Trong hóa học hữu cơ, ankin (tiếng Anh: alkyne /ˈæl.kaɪn/) là một hydrocacbon không no có chứa liên kết ba giữa các nguyên tử cacbon (CC). Một số ankin tiêu biểu axetilen (CHCH), propin (CHC-CH3), but-1-in (CHC-CH2CH3)... tạo thành dãy đồng đẳng ankin với công thức tổng quát CnH2n-2 (n 2).

Đèn khí axetilen (tiếng Anh: carbide lamp) là một loại đèn được thắp bởi ngọn lửa từ phản ứng cháy của axetilen với khí oxy, trong đó axetilen được sinh ra từ phản ứng giữa đất đèn (thành phần chính là canxi cacbua, CaC2) với nước.

Khái quát chungSửa đổi

Dãy đồng đẳng và danh pháp của ankin có một liên kết baSửa đổi

Dãy đồng đẳng của ankin bao gồm axetilen, propin, but-1-in, but-2-in... với công thức tổng quát như đã đề cập ở trên. Tên thông thường của ankin là tên gốc của hydrocacbon kết hợp với hậu tố "axetylen). Thí dụ: CH CH (axetilen), CH3C CH (metylaxetilen), CH3C CCH2CH3 (etylmetylaxetilen), v.v..

Ngoài ra, tên của ankin còn được xác định bởi danh pháp thay thế (theo quy ước của IUPAC) như sau: tên của ankin xuất phát từ tên của ankan tương ứng (gốc ankyl) chỉ đổi hậu tố -an thành -in và có thêm số chỉ vị trí của liên kết ba (ở giữa gốc ankyl và hậu tố -in, gốc ankyl-số chỉ vị trí-in) khi cần thiết. Ví dụ: CH CH (etin), CH C-CH3 là propin, CH CCH2CH3 (but-1-in), CH3C CCH3 (but-2-in)... Sở dĩ thêm số chỉ vị trí vì but-1-in và but-2-in là hai chất khác nhau (hai chất đồng phân vị trí liên kết bội của nhau) có tính chất khác nhau hoàn toàn như but-1-in có thể tham gia phản ứng thế với AgNO3 trong môi trường NH3 trong khi but-2-in thì không.

 
Công thức cấu tạo của phân tử (trừ trên xuống): axetilen, but-1-in, but-2-in, công thức tổng quát của ank-1-in.

Đồng phânSửa đổi

Hai hợp chất ankin đầu dãy là C2H2 (axetilen) và C3H4 (propin) không có đồng phân. Các ankin từ C4H6 trở lên có đồng phân vị trí liên kết ba và từ C5H8 có thêm cả đồng phân mạch cacbon (tương tự anken).

Ví dụ minh họa cho đồng phân vị trí liên kết bội: but-1-in và but-2-in là hai đồng phân vị trí liên kết ba của nhau trong đó ở but-1-in (CH C-CH2CH3) thì vị trí liên kết ba nằm giữa cacbon thứ nhất và cacbon thứ hai, còn but-2-in (CH3-C C-CH3) vị trí liên kết ba nằm giữa cacbon thứ hai và cacbon thứ ba.

Ví dụ minh họa cho đồng phân mạch cacbon: pent-1-in (CH C-CH2CH2CH3) và 3-metylbut-1-in (CH C-CH(CH3)-CH3), cả hai chất này đều có vị trí liên kết ba giữa nguyên tử cacbon 1 và 2 của mạch chính, trong khi đó mạch của pen-1-in là mạch thẳng còn mạch của 3-metylbut-1-in là mạch nhánh (với nhánh ở vị trí cacbon số 3).

Không giống như anken, ankin không có đồng phân hình học (cis-trans). Ngoài ra, ankin cũng không có đồng phân loại nhóm chức, đồng phân vị trí nhóm chức hay thậm chí cũng không có đồng phân quang học.

Cấu hình không gian và liên kết baSửa đổi

 
Mô hình phân tử (mô hình rỗng) biểu diễn cấu trúc không gian của axetilen (HC CH) với hidroquả cầu trắng còn cacbon là quả cầu đen. Ta thấy, các nguyên tử thẳng hàng với nhau.

Trong phân tử axetilen, góc hóa trị H-C C là 180o. Do đó khi nhìn trực diện, các phân tử ankin có dạng thẳng chứ không gấp khúc như của ankan. Hệ quả là ankin vòng rất hiếm xuất hiện.

