रसायनशास्त्र अल्काइन्स

अल्काइन्स म्हणजे काय?#

अल्काइन्स हा कार्बोनचा एक वर्ग आहे ज्यामध्ये किमान एक कार्बन-कार्बन त्रिबंध असतो. ते असंतृप्त कार्बोन आहेत, म्हणजेच त्यांच्याकडे त्यांच्या कार्बन सामग्रीसाठी शक्य त्या कमाल संख्येपेक्षा कमी हायड्रोजन अणू असतात. अल्काइन्स सामान्यतः रेखीय रेणू असतात, परंतु ते शाखायुक्त किंवा चक्रीय देखील असू शकतात.

अल्काइन्सचे गुणधर्म

अल्काइन्स सामान्यतः खोलीच्या तापमानात रंगहीन वायू किंवा द्रव असतात. ते पाण्यापेक्षा कमी घनतेचे असतात आणि पाण्यात अद्राव्य असतात. अल्काइन्स अत्यंत प्रतिक्रियाशील असतात आणि सहजपणे विविध रासायनिक अभिक्रिया जसे की संयोग, प्रतिस्थापन आणि बहुलीकरण यांमधून जाऊ शकतात.

अल्काइन्सची सुरक्षा

अल्काइन्स ज्वलनशील असतात आणि श्वासावाटे घेतल्यास विषारी होऊ शकतात. अल्काइन्ससह काम करताना खालील काळजी घेणे महत्त्वाचे आहे:

• चांगल्या वायुवीजन असलेल्या भागात काम करणे: अल्काइन्सचे वाफ श्वासावाटे घेणे टाळण्यासाठी चांगल्या वायुवीजन असलेल्या भागात वापरावेत.
• संरक्षणात्मक कपडे परिधान करणे: अल्काइन्ससह काम करताना हातमोजे आणि चष्मा यांसह संरक्षणात्मक कपडे परिधान केले पाहिजेत.
• त्वचा आणि डोळ्यांशी संपर्क टाळणे: अल्काइन्स त्वचा आणि डोळ्यांना त्रास देऊ शकतात. अल्काइन्ससह काम करताना त्वचा आणि डोळ्यांशी संपर्क टाळावा.

अल्काइन्स हा कार्बोनचा एक बहुमुखी वर्ग आहे ज्याचे विविध उपयोग आहेत. ते अत्यंत प्रतिक्रियाशील असतात आणि सहजपणे विविध रासायनिक अभिक्रियांमधून जाऊ शकतात. त्यांच्या ज्वलनशीलता आणि विषारीपणामुळे अल्काइन्ससह काम करताना काळजी घेणे महत्त्वाचे आहे.

इथाईनची इलेक्ट्रॉनिक रचना#

इथाईन, ज्याला असिटिलीन असेही म्हणतात, हे C₂H₂ हे रासायनिक सूत्र असलेले एक साधे कार्बोन आहे. हा कार्बन-कार्बन त्रिबंध असलेला एक रेखीय रेणू आहे. इथाईनची इलेक्ट्रॉनिक रचना तुलनेने सोपी आहे, परंतु ती रासायनिक बंधांच्या काही मूलभूत तत्त्वांचे चांगले उदाहरण देते.

आण्विक कक्षा#

इथाईनच्या आण्विक कक्षा रेखीय अणू कक्षांच्या संयोग (LCAO) पद्धतीचा वापर करून बनवल्या जाऊ शकतात. दोन कार्बन अणू प्रत्येकी एक 2s कक्षा आणि एक 2p_z कक्षा योगदान देतात. 2s कक्षा एक बंध σ_g आण्विक कक्षा तयार करतात, तर 2p_z कक्षा दोन अपभ्रष्ट π_u आण्विक कक्षा तयार करतात. उर्वरित दोन 2p कक्षा (2p_x आणि 2p_y) बंधनात भाग घेत नाहीत.

इथाईनचा आण्विक कक्षा आकृती खाली दर्शविली आहे:

σ_g* (1s_u) π_u* (2p_x, 2p_y) π_u (2p_x, 2p_y) σ_g (2s)

σ_g आण्विक कक्षा ऊर्जेमध्ये सर्वात कमी आहे, त्यानंतर π_u आण्विक कक्षा येतात. σ_g* आण्विक कक्षा ऊर्जेमध्ये सर्वात जास्त आहे.

