9.1 : Structure et propriétés physiques des alcynes

Introduction:

Dans la nature, les composés contenant à la fois du carbone et de l’hydrogène sont appelés « hydrocarbures ». Les hydrocarbures aliphatiques sont des composés dont les molécules contiennent des liaisons simples saturées (c'est-à-dire des alcanes) ou des liaisons doubles ou triples insaturées. Les alcènes contiennent des doubles liaisons carbone-carbone et ont une formule développée C_nH_2n. Les hydrocarbures insaturés contenant des triples liaisons carbone-carbone sont appelés « alcynes » et sont structurellement représentés par la formule C_nH_2n-2.

L'alcyne le plus simple est l'éthène, ou acétylène, un gaz incolore qui subit une combustion à haute température et est utilisé comme combustible pour le soudage. Les alcynes se trouvent dans diverses substances d’origine naturelle et synthétique. Par exemple, des alcynes naturels peuvent être trouvés dans le poison obtenu à partir des rainettes sud-américaines. D’autre part, les composés synthétiques contenant des alcynes jouent un rôle important dans les médicaments comme les contraceptifs oraux tels que l’éthynylestradiol. D'autres médicaments à base d'alcynes, tels que la sélégiline, sont utilisés en association avec la dopamine synthétique ou la L-dopa pour traiter la maladie de Parkinson.

Hybridation des alcynes:

La triple liaison dans les alcynes se produit en raison du chevauchement des orbitales sp de la liaison carbone-carbone (C-C) formant une liaison sigma (σ), et du chevauchement latéral des orbitales 2p_y et 2p_z formant les deux liaisons pi (π), respectivement. Le chevauchement de l'orbitale du carbone sp avec l'orbitale 1s de l'atome d'hydrogène entraîne la liaison sigma carbone-hydrogène (C – H) sp – 1s de l'alcyne. Les alcynes présentent une hybridation sp avec un caractère s à 50 %. Comme les électrons de l'orbitale s présentent des énergies inférieures à celles des orbitales p, une augmentation du caractère s de l'atome augmente son électronégativité.

Géométrie moléculaire: longueur de liaison, angles de liaison et forces de liaison

En raison de l'hybridation sp impliquant le chevauchement latéral des orbitales, les alcynes ont une géométrie linéaire avec l'angle de liaison étant de 180°. La longueur de la triple liaison C-C dans l'acétylène est mesurée à 121 pm ou 1,21 Å, ce qui est inférieur à celle des alcènes (134 pm ou 1,34 Å) et des alcanes (153 pm ou 1,53 Å) en raison du nombre accru de liaisons détenant les deux carbones ensemble.

La liaison C – H dans les alcynes (1,06 Å dans l'acétylène) est également plus courte que celle des alcènes et des alcanes en raison du caractère s accru de l'orbitale du carbone hybride sp formant la liaison σ sp-1s avec l'hydrogène. En plus d'avoir des énergies plus faibles, les électrons de l'orbitale s sont plus proches du noyau atomique et sont plus étroitement liés que ceux des orbitales p. En conséquence, un caractère s plus grand augmente la résistance de la liaison. Par conséquent, les triples liaisons C-C et les liaisons CH dans les alcynes sont plus courtes et plus fortes que celles des alcènes et des alcanes, principalement en raison de leur caractère s accru. L'énergie de dissociation des liaisons des alcynes est de 966 kJ ou 231 kcal/mol, ce qui est supérieur à celui des alcanes et des alcènes en raison de la présence de ces liaisons plus courtes et plus fortes.

Propriétés physiques des alcynes:

Les alcynes présentent des propriétés physiques similaires à celles de leur alcane ou alcène parent. Ce sont des composés non polaires ayant une densité inférieure à celle de l'eau et sont insolubles dans l'eau et les solvants polaires. Cependant, ils présentent une bonne solubilité dans les solvants organiques non polaires. Les alcynes de poids moléculaire inférieur tels que l'éthyne et le propyne existent sous forme de gaz à température ambiante, tandis que les alcynes de poids moléculaire plus élevé tels que le 1-octyne et le 1-décyne sont des liquides.