- תכונות פיזיקליות וכימיות של אלקינזים
- קוטביות
- חוּמצִיוּת
- תגובתיות
- מימן
- הוספת הלידים מימן
- הִידרָצִיָה
- הוספת הלוגנים
- אצטילן אלקילציה
- מבנה כימי
- מרחק הקישורים והאלקינים המסופיים
- מִנוּחַ
- יישומים
- אצטילן או אתין
- אלקינסים טבעיים
- דוגמאות לאלקייניים
- חומצה טרירית
- הריסטיוניוטוקסין
- ציקוטוקסין
- קפילינה
- פרגליין
- הפניות
Alkynes הם פחמימנים או תרכובות אורגניות המכילות במבנים שלהם קשר משולש בין שני פחמנים. קשר משולש זה (≡) נחשב לקבוצה פונקציונלית מכיוון שהוא מייצג אתר פעיל של המולקולה, ולכן הוא אחראי לתגובתיות שלהם.
על אף שאליקינים אינם שונים בהרבה מאלקנים או אלקנים, הם מפגינים חומציות וקוטביות גדולים יותר בגלל אופי הקשרים שלהם. המונח המדויק לתיאור הבדל קל זה הוא מה שמכונה "בלתי רוויה".
מאת jason.kaechler (פליקר: חמצן / לפיד אצטילן), באמצעות ויקימדיה
אלקנים הם פחמימנים רוויים ואילו אלקנים הם הבלתי רוויים ביותר ביחס למבנה המקורי. מה זה אומר? ניתן לייבש את האידן H 3 C-CH 3 (אתאן) ל- H 2 C = CH 2 (אתן) ובהמשך ל- HC≡CH (אתין, או הידוע יותר בשם אצטילן).
שימו לב כיצד ככל שנוצרים קשרים נוספים בין הפחמימות מספר ההידרוגנים שנקשרים אליהם פוחת. הפחמן, בשל מאפייניו האלקטרוניים, מבקש ליצור ארבעה קשרים פשוטים, כך שככל שהרוויה אינה גבוהה יותר, כך נטיית התגובה גדולה יותר (למעט תרכובות ארומטיות).
מצד שני, הקשר המשולש חזק בהרבה מהקשר הכפול (=) או הקשר היחיד (-), אך בעלות אנרגיה גבוהה. מכאן שרוב הפחמימנים (אלקנים ואלקנים) יכולים ליצור קשרים משולשים בטמפרטורות גבוהות.
כתוצאה מהאנרגיות הגבוהות של אלה, וכשהם נשברים הם משחררים חום רב. דוגמה לתופעה נראית כאשר אצטילן נשרף בחמצן והחום האינטנסיבי של הלהבה משמש לריתוך או להמסת מתכות (תמונה עליונה).
אצטילן הוא האלקין הפשוט והקטן ביותר מכולם. ניתן לבטא פחמימנים אחרים מהנוסחה הכימית על ידי החלפת H עבור קבוצות אלקיל (RC≡CR '). אותו דבר קורה בעולם הסינתזה האורגנית באמצעות מספר רב של תגובות.
אלקין זה מופק מתגובת תחמוצת הסידן מאבן גיר וקולה, חומר גלם המספק את הפחמן הדרוש בכבשן חשמלי:
CaO + 3C => CaC 2 + CO
CaC 2 הוא סידן קרביד, תרכובת אורגנית המגיבה סוף סוף עם מים ליצירת אצטילן:
CaC 2 + 2H 2 O => Ca (OH) 2 + HC≡CH
תכונות פיזיקליות וכימיות של אלקינזים
קוטביות
הקשר המשולש מבדיל בין אלקנים לבין אלקנים ואלקנים. שלושת סוגי הפחמימנים הם אפולים, בלתי מסיסים במים, וחומצות חלשות מאוד. עם זאת, החשיבות האלקטרונית של פחמן הקשר הכפול והמשולש גדולה מזו של הפחמן היחיד.
לפי זה, הפחמימות הסמוכות לקשר המשולש מעניקות לו צפיפות מטען שלילית על ידי אפקט אינדוקטיבי. מסיבה זו, במקום בו קשרי ה- C≡C או C = C, תהיה צפיפות אלקטרונים גבוהה יותר מאשר בשאר שלד הפחמן. כתוצאה מכך, יש רגע דיפול קטן לפיו מולקולות מתקשרות ביניהן על ידי כוחות דיפול-דיפול.
אינטראקציות אלה חלשות מאוד אם משווים את רגעי הדיפול שלהם לרגעים של מולקולת המים או אלכוהול כלשהו. זה בא לידי ביטוי בתכונות הפיזיקליות שלהם: לאלקייניים יש בדרך כלל נקודות התכה ורתיחה גבוהות יותר בהשוואה לפחמימנים הפחות רוויים שלהם.
באופן דומה, בגלל הקוטביות הנמוכה שלהם, הם פחות מסיסים במים, אך הם מסיסים בממסים אורגניים לא קוטביים כמו בנזן.
חוּמצִיוּת
כמו כן, אלקטרובטיביות זו גורמת למימן HC ≡CR להיות חומצי יותר מכל הקיים בפחמימנים אחרים. לפיכך, אלקינס הם מינים חומציים יותר מאלקנים וחומציים בהרבה מאלקנים. עם זאת, החומציות שלה עדיין זניחה בהשוואה לזו של חומצות קרבוקסיליות.
מאחר ואלקינים הם חומצות חלשות מאוד, הם מגיבים רק עם בסיסים חזקים מאוד, כמו נתרן אמיד:
HC≡CR + NaNH 2 => HC≡CNa + NH 3
מתגובה זו מתקבל תמיסה של נתרן אצטיליד, חומר גלם לסינתזה של אלקינים אחרים.
תגובתיות
תגובתיות האלקינים מוסברת על ידי הוספת מולקולות קטנות לקשר המשולש שלהן, ומקטין את הרוויה שלהם. יתכן שמדובר במולקולות מימן, הלידי מימן, מים או הלוגנים.
מימן
המולקולה הקטנה של H 2 מאוד חמקמקה ומהירה, כך שעל מנת להגדיל את ההסתברות שהם מתווספים לקשר המשולש של אלקינאים, יש להשתמש בזרזים.
לרוב מדובר במתכות (Pd, Pt, Rh או Ni) המחולקות דק להגדלת שטח הפנים; וכך הקשר בין מימן לאלקין:
RC≡CR '+ 2H 2 => RCH 2 CH 2 R'
התוצאה היא שמימן "מעוגן" לפחמימות על ידי שבירת קשר, וכן הלאה עד לייצור האלקן המקביל, RCH 2 CH 2 R '. זה לא רק רווי את הפחמימן הראשוני, אלא גם משנה את המבנה המולקולרי שלו.
הוספת הלידים מימן
כאן מתווספת המולקולה האורגנית HX, בה X יכול להיות כל אחד מההלוגנים (F, Cl, Br או I):
RC≡CR '+ HX => RCH = CXR'
הִידרָצִיָה
ההידרציה של אלקנים היא כאשר הם מוסיפים מולקולת מים ליצירת אלדהיד או קטון:
RC≡CR '+ H 2 O => RCH 2 COR'
אם R 'הוא H, זה אלדהיד; אם זה אלקיל, אז זה קטון. בתגובה נוצר תרכובת המכונה אנול (RCH = C (OH) R ') כחומר ביניים.
זה עובר המרה מצורת אנול (C - OH) לצורה הקטונית (C = O) בשיווי משקל הנקרא טאוטומריזציה.
הוספת הלוגנים
ובנוגע לתוספות, ניתן לעגן את המולקולות הדיאטומיות של הלוגנים (X 2 = F 2 , Cl 2 , Br 2 או I 2 ) לפחמניות של הקשר המשולש :
RC≡CR '+ 2X 2 => RCX 2 –CX 2 R'
אצטילן אלקילציה
ניתן להכין אלקינסים אחרים מתמיסת הנתרן אצטיליד על ידי שימוש באלקיל הליד:
HC≡CNa + RX => HC≡CR + NaX
לדוגמה, אם היה זה מתיל יוד, האלקין שהתקבל היה:
HC≡CNa + CH 3 I => HC≡CCH 3 + Nax
HC≡CCH 3 הוא פרופין, המכונה גם מתיל אצטילן.
