- Alkynes fysiske og kemiske egenskaber
- polaritet
- Syreindhold
- Reaktivitet
- hydrogenering
- Tilsætning af hydrogenhalogenider
- Hydration
- Tilføjelse af halogener
- Acetylenalkylering
- Kemisk struktur
- Afstand af links og terminalalkyne
- nomenklatur
- Applikationer
- Acetylen eller ethyne
- Naturlige alkyner
- Eksempler på alkyner
- Taririnsyre
- Histrionicotoxin
- Cicutoxin
- Capillina
- pargylin
- Referencer
De alkyner er carbonhydrider eller organiske forbindelser indeholdende i deres strukturer en tredobbelt binding mellem to carbonatomer. Denne tredobbeltbinding (≡) betragtes som en funktionel gruppe, da den repræsenterer et aktivt sted for molekylet og derfor er ansvarlig for deres reaktivitet.
Selvom alkyner ikke adskiller sig meget fra alkaner eller alkener, udviser de større surhedsgrad og polaritet på grund af arten af deres bindinger. Det præcise udtryk til at beskrive denne lille forskel er hvad der er kendt som umættelse.
Af jason.kaechler (Flickr: Oxygen / Acetylene Torch), via Wikimedia Commons
Alkaner er mættede carbonhydrider, medens alkyner er de mest umættede med hensyn til den oprindelige struktur. Hvad betyder det? At en alkan H 3 C-CH 3 (ethan) kan dehydrogeneres til H 2 C = CH 2 (ethen) og efterfølgende til HC≡CH (ethyn, eller bedre kendt som acetylen).
Bemærk, hvordan når der dannes yderligere bindinger mellem kulstofferne, reduceres antallet af hydrogener bundet til dem. På grund af dets elektroniske egenskaber søger carbon at danne fire enkle bindinger, så jo højere umættethed, desto større er tendensen til at reagere (med undtagelse af aromatiske forbindelser).
På den anden side er triplebindingen meget stærkere end dobbeltbindingen (=) eller enkeltbindingen (-), men til en høj energiomkostninger. Derfor kan de fleste carbonhydrider (alkaner og alkener) danne tredobbelte bindinger ved forhøjede temperaturer.
Som en konsekvens af disse høje energier, og når de går i stykker, frigiver de en masse varme. Et eksempel på dette fænomen ses, når acetylen forbrændes med ilt, og flammens intense varme bruges til at svejse eller smelte metaller (øverste billede).
Acetylen er den enkleste og mindste alkyne af alle. Andre carbonhydrider kan udtrykkes fra dens kemiske formel ved at erstatte H med alkylgrupper (RC≡CR '). Det samme sker i en verden af organisk syntese gennem et stort antal reaktioner.
Denne alkyne er produceret fra reaktionen af calciumoxid fra kalksten og koks, et råmateriale, der giver de nødvendige kulhydrater i en elektrisk ovn:
CaO + 3C => CAC 2 + CO
CaC 2 er calciumcarbid, en uorganisk forbindelse, der omsider reagerer med vand til dannelse af acetylen:
CAC 2 + 2H 2 O => Ca (OH) 2 + HC≡CH
Alkynes fysiske og kemiske egenskaber
polaritet
Triplebindingen adskiller alkyner fra alkaner og alkener. De tre typer kulbrinter er apolære, uopløselige i vand og meget svage syrer. Elektronegativiteten af dobbelt- og triplebindingskulhydraterne er imidlertid større end den for de enkelte carbonhydrider.
I henhold til dette giver kulstofene, der støder op til tredobbeltbindingen, den negative ladningstæthed ved induktiv virkning. Af denne grund, hvor C≡C- eller C = C-bindingerne er, vil der være en højere elektrondensitet end i resten af kulstofskelettet. Som en konsekvens er der et lille dipolmoment, hvor molekyler interagerer af dipol-dipol-kræfter.
Disse interaktioner er meget svage, hvis deres dipolmomenter sammenlignes med vandmolekylets eller en hvilken som helst alkohol. Dette afspejles i deres fysiske egenskaber: alkyner har generelt højere smelte- og kogepunkter sammenlignet med deres mindre umættede carbonhydrider.
På grund af deres lave polaritet er de ligeledes mindre uopløselige i vand, men de er opløselige i ikke-polære organiske opløsningsmidler, såsom benzen.
Syreindhold
Ligeledes medfører denne elektronegativitet, at brint HC- CR er mere surt end nogen som helst til stede i andre carbonhydrider. Derfor er alkyner mere sure arter end alkener og meget mere sure end alkaner. Imidlertid er dens surhedsgrad stadig ubetydelig sammenlignet med carboxylsyres.
Da alkyner er meget svage syrer, reagerer de kun med meget stærke baser, såsom natriumamid:
HC≡CR + NaNH 2 => HC≡CNa + NH 3
Fra denne reaktion opnås en opløsning af natriumacetylid, råmateriale til syntese af andre alkyner.
