రసాయన శాస్త్రం ఆల్కైన్లు

ఆల్కైన్లు అంటే ఏమిటి?#

ఆల్కైన్లు కార్బన్-కార్బన్ ట్రిపుల్ బాండ్ కనీసం ఒకటి కలిగి ఉండే హైడ్రోకార్బన్ల తరగతి. అవి అసంతృప్త హైడ్రోకార్బన్లు, అంటే వాటి కార్బన్ కంటెంట్ కోసం సాధ్యమయ్యే గరిష్ట సంఖ్య కంటే తక్కువ హైడ్రోజన్ పరమాణువులను కలిగి ఉంటాయి. ఆల్కైన్లు సాధారణంగా సరళ అణువులు, కానీ అవి శాఖాయుతమైనవి లేదా చక్రీయంగా కూడా ఉండవచ్చు.

ఆల్కైన్ల లక్షణాలు

ఆల్కైన్లు సాధారణంగా గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద రంగులేని వాయువులు లేదా ద్రవాలు. అవి నీటి కంటే తక్కువ సాంద్రత కలిగి ఉంటాయి మరియు నీటిలో కరగవు. ఆల్కైన్లు అత్యంత చర్యాశీలకంగా ఉంటాయి మరియు సులభంగా వివిధ రకాల రసాయన ప్రతిచర్యలకు గురి కాగలవు, వీటిలో సంకలనం, ప్రతిక్షేపణ మరియు బహుళీకరణ ఉన్నాయి.

ఆల్కైన్ల భద్రత

ఆల్కైన్లు మండే స్వభావం కలిగి ఉంటాయి మరియు శ్వాసతో పీల్చుకుంటే విషపూరితమైనవి కావచ్చు. ఆల్కైన్లతో పని చేస్తున్నప్పుడు జాగ్రత్తలు తీసుకోవడం ముఖ్యం, వీటిలో ఇవి ఉన్నాయి:

• బాగా గాలి వీచే ప్రదేశంలో పని చేయడం: ఆల్కైన్లను బాగా గాలి వీచే ప్రదేశంలో ఉపయోగించాలి, తద్వారా వాటి పొగలను శ్వాసతో పీల్చకుండా ఉండాలి.
• రక్షణ దుస్తులు ధరించడం: ఆల్కైన్లతో పని చేస్తున్నప్పుడు చేతి తొడుగులు మరియు కళ్ళద్దాలు వంటి రక్షణ దుస్తులు ధరించాలి.
• చర్మం మరియు కళ్ళతో సంపర్కం తప్పించుకోవడం: ఆల్కైన్లు చర్మం మరియు కళ్ళలో చికాకు కలిగించవచ్చు. ఆల్కైన్లతో పని చేస్తున్నప్పుడు చర్మం మరియు కళ్ళతో సంపర్కం తప్పించుకోండి.

ఆల్కైన్లు వివిధ అనువర్తనాలతో కూడిన బహుముఖ హైడ్రోకార్బన్ల తరగతి. అవి అత్యంత చర్యాశీలకంగా ఉంటాయి మరియు సులభంగా వివిధ రకాల రసాయన ప్రతిచర్యలకు గురి కాగలవు. వాటి మండే స్వభావం మరియు విషపూరిత స్వభావం కారణంగా ఆల్కైన్లతో పని చేస్తున్నప్పుడు జాగ్రత్తలు తీసుకోవడం ముఖ్యం.

ఇథైన్ యొక్క ఎలక్ట్రానిక్ నిర్మాణం#

ఇథైన్, దీనిని అసిటిలీన్ అని కూడా పిలుస్తారు, ఇది రసాయన సూత్రం C₂H₂ కలిగిన సరళ హైడ్రోకార్బన్. ఇది కార్బన్-కార్బన్ ట్రిపుల్ బాండ్ కలిగిన సరళ అణువు. ఇథైన్ యొక్క ఎలక్ట్రానిక్ నిర్మాణం సాపేక్షంగా సరళమైనది, కానీ ఇది రసాయన బంధం యొక్క కొన్ని ప్రాథమిక సూత్రాలకు మంచి ఉదాహరణను అందిస్తుంది.