מבנה כימי
מאת בן מילס, מ- Wikimedia Commons
מהו מבנה האלקינים? בתמונה העליונה מוצגת מולקולת אצטילן. ממנו ניתן לראות בבירור את הגיאומטריה הקווית של הקשר C≡C.
לכן, במקום שיש קשר משולש, מבנה המולקולה צריך להיות ליניארי. זהו עוד אחד מההבדלים הבולטים בינם לבין שאר הפחמימנים.
אלקנים מיוצגים בדרך כלל כזיגזגים, מכיוון שיש להם הכלאה sp 3 והקשרים שלהם זה מזה 109 מעלות זה מזה. הם למעשה שרשרת של טטרה-דד צמודים קוולנטית. בעוד שאלקנים שטוחים כתוצאה מהכלאה של SP 2 של הפחמימות שלהם, ליתר דיוק יוצרים מישור טריגונאלי עם קשרים המופרדים על ידי 120 מעלות.
באלקיינז ההכלאה המסלולית היא sp, כלומר יש להם אופי של 50% s ואופי של 50% p. שני אורביטלים ספ-היברידיים נקשרים לאטומי H באצטילן או לקבוצות אלקיל באלקיינז.
המרחק בין שני H או R הוא 180 מעלות, בנוסף לעובדה שרק באופן זה האורביטלים p הטהורים של הפחמנים יכולים ליצור את הקשר המשולש. מסיבה זו הקשר - C≡C - הוא לינארי. בהתבוננות במבנה של כל מולקולה כלשהי, C-C– בולט באזורים שבהם השלד מאוד ליניארי.
מרחק הקישורים והאלקינים המסופיים
הפחמן בקשר המשולש קרוב יותר זה לזה מאשר בקשר הכפול או היחיד. במילים אחרות, C≡C קצר מ- C = C ו- C - C. כתוצאה מכך הקשר חזק יותר מכיוון ששני הקשרים π עוזרים לייצב את הקשר σ היחיד.
אם הקשר המשולש נמצא בסוף שרשרת, אז זהו אליין סופני. לכן, הנוסחה של התרכובת האמורה חייבת להיות HC≡CR, כאשר H מדגיש את הסוף או את תחילת השרשרת.
אם מצד שני זהו קשר משולש פנימי, הנוסחה היא RC≡CR ', כאשר R ו- R' הם הצד הימני והשמאלי של השרשרת.
מִנוּחַ
כיצד נקראים אלקינים על פי הכללים המוכתבים על ידי ה- IUPAC? באותה דרך שבה נקראו אלקנים ואלקנים. לשם כך, הסיומת –נו או –נונו משתנה לסיומת –נו.
לדוגמא: HC≡CCH 3 נקרא פרופין, מכיוון שיש בו שלוש פחמימות, כמו פרופאן (CH 3 CH 2 CH 3 ). HC≡CCH 2 CH 3 הוא 1-butyne, שהינה אלקין הטרמינל. אבל במקרה של CH 3 C≡CCH 3 זה 2-בוטן, ובקשר זה המשולש אינו סופני אלא פנימי.
CH 3 C≡CCH 2 CH 2 (CH 3 ) 2 הוא 5-מתיל-2-hexyne. הפחמימות נספרות מהצד הקרוב ביותר לקשר המשולש.
סוג אחר של אלקינאים הם ציקלו-אלקינים. מבחינתם מספיק להחליף את הסיומת –אנו ב- –נו של הסייקלוקלן המקביל. לפיכך, ציקלופרופאן שיש לו קשר משולש נקרא ציקלופרופינו (שאינו קיים).
כאשר ישנם שני קישורים משולשים, הקידומת di מתווספת לשם. דוגמאות לכך הן HC≡C-C≡H, דיאצטילן או פרופדינו; ו- HC≡C - C - C≡H, butadiino.
יישומים
אצטילן או אתין
הקטן מבין האלקינים מעבה את מספר השימושים האפשרי עבור פחמימנים אלה. ממנו דרך אלקילציות ניתן לסנתז תרכובות אורגניות אחרות. באופן דומה, הוא עובר תגובות חמצוניות כדי להשיג אתנול, חומצה אצטית, חומצה אקרילית, בין היתר.
שימוש אחר בו מורכב מספקת למקור החום לריגוש האלקטרונים של האטומים; ליתר דיוק של קטיוני מתכת בקביעות פליטת קליטה אטומית, טכניקה ספקטרוסקופית נפוצה.
אלקינסים טבעיים
השיטות הקיימות היחידות להכנת אלקינים אינן רק סינתטיות או עם יישום חום בהיעדר חמצן, אלא גם ביולוגיות.
אלה משתמשים באנזימים הנקראים אצטילנאזים, שיכולים dehydrogenate קשר כפול. הודות לכך מתקבלים מקורות טבעיים רבים של אלקינים.
כתוצאה מכך ניתן להפיק ממקורות אלה רעלים, תרופות נגד תרופות, או כל תרכובת אחרת המספקת תועלת מסוימת; במיוחד כשמדובר בבריאות. האלטרנטיבות הן רבות כאשר משנים את המבנים המקוריים שלהם ומקבלים אותם כתמיכה לאלקינים חדשים.
דוגמאות לאלקייניים
עד כה הוזכרו דוגמאות רבות של אלקינים. עם זאת, חלקם מגיעים ממקורות מאוד ספציפיים או שיש להם מבנים מולקולריים מסוימים: הם פולי אצטילן.
המשמעות היא שיכולים להיות יותר ממקשר משולש אחד שהוא חלק ממבנה גדול מאוד ולא רק שרשרת פחמן אחת.
חומצה טרירית
מאת Yikrazuul, מ- Wikimedia Commons
חומצה טרירית מגיעה מצמח הנמצא בגואטמלה בשם Picramnia tariri. הוא מופק באופן ספציפי משמן הזרעים שלו.
במבנה המולקולרי שלה ניתן לראות קשר משולש בודד המפריד בין זנב אפוליאר לראש קוטב; לכן זה יכול להיחשב כמולקולה אמפיפטית.
הריסטיוניוטוקסין
מאת Meodipt ורולף Kolasch
ב- en.wikipedia, מתוך Wikimedia Commons
Histrionicotoxin הוא רעל המופרש על ידי עור של צפרדעים המאכלסות את קולומביה, ברזיל ומדינות אחרות באמריקה הלטינית. יש לו שני קשרים משולשים המחוברים לקשר כפול אחד. שניהם סופניים ומופרדים על ידי טבעת שש-פחמן ואמין מחזורי.
ציקוטוקסין
מאת Giorgiogp2, מ- Wikimedia Commons
מהמבנה המולקולרי של ציקוטוקסין, היכן הקשרים המשולשים? אם הקשרים הכפולים הם שטוחים, כפי שנראים מימין, והקשרים היחידים הם טטרהדרליים, כמו בקצותיהם, המשולשים הם לינאריים ועל המדרון (\).
תרכובת זו מורכבת מנוירוטוקסין הנמצא בעיקר בצמח hemlock מים.
קפילינה
מאת קלבר, מ- Wikimedia Commons
זהו אלקיה שנמצאת בשמן האתרי של צמחי סלע המשמש כחומר נגד פטריות. ניתן להבחין בשני קשרים משולשים רצופים, מצומדים יותר נכון.
מה זה אומר? קשרים משולשים מהדהדים לאורך כל שרשרת הפחמן וכוללים את הקשר הכפול C = O לפתיחה ל- C - O - .
פרגליין
מאת חרבין, מ- Wikimedia Commons
זוהי אלקנה עם פעילות נגד לחץ דם. בניתוח המבנה שלו בחלקים יש לנו: קבוצת בנזיל משמאל, אמין שלישוני באמצע, ופרופיניל מימין; כלומר קבוצת propyne סופנית.
הפניות
- פרנסיס א. קארי. כימיה אורגנית. חומצות קרבוקסיליות. (מהדורה שישית, עמודים 368-397). מק גריי היל.
- ברנן, ג'ון. (10 במרץ, 2018). דוגמאות לאלקייניים. מדע. נלקח מ: sciencing.com
- BYJU'S. (2018). בונד משולש באלקיינז. נלקח מ: byjus.com
- אנציקלופדיה של דוגמאות (2017). אלקינסים. התאושש מ: דוגמאות.co
- קווין א. בודרו. אלקינסים. נלקח מ: angelo.edu
- רוברט סי נוימן, ג'וניור אלקנס ואלקינס. . נלקח מ: chem.ucr.edu