ALKYNES: คุณสมบัติโครงสร้างการใช้งานและตัวอย่าง - เคมี - 2025

อัลไคน์คือไฮโดรคาร์บอนหรือสารประกอบอินทรีย์ที่มีอยู่ในโครงสร้างซึ่งมีพันธะสามเท่าระหว่างคาร์บอนสองตัว พันธะสาม (≡) นี้ถือเป็นหมู่ฟังก์ชันเนื่องจากเป็นตัวแทนของตำแหน่งที่ใช้งานอยู่ของโมเลกุลดังนั้นจึงมีหน้าที่รับผิดชอบต่อปฏิกิริยาของพวกมัน

แม้ว่าแอลคีนจะไม่แตกต่างจากอัลเคนหรืออัลคีนมากนัก แต่ก็มีความเป็นกรดและขั้วมากกว่าเนื่องจากลักษณะของพันธะ คำที่ใช้อธิบายความแตกต่างเล็กน้อยนี้คือสิ่งที่เรียกว่าไม่อิ่มตัว

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

แอลเคนเป็นไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวในขณะที่อัลไคน์ไม่อิ่มตัวมากที่สุดเมื่อเทียบกับโครงสร้างดั้งเดิม สิ่งนี้หมายความว่า? อัลเคน H ₃ C-CH ₃ (อีเทน) สามารถถูก dehydrogenated เป็น H ₂ C = CH ₂ (ethene) และต่อมาเป็นHC≡CH (เอธินหรือที่รู้จักกันดีในชื่ออะเซทิลีน)

สังเกตว่าเมื่อเกิดพันธะเพิ่มเติมระหว่างคาร์บอนแล้วจำนวนไฮโดรเจนที่ผูกมัดกับพวกมันจะลดลงอย่างไร คาร์บอนเนื่องจากลักษณะทางอิเล็กทรอนิกส์พยายามสร้างพันธะสี่อย่างง่าย ๆ ดังนั้นยิ่งความไม่อิ่มตัวสูงขึ้นมีแนวโน้มที่จะเกิดปฏิกิริยามากขึ้น (ยกเว้นสารประกอบอะโรมาติก)

ในทางกลับกันพันธะสามนั้นแข็งแกร่งกว่าพันธะคู่ (=) หรือพันธะเดี่ยว (-) มาก แต่มีต้นทุนพลังงานสูง ดังนั้นไฮโดรคาร์บอนส่วนใหญ่ (แอลเคนและอัลคีน) สามารถสร้างพันธะสามเท่าที่อุณหภูมิสูงขึ้น

อันเป็นผลมาจากพลังงานที่สูงของสิ่งเหล่านี้และเมื่อพวกมันแตกมันก็จะปล่อยความร้อนออกมามากมาย ตัวอย่างของปรากฏการณ์นี้มีให้เห็นเมื่ออะเซทิลีนถูกเผาด้วยออกซิเจนและใช้ความร้อนที่รุนแรงของเปลวไฟในการเชื่อมหรือหลอมโลหะ (ภาพบนสุด)

อะเซทิลีนเป็นอัลคีนที่เรียบง่ายและเล็กที่สุดในบรรดา ไฮโดรคาร์บอนอื่น ๆ สามารถแสดงได้จากสูตรทางเคมีโดยการแทนที่ H สำหรับหมู่อัลคิล (RC≡CR ') สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นในโลกของการสังเคราะห์สารอินทรีย์ผ่านปฏิกิริยาจำนวนมาก

อัลคีนนี้ผลิตจากปฏิกิริยาของแคลเซียมออกไซด์จากหินปูนและโค้กซึ่งเป็นวัตถุดิบที่ให้คาร์บอนที่จำเป็นในเตาไฟฟ้า:

CaO + 3C => CaC ₂ + CO

CaC ₂คือแคลเซียมคาร์ไบด์ซึ่งเป็นสารประกอบอนินทรีย์ที่ทำปฏิกิริยากับน้ำเพื่อสร้างอะเซทิลีนในที่สุด:

CaC ₂ + 2H ₂ O => Ca (OH) ₂ + HC≡CH

คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของแอลไคน์

กระแสไฟฟ้า

พันธะสามแยกความแตกต่างของแอลคีนจากแอลเคนและอัลคีน ไฮโดรคาร์บอนทั้งสามประเภทคือ apolar ไม่ละลายในน้ำและกรดอ่อนมาก อย่างไรก็ตามอิเล็กโตรเนกาติวิตีของคาร์บอนพันธะคู่และสามมากกว่าของคาร์บอนเดี่ยว

ด้วยเหตุนี้คาร์บอนที่อยู่ติดกับพันธะสามจึงให้ความหนาแน่นของประจุลบโดยผลอุปนัย ด้วยเหตุนี้เมื่อมีพันธะC≡Cหรือ C = C จะมีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสูงกว่าในโครงกระดูกคาร์บอนที่เหลือ ด้วยเหตุนี้จึงมีโมเมนต์ไดโพลขนาดเล็กที่โมเลกุลมีปฏิสัมพันธ์โดยแรงไดโพล - ไดโพล

ปฏิกิริยาเหล่านี้จะอ่อนแอมากหากเปรียบเทียบโมเมนต์ไดโพลกับโมเลกุลของน้ำหรือแอลกอฮอล์ใด ๆ สิ่งนี้สะท้อนให้เห็นในคุณสมบัติทางกายภาพ: โดยทั่วไปแล้วแอลไคน์จะมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูงกว่าเมื่อเทียบกับไฮโดรคาร์บอนที่ไม่อิ่มตัว

ในทำนองเดียวกันเนื่องจากมีขั้วต่ำจึงไม่ละลายในน้ำ แต่ละลายได้ในตัวทำละลายอินทรีย์ที่ไม่มีขั้วเช่นเบนซิน

ความเป็นกรด

ในทำนองเดียวกันค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีนี้ทำให้ไฮโดรเจนHC ≡CRมีความเป็นกรดมากกว่าที่มีอยู่ในไฮโดรคาร์บอนอื่น ๆ ดังนั้นอัลคีนจึงเป็นสายพันธุ์ที่เป็นกรดมากกว่าอัลคีนและมีความเป็นกรดมากกว่าอัลเคน อย่างไรก็ตามความเป็นกรดยังคงมีอยู่เล็กน้อยเมื่อเทียบกับกรดคาร์บอกซิลิก

เนื่องจากแอลไคน์เป็นกรดอ่อนมากจึงทำปฏิกิริยากับเบสที่แรงมากเท่านั้นเช่นโซเดียมเอไมด์:

HC≡CR + NaNH ₂ => HC≡CNa + NH ₃

จากปฏิกิริยานี้จะได้รับสารละลายโซเดียมอะซิทิไลด์ซึ่งเป็นวัตถุดิบสำหรับการสังเคราะห์แอลไคน์อื่น ๆ

การเกิดปฏิกิริยา

ความสามารถในการเกิดปฏิกิริยาของแอลไคน์อธิบายได้จากการเพิ่มโมเลกุลขนาดเล็กลงในพันธะสามซึ่งทำให้ความไม่อิ่มตัวลดลง สิ่งเหล่านี้อาจเป็นโมเลกุลของไฮโดรเจนไฮโดรเจนเฮไลด์น้ำหรือฮาโลเจน

hydrogenation

โมเลกุลขนาดเล็กของ H ₂นั้นเข้าใจยากและรวดเร็วดังนั้นเพื่อเพิ่มความน่าจะเป็นที่จะถูกเพิ่มเข้าไปในพันธะสามของแอลไคน์จึงต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา

โดยปกติจะเป็นโลหะ (Pd, Pt, Rh หรือ Ni) แบ่งออกอย่างประณีตเพื่อเพิ่มพื้นที่ผิว ดังนั้นการสัมผัสระหว่างไฮโดรเจนและอัลคีน:

RC≡CR '+ 2H ₂ => RCH ₂ CH ₂ R'

ผลที่ได้คือไฮโดรเจนถูก "ยึด" กับคาร์บอนโดยทำลายพันธะและอื่น ๆ จนกว่าจะได้อัลเคนที่สอดคล้องกันคือ RCH ₂ CH ₂ R ' สิ่งนี้ไม่เพียงทำให้ไฮโดรคาร์บอนเริ่มต้นอิ่มตัวเท่านั้น แต่ยังปรับเปลี่ยนโครงสร้างโมเลกุลด้วย

การเพิ่มไฮโดรเจนเฮไลด์

ที่นี่มีการเพิ่มโมเลกุลอนินทรีย์ HX โดยที่ X สามารถเป็นฮาโลเจน (F, Cl, Br หรือ I):

RC≡CR '+ HX => RCH = CXR'

ไฮเดร

ความชุ่มชื้นของอัลไคน์คือเมื่อพวกเขาเพิ่มโมเลกุลของน้ำเพื่อสร้างอัลดีไฮด์หรือคีโตน:

RC≡CR '+ H ₂ O => RCH ₂ COR'

ถ้า R 'เป็น H แสดงว่าเป็นอัลดีไฮด์ ถ้าเป็นอัลคิลแสดงว่าเป็นคีโตน ในปฏิกิริยาสารประกอบที่เรียกว่า enol (RCH = C (OH) R ') ถูกสร้างขึ้นเป็นตัวกลาง

สิ่งนี้ได้รับการแปลงจากรูปแบบ enol (C - OH) เป็นรูปคีโทนิก (C = O) ในสภาวะสมดุลที่เรียกว่า tautomerization

การเพิ่มฮาโลเจน

และเกี่ยวกับการเพิ่มเติมโมเลกุลไดอะตอมของฮาโลเจน (X ₂ = F ₂ , Cl ₂ , Br ₂หรือ I ₂ ) ยังสามารถยึดเข้ากับคาร์บอนของพันธะสาม:

RC≡CR '+ 2X ₂ => RCX ₂ –CX ₂ R'

อะเซทิลีนอัลคิเลชัน

อัลไคน์อื่น ๆ สามารถเตรียมได้จากสารละลายโซเดียมอะซิทิไลด์โดยใช้อัลคิลเฮไลด์:

HC≡CNa + RX => HC≡CR + NaX

ตัวอย่างเช่นถ้าเป็นเมทิลไอโอไดด์อัลคีนที่ได้จะเป็น:

HC≡CNa + CH ₃ I => HC≡CCH ₃ + NaX

HC≡CCH ₃คือโพรไพน์หรือที่เรียกว่าเมทิลอะเซทิลีน

โครงสร้างทางเคมี

โดย Ben Mills จาก Wikimedia Commons

โครงสร้างของแอลไคน์คืออะไร? โมเลกุลของอะเซทิลีนแสดงในภาพด้านบน จากนั้นสามารถสังเกตเห็นรูปทรงเรขาคณิตเชิงเส้นของพันธะC≡Cได้อย่างชัดเจน

ดังนั้นในกรณีที่มีพันธะสามชั้นโครงสร้างของโมเลกุลควรเป็นเส้นตรง นี่เป็นอีกหนึ่งความแตกต่างที่น่าสังเกตระหว่างพวกมันกับไฮโดรคาร์บอนที่เหลือ

โดยทั่วไปแล้ว Alkanes จะแสดงเป็นซิกแซกเนื่องจากมีการผสมพันธุ์ sp ³และพันธะของพวกมันอยู่ห่างกัน109º จริงๆแล้วพวกมันเป็นห่วงโซ่ของเตตระฮีดราที่เชื่อมโยงกัน ในขณะที่อัลคีนแบนเนื่องจาก sp ²ไฮบริดไดเซชันของคาร์บอนโดยเฉพาะอย่างยิ่งการสร้างระนาบตรีโกณมิติที่มีพันธะคั่นด้วย120º

ในแอลไคน์การผสมพันธุ์แบบออร์บิทัลคือ sp นั่นคือมีอักขระ 50% s และอักขระ 50% p ออร์บิทัลไฮบริด sp สองวงถูกผูกมัดกับอะตอม H ในอะเซทิลีนหรือกับหมู่อัลคิลในแอลไคน์

ระยะห่างระหว่าง H หรือ R สองตัวคือ180ºนอกเหนือจากความจริงที่ว่าด้วยวิธีนี้ p ออร์บิทัลบริสุทธิ์ของคาร์บอนเท่านั้นที่สามารถสร้างพันธะสาม ด้วยเหตุนี้พันธะ –C≡C– จึงเป็นเส้นตรง เมื่อดูโครงสร้างของโมเลกุลใด ๆ –C≡C– จะโดดเด่นในบริเวณที่โครงกระดูกเป็นเส้นตรงมาก

ระยะห่างของลิงค์และเทอร์มินัลอัลไคน์

คาร์บอนในพันธะสามอยู่ใกล้กันมากกว่าพันธะคู่หรือพันธะเดี่ยว กล่าวอีกนัยหนึ่งC≡Cสั้นกว่า C = C และ C - C เป็นผลให้พันธะแข็งแรงขึ้นเนื่องจากพันธะสองตัวช่วยทำให้พันธะเดี่ยวมีเสถียรภาพ

ถ้าพันธะสามอยู่ที่ส่วนท้ายของโซ่แสดงว่าเป็นเทอร์มินัลอัลคีน ดังนั้นสูตรของสารประกอบดังกล่าวจึงต้องเป็นHC≡CRโดยที่ H เน้นที่จุดสิ้นสุดหรือจุดเริ่มต้นของโซ่

ถ้าในทางกลับกันมันเป็นพันธะสามภายในสูตรคือRC≡CR 'โดย R และ R' คือด้านขวาและด้านซ้ายของโซ่

ศัพท์เฉพาะ

อัลไคน์ถูกตั้งชื่อตามกฎที่กำหนดโดย IUPAC อย่างไร? ในทำนองเดียวกับแอลเคนและอัลคีนได้รับการตั้งชื่อ ในการทำเช่นนี้คำต่อท้าย –ano หรือ –eno จะเปลี่ยนเป็นคำต่อท้าย –ino

ตัวอย่างเช่นHC≡CCH ₃เรียกว่า propyne เนื่องจากมีคาร์บอนสามตัวเช่นโพรเพน (CH ₃ CH ₂ CH ₃ ) HC≡CCH ₂ CH ₃คือ 1-butyne ซึ่งเป็นเทอร์มินอลอัลคีน แต่ในกรณีของ CH ₃ C≡CCH ₃มันเป็น 2-butyne และในนี้พันธะสามไม่ใช่เทอร์มินัล แต่เป็นภายใน

CH ₃ C≡CCH ₂ CH ₂ (CH ₃ ) ₂คือ 5-methyl-2-hexyne คาร์บอนจะนับจากด้านที่ใกล้กับพันธะสามมากที่สุด

อัลไคน์อีกประเภทหนึ่งคือไซโคลแอลไคน์ สำหรับพวกเขาก็เพียงพอแล้วที่จะแทนที่คำต่อท้าย –ano ด้วย –ino ของไซโคลแอลเคนที่เกี่ยวข้อง ดังนั้น cyclopropane ที่มีพันธะสามจึงมีชื่อว่า cyclopropino (ซึ่งไม่มีอยู่)

เมื่อมีลิงก์สามลิงก์คำนำหน้า di- จะถูกเพิ่มเข้าไปในชื่อ ตัวอย่าง ได้แก่ HC≡C-C≡Hไดอะเซทิลีนหรือโพรปาดิโน และHC≡C - C - C≡H, butadiino

การประยุกต์ใช้งาน

อะเซทิลีนหรือเอทิลีน

อัลไคน์ที่เล็กที่สุดจะทำให้ปริมาณการใช้งานของไฮโดรคาร์บอนเหล่านี้หนาขึ้น สารอินทรีย์อื่น ๆ สามารถสังเคราะห์ได้จากสารอัลคิเลชัน ในทำนองเดียวกันจะผ่านปฏิกิริยาออกซิเดชั่นเพื่อให้ได้เอทานอลกรดอะซิติกกรดอะคริลิกและอื่น ๆ

การใช้งานอีกอย่างหนึ่งคือการจัดหาแหล่งความร้อนเพื่อกระตุ้นอิเล็กตรอนของอะตอม โดยเฉพาะอย่างยิ่งของไอออนบวกโลหะในการวัดการดูดซับ - การปล่อยอะตอมซึ่งเป็นเทคนิคทางสเปกโทรสโกปีที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย

อัลไคน์ธรรมชาติ

วิธีการเดียวที่มีอยู่ในการเตรียมอัลไคน์ไม่เพียง แต่สังเคราะห์หรือใช้ความร้อนในกรณีที่ไม่มีออกซิเจนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงทางชีวภาพด้วย

สิ่งเหล่านี้ใช้เอนไซม์ที่เรียกว่า acetylenases ซึ่งสามารถ dehydrogenate พันธะคู่ ด้วยเหตุนี้จึงได้รับแหล่งอัลไคน์จากธรรมชาติมากมาย

เป็นผลให้สารพิษยาแก้พิษยาหรือสารประกอบอื่น ๆ ที่ให้ประโยชน์บางอย่างสามารถสกัดได้จากแหล่งเหล่านี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเกี่ยวข้องกับสุขภาพ ทางเลือกอื่นมีมากมายเมื่อปรับเปลี่ยนโครงสร้างเดิมและมีไว้รองรับอัลไคน์ใหม่

