ALKYNER: EGENSKAPER, STRUKTUR, BRUK OG EKSEMPLER - KJEMI - 2026

De alkyner er hydrokarboner eller organiske forbindelser inneholdende i deres strukturer en trippelbinding mellom to karbonatomer. Denne trippelbinding (≡) regnes som en funksjonell gruppe siden den representerer et aktivt sted for molekylet, og derfor er ansvarlig for deres reaktivitet.

Selv om alkyner ikke skiller seg mye fra alkaner eller alkener, har de større surhet og polaritet på grunn av arten av deres bindinger. Det presise uttrykket for å beskrive denne lille forskjellen er det som kalles umettethet.

Av jason.kaechler (Flickr: Oxygen / Acetylene Torch), via Wikimedia Commons

Alkaner er mettede hydrokarboner, mens alkyner er de mest umettede med hensyn til den opprinnelige strukturen. Hva betyr dette? Som et alkan H ₃ C-CH ₃ (etan) kan dehydrogeneres til H _2- C = CH ₂ (eten) og deretter til HC≡CH (etyn, eller bedre kjent som acetylen).

Legg merke til hvordan når det blir dannet ytterligere bindinger mellom karbonatene, reduseres antallet hydrogener bundet til dem. På grunn av dets elektroniske egenskaper, prøver karbon å danne fire enkle bindinger, så jo høyere umettethet er, desto større er tendensen til å reagere (med unntak av aromatiske forbindelser).

På den annen side er trippelbindingen mye sterkere enn dobbeltbindingen (=) eller enkeltbindingen (-), men til en høy energikostnad. Derfor kan de fleste hydrokarboner (alkaner og alkener) danne trippelbindinger ved høye temperaturer.

Som en konsekvens av disse høye energiene, og når de går i stykker, slipper de mye varme. Et eksempel på dette fenomenet sees når acetylen forbrennes med oksygen og den intense varmen fra flammen brukes til å sveise eller smelte metaller (toppbilde).

Acetylen er den enkleste og minste alkinen av alle. Andre hydrokarboner kan uttrykkes fra dens kjemiske formel ved å erstatte H for alkylgrupper (RC≡CR '). Det samme skjer i verden av organisk syntese gjennom et stort antall reaksjoner.

Denne alkinen er produsert fra reaksjonen av kalsiumoksyd fra kalkstein og koks, et råmateriale som gir de nødvendige kullene i en elektrisk ovn:

CaO + 3C => CaC ₂ + CO

CaC ₂ er kalsiumkarbid, en uorganisk forbindelse som til slutt reagerer med vann for å danne acetylen:

CaCl ₂ + 2 H ₂ O => Ca (OH) ₂ + HC≡CH

Fysiske og kjemiske egenskaper ved alkyner

polaritet

Trippelbindingen skiller alkyner fra alkaner og alkener. De tre typene hydrokarboner er apolare, uoppløselige i vann og veldig svake syrer. Imidlertid er elektronegativiteten til dobbelt- og trippelforbindelsen karbon større enn den for enkeltkarbonene.

I henhold til dette gir karbonene ved siden av trippelbindingen den negative ladningstetthet ved induktiv effekt. Av denne grunn, hvor C≡C- eller C = C-bindingene er, vil det være en høyere elektrontetthet enn i resten av karbonskjelettet. Som en konsekvens er det et lite dipolmoment der molekyler samvirker av dipol-dipol-krefter.

Disse interaksjonene er veldig svake hvis dipolmomentene deres sammenlignes med vannmolekylet eller alkohol. Dette gjenspeiles i deres fysiske egenskaper: alkyner har generelt høyere smelte- og kokepunkter sammenlignet med deres mindre umettede hydrokarboner.

På grunn av deres lave polaritet er de på samme måte mindre uoppløselige i vann, men de er oppløselige i ikke-polare organiske løsningsmidler som benzen.

surhet

Likeledes forårsaker denne elektronegativitet hydrogenet HC ≡CR å være surere enn noen til stede i andre hydrokarboner. Derfor er alkyner surere arter enn alkener og mye surere enn alkaner. Imidlertid er surhetsgraden fortsatt ubetydelig sammenlignet med karboksylsyrene.

Siden alkyner er veldig svake syrer, reagerer de bare med veldig sterke baser, for eksempel natriumamid:

HC≡CR + NaNH ₂ => HC≡CNa + NH ₃

Fra denne reaksjonen oppnås en løsning av natriumacetylid, råstoff for syntese av andre alkyner.

reaktivitet

Alkynenes reaktivitet forklares ved tilsetning av små molekyler til deres trippelbinding, noe som reduserer umettet deres. Dette kan godt være hydrogenmolekyler, hydrogenhalogenider, vann eller halogener.

hydrogene

Den lille molekyl av H- ₂ er meget flyktig og rask, slik at for å øke sannsynligheten for at de tilsettes til trippelbindingen av alkyner, må katalysatorer benyttes.

