Alkinler: Yapısı, Adlandırılması ve Temel Tepkimeleri

Alkinlerin tanımı ve yapısal özellikleri

Alkinler, yapısında en az bir karbon-karbon üçlü bağı bulunan hidrokarbonlardır. Hidrokarbon yalnızca karbon ve hidrojen atomlarından oluşan bileşik olduğundan alkinlerde oksijen, azot veya halojen gibi başka atomlar bulunmaz. Üçlü bağ, alkinleri tek bağ içeren alkanlardan ve çift bağ içeren alkenlerden ayıran temel yapısal özelliktir. En basit alkin etin, C2H2 formüllü bileşiktir ve asetilen adıyla da bilinir.

Üçlü bağdaki iki karbon atomu arasında bir sigma bağı ve iki pi bağı bulunur. Sigma bağı, atomların bağ ekseni doğrultusunda örtüşmesiyle oluşurken pi bağları bu eksene farklı yönlerde gerçekleşen örtüşmelerden kaynaklanır. Üçlü bağın iki pi bağı içermesi, alkinlerin katılma tepkimelerinde iki aşamaya elverişli olmasının temel nedenidir. Bu nedenle alkinler, benzer biçimde doymamış hidrokarbon olan alkenlere kimyasal davranış bakımından benzer; ancak üçlü bağın yapısı nedeniyle daha fazla katılma kapasitesine sahiptir.

Üçlü bağa katılan karbonlar doğrusal bir düzen oluşturur ve bağ açısı 180° olur. Örneğin etinde yapı H–C≡C–H biçimindedir; üçlü bağın iki yanındaki karbon-hidrojen bağları aynı doğru üzerinde düşünülür. Daha uzun zincirlerde de üçlü bağın bulunduğu bölge doğrusal kalırken, üçlü bağdan uzaklaşan karbonların geometrisi farklı olabilir. sp hibritleşmesi ve üçlü bağın geometrisi bu doğrusal yapıyı açıklayan kavramlardır; burada yalnızca üçlü bağ çevresindeki karbonların doğrusal düzen oluşturduğu bilinmelidir. Alkinlerin elde edilme yöntemleri ise ayrı bir konudur.

Genel formül ve homolog sıra içindeki yeri

Açık zincirli ve bir üçlü bağ içeren alkinlerin genel formülü CnH2n-2'dir. Burada n, moleküldeki karbon atomu sayısını gösterir. Buna göre iki karbonlu en basit alkinin formülü C2H2, üç karbonlu alkinin formülü C3H4 ve dört karbonlu alkinin formülü C4H6 olur. Formül, yalnızca açık zincirli ve tek üçlü bağ taşıyan alkinler için kullanılır.

Alkinler, hidrokarbonların homolog serilerinden biridir. Aynı serideki ardışık üyelerin formülleri arasında CH2 farkı bulunur; örneğin etin C2H2, propin C3H4 ve bütin C4H6 şeklinde ilerler. Alkanlar yalnızca tek bağ içerir ve genel formülleri CnH2n+2'dir; alkenlerde ise bir çift bağ bulunduğunda genel formül CnH2n olur. Üçlü bağ, iki doymamışlık birimi oluşturduğu için alkinlerin hidrojen sayısı aynı karbon sayısındaki alkenlere göre iki daha azdır.

Alkinlerin IUPAC adlandırılması

Alkinlerin IUPAC adlandırılmasında önce üçlü bağı içeren en uzun karbon zinciri seçilir. Zincirdeki karbonlar, üçlü bağın en küçük numarayı alacağı yönden numaralandırılır. Ana zincirin karbon sayısına karşılık gelen köke, üçlü bağı belirten “-in” eki getirilir. Üçlü bağın başladığı karbonun numarası da adın içine yazılır. Böylece yalnızca zincirin uzunluğu değil, üçlü bağın konumu da gösterilmiş olur.

İki karbonlu zincir etin, üç karbonlu zincir propin olarak adlandırılır. Dört karbonlu zincirde üçlü bağ uçta bulunuyorsa yapı CH≡C–CH2–CH3 olur ve adlandırma 1-bütin şeklindedir. Üçlü bağın zincirin ortasında olduğu CH3–C≡C–CH3 yapısı ise 2-bütindir. Her iki bileşik de dört karbonlu olmasına rağmen üçlü bağın konumu farklıdır; bu yüzden farklı adlara sahiptir. Numaralandırmada amaç, üçlü bağın başlangıç numarasını mümkün olan en küçük değere indirmektir.

Zincirde dallanma varsa yine önce üçlü bağı içeren en uzun zincir ana zincir olarak seçilir. Daha sonra zincir, üçlü bağın en küçük numarayı alacağı yönden numaralandırılır ve dallar uygun numaralarla belirtilir. Lise düzeyindeki basit örneklerde en önemli kontrol, seçilen zincirin üçlü bağı gerçekten içermesi ve numaralandırmanın üçlü bağa en yakın uçtan başlatılmasıdır. Alkin adlandırmasında çift bağlar için kullanılan “-en” eki yerine üçlü bağı gösteren “-in” eki kullanılır.

