Alkine
Alkine sind ungesättigte Kohlenwasserstoffe, die in ihrer Kohlenstoffkette mindestens eine C-C-Dreifachbindung enthalten, die die hohe Reaktionsbereitschaft dieser organischen Verbindungen verursacht. Alkine werden auch Acetylenkohlenwasserstoffe genannt.
Die Alkine bilden eine homologe Reihe mit der allgemeinen Summenformel CnH2n-2, sie beginnt mit dem Ethin.
Nomenklatur
Die Benennung der Alkine nach den IUPAC-Regeln orientiert sich an den Namen für die Alkane. Als Stammnamen für das unverzweigte Alkin wählt man den Wortstamm des Alkans mit gleicher Anzahl an Kohlenstoffatomen und ersetzt die Endsilbe -an durch -in.
Die ersten Glieder dieser Stoffgruppe sind Ethin und Propin. Je nach Lage der Dreifachbindung unterscheidet man 1-Butin und 2-Butin. Folgt die Dreifachbindung dem ersten (zweiten) C-Atom in der Kette, so stellt man dem Namen eine "1-" ("2-") voran. Enthält die Kohlenstoffkette zwei Dreifachbindungen, so fügt man im Namen vor der Silbe in die Silbe di ein. So erhält ein Alkin mit 5 (griechisch penta) C-Atomen und zwei Dreifachbindungen nach dem 1. und 4. C-Atom den IUPAC-Namen 1,4-Pentadiin.
elektronische Struktur
Die Dreifachbindung (sp-Hybridisierung) bei den Alkinen ist energiereicher als eine normale Doppelbindung (sp2 hybridisiert). Durch den höheren Anteil an s-Orbitalen ist die Aufenthaltswahrscheinlichkeit der Elektronen in der Nähe des Kerns größer ist als bei Alkanen und Alkenen. Terminale Alkine sind acider als andere Kohlenstoffverbindungen. Zum Vergleich der pKa Wert von Ethin ist mit 25 um ein vielfaches kleiner als von Ethen (44) und Ethan (50) Alkine sind relativ unpolar. Alkinmoleküle sind planar. Atomabstände : (C-H)-Abstand : 1,20 A (1 Ar = 10 ^ -10 m ) (C-C)-Abstand : 1,06 A
spektroskopische Eigenschaften
H-NMR
Im H-NMR sind Alkinyl-Wasserstoffatome nicht so stark entschirmt wie Alkenylwasserstoffatome, da die Dreifachbindung ein dem äußeren Magnetfeld entgegengesetztes Magnetfeld erzeugt. Allerdings überträgt die Dreifachbindung die Spin-Spin-Kopplung sehr gut, so dass noch über drei Kohlenstoffatome eine Kopplungskonstante von 2 bis 4 Hz zu messen ist.
Infrarot Spektroskopie
Die Infratot Spektroskopie ist sicherlich die nützlichste, spektroskopische Methode zur Identifizierung eines terminalen Alkins, da sich bei etwa 2100 cm-1 eine starke charakteristische Bande für die C-C-Valenzschwingung zeigt.
Darstellung
Alkine werden gewöhnlich durch doppelte Dehydrohalogenierung von vicinalen oder geminalen Dihalogenalkanen synthetisiert.
Cl Cl Cl | | | H-C-C-H +2NaNH2 ---> H-C=C-H + NaNH2 --> C2H2 | | -NaCl | H H -NH2-H H vicinales Halogenalken Alkin Dihalogenalkan als Zwischenprodukt
wichtige Reaktionen
Hydrierung
Alkine können mit mit Hilfe der üblichen Katalysatoren wie Platin oder Paladium zu Alkanen hydriert werden. Möchte man allerdings die Reaktion auf der Stufe der Alkene anhalten, muss man den Lindlar-Katalysator verwenden und man erhält cis-Alkene. Zur Synthese von trans-Alkenen kann die Ein-Elektronen-Reduktion benutzt werden. Dabei wird Na in flüssigen Ammoniak gelöst. Die freien Elektronen reduzieren das Alkin zum Radikal-Anion. Anschließend wird das Radikal-Anion protoniert. Nach einer weitere Reduktion und Protonierung entsteht mit hoher Selektivität das trans-Alken.
natürliche Vorkommen
Alkine sind in der Natur nicht sehr verbreitet (lediglich 1000 Verbindungen sind bekannt) und davon sind auch nur einige wenige physiologisch aktiv. Die übrigen wirken meist als Fungizide oder als Verteidigungsgift oder Schleimhaut-Reiz-Stoff. Die Haut der Pfeilgiftfrösche beispielsweise sekregiert Hystrionicotoxin eine Substanz die zwei Alkingruppen enthält und den Frosch vor Säugetieren und Reptilien schützt.
Bedeutung
Von technischer Bedeutung sind lediglich Ethin (häufig auch Acetlylen) und Propin, sie werden unter anderem als Schweißgas verwendet, da die Flammen dieser extrem heiß (über 2500°C) werden. Ethin ist in der chemischen Industrie von hoher Bedeutung zur Herstellung von vielen weiteren Verbindungen etwa Acrylsäure oder Acrylamid. Auch 2-Butin-1,4-diol ist ein Vorläufer für die Herstellung von Tetrahydrofuran (THF).