알카인
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1. 개요
알카인은 탄소-탄소 삼중 결합을 포함하는 불포화 탄화수소의 일종이다. IUPAC 명명법에 따라 알케인의 이름에서 어미 '-ane'을 '-yne'으로 바꾸어 명명하며, 삼중 결합의 위치는 주사슬에서 가장 가까운 끝에서부터 번호를 매겨 표시한다. 알카인은 선형 구조를 가지며, 아세틸렌(C₂H₂)이 대표적이다. 알카인은 다양한 유기 반응에 참여하며, 수소화, 할로젠 첨가, 수화, 고리화 부가 반응 등을 거친다. 자연계에서도 발견되며, 일부 의약품의 구성 성분으로 사용된다.
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아세틸렌은 두 개의 탄소 원자가 삼중 결합으로 연결된 가장 간단한 알킨으로, 높은 연소 온도 덕분에 용접과 절단에 사용되지만 폭발 위험성 때문에 아세톤에 용해된 상태로 보관 및 운반되며, 화학 물질의 전구체나 생물학적, 천문학적 환경에서도 발견된다. - 알카인 - 2-뷰타인
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알켄은 분자 내 탄소-탄소 이중 결합을 포함하는 탄화수소 화합물로, 탄소 수에 따라 구조 이성질체를 형성하며, 이중 결합으로 인해 알케인보다 반응성이 커 다양한 첨가 반응에 참여하고, 산업적으로 탄화수소 분해 등을 통해 생산되며 폴리에틸렌 등 화학 제품의 원료로 사용된다. - 작용기 - 황화물
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| 알카인 | |
|---|---|
| 일반 정보 | |
| 분류 | 탄화수소 |
| 화학식 | CnH2n-2 |
| 분자량 | 12n + 2n - 2 |
| 구조 | |
| 작용기 | 탄소-탄소 삼중 결합 |
| 명명법 | |
| IUPAC 명명법 | 접미사 "-yne" |
| 관련 화합물 | |
| 관련 항목 | 알케인 알켄 사이클로알킨 |
2. 명명법
IUPAC 명명법에 따라 알카인은 모체 사슬의 알케인(Alkane) 이름에서 어미 '-에인(-ane)'을 '-아인(-yne)'으로 바꾸어 명명한다. 삼중 결합의 위치는 주사슬에서 가장 가까운 끝에서부터 번호를 매겨 표시하며, 가능한 가장 낮은 번호를 사용한다.[1] 여러 개의 삼중 결합이 존재할 경우, '-다이아인(-diyne)', '-트라이아인(-triyne)'과 같이 접두사를 붙여 표시한다. 예를 들어,
화학에서 접사 '''-yne'''은 삼중 결합을 나타내는 데 사용된다. 유기 화학에서 이 접미사는 IUPAC 명명법을 따른다. 삼중 결합이 두 개인 경우 "-다이아인(-diyne)"을 사용하고, 그 이상인 경우도 마찬가지이다. 불포화 위치는 "-yne" 접미사 바로 앞에 숫자 위치 결정자로 표시되며, 여러 개의 삼중 결합의 경우 '위치 결정자'로 표시된다. 위치 결정자는 숫자가 가능한 한 낮도록 선택된다.[4]
때로는 삼중 결합이 어떤 원자 사이에 있는지 나타내기 위해 하이픈 사이의 숫자를 삽입하기도 한다. 이 접미사는 "아세틸렌"이라는 단어의 끝이 축약된 형태에서 유래했다. 모음으로 시작하는 다른 접미사가 뒤따르면 마지막 "-e"가 사라진다.[5]
2. 1. 알키닐기
알카인에서 수소 원자 하나가 제거된 1가 치환기는 '''알키닐기'''(-기)라고 불린다. 삼중 결합 상의 수소가 제거된 경우에는 에티닐기(HC≡C−) 등, 그 외 사슬 상의 수소 원자가 제거된 경우에는 프로파-2-인-1-일기(HC≡CCH2−) 등으로 부른다. 후자는 특히 관용명인 프로파르길기로 불리는 경우도 많다. 에티닐벤젠(HC≡CC6H5), 프로파르길 알코올(HC≡CCH2OH) 등과 같이 사용한다.3. 구조 및 결합
알카인의 탄소 원자는 sp 혼성 오비탈을 가지며, 1개의 σ 결합(시그마 결합)과 2개의 π 결합(파이 결합)으로 삼중 결합을 형성한다. H-C≡C 결합각은 180°로 선형 구조를 가지며, C≡C 결합 길이는 알켄이나 알케인보다 짧다.[3] 삼중 결합은 결합 강도가 839 kJ/mol로 매우 강하다. 시그마 결합은 369 kJ/mol, 첫 번째 파이 결합은 268 kJ/mol, 두 번째 파이 결합은 202 kJ/mol의 결합 강도를 갖는다.