మాలిక్యులర్ ఆర్బిటల్స్#

ఇథైన్ యొక్క మాలిక్యులర్ ఆర్బిటల్స్ లీనియర్ కాంబినేషన్ ఆఫ్ అటామిక్ ఆర్బిటల్స్ (LCAO) పద్ధతిని ఉపయోగించి నిర్మించవచ్చు. రెండు కార్బన్ పరమాణువులు ఒక్కొక్కటి ఒక 2s ఆర్బిటల్ మరియు ఒక 2p_z ఆర్బిటల్ను సహకరిస్తాయి. 2s ఆర్బిటల్స్ బాండింగ్ σ_g మాలిక్యులర్ ఆర్బిటల్ను ఏర్పరుస్తాయి, అయితే 2p_z ఆర్బిటల్స్ రెండు డీజెనరేట్ π_u మాలిక్యులర్ ఆర్బిటల్స్ను ఏర్పరుస్తాయి. మిగిలిన రెండు 2p ఆర్బిటల్స్ (2p_x మరియు 2p_y) బంధంలో పాల్గొనవు.

ఇథైన్ యొక్క మాలిక్యులర్ ఆర్బిటల్ రేఖాచిత్రం క్రింద చూపబడింది:

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

σ_g మాలిక్యులర్ ఆర్బిటల్ శక్తిలో అత్యంత తక్కువ, తర్వాత π_u మాలిక్యులర్ ఆర్బిటల్స్ ఉంటాయి. σ_g* మాలిక్యులర్ ఆర్బిటల్ శక్తిలో అత్యంత ఎక్కువ.

బంధం#

ఇథైన్లోని కార్బన్-కార్బన్ ట్రిపుల్ బాండ్ రెండు sp సంకరీకృత ఆర్బిటల్స్ అతివ్యాప్తి ద్వారా ఏర్పడుతుంది. sp ఆర్బిటల్స్ ఒక 2s ఆర్బిటల్ మరియు ఒక 2p_z ఆర్బిటల్ మిశ్రమం ద్వారా ఏర్పడతాయి. sp ఆర్బిటల్స్ అంతర్గత అక్షం వెంట దర్శకత్వం వహిస్తాయి మరియు అవి బలమైన σ బంధాన్ని ఏర్పరచడానికి అతివ్యాప్తి చెందుతాయి.

ఇథైన్లోని రెండు π బంధాలు రెండు 2p_x మరియు 2p_y ఆర్బిటల్స్ అతివ్యాప్తి ద్వారా ఏర్పడతాయి. 2p_x మరియు 2p_y ఆర్బిటల్స్ అంతర్గత అక్షానికి లంబంగా ఉంటాయి మరియు అవి రెండు డీజెనరేట్ π బంధాలను ఏర్పరచడానికి అతివ్యాప్తి చెందుతాయి.

ఇథైన్లోని ట్రిపుల్ బాండ్ సింగిల్ బాండ్ లేదా డబుల్ బాండ్ కంటే చాలా బలంగా ఉంటుంది. ఎందుకంటే ట్రిపుల్ బాండ్లో మూడు పరమాణు ఆర్బిటల్స్ అతివ్యాప్తి ఉంటుంది, అయితే సింగిల్ బాండ్లో ఒక పరమాణు ఆర్బిటల్ మాత్రమే అతివ్యాప్తి ఉంటుంది మరియు డబుల్ బాండ్లో రెండు పరమాణు ఆర్బిటల్స్ అతివ్యాప్తి ఉంటుంది.

అనువర్తనాలు#

ఇథైన్ వివిధ పారిశ్రామిక అనువర్తనాలలో ఉపయోగించబడుతుంది. ఇది ఇంధనంగా, ఇతర రసాయనాల ఉత్పత్తికి ప్రారంభ పదార్థంగా మరియు వెల్డింగ్ వాయువుగా ఉపయోగించబడుతుంది. ఇథైన్ ప్లాస్టిక్లు, సింథటిక్ రబ్బరు మరియు ఫార్మాస్యూటికల్స్ ఉత్పత్తిలో కూడా ఉపయోగించబడుతుంది.

ఆల్కీన్ల నామకరణం#

ఆల్కీన్లు కనీసం ఒక కార్బన్-కార్బన్ డబుల్ బాండ్ కలిగి ఉండే హైడ్రోకార్బన్లు. ఆల్కీన్ల కోసం IUPAC నామకరణ వ్యవస్థ క్రింది నియమాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది:

1. ఆల్కీన్ యొక్క మూల పేరు డబుల్ బాండ్ను కలిగి ఉన్న పొడవైన కార్బన్ గొలుసు నుండి ఉద్భవించింది.
2. సమ్మేళనం ఆల్కీన్ అని సూచించడానికి మూల పేరుకు “-ఈన్” ప్రత్యయం జోడించబడుతుంది.
3. డబుల్ బాండ్ యొక్క స్థానం ప్రత్యయానికి ముందు ఉంచబడిన సంఖ్య ద్వారా సూచించబడుతుంది. డబుల్ బాండ్ ప్రారంభమయ్యే కార్బన్ పరమాణువుకు సంఖ్య అనుగుణంగా ఉంటుంది.
4. సమ్మేళనంలో బహుళ డబుల్ బాండ్లు ఉంటే, సంఖ్యలు కామాలతో వేరు చేయబడతాయి.
5. డబుల్ బాండ్ రింగ్ యొక్క భాగమైతే, రింగ్ సైక్లోఆల్కీన్గా పేరు పెట్టబడుతుంది.

