- Proprietățile fizice și chimice ale alchinelor
- Polaritate
- Aciditate
- reactivitatea
- Hidrogenarea
- Adăugarea halogenurilor de hidrogen
- hidratarea
- Adăugarea halogenelor
- Alchilare cu acetilenă
- Structura chimică
- Distanța legăturilor și alchinelor terminale
- Nomenclatură
- Aplicații
- Acetilenă sau etilă
- Alchinele naturale
- Exemple de alchine
- Acidul tariric
- Histrionicotoxin
- Cicutoxin
- Capillina
- pargilină
- Referințe
Cele alchinele sunt hidrocarburi sau compuși organici care conțin în structura lor o triplă legătură între doi atomi de carbon. Această triplă legătură (≡) este considerată un grup funcțional, deoarece reprezintă un situs activ al moleculei și, prin urmare, este responsabilă pentru reactivitatea acestora.
Deși alchinele nu diferă foarte mult de alcani sau alchene, acestea prezintă o aciditate și polaritate mai mari datorită naturii legăturilor lor. Termenul precis pentru a descrie această ușoară diferență este ceea ce este cunoscut sub numele de nesaturare.
De jason.kaechler (Flickr: Oxygen / Acetylene Torch), prin Wikimedia Commons
Alcanele sunt hidrocarburi saturate, în timp ce alchinele sunt cele mai nesaturate în raport cu structura inițială. Ce inseamna asta? Că un alean H 3 C-CH 3 (etan) poate fi dehidrogenată la H 2 C = CH 2 (etenă) și , ulterior , la HC≡CH (etină, sau mai bine cunoscut sub numele de acetilenă).
Rețineți că, pe măsură ce se formează legături suplimentare între carbuni, numărul de hidrogeni legați la acestea scade. Carbonul, datorită caracteristicilor sale electronice, încearcă să formeze patru legături simple, deci cu cât nesaturația este mai mare, cu atât tendința de reacție este mai mare (cu excepția compușilor aromatici).
Pe de altă parte, tripla legătură este mult mai puternică decât legătura dublă (=) sau obligațiunea unică (-), dar la un cost energetic ridicat. Prin urmare, majoritatea hidrocarburilor (alcani și alchene) pot forma legături triple la temperaturi ridicate.
Ca urmare a energiilor mari ale acestora, iar la spargere, ele eliberează multă căldură. Un exemplu al acestui fenomen este văzut atunci când acetilena este arsă cu oxigen și căldura intensă a flăcării este folosită pentru sudarea sau topirea metalelor (imaginea de sus).
Acetilena este cea mai simplă și cea mai mică alchină dintre toate. Alte hidrocarburi pot fi exprimate din formula sa chimică prin substituirea H cu grupări alchil (RC≡CR '). La fel se întâmplă și în lumea sintezei organice printr-un număr mare de reacții.
Această alchină este produsă din reacția oxidului de calciu din calcar și cocs, o materie primă care furnizează carbonii necesari într-un cuptor electric:
CaO + 3C => cac 2 + CO
Cac 2 este carbură de calciu, un compus anorganic , care în final , reacționează cu apa pentru a forma acetilena:
Cac 2 + 2H 2 O => Ca (OH) 2 + HC≡CH
Proprietățile fizice și chimice ale alchinelor
Polaritate
Tripla legătură distinge alchinele de alcani și alchene. Cele trei tipuri de hidrocarburi sunt apolare, insolubile în apă și acizi foarte slabi. Cu toate acestea, electronegativitatea carbonilor cu dublă și triplă legătură este mai mare decât cea a carbonilor singulari.
Conform acestui fapt, carbonii adiacenți triplei legături îi conferă densitate de încărcare negativă prin efect inductiv. Din acest motiv, acolo unde sunt legăturile C≡C sau C = C, va exista o densitate de electroni mai mare decât în restul scheletului de carbon. În consecință, există un mic moment dipol prin care moleculele interacționează prin forțe dipol-dipol.
Aceste interacțiuni sunt foarte slabe dacă momentele lor dipolice sunt comparate cu cele ale moleculei de apă sau a oricărui alcool. Acest lucru se reflectă în proprietățile lor fizice: alchinele au în general puncte de topire și fierbere mai mari, comparativ cu hidrocarburile lor mai puțin nesaturate.
De asemenea, datorită polarității lor scăzute, sunt mai puțin insolubile în apă, dar sunt solubile în solvenții organici nepolari, cum ar fi benzenul.
Aciditate
De asemenea, această electronegativitate face ca hidrogenul HC ≡CR să fie mai acid decât orice prezent în alte hidrocarburi. Prin urmare, alchinele sunt specii mai acide decât alchenele și mult mai acide decât alcanii. Cu toate acestea, aciditatea sa este încă neglijabilă în comparație cu cea a acizilor carboxilici.
Deoarece alchinele sunt acizi foarte slabi, reacționează doar cu baze foarte puternice, cum ar fi amida de sodiu:
HC≡CR + NaNH 2 => HC≡CNa + NH 3
Din această reacție se obține o soluție de acetilură de sodiu, materie primă pentru sinteza altor alchine.
reactivitatea
Reactivitatea alchinelor se explică prin adăugarea de molecule mici la legătura lor triplă, scăzând nesaturarea lor. Acestea pot fi bine molecule de hidrogen, halogenuri de hidrogen, apă sau halogeni.
Hidrogenarea
Mica molecula de H 2 este foarte evaziv și rapid, astfel încât să crească probabilitățile ca acestea să fie adăugate la legătura triplă a alchinelor, trebuie utilizat catalizatori.
Acestea sunt de obicei metale (Pd, Pt, Rh sau Ni) fin divizate pentru a crește suprafața; și, astfel, contactul dintre hidrogen și alchină:
RC≡CR '+ 2H 2 => RCH 2 CH 2 R'
Rezultatul este că hidrogenul este „ancorat“ la atomii de carbon prin ruperea unei legături, și așa mai departe până la aleanul, RCH 2 CH 2 R“, este produsă. Aceasta nu numai că satura hidrocarburile inițiale, dar își modifică și structura moleculară.
Adăugarea halogenurilor de hidrogen
Aici se adaugă molecula anorganică HX, unde X poate fi oricare dintre halogenii (F, Cl, Br sau I):
RC≡CR '+ HX => RCH = CXR'
hidratarea
Hidratarea alchinelor este atunci când adaugă o moleculă de apă pentru a forma o aldehidă sau o cetonă:
RC≡CR '+ H 2 O => RCH 2 COR'
Dacă R 'este un H, este o aldehidă; dacă este un alchil, atunci este o cetonă. În reacție, un compus cunoscut sub numele de enol (RCH = C (OH) R ') este format ca intermediar.
Aceasta suferă o conversie de la forma enol (C - OH) la forma cetonică (C = O) într-un echilibru numit tautomerizare.
Adăugarea halogenelor
Și în ceea ce privește adăugările, moleculele diatomice halogeni (X 2 = F 2 , Cl 2 , Br 2 sau I 2 ) , pot de asemenea să fie ancorat la atomii de carbon ai legăturii triple :
RC≡CR '+ 2X 2 => RCX 2 –CX 2 R'
Alchilare cu acetilenă
Se pot prepara și alte alchine din soluția de acetilură de sodiu folosind o halogenură de alchil:
HC≡CNa + RX => HC≡CR + NaX
De exemplu, dacă ar fi iodură de metil, atunci alchina rezultată ar fi:
HC≡CNa + CH 3 I => HC≡CCH 3 + NaX
HC≡CCH 3 este propină, de asemenea , cunoscut sub numele de metil - acetilenă.
Structura chimică
De Ben Mills, de la Wikimedia Commons
Care este structura alchinelor? În imaginea superioară este prezentată o moleculă de acetilenă. Din ea se poate observa clar geometria liniară a legăturii C clearlyC.
Prin urmare, acolo unde există o triplă legătură, structura moleculei ar trebui să fie liniară. Aceasta este o altă dintre diferențele notabile dintre acestea și restul hidrocarburilor.
Alcanii sunt, de obicei, reprezentați în zig-zag, pentru că au hibridizare sp 3, iar legăturile lor sunt de 109 ° între ele. Ele sunt de fapt un lanț de tetraedre legate covalent. In timp ce alchene sunt plate din cauza sp 2 hibridizarea carbonilor lor, formând mai precis un plan trigonala cu legături separate prin 120º.
La alchine hibridizarea orbitală este sp, adică au 50% s și 50% p. Doi orbitali hibrizi sp sunt legați de atomii de H în acetilenă sau grupări alchil din alchine.
Distanța dintre cele două H sau R este de 180º, în plus față de faptul că numai în acest fel orbitalele p pure ale carbonilor pot forma tripla legătură. Din acest motiv, legătura –C≡C– este liniară. Privind structura oricărei molecule, –C≡C - se evidențiază în acele regiuni în care scheletul este foarte liniar.
Distanța legăturilor și alchinelor terminale
Carbunii din tripla legătură sunt mai strânși între ei decât în legătură dublă sau single Cu alte cuvinte, C≡C este mai scurt decât C = C și C - C. Drept urmare, legătura este mai puternică, deoarece cele două legături π ajută la stabilizarea legăturii σ unice.
Dacă tripla legătură este la capătul unui lanț, atunci este o alchină terminală. Prin urmare, formula respectivului compus trebuie să fie HC≡CR, unde H evidențiază sfârșitul sau începutul lanțului.
Dacă pe de altă parte este o legătură triplă internă, formula este RC≡CR ', unde R și R' sunt partea dreaptă și stânga a lanțului.
Nomenclatură
Cum se numesc alchinii în conformitate cu regulile dictate de IUPAC? În același mod în care au fost numiți alcani și alchene. Pentru a face acest lucru, sufixul –ano sau –eno se schimbă în sufix –ino.