Dette er vanligvis metaller (Pd, Pt, Rh eller Ni) fint delt for å øke overflaten; og dermed kontakten mellom hydrogen og alkyne:

RC≡CR '+ 2H ₂ => RCH ₂ CH ₂ R'

Resultatet er at hydrogenet er "festet" til karbonatomene ved å bryte en binding, og så videre til det tilsvarende alkan, RCH ₂ CH ₂ R', fremstilles. Dette metter ikke bare det opprinnelige hydrokarbonet, men endrer også molekylstrukturen.

Tilsetting av hydrogenhalogenider

Her tilsettes det uorganiske molekylet HX, der X kan være hvilken som helst av halogenene (F, Cl, Br eller I):

RC≡CR '+ HX => RCH = CXR'

hydration

Hydrering av alkyner er når de tilfører et vannmolekyl for å danne 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 reaksjonen dannes en forbindelse kjent som enol (RCH = C (OH) R ') som et mellomprodukt.

Dette gjennomgår en konvertering fra enolformen (C - OH) til den ketoniske formen (C = O) i en likevekt kalt tautomerisering.

Legger til halogener

Og angående tilsetninger, kan de diatomiske molekylene til halogenene (X ₂ = F ₂ , Cl ₂ , Br ₂ eller I ₂ ) også forankres til karbonene i trippelbindingen :

RC≡CR '+ 2X ₂ => RCX ₂ –CX ₂ R'

Acetylenalkylering

Andre alkyner kan fremstilles fra natriumacetylidoppløsningen ved å bruke et alkylhalogenid:

HC≡CNa + RX => HC≡CR + NaX

For eksempel, hvis det var metyljodid, ville den resulterende alkinen være:

HC≡CNa + CH ₃ I => HC≡CCH ₃ + NaX

HC≡CCH ₃ er propyn, også kjent som metylacetylen .

Kjemisk struktur

Av Ben Mills, fra Wikimedia Commons

Hva er strukturen til alkyner? Et acetylenmolekyl vises i det øvre bildet. Fra den kan den lineære geometrien til C≡C-bindingen tydelig observeres.

Hvor det er en trippelbinding, bør molekylets struktur derfor være lineær. Dette er en annen av de bemerkelsesverdige forskjellene mellom dem og resten av hydrokarboner.

Alkaner er vanligvis representert som zigzags, fordi de har sp ^3- hybridisering og deres bindinger er 109º fra hverandre. De er faktisk en kjede av kovalent bundne tetraedre. Mens alkener er flate på grunn av sp ^2- hybridisering av karbonene deres, danner mer spesifikt et trigonalt plan med bindinger atskilt med 120 º.

I alkyner er orbitalhybridiseringen sp, det vil si at 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.

Avstanden mellom de to H eller R er 180º, i tillegg til det faktum at bare på denne måten kan de rene p-orbitalene til karbonene danne trippelbindingen. Av denne grunn er bindingen –C≡C lineær. Når vi ser på strukturen til et hvilket som helst molekyl, skiller –C≡C seg ut i de områdene der skjelettet er veldig lineært.

Avstand til lenkene og terminalalkynene

Karbonatene i trippelbindingen er nærmere hverandre enn i dobbelt- eller enkeltbindingen. Med andre ord er C≡C kortere enn C = C og C - C. Som et resultat er bindingen sterkere fordi de to π-bindingene er med på å stabilisere den enkelte σ-bindingen.

Hvis trippelbindingen er i enden av en kjede, er det en terminal alkyne. Derfor må formelen til nevnte forbindelse være HC≡CR, der H fremhever slutten eller begynnelsen av kjeden.

Hvis det derimot er en intern trippelbinding, er formelen RC≡CR ', der R og R' er høyre og venstre side av kjeden.

nomenklatur

Hvordan navngis alkyner i henhold til reglene diktert av IUPAC? På samme måte som alkaner og alkener er blitt navngitt. For å gjøre dette, endres suffikset –ano eller –eno til suffikset –ino.

For eksempel: HC≡CCH ₃ kalles propyn, siden den har tre karbonatomer, slik som propan (CH ₃ CH ₂ CH ₃ ). HC≡CCH ₂ CH ₃ er 1-butyn, som er et terminal alkyn. Men for CH ₃ C≡CCH _{3 er} det 2-butyne, og i dette er trippelbindingen ikke terminal, men intern.

