ALKYNES: THUỘC TÍNH, CẤU TRÚC, CÁCH SỬ DỤNG VÀ VÍ DỤ - HÓA HỌC - 2026

Các alkyne là các hydrocacbon hoặc các hợp chất hữu cơ có chứa trong cấu trúc của chúng một liên kết ba giữa hai nguyên tử cacbon. Liên kết ba (≡) này được coi là một nhóm chức vì nó đại diện cho vị trí hoạt động của phân tử, và do đó chịu trách nhiệm về khả năng phản ứng của chúng.

Mặc dù anken không khác biệt nhiều so với ankan hoặc anken, nhưng chúng thể hiện tính axit và độ phân cực lớn hơn do bản chất của các liên kết của chúng. Thuật ngữ chính xác để mô tả sự khác biệt nhỏ này là những gì được gọi là không bão hòa.

Bởi jason.kaechler (Flickr: Oxy / Acetylene Torch), thông qua Wikimedia Commons

Các ankan là các hiđrocacbon no, trong khi các ankin là các hiđrocacbon không bão hòa nhất về cấu trúc ban đầu. Điều đó có nghĩa là gì? Một ankan H ₃ C-CH ₃ (etan) có thể được khử hydro thành H ₂ C = CH ₂ (etilen) và sau đó thành HC≡CH (etyne, hay còn gọi là axetylen).

Lưu ý rằng khi các liên kết bổ sung được hình thành giữa các nguyên tử, số lượng các hydro liên kết với chúng giảm đi. Carbon, do đặc tính điện tử của nó, tìm cách hình thành bốn liên kết đơn giản, vì vậy độ không bão hòa càng cao, xu hướng phản ứng càng lớn (ngoại trừ các hợp chất thơm).

Mặt khác, liên kết ba mạnh hơn nhiều so với liên kết đôi (=) hoặc liên kết đơn (-), nhưng chi phí năng lượng cao. Do đó hầu hết các hiđrocacbon (ankan và anken) có thể tạo liên kết ba ở nhiệt độ cao.

Do năng lượng cao của chúng, và khi chúng vỡ ra, chúng tỏa ra rất nhiều nhiệt. Một ví dụ về hiện tượng này được thấy khi axetylen được đốt cháy với oxy và nhiệt độ cao của ngọn lửa được sử dụng để hàn hoặc nấu chảy kim loại (hình trên).

Axetylen là alkyne đơn giản nhất và nhỏ nhất. Các hydrocacbon khác có thể được biểu thị từ công thức hóa học của nó bằng cách thay thế H cho các nhóm alkyl (RC≡CR '). Điều tương tự cũng xảy ra trong thế giới tổng hợp hữu cơ thông qua một số lượng lớn các phản ứng.

Ankyne này được tạo ra từ phản ứng của oxit canxi từ đá vôi và than cốc, một nguyên liệu thô cung cấp cácbon cần thiết trong lò điện:

CaO + 3C => CaC ₂ + CO

CaC ₂ là canxi cacbua, một hợp chất vô cơ cuối cùng phản ứng với nước để tạo thành axetylen:

CaC ₂ + 2H ₂ O => Ca (OH) ₂ + HC≡CH

Tính chất vật lý và hóa học của ankin

Phân cực

Liên kết ba phân biệt anken với ankan và anken. Ba loại hiđrocacbon này đều không phân cực, không tan trong nước và axit rất yếu. Tuy nhiên, độ âm điện của nguyên tử liên kết đôi và liên kết ba lớn hơn độ âm điện của nguyên tử liên kết đơn.

Theo đó, các nguyên tử lân cận liên kết ba mang lại mật độ điện tích âm bằng hiệu ứng cảm ứng. Vì lý do này, nơi có các liên kết C≡C hoặc C = C, sẽ có mật độ điện tử cao hơn so với phần còn lại của khung carbon. Kết quả là, có một mômen lưỡng cực nhỏ, theo đó các phân tử tương tác bằng lực lưỡng cực-lưỡng cực.

Những tương tác này rất yếu nếu so sánh mômen lưỡng cực của chúng với mômen của phân tử nước hoặc bất kỳ rượu nào. Điều này được phản ánh trong các tính chất vật lý của chúng: các ankan thường có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao hơn so với các hiđrocacbon kém no hơn của chúng.

