Alkiny
Kolejną grupą węglowodorów nienasyconych, do których zaliczyliśmy już alkeny są alkiny. Posiadają one wiązanie potrójne w postaci wiązania σ i dwóch wiązań π pomiędzy dwoma atomami węgla. Strukturę tego wiązania omówimy na przykładzie etynu (dawniej acetylenu).
Sufiks (końcówka) charakterystyczny dla alkenów to -yn. Mamy więc etyn, propyn, but-2-yn etc.
Etyn
Wprawdzie można syntezować związki takie jak diyny itp. jednak nawet same alkiny inne niż acetylen są bardzo rzadko spotykane. Na koniec tego rozdziału omówimy poliyny, które są chyba najmniej docenioną postacią alotropową węgla.
Etyn (acetylen) jest najprostrzym przedstawicielem alkinów, dlatego na przykładzie jego cząsteczki spojrzymy wgłąb i poznamy strukturę wiązania potrójnego, które jest sercem wszystkich alkinów.
Wiązanie potrójne może powstać tylko podczas gdy dwa sąsiednie atomy węgla znajdują się w liniowej hybrydyzacji sp. Wtedy to jedna hybryda węgla w cząsteczce acetylenu łączy się z orbitalem atomu wodoru (wiązanie kowalencyjne σsp-s), a druga analogicznym wiązaniem σsp-sp łączy się z drugą hybrydą, która oczywiście też łączy się z jednym atomem wodoru.
W ww. sposób powstaje liniowy szkielet cząsteczki, jak to jednak bywa z hybrydyzacją sp pozostają jeszcze po dwa prostopadłe do osi wiązania orbitale p. Za ich pomocą zostaną utworzone dwa wiązania π pomiędzy atomami węgla. Całość wygląda m-w tak, jak na Ryc. 1.
Ryc. 1. Orbitale etynu (acetylenu)
Analogiczny do winylu (etenylu) jest etynyl HC≡C•, nie ma on jednak takiego znaczenia jak grupa winylowa.
Szereg homologiczny alkinów
| Nazwa | Wzór strukturalny | Wzór sumaryczny |
|---|---|---|
| etyn |  |
C2H2 |
| propyn |  |
C3H4 |
| but-1-yn |  |
C4H6 |
| pent-1-yn |  |
C5H8 |
Zaś ogólny wzór strukturalny n-alk-1-inów możemy przedstawić jako:
Dla etynu n = 0, dla propynu n = 1, itd... Sumarycznie alkiny mają dwukrotnie więcej atomów wodoru niż węgla minus jeszcze dwa przy wiązaniu potrójnym, co zapisać można we wzorze sumarycznym: CnH2n-2.
Oraz jak zwykle przy opisywaniu szeregu homologicznego podam jego charakterystykę. Oto ona:
Struktura alkinów:
- Posiadają wiązanie potrójne (σ i dwa π)
- Przy wiązaniu potrójnym są liniowe
- W miejscach nasyconych tworzą rozbudowane przestrzennie łańcuchy proste lub rozgałęzione analogicznie do alkanów
- Atomy węgla przy wiązaniu wielokrotnym przybierają
- Brak rotacji dookoła wiązania C≡C
Właściwości fizyczne alkinów:
- Hydrofoby (są niepolarne), reagują z wodą
- Rozpuszczalne w rozpuszczalnikach niepolarnych (np. alkanach)
- Ze wzrostem ilości atomów węgla t.top. ↑, t.wrz. ↑, gęstość ↑, aktywność ↓
- Są łatwopalne
Właściwości chemiczne alkinów:
- Ulegają reakcjom spalania
- Przyłączają odczynniki elektrofilowe - addycja do wiązania potrójnego
- Ulegają polimeryzacji
- Są bardzo reaktywne
Otrzymywanie
Otrzymywanie sprowadza się głównie do pozyskiwania acetylenu. Związek ten otrzymujemy głównie w reakcji karbidu z wodą:
CaC2 + H2O → C2H2 + CaO
CaO + H2O → Ca(OH)2
Sam karbid można otrzymać w następujących reakcjach:
Ca + 2C T→ CaC2
CaCO3 + 3 C 2000°C→ CaC2 + CO + CO2
Przy czym druga reakcja wykorzystuje naturalny wapień, więc jest bardziej praktyczna. Są też oczywiście inne sposoby otrzymania acetylenu, np:
2 C + H2 3000°C→ C2H2
2 CH4 1500°C→ C2H2 + 3 H2
Poliyny
Związki organiczne zawierające choć jedno wiązanie potrójne są bardzo rzadkie w przyrodzie, natomiast takie, które zawierają dwa lub więcej wiązań potrójnych praktycznie się nie spotyka. Związków takich również się nie syntezuje, ponieważ nie mają one znaczenia biologicznego. Wyjątek stanowią tzw. poliyny. Są to długie łańcuchy węglowe bez atomów wodoru. Posiadają one sprzężone wiązania potrójne. Łańcuch taki wygląda mniej więcej tak:
Ryc. 7. Struktura poliynów
Poliyny (zwane też poliinami) są więc odmianą alotropową węgla, ponieważ składają się tylko z atomów węgla. Jak łatwo zauważyć odmiany alotropowe węgla mnożą się z roku na rok. Staram się prowadzić ich aktualną listę w rozdziale poświęconym odmianom alotropowym węgla.
Na temat właściwości ciężko mi cokolwiek pisać, ponieważ jest to forma stosunkowo nowa i ciężko coś znależć na ten temat. Jak tylko na coś się natknę, z pewnością się to tu pojawi.