분자 궤도 함수 이론에 따르면, 알카인의 결합은 s 및 p 오비탈의 중첩으로 발생하는 삼중 결합으로 설명된다. 원자가 결합 이론에서 알카인 결합의 탄소 원자는 sp 혼성되며, 각각 두 개의 비혼성화된 p 오비탈과 두 개의 sp 혼성 오비탈을 갖는다. 각 원자의 sp 오비탈이 중첩되어 하나의 sp–sp 시그마 결합을 형성한다. 한 원자의 각 p 오비탈은 다른 원자의 p 오비탈과 겹쳐져 두 개의 파이 결합을 형성하여 총 세 개의 결합을 형성한다. 각 원자의 나머지 sp 오비탈은 다른 원자와 시그마 결합을 형성할 수 있는데, 아세틸렌의 경우 수소 원자와 결합한다. 두 개의 sp 오비탈은 탄소 원자의 반대쪽에 위치한다.
알카인은 서로 직교하는 2개의 π 결합과 σ 결합으로 이루어진 삼중 결합을 가진다.
알카인의 두 탄소 원자는 모두 sp 혼성 궤도를 가지며, 각 탄소 원자는 sp 궤도를 하나씩 제공하여 겹쳐 σ 결합을 형성한다. 또한, p 궤도끼리 겹쳐 만들어지는 2개의 π 결합도 갖는다. 총 3개의 C−C 결합으로 이루어져 삼중 결합이라고 불린다. 나머지 sp 궤도는 다른 원자와 σ 궤도를 만든다. 아세틸렌에서는 수소 원자와 결합한다. 알카인 상의 2개의 sp 궤도는 서로 반대 방향에 위치하며, 아세틸렌에서 H−C−C 결합각은 180도이다. 삼중 결합은 매우 강하며, 결합 에너지는 837 kJ/mol이다. C−C 결합 거리는 121 pm이며, 이는 알켄의 134 pm, 알칸의 153 pm에 비해 짧다.
말단 알카인에 강염기를 작용시키면 아세틸리드를 생성한다.
:
아세틸리드는 강한 친핵체로서 유기 합성에 유용하며, C−C 결합 생성 반응에 사용된다. 은 아세틸리드와 구리 아세틸리드도 알려져 있다.
3. 1. 말단 및 내부 알카인
말단 알카인은 삼중 결합이 사슬의 끝에 위치하며, 적어도 하나의 수소 원자와 결합하고 있다. (RC≡CH) 메틸아세틸렌(프로핀)이 그 예시이다. 이들은 종종 모노소듐 아세틸라이드의 알킬화를 통해 제조된다.[4] 아세틸렌 자체와 같은 말단 알카인은 약산성을 띠며, p''K''a 값은 약 25이다. 이는 p''K''a 값이 각각 약 40과 50인 알켄과 알칸보다 훨씬 더 산성이다. 말단 알카인의 산성 수소는 다양한 그룹으로 대체되어 할로-, 실릴-, 알콕시알킨이 생성될 수 있다. 말단 알킨의 탈프로톤화에 의해 생성된 카르바니온은 아세틸라이드라고 불린다.[5]내부 알카인은 삼중 결합이 사슬 내부에 위치하며, 양쪽 모두 탄소 치환기를 가진다. (RC≡CR') 대칭적인 예로는 디페닐아세틸렌과 3-헥산이 있으며, 2-펜틴과 같이 비대칭적일 수도 있다. 내부 알카인 또한 알켄과 알칸보다 상당히 더 산성이지만, 말단 알카인만큼 산성은 아니다. 알카인의 α 위치에 있는 C-H 결합(프로파길릭 C-H 결합) 또한 강염기를 사용하여 탈프로톤화될 수 있으며, 추정 p''K''a는 35이다. 이러한 산도는 알킨 지퍼 반응을 사용하여 내부 알킨을 말단 알킨으로 이성질체화하는 데 사용될 수 있다.
말단 알카인의 프로톤은 알칸이나 알켄에 비해 해리되기 쉽다. 아세틸렌의 p''K''a는 25이며, 암모니아 (35) 와 에탄올 (16) 의 중간 정도이며, 에틸렌 (44), 에탄 (50) 보다 훨씬 낮다. 이것은 생성되는 아세틸리드 C≡C− 상의 전자쌍이 수용되는 sp 궤도의 s성이 높기 때문에 음전하가 안정화되기 쉽기 때문이라고 설명된다. 일반적으로 어떤 궤도의 s성이 높은 경우, 양전하를 가진 원자핵과의 거리가 더 작아지므로 그 에너지가 낮아진다.
4. 구조 이성질체
탄소 수가 4개 이상인 알카인은 삼중 결합의 위치나 탄소 골격의 차이에 따라 다양한 구조 이성질체를 가질 수 있다.
5. 합성
알카인은 인접한 두 개의 할로젠을 가진 알케인 유도체를 탈할로젠화 수소화 반응시켜 합성할 수 있다.[1]
:
아세틸리드를 할로젠화 알킬과 반응시켜 탄소 골격을 늘릴 수도 있다.[1]
:
프리치-부텐베르크-비첼 전위는 1,1-다이아릴-2-브로모에틸렌에서 아릴기가 전위된 알카인을 합성하는 반응으로, 중간체로 카벤을 거친다.[1]
:
알데하이드에 α-다이아조포스포네이트 화합물(오히라-베스트만 시약)을 작용시키면 탄소가 1개 늘어난 말단 알카인을 얻을 수 있다.[1]
5. 1. 탄화 칼슘으로부터
전통적으로 아세틸렌은 탄화 칼슘(CaC2)의 가수분해(양성자 첨가)로 제조되었다.[7]:
탄화 칼슘은 2200°C에서 생석회와 코크스를 전기로에서 반응시켜 합성한다.[7]
:
이는 독일과 중국과 같은 국가에서 석탄 자원으로부터 탄화수소를 얻는 데 중요한 산업적 공정이었다. 그러나 이 과정은 에너지를 많이 소모하는 특성이 있어 주요 단점으로 꼽히며, 탄화수소 크래킹에 비해 아세틸렌 세계 생산량에서 그 비중이 꾸준히 감소하고 있다.[7]
5. 2. 크래킹
아세틸렌은 상업적으로 천연 가스의 부분 산화 또는 탄화수소의 열분해(크래킹)를 통해 대량 생산된다.[16] 프로파인 또한 탄화수소의 열분해를 통해 제조된다.5. 3. 말단 알카인의 알킬화 및 아릴화
말단 알카인(RC≡CH, 아세틸렌 자체 포함)은 NaNH2, BuLi 또는 EtMgBr과 같은 강염기에 의해 탈양성자화되어 아세틸리드 음이온(RC≡C:–M+, M = Na, Li, MgBr)을 생성할 수 있다. 이 아세틸리드 음이온은 강한 친핵체로 작용하여 카보닐 그룹에의 첨가, 에폭사이드의 고리 열림, 또는 비-입체적으로 가려진 1차 할로젠화 알킬의 SN2형 치환에 의해 알킬화될 수 있다.[1]전이 금속 촉매 (일반적으로 Pd(PPh3)2Cl2와 CuI의 조합)가 존재하면, 말단 아세틸렌(RC≡CH)은 Et3N과 같은 2급 또는 3급 아민이 있는 상태에서 아릴 요오다이드 및 브로마이드(ArI 또는 ArBr)와 반응하여 소노가시라 반응에서 아릴아세틸렌(RC≡CAr)을 생성할 수 있다.[1]
말단 알카인에 강염기 (예: 금속 나트륨, 나트륨 아미드, n-부틸리튬, 그리냐르 시약)를 작용시키면 수소를 발생시키면서 아세틸리드를 생성한다.[1]
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아세틸리드는 강한 친핵체로서 유기 합성에 유용하며, C−C 결합 생성 반응에 사용된다.[1] 아세틸라이드를 할로젠화 알킬과 반응시켜 탄소 골격을 늘릴 수 있다.[1]
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프리치-부텐베르크-비첼 전위는 1,1-다이아릴-2-브로모에틸렌으로부터 아릴기가 전위된 알카인을 합성하는 반응이다. 중간체로 카벤을 거친다.[1]
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알데하이드에 α-다이아조포스포네이트 화합물(오히라-베스트만 시약)을 작용시키면 탄소가 1개 늘어난 말단 알카인이 얻어진다.[1]
5. 4. 탈할로젠화 수소 반응
1,1- 및 1,2-다이할로알케인은 강염기 조건에서 이중 탈할로젠화 반응을 통해 알카인을 생성한다. 이 반응은 먼저 할로젠화된 다음 탈할로젠화된 알켄으로부터 알카인을 생성하는 수단을 제공한다. 예를 들어, 페닐아세틸렌은 스티렌을 브로민화하고, 생성된 1,2-다이브로모-1-페닐에테인을 암모니아에서 나트륨 아미드로 처리하여 생성할 수 있다.[8][9]
인접한 두 개의 할로젠을 가진 알케인 유도체의 탈할로젠화 수소화에 의해서도 합성된다.
: RCHX-CHXR → RC ≡ CR + 2 HX
5. 5. 기타 합성법
프리치-부텐베르크-비첼 전위를 통해 비닐 브로마이드로부터 알카인을 합성할 수 있다.[8] 알데하이드로부터는 코리-푹스 반응을 통해, 알데하이드 또는 케톤으로부터는 세이퍼스-길버트 동족체 반응을 통해 알카인을 합성할 수 있다.[9]비닐 할라이드는 탈할로젠화 반응을 받기 쉽다. 인접한 두 개의 할로젠을 가진 알칸 유도체의 탈할로젠화 수소화를 통해 알카인을 합성할 수 있다.
:
아세틸라이드를 할로젠화 알킬과 반응시켜 탄소 골격을 늘릴 수 있다.
:
프리치-부텐베르크-비첼 전위(Fritsch-Buttenberg-Wiechell rearrengement)는 1,1-다이아릴-2-브로모에틸렌으로부터 아릴기가 전위된 알킨을 합성하는 반응이다. 중간체로 카벤을 거친다.
:
알데히드에 α-다이아조포스포네이트 화합물(α-diazophosphonate영어)을 작용시키면 탄소가 1개 늘어난 말단 알킨이 얻어진다. 이 포스포네이트는 개발자의 이름을 따서 "오히라-베스트만 시약"이라고 불린다.
6. 반응
에타인은 불포화 탄화수소로서 포화 탄화수소가 주로 일으키는 치환 반응보다 첨가 반응을 훨씬 잘한다. 작용기의 반응성을 특징으로 하는 알카인은 다양한 유기 반응에 참여한다. 1955년 랄프 라파엘은 유기 합성에 있어서 중간체로서 알카인의 다양성을 설명하는 최초의 책을 저술하며 이러한 활용을 개척했다.[10]
알카인은 강한 삼중 결합으로 인해 운동적 안정성(지속성)을 보이지만, 열역학적으로는 불안정한 작용기이다. 이는 작은 알카인의 매우 높은 생성열에서 알 수 있다. 예를 들어, 아세틸렌의 생성열은 +227.4 kJ/mol (+54.2 kcal/mol)로, 구성 원소에 비해 훨씬 높은 에너지 함량을 나타낸다. 아세틸렌의 매우 발열적인 연소는 용접에 사용되는 산소-아세틸렌 토치에서 산업적으로 활용된다. 알카인이 관여하는 다른 반응들도 종종 열역학적으로 매우 유리하다(발열/엑서곤).
알카인은 다음과 같은 다양한 반응에 참여한다.
- '''수소화 반응''': 알카인은 알켄보다 더 불포화되어, 2당량의 수소 (H2)를 첨가할 수 있다. 반면 알켄은 1당량의 수소만 첨가할 수 있다.[11]
- '''할로젠 첨가 반응''': 알카인은 할로젠과 반응하여 다이할로알켄 또는 테트라할로알케인을 생성한다.
- '''할로젠화 수소 첨가 반응''': 알카인은 할로젠화 수소와 반응하여 할로알켄이나 다이할로알케인을 생성한다.[13]
- '''수화 반응''': 아세틸렌의 수화 반응은 아세트알데히드를 생성한다.
