アルキン：特性、構造、用途、例 - 化学 - 2024

アルキンは、炭化水素またはそれらの構造中に2個の炭素間三重結合を含む有機化合物です。この三重結合（≡）は、分子の活性部位を表すため官能基と見なされ、その反応性の原因となります。

アルキンはアルカンやアルケンとそれほど違いはありませんが、結合の性質により、酸性度と極性が大きくなります。このわずかな違いを説明する正確な用語は、不飽和と呼ばれるものです。

jason.kaechler（Flickr：酸素/アセチレントーチ）、Wikimedia Commons経由

アルカンは飽和炭化水素であり、アルキンは元の構造に対して最も不飽和です。これは何を意味するのでしょうか？アルカンH ₃ C-CH ₃（エタン）をH ₂ C = CH ₂（エテン）に、次にHC subsequentlyCH（エチン、またはアセチレンとしてよく知られている）に脱水素できること。

炭素間に追加の結合が形成されると、それらに結合している水素の数が減少することに注意してください。炭素は、その電子的特性により、4つの単純な結合を形成しようとするため、不飽和度が高いほど、反応する傾向が大きくなります（芳香族化合物を除く）。

一方、三重結合は二重結合（=）または単結合（-）よりもはるかに強力ですが、エネルギーコストが高くなります。したがって、ほとんどの炭化水素（アルカンおよびアルケン）は、高温で三重結合を形成できます。

これらの高エネルギーの結果として、そしてそれらが壊れると、それらは大量の熱を放出します。この現象の例は、アセチレンが酸素で燃焼され、炎の強い熱が金属の溶接または溶融に使用される場合に見られます（上の画像）。

アセチレンは、最も単純で最小のアルキンです。他の炭化水素は、その化学式から、アルキル基をHに置き換えることで表現できます（RC≡CR '）。同じことが有機合成の世界でも数多くの反応を通じて起こります。

このアルキンは、石灰石からの酸化カルシウムと、電気炉で必要な炭素を提供する原料であるコークスとの反応から生成されます。

CaO + 3C => CaC ₂ + CO

CaC ₂は、最終的に水と反応してアセチレンを形成する無機化合物である炭化カルシウムです。

CaC ₂ + 2H ₂ O => Ca（OH）₂ +HC≡CH

アルキンの物理的および化学的性質

極性

三重結合は、アルキンとアルカンおよびアルケンを区別します。3種類の炭化水素は無極性で、水に不溶で、非常に弱い酸です。ただし、二重結合および三重結合炭素の電気陰性度は、単一炭素の電気陰性度よりも大きくなります。

これによれば、三重結合に隣接する炭素は、誘導効果によってそれに負の電荷密度を与える。このため、C≡CまたはC = C結合がある場合、残りの炭素骨格よりも電子密度が高くなります。その結果、分子が双極子間相互作用によって相互作用する小さな双極子モーメントがあります。

これらの相互作用は、双極子モーメントを水分子やアルコールの双極子モーメントと比較すると非常に弱いものです。これはその物理的特性に反映されています。アルキンは一般に、不飽和度の低い炭化水素と比較して、融点と沸点が高くなっています。

同様に、極性が低いため、水への溶解性は低くなりますが、ベンゼンなどの非極性有機溶媒には溶解します。

酸度

同様に、この電気陰性度が水素せるHC ≡CRは、他の炭化水素の任意の存在よりも酸性であること。したがって、アルキンはアルケンより酸性種であり、アルカンよりはるかに酸性です。ただし、カルボン酸の酸性度と比較すると、その酸性度はまだ無視できます。

アルキンは非常に弱い酸なので、ナトリウムアミドなどの非常に強い塩基とのみ反応します。

HC≡CR+ NaNH ₂ =>HC≡CNa+ NH ₃

この反応から、他のアルキンを合成するための原料であるナトリウムアセチリドの溶液が得られます。

反応性

アルキンの反応性は、それらの三重結合への小分子の付加によって説明され、それらの不飽和を減少させます。これらは、水素分子、ハロゲン化水素、水またはハロゲンであってもよい。

水素化

H ₂の小分子は非常にとらえどころがなく高速であるため、アルキンの三重結合に付加される確率を高めるには、触媒を使用する必要があります。

これらは通常、表面積を増やすために微細に分割された金属（Pd、Pt、RhまたはNi）です。したがって、水素とアルキンの間の接触：

RC≡CR '+ 2H ₂ => RCH ₂ CH ₂ R'

その結果、水素は結合を破壊することで炭素に「固定」され、対応するアルカン、RCH ₂ CH ₂ R 'が生成されるまで続きます。これは、最初の炭化水素を飽和させるだけでなく、その分子構造も変更します。

ハロゲン化水素の追加

ここで、無機分子HXが追加されます。Xは、ハロゲン（F、Cl、Br、I）のいずれかです。

RC≡CR '+ HX => RCH = CXR'

水分補給

アルキンの水和は、水分子を追加してアルデヒドまたはケトンを形成するときです。

RC≡CR '+ H ₂ O => RCH ₂ COR'

R 'がHの場合、それはアルデヒドです。それがアルキルの場合、それはケトンです。反応では、エノールとして知られている化合物（RCH = C（OH）R '）が中間体として形成されます。

これは、互変異性と呼ばれる平衡状態でエノール型（C – OH）からケトン型（C = O）に変換されます。

ハロゲンを追加する

また、追加に関しては、ハロゲンの二原子分子（X ₂ = F ₂、Cl ₂、Br ₂またはI ₂）も三重結合の炭素に固定できます。

RC≡CR '+ 2X ₂ => RCX ₂ –CX ₂ R'

アセチレンのアルキル化

その他のアルキンは、ハロゲン化アルキルを使用することにより、ナトリウムアセチリド溶液から調製できます。

HC≡CNa+ RX =>HC≡CR+ NaX

たとえば、ヨウ化メチルの場合、生成されるアルキンは次のようになります。

HC≡CNa+ CH ₃ I =>HC≡CCH ₃ +のNaX

HC≡CCH _3は、としても知られ、プロピンであるメチルアセチレン。

化学構造

ベン・ミルズ著、ウィキメディア・コモンズより

アルキンの構造は何ですか？上の画像はアセチレン分子です。それから、C≡C結合の線形形状を明確に観察できます。

したがって、三重結合がある場合、分子の構造は線形でなければなりません。これは、それらと他の炭化水素との注目すべき違いの1つです。

アルカンはsp ³ハイブリダイゼーションを持ち、結合が109º離れているため、通常ジグザグで表されます。それらは実際には共有結合された四面体の連鎖です。アルケンは炭素のsp ²ハイブリダイゼーションにより平坦ですが、より具体的には、結合が120 separated離れた三角面を形成します。

アルキンでは、軌道混成はspです。つまり、s特性が50％、p特性が50％です。2つのspハイブリッド軌道は、アセチレンのH原子またはアルキンのアルキル基に結合しています。

この方法でのみ炭素の純粋なp軌道が三重結合を形成できるという事実に加えて、2つのHまたはR間の距離は180ºです。このため、結合–C≡C–は線形です。分子の構造を見ると、–C≡C–は、骨格が非常に直線的な領域で際立っています。

リンクと末端アルキンの距離

三重結合の炭素は、二重結合または単結合よりも互いに接近しています。つまり、C≡CはC = CおよびC – Cよりも短くなります。その結果、2つのπ結合が単一のσ結合の安定化に役立つため、結合はより強くなります。

三重結合が鎖の末端にある場合、それは末端アルキンです。したがって、前記化合物の式はHC≡CRである必要があります。ここで、Hは鎖の終わりまたは始まりを強調しています。

一方、それが内部三重結合である場合、式はRC≡CR 'であり、RとR'は鎖の右側と左側です。

命名法

IUPACによって指示された規則に従って、アルキンはどのように命名されますか？アルカンやアルケンと同じように命名されています。これを行うには、サフィックス–anoまたは–enoをサフィックス–inoに変更します。

例えば：HC≡CCH _3は、それが3個の炭素を有しているので、プロピンと呼ばれプロパン等（CH ₃ CH ₂ CH ₃）。HC≡CCH ₂ CH _3が末端アルキンで1ブチンです。しかしCHの場合には₃ C≡CCH ₃は、2-ブチンであり、この中に三重結合は、端末が、内部ではありません。

CH ₃ C≡CCH ₂ CH ₂（CH ₃）₂である5-メチル-2-ヘキシン。炭素は、三重結合に最も近い側から数えます。

別のタイプのアルキンはシクロアルキンです。彼らにとっては、対応するシクロアルカンの接尾辞–anoを–inoで置き換えるだけで十分です。したがって、三重結合を持つシクロプロパンは、シクロプロピノ（存在しない）と呼ばれます。

2つのトリプルリンクがある場合、名前にプレフィックスdi-が追加されます。例は、HC≡C-C≡H、ジアセチレンまたはプロパジノです。HC≡C– C –C≡H、ブタジイノ。

用途

アセチレンまたはエチン

最も小さいアルキンは、これらの炭化水素の可能な使用数を厚くします。それからアルキル化により、他の有機化合物を合成することができます。同様に、それは酸化反応を経て、とりわけエタノール、酢酸、アクリル酸を得る。

もう1つの用途は、原子の電子を励起する熱源を提供することです。より具体的には、広く使用されている分光技術である原子吸収放出測定における金属カチオンの。

天然アルキン

アルキンを調製するための唯一の既存の方法は、合成または酸素の不在下での熱の適用だけでなく、生物学的でもあります。

これらは、二重結合を脱水素化できるアセチナーゼと呼ばれる酵素を使用します。このおかげで、アルキンの多くの天然源が得られます。

その結果、毒、解毒剤、医薬品、または何らかの利益をもたらすその他の化合物をこれらの供給源から抽出できます。特にそれが健康に関係しているとき。元の構造を変更し、新しいアルキンのサポートとして使用する場合、代替案は数多くあります。

アルキンの例

これまでに、アルキンの多くの例が言及されてきました。ただし、一部は非常に特定のソースに由来するか、特定の分子構造を持っています。これらはポリアセチレンです。

これは、単一の炭素鎖だけでなく、非常に大きな構造の一部である複数の三重結合が存在する可能性があることを意味します。

タリル酸

Yikrazuul、Wikimedia Commons提供

タリリン酸は、Picramnia taririと呼ばれるグアテマラにある植物に由来します。それは特にその種子の油から抽出されます。

その分子構造では、無極性の尾を極性の頭部から分離する単一の三重結合が観察されます。したがって、それは両親媒性分子と考えることができます。

ヒストリコノトキシン

MeodiptおよびRolf Kolasch
、en.wikipedia、Wikimedia Commons

ヒストリオノトキシンは、コロンビア、ブラジル、その他のラテンアメリカ諸国に生息するカエルの皮膚から分泌される毒です。1つの二重結合に共役した2つの三重結合があります。どちらも末端であり、6つの炭素環と環状アミンで分離されています。

シクトキシン

Wikimedia CommonsのGiorgiogp2による

シカトキシンの分子構造から、三重結合はどこにありますか？右側に見られるように二重結合がフラットで、端にあるように単結合が四面体である場合、トリプルは線形で勾配（\）上にあります。

この化合物は、主にヘムロック植物に見られる神経毒で構成されています。

カピリーナ

ウィキメディア・コモンズのKleverによる

それは、抗真菌剤として使用されるヨモギ植物の精油に存在するアルキンです。2つの連続した三重結合が観察され、より正確に共役されます。

どういう意味ですか？三重結合は、全炭素鎖全体共振及びC = O二重結合の開口を含むことにC - O ^- 。

パーギリン

ハルビン、ウィキメディア・コモンズより

降圧作用のあるアルキンです。その構造を部分的に分析すると、左側にベンジル基、中央に3級アミン、右側にプロピニルがあります。つまり、末端プロピン基です。

参考文献

1. フランシス・A・キャリー。有機化学。カルボン酸。（第6版、368-397ページ）。Mc Graw Hill。
2. ジョン、ブレナン。（2018年3月10日）。アルキンの例。サイエンス。取得元：sciencing.com
3. BYJU'S。（2018）。アルキンの三重結合。取得元：byjus.com
4. 例の百科事典（2017）。アルキン。回収元​​：examples.co
5. ケビン・A・ブドー。アルキン。出典：angelo.edu
6. ロバート・C・ノイマン、ジュニア・アルケンズとアルキン。。取得元：chem.ucr.edu