Alquinos-eigenschappen, structuur, nomenclatuur, gebruik en voorbeelden

de alkynen het zijn koolwaterstoffen of organische verbindingen die in hun structuren een drievoudige binding tussen twee koolstofatomen bevatten. Deze drievoudige binding (≡) wordt beschouwd als een functionele groep door een actieve plaats van het molecuul weer te geven en is daarom verantwoordelijk voor hun reactiviteit.

Alhoewel alkynen niet erg verschillen van alkanen of alkenen, vertonen ze een hogere zuurgraad en polariteit vanwege de aard van hun bindingen. De precieze term om dit kleine verschil te beschrijven is wat bekend staat als onverzadiging.

Alkanen zijn verzadigde koolwaterstoffen, terwijl alkynen het meest onverzadigd zijn met betrekking tot de oorspronkelijke structuur. Wat betekent dit? Dat een alkaan H₃C-CH₃ (ethaan) kan worden gedehydrogeneerd tot H₂C = CH₂ (etheen) en vervolgens HC≡CH (ethyn, beter bekend als acetyleen).

Merk op hoe als extra bindingen tussen de koolstoffen ontstaan, het aantal gebonden waterstofatomen daalt. De koolstof wil door zijn elektronische eigenschappen vier eenvoudige bindingen vormen, zodat hoe groter de onverzadiging, des te groter de neiging om te reageren (met uitzondering van aromatische verbindingen).

Aan de andere kant is de drievoudige binding veel sterker dan de dubbele binding (=) of de eenvoudige (-), maar tegen hoge energiekosten. Daarom kunnen de meeste koolwaterstoffen (alkanen en alkenen) drievoudige bindingen vormen bij verhoogde temperaturen.

Als gevolg van de hoge energieën hiervan en wanneer ze worden verbroken, geven ze veel warmte vrij. Een voorbeeld van dit fenomeen is te zien wanneer acetyleen wordt verbrand met zuurstof en de intense hitte van de vlam wordt gebruikt om metalen te lassen of te smelten (afbeelding bovenaan).

Acetyleen is de eenvoudigste en kleinste alkyn van allemaal. Uit de chemische formule kunnen andere koolwaterstoffen tot expressie worden gebracht door de H te vervangen door alkylgroepen (RC≡CR '). Hetzelfde gebeurt in de wereld van organische synthese door een groot aantal reacties.

Dit alkyn wordt geproduceerd door de reactie van calciumoxide uit kalksteen en cokes, grondstof die de benodigde koolstof in een elektrische oven levert:

CaO + 3C => CaC₂ + CO

De CaC₂ is het calciumcarbide, een anorganische verbinding die uiteindelijk reageert met water om acetyleen te vormen:

CaC₂ + 2H₂O => Ca (OH)₂ + HC≡CH

index

• 1 Fysische en chemische eigenschappen van alkynen
  • 1.1 Polariteit
  • 1.2 Zuurgraad
• 2 Reactiviteit
  • 2.1 Hydrogenatie
  • 2.2 Toevoeging van waterstofhalogeniden
  • 2.3 Hydratatie
  • 2.4 Toevoegen van halogenen
  • 2.5 Alkylering van acetyleen
• 3 Chemische structuur
  • 3.1 Afstand van de links en terminal-alches
• 4 nomenclatuur
• 5 Gebruik
  • 5.1 Acetyleen of ethyn
  • 5.2 Natuurlijke alkynen
• 6 Voorbeelden van alkynen
  • 6.1 Taric zuur
  • 6.2 Histrionicotoxine
  • 6.3 Cicutoxine
  • 6.4 Capillina
  • 6.5 Pargiline
• 7 Referenties

Fysische en chemische eigenschappen van alkynen

polariteit

De drievoudige binding onderscheidt alkynen van alkanen en alkenen. De drie soorten koolwaterstoffen zijn apolair, onoplosbaar in water en zeer zwakke zuren. De elektronegativiteit van de koolstoffen van de dubbele en driedubbele banden is echter groter dan die van de eenvoudige koolstoffen.