बंधन#

इथाईनमधील कार्बन-कार्बन त्रिबंध दोन sp संकरित कक्षांच्या अतिव्यापनाने तयार होतो. sp कक्षा एक 2s कक्षा आणि एक 2p_z कक्षा यांच्या मिश्रणाने तयार होतात. sp कक्षा अंतराआण्विक अक्षावर निर्देशित केल्या जातात आणि त्या एक मजबूत σ बंध तयार करण्यासाठी अतिव्यापित होतात.

इथाईनमधील दोन π बंध दोन 2p_x आणि 2p_y कक्षांच्या अतिव्यापनाने तयार होतात. 2p_x आणि 2p_y कक्षा अंतराआण्विक अक्षाला लंब असतात आणि त्या दोन अपभ्रष्ट π बंध तयार करण्यासाठी अतिव्यापित होतात.

इथाईनमधील त्रिबंध एकल बंध किंवा द्विबंधापेक्षा खूपच मजबूत असतो. याचे कारण असे की त्रिबंधामध्ये तीन अणू कक्षांचे अतिव्यापन समाविष्ट असते, तर एकल बंधामध्ये फक्त एक अणू कक्षेचे अतिव्यापन समाविष्ट असते आणि द्विबंधामध्ये दोन अणू कक्षांचे अतिव्यापन समाविष्ट असते.

उपयोग#

इथाईनचा उपयोग विविध औद्योगिक उपयोगांमध्ये केला जातो. त्याचा उपयोग इंधन म्हणून, इतर रसायनांच्या उत्पादनासाठी प्रारंभिक साहित्य म्हणून आणि वेल्डिंग वायू म्हणून केला जातो. इथाईनचा उपयोग प्लास्टिक, संश्लेषित रबर आणि औषधांच्या उत्पादनात देखील केला जातो.

अल्कीन्सचे नामकरण#

अल्कीन्स हे कार्बोन आहेत ज्यामध्ये किमान एक कार्बन-कार्बन द्विबंध असतो. अल्कीन्ससाठीची IUPAC नामकरण प्रणाली खालील नियमांवर आधारित आहे:

1. अल्कीनचे मूळ नाव सर्वात लांब कार्बन साखळीवरून घेतले जाते ज्यामध्ये द्विबंध असतो.
2. संयुग अल्कीन आहे हे दर्शवण्यासाठी मूळ नावात प्रत्यय “-ईन” जोडला जातो.
3. द्विबंधाचे स्थान प्रत्ययापूर्वी ठेवलेल्या संख्येद्वारे दर्शविले जाते. ही संख्या द्विबंध सुरू होणाऱ्या कार्बन अणूशी संबंधित असते.
4. जर संयुगामध्ये एकापेक्षा जास्त द्विबंध असतील, तर संख्या स्वल्पविरामाने विभक्त केल्या जातात.
5. जर द्विबंध रिंगचा भाग असेल, तर रिंगचे नाव सायक्लोअल्कीन असे दिले जाते.

अल्कीन नामकरणाची उदाहरणे#

• इथीन हे सर्वात सोपे अल्कीन आहे. त्यात दोन कार्बन अणू आणि एक द्विबंध असतो.
• प्रोपीन मध्ये तीन कार्बन अणू आणि एक द्विबंध असतो.
• 1-ब्युटीन मध्ये चार कार्बन अणू आणि एक द्विबंध असतो जो कार्बन अणू 1 वर सुरू होतो.
• 2-ब्युटीन मध्ये चार कार्बन अणू आणि एक द्विबंध असतो जो कार्बन अणू 2 वर सुरू होतो.
• सायक्लोपेंटीन हे पाच-सदस्यीय रिंग अल्कीन आहे.

प्रतिस्थापित अल्कीन्स#

अल्कीन्समध्ये प्रतिस्थापने देखील असू शकतात, जी कार्बन साखळीशी जोडलेले अणू किंवा अणूंचे गट असतात. प्रतिस्थापने खालील नियमांनुसार नावे दिली जातात:

1. प्रतिस्थापकाचे नाव अल्कीनच्या मूळ नावाच्या उपसर्ग म्हणून दिले जाते.
2. उपसर्ग मूळ नावापासून हायफनने विभक्त केला जातो.
3. जर एकापेक्षा जास्त प्रतिस्थापने असतील, तर ती वर्णक्रमानुसार सूचीबद्ध केली जातात.

