Właściwości, struktura, nazewnictwo, zastosowania i przykłady Alquinos

The alquinos są to węglowodory lub związki organiczne, które w swoich strukturach stanowią potrójne wiązanie między dwoma węglami. To potrójne wiązanie (≡) jest uważane za grupę funkcjonalną poprzez reprezentowanie miejsca aktywnego cząsteczki, a zatem jest odpowiedzialne za ich reaktywność.

Chociaż alkiny nie różnią się zbytnio od alkanów lub alkenów, wykazują one większą kwasowość i polarność ze względu na charakter ich wiązań. Dokładny termin opisujący tę niewielką różnicę to tzw nienasycenie.

Alkany są nasyconymi węglowodorami, podczas gdy alkiny są najbardziej nienasycone w stosunku do oryginalnej struktury. Co to znaczy? To alkan H₃C-CH₃ (etan) można odwodornić do H₂C = CH₂ (eten), a następnie HC≡CH (etylen lub lepiej znany jako acetylen).

Należy zauważyć, że jako dodatkowe wiązania powstają między węglami liczba związanych z nimi wodorów zmniejsza się. Węgiel przez swoją elektroniczną charakterystykę stara się utworzyć cztery proste wiązania, tak że im większe nienasycenie, tym większa tendencja do reakcji (z wyjątkiem związków aromatycznych).

Z drugiej strony potrójne wiązanie jest znacznie silniejsze niż podwójne wiązanie (=) lub proste (-), ale przy wysokim koszcie energii. Dlatego większość węglowodorów (alkanów i alkenów) może tworzyć potrójne wiązania w podwyższonych temperaturach.

W konsekwencji tych wysokich energii i po zerwaniu uwalniają dużo ciepła. Przykład tego zjawiska jest widoczny, gdy acetylen jest spalany tlenem, a intensywne ciepło płomienia jest wykorzystywane do spawania lub topienia metali (górny obraz).

Acetylen jest najprostszym i najmniejszym alkinem ze wszystkich. Ze swojego wzoru chemicznego, inne węglowodory mogą być wyrażane przez podstawienie H dla grup alkilowych (RC≡CR '). To samo dzieje się w świecie syntezy organicznej dzięki dużej liczbie reakcji.

Ten alkin jest wytwarzany w reakcji tlenku wapnia z wapieniem i koksem, surowca, który dostarcza niezbędnego węgla w piecu elektrycznym:

CaO + 3C => CaC₂ + CO

CaC₂ jest węglik wapnia, związek nieorganiczny, który w końcu reaguje z wodą, tworząc acetylen:

CaC₂ + 2H₂O => Ca (OH)₂ + HC≡CH

Indeks

• 1 Właściwości fizyczne i chemiczne alkinów
  • 1.1 Biegunowość
  • 1.2 Kwasowość
• 2 Reaktywność
  • 2.1 Uwodornienie
  • 2.2 Dodatek halogenków wodoru
  • 2.3 Nawodnienie
  • 2.4 Dodawanie halogenów
  • 2.5 Alkilowanie acetylenu
• 3 Struktura chemiczna
  • 3.1 Odległość ogniw i zacisków zacisków
• 4 Nazewnictwo
• 5 zastosowań
  • 5.1 Acetylen lub etyny
  • 5.2 Naturalne alkiny
• 6 Przykłady alkinów
  • 6.1 Kwas Taric
  • 6.2 Histrionikotoksyna
  • 6.3 Cicutoxin
  • 6.4 Capillina
  • 6.5 Pargilina
• 7 referencji

Właściwości fizyczne i chemiczne alkinów

Biegunowość

Potrójne wiązanie odróżnia alkiny od alkanów i alkenów. Te trzy typy węglowodorów są niepolarne, nierozpuszczalne w wodzie i bardzo słabe kwasy. Jednakże elektroujemność atomów węgla wiązań podwójnych i potrójnych jest większa niż atomów prostych.

Zgodnie z tym, węgle sąsiadujące z potrójnym wiązaniem dają mu indukcyjną gęstość ładunku ujemnego. Z tego powodu, gdzie są wiązania C≡C lub C = C, będzie większa gęstość elektronowa niż w pozostałej części szkieletu węglowego. W konsekwencji istnieje mały moment dipolowy, w którym cząsteczki oddziałują z siłami dipol-dipol.

Te interakcje są bardzo słabe, jeśli porównamy ich momenty dipolowe z momentami cząsteczki wody lub jakiegokolwiek alkoholu. Znajduje to odzwierciedlenie w jego właściwościach fizycznych: alkiny na ogół mają wyższe temperatury topnienia i wrzenia w porównaniu z ich mniej nienasyconymi węglowodorami.

Również ze względu na słabą polaryzację są mniej rozpuszczalne w wodzie, ale rozpuszczalne w niepolarnych rozpuszczalnikach organicznych, takich jak benzen.

Kwasowość

Również ta elektroujemność powoduje wodór HC≡CR jest bardziej kwaśny niż obecny w innych węglowodorach. Dlatego alkiny są bardziej kwasowymi gatunkami niż alkeny i znacznie więcej niż alkanami. Jednak jego kwasowość jest nadal znikoma w porównaniu z kwasami karboksylowymi.

Ponieważ alkiny są bardzo słabymi kwasami, reagują tylko z bardzo mocnymi zasadami, takimi jak amidek sodu:

HC≡CR + NaNH₂ => HC≡CNa + NH₃

Z tej reakcji otrzymuje się roztwór acetylidu sodu, surowiec do syntezy innych alkinów.

Reaktywność

Reaktywność alkinów tłumaczy się dodaniem małych cząsteczek do ich potrójnego wiązania, zmniejszając ich nienasycenie. Mogą to być cząsteczki wodoru, halogenki wodoru, woda lub chlorowce.

Uwodornienie

Mała cząsteczka H₂ Jest bardzo nieuchwytny i szybki, więc aby zwiększyć prawdopodobieństwo, że zostaną dodane do potrójnego wiązania alkinów, należy zastosować katalizatory.

Są to zwykle metale (Pd, Pt, Rh lub Ni) drobno rozdrobnione w celu zwiększenia pola powierzchni; iw ten sposób kontakt wodoru z alkinem:

RC≡CR '+ 2H₂ => RCH₂CH₂R '

Wynikiem jest to, że wodór „zakotwicza się” w węglach, przerywając wiązanie, i tak dalej, aż do wytworzenia odpowiedniego alkanu, RCH₂CH₂R '. To nie tylko nasyca początkowy węglowodór, ale także modyfikuje jego strukturę molekularną.

Dodatek halogenków wodoru

Tutaj dodaje się cząsteczkę nieorganiczną HX, gdzie X może być dowolnym z halogenów (F, Cl, Br lub I):

RC≡CR '+ HX => RCH = CXR'

Nawodnienie

Hydratacja alkinów polega na dodaniu cząsteczki wody do aldehydu lub ketonu:

RC≡CR '+ H₂O => RCH₂COR ”

Jeśli R 'jest H, to jest aldehydem; Jeśli jest to alkil, to jest to keton. W reakcji powstaje związek znany jako enol (RCH = C (OH) R ') jako związek pośredni..

Ten cierpi na przemianę formy enolowej (C-OH) w formę ketonową (C = O) w równowadze zwanej tautomeryzacją.

Dodatek halogenów

W odniesieniu do dodatków, cząsteczki dwuatomowe halogenów mogą być również zakotwiczone w węglach potrójnego wiązania (X₂= F₂, Cl₂, Br₂ lub ja₂):

RC≡CR '+ 2X₂ => RCX₂-CX₂R '

Alkilowanie acetylenu

Inne alkiny można wytwarzać z roztworu acetylidu sodu przez zastosowanie halogenku alkilu:

HC≡CNa + RX => HC≡CR + NaX

Na przykład, jeśli byłby to jodek metylu, wówczas powstały alkin byłby:

HC≡CNa + CH₃I => HC≡CCH₃ + NaX

HC≡CCH₃ to wskazówka, znana również jako metylacetylen.

Struktura chemiczna

Jaka jest struktura alkinów? Na górnym obrazie pokazano cząsteczkę acetylenu. Z niego można wyraźnie zobaczyć liniową geometrię łącza C≡C.

Dlatego tam, gdzie występuje potrójne wiązanie, struktura cząsteczki musi być liniowa. Jest to kolejna z istotnych różnic między nimi a resztą węglowodorów.

Alkany są zwykle przedstawiane jako zygzaki, ponieważ mają hybrydyzację sp³ a jego linki są 109 ° od siebie. W rzeczywistości są one łańcuchem czworościanów przymocowanych kowalencyjnie. Podczas gdy alkeny są płaskie przez hybrydyzację sp² jego węgli, a dokładniej tworząc trygonalną płaszczyznę z wiązaniami oddzielonymi o 120º.

W alkinach hybrydyzacja orbitalna to sp, to znaczy mają one 50% postaci i 50% postaci p. Istnieją dwa orbitale hybrydowe sp, które są związane z atomami H w acetylenie lub grupami alkilowymi w alkinach.

Odległość oddzielająca zarówno H, jak i R wynosi 180º, poza tym tylko w ten sposób czyste orbitale p węgli mogą tworzyć potrójne wiązanie. Z tego powodu łącze -C≡C- jest liniowe. Widzenie struktury dowolnej cząsteczki -C -C- wyróżnia się w tych regionach, w których szkielet jest bardzo liniowy.

Odległość linków i czynszów terminali

Węgle w potrójnym wiązaniu są mniej odległe niż w wiązaniu podwójnym lub prostym. Innymi słowy, C≡C jest krótszy niż C = C i C-C. W rezultacie połączenie jest silniejsze, ponieważ dwa ogniwa π przyczyniają się do stabilizacji prostego łącza σ.

Jeśli potrójne wiązanie znajduje się na końcu łańcucha, to jest to końcowy alkin. Zatem formuła tego związku musi być HC≡CR, gdzie H oznacza koniec lub początek łańcucha.

Jeśli z drugiej strony jest to wewnętrzne połączenie potrójne, formuła to RC≡CR ', gdzie R i R' to prawa i lewa strona ciągu.

Nomenklatura

W jaki sposób nazwy alkinów są zgodne z zasadami podanymi przez IUPAC? W ten sam sposób, jak nazwano alkany i alkeny. Aby to zrobić, zmień przyrostek -ano lub -eno z przyrostkiem -ino.

Na przykład: HC≡CCH₃ nazywa się propino, ponieważ ma trzy węgle, jak propan (CH₃CH₂CH₃). HC≡CCH₂CH₃ jest to 1-butyn, który jest terminalnym alkinem. Ale w przypadku CH₃C≡CCH₃ jest to 2-butyne, w tym potrójne wiązanie nie jest końcowe, ale wewnętrzne.

CH₃C≡CCH₂CH₂(CH₃)₂ jest to 5-metylo-2-heksino. Węgle zaczynają liczyć od strony najbliższej potrójnego wiązania.

Innym rodzajem alkinów są cykloalkiny. Dla nich wystarczy zastąpić przyrostek -ano dla -ino odpowiedniego cykloalkanu. Tak więc cyklopropan, który ma potrójne wiązanie nazywa się cyklopropyną (która nie istnieje).

Gdy istnieją dwa potrójne linki, do nazwy dodawany jest przedrostek di-. Przykładami są HC≡C-C≡H, diacetylen lub propadino; i do HC≡C-C-C≡H, butadiino.

Używa

Acetylen lub etyny

Najmniejszy z alkinów zagęszcza możliwą liczbę zastosowań tych węglowodorów. Z niego, za pomocą alkilacji, można syntetyzować inne związki organiczne. Podobnie ulega reakcjom oksydacyjnym, między innymi w celu otrzymania etanolu, kwasu octowego, kwasu akrylowego.

Inne jego zastosowanie polega na dostarczaniu źródła ciepła do wzbudzania elektronów atomów; dokładniej kationów metali w oznaczeniach emisji absorpcyjno-atomowej, szeroko stosowanej techniki spektroskopowej.

Naturalny alquinos

Jedynymi istniejącymi metodami wytwarzania alkinów są nie tylko syntetyczne lub z zastosowaniem ciepła przy braku tlenu, ale także biologiczne.

W tych enzymach stosuje się tzw acetylenazy, który może odwodnić podwójne wiązanie. Dzięki temu uzyskuje się wiele naturalnych źródeł alkinów.

W wyniku tego z tych źródeł można uzyskać trucizny, odtrutki, leki lub jakikolwiek inny związek zapewniający pewne korzyści; zwłaszcza gdy dotyczy zdrowia. Alternatywy są liczne podczas modyfikowania ich oryginalnych struktur i mają je jako wsparcie dla nowych alkinów.

Przykłady alkinów

Do tej pory wymieniono liczne przykłady alkinów. Jednak niektóre pochodzą z bardzo konkretnych źródeł lub mają szczególne struktury molekularne: są to poliacetyleny.

Oznacza to, że może istnieć więcej niż jedno potrójne wiązanie, które jest częścią bardzo dużej struktury, a nie tylko prosty łańcuch węglowy.

Kwas Taric

Kwas tarirowy pochodzi z zakładu położonego w Gwatemali o nazwie Picramnia tariri. Jest ekstrahowany specjalnie z oleju z nasion.

W swojej strukturze molekularnej można zaobserwować pojedyncze potrójne wiązanie, które oddziela apolarny ogon od głowy polarnej; dlatego może być uważany za cząsteczkę amfipatyczną.

Histrionikotoksyna

Histrionikotoksyna jest trucizną wydzielaną przez skórę żab z Kolumbii, Brazylii i innych krajów Ameryki Łacińskiej. Posiada dwa potrójne łącza sprzężone z podwójnym łączem. Oba są końcowe i są oddzielone pierścieniem sześciu atomów węgla i cykliczną aminą.

Cicutoxin

Na podstawie struktury molekularnej cyklotoksyny, gdzie są potrójne wiązania? Jeśli podwójne wiązania są płaskie, gdy patrzą w prawo, a proste ogniwa są tetraedryczne, tak jak w skrajnościach, trójki są liniowe i znajdują się na zboczu (.

Związek ten składa się z neurotoksyny występującej głównie w roślinach cykuty wodnej.

Capillina

Jest to alkin obecny w olejku eterycznym roślin Artemis, który jest stosowany jako środek przeciwgrzybiczy. Możesz zobaczyć dwa kolejne potrójne wiązania, bardziej poprawnie sprzężone.

Co to znaczy? Że potrójne wiązania rezonują w całym łańcuchu węglowym i wiążą się z podwójnym wiązaniem C = O otwierającym się na C-O^-.

Pargilina

Jest alkinem o działaniu przeciwnadciśnieniowym. Analizując jego strukturę w częściach mamy: grupę benzylową po lewej, trzeciorzędową aminę po środku i propinyl po prawej; to jest grupa końcówek.

Referencje

1. Francis A. Carey. Chemia organiczna Kwasy karboksylowe. (wydanie szóste., str. 368-397). Mc Graw Hill.
2. Brennan, John. (10 marca 2018 r.). Przykłady Alkynów. Nauka. Zaczerpnięte z: sciencing.com
3. BYJU. (2018). Triple Bond w Alkynes. Zrobiono z: byjus.com
4. Encyklopedia przykładów (2017). Alquinos. Źródło: ejemplos.co
5. Kevin A. Boudreaux. Alkiny. Zrobiono z: angelo.edu
6.  Robert C. Neuman, Jr. Alkenes i Alkynes. [PDF] Zaczerpnięte z: chem.ucr.edu