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jueves, 24 de marzo de 2022

4. Propiedades físicas | ☣️ Alquinos | Joseleg

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Las propiedades físicas de los alquinos son similares a las de los alcanos y alquenos con esqueletos de carbono análogos. Los alquinos de bajo peso molecular son gases a temperatura ambiente. Los que son líquidos a temperatura ambiente tienen densidades inferiores a 1.0 g/mL (menos densos que el agua, y por lo tanto flotan en ella formando una mezcla heterogénea). En la tabla siguiente se enumeran los puntos de fusión, los puntos de ebullición y las densidades de varios alquinos de bajo peso molecular.

Tabla 41. Propiedades físicas de algunos equinos de bajo peso molecular. melting Point significa punto de fusión, boiling Point significa punto de ebullición, density at 20 °C significa densidad a 20° Celsius.

Debido a que los alquinos, como los alcanos y los alquenos, son compuestos no polares, son insolubles en agua y otros solventes polares. Son solubles entre sí y en otros disolventes orgánicos no polares.

3. Nomenclatura | ☣️ Alquinos | Joseleg

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Aunque la nomenclatura de los alquinos es altamente es semejante o homóloga a la nomenclatura de los alquenos, la diferencia primordial radica en que los alquinos no forman estereoisómeros, por lo que básicamente es una nomenclatura homóloga a la de los alquenos pero más sencilla.

Estructura y nombre base del hidruro progenitor

Un alquino designa a dos carbonos que poseen un enlace triple entre ellos C≡C, este enlace no puede girar, pero a diferencia de los alquenos, no es posible la generación de estereoisómeros, debido a que la geometría molecular es recta.

Para el nombre base de un alquino lineal lo que vamos a hacer es asumirlo como si se tratara de un sustituyente, que se encuentra ubicado justo en el primer carbono que está involucrado en el enlace triple. La dirección de conteo será la que le asigne a este primer carbono triple enlace el número de posición más bajo.  El nombre de sustituyente es ino y se remplaza por el ano de los alcanos.

Existe dos maneras de ensamblar el nombre, en la forma vieja el indicador de posición va antes del nombre base, mientras que, en la forma nueva, el indicador de posición va después del nombre que indica la cantidad de carbonos de la cadena más larga.

3.1 (IUPAC viejo) 2-pentino; (IUPAC nuevo) Pent-2-ino.

Tenga en cuenta que la nomenclatura IUPAC antigua aunque no es actualmente aconsejada por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada, pero si es la nomenclatura preferente en los libros de texto.

Grupos alquilo como sustituyentes

El detalle importante es, que desde que no existan sustituyentes con mayor rango, la numeración siempre se realiza con respecto al triple enlace, lo que implica que solo existe un marco de referencia en los alquinos. Las ramificaciones normales son grupos alquilo, y esa nomenclatura la tratamos ya. Ubicar la posición de los sustituyentes (ramificaciones) y nombrarlas, según la nomenclatura de los grupos alquilo o grupos alquilo ramificados, según sea el caso. Luego se colocan los nombres de las ramificaciones y se las ordena en el nombre igual que como se hace con los alcanos ramificados.

Tenga en cuenta que debido a la restricción de los cuatro enlaces o tetra valencia del carbono, los dos carbonos involucrados en el triple enlace no pueden poseer ramificaciones directamente, de lo contrario tendríamos un carbono pentavalente que no es viable.

3.2 (IUPAC viejo) 4-metil-2-pentino; (IUPAC nuevo) 4-metilpent-2-ino.

Más de un triple enlace

En caso de que existan más de un triple enlace, se expresa esto mediante el uso de prefijos di, tri, tetra etc. En caso de que existan dos triples enlaces, se empieza a numerar en la punta más próxima al doble enlace más cercano, de modo tal que el primer número sea el más pequeño posible. Lo mismo si tenemos tres triples enlaces o más. Adicionalmente el nombre que indica la cantidad de carbonos deberá venir acompañado de una vocal: met(a), et(a), prop(a), pent(a) .... non(a) etc. Esta vocal solo aparece cuando el nombre que indica la cantidad de enlaces (eno, ino) viene precedido de prefijos de repetición como en (diino).