- '''이성질화 반응''': 알카인은 강염기 또는 전이 금속에 의해 알렌으로 이성질체화될 수 있다.
- '''고리화 첨가 반응''': 알카인은 다양한 고리화 부가 반응에 참여한다.
- '''산화 반응''': 알카인은 금속 산화물에 대한 고리화 부가 반응을 통해 산화적 절단이 일어난다. 과망가니즈산 칼륨은 알카인을 한 쌍의 카르복실산으로 변환하는 대표적인 산화제이다.[1]
- '''말단 알카인의 반응''': 말단 알카인은 아세틸라이드를 생성하여 다양한 유도체로 쉽게 전환된다.
- '''금속 착물 형성''': 알카인은 전이 금속과 착물을 형성한다.
6. 1. 수소화 반응
알카인은 알켄보다 더 불포화되어, 2당량의 수소 (H2)를 첨가할 수 있다. 반면 알켄은 1당량의 수소만 첨가할 수 있다.[11] 촉매 및 조건에 따라 알카인은 1 또는 2당량의 수소를 첨가하여 알켄 또는 알케인을 생성한다. 일반적으로 알칸은 덜 유용하기 때문에 1당량의 수소만 첨가하여 알켄을 생성하는 부분 수소 첨가 반응이 더 바람직하다.
이 기술은 정유 공장에서 아세틸렌을 에틸렌으로 전환하는 데 가장 크게 적용된다. 알칸의 증기 분해 과정에서 생성되는 몇 퍼센트의 아세틸렌은 팔라듐/은 촉매 존재 하에서 선택적으로 수소화된다. 더 복잡한 알카인의 경우, 린들러 촉매를 사용하여 알칸 형성을 피하고 페닐아세틸렌을 스티렌으로 전환하는 것과 같이 알켄을 선택적으로 얻을 수 있다.[12]
내부 알카인에 1당량의 수소 (H2)를 첨가하면 시스-알켄이 생성된다.
6. 2. 할로젠 첨가 반응
알카인은 할로젠과 반응하여 다이할로알켄 또는 테트라할로알케인을 생성한다. 브로민 첨가 반응은 알카인의 불포화도를 확인하는 데 사용될 수 있다. (브로민수 탈색 반응)[13]:
에타인은 한 분자당 브롬 두 분자가 첨가된다. 브롬 분자들이 에타인의 삼중 결합을 깨고 그 사이로 들어와 첨가 반응을 하여 브롬수의 적갈색이 무색으로 변하게 된다.[13]
6. 3. 할로젠화 수소 첨가 반응
알카인은 할로젠화 수소와 반응하여 할로알켄이나 다이할로알케인을 생성한다.[13] 염화 수은을 촉매로 사용하여 아세틸렌과 염화 수소를 반응시키면 염화 비닐이 생성된다. 이 방법은 서방 국가에서는 더 이상 사용되지 않지만, 중국에서는 주요 생산 방법으로 남아 있다.[13]6. 4. 수화 반응
아세틸렌의 수화 반응은 아세트알데히드를 생성한다. 반응은 비닐 알코올 형성을 통해 진행되며, 이는 케토-엔올 호변이성질화를 통해 알데하이드를 형성한다. 이 반응은 한때 주요 산업 공정이었지만, 바커 공정에 의해 대체되었다. 이 반응은 자연에서 발생하며, 촉매는 아세틸렌 수화 효소이다.페닐아세틸렌의 수화는 아세토페논을 생성한다[14]
:PhC#CH + H2O -> PhCOCH3
은 1,8-노나다이인의 수화를 2,8-노난디온으로 촉매한다[15]
:HC#C(CH2)5C#CH + 2H2O -> CH3CO(CH2)5COCH3
6. 5. 이성질화 반응
알카인은 강염기 또는 전이 금속에 의해 알렌으로 이성질체화될 수 있다. 열역학적 안정성이 비슷하기 때문에 알카인/알렌 이성질체화의 평형 상수는 일반적으로 1에 가까운 여러 자릿수 내에 있다. 예를 들어 프로파인은 프로파디엔과 평형 혼합물을 생성하도록 이성질체화될 수 있다.:
6. 6. 고리화 첨가 반응
알카인은 다양한 고리화 부가 반응에 참여한다. 1,3-다이엔과의 디엘스-알더 반응은 1,4-사이클로헥사디엔을 생성한다. 이 반응은 광범위하게 개발되었으며, 특히 친전자성 알카인은 효과적인 다이엔 친전자체이다. 알카인이 2-파이론에 첨가되어 생성된 "고리 부가 생성물"은 이산화 탄소를 제거하여 방향족 화합물을 생성한다.다른 특수한 고리화 부가 반응으로는 방향족 화합물을 생성하는 알카인 삼량체화 반응과 파슨-칸드 반응에서 알카인, 알켄, 일산화 탄소의 [2+2+1]-고리화 부가 반응과 같은 다성분 반응이 있다. 비탄소 시약 또한 고리화 반응을 거치는데, 예를 들어 아자이드 알카인 휘스겐 고리화 부가 반응은 트리아졸을 생성한다.
알카인이 관련된 고리화 부가 과정은 종종 금속에 의해 촉매된다. 예를 들어, 엔아인 메타테시스 및 알카인 메타테시스는 카바인(RC) 중심의 재배열을 허용한다.
:
알카인의 산화적 절단은 금속 산화물에 대한 고리화 부가 반응을 통해 진행된다. 가장 잘 알려진 것은 과망간산 칼륨이 알카인을 한 쌍의 카르복실산으로 변환하는 것이다.
6. 7. 산화 반응
알카인은 금속 산화물에 대한 고리화 부가 반응을 통해 산화적 절단이 일어난다. 과망가니즈산 칼륨은 알카인을 한 쌍의 카르복실산으로 변환하는 대표적인 산화제이다.[1]6. 8. 말단 알카인의 특이적 반응
말단 알카인은 형태의 공식을 가지며, 알카인의 적어도 한쪽 끝은 수소 원자이다. 메틸아세틸렌(IUPAC 명명법으로는 프로핀)이 그 예시이다.[4] 아세틸렌 자체와 같은 말단 알카인은 약산성을 띠며, p''K''a 값은 약 25이다. 이는 p''K''a 값이 각각 약 40과 50인 알켄과 알칸보다 훨씬 더 산성이다. 말단 알카인의 산성 수소는 다양한 그룹으로 대체되어 할로-, 실릴-, 알콕시알킨이 생성될 수 있다. 말단 알카인의 탈프로톤화에 의해 생성된 카르바니온은 아세틸라이드라고 불린다.[5]말단 알카인은 커플링 반응 및 축합 반응과 같은 다양한 유도체로 쉽게 전환된다. 부틴다이올은 포름알데히드와 아세틸렌의 축합 반응을 통해 생성된다.[16][17]
소노가시라 반응에서 말단 알카인은 아릴 또는 비닐 할라이드와 결합한다.
이 반응성은 말단 알카인이 약산이라는 사실을 이용하며, 일반적인 p''K''a 값은 약 25로 암모니아 (35)와 에탄올 (16) 사이에 위치한다.
:
여기서 MX = NaNH2, LiBu, 또는 RMgX이다.
알카인과 특정 금속 양이온, 예를 들어 및 의 반응은 아세틸라이드를 생성한다. 따라서 몇 방울의 디암민은(I) 수산화은 ()은 흰색 아세틸라이드 침전물이 형성되면서 말단 알카인과 반응한다는 신호를 보낸다. 이러한 반응성은 알킨 결합 반응의 기초가 되며, 카디오-코트키에비츠 결합, 글레이저 결합, 및 이글린턴 결합을 포함한다.[18]
:
파보르스키 반응과 일반적으로 알킨화 반응에서 말단 알카인은 카보닐 화합물에 첨가되어 하이드록시알킨을 생성한다.
말단 알카인의 프로톤은 알칸이나 알켄에 비해 해리되기 쉽다. 아세틸렌의 p''K''a는 25이며, 암모니아 (35) 와 에탄올 (16) 의 중간 정도이며, 에틸렌 (44), 에탄 (50) 보다 훨씬 낮다. 이것은 생성되는 아세틸리드 C≡C− 상의 전자쌍이 수용되는 sp 궤도의 s성이 높기 때문에 음전하가 안정화되기 쉽기 때문이라고 설명된다. 일반적으로 어떤 궤도의 s성이 높은 경우, 양전하를 가진 원자핵과의 거리가 더 작아지므로 그 에너지가 낮아진다.
