الباب الخامس: الكيمياء العضوية
الألكاينات (الأسيتيلين)
Alkynes — OCR + torch + SVG.
اضغط أي أداة — لتوليد اختبارات وفلاش كارد وملخصات وتجارب من الدرس تفاعلياً
Alkynes — OCR + torch + SVG.
- ✓يصف الألكاينات CₙH₂ₙ₋₂
- ✓يحضّر الإيثاين في المعمل والصناعة
- ✓يفسر لهب الأكسي-استيلين وتفاعلات الإضافة
لماذا يُستخدم C₂H₂ في لحام المعادن وليس CH₄؟
تسخين >1400°C ثم تبريد سريع للناتج.
لهب مدخن · C↓ + CO + H₂O
~3000°C
≡ → = → −
اختبار عدم التشبع · يزول اللون
Alkyne = CₙH₂ₙ
Alkyne = CₙH₂ₙ₋₂
تحتوي الألكاينات على المجموعة الوظيفية رابطة كربون-كربون ثلاثية:
المجموعة الوظيفية
يُمكننا أن نرى تقدُّمًا عندما نقارن البِنَى والصِّيَغ العامَّة للألكانات والألكينات والألكاينات:
تحتوي الألكاينات على رابطة كربون-كربون ثلاثية فقط، مع تشبُّع جميع روابط الكربون-كربون الأخرى. ويُمكنها أن تكوِّن سلسلة مُتجانِسة.
سنستعرض تحضير الإيثاين واستخداماته بعد قليل. في هذه الأثناء، فيما يأتي بعض الأمثلة لمجموعة الألكاينات الخطِّية.
ويُمكننا أيضًا تضمين السلاسل المتفرِّعة مثل 3-ميثيل-1-بيوتاين ( C H 5 8 ):
لنلقِ نظرةً على سلسلة 1-الألكاينات المتجانسة الخطِّية (الألكاينات؛ حيث تبدأ الرابطة الثلاثية كربون-كربون بذرة الكربون رقم 1).
يُمكننا إدراك معنى هذه المعلومات إذا نظرنا إلى تمثيل بياني.
يُمكننا إدراك معنى هذه المعلومات إذا نظرنا إلى تمثيل بياني.
درجات انصهار مركَّبات هذه السلسلة المُتجانِسة غير متناسِقة، وعلينا التركيز أكثر لاكتشاف نمط. ولكن درجات الغليان لها نمط واضح: فكلما ازداد حجم جزيء الألكاين زادت درجة الغليان. وهذا يوضِّح أن القوى بين الجزيئية تزداد كلما زاد طول السلسلة (بالطريقة نفسها المُتَّبَعة مع الألكانات والألكينات المكافئة). وبما أن الألكاينات لها عزم ثنائي القطب ضعيف أو منعدم، فإن قوى تشتُّت لندن هي النوع المُهيمِن من القوة بين الجزيئية المؤثِّرة.
عند تسمية الألكاين، يكون ترقيم مجموعة «ـاين» هو ترقيم أول ذرة كربون في الرابطة الثلاثية كربون-كربون. وتكون الأولوية للاسم الذي يحتوي على أصغر ترقيم لمجموعة «ـاين»:
وفي حالة الألكاينات المتفرِّعة، نختار الاسم الذي يحتوي على أقلِّ مجموع للأرقام:
وفي حالة الألكاينات المتفرِّعة، نختار الاسم الذي يحتوي على أقلِّ مجموع للأرقام:
نطبِّق القواعد نفسها على الهالو ألكاينات (المواد التي تحتوي على مجموعات الهالوجين الوظيفية، ورابطة الكربون-كربون الثلاثية):
نطبِّق القواعد نفسها على الهالو ألكاينات (المواد التي تحتوي على مجموعات الهالوجين الوظيفية، ورابطة الكربون-كربون الثلاثية):
يُمكن تحضير الإيثاين بسهولة في المعامل باستخدام كربيد الكالسيوم والماء. صيغة أيون الكربيد في كربيد الكالسيوم هي C 2 – 2؛ ومن ثَمَّ فإن صيغة كربيد الكالسيوم هي C a C 2.