Volgens dit geven de koolstoffen naast de drievoudige binding het een inductieve negatieve ladingsdichtheid. Om deze reden, waar de C≡C- of C = C-bindingen zijn, zal er een grotere elektronische dichtheid zijn dan in de rest van het koolstofskelet. Dientengevolge is er een klein dipoolmoment waardoor de moleculen interageren door dipool-dipoolkrachten.

Deze interacties zijn erg zwak als je hun dipoolmomenten vergelijkt met die van het watermolecuul of alcohol. Dit komt tot uiting in de fysische eigenschappen: alkynes hebben over het algemeen hogere smelt- en kookpunten in vergelijking met hun minder onverzadigde koolwaterstoffen.

Ook vanwege hun slechte polariteit zijn ze minder onoplosbaar in water, maar oplosbaar in niet-polaire organische oplosmiddelen zoals benzeen.

zuurheid

Ook veroorzaakt deze elektronegativiteit waterstof HC≡CR is zuurrijker dan aanwezig in andere koolwaterstoffen. Daarom zijn alkynen meer zure soorten dan alkenen en veel meer dan alkanen. De zuurgraad ervan is echter nog steeds te verwaarlozen in vergelijking met die van carbonzuren.

Omdat de alkynen zeer zwakke zuren zijn, reageren ze alleen met zeer sterke basen, zoals natriumamide:

HC≡CR + NaNH₂ => HC≡CNa + NH₃

Uit deze reactie wordt een natriumacetylide-oplossing verkregen, een grondstof voor de synthese van andere alkynen.

reactiviteit

De reactiviteit van de alkynen wordt verklaard door de toevoeging van kleine moleculen aan hun drievoudige binding, waardoor hun onverzadiging afneemt. Dit kunnen ook waterstofmoleculen, waterstofhalogeniden, water of halogenen zijn.

hydrogenering

Het kleine molecuul van H₂ Het is erg ongrijpbaar en snel, dus om de kans te vergroten dat ze worden toegevoegd aan de drievoudige binding van alkynen moet men hun toevlucht nemen tot katalysatoren.

Dit zijn meestal metalen (Pd, Pt, Rh of Ni) fijn verdeeld om het oppervlak te vergroten; en op deze manier het contact tussen waterstof en alkyn:

RC≡CR '+ 2H₂ => RCH₂CH₂R '

Het resultaat is dat de waterstof "verankert" aan de koolstoffen door een binding te verbreken, enzovoort tot de overeenkomstige alkaan wordt geproduceerd, RCH₂CH₂R '. Dit verzadigt niet alleen de initiële koolwaterstof, maar past ook de moleculaire structuur ervan aan.

Toevoeging van waterstofhalogeniden

Hier wordt het anorganische molecuul HX toegevoegd, waarbij X een van de halogenen kan zijn (F, Cl, Br of I):

RC≡CR '+ HX => RCH = CXR'

hydratatie

De hydratatie van de alkynen is wanneer ze een molecuul water toevoegen om een ​​aldehyde of een keton te vormen:

RC≡CR '+ H₂O => RCH₂COR '

Als R 'een H is, is het een aldehyde; Als het een alkyl is, dan is het een keton. In de reactie wordt een verbinding bekend als enol (RCH = C (OH) R ') gevormd als een tussenproduct..

Deze krijgt een omzetting van de enolvorm (C-OH) in de ketonvorm (C = O) in een balans die tautomerisatie wordt genoemd.

Toevoeging van halogenen

En met betrekking tot de toevoegingen, kunnen de diatomische moleculen van de halogenen ook worden verankerd aan de koolstofatomen van de drievoudige binding (X₂= F₂, cl₂, Br₂ of ik₂):

RC≡CR '+ 2X₂ => RCX₂-CX₂R '

Alkylering van acetyleen

Andere alkynen kunnen worden bereid uit de natriumacetylide-oplossing door het gebruik van een alkylhalogenide:

HC≡CNa + RX => HC≡CR + NaX

Als het bijvoorbeeld methyljodide is, dan is de resulterende alkyn:

HC≡CNa + CH₃I => HC≡CCH₃ + NaX

HC≡CCH₃ is de tip, ook wel bekend als methylacetyleen.