प्रतिस्थापित अल्कीन नामकरणाची उदाहरणे#

• मेथिलप्रोपीन हे मेथिल प्रतिस्थापक असलेले प्रोपीन आहे.
• 2-मेथिल-1-ब्युटीन हे कार्बन अणू 2 वर मेथिल प्रतिस्थापक असलेले 1-ब्युटीन आहे.
• 3-इथिल-2-पेंटीन हे कार्बन अणू 3 वर इथिल प्रतिस्थापक असलेले 2-पेंटीन आहे.

अल्कीन्ससाठीची IUPAC नामकरण प्रणाली ही या संयुगांचे नाव देण्याची एक पद्धतशीर पद्धत आहे. वर नमूद केलेल्या नियमांचे पालन करून, आपण कोणत्याही अल्कीनचे नाव योग्यरित्या देऊ शकता.

अल्काइन्स तयार करण्याच्या पद्धती#

अल्काइन्स हे असंतृप्त कार्बोन आहेत ज्यामध्ये किमान एक कार्बन-कार्बन त्रिबंध असतो. ते सामान्यतः खालील पद्धतींनी तयार केले जातात:

1. व्हिसिनल डायहॅलाइड्सचे डीहायड्रोहॅलोजनन#

हे अल्काइन्स तयार करण्याची सर्वात सामान्य पद्धत आहे. यामध्ये व्हिसिनल डायहॅलाइडमधील समीप कार्बन अणूंमधून दोन हायड्रोजन अणू काढून टाकणे समाविष्ट असते, ज्यामुळे त्रिबंध तयार होतो. ही अभिक्रिया सामान्यतः मजबूत आम्लारी, जसे की पोटॅशियम हायड्रॉक्साईड किंवा सोडियम हायड्रॉक्साईड, अल्कोहोलिक द्रावकात वापरून केली जाते.

उदाहरणार्थ, 1,2-डायब्रोमोइथेनचे इथेनॉलमध्ये पोटॅशियम हायड्रॉक्साईडसह डीहायड्रोहॅलोजनन केल्यास असिटिलीन मिळते:

$\ce{ CH2Br-CH2Br + 2 KOH → HC≡CH + 2 KBr + H2O }$

2. अल्कायनॉल्सचे निर्जलीकरण#

अल्कायनॉल्स हे अल्कोहोल आहेत ज्यामध्ये त्रिबंध असतो. ते विविध अभिकर्मके, जसे की गाढ सल्फ्यूरिक आम्ल, फॉस्फरस पेंटॉक्साईड किंवा थायोनिल क्लोराईड वापरून अल्काइन्समध्ये निर्जलीकृत केले जाऊ शकतात. ही अभिक्रिया सामान्यतः अभिकर्मकाच्या उपस्थितीत अल्कायनॉल गरम करून केली जाते.

उदाहरणार्थ, गाढ सल्फ्यूरिक आम्लासह 2-ब्युटीन-1-ऑलचे निर्जलीकरण केल्यास 2-ब्युटीन मिळते:

$\ce{ CH3-C≡C-CH2OH → CH3-C≡C-H + H2O }$

3. अल्काइन्समध्ये हायड्रोजन हॅलाइड्सची बेरीज#

अल्काइन्स हायड्रोजन हॅलाइड्ससोबत अभिक्रिया करून अल्किल हॅलाइड्स तयार करू शकतात. ही अभिक्रिया सामान्यतः हायड्रोजन हॅलाइड वायू अल्काइनच्या निष्क्रिय द्रावकात, जसे की डायइथाइल इथर किंवा पेट्रोलियम इथर, मधून बुडबुडे करून केली जाते.