عند خلْط كربيد الكالسيوم بالماء، يَحدُث تفاعُل تلقائي يَنطلِق منه الإيثاين:
تُنتِج هذه الطريقة الكثير من النواتج الثانوية (لكلِّ جرام من الإيثاين الناتج بهذه الطريقة، يَنتُج 2.8 جرام تقريبًا من هيدروكسيد الكالسيوم). على الرغم من أنه يُمكن إنتاج الكميات الصناعية من الإيثاين باستخدام هذه الطريقة، فإن هناك طريقة بديلة أكثر شيوعًا.
تفاعُل الإضافة هو التفاعُل الذي يتَّحِد فيه جزيئان أو أكثر لتكوين جزيء أكبر، دون تكوُّن أيِّ نواتج ثانوية.
الألكاينات بطبيعتها غير مُشبَّعة. ومن ثَمَّ، يجب أن نكون قادرين على إضافة ذرات الهيدروجين، وهو ما يكوِّن الألكين والألكان المكافئَيْن. عمليًّا، يَصعُب إيقاف تفاعُل إضافة الهيدروجين عند الألكين؛ لذا فإن هدرجة الألكاينات بالكامل، باستخدام عامل حفَّاز مثل النيكل أو البالاديوم أو البلاتين هو الأكثر شيوعًا:
الألكاينات بطبيعتها غير مُشبَّعة. ومن ثَمَّ، يجب أن نكون قادرين على إضافة ذرات الهيدروجين، وهو ما يكوِّن الألكين والألكان المكافئَيْن. عمليًّا، يَصعُب إيقاف تفاعُل إضافة الهيدروجين عند الألكين؛ لذا فإن هدرجة الألكاينات بالكامل، باستخدام عامل حفَّاز مثل النيكل أو البالاديوم أو البلاتين هو الأكثر شيوعًا:
مثال ٢: تسمية التفاعُل الذي يحوِّل الألكاينات إلى ألكانات
هذا يعني أن أبسط طريقة لتحويل ألكاين إلى الألكان المكافئ هي إضافة 4 ذرات هيدروجين (أو جزيئَيْ هيدروجين ( H 2 )). تُسمَّى إضافة الهيدروجين إلى رابطة غير مُشبَّعة بالهدرجة (إضافة الهيدروجين). ويُمكن تحقيق ذلك عادةً باستخدام عامل حفَّاز مثل حبيبات النيكل الناعمة:
تتفاعَل الألكاينات مع البروم لإنتاج الهالو ألكانات:
أمَّا البروَمة الهيدروجينية فهي، كما كانت، بين إضافة الهيدروجين والبروَمة. إضافة H B r إلى الروابط الثلاثية لها تأثير غريب على ما يبدو:
أمَّا البروَمة الهيدروجينية فهي، كما كانت، بين إضافة الهيدروجين والبروَمة. إضافة H B r إلى الروابط الثلاثية لها تأثير غريب على ما يبدو:
قد يبدو من المنطقي أن تحصل كلُّ ذرة كربون على ذرة بروم واحدة، لكن الأمر ليس كذلك في الناتج الرئيسي. بدلًا من ذلك، يتكوَّن 1،1-ثنائي برومو إيثان، وهو ما يَتبع قاعدة ماركوفنيكوف.
عند إضافة جزيء H B r الأول، بما أن الإيثاين متماثِل، لا نرى فرقًا أيًّا كانت الطريقة التي نُضيف بها H B r :
عند إضافة جزيء H B r الثاني، يكون لدينا ألكين غير متماثِل، وهو البرومو إيثين. يُضاف الهيدروجين الموجود في بروميد الهيدروجين إلى ذرة الكربون المرتبطة بأكبر قدْر من الهيدروجين، ثم يُضاف البروم إلى ذرة الكربون الأخرى:
عند إضافة جزيء H B r الثاني، يكون لدينا ألكين غير متماثِل، وهو البرومو إيثين. يُضاف الهيدروجين الموجود في بروميد الهيدروجين إلى ذرة الكربون المرتبطة بأكبر قدْر من الهيدروجين، ثم يُضاف البروم إلى ذرة الكربون الأخرى:
السبب في ذلك خارج نطاق هذا الشارح. علينا فقط أن نتذكَّر قاعدة ماركوفنيكوف.