Reaktivitet
Alkynes reaktivitet forklares ved tilsætning af små molekyler til deres tredobbeltbinding, hvilket reducerer deres umættelse. Disse kan godt være brintmolekyler, hydrogenhalogenider, vand eller halogener.
hydrogenering
Det lille molekyle af H 2 er meget flygtig og hurtigt, så at øge sandsynligheden for, at de tilsættes til den tredobbelte binding af alkyner, skal katalysatorer anvendes.
Disse er normalt metaller (Pd, Pt, Rh eller Ni) fint opdelt for at øge overfladearealet; og således kontakten mellem brint og alkyne:
RC≡CR '+ 2H 2 => RCH 2 CH 2 R'
Resultatet er, at hydrogen er "forankret" til carbonatomerne ved at bryde en binding, og så videre, indtil den tilsvarende alkan, RCH 2 CH 2 R', produceres. Dette mætter ikke kun det oprindelige carbonhydrid, men ændrer også dets molekylstruktur.
Tilsætning af hydrogenhalogenider
Her tilføjes det uorganiske molekyle HX, hvor X kan være en hvilken som helst af halogenerne (F, Cl, Br eller I):
RC≡CR '+ HX => RCH = CXR'
Hydration
Hydrering af alkyner er, når de tilsætter et vandmolekyle til dannelse af et aldehyd eller en keton:
RC≡CR '+ H 2 O => RCH 2 COR'
Hvis R 'er en H, er det en aldehyd; hvis det er en alkyl, er det en keton. I reaktionen dannes en forbindelse kendt som enol (RCH = C (OH) R ') som et mellemprodukt.
Dette gennemgår en konvertering fra enolformen (C - OH) til den ketoniske form (C = O) i en ligevægt kaldet tautomerisering.
Tilføjelse af halogener
Og om tilsætningerne de diatomiske molekyler af halogener (X 2 = F 2, Cl 2, Br 2 eller I 2) kan også forankres til carbonatomerne i den tredobbelte binding:
RC≡CR '+ 2X 2 => RCX 2 –CX 2 R'
Acetylenalkylering
Andre alkyner kan fremstilles fra natriumacetylidopløsningen ved anvendelse af et alkylhalogenid:
HC≡CNa + RX => HC≡CR + NaX
Hvis det for eksempel var methyliodid, ville den resulterende alkyne være:
HC≡CNa + CH 3 I => HC≡CCH 3 + NaX
HC≡CCH 3 er propyn, også kendt som methylacetylen.
Kemisk struktur
Af Ben Mills, fra Wikimedia Commons
Hvad er strukturen af alkyner? Et acetylenmolekyle vises i det øverste billede. Fra den kan den lineære geometri af C≡C-bindingen tydeligt observeres.
Hvor der er en tredobbelt binding, skal molekylets struktur derfor være lineær. Dette er en anden af de bemærkelsesværdige forskelle mellem dem og resten af kulbrinterne.
Alkaner er normalt repræsenteret som zigzags, fordi de har sp 3- hybridisering, og deres bindinger er 109º fra hinanden. De er faktisk en kæde af kovalent bundne tetraedre. Mens alkener er flade på grund af sp 2- hybridisering af deres kulhydrater, dannes mere specifikt et trigonalt plan med bindinger adskilt med 120º.
I alkyner er orbitalhybridiseringen sp, dvs. de har 50% s karakter og 50% p karakter. To sp-hybrid-orbitaler er bundet til H-atomer i acetylen eller til alkylgrupper i alkyner.
Afstanden mellem de to H eller R er 180º, ud over det faktum, at kun på denne måde kan de rene p-orbitaler i kulformerne danne tredobbeltbinding. Af denne grund er bindingen –C≡C- lineær. Ser man på strukturen i ethvert molekyle, skiller –C≡C sig ud i de regioner, hvor skelettet er meget lineært.
Afstand af links og terminalalkyne
Carboner i tredobbeltbindingen er tættere på hinanden end i dobbelt- eller enkeltbindingen. Med andre ord er C≡C kortere end C = C og C - C. Som et resultat er bindingen stærkere, fordi de to π-bindinger er med til at stabilisere den enkelte σ-binding.
Hvis triplebindingen er i slutningen af en kæde, er den en terminal alkyne. Derfor skal formlen for nævnte forbindelse være HC≡CR, hvor H fremhæver slutningen eller begyndelsen af kæden.
Hvis det på den anden side er en intern tredobbelt binding, er formlen RC≡CR ', hvor R og R' er højre og venstre side af kæden.
nomenklatur
Hvordan kaldes alkyner i henhold til reglerne dikteret af IUPAC? På samme måde som alkaner og alkener er blevet navngivet. For at gøre dette ændres suffikset –ano eller –eno til suffikset –ino.
For eksempel: HC≡CCH 3 kaldes propyn, da den har tre carbonatomer, ligesom propan (CH 3 CH 2 CH 3). HC≡CCH 2 CH 3 er 1-butyn, som er en terminal alkyn. Men i tilfældet med CH 3 C≡CCH 3 er 2-butyn, og i dette den tredobbelte binding er ikke terminal men indre.
