9.1 : Struttura e proprietà fisiche degli alchini

Introduzione:

In natura, i composti contenenti sia carbonio sia idrogeno sono conosciuti come “idrocarburi”. Gli idrocarburi alifatici sono composti le cui molecole contengono legami singoli saturi (cioè alcani) o legami doppi o tripli insaturi. Gli alcheni contengono doppi legami carbonio-carbonio e hanno una formula strutturale C_nH_2n. Gli idrocarburi insaturi contenenti tripli legami carbonio-carbonio sono chiamati "alchini" e sono strutturalmente rappresentati dalla formula C_nH_2n-2.

L'alchino più semplice è l'etino, o acetilene, un gas incolore, che subisce combustione ad alte temperature e viene utilizzato come combustibile per la saldatura. Gli alchini si trovano in una varietà di sostanze di origine sia naturale che sintetica. Ad esempio, gli alchini naturali si possono trovare nel veleno ottenuto dalle raganelle sudamericane. D'altra parte, i composti sintetici contenenti alchini svolgono un ruolo importante in farmaci come i contraccettivi orali come l'etinilestradiolo. Altri farmaci a base di alchini, come la selegilina, vengono utilizzati in combinazione con la dopamina sintetica o la L-dopa per trattare il morbo di Parkinson.

Ibridazione di alchini:

Il triplo legame negli alchini si verifica a causa della sovrapposizione degli orbitali sp del legame carbonio-carbonio (C–C) che formano un legame sigma (σ) e della sovrapposizione laterale degli orbitali 2p_y e 2p_z che formano i due legami pi (π), rispettivamente. La sovrapposizione dell'orbitale sp del carbonio con l'orbitale 1s dell'atomo di idrogeno dà come risultato il legame sigma carbonio-idrogeno (C–H) sp–1s dell'alchino. Gli alchini mostrano un'ibridazione sp con un carattere s del 50%. Poiché gli elettroni nell'orbitale s mostrano energie inferiori rispetto agli orbitali p, un aumento del carattere s dell'atomo aumenta la sua elettronegatività.

Geometria molecolare: lunghezza di legame, angoli di legame e forza di legame

A causa dell'ibridazione sp che coinvolge la sovrapposizione laterale degli orbitali, gli alchini hanno una geometria lineare con l'angolo di legame di 180°. La lunghezza del triplo legame C–C nell'acetilene è misurata in 121 pm o 1,21 Å, che è inferiore a quella degli alcheni (134 pm o 1,34 Å) e degli alcani (153 pm o 1,53 Å) a causa dell'aumento del numero di legami che tengono insieme i due atomi di carbonio.

Anche il legame C – H negli alchini (1,06 Å nell'acetilene) è più corto rispetto a quello negli alcheni e alcani a causa dell'aumento del carattere s dell'orbitale del carbonio ibridato sp che forma il legame sp-1s σ con l'idrogeno. Oltre ad avere energie inferiori, gli elettroni nell’orbitale s sono più vicini al nucleo atomico e sono legati più strettamente rispetto a quelli negli orbitali p. Di conseguenza, un carattere s maggiore aumenta la forza del legame. Pertanto, i tripli legami C-C e i legami C-H negli alchini sono più corti e più forti di quelli degli alcheni e degli alcani, principalmente a causa del loro maggiore carattere s. L'energia di dissociazione dei legami degli alchini è 966 kJ o 231 kcal/mol, che è superiore a quella degli alcani e degli alcheni a causa della presenza di questi legami più corti e più forti.

Proprietà fisiche degli alchini:

Gli alchini mostrano proprietà fisiche simili a quelle del loro alcano o alchene genitore. Sono composti non polari con una densità inferiore all'acqua e sono insolubili in acqua e solventi polari. Tuttavia, mostrano una buona solubilità nei solventi organici non polari. Gli alchini a peso molecolare inferiore come l'etino e il propino esistono come gas a temperatura ambiente, mentre gli alchini a peso molecolare più elevato come l'1-ottino e l'1-decino sono liquidi.