Tương tự như vậy, do độ phân cực thấp, chúng ít hòa tan trong nước, nhưng chúng hòa tan trong dung môi hữu cơ không phân cực như benzen.

Tính axit

Tương tự, độ âm điện này làm cho hydro HC ≡CR có tính axit mạnh hơn bất kỳ hydrocacbon nào có trong các hydrocacbon khác. Do đó, anken là loài có tính axit mạnh hơn anken và có tính axit mạnh hơn ankan. Tuy nhiên, tính axit của nó vẫn không đáng kể khi so sánh với axit cacboxylic.

Vì các ankin là axit rất yếu, chúng chỉ phản ứng với các bazơ rất mạnh, chẳng hạn như natri amit:

HC≡CR + NaNH ₂ => HC≡CNa + NH ₃

Từ phản ứng này thu được dung dịch natri axetylua, nguyên liệu để tổng hợp các anken khác.

Phản ứng

Khả năng phản ứng của các alkyne được giải thích bằng cách thêm các phân tử nhỏ vào liên kết ba của chúng, làm giảm độ không bão hòa của chúng. Đây cũng có thể là các phân tử hydro, hydro halogenua, nước hoặc halogen.

Quá trình hydro hóa

Phân tử nhỏ của H ₂ rất nhanh và khó nắm bắt, do đó, để tăng xác suất chúng được thêm vào liên kết ba của anken, phải sử dụng chất xúc tác.

Đây thường là các kim loại (Pd, Pt, Rh hoặc Ni) được chia nhỏ để tăng diện tích bề mặt; và do đó, sự tiếp xúc giữa hydro và alkyne:

RC≡CR '+ 2H ₂ => RCH ₂ CH ₂ R'

Kết quả là hydro được "neo" vào các nguyên tử bằng cách phá vỡ một liên kết, và cứ tiếp tục như vậy cho đến khi tạo ra ankan tương ứng, RCH ₂ CH ₂ R '. Điều này không chỉ bão hòa hydrocacbon ban đầu mà còn làm thay đổi cấu trúc phân tử của nó.

Thêm hydro halogenua

Ở đây phân tử vô cơ HX được thêm vào, trong đó X có thể là bất kỳ halogen nào (F, Cl, Br hoặc I):

RC≡CR '+ HX => RCH = CXR'

Hydrat hóa

Quá trình hydrat hóa các anken là khi chúng thêm một phân tử nước để tạo thành một anđehit hoặc xeton:

RC≡CR '+ H ₂ O => RCH ₂ COR'

Nếu R 'là một H thì nó là một anđehit; nếu nó là một alkyl, thì nó là một xeton. Trong phản ứng, một hợp chất được gọi là enol (RCH = C (OH) R ') được tạo thành như một chất trung gian.

Quá trình này trải qua sự chuyển đổi từ dạng enolic (C - OH) sang dạng xeton (C = O) ở trạng thái cân bằng được gọi là quá trình đồng phân hóa.

Thêm halogen

Và liên quan đến việc bổ sung, các phân tử điôxin của các halogen (X ₂ = F ₂ , Cl ₂ , Br ₂ hoặc I ₂ ) cũng có thể được gắn vào các nguyên tử của liên kết ba :

RC≡CR '+ 2X ₂ => RCX ₂ –CX ₂ R'

Axetylen hóa ankyl hóa

Các alkyne khác có thể được điều chế từ dung dịch natri axetylua bằng cách sử dụng ankyl halogenua:

HC≡CNa + RX => HC≡CR + NaX

Ví dụ, nếu nó là metyl iodua, thì ankyne tạo thành sẽ là:

HC≡CNa + CH ₃ I => HC≡CCH ₃ + NaX

HC≡CCH ₃ là propyne, còn được gọi là metyl axetylen.

Cấu tạo hóa học

Bởi Ben Mills, từ Wikimedia Commons

Cấu trúc của ankin là gì? Một phân tử axetylen được hiển thị trong hình trên. Từ đó có thể quan sát rõ dạng hình học tuyến tính của liên kết C≡C.

Do đó, ở đâu có một liên kết ba, cấu trúc của phân tử phải là tuyến tính. Đây là một trong những khác biệt đáng chú ý giữa chúng và phần còn lại của hydrocacbon.

Các ankan thường được biểu diễn dưới dạng ziczac, vì chúng có sự lai hóa sp ³ và các liên kết của chúng cách nhau 109º. Chúng thực sự là một chuỗi các tứ diện liên kết cộng hóa trị. Trong khi các anken phẳng do sự lai hoá sp ² của các nguyên tử của chúng, đặc biệt hơn là tạo thành một mặt phẳng tam giác với các liên kết cách nhau 120º.

Trong các alkyne, sự lai hóa obitan là sp, tức là chúng có 50% ký tự s và 50% ký tự p. Hai obitan lai hóa sp được liên kết với nguyên tử H trong axetylen hoặc với nhóm ankyl trong ankin.

Khoảng cách giữa hai H hoặc R là 180º, ngoài ra thực tế là chỉ bằng cách này các obitan p nguyên chất của các cacbon mới có thể hình thành liên kết ba. Vì lý do này, liên kết –C≡C– là tuyến tính. Nhìn vào cấu trúc của bất kỳ phân tử nào, –C≡C– nổi bật ở những vùng mà khung xương rất tuyến tính.

Khoảng cách của các liên kết và các alkyne đầu cuối

Các nguyên tử trong liên kết ba gần nhau hơn trong liên kết đôi hoặc đơn. Nói cách khác, C≡C ngắn hơn C = C và C - C. Kết quả là liên kết bền hơn vì hai liên kết π giúp ổn định liên kết σ đơn.

Nếu liên kết ba nằm ở cuối chuỗi, thì nó là một alkyne ở đầu cuối. Do đó, công thức của hợp chất nói trên phải là HC≡CR, trong đó H đánh dấu phần cuối hoặc phần đầu của chuỗi.

Mặt khác, nếu nó là liên kết ba bên trong, công thức là RC≡CR ', trong đó R và R' là phía bên phải và bên trái của chuỗi.

Danh pháp

Các alkyne được đặt tên như thế nào theo các quy tắc do IUPAC quy định? Theo cách tương tự như ankan và anken đã được gọi tên. Để làm điều này, hậu tố –ano hoặc –eno được thay đổi thành hậu tố –ino.

Ví dụ: HC≡CCH ₃ được gọi là propyne, vì nó có ba nguyên tử cacbon, giống như propan (CH ₃ CH ₂ CH ₃ ). HC≡CCH ₂ CH ₃ là 1-butyne, là một alkyne đầu cuối. Nhưng trong trường hợp CH ₃ C≡CCH ₃ thì nó là 2-butyne, và trong trường hợp này liên kết ba không phải là đầu cuối mà là liên kết nội.

CH ₃ C≡CCH ₂ CH ₂ (CH ₃ ) ₂ là 5-metyl-2-hexyne. Các cacbon được tính từ phía gần nhất với liên kết ba.

Một loại alkyne khác là cycloalkine. Đối với họ, chỉ cần thay hậu tố –ano bằng –ino của xycloalkan tương ứng. Vì vậy xiclopropan có một liên kết ba được đặt tên là xiclopropino (không tồn tại).

Khi có hai liên kết ba, tiền tố di- được thêm vào tên. Ví dụ như HC≡C-C≡H, diacetylene hoặc propadino; và HC≡C - C - C≡H, butadiino.

Các ứng dụng

Axetylen hoặc etyne

Anken nhỏ nhất trong số các ankin làm dày lên số lần sử dụng có thể cho các hydrocacbon này. Từ nó thông qua alkyl hóa các hợp chất hữu cơ khác có thể được tổng hợp. Tương tự như vậy, nó trải qua các phản ứng oxy hóa để thu được etanol, axit axetic, axit acrylic, v.v.

Một công dụng khác của nó là cung cấp nguồn nhiệt để kích thích các electron của nguyên tử; cụ thể hơn là các cation kim loại trong phép xác định hấp thụ-phát xạ nguyên tử, một kỹ thuật quang phổ được sử dụng rộng rãi.