ఆల్కీన్ నామకరణం యొక్క ఉదాహరణలు#

• ఇథీన్ సరళమైన ఆల్కీన్. ఇది రెండు కార్బన్ పరమాణువులు మరియు ఒక డబుల్ బాండ్ను కలిగి ఉంటుంది.
• ప్రొపీన్ మూడు కార్బన్ పరమాణువులు మరియు ఒక డబుల్ బాండ్ను కలిగి ఉంటుంది.
• 1-బ్యూటీన్ నాలుగు కార్బన్ పరమాణువులు మరియు కార్బన్ పరమాణువు 1 వద్ద ప్రారంభమయ్యే ఒక డబుల్ బాండ్ను కలిగి ఉంటుంది.
• 2-బ్యూటీన్ నాలుగు కార్బన్ పరమాణువులు మరియు కార్బన్ పరమాణువు 2 వద్ద ప్రారంభమయ్యే ఒక డబుల్ బాండ్ను కలిగి ఉంటుంది.
• సైక్లోపెంటీన్ ఐదు-సభ్యుల రింగ్ ఆల్కీన్.

ప్రతిక్షేపిత ఆల్కీన్లు#

ఆల్కీన్లు ప్రతిక్షేపకాలను కూడా కలిగి ఉంటాయి, ఇవి కార్బన్ గొలుసుకు జోడించబడిన పరమాణువులు లేదా పరమాణువుల సమూహాలు. ప్రతిక్షేపకాలు క్రింది నియమాల ప్రకారం పేరు పెట్టబడతాయి:

1. ప్రతిక్షేపకం ఆల్కీన్ యొక్క మూల పేరుకు ఉపసర్గగా పేరు పెట్టబడుతుంది.
2. ఉపసర్గ మూల పేరు నుండి హైఫన్ ద్వారా వేరు చేయబడుతుంది.
3. బహుళ ప్రతిక్షేపకాలు ఉంటే, అవి అక్షర క్రమంలో జాబితా చేయబడతాయి.

ప్రతిక్షేపిత ఆల్కీన్ నామకరణం యొక్క ఉదాహరణలు#

• మిథైల్ప్రొపీన్ మిథైల్ ప్రతిక్షేపకంతో ప్రొపీన్.
• 2-మిథైల్-1-బ్యూటీన్ కార్బన్ పరమాణువు 2 వద్ద మిథైల్ ప్రతిక్షేపకంతో 1-బ్యూటీన్.
• 3-ఇథైల్-2-పెంటీన్ కార్బన్ పరమాణువు 3 వద్ద ఇథైల్ ప్రతిక్షేపకంతో 2-పెంటీన్.

ఆల్కీన్ల కోసం IUPAC నామకరణ వ్యవస్థ ఈ సమ్మేళనాలను పేరు పెట్టడానికి ఒక క్రమబద్ధమైన మార్గం. పైన వివరించిన నియమాలను అనుసరించడం ద్వారా, మీరు ఏదైనా ఆల్కీన్ను సరిగ్గా పేరు పెట్టవచ్చు.

ఆల్కైన్ల తయారీ పద్ధతులు#

ఆల్కైన్లు కనీసం ఒక కార్బన్-కార్బన్ ట్రిపుల్ బాండ్ కలిగి ఉండే అసంతృప్త హైడ్రోకార్బన్లు. అవి సాధారణంగా క్రింది పద్ధతుల ద్వారా తయారు చేయబడతాయి:

1. వైసినల్ డైహాలైడ్ల డీహైడ్రోహాలోజనేషన్#

ఇది ఆల్కైన్లను తయారు చేయడానికి అత్యంత సాధారణ పద్ధతి. ఇది వైసినల్ డైహాలైడ్లోని ప్రక్క ప్రక్క కార్బన్ పరమాణువుల నుండి రెండు హైడ్రోజన్ పరమాణువులను తొలగించడం, ఇది ట్రిపుల్ బాండ్ ఏర్పడటానికి దారి తీస్తుంది. ఈ ప్రతిచర్య సాధారణంగా ఆల్కహాలిక్ ద్రావణిలో పొటాషియం హైడ్రాక్సైడ్ లేదా సోడియం హైడ్రాక్సైడ్ వంటి బలమైన బేస్ని ఉపయోగించి నిర్వహించబడుతుంది.

