Ankin (Alkyne)

Ankin là một loại hiđrocacbon không no, mạch hở, chứa ít nhất một liên kết ba giữa hai nguyên tử cacbon. Chúng thuộc dãy đồng đẳng của axetilen ($C_2H_2$). Công thức tổng quát của ankin là $CnH{2n-2}$ (với n ≥ 2).

Cấu tạo

Liên kết ba trong ankin bao gồm một liên kết $\sigma$ và hai liên kết $\pi$. Hai liên kết $\pi$ nằm trong hai mặt phẳng vuông góc với nhau. Sự hiện diện của liên kết ba làm cho ankin có tính chất hóa học đặc trưng, đó là khả năng tham gia phản ứng cộng và phản ứng thế với kim loại kiềm. Do mật độ electron ở liên kết ba lớn nên ankin dễ dàng tham gia phản ứng cộng. Ví dụ, ankin có thể cộng với hiđro, halogen (như $Br_2, Cl_2$), và hiđro halogenua (như $HCl, HBr$). Ngoài ra, nguyên tử H liên kết trực tiếp với nguyên tử C mang liên kết ba có tính axit yếu, thể hiện qua phản ứng thế với kim loại kiềm như natri hoặc bạc.

Ví dụ

Axetilen ($C_2H_2$): $H-C \equiv C-H$
Propin ($C_3H_4$): $CH_3-C \equiv C-H$

Danh pháp

Danh pháp IUPAC

Danh pháp IUPAC của ankin tuân theo các quy tắc sau:

Chọn mạch cacbon dài nhất chứa liên kết ba làm mạch chính.
Đánh số thứ tự các nguyên tử cacbon trong mạch chính sao cho vị trí liên kết ba có số nhỏ nhất. Nếu có nhiều nhánh giống nhau, đánh số sao cho tổng vị trí các nhánh là nhỏ nhất.
Đặt tên theo công thức: Số chỉ vị trí nhánh – tên nhánh + tên mạch chính + số chỉ vị trí liên kết ba + in. Tên mạch chính được xác định dựa trên số lượng nguyên tử cacbon và tận cùng bằng “in”. Ví dụ, mạch 2 cacbon là etin, mạch 3 cacbon là propin, mạch 4 cacbon là butin, v.v.

Ví dụ

$CH_3-C \equiv C-CH_3$: But-2-in
$CH_3-CH_2-C \equiv CH$: But-1-in
$CH_3-C \equiv C-CH(CH_3)_2$: 4-Metyl-pent-2-in

Danh pháp thông thường

Một số ankin có tên gọi thông thường, ví dụ như axetilen cho $C_2H_2$. Các ankin khác có thể được coi là dẫn xuất của axetilen, tuy nhiên cách gọi này ít được sử dụng.

Tính chất vật lý

Tương tự ankan và anken, ankin có nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy tăng dần theo chiều tăng của phân tử khối. Các ankin có phân tử khối thấp là chất khí, các ankin có phân tử khối cao hơn là chất lỏng hoặc chất rắn. Ankin không tan trong nước nhưng tan trong các dung môi hữu cơ không phân cực như benzen, ete, và các ankin khác. Khối lượng riêng của ankin nhỏ hơn nước.

Tính chất hóa học

Do có liên kết ba, ankin thể hiện tính chất hóa học đặc trưng của hiđrocacbon không no, chủ yếu là phản ứng cộng và phản ứng thế với kim loại kiềm.

Phản ứng cộng

Ankin có thể tham gia phản ứng cộng với nhiều chất khác nhau như: $H_2$, halogen ($X_2$), hiđro halogenua (HX), nước.

Cộng hiđro: $C_nH_{2n-2} + 2H_2 \rightarrow C_nH_{2n+2}$ (xúc tác Ni, $t^o$)
Cộng halogen: $C_nH_{2n-2} + 2X_2 \rightarrow C_nH_{2n-2}X_4$
Cộng hiđro halogenua: $C_nH_{2n-2} + 2HX \rightarrow C_nH_{2n}X_2$
Cộng nước (hiđrat hóa): $C_nH_{2n-2} + H_2O \rightarrow C_nH_{2n}O$ (xúc tác $HgSO_4$, $H_2SO_4$, $t^o$) (andehit hoặc xeton)

Phản ứng thế

Ankin có liên kết ba đầu mạch ($R-C \equiv CH$) có tính axit yếu, thể hiện qua phản ứng thế nguyên tử H bằng kim loại.