عندما يتفاعَل الإيثاين مع غاز بروميد الهيدروجين، يَنتُج مركَّب وَسِيط من ألكين غير متماثِل، وهو 1-برومو إيثين:
أيُّ ذرات الكربون لها الشحنة الموجبة الجزئية 𝛿 + ؟
الكربون A يحتوي على ذرات هيدروجين أكثر من الكربون B (2 مقابل 1)؛ لذا تتوقَّع قاعدة ماركوفنيكوف أن الناتج الرئيسي هو 1،1-ثنائي برومو إيثان:
إذا أجرَيْنا إماهةً للإيثاين، فبدلًا من تكوين إيثان-1،1-ديول، فسيَحدُث شيءٌ آخَر قبل حدوث عملية الإماهة الثانية. هذه هي الإماهة المحفَّزة بالحمض للإيثاين إلى الإيثينول:
في وجود العامل الحفَّاز الحمضي نفسه، يُمكن أن يَخضَع الإيثينول لتفاعُل آخَر يُنتِج مادةً كيميائية دون رابطة كربون-كربون مزدوجة (ألدهيد: إيثانال). وهذا ما يؤدِّي إلى عدم حدوث عملية الإماهة الثانية. وهذا عبارة عن تحويل محفَّز بالحمض للإيثينول إلى إيثانال:
في وجود العامل الحفَّاز الحمضي نفسه، يُمكن أن يَخضَع الإيثينول لتفاعُل آخَر يُنتِج مادةً كيميائية دون رابطة كربون-كربون مزدوجة (ألدهيد: إيثانال). وهذا ما يؤدِّي إلى عدم حدوث عملية الإماهة الثانية. وهذا عبارة عن تحويل محفَّز بالحمض للإيثينول إلى إيثانال:
بصفة عامَّة، الإماهة المحفَّزة بالحمض للإيثين تكون على النحو الآتي:
بصفة عامَّة، الإماهة المحفَّزة بالحمض للإيثين تكون على النحو الآتي:
إذا كانت رابطة الكربون-كربون الثلاثية لألكاين غير موجودة في نهاية السلسلة الكربونية (إذا لم نتعامل مع 1-ألكاين)، فسنَحصُل على الكيتون بدلًا من الألدهيد.
والاحتراق التامُّ للألكاينات يَتبع نفس المبادئ التي يَتبعها الاحتراق التامُّ للألكينات أو الألكانات. وتكون النواتج هي ثاني أكسيد الكربون والماء:
يحترق الإيثاين جيدًا، ويتسبَّب في لهب ساخن للغاية إذا خُلِط أولًا مع الأكسجين النقي ( 3 1 5 0 ∘ C تقريبًا). وهذا هو أحد الأسباب التي تجعل مشاعل لحام الأكسي أسيتيلين (المشاعل التي تَستخدِم الأكسجين والأسيتيلين معًا) فعَّالة جدًّا في صهْر الفلزات وقطْعها.
فيما يأتي بعض الأمثلة التي توضِّح كيف يُحرَق الإيثاين بطريقة غير كاملة، ويُنتِج إمَّا كربونًا نقيًّا (سُخامًا) وإمَّا أول أكسيد الكربون:
لكن يظلُّ لدينا السؤال: «لماذا لا يتفاعَل العامل الحفَّاز الحمضي مع الألكاين؟» وهذا خارج نطاق هذا الشارح، لكن علينا أن ننتبه إليه.
تَخضَع الألكاينات لعدد من تفاعُلات الإضافة، كما هو موضَّح في الجدول الآتي.
أسئلة تطبيقية
٠ / ٦صيغة الألكاين:
CaC₂ + H₂O:
حرارة لهب الأكسي-استيلين (°C):
C₂H₂ vs CH₄ للحام:
IUPAC ألكاين:
تنقية C₂H₂: