所述炔烃是烃或在其结构中含有两个碳之间的三键的有机化合物。该三键(bond)被认为是官能团,因为它代表分子的活性位点,因此负责它们的反应性。
尽管炔烃与烷烃或烯烃没有太大区别,但由于其键的性质,它们显示出更高的酸度和极性。描述这种微小差异的确切术语是不饱和度。
由jason.kaechler(Flickr:氧气/乙炔火炬),通过Wikimedia Commons
烷烃是饱和烃,而炔烃相对于原始结构而言是最不饱和的。这是什么意思?可以将烷烃H 3 C-CH 3(乙烷)脱氢成H 2 C = CH 2(乙烯),然后脱氢成HC≡CH(乙炔,或更好地称为乙炔)。
请注意,当碳之间形成额外的键时,与它们键合的氢数会减少。碳由于其电子特性而试图形成四个简单的键,因此不饱和度越高,反应的趋势就越大(芳族化合物除外)。
另一方面,三键比双键(=)或单键(-)强得多,但能源成本很高。因此,大多数碳氢化合物(烷烃和烯烃)可以在高温下形成三键。
由于它们的高能量,当它们破裂时,它们会释放大量的热量。当乙炔与氧气一起燃烧,并且火焰的强烈热量用于焊接或熔化金属时,可以看到这种现象的一个例子(上图)。
乙炔是最简单,最小的炔烃。其他碳氢化合物可以通过用H取代烷基(RC≡CR')来从其化学式表示。通过大量反应在有机合成领域中也会发生同样的情况。
该炔烃是由石灰石和焦炭中的氧化钙反应生成的,焦炭是在电炉中提供必要碳的原料:
CaO + 3C => CaC 2 + CO
CaC 2是碳化钙,是一种最终与水反应形成乙炔的无机化合物:
CaC 2 + 2H 2 O => Ca(OH)2 +HC≡CH
炔烃的理化性质
极性
三键区分炔烃与烷烃和烯烃。三种类型的碳氢化合物是非极性的,不溶于水和非常弱的酸。但是,双键和三键碳的电负性大于单碳的电负性。
据此,与三键相邻的碳通过感应作用使其负电荷密度。因此,在C≡C或C = C键的位置,电子密度比其余碳骨架更高。结果,存在小的偶极矩,分子通过偶极-偶极力相互作用。
如果将其偶极矩与水分子或任何酒精的偶极矩进行比较,则这些相互作用将非常弱。这反映在它们的物理性质上:炔烃与不饱和烃相比,通常具有较高的熔点和沸点。
同样,由于它们的极性低,它们在水中的溶解度较小,但可溶于非极性有机溶剂,例如苯。
酸度
同样地,该电负性使氢HC ≡CR为比其它烃类存在的任何的酸性。因此,炔烃比烯烃酸性更高,比烷烃酸性更高。但是,与羧酸相比,其酸度仍然可以忽略不计。
由于炔烃是非常弱的酸,它们只能与很强的碱(例如酰胺钠)反应:
HC≡CR+ NaNH 2 =>HC≡CNa+ NH 3
从该反应中获得乙炔酸钠溶液,该乙炔酸钠溶液是合成其他炔烃的原料。
反应性
炔烃的反应性是通过在小分子的三键上添加小分子来减少不饱和度来解释的。这些很可能是氢分子,卤化氢,水或卤素。
氢化
H 2的小分子非常难以捉摸且快速,因此要增加将其添加到炔烃三键的可能性,必须使用催化剂。
这些通常是金属(Pd,Pt,Rh或Ni),它们被细分以增加表面积。因此,氢和炔之间的接触:
RC≡CR'+ 2H 2 => RCH 2 CH 2 R'
结果是氢通过断裂键“锚定”到碳上,依此类推,直到产生相应的烷烃RCH 2 CH 2 R'。这不仅使初始烃饱和,而且改变了其分子结构。
添加卤化氢
这里添加了无机分子HX,其中X可以是任何卤素(F,Cl,Br或I):
RC≡CR'+ HX => RCH = CXR'
水化
炔烃的水合是当它们添加水分子以形成醛或酮时:
RC≡CR'+ H 2 O => RCH 2 COR'
如果R'为H,则为醛;如果是烷基,则为酮。在该反应中,形成称为烯醇的化合物(RCH = C(OH)R′)作为中间体。
在平衡过程中,它从烯醇形式(C – OH)转化为酮形式(C = O),称为互变异构。
添加卤素
关于添加,卤素的双原子分子(X 2 = F 2,Cl 2,Br 2或I 2)也可以固定在三键碳原子上:
RC≡CR'+ 2X 2 => RCX 2 –CX 2 R'
乙炔烷基化
其他炔烃可以通过使用卤代烷从乙炔酸钠溶液中制备:
HC≡CNa+ RX =>HC≡CR+ NaX
例如,如果是甲基碘,则生成的炔烃为:
HC≡CNa+ CH 3 I =>HC≡CCH 3 +的NaX
HC≡CCH 3是丙炔,也称为甲基乙炔。
化学结构
来自Wikimedia Commons的Ben Mills
炔烃的结构是什么?上部图像中显示了乙炔分子。从中可以清楚地观察到C≡C键的线性几何形状。
