אלקינים

נכתב ע"י alexL בב', 01/14/2019 - 10:17

סיכום גרפי (לחץ על התמונה להורדתה):

alkinim

אלקֵינים (alkynes) הם פחמימנים שבמולקולה שלהם יש כשר משולש C≡C אחד ונוסחתם הכללית CnH2n-2.

שאר הקשרים הם קשרים בודדים כמו אלה של אלקאנים. שני אטומי הפחמן הנקשרים ע''י הקשר המשולש, נמצאים במצב הכלאה sp וזווית הקשר במולקולות אלקינים היא 180o. היות והקשר המשולש הוא קשר-σ החזק ועוד שני קשרי-π החלשים יותר, בתגובות כימיות רבות ניתקים קשרי ה-π החלשים ואז נהפך הקשר המשולש לכפול או לבודד. זאת אומרת, אלקינים הם פחמימנים בלתי -רוויים ונוטים לחבר אטומים נוספים.

נומנקלטורה

שיטת מתן השמות של אלקינים דומה מאוד לזאת של אלקנים, אם כי הסיומת של הקשר המשולש היא "yne-":

HC≡CH ethyne (acetylene יותר נפוץ השם ההיסטורי: אצטיתן )

HC≡C-CH3 propyne

HC=C-CH2-CH3 but-1-yne

H3C-C≡CH-CH3 but-2-yne

H3C-C≡C-CH(CH3)-CH3 3-methylpent-2-yne

שימו לב כי במקרה האחרון קיימת התנגשות בכין שתי דרישות: מבחינת המיקום של המתמיר (מתיל) היה כדאי למספר את השרשרת מימין לשמאל ואז השם היה אמור להיות 2-methylpent-3-yne. למיקום של הקשר הכפול או המשולש יש אומנם העדיפות העליונה ועל כל מספרנו את השרשרת מהקצה השמאלי כך שהמספר לפני הסיומת -yne- יהיה הקטן ביותר בין כל האפשרויות.

איזומריה

לאלקינים יש רק איזומריית המבנה (שבה ייתכנו פיצולי השרשרת של הפחמנים) ואיזומריית המיקום הקשר המשולש. כך לדוגמה שלושת הפנטינים האפשרייםים הם:

HC≡C-CH2-CH2-CH3 pent-1-yne

H3C-C≡C-CH2-CH3 pent-2-yne

HC≡C-CH(CH3)-CH3 3-methylbut-1-yne

תכונות פיזיקליות

האלקינים הראשונים (מאתין C2H2 עד בוטין C4H6) הם גזים ללא ריח, בלתי נמסים במים.

מפנטין C5H8 ועד C17H32 הם נוזלים בלתי נמסים במים.

אלקינים יותר גבוהים החל מ-C18H34 הם מוצקים בעלי מישוש שומני, בלתי נמסים במים.

 

תכונות כימיות

אלקינים מתנהגים בהתאם לשלושת המאפיינים שלהם:

1. הם פחמימנים ועל כן בוערים.

2. הם לא רוויים, על כן, יכולים לחבר אטומים נוספים.

3. האלקינים הטרמינליים (כלומר אלה שהקשר המשולש השלהם נמצא בקצה השרשרת) מדגימים תכונות חומציות חלשות.

נסכם את התגובות החשובות ביותר של אלקינים:

1. תגובת שריפה

2C2H2 + 5O2 → 4CO2 + 2H2O

CnH2n-2 + O2 → CO2 + H2O

2. תגובת הידרוגנציה (חיבור חמצן)

חימום (כ-400oC) בנוכחות קטליזטורים Ni, Pt או Pd: 

CnH2n-2 + H2→ CnH2n

CnH2n-2 + 2H2→ CnH2n+2

3. תגובת הלוגנציה (חיבור חמצן)

עם תמיסה מימית של הלוגנים (מי כלור או מי ברום). תאורטית, ניתן לבצע את התגובה במחסור ההלוגן כך שתתחבר רק מולקולה אחת שלו לכל מולקולת האלקין, אך בפועל התגובה קלה מדי ומיד מתחברות שתי מולקולות ההלוגן:

HC≡CH+ 2Cl2→ Cl2HC-CHCl2

CnH2n-2+ 2Cl2→ CnH2n-2Cl4

ניתן להיעזר בתגובה זאת בתור תגובת זיהוי של קשר משולש: הצבע הצהוב של מי ברום נעלם בתגובה עם אלקין.

 

4. תגובת הידרו-הלוגנציה

אלקינים מגיבים עם הידרו-הלוגנים HCl, HBr:

HC≡C-CH3 + HCl→ H2C=CCl-CH3

HC≡C-CH3 + 2HCl→ H3C-CCl2-CH3

התגובה מתרחשת בהתאם לכלל מרקובניקוב: המימן יתחבר לאטום פחמן הסמוך לקשר הכפול שלידו כבר נמצא מספר מימנים יותר גדול.

5. תגובת הידרציה

אלקינים מחברים מולקולה של מים וזה בהתאם לכלל מרקובניקוב. בתוצר יהיה ליד אותו האטום של פחמן גם כשר כפול וגם קבוצת OH. חומרים כאלה אינן יציבים, לכן מיד תתרחש תגובת המשך ספונטנית:

HC≡C-CH3+ HOH→ H2C=C(OH)-CH3→ H3C-CO-CH3

6. יצירת אצטילידים

אלקינים טרמינליים הם אלה שהקשר המשולש השלהם נמצא בקצה השרשרת

אלקינים טרמינליים הם חומצות חלשות המסוגלות להגיב עם בסיסים חזקים מאוד (יותר חזקים מאלקלים רגילים, כגון KOH או NaOH), למשל עם נתרן-אמיד NaNH2 בתוך אמוניה אל-מימית, בוטיל-ליתיום בתוך ציקלוהקסאן ועוד. כל המגיבים הנ''ל מתפוצצים במים וזאת הסיבה שיש לבצע את התגובות בסביבה אל-מימית:

R-C≡CH + NaNH2 (NH3) → R-C≡CNa + NH3

התוצרים R-C≡CNa נקראים אצטילידים. אצטילידים של מתכות כבדות (כגון, נחושת או כסף) ניתן לקבל גם בסביבה מימית, למשל:

HC≡CH + [Ag(NH3)2]aq+ → HC≡CAg + 2NH3

7. פולימריזציה

אלקינים נוטים להתפלמר כך שמספר מולקולות מתחברות ביחד ויוצרות מולקולה גדולה יותר. תגובות פלמור של אלקינים יש לא מעט ואנחנו פה נזכיר רק את הפשוטה ביניהן, היא טרימריזציה של אצטילן:

3C2H2 → C6H6

ייצור ושימוש באלקינים

בתעשייה מייצרים אלקינים בסינתזות מרובות שרובם מבוססות על דה-הידרוגנציה של אלקנים או אלקנים:

CnH2n+2 → CnH2n-2+ 2H2

עבור אצטילן קיימת סינתזה פשוטה וזמינה ובה משתמשים הרבה במעבדה. שיטה זאת היא פירוק קלציום קרביד CaC2 במים:

CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + C2H2

באלקינים משתמשים בסינתזות רבות. אצטילן משמש גם במבערי ריתוך בתור גז דליק.