Temel fiziksel ve kimyasal özellikleri

Alkinler yalnızca karbon ve hidrojenden oluştukları için hidrokarbonların genel özelliklerini taşır. Homolog sırada karbon sayısı arttıkça moleküllerin büyüklüğü ve moleküller arası çekimlerin etkisi genel olarak artar; bu nedenle fiziksel özellikler, örneğin uçuculuk ve kaynama davranışı, sıradaki üyeye göre değişir. Alkinlerin üçlü bağ içeren bölgesi doğrusal yapıdadır. Etin, C2H2 formüllü en küçük alkin olarak bu serinin başlangıcını oluşturur.

Kimyasal açıdan alkinlerin en belirgin özelliği doymamış olmalarıdır. Üçlü bağdaki iki pi bağı, bağın üzerine yeni atom veya atom gruplarının eklenmesine izin verir. Bu yüzden alkinler katılma tepkimeleri verir ve üçlü bağdaki iki pi bağı nedeniyle uygun koşullarda birden fazla katılma aşaması gerçekleşebilir. Hidrojen ve brom gibi maddelerin alkinlere katılması bu davranışın örnekleridir. Tepkime mekanizmaları ve ürün yönelimi, ayrı bir ileri konu olarak ele alınır.

Alkinler yanmaya da elverişlidir. Asetilenin yüksek yanma ısısından yararlanan asetilen hamlacı, alkinlerin bu özelliğinin günlük yaşamdaki ve teknolojideki somut kullanımına örnektir.

Alkinlerin temel katılma tepkimeleri

Katılma tepkimesinde üçlü bağdaki pi bağlarından yararlanılarak başka bir maddeye ait atomlar karbon zincirine eklenir. Alkinlerde üçlü bağ iki pi bağı içerdiği için katılma tek aşamayla sınırlı kalmayabilir. Bir mol hidrojen veya halojen önce üçlü bağı çift bağa dönüştürecek biçimde eklenebilir; uygun koşullarda ikinci bir mol reaktifin katılmasıyla çift bağ da tek bağa dönüşebilir. Böylece alkinlerin katılma kapasitesi, yapılarındaki iki pi bağıyla ilişkilidir.

Hidrojen katılmasına örnek olarak etin verilebilir. Etine bir mol hidrojen katıldığında etene, ikinci bir mol hidrojen katıldığında etana ulaşılır: HC≡CH + H2 → CH2=CH2; CH2=CH2 + H2 → CH3–CH3. Bu gösterimde ilk aşamada üçlü bağın bir pi bağı, ikinci aşamada kalan doymamışlık giderilir. Tepkime denklemleri yazılırken karbon ve hidrojen atomlarının her iki tarafta eşit olmasına dikkat edilir.

Halojenler de üçlü bağa katılabilir. Örneğin etine brom eklenmesiyle önce brom atomlarının üçlü bağın iki karbonuna bağlandığı dibromoetene karşılık gelen bir ürün oluşur; bromun daha fazla katılmasıyla doymamışlık tamamen giderilebilir. Bu nedenle brom çözeltisinin renginin giderilmesi, doymamış bağların varlığıyla ilişkilendirilen temel bir gözlemdir.

Su da alkinlerin üçlü bağına katılabilen maddeler arasındadır. Bu tepkimede su molekülünden gelen hidrojen ve hidroksil grubu üçlü bağ bölgesine eklenir; ancak ürün yönelimi ve tepkime mekanizması bu temel düzeyin dışındadır. Alkinlere hidrojen, halojen veya su katılması örneklerinde ortak nokta, üçlü bağın daha doymuş bir yapıya doğru değişmesidir.

Terminal ve iç alkin ayrımı

Üçlü bağın karbon zincirindeki konumuna göre alkinler terminal ve iç alkin olarak ayrılır. Üçlü bağ zincirin ucunda bulunuyorsa terminal alkin, zincirin iki karbon grubunun arasında bulunuyorsa iç alkin adını alır. Terminal alkinlerde üçlü bağın bir ucunda hidrojen bulunur; iç alkinlerde ise üçlü bağın iki karbonu da zincirin başka karbonlarına bağlıdır.

Etin, HC≡CH, terminal alkinlere örnektir; çünkü üçlü bağın her iki ucu da zincirin sonundadır. 1-bütin, CH≡C–CH2–CH3, terminaldir ve üçlü bağ zincirin birinci karbonundan başlar. 2-bütin, CH3–C≡C–CH3, iç alkindir; üçlü bağ zincirin ortasında yer alır. Bu ayrım adlandırmada da görülür: bağın numarası zincirin ucunda 1, ortasında ise 2 olabilir. Terminal alkinlerin asitliği ve asetilür oluşumu ayrı bir başlığın konusudur.