Chiều dài của liên kết ba C C khoảng 121 picômét ngắn hơn so với C=C trong anken (khoảng 134 pm) và C-C trong ankan (153 pm). Liên kết ba khá mạnh với năng lượng liên kết là 839 kJ/mol trong đó liên kết sigma (σ) là 369 kJ/mol, liên kết pi (π) thứ nhất chiếm 268 kJ/mol, liên kết pi thứ hai là 202 kJ/mol. Theo thuyết liên kết hóa trị, trong liên kết C1 C2, một obitan lai hóa sp của nguyên tử cacbon số 1 sẽ xen phủ với một obitan lai hóa của nguyên tử cacbon số 2 tạo một liên kết sigma (ở giữa), obitan lai hóa sp còn lai của cả C1, C2 tham gia hình thành liên kết sigma với nguyên tử khác như cacbon, hydro. Còn lại hai obitan chưa lai hóa 2p của C1 có trục thẳng góc với nhau và cùng thẳng góc với trục chung của hai obitan lai hóa sp, dùng để xen phủ bên với obitan 2p chưa lai hóa của C2 tạo ra hai liên kết pi. Như vậy, trong liên kết ba C C của ankin, có một liên kết sigma (bền) nằm giữa hai hai liên kết pi (yếu).

 
Công thức cấu tạo (dạng khai triển) của vinylaxetylen

Ankin có nhiều liên kết bộiSửa đổi

Ankin có thể có nhiều liên kết ba trong phân tử, khi đó để gọi tên hợp chất, ta chỉ cần thay hậu tố -in thành -ađiin, -atriin... Ví dụ: CH CCH2CH2C CH (hexa-1,5-điin). Ngoài ra, ankin còn có thể có cả nối đôi và nối ba trong phân tử. Với tình huống này, ta sử dụng cả hậu tố "en" và "in", trong đó sau viết liên kết đôi ta sẽ viết liên kết ba. Ví dụ: CH CCH2CH2CH=CH2 (hex-5-en-1-in), CH C-CH=CH2 (but-3-en-1-in, vinylaxetilen)...

Tính chất của ankinSửa đổi

Tính chất vật lýSửa đổi

Ankin là một loại hydrocacbon không phân cực (thể hiện ở các liên kết trong ankin bao gồm CC và CH là những liên kết cộng hóa trị không phân cực) do đó chúng cũng giống như anken, ankan đều không tan trong nước (một loại dung môi phân cực). Bên cạnh đó, ankin có khối lượng riêng nhẹ hơn nước. Nhìn chung, các ankin có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và khối lượng riêng tăng theo chiều tăng của phân tử khối. Các ankin thường có nhiệt độ sôi cao hơn và khối lượng riêng lớn hơn các anken tương ứng (cùng số nguyên tử cacbon trong phân tử).

Một số thông số vật lý của ankin (Từ C2H2 đến C10H18)
Danh pháp ankin Nhiệt độ nóng chảy (oC) Nhiệt độ sôi (oC) Khối lượng riêng (g/cm3) ở 20oC
Etin -82 -75
Propin -101,5 -23
But-1-in -122 8
pent-1-in -98 40 0,695
hex-1-in -124 72 0,716
hept-1-in -80 100 0,733
oct-1-in -70 126 0,746
non-1-in 151 0,757
dec-1-in 174 0,766

Tính chất hóa họcSửa đổi

Phản ứng cộngSửa đổi

Phản ứng cộng với hydro (phản ứng hydro hóa)Sửa đổi

Khi có mặt chất xúc tác niken hoặc platin, ankin tác dụng với hidro sinh ra anken rồi ankan tương ứng. Thí dụ:  .

Tuy nhiên, khi có mặt chất xúc tác là palađi, nhất là có mặt PbCO3 (chì cacbonat) hoặc BaSO4 (bari sunfat) thì hoạt tính xúc tác của niken, platin bị giảm đi và phản ứng dừng lại ở anken:  .

Phản ứng hydro hóa chỉ làm đứt liên kết pi.

Phản ứng cộng với halogen (Br2, Cl2)Sửa đổi

Ankin cũng tham gia phản ứng cộng với halogen (như brom, clo...) tạo ra dẫn xuất halogen của hidrocacbon. Tương tự như phản ứng hidro hóa, brom và clo cũng cộng vào ankin và làm đứt liên kết pi trong phân tử:  . Nói chung,ankin làm mất màu nước chậm hơn anken và giai đoạn sau xảy ra khó khăn hơn so với giai đoạn đầu.

Phản ứng cộng với HX và quy tắc MarkovnikovSửa đổi

X có thể là gốc hydroxyl (-OH), halogenua (như bromua, clorua), muối của axit cacboxylic (như axetat).

Quy tắc MarkonikovSửa đổi

Trước khi xét quy tắc phản ứng cộng, ta cần hiểu rõ khái niệm bậc của nguyên cacbon (C). Bậc nguyên tử cacbon C trong phân tử hydrocacbon được tính bằng số liên kết của nó với các nguyên tử cacbon khác, ví dụ: trong phân tử propin: C(a)H C(b)-C(c)H3, nguyên tử cacbon ở vị trí (a) và (c) có bậc cacbon là 1 do chúng chỉ liên kết với một cacbon khác (ở vị trí (b)) trong khi bậc của nguyên tử C ở vị trí (b) là 2 do nó liên kết với hai cacbon khác (ở vị trí (a) và (c). Vậy có thể hiểu nôm na, cacbon bậc càng cao thì liên kết với nguyên tử cacbon khác (nguyên tử hydro) càng nhiều (ít).