Alkyne tự nhiên

Các phương pháp duy nhất hiện có để điều chế alkyne không chỉ là tổng hợp hoặc ứng dụng nhiệt trong điều kiện không có oxy, mà còn là phương pháp sinh học.

Chúng sử dụng các enzym được gọi là acetylenase, có thể khử hydro tạo một liên kết đôi. Nhờ đó, nhiều nguồn alkyne tự nhiên được thu được.

Do đó, chất độc, thuốc giải độc, thuốc chữa bệnh hoặc bất kỳ hợp chất nào khác cung cấp một số lợi ích có thể được chiết xuất từ ​​những nguồn này; đặc biệt là khi nó liên quan đến sức khỏe. Các lựa chọn thay thế có rất nhiều khi sửa đổi cấu trúc ban đầu của chúng và có chúng làm chất hỗ trợ cho các alkyne mới.

Ví dụ về alkyne

Cho đến nay nhiều ví dụ về alkyne đã được đề cập. Tuy nhiên, một số đến từ các nguồn rất cụ thể hoặc có cấu trúc phân tử cụ thể: chúng là polyacetylen.

Điều này có nghĩa là có thể có nhiều hơn một liên kết ba là một phần của cấu trúc rất lớn, và không chỉ là một chuỗi cacbon đơn lẻ.

Axit tariric

Bởi Yikrazuul, từ Wikimedia Commons

Axit tariric xuất phát từ một nhà máy ở Guatemala có tên là Picramnia domains. Nó được chiết xuất đặc biệt từ dầu của hạt của nó.

Trong cấu trúc phân tử của nó, có thể quan sát thấy một liên kết ba đơn ngăn cách đuôi cực khỏi đầu cực; do đó nó có thể được coi là một phân tử lưỡng tính.

Histrionicotoxin

Tác giả Meodipt và Rolf Kolasch
tại en.wikipedia, từ Wikimedia Commons

Histrionicotoxin là chất độc tiết ra từ da của ếch sống ở Colombia, Brazil và các nước Mỹ Latinh khác. Nó có hai liên kết ba liên kết với một liên kết đôi. Cả hai đều là đầu cuối và được phân cách bởi một vòng sáu cacbon và một amin mạch vòng.

Cicutoxin

Bởi Giorgiogp2, từ Wikimedia Commons

Từ cấu tạo phân tử của Cicutoxin, hãy cho biết đâu là liên kết ba? Nếu các liên kết đôi là phẳng, như được thấy ở bên phải, và các liên kết đơn là tứ diện, như ở các đầu, các liên kết ba là tuyến tính và trên hệ số góc (\).

Hợp chất này bao gồm một chất độc thần kinh được tìm thấy chủ yếu trong cây cỏ máu.

Capillina

Bởi Klever, từ Wikimedia Commons

Nó là một alkyne có trong tinh dầu của cây ngải cứu được sử dụng như một chất chống nấm. Có thể quan sát thấy hai liên kết ba liên tiếp, liên hợp đúng hơn.

Nó có nghĩa là gì? Liên kết ba đó cộng hưởng trong toàn bộ chuỗi cacbon và liên quan đến liên kết đôi C = O mở thành C - O ^- .

Pargyline

Bởi Harbin, từ Wikimedia Commons

Nó là một alkyne có hoạt tính hạ huyết áp. Phân tích cấu trúc của nó theo các bộ phận, chúng ta có: một nhóm benzyl ở bên trái, một amin bậc ba ở giữa, và một propynyl ở bên phải; đó là, một nhóm propyne đầu cuối.

Người giới thiệu

1. Francis A. Carey. Hóa học hữu cơ. Các axit cacboxylic. (xuất bản lần thứ sáu, trang 368-397). Đồi Mc Graw.
2. Brennan, John. (Ngày 10 tháng 3 năm 2018). Ví dụ về Alkynes. Đấu kiếm. Lấy từ: sciining.com
3. CỦA BYJU. (2018). Triple Bond ở Alkynes. Lấy từ: byjus.com
4. Encyclopedia of Examples (2017). Alkynes. Phục hồi từ: example.co
5. Kevin A. Boudreaux. Alkynes. Lấy từ: angelo.edu
6. Robert C. Neuman, Jr. Alkenes và Alkynes. . Lấy từ: chem.ucr.edu