3.3 (IUPAC viejo) 1,3-pentadiino; (IUPAC nuevo) penta-1,3-diino.

Ciclo alquinos

Debido a la alta inestabilidad de los ciclosalquinos, su nomenclatura se restringe a los monociclosalquinos, Que sigue la regla de colocar el prefijo ciclo y el nombre de la molécula como si fuera lineal.

2. El triple enlace | ☣️ Alquinos | Joseleg

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En el acetileno (atino), los ángulos de enlace H–C≡C son 180°. En virtud de este ángulo de enlace, los alquinos tienen forma de varilla, en otras palabras el triple enlace es recto. En consecuencia, los alquinos cíclicos son raros, y la torsión forzada que se genera en el triple enlace hace que las moléculas sean altamente inestables como en el caso de la hipotética molécula de bencina. La distancia del enlace C≡C de 121 picómetros es mucho más corta que la distancia C=C en los alquenos (134 pm) o el enlace C–C en los alcanos (153 pm).

Entalpía de disociación

El triple enlace es muy energético con 966 kJ/mol de entalpía para disociarlo, cuando lo comparamos con el enlace doble 727 kJ/mol o con el enlace simple 369 kJ/mol en los alquenos y alcanos respectivos.  El enlace sigma contribuye con 369 kJ/mol, el primer enlace pi contribuye con 268 kJ/mol y el segundo enlace pi con una fuerza de enlace de 202 kJ/mol.

Tipos de enlace

El enlace generalmente se analiza en el contexto de la teoría de los orbitales moleculares, que reconoce que el triple enlace surge de la superposición de los orbitales s y p. En el lenguaje de la teoría del enlace de valencia, los átomos de carbono en un enlace alquino tienen hibridación sp: cada uno tiene dos orbitales p no hibridados y dos orbitales híbridos sp. La superposición de un orbital sp de cada átomo forma un enlace sp-sp sigma. Cada orbital p en un átomo se superpone con uno en el otro átomo, formando dos enlaces pi, dando un total de tres enlaces. El orbital sp restante en cada átomo puede formar un enlace sigma con otro átomo, por ejemplo, con átomos de hidrógeno en el acetileno original. Los dos orbitales sp se proyectan en lados opuestos del átomo de carbono.

Triple enlace terminal

Los alquinos internos presentan sustituyentes de carbono en cada carbono acetilénico. Los ejemplos simétricos incluyen difenilacetileno y 3-hexino. Los alquinos terminales tienen la fórmula RC2H. Un ejemplo es el metilacetileno (propino usando la nomenclatura IUPAC).

Los alquinos terminales, como el propio acetileno, son ligeramente ácidos, con valores de pKa de alrededor de 25. Son mucho más ácidos que los alquenos y los alcanos, que tienen valores de pKa de alrededor de 40 y 50, respectivamente. El hidrógeno ácido en los alquinos terminales puede ser reemplazado por una variedad de grupos que dan como resultado halo-, silil- y alcoxoalquinos, que son básicamente sales alquinos. Los carbaniones generados por la desprotonación de alquinos terminales se denominan acetiluros.

Triple enlace en ciclos

El cicloalquino más pequeño que se ha aislado es el ciclooctino. Esta molécula es bastante inestable y polimeriza rápidamente a temperatura ambiente. Se calcula que el ángulo de enlace H–C≡C en ciclooctino es de aproximadamente 155°, lo que indica un alto grado de deformación angular con respecto al ángulo nativo de 180°. También se ha preparado ciclononino y es estable a temperatura ambiente. Los ángulos de enlace H–C≡C calculados en este cicloalquino son de aproximadamente 160°, lo que aún representa una distorsión considerable de los 180° óptimos

1. Introducción | ☣️ Alquinos | Joseleg

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En química orgánica, un alquino es un hidrocarburo insaturado que contiene al menos un triple enlace carbono-carbono. Los alquinos acíclicos más simples con un solo triple enlace y ningún otro grupo funcional forman una serie homóloga con la fórmula química general CnH2n-2. Los alquinos se conocen tradicionalmente como acetilenos, aunque el nombre acetileno también se refiere específicamente al etino C2H2. Al igual que otros hidrocarburos, los alquinos son generalmente hidrofóbicos.