因此,在有一个三键的地方,分子的结构应该是线性的。这是它们与其余烃之间的另一个显着差异。
烷烃通常表示为之字形,因为它们具有sp 3杂交,并且它们的键相距109º。它们实际上是共价连接的四面体链。尽管烯烃由于碳的sp 2杂化而呈扁平状,但更具体地说,形成了一个三角形平面,其键分开了120º。
在炔烃中,轨道杂化是sp,即它们具有50%的S特性和50%P的特性。两个sp杂化轨道与乙炔中的H原子或炔烃中的烷基键合。
两个H或R之间的距离为180º,此外,只有这样,碳的纯p轨道才能形成三键。因此,键–C≡C-是线性的。观察任何分子的结构,–C≡C–在骨架非常线性的那些区域突出。
链接和末端炔烃的距离
三键中的碳比双键或单键中的碳更靠近。换句话说,C≡C比C = C和C – C短。结果,该键更牢固,因为两个π键有助于稳定单个σ键。
如果三键在链的末端,则它是末端炔。因此,所述化合物的分子式必须为HC = CR,其中H突出显示链的末端或开始。
另一方面,如果它是内部三键,则分子式为RC≡CR',其中R和R'为链的右侧和左侧。
命名法
根据IUPAC规定的规则,炔烃如何命名?以与烷烃和烯烃相同的方式命名。为此,将后缀–ano或–eno更改为后缀–ino。
例如:HC≡CCH 3被称为丙炔,因为它有三个碳原子,如丙烷(CH 3 CH 2 CH 3)。HC≡CCH 2 CH 3是1-丁炔,其为末端炔。但是在CH 3 C = CCH 3的情况下,它是2-丁炔,在这种情况下,三键不是末端而是内部。
CH 3 C≡CCH 2 CH 2(CH 3)2是5-甲基-2-己炔。碳从最接近三键的一侧开始计数。
炔烃的另一种类型是环烷烃。对于他们来说,用相应的环烷烃的-ino代替后缀-ano就足够了。因此,具有三键的环丙烷称为环丙烷(不存在)。
当有两个三重链接时,会将前缀di-添加到名称中。例子是HC≡C-C≡H,联乙炔或普罗帕迪诺;HC≡C– C –C≡H,butadiino。
应用领域
乙炔或乙炔
最小的炔烃增加了这些烃的用途数量。通过烷基化可以从中合成其他有机化合物。同样,它进行氧化反应以获得乙醇,乙酸,丙烯酸等。
它的另一个用途是提供热源来激发原子的电子。更具体地讲,原子吸收-发射测定中的金属阳离子是一种广泛使用的光谱技术。
天然炔烃
现有的制备炔烃的唯一方法不仅是合成的或在没有氧气的情况下加热施加,而且是生物学的。
这些使用称为乙炔酶的酶,可以使双键脱氢。因此,可获得许多天然的炔烃。
结果,可以从这些来源中提取毒药,解毒剂,药品或任何其他有益的化合物。特别是在健康方面。在修改其原始结构并将其用作新炔烃的支持时,有许多替代方法。
炔烃的例子
到目前为止,已经提到了许多炔烃的例子。但是,有些来自非常特定的来源或具有特定的分子结构:它们是聚乙炔。
这意味着可以有一个以上的三键,这是一个非常大的结构的一部分,而不仅仅是一个碳链。
酒石酸
来自Wikimedia Commons的Yikrazuul
ari酸来自危地马拉的一家名为Picramnia tariri的植物。它是专门从其种子的油中提取的。
在其分子结构中,可以观察到一个单三键,它将一个非极性尾巴与一个极性头分开。因此它可以被认为是两亲性分子。
组织毒素
通过
Wikimedia Commons在en.wikipedia上的Meodipt和Rolf Kolasch
组氨酸毒素是居住在哥伦比亚,巴西和其他拉丁美洲国家的青蛙皮肤分泌的一种毒素。它具有两个共轭到一个双键的三键。两者均是末端并且被六碳环和环胺隔开。
西妥辛
来自Wikimedia Commons的Giorgiogp2
从Cicutoxin的分子结构来看,三键在哪里?如果双键是平坦的(如右图所示),而单键是四面体的(如末端所示),则三键是线性的并且在斜率(\)上。
该化合物由主要在水铁杉植物中发现的神经毒素组成。
卡皮利纳
来自Wikimedia Commons的Klever
它是艾蒿植物精油中存在的炔烃,用作抗真菌剂。可以观察到两个连续的三键,更正确地共轭。
这是什么意思?这三键共振在整个碳链和涉及C = O双键开口到C - Ø - 。
矮牵牛
来自Wikimedia Commons的Harbin
它是具有降压活性的炔烃。分析其部分结构,我们有:左侧为苄基,中间为叔胺,右侧为丙炔基。即末端丙炔基。
参考文献
- 弗朗西斯·凯里。有机化学。羧酸。(第六版,第368-397页)。Mc Graw Hill。
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