ตัวอย่างของแอลไคน์

จนถึงตอนนี้มีการกล่าวถึงตัวอย่างของแอลไคน์มากมาย อย่างไรก็ตามบางส่วนมาจากแหล่งที่เฉพาะเจาะจงมากหรือมีโครงสร้างโมเลกุลเฉพาะ: พวกมันคือ polyacetylenes

ซึ่งหมายความว่าอาจมีพันธะสามมากกว่าหนึ่งพันธะซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างที่ใหญ่มากไม่ใช่แค่โซ่คาร์บอนเส้นเดียว

กรดทาริริก

โดย Yikrazuul จาก Wikimedia Commons

กรดทารีริกมาจากพืชที่ตั้งอยู่ในกัวเตมาลาชื่อ Picramnia tariri สกัดเฉพาะจากน้ำมันของเมล็ดพืช

ในโครงสร้างโมเลกุลของมันสามารถสังเกตเห็นพันธะสามเดียวที่แยกส่วนหางที่ไม่มีขั้วออกจากหัวขั้ว จึงถือได้ว่าเป็นโมเลกุลแอมฟิพาทิก

Histrionicotoxin

โดย Meodipt และ Rolf Kolasch
ที่ en.wikipedia จาก Wikimedia Commons

Histrionicotoxin เป็นพิษที่หลั่งจากผิวหนังของกบที่อาศัยอยู่ในโคลอมเบียบราซิลและประเทศอื่น ๆ ในละตินอเมริกา มีพันธะสามพันธะสองพันธะที่เชื่อมต่อกับพันธะคู่หนึ่ง ทั้งสองเป็นเทอร์มินัลและคั่นด้วยวงแหวนคาร์บอนหกตัวและไซคลิกเอมีน

Cicutoxin

โดย Giorgiogp2 จาก Wikimedia Commons

จากโครงสร้างโมเลกุลของ Cicutoxin พันธะสามอยู่ที่ไหน? ถ้าพันธะคู่แบนดังที่เห็นทางด้านขวาและพันธะเดี่ยวเป็นเตตระฮีดอลเช่นเดียวกับที่ปลายสามเท่าจะเป็นเส้นตรงและอยู่บนความชัน (\)

สารประกอบนี้ประกอบด้วย neurotoxin ที่พบในพืช hemlock เป็นหลัก

Capillina

โดย Klever จาก Wikimedia Commons

เป็นอัลคีนที่มีอยู่ในน้ำมันหอมระเหยของพืชโกฐจุฬาลัมพาที่ใช้เป็นสารต้านเชื้อรา สามารถสังเกตเห็นพันธะสามพันธะติดต่อกันสองพันธะผันได้ถูกต้องมากขึ้น

หมายความว่าอย่างไร? นั่นพันธบัตรสามสะท้อนตลอดห่วงโซ่คาร์บอนทั้งหมดและเกี่ยวข้องกับ C = O เปิดพันธะคู่กับ C - O -

Pargyline

โดย Harbin จาก Wikimedia Commons

เป็นอัลคีนที่มีฤทธิ์ลดความดันโลหิต เมื่อวิเคราะห์โครงสร้างในส่วนต่างๆเรามีกลุ่มเบนซิลทางด้านซ้ายเอมีนระดับตติยภูมิที่อยู่ตรงกลางและโพรไพนิลทางด้านขวา นั่นคือกลุ่มเทอร์มินัลโพรไพน์

อ้างอิง

1. ฟรานซิสเอแครี่ เคมีอินทรีย์. กรดคาร์บอกซิลิก (ฉบับที่หกหน้า 368-397) Mc Graw Hill
2. เบรนแนนจอห์น (10 มีนาคม 2561). ตัวอย่างของ Alkynes Sciencing นำมาจาก: sciencing.com
3. BYJU'S (2018) Triple Bond ใน Alkynes นำมาจาก: byjus.com
4. สารานุกรมตัวอย่าง (2017). alkynes ดึงมาจาก: example.co
5. Kevin A. Boudreaux alkynes นำมาจาก: angelo.edu
6. Robert C.Neuman, Jr. Alkenes และ Alkynes . นำมาจาก: chem.ucr.edu