Chemische structuur

Wat is de structuur van de alkynes? In de bovenste afbeelding wordt een acetyleenmolecuul weergegeven. Hieruit kun je duidelijk de lineaire geometrie van de C≡C-link zien.

Daarom, waar er een drievoudige binding is, moet de structuur van het molecuul lineair zijn. Dit is een van de opmerkelijke verschillen tussen hen en de rest van de koolwaterstoffen.

Alkanen worden meestal weergegeven als zigzags, omdat ze sp-hybridisatie hebben³ en de links liggen 109 ° uit elkaar. Ze zijn eigenlijk een keten van tetraëders die covalent zijn vastgemaakt. Terwijl de alkenen vlak zijn door sp-hybridisatie² van zijn koolstofatomen, meer specifiek een trigonaal vlak met obligaties gescheiden door 120º.

In de alkynen is de orbitale hybridisatie sp, d.w.z. ze hebben 50% karakter s en 50% karakter p. Er zijn twee sp hybride orbitalen die zijn gekoppeld aan de H-atomen in acetyleen of aan de alkylgroepen in de alkynen.

De afstand tussen H of R is 180º, daarnaast kunnen alleen de pure p-orbitalen van de koolstoffen de drievoudige binding vormen. Om deze reden is de koppeling -C = C lineair. Het zien van de structuur van een molecuul -C-C onderscheidt zich in die regio's waar het skelet erg lineair is.

Afstand van de links en terminalhuren

De koolstoffen in de drievoudige binding zijn minder ver weg dan in de dubbele of de eenvoudige binding. Met andere woorden, C≡C is korter dan C = C en C-C. Als gevolg hiervan is de link sterker omdat de twee koppelingen π bijdragen aan het stabiliseren van de eenvoudige link σ.

Als de drievoudige binding zich aan het einde van een ketting bevindt, is dit een terminale alkyn. Daarom moet de formule van de verbinding HC≡CR zijn, waarbij de H het einde of begin van de keten aangeeft.

Als het daarentegen een interne drievoudige link is, is de formule RC≡CR ', waarbij R en R' de rechter- en linkerkant van de string zijn.

nomenclatuur

Hoe worden de alkynen genoemd volgens de regels die worden voorgeschreven door IUPAC? Op dezelfde manier als alkanen en alkenen zijn genoemd. Om dit te doen, verander het achtervoegsel -ano of -eno met het achtervoegsel -ino.

Bijvoorbeeld: de HC≡CCH₃ het wordt propino genoemd, omdat het drie koolstofatomen heeft, zoals propaan (CH₃CH₂CH₃). De HC≡CCH₂CH₃ het is 1-butyn, wat een terminaal alkyn is. Maar in het geval van CH₃C≡CCH₃ het is 2-butyn, en hierin is de drievoudige binding niet terminal maar intern.

De CH₃C≡CCH₂CH₂(CH₃)₂ het is 5-methyl-2-hexino. De koolstoffen beginnen te tellen vanaf de zijde die zich het dichtst bij de drievoudige binding bevindt.

Een ander type alkynen zijn cycloalkynen. Voor hen is het voldoende om het achtervoegsel -ano voor -ino van het overeenkomstige cycloalkaan te vervangen. Dus het cyclopropaan dat een drievoudige binding heeft heet cyclopropine (wat niet bestaat).

Als er twee drievoudige koppelingen zijn, wordt het voorvoegsel toegevoegd aan de naam. Voorbeelden zijn HC = C-C = H, diacetyleen of propadino; en voor HC≡C-C-C≡H, butadiino.

toepassingen

Acetyleen of ethyn

De kleinste van de alkynen verdikt het mogelijke aantal toepassingen voor deze koolwaterstoffen. Hieruit kunnen, door middel van alkyleringen, andere organische verbindingen worden gesynthetiseerd. Evenzo ondergaat het oxidatieve reacties om oa ethanol, azijnzuur, acrylzuur te verkrijgen.