ఉదాహరణకు, ఇథనాల్లో పొటాషియం హైడ్రాక్సైడ్తో 1,2-డైబ్రోమోఇథేన్ యొక్క డీహైడ్రోహాలోజనేషన్ అసిటిలీన్ను ఇస్తుంది:

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

2. ఆల్కైనాల్స్ నిర్జలీకరణ#

ఆల్కైనాల్స్ ట్రిపుల్ బాండ్ కలిగి ఉండే ఆల్కహాల్స్. అవి సాంద్రీకృత సల్ఫ్యూరిక్ యాసిడ్, ఫాస్ఫరస్ పెంటాక్సైడ్ లేదా థియోనైల్ క్లోరైడ్ వంటి వివిధ కారకాలను ఉపయోగించి ఆల్కైన్లను ఏర్పరచడానికి నిర్జలీకరణ చేయబడతాయి. ఈ ప్రతిచర్య సాధారణంగా కారకం సమక్షంలో ఆల్కైనాల్ను వేడి చేయడం ద్వారా నిర్వహించబడుతుంది.

ఉదాహరణకు, సాంద్రీకృత సల్ఫ్యూరిక్ యాసిడ్తో 2-బ్యూటిన్-1-ఆల్ యొక్క నిర్జలీకరణ 2-బ్యూటైన్ను ఇస్తుంది:

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

3. ఆల్కైన్లకు హైడ్రోజన్ హాలైడ్ల సంకలనం#

ఆల్కైన్లు హైడ్రోజన్ హాలైడ్లతో ప్రతిచర్య చెంది ఆల్కైల్ హాలైడ్లను ఏర్పరుస్తాయి. ఈ ప్రతిచర్య సాధారణంగా డైఇథైల్ ఈథర్ లేదా పెట్రోలియం ఈథర్ వంటి జడ ద్రావణిలో ఆల్కైన్ ద్రావణం ద్వారా హైడ్రోజన్ హాలైడ్ వాయువును బుడగలు పట్టించడం ద్వారా నిర్వహించబడుతుంది.

ఉదాహరణకు, అసిటిలీన్కు హైడ్రోజన్ బ్రోమైడ్ సంకలనం బ్రోమోఇథేన్ను ఇస్తుంది:

$\ce{ HC≡CH + HBr → CH3-CH2Br }$

4. ఆల్కైన్ల హైడ్రోబోరేషన్-ఆక్సీకరణ#

ఈ పద్ధతిలో ఆల్కైన్కు బోరేన్ (BH3) సంకలనం, తరువాత ఫలితంగా వచ్చే ఆర్గానోబోరేన్ హైడ్రోజన్ పెరాక్సైడ్ (H2O2) మరియు సోడియం హైడ్రాక్సైడ్ (NaOH)తో ఆక్సీకరణం ఉంటాయి. ఈ ప్రతిచర్య ఆల్కైన్ యొక్క ప్రతిక్షేపణ నమూనాపై ఆధారపడి ఆల్డిహైడ్ లేదా కీటోన్ను ఇస్తుంది.

ఉదాహరణకు, 1-బ్యూటైన్ యొక్క హైడ్రోబోరేషన్-ఆక్సీకరణ బ్యూటనాల్ను ఇస్తుంది:

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

5. గ్లేజర్ కప్లింగ్#

గ్లేజర్ కప్లింగ్ రెండు టెర్మినల్ ఆల్కైన్ల మధ్య డైసబ్స్టిట్యూటెడ్ ఆల్కైన్ను ఏర్పరచడానికి ప్రతిచర్య. ఈ ప్రతిచర్య సాధారణంగా కాపర్(I) ఐయోడైడ్ (CuI) వంటి కాపర్(I) ఉత్ప్రేరకం సమక్షంలో నిర్వహించబడుతుంది.

ఉదాహరణకు, అసిటిలీన్ యొక్క రెండు అణువుల గ్లేజర్ కప్లింగ్ డైఅసిటిలీన్ను ఇస్తుంది:

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

6. సోనోగాషిరా కప్లింగ్#

సోనోగాషిరా కప్లింగ్ టెర్మినల్ ఆల్కైన్ మరియు ఆరైల్ లేదా వినైల్ హాలైడ్ మధ్య ప్రతిక్షేపిత ఆల్కైన్ను ఏర్పరచడానికి ప్రతిచర్య. ఈ ప్రతిచర్య సాధారణంగా టెట్రాకిస్(ట్రైఫినైల్ఫాస్ఫిన్)పల్లాడియం(0) $\ce{(Pd(PPh3)4)}$ వంటి పల్లాడియం(0) ఉత్ప్రేరకం సమక్షంలో నిర్వహించబడుతుంది.