उदाहरणार्थ, असिटिलीनमध्ये हायड्रोजन ब्रोमाईडची बेरीज केल्यास ब्रोमोइथेन मिळते:

$\ce{ HC≡CH + HBr → CH3-CH2Br }$

4. अल्काइन्सचे हायड्रोबोरेशन-ऑक्सिडेशन#

या पद्धतीमध्ये अल्काइनमध्ये बोरेन (BH3) ची बेरीज करणे आणि त्यानंतर परिणामी ऑर्गनोबोरेनचे हायड्रोजन पेरॉक्साईड (H2O2) आणि सोडियम हायड्रॉक्साईड (NaOH) सह ऑक्सिडेशन करणे समाविष्ट असते. ही अभिक्रिया अल्काइनच्या प्रतिस्थापन पॅटर्नवर अवलंबून ऍल्डिहाइड किंवा कीटोन देते.

उदाहरणार्थ, 1-ब्युटीनचे हायड्रोबोरेशन-ऑक्सिडेशन केल्यास ब्युटॅनल मिळते:

$\ce{ CH3-CH2-C≡CH + BH3 → CH3-CH2-CH2-CH2-B(OH)2\ CH3-CH2-CH2-CH2-B(OH)2 + H2O2 + NaOH → CH3-CH2-CH2-CHO + NaBO2 + H2O }$

5. ग्लासर युग्मन#

ग्लासर युग्मन ही दोन टर्मिनल अल्काइन्समधील एक अभिक्रिया आहे ज्यामुळे डायप्रतिस्थापित अल्काइन तयार होते. ही अभिक्रिया सामान्यतः तांबे(I) उत्प्रेरकाच्या उपस्थितीत, जसे की कॉपर(I) आयोडाईड (CuI), केली जाते.

उदाहरणार्थ, असिटिलीनच्या दोन रेणूंचे ग्लासर युग्मन केल्यास डायअसिटिलीन मिळते:

$\ce{ 2 HC≡CH + 2 CuI → HC≡C-C≡CH + 2 CuI }$

6. सोनोगाशिरा युग्मन#

सोनोगाशिरा युग्मन ही टर्मिनल अल्काइन आणि आरिल किंवा विनाइल हॅलाइड यांच्यातील एक अभिक्रिया आहे ज्यामुळे प्रतिस्थापित अल्काइन तयार होते. ही अभिक्रिया सामान्यतः पॅलेडियम(0) उत्प्रेरकाच्या उपस्थितीत, जसे की टेट्राकिस(ट्रायफेनिलफॉस्फीन)पॅलेडियम(0) $\ce{(Pd(PPh3)4)}$, केली जाते.

उदाहरणार्थ, असिटिलीन आणि आयोडोबेंझिनचे सोनोगाशिरा युग्मन केल्यास फेनिलअसिटिलीन मिळते:

$\ce{ HC≡CH + C6H5I + Pd(PPh3)4 → C6H5-C≡CH + 2 PPh3 + HI }$

7. हेक अभिक्रिया#

हेक अभिक्रिया ही आरिल किंवा विनाइल हॅलाइड आणि अल्कीन किंवा अल्काइन यांच्यातील एक अभिक्रिया आहे ज्यामुळे प्रतिस्थापित अल्कीन किंवा अल्काइन तयार होते. ही अभिक्रिया सामान्यतः पॅलेडियम(0) उत्प्रेरकाच्या उपस्थितीत, जसे की टेट्राकिस(ट्रायफेनिलफॉस्फीन)पॅलेडियम(0) $\ce{(Pd(PPh3)4)}$, केली जाते.

उदाहरणार्थ, आयोडोबेंझिन आणि असिटिलीनची हेक अभिक्रिया केल्यास स्टायरीन मिळते:

$\ce{ C6H5I + HC≡CH + Pd(PPh3)4 → C6H5-CH=CH2 + 2 PPh3 + HI }$

अल्काइन्सचे भौतिक गुणधर्म#

अल्काइन्सचे भौतिक गुणधर्म त्यांच्या आण्विक रचना आणि रेणूमधील कार्बन अणूंच्या संख्येवर अवलंबून असतात. अल्काइन्सचे काही महत्त्वाचे भौतिक गुणधर्म पुढीलप्रमाणे:

1. उत्कलन बिंदू: अल्काइन्सचे उत्कलन बिंदू समान आण्विक वजनाच्या अल्केन्स आणि अल्कीन्सपेक्षा कमी असतात. याचे कारण असे की कार्बन-कार्बन त्रिबंधाच्या रेखीय आकारामुळे अल्काइन्समध्ये कमकुवत आंतररेण्वीय बल असतात.