Phản ứng với dung dịch $AgNO_3$ trong amoniac: $R-C \equiv CH + AgNO_3 + NH_3 \rightarrow R-C \equiv CAg \downarrow + NH_4NO_3$

Phản ứng oxi hóa

Ankin dễ bị oxi hóa bởi dung dịch $KMnO_4$. Phản ứng này thường được dùng để nhận biết ankin. Trong môi trường trung tính hoặc bazơ, liên kết ba bị đứt ra tạo thành axit.

Tóm tắt về Ankin

Ankin là hiđrocacbon không no, mạch hở, chứa ít nhất một liên kết ba C≡C. Công thức tổng quát của ankin là $CnH{2n-2}$ (với n ≥ 2). Liên kết ba này chính là đặc điểm cấu tạo quan trọng nhất, quyết định tính chất hóa học đặc trưng của ankin. Hãy nhớ rằng hai nguyên tử cacbon tham gia liên kết ba ở trạng thái lai hoá $sp$.

Tính chất hóa học nổi bật của ankin là phản ứng cộng. Giống như anken, ankin có thể cộng $H_2$, halogen ($X_2$), HX. Tuy nhiên, do có liên kết ba, ankin có thể cộng 2 phân tử các chất này. Đặc biệt, phản ứng cộng nước vào ankin tạo ra anđehit hoặc xeton, đây là điểm khác biệt so với anken. Một tính chất quan trọng nữa là phản ứng thế với kim loại của ankin đầu mạch (R-C≡CH). Phản ứng này được dùng để nhận biết ankin đầu mạch.

Ankin có nhiều ứng dụng quan trọng trong đời sống và sản xuất. Axetilen ($C_2H_2$) được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hàn cắt kim loại. Ngoài ra, ankin còn là nguyên liệu quan trọng để tổng hợp nhiều hợp chất hữu cơ khác. Khi làm việc với ankin, cần đặc biệt chú ý đến tính dễ cháy nổ của chúng.

Tài liệu tham khảo:

Hóa học hữu cơ, Tập 1, Hoàng Nhâm, Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam.
Hóa học 11, Bộ Giáo dục và Đào tạo.
Organic Chemistry, Paula Yurkanis Bruice.

Câu hỏi và Giải đáp

Tại sao ankin đầu mạch có tính axit yếu, trong khi ankan và anken thì không?

Trả lời: Tính axit yếu của ankin đầu mạch xuất phát từ nguyên tử H liên kết với nguyên tử C mang liên kết ba. Do nguyên tử C này ở trạng thái lai hoá sp (có 50% orbital s), độ âm điện của nó lớn hơn so với C lai hoá $sp^2$ (trong anken) và $sp^3$ (trong ankan). Do đó, liên kết C-H trong ankin đầu mạch phân cực mạnh hơn, nguyên tử H linh động hơn và có thể bị thay thế bởi kim loại.

So sánh khả năng phản ứng cộng của ankin và anken với cùng một loại tác nhân, ví dụ $Br_2$.

Trả lời: Cả ankin và anken đều dễ dàng tham gia phản ứng cộng với $Br_2$. Tuy nhiên, do có hai liên kết $\pi$, ankin có thể cộng hai phân tử $Br_2$ trong khi anken chỉ cộng một phân tử. Phản ứng cộng $Br_2$ vào ankin thường xảy ra theo hai giai đoạn: giai đoạn đầu cộng một phân tử $Br_2$ tạo thành dẫn xuất đibrom, giai đoạn sau cộng tiếp phân tử $Br_2$ thứ hai tạo thành dẫn xuất tetrabrom.

Ngoài phản ứng cộng và thế, ankin còn có phản ứng nào khác đáng chú ý?

Trả lời: Ankin còn có phản ứng đime hóa và trime hóa. Ví dụ, axetilen có thể đime hóa tạo thành vinylaxetilen ($CH_2=CH-C\equiv CH$) và trime hóa tạo thành benzen ($C_6H_6$). Phản ứng trime hóa axetilen thành benzen là một phản ứng quan trọng trong công nghiệp hóa chất.