En este capítulo, continuamos nuestra discusión de la química de los enlaces pi carbono-carbono mientras consideramos ahora la química de los alquinos. Debido a que los alquenos y los alquinos son similares en el sentido de que el enlace múltiple en cada uno es una combinación de enlaces sigma (primer enlace simple o eje) y pi (enlaces secundarios), ambos tipos de grupos funcionales experimentan reacciones químicas similares.

Los alquinos sufren adiciones electrófilas de X2, HX y H2O. Se someten a hidroboración-oxidación, y el triple enlace carbono-carbono se puede reducir primero a un enlace doble y luego a un enlace simple. Una reacción importante de los alquinos que no es típica de los alquenos es la conversión de los alquinos terminales en sus sales de metales alcalinos, que son buenos nucleófilos y, por lo tanto, valiosos bloques de construcción para la construcción de moléculas más grandes mediante la formación de enlaces carbono-carbono.

Archibald Scott Couper

(31 de marzo de 1831 - 11 de marzo de 1892) fue un químico escocés que propuso una de las primeras teorías de la estructura química y los enlaces. Desarrolló los conceptos de átomos de carbono tetravalentes que se unen para formar moléculas grandes, y que el orden de enlace de los átomos en una molécula se puede determinar a partir de la evidencia química.

Couper era el único hijo superviviente de un rico propietario de una fábrica textil cerca de Glasgow. Estudió en las universidades de Glasgow y Edimburgo e intermitentemente en Alemania durante los años 1851-54. Comenzó el estudio formal de química en la Universidad de Berlín en el otoño de 1854, luego en 1856 ingresó al laboratorio privado de Charles Adolphe Wurtz en la Facultad de Medicina de París (ahora la Universidad de París V: René Descartes).

Couper publicó su "Nueva teoría química" en francés de forma resumida el 14 de junio de 1858, luego en documentos detallados simultáneamente en francés e inglés en agosto de 1858.

La idea de Couper de que los átomos de carbono pueden unirse entre sí

 August Kekulé que proponía el mismo concepto. (Kekulé ya había propuesto la tetravalencia del carbono en 1857.) Sin embargo, debido a un malentendido con Wurtz, el artículo de Kekulé apareció impreso primero, en mayo de 1858, y así Kekulé capturó la prioridad para el descubrimiento de la autounión de Átomos de carbón. Cuando Couper enfrentó enojado a Wurtz, Wurtz lo expulsó del laboratorio.

En diciembre de 1858, Couper recibió una oferta de lectorado de la Universidad de Edimburgo. Sin embargo, la salud de Couper comenzó a decaer tras su decepción. En mayo de 1859 sufrió una crisis nerviosa e ingresó en una institución como paciente privado. Liberado en julio de 1859, casi de inmediato sufrió una recaída —se dice que fue por una insolación— y fue tratado nuevamente hasta noviembre de 1862. Pero ahora su salud estaba quebrantada y no hizo ningún trabajo más serio, pasando los últimos 30 años de su vida al cuidado de su madre.

La investigación de Couper difería de la de Kekulé en varios aspectos. Estaba abierto a la idea del carbono divalente, mientras que Kekulé no lo estaba. Proporcionó muchas más fórmulas resueltas en su artículo que las que había hecho Kekulé, y en dos casos incluso sugirió fórmulas (hetero) cíclicas, que podrían haber influido en Kekulé en su sugerencia posterior del anillo de benceno. Couper adoptó el peso atómico del oxígeno como 8 en lugar de 16, por lo que hay el doble de átomos de oxígeno en las fórmulas de Couper que en las de Kekulé. Finalmente, Couper usó líneas de puntos o guiones entre los átomos en sus fórmulas, aproximándose a la apariencia de estilos de fórmula posteriores. En este sentido, su trabajo probablemente influyó en los primeros teóricos estructurales Aleksandr Butlerov y Alexander Crum Brown.