CH 3 C≡CCH 2 CH 2 (CH 3) 2 er 5-methyl-2-hexyn. Carboner tælles fra den side, der er tættest på tredobbeltbindingen.
En anden type alkyner er cycloalkiner. For dem er det nok at erstatte suffikset –ano med –ino af den tilsvarende cycloalkane. Således kaldes cyclopropan, der har en tredobbelt binding, cyclopropino (som ikke findes).
Når der er to triple links, tilføjes præfikset di til navnet. Eksempler er HC≡C-C≡H, diacetylen eller propadino; og HC≡C - C - C≡H, butadiino.
Applikationer
Acetylen eller ethyne
Den mindste af alkynerne fortykner det mulige antal anvendelser til disse kulbrinter. Fra det gennem alkyleringer kan andre organiske forbindelser syntetiseres. Ligeledes gennemgår den oxidative reaktioner for at opnå blandt andet ethanol, eddikesyre, acrylsyre.
En anden af dens anvendelser består i at tilvejebringe varmekilden til at begejstre atomenes elektroner; mere specifikt af metalkationer ved bestemmelse af atomabsorptionsemission, en meget anvendt spektroskopisk teknik.
Naturlige alkyner
De eneste eksisterende metoder til fremstilling af alkyner er ikke kun syntetiske eller med påføring af varme i fravær af ilt, men også biologiske.
Disse bruger enzymer kaldet acetylenaser, som kan dehydrogenere en dobbeltbinding. Takket være dette opnås mange naturlige kilder til alkyner.
Som et resultat kan giftstoffer, modgift, medicin eller enhver anden forbindelse, der giver en vis fordel, ekstraheres fra disse kilder; især når det drejer sig om helbred. Alternativerne er mange, når de ændrer deres originale strukturer og har dem som en støtte til nye alkyner.
Eksempler på alkyner
Indtil videre er talrige eksempler på alkyner blevet nævnt. Nogle kommer dog fra meget specifikke kilder eller har bestemte molekylære strukturer: de er polyacetylener.
Dette betyder, at der kan være mere end en tredobbelt binding, der er en del af en meget stor struktur, og ikke kun en enkelt kulstofkæde.
Taririnsyre
Af Yikrazuul fra Wikimedia Commons
Taririnsyre kommer fra en plante beliggende i Guatemala kaldet Picramnia tariri. Det ekstraheres specifikt fra olien fra dets frø.
I dens molekylstruktur kan man observere en enkelt tredobbelt binding, der adskiller en apolar hale fra et polært hoved; derfor kunne det betragtes som et amfipatisk molekyle.
Histrionicotoxin
Af Meodipt og Rolf Kolasch
på en.wikipedia, fra Wikimedia Commons
Histrionikotoksin er en gift, der udskilles af huden på frøer, der bor i Colombia, Brasilien og andre latinamerikanske lande. Det har to tredobbelte bindinger til en dobbeltbinding. Begge er terminal og adskilles af en seks-carbonring og en cyklisk amin.
Cicutoxin
Af Giorgiogp2 fra Wikimedia Commons
Hvor er de tredobbelte bindinger fra Cicutoxins molekylstruktur? Hvis dobbeltbindingerne er flade, som det ses til højre, og de enkelte bindinger er tetrahedrale, som ved endene, er tredoblingerne lineære og på skråningen ().
Denne forbindelse består af et neurotoksin, der hovedsageligt findes i vandblokplanten.
Capillina
Af Klever fra Wikimedia Commons
Det er en alkyne, der er til stede i den essentielle olie fra mugwortplanter, der bruges som et svampedræbende middel. To på hinanden følgende trippelbindinger kan observeres, mere korrekt konjugeret.
Hvad betyder det? De tredobbelte bindinger resonerer gennem hele kulstofkæden og involverer dobbeltbinding C = O til C - O -.
pargylin
Af Harbin fra Wikimedia Commons
Det er en alkyne med antihypertensiv aktivitet. Ved at analysere dens struktur ved hjælp af dele har vi: en benzylgruppe til venstre, en tertiær amin i midten og en propynyl til højre; det vil sige en terminal propynegruppe.
Referencer
- Francis A. Carey. Organisk kemi. Carboxylsyrer. (sjette udgave, side 368-397). Mc Graw Hill.
- Brennan, John. (10. marts 2018). Eksempler på alkyne. Sciencing. Taget fra: sciencing.com
- BYJU'S. (2018). Triple Bond i Alkynes. Taget fra: byjus.com
- Encyclopedia of eksempler (2017). Alkyner. Gendannes fra: eksempler.co
- Kevin A. Boudreaux. Alkyner. Taget fra: angelo.edu
- Robert C. Neuman, Jr. Alkenes og Alkynes.. Taget fra: chem.ucr.edu