De exemplu: HC≡CCH 3 este numit propină, deoarece are trei atomi de carbon, cum ar fi propanul (CH 3 CH 2 CH 3 ). HC≡CCH 2 CH 3 este 1-butină, care este o alchină terminală. Dar , în cazul CH 3 C≡CCH 3 este 2-butină, iar în această tripla legătură nu este terminală ci internă.
CH 3 C≡CCH 2 CH 2 (CH 3 ) 2 este 5-metil-2-hexin. Carbunii sunt numărați din partea cea mai apropiată de tripla legătură.
Un alt tip de alchine sunt cicloalchinele. Pentru ei este suficient să înlocuim sufixul –ano cu –ino din cicloalcanul corespunzător. Astfel, ciclopropanul care are o legătură triplă este denumit ciclopropino (care nu există).
Când există două triple legături, prefixul di- este adăugat la nume. Exemple sunt HC≡C-C≡H, diacetilenă sau propadino; și HC≡C - C - C≡H, butadiino.
Aplicații
Acetilenă sau etilă
Cea mai mică dintre alchine îngroașă numărul posibil de utilizări pentru aceste hidrocarburi. Din acesta prin alchilări pot fi sintetizați alți compuși organici. De asemenea, suferă reacții oxidative pentru a obține etanol, acid acetic, acid acrilic, printre altele.
O alta dintre utilizările sale constă în furnizarea sursei de căldură pentru a excita electronii atomilor; mai exact a cationilor metalici în determinările de absorbție-emisie atomică, o tehnică spectroscopică larg utilizată.
Alchinele naturale
Singurele metode existente pentru prepararea alchinelor sunt nu numai sintetice sau cu aplicarea căldurii în absența oxigenului, ci și biologice.
Aceștia folosesc enzime numite acetilenaze, care pot deshidrogena o dublă legătură. Datorită acestui fapt, se obțin multe surse naturale de alchine.
Ca urmare, pot fi extrase din aceste surse otrăvuri, antidoturi, medicamente sau orice alt compus care oferă un anumit beneficiu; mai ales atunci când este vorba de sănătate. Alternativele sunt multe atunci când își modifică structurile originale și le au ca suport pentru noi alchine.
Exemple de alchine
Până în prezent au fost menționate numeroase exemple de alchine. Cu toate acestea, unele provin din surse foarte specifice sau au structuri moleculare particulare: sunt poliacetilene.
Aceasta înseamnă că poate exista mai mult de o triplă legătură care face parte dintr-o structură foarte mare și nu doar un singur lanț de carbon.
Acidul tariric
De Yikrazuul, de la Wikimedia Commons
Acidul tariric provine de la o plantă situată în Guatemala, numită Picramnia tariri. Este extras special din uleiul semințelor sale.
În structura sa moleculară, se poate observa o singură legătură triplă care separă o coadă apolară de un cap polar; de aceea poate fi considerată o moleculă amfipatică.
Histrionicotoxin
De Meodipt și Rolf Kolasch
la en.wikipedia, de la Wikimedia Commons
Histrionicotoxina este o otravă secretată de pielea broaștelor care locuiesc în Columbia, Brazilia și alte țări din America Latină. Are două triple legături conjugate cu o dublă legătură. Ambele sunt terminale și sunt separate printr-un inel cu șase carbon și o amină ciclică.
Cicutoxin
De Giorgiogp2, de la Wikimedia Commons
Din structura moleculară a Cicutoxinei, unde sunt triplele legături? Dacă legăturile duble sunt plane, așa cum se vede în dreapta, iar legăturile simple sunt tetraedrice, la fel ca la capete, triplele sunt liniare și pe panta (\).
Acest compus este format dintr-o neurotoxină care se găsește în primul rând în planta de înălțime a apei.
Capillina
De Klever, de la Wikimedia Commons
Este o alchină prezentă în uleiul esențial al plantelor mugwort, care este utilizat ca agent antifungic. Se pot observa două legături tripla consecutive, conjugate mai corect.
Ce înseamnă? Aceste triple legături rezonează pe întregul lanț de carbon și implică deschiderea legăturii duble C = O la C-O - .
pargilină
De Harbin, de la Wikimedia Commons
Este o alchină cu activitate antihipertensivă. Analizând structura sa în părți, avem: o grupare benzii în stânga, o amină terțiară la mijloc și un propinil pe dreapta; adică un grup propilen terminal.
Referințe
- Francis A. Carey. Chimie organica. Acizii carboxilici. (ediția a șasea, paginile 368-397). Mc Graw Hill.
- Brennan, John. (10 martie 2018). Exemple de Alkynes. Sciencing. Preluat de la: sciencing.com
- Byju'S. (2018). Triplu Bond în Alkynes. Luat de la: byjus.com
- Enciclopedia exemplelor (2017). Alchine. Recuperat din: exemple.co
- Kevin A. Boudreaux. Alchine. Luat de la: angelo.edu
- Robert C. Neuman, Jr. Alkenes și Alkynes. . Luat de la: chem.ucr.edu