Een andere van zijn toepassingen bestaat uit het verschaffen van de warmtebron om de elektronen van de atomen te exciteren; meer specifiek van metaalkationen in bepalingen door absorptie-atomaire emissie, wijdverspreide spectroscopische techniek.

Natuurlijke alquinos

De enige bestaande methoden voor het bereiden van alkynen zijn niet alleen synthetisch of met toepassing van warmte in afwezigheid van zuurstof, maar ook biologisch.

In deze enzymen worden gebruikt genoemd acetilenasas, die een dubbele binding kan dehydrogeneren. Dankzij deze vele natuurlijke bronnen van alkynen worden verkregen.

Als een gevolg hiervan kunnen vergif, tegengif, medicijnen of elke andere verbinding die enig voordeel oplevert, uit deze bronnen worden geëxtraheerd; vooral als het om gezondheid gaat. De alternatieven zijn talrijk bij het wijzigen van hun oorspronkelijke structuren en hebben ze als ondersteuning voor nieuwe alkynes.

Voorbeelden van alkynen

Tot nu toe zijn talrijke voorbeelden van alkynen genoemd. Sommigen komen echter uit zeer specifieke bronnen of hebben specifieke moleculaire structuren: het zijn polyacetylenen.

Dit betekent dat er meer dan één drievoudige binding kan zijn die deel uitmaakt van een zeer grote structuur, en niet alleen een eenvoudige koolstofketen.

Taric zuur

Tarirzuur komt van een fabriek in Guatemala genaamd Picramnia tariri. Het wordt specifiek gewonnen uit de olie van zijn zaden.

In zijn moleculaire structuur kan een enkele drievoudige binding worden waargenomen die een apolaire staart van een poolkop scheidt; daarom zou het kunnen worden beschouwd als een amfipathisch molecuul.

Histrionicotoxina

Histrionicotoxin is een gif dat wordt afgescheiden door de huid van kikkers uit Colombia, Brazilië en andere Latijns-Amerikaanse landen. Het heeft twee drievoudige geconjugeerde links met een dubbele link. Beide zijn terminaal en worden gescheiden door een ring van zes koolstofatomen en een cyclisch amine.

cicutoxine

Van de moleculaire structuur van het cycotoxine, waar zijn de drievoudige bindingen? Als de dubbele bindingen plat zijn, zoals ze naar rechts kijken, en de eenvoudige schakels tetraeder zijn, zoals in het uiterste, zijn de drievoudige lijnen lineair en bevinden ze zich op de helling (\).

Deze verbinding bestaat uit een neurotoxine dat voornamelijk voorkomt in de waterhoudende hemlockplant.

Capillina

Het is een alkyn aanwezig in de essentiële olie van Artemis-planten die wordt gebruikt als een antischimmelmiddel. Je kunt twee opeenvolgende drievoudige bindingen zien, correcter geconjugeerd.

Wat betekent het? Dat de drievoudige bindingen door de gehele koolstofketen resoneren en de dubbele binding C = O-opening tot C-O omvat^-.

pargyline

Het is een alkyn met antihypertensieve activiteit. Analyse van de structuur in delen die we hebben: een benzylgroep links, een tertiaire amine in het midden en een propinyl naar rechts; dat wil zeggen, een terminale tipgroep.

referenties

1. Francis A. Carey. Organische chemie Carbonzuren. (zesde editie., pp. 368-397). Mc Graw Hill.
2. Brennan, John. (10 maart 2018). Voorbeelden van Alkynes. Sciencing. Genomen uit: sciencing.com
3. Byju'S. (2018). Triple Bond in Alkynes. Genomen uit: byjus.com
4. Encyclopedia of Examples (2017). Alkynen. Teruggeplaatst van: ejemplos.co
5. Kevin A. Boudreaux. Alkynen. Genomen uit: angelo.edu
6.  Robert C. Neuman, Jr. Alkenes en Alkynes. [PDF]. Genomen uit: chem.ucr.edu