CH ₃ C≡CCH ₂ CH ₂ (CH ₃ ) ₂ er 5-metyl-2-heksyn. Karbonatene telles fra siden nærmest trippelbindingen.

En annen type alkyner er sykloalkiner. For dem er det nok å erstatte suffikset –ano med –ino av den tilsvarende cycloalkane. Dermed blir cyclopropan som har en trippelbinding benevnt som cyclopropino (som ikke eksisterer).

Når det er to trippelkoblinger, blir prefikset di lagt til navnet. Eksempler er HC≡C-C≡H, diacetylen eller propadino; og HC≡C - C - C≡H, butadiino.

applikasjoner

Acetylen eller etyn

Den minste av alkynene tykner mulig antall bruksområder for disse hydrokarboner. Fra den gjennom alkyleringer kan andre organiske forbindelser syntetiseres. På samme måte gjennomgår den oksidative reaksjoner for å få etanol, eddiksyre, akrylsyre, blant andre.

En annen av dens bruksområder består i å tilveiebringe varmekilden for å begeistre atomene elektroner; mer spesifikt av metallkationer i bestemmelse av atomabsorpsjonsemisjon, en mye brukt spektroskopisk teknikk.

Naturlige alkyner

De eneste eksisterende metoder for fremstilling av alkyner er ikke bare syntetiske eller med påføring av varme i fravær av oksygen, men også biologiske.

Disse bruker enzymer kalt acetylenaser, som kan dehydrogenere en dobbeltbinding. Takket være dette oppnås mange naturlige kilder til alkyner.

Som et resultat kan giftstoffer, motgift, medisiner eller andre forbindelser som gir en viss fordel trekkes ut fra disse kildene; spesielt når det gjelder helse. Alternativene er mange når de modifiserer sine opprinnelige strukturer og har dem som støtte for nye alkyner.

Eksempler på alkyner

Så langt er mange eksempler på alkyner blitt nevnt. Noen kommer imidlertid fra veldig spesifikke kilder eller har spesielle molekylstrukturer: de er polyacetylener.

Dette betyr at det kan være mer enn en trippelbinding som er del av en veldig stor struktur, og ikke bare en eneste karbonkjede.

Tarirsyre

Av Yikrazuul, fra Wikimedia Commons

Tarirsyre kommer fra en plante som ligger i Guatemala kalt Picramnia tariri. Det er spesielt trukket ut fra oljen fra frøene.

I sin molekylstruktur kan en enkelt trippelbinding observeres som skiller en apolar hale fra et polart hode; derfor kan det betraktes som et amfipatisk molekyl.

Histrionicotoxin

Av Meodipt og Rolf Kolasch
på en.wikipedia, fra Wikimedia Commons

Histrionikotoksin er en gift som skilles ut av huden på frosker som bor i Colombia, Brasil og andre latinamerikanske land. Den har to trippelbindinger konjugert til en dobbeltbinding. Begge er terminal og er atskilt med en seks-karbonring og en syklisk amin.

Cicutoxin

Av Giorgiogp2, fra Wikimedia Commons

Hvor er trippelbindingene fra molekylstrukturen til Cicutoxin? Hvis dobbeltbindingene er flate, sett til høyre, og enkeltbindingene er tetraedriske, som ved endene, er tripplene lineære og i skråningen (\).

Denne forbindelsen består av et nevrotoksin som hovedsakelig finnes i vannhemlock-planten.

Capillina

Av Klever, fra Wikimedia Commons

Det er en alky som er til stede i den essensielle oljen fra mugwortplanter som brukes som et soppdrepende middel. To påfølgende trippelbindinger kan observeres, mer korrekt konjugert.

Hva betyr det? De tredobbelte resonansene gjennom hele karbonkjeden og involverer dobbeltbindingen C = O til C - O ^- .

paragyline

Av Harbin, fra Wikimedia Commons

Det er en alkyne med antihypertensiv aktivitet. Analysere strukturen i deler har vi: en benzylgruppe til venstre, en tertiær amin i midten og en propynyl til høyre; det vil si en terminal propynegruppe.

referanser

1. Francis A. Carey. Organisk kjemi. Karboksylsyrer. (sjette utg., side 368-397). Mc Graw Hill.
2. Brennan, John. (10. mars 2018). Eksempler på alkyner. Sciencing. Hentet fra: sciencing.com
3. BYJU'S. (2018). Triple Bond i Alkynes. Hentet fra: byjus.com
4. Leksikon av eksempler (2017). Alkyner. Gjenopprettet fra: eksempler.co
5. Kevin A. Boudreaux. Alkyner. Hentet fra: angelo.edu
6. Robert C. Neuman, Jr. Alkenes og Alkynes. . Hentet fra: chem.ucr.edu