Алкини (ацетилени): тройна връзка, строеж, свойства и реакции

Алкинът е молекула, която съдържа тройна връзка между два въглеродни атома. Общата формула на ненаситените алкини е CnH_2n-2. Често се наричат и ацетилени. Най-малкият и най-прост представител е ацетиленът (етин) — не бива да се бърка с етилена (етен). Алкините са предимно хидрофобни: разтварят се добре в органични разтворители, но лошо във вода. Всеки следващ член от хомоложния ред се получава чрез прикачване на звено "-CH"₂, т.е. молекулната формула расте с това звено.

Строеж и характера на тройната връзка

Тройната връзка между двата въглерода се състои от една σ‑връзка и две π‑връзки. В резултат на това въглеродните атоми имат sp‑хибридизация и линейна геометрия около тройната връзка (ъгъл при C–C–C ≈ 180°). Поради по-големия s‑характер на sp‑орбиталата, свързаният с тройната връзка въглерод притежава по‑голяма електронегативност и дължи по‑силно привличане на свързания протон — това обяснява относителната киселинност на терминалните алкини (pKa около 25).

Физични свойства

• Нискополярни, предимно неполярни молекули; малко разтворими във вода, добре разтворими в органични разтворители.
• Точките на кипене и топене нарастват с увеличаване на молекулната маса; тенденцията е подобна на другите въглеводороди, но структурата (линейност) влияе върху взаимодействията.
• Дължината на C≡C е по‑къса от C=C и C–C, а енергията на връзката е по‑висока при тройната връзка.

Химични свойства и типични реакции

Алкините са по‑реактивни от наситените въглеводороди и в много случаи по‑реактивни от алкените. Основни класове реакции и примери:

• Де‑протониране на терминален алкин — с много силни основи (например NaNH₂) се отстранява терминалният протон и се образува ацетилиден анион (ацетилид), който е силен нуклеофил и се използва за образуване на нови C–C връзки чрез нуклеофилно заместване на първични алкилхалиди.
• Добавяне (аддиции) — алкините дават реакции на аддиция към тройната връзка:
  • Хидрогениране: пълно (H₂/Pd) → алкани; частично с отровен катализатор (Lindlar) → цис-алкени; с разтворим метал/амоняк (Na/NH₃) → транс-алкени.
  • Халогениране и хидрохалогениране: водят първо до винилни, после до ди‑халогенни продукти (в зависимост от условията).
  • Хидратация: при Hg(II)-катализирана хидратация терминалните алкини дават главно кетони (марковниково), а при хидробориране‑окисление може да се получат алдехиди (анти‑марковниково за терминални алкини).
• Редукции — алкините лесно се редуцират до двойни връзки или до алкани; избирателността (цис/транс) зависи от условията, както отбелязано по‑горе.
• Нуклеофилни реакции и изграждане на въглерод‑въглеродни връзки — ацетилидните аниони участват в реакции с алкилхалиди (SN2) и са важни инструменти в органичния синтез за удължаване на въглеродни скелети.
• Метал‑катализирани реакции — Sonogashira‑присъединяване позволява свързване на терминални алкини с арилни или винилни халиди (образуване на въглерод‑въглеродни връзки при Pd/Cu катализа).
• Перициклични реакции — алкините участват в перицикличните реакции, напр. [2+2+2] циклополимеризации, 1,3‑диелектрични присъединявания и други реакционни типове, които използват техния π‑системен характер.

Практическо значение и безопасност

• Алкините (особено ацетиленът) са важни изходни вещества в органичната синтеза: използват се за изграждане на въглеродни рамки, при производство на фармацевтични междинни продукти и функционални материали.
• Ацетиленът се използва и като гориво за заваряване (в комбинация с кислород) и като химически реагент; обаче се съхранява под специални условия, тъй като може да е нестабилен и експлозивен при компресия или в присъствието на някои метали.
• Безопасност: алкините са силно запалими; при работа с ацетилени и реактивни интермедиати се налагат подходящи мерки — вентилация, изолация от искри, използване на одобрени бутилки и катализатори, както и контрол на температурите.

В обобщение, алкините (ацетилените) са линейни въглеводороди с тройна връзка, които комбинират относителна стабилност на σ‑връзката с висока реактивност на π‑системата. Това ги прави изключително полезни във фундаменталната и приложната органична химия.

Структура

Алкините имат ъгъл от 180 градуса между двата въглеродни атома. Поради тази причина те не обичат да бъдат в циклични съединения. Някои примери за алкини са показани по-долу.

Функционални групи

Ацетил Ацетокси Акрилоил Ацил Алкохол Алдехид Алкан Алкин Алкин Алкоксилна група Амид Амин Азосъединение Производно на бензен Карбен Карбонил Карбоксилна киселина Цианат Дисулфид Диоксиран Enol Ester Етер Епоксид Халоалкан Hydrazone Хидроксил Имид Имин Изоцианат Изонитрил Изотиоцианат Кетони Метил Метилен Methine Нитрил Нитрен Нитросъединение Нитрозосъединение Органофосфор Оксим Пероксид Фосфор и фосфонова киселина Производно на пиридин Селенол Селенонова киселина Сулфон Сулфонова киселина Сулфоксид Tellurol Thial Тиоцианат Тиоестер Тиоетер Тиокетон Тиол Урея

 
Примери за алкини  

Въпроси и отговори

В: Какво представлява алкинът?

В: Каква е общата формула на алкините?

В: Кой е най-малкият алкин?

В: Алкините са хидрофобни или хидрофилни?

В: По какво се различава всеки следващ член на алкина един от друг?

В: Алкините по-реактивни ли са от обикновените въглеводороди?

В: Какво може да се направи с алкин в края на молекулата?

Търсене по буква