ఉదాహరణకు, అసిటిలీన్ మరియు ఐయోడోబెంజీన్ యొక్క సోనోగాషిరా కప్లింగ్ ఫినైల్అసిటిలీన్ను ఇస్తుంది:

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

7. హెక్ ప్రతిచర్య#

హెక్ ప్రతిచర్య ఆరైల్ లేదా వినైల్ హాలైడ్ మరియు ఆల్కీన్ లేదా ఆల్కైన్ మధ్య ప్రతిక్షేపిత ఆల్కీన్ లేదా ఆల్కైన్ను ఏర్పరచడానికి ప్రతిచర్య. ఈ ప్రతిచర్య సాధారణంగా టెట్రాకిస్(ట్రైఫినైల్ఫాస్ఫిన్)పల్లాడియం(0) $\ce{(Pd(PPh3)4)}$ వంటి పల్లాడియం(0) ఉత్ప్రేరకం సమక్షంలో నిర్వహించబడుతుంది.

ఉదాహరణకు, ఐయోడోబెంజీన్ మరియు అసిటిలీన్ యొక్క హెక్ ప్రతిచర్య స్టైరిన్ను ఇస్తుంది:

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

ఆల్కైన్ల భౌతిక లక్షణాలు#

ఆల్కైన్ల భౌతిక లక్షణాలు వాటి అణు నిర్మాణం మరియు అణువులోని కార్బన్ పరమాణువుల సంఖ్యపై ఆధారపడి ఉంటాయి. ఆల్కైన్ల కొన్ని ముఖ్యమైన భౌతిక లక్షణాలు ఇవి:

1. మరిగే స్థానం: ఆల్కైన్లు సారూప్య అణు బరువు కలిగిన ఆల్కేన్లు మరియు ఆల్కీన్లతో పోలిస్తే తక్కువ మరిగే స్థానాలను కలిగి ఉంటాయి. ఎందుకంటే ఆల్కైన్లు కార్బన్-కార్బన్ ట్రిపుల్ బాండ్ యొక్క సరళ ఆకారం కారణంగా బలహీనమైన అంతర్ అణు శక్తులను కలిగి ఉంటాయి.

2. ద్రవీభవన స్థానం: ఆల్కైన్లు సారూప్య అణు బరువు కలిగిన ఆల్కేన్లు మరియు ఆల్కీన్లతో పోలిస్తే తక్కువ ద్రవీభవన స్థానాలను కలిగి ఉంటాయి. ఇది కూడా ఆల్కైన్లలో బలహీనమైన అంతర్ అణు శక్తుల కారణంగా ఉంటుంది.

3. సాంద్రత: ఆల్కైన్లు సారూప్య అణు బరువు కలిగిన ఆల్కేన్లు మరియు ఆల్కీన్ల కంటే తక్కువ సాంద్రత కలిగి ఉంటాయి. ఎందుకంటే ఆల్కైన్లు తక్కువ అణు బరువు మరియు బలహీనమైన అంతర్ అణు శక్తులను కలిగి ఉంటాయి.

4. ద్రావణీయత: ఆల్కైన్లు సారూప్య అణు బరువు కలిగిన ఆల్కేన్లు మరియు ఆల్కీన్లతో పోలిస్తే నీటిలో తక్కువగా కరుగుతాయి. ఎందుకంటే ఆల్కైన్లు ధ్రువణేతర అణువులు, అయితే నీరు ధ్రువ అణువు.

5. మండే స్వభావం: ఆల్కైన్లు అత్యంత మండే స్వభావం కలిగి ఉంటాయి మరియు మసిగా మండుతాయి. ఎందుకంటే ఆల్కైన్లు అధిక కార్బన్-టు-హైడ్రోజన్ నిష్పత్తి మరియు అధిక శక్తి కంటెంట్ను కలిగి ఉంటాయి.

ఆల్కైన్ల భౌతిక లక్షణాలు వాటి అణు నిర్మాణం మరియు అణువులోని కార్బన్ పరమాణువుల సంఖ్య ద్వారా ప్రభావితమవుతాయి. ఆల్కైన్లు సారూప్య అణు బరువు కలిగిన ఆల్కేన్లు మరియు ఆల్కీన్లతో పోలిస్తే తక్కువ మరిగే స్థానాలు, ద్రవీభవన స్థానాలు మరియు సాంద్రతలను కలిగి ఉంటాయి. అవి నీటిలో