2. द्रवण बिंदू: अल्काइन्सचे द्रवण बिंदू समान आण्विक वजनाच्या अल्केन्स आणि अल्कीन्सपेक्षा कमी असतात. याचे कारण अल्काइन्समधील कमकुवत आंतररेण्वीय बल देखील आहे.

3. घनता: अल्काइन्स समान आण्विक वजनाच्या अल्केन्स आणि अल्कीन्सपेक्षा कमी घनतेचे असतात. याचे कारण असे की अल्काइन्सचे आण्विक वजन कमी असते आणि आंतररेण्वीय बल कमकुवत असतात.

4. विद्राव्यता: अल्काइन्स समान आण्विक वजनाच्या अल्केन्स आणि अल्कीन्सपेक्षा पाण्यात कमी विद्राव्य असतात. याचे कारण असे की अल्काइन्स अध्रुवीय रेणू असतात, तर पाणी ध्रुवीय रेणू असते.

5. ज्वलनशीलता: अल्काइन्स अत्यंत ज्वलनशील असतात आणि काजळीयुक्त ज्योतीसह जळतात. याचे कारण असे की अल्काइन्समध्ये कार्बन-ते-हायड्रोजन प्रमाण जास्त असते आणि ऊर्जा सामग्री जास्त असते.

अल्काइन्सचे भौतिक गुणधर्म त्यांच्या आण्विक रचना आणि रेणूमधील कार्बन अणूंच्या संख्येने प्रभावित होतात. अल्काइन्सचे उत्कलन बिंदू, द्रवण बिंदू आणि घनता समान आण्विक वजनाच्या अल्केन्स आणि अल्कीन्सपेक्षा कमी असतात. ते पाण्यात कमी विद्राव्य आणि अत्यंत ज्वलनशील देखील असतात. हे गुणधर्म अल्काइन्सला इंधन, द्रावक आणि इतर सेंद्रिय संयुगांच्या संश्लेषणासाठी प्रारंभिक साहित्य म्हणून विविध उपयोगांमध्ये उपयुक्त बनवतात.

अल्काइन्सच्या अभिक्रिया#

अल्काइन्स हे असंतृप्त कार्बोन आहेत ज्यामध्ये कार्बन-कार्बन त्रिबंध असतो. ते अत्यंत प्रतिक्रियाशील असतात आणि विविध अभिक्रिया, ज्यामध्ये पुढील गोष्टींचा समावेश आहे, त्या घडवून आणू शकतात:

1. संयोग अभिक्रिया#

संयोग अभिक्रिया ह्या अल्काइन्सच्या सर्वात सामान्य अभिक्रिया आहेत. या अभिक्रियांमध्ये, दोन किंवा अधिक रेणू त्रिबंधात जोडले जातात, ज्यामुळे एक नवीन संयुग तयार होते. संयोग अभिक्रियांची काही उदाहरणे पुढीलप्रमाणे:

• हायड्रोजनन: अल्काइन्स हायड्रोजनन करून अल्केन्समध्ये रूपांतरित केले जाऊ शकतात. ही अभिक्रिया सामान्यतः पॅलेडियम किंवा प्लॅटिनम सारखे उत्प्रेरक वापरून केली जाते.

• हायड्रोहॅलोजनन: अल्काइन्स हायड्रोजन हॅलाइड्स $\ce{(HX)}$ सोबत अभिक्रिया करून अल्किल हॅलाइड्स तयार करू शकतात. ही अभिक्रिया सामान्यतः लुईस आम्ल उत्प्रेरक जसे की ॲल्युमिनियम क्लोराईड $\ce{(AlCl3)}$ च्या उपस्थितीत केली जाते.

• जलयोजन: अल्काइन्स पाण्यासोबत अभिक्रिया करून इनॉल्स तयार करू शकतात. ही अभिक्रिया सामान्यतः मजबूत आम्ल उत्प्रेरक जसे की सल्फ्यूरिक आम्ल $\ce{(H2SO4)}$ च्या उपस्थितीत केली जाते.