말단 알카인에 강염기, 예를 들어 금속 나트륨, 나트륨 아미드, n-부틸리튬, 그리냐르 시약 등을 작용시키면 수소를 발생시키면서 아세틸리드를 생성한다.
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아세틸리드는 강한 친핵체로서 유기 합성에 유용하며, C−C 결합 생성 반응에 사용된다.
그 외에 은 아세틸리드와 구리 아세틸리드도 알려져 있다.
6. 9. 금속 착물
알카인은 전이 금속과 착물을 형성한다. 이러한 착물은 알카인 삼량체화와 같은 알카인에 대한 금속 촉매 반응에서도 발생한다. 아세틸렌 자체를 포함한 말단 알카인은 물과 반응하여 알데하이드를 생성한다. 이러한 변환에는 일반적으로 이 반 마르코프니코프 부가 결과를 얻기 위해 금속 촉매가 필요하다.[19]7. 자연 및 의약품 속의 알카인
페르디난트 볼만에 따르면, 최초로 자연에서 발견된 아세틸렌 화합물인 탈수매트리카리아 에스테르는 1826년 쑥 종에서 분리되었다.[20] 그 후 약 200년 동안 1,000가지가 넘는 천연 아세틸렌이 발견되어 보고되었다. 폴리인은 이러한 천연 물질의 한 종류로, 다양한 식물, 고등 균류 배양, 박테리아, 해면, 산호에서 분리되었다.[20] 타리르산과 같은 일부 산에는 알카인 그룹이 포함되어 있다. 디인과 트리인(RC≡C–C≡CR′ 및 RC≡C–C≡C–C≡CR′)은 ''익티오테레'', ''국화'', ''미나리아재비'', ''물싸리'' 및 국화과, 미나리과 식물에서 발견된다. 시쿠톡신, 오에난토톡신, 팔카리놀 등이 그 예시이며, 살선충제 등 생리 활성이 높다.[21] 1-페닐헵타-1,3,5-트리인은 자연에서 발견되는 트리인의 예시이다.
알카인은 노레티노드렐과 같은 피임약을 포함한 일부 의약품에서 발견된다. 탄소-탄소 삼중 결합은 항레트로바이러스제 에파비렌츠와 항진균제 테르비나핀에도 존재한다. 엔다이인이라고 불리는 분자는 두 개의 알카인 그룹("다이인") 사이에 알켄("엔")을 포함하는 고리를 가지고 있다. 칼리케아미신과 같은 엔다이인은 매우 강력한 항종양 약물 중 하나이며, 엔다이인 부분은 "탄두"라고 불리기도 한다. 엔다이인은 베르그만 고리화 반응을 통해 재배열되어 종양 내 DNA를 공격하는 반응성이 매우 높은 라디칼 중간체를 생성한다.[22]
알카인은 천연물로서는 흔하지 않으며, 1000종 정도가 알려져 있다. 생리 활성을 나타내는 것은 많지 않지만, 살균제, 자기 방어를 위한 독, 유인 물질 등으로 알려져 있다.
독화살개구리는 포식자로부터 몸을 지키기 위해 히스트리오니코톡신이라는 독소를 피부에서 분비하는데, 분자 내에 2개의 알카인을 가지고 있다. 엔다이인 구조를 갖는 항생 물질은 세포 독성 또는 항종양 활성을 나타내는 경우가 많으며, 칼리케아미신, 네오칼치노스타틴 등이 화학 요법제로 이용될 가능성이 있다.
그 외에도 독미나리의 독성분 시쿠톡신, 중국 윈난성에 자생하는 구멍장이버섯과의 맹독균 ''Trogia venenata''의 독성분 ''2R''-아미노-''4S''-히드록시-5-헥신산과 ''2R''-아미노-5-헥신산[25] 등이 알려져 있다.
8. 주요 알카인
| 이름 | 화학식 | 비고 |
|---|---|---|
| 아세틸렌 | C2H2 | |
| 프로핀 | C3H4 | 메틸아세틸렌 |
| 1-부틴 | C4H6 | |
| 2-부틴 | C4H6 | |
| 1-펜틴 | C5H8 | |
| 아세틸렌디카르복실산 디메틸 | DMAD | |
| 디페닐아세틸렌 | 톨란 | |
| 프로파르길 알코올 |
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