mohou být z těchto zdrojů extrahovány jedy, antidota, léky nebo jakákoliv jiná sloučenina, která poskytuje určitý užitek; zejména pokud jde o zdraví. Mnohé alternativy jsou při úpravách jejich původních struktur a mají je jako podporu pro nové alkyny.

Příklady alkynů

Dosud byly zmíněny četné příklady alkynů. 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 nikoli pouze jednoduchý uhlíkový řetězec.

Kyselina tarová

Kyselina tarirová pochází z rostliny umístěné v Guatemale, nazývané Picramnia tariri. Je extrahován specificky z oleje z jeho semen.

Ve své molekulární struktuře lze pozorovat jednu trojnou vazbu, která odděluje nepolární ocas od polární hlavy; proto by mohla být považována za amfipatickou molekulu.

Histrionikotoxin

Histrionikotoxin je jed vylučovaný kůží žab z Kolumbie, Brazílie a dalších zemí Latinské Ameriky. Má dvě trojité spojovací vazby s dvojitým odkazem. Oba jsou terminální a jsou odděleny kruhem šesti uhlíků a cyklickým aminem.

Cicutoxin

Z molekulární struktury cycotoxinu, kde jsou trojné vazby? Pokud jsou dvojité vazby ploché, jak se dívají doprava, a jednoduché vazby jsou tetrahedrální, jako v extrémech, trojice jsou lineární a jsou na svahu ()..

Tato sloučenina se skládá z neurotoxinu, který se nachází hlavně ve vodním hemlocku.

Capillina

Je to alkin přítomný v esenciálním oleji rostlin Artemis, který se používá jako protiplísňové činidlo. Můžete vidět dvě po sobě jdoucí trojné vazby, více správně konjugované.

Co to znamená? To, že trojné vazby rezonují v celém uhlíkovém řetězci a zahrnují dvojnou vazbu C = O otevřenou k C-O^-.

Pargilina

Je to alkyn s antihypertenzním účinkem. Analyzujeme její strukturu v částech, které máme: benzylovou skupinu nalevo, terciární amin uprostřed a propinyl vpravo; to znamená skupinu terminálových tipů.

Odkazy

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