• हायड्रोबोरेशन-ऑक्सिडेशन: अल्काइन्स डायबोरेन $\ce{(B2H6)}$ सोबत अभिक्रिया करून ऑर्गनोबोरेन्स तयार करू शकतात. या ऑर्गनोबोरेन्स नंतर ऑक्सिडेशन करून अल्कोहोलमध्ये रूपांतरित केले जाऊ शकतात. ही अभिक्रिया सामान्यतः रोडियम किंवा इरिडियम सारख्या उत्प्रेरकाच्या उपस्थितीत केली जाते.

2. विद्युतअभिलाषी संयोग अभिक्रिया#

विद्युतअभिलाषी संयोग अभिक्रिया हा एक प्रकारचा संयोग अभिक्रिया आहे ज्यामध्ये एक विद्युतअभिलाषी (इलेक्ट्रॉन्सकडे आकर्षित होणारी प्रजाती) त्रिबंधात जोडली जाते. विद्युतअभिलाषी संयोग अभिक्रियांची काही उदाहरणे पुढीलप्रमाणे:

• हॅलोजन्सची बेरीज: अल्काइन्स हॅलोजन्स $\ce{(X2)}$ सोबत अभिक्रिया करून व्हिसिनल डायहॅलाइड्स तयार करू शकतात. ही अभिक्रिया सामान्यतः लुईस आम्ल उत्प्रेरक जसे की ॲल्युमिनियम क्लोराईड $\ce{(AlCl3)}$ च्या उपस्थितीत केली जाते.

• हायड्रोजन सायनाईडची बेरीज: अल्काइन्स हायड्रोजन सायनाईड $\ce{(HCN)}$ सोबत अभिक्रिया करून सायनोहायड्रिन्स तयार करू शकतात. ही अभिक्रिया सामान्यतः आम्लारी उत्प्रेरक जसे की पिरिडीनच्या उपस्थितीत केली जाते.

• ऍल्डिहाइड्स आणि कीटोन्सची बेरीज: अल्काइन्स ऍल्डिहाइड्स आणि कीटोन्ससोबत अभिक्रिया करून अल्कायनॉल्स तयार करू शकतात. ही अभिक्रिया सामान्यतः आम्लारी उत्प्रेरक जसे की सोडियम हायड्रॉक्साईड $\ce{(NaOH)}$ च्या उपस्थितीत केली जाते.

3. चक्रसंयोग अभिक्रिया#

चक्रसंयोग अभिक्रिया हा एक प्रकारची अभिक्रिया आहे ज्यामध्ये दोन किंवा अधिक रेणू एकमेकांमध्ये जोडले जातात आणि चक्रीय संयुग तयार करतात. चक्रसंयोग अभिक्रियांची काही उदाहरणे पुढीलप्रमाणे:

• डायल्स-आल्डर अभिक्रिया: अल्काइन्स संयुग्मित डायन्ससोबत अभिक्रिया करून सायक्लोहेक्सीन्स तयार करू शकतात. ही अभिक्रिया सामान्यतः लुईस आम्ल उत्प्रेरक जसे की ॲल्युमिनियम क्लोराईड $\ce{(AlCl3)}$ च्या उपस्थितीत केली जाते.

• [2+2] चक्रसंयोग: अल्काइन्स इतर अल्काइन्ससोबत अभिक्रिया करून सायक्लोब्युटीन्स तयार करू शकतात. ही अभिक्रिया सामान्यतः संक्रमण धातू उत्प्रेरक जसे की रोडियम किंवा इरिडियमच्या उपस्थितीत केली जाते.

4. बहुलीकरण अभिक्रिया#

बहुलीकरण अभिक्रिया ह्या अशा अभिक्रिया आहेत ज्यामध्ये मोनोमरचे (एक लहान रेणू) अनेक रेणू एकत्रित होऊन बहुलक (एक मोठा रेणू) तयार करतात. अल्काइन्स विविध बहुलीकरण अभिक्रियांमधून जाऊ शकतात, ज्यामध्ये पुढील गोष्टींचा समावेश आहे:

• मुक्त मूलगामी बहुलीकरण: अल्काइन्स मुक्त मूलगामी प्रारंभक वापरून पॉलीअसिटिलीन तयार करण्यासाठी बहुलीकृत केले जाऊ शकत