Đối với ankin mà các cacbon tham gia nối ba có cùng bậc cabon (bậc 1) thì sản phẩm phản ứng cộng HX của nó trong nhiều trường hợp tạo ra sản phẩm duy nhất. Ví dụ phản ứng cộng giữa CH CH với HCl chỉ tạo ra một sản phẩm duy nhất là vinyl clorua (CH2=CH-Cl) hay giữa but-2-en (CH3-C C-CH3) thì cũng tạo ra sản phẩm duy nhất là CH3CCl=CHCH3.

Đối với ankin mà các cacbon tham gia vào nối ba có bậc cacbon khác nhau thì sẽ tạo ra cùng lúc hai loại sản phẩm là sản phẩm chính và sản phẩm phụ. Để xác định đâu là sản phẩm chính, đâu là sản phẩm phụ ta sử dụng quy tắc Maccôpnhicôp (Markonikov). Theo quy tắc này, trong phản ứng cộng giữa ankin và HX, proton H sẽ có xu hướng cộng vào cacbon bậc thấp (nhiều hydro hơn/ cacbon âm hơn) trong khi phần tử tích điện âm X có xu hướng cộng vào cacbon bậc cao (liên kết với nhiều cacbon hơn/ cacbon dương hơn). Ví dụ: xét propin (C(1)H C(2)-CH3), cacbon (1) có bậc 1 trong khi cacbon (2) có bậc (2) nên khi tham gia phản ứng cộng với HBr, cation H+ có xu hướng cộng với cacbon bậc thấp hơn là cacbon C1 (bậc 1) trong khi anion Br- cộng với cacbon bậc cao hơn (ở đây là cacbon C2), do đó sản phẩm chính sẽ là CH2=CBr-CH3. Thêm ví dụ nữa: phản ứng cộng giữa but-1-in (CH C-CH2CH3) với axit clohydric sẽ tạo ra sản phẩm chính là CH2=CClCH2CH3.

Ngoại trừ HCl, khi bổ sung peroxit (có công thức tổng quát là R - O - O - R', với R, R' có thể là hydrocacbon) thì phản ứng sẽ diễn ra theo nguyên tắc ngược lại quy tắc trên (gọi là quy tắc anti-Markonikov). Ví dụ: phản ứng cộng giữa propin (CH C-CH3) và HBr (axit bromhydric), thông thường sản phẩm chính là CH2=CBr-CH3), nhưng khi bổ sung peroxit thì sản phẩm chính sẽ là CHBr-CH-CH3.

Phản ứng cộng với halogenuaSửa đổi
 
Nhựa PVC (poly(vinyl clorua)) là một loại nhựa tổng hợp phổ biến được sử dụng để làm ống dẫn nước thải vì chi phí thấp, bền. Poly(vinyl clorua) là sản phẩm phản ứng trùng hợp vinyl clorua (CH2=CH-Cl).

Với phản ứng cộng halogenua cũng xảy ra hai giai đoạn như phản ứng cộng với halogen và giai đoạn sau khó hơn giai đoạn trước. Thí dụ:  . Trong phản ứng trên, axetilen tham gia phản ứng cộng HCl làm đứt một liên kết pi, tạo ra vinyl clorua (CH2=CH-Cl), nếu tiếp tục cho vinyl clorua tiếp tục phản ứng cộng với HCl thì sẽ tạo ra dẫn xuất halogen no CH3CHCl2 (1,1-đicloroetan). Vinyl clorua là hợp chất được ứng dụng trong công nghiệp để tổng sản xuất chất poly(vinyl clorua), thường viết tắt là nhựa PVC. Trong kỹ thuật, để điều chế vinyl clorua, người ta cho hỗn hợp axetilen và axit clohydric (HCl) với tỉ lệ thể tích (hoặc số mol) 1: 1 đi qua chất xúc tác HgCl2 ở nhiệt độ từ 150 - 200oC.

Với Thuốc tím (KMnO4)

+, Trong môi trường không axít: 3C2H2 + 8KMnO4 ----> 3KOOC-COOK + 2KOH + 8MnO2 + 2H2O

+, Trong môi trường có axít H2SO4: 5C2H2 + 8KMnO4 + 12H2SO4 ---> 5(COOH)2 + 4K2SO4 + 8MnSO4 + 12H2O

Phản ứng đime hóa và trime hóaSửa đổi

2C2H2 → vinyl axetilen (ĐK: CuCl, 150 độ C) 3C2H2 → C6H6 (ĐK: than hoạt tính, 600 độ C)

Phản ứng cháySửa đổi

CnH2n-2 +  O2 ----> nCO2 + (n-1)H2O

Phản ứng thế với ion kim loại

CH≡CH + 2AgNO3 +2NH3 → CAg≡CAg + 2NH4NO3

Điều chếSửa đổi

Trong công nghiệpSửa đổi

- Từ mêtan (CH4)

2 CH4 → C2H2 + 3 H2

Trong phòng thí nghiệm

- Từ đất đèn (CaC2)

CaC2 + 2 H2O → C2H2 + Ca(OH)2

Tham khảoSửa đổi

Liên kết ngoàiSửa đổi