Alchini: struttura, nomenclatura e acidità

Gli alchini sono idrocarburi che contengono almeno un triplo legame carbonio-carbonio. Il triplo legame è la zona più concentrata di elettroni di tutta la chimica degli idrocarburi, e da questo derivano due caratteristiche particolari: una geometria lineare e una sorprendente acidità dell’idrogeno legato al carbonio terminale, fenomeno che non ha eguali tra alcani e alcheni.

Vediamo la formula generale degli alchini, la geometria del triplo legame, le regole IUPAC e soprattutto perché l’idrogeno terminale degli alchini si comporta da acido debole.

Il triplo legame e la formula generale

In un alchino due atomi di carbonio sono uniti da un triplo legame: un legame σ e due legami π. I carboni coinvolti sono ibridati sp e dispongono i loro legami a 180°, dando alla regione del triplo legame una geometria perfettamente lineare. Il triplo legame sottrae quattro idrogeni rispetto all’alcano corrispondente, e ciò si riflette nella formula generale:

C_nH_2n−2

Così l’etino (o acetilene) è C₂H₂, il propino C₃H₄, il butino C₄H₆. L’acetilene è il più noto: brucia con una fiamma molto calda, sfruttata nelle saldature ossiacetileniche. La densità elettronica del triplo legame rende gli alchini reattivi nelle addizioni, come gli alcheni ma con la possibilità di addizionare due molecole in successione.

La nomenclatura IUPAC degli alchini

Le regole sono parallele a quelle degli alcheni: si individua la catena più lunga che contiene il triplo legame e si usa il suffisso –ino al posto di –ano. La numerazione parte dall’estremo che assegna al triplo legame l’indice più basso, e quell’indice si riporta nel nome: pent-1-ino, pent-2-ino e così via. Quando una molecola contiene sia un doppio sia un triplo legame si usano insieme i suffissi –en e –ino (per esempio en-in-), con la numerazione che privilegia l’insaturazione complessiva con gli indici più bassi.

L’acidità degli alchini terminali

È la proprietà più sorprendente di questa classe. Un alchino terminale — cioè con il triplo legame all’estremo della catena e un idrogeno legato direttamente al carbonio sp — può cedere quell’idrogeno a una base sufficientemente forte, comportandosi come un acido debole:

R−C≡C−H + base forte → R−C≡C⁻ + acido coniugato

Il motivo sta nell’ibridazione del carbonio. Un carbonio sp ha un alto «carattere s» (50%): tiene gli elettroni più vicini al nucleo e quindi stabilizza meglio la carica negativa che resta dopo la perdita dell’idrogeno. L’anione che si forma, detto acetiluro, è perciò relativamente stabile. L’idrogeno legato a un carbonio sp ha un pK_a di circa 25, contro circa 44 per un carbonio sp² (alcheni) e circa 50 per un carbonio sp³ (alcani): un’acidità enormemente maggiore, anche se gli alchini restano comunque acidi molto deboli rispetto all’acqua.

Solo gli alchini terminali sono acidi

È importante notare che l’acidità riguarda esclusivamente gli alchini terminali. In un alchino interno, come il but-2-ino, i carboni del triplo legame non portano idrogeni direttamente legati: non c’è nessun idrogeno acido da cedere, e la molecola non mostra questa proprietà. La posizione del triplo legame, quindi, non è un dettaglio di nomenclatura ma cambia in modo sostanziale il comportamento chimico della molecola. Riconoscere se un alchino è terminale o interno è il primo passo per prevederne la reattività.

Le altre reazioni tipiche degli alchini ricalcano quelle degli alcheni ma raddoppiate, perché ci sono due legami π da aprire. L’idrogenazione completa porta all’alcano, ma controllando le condizioni ci si può fermare all’alchene, scegliendo l’isomero cis o trans. L’addizione di acqua, opportunamente catalizzata, porta a composti carbonilici. Questa versatilità rende gli alchini intermedi preziosi nella sintesi organica.

Acidità e ibridazione a confronto

La tabella collega il tipo di carbonio alla sua ibridazione, al carattere s e all’acidità dell’idrogeno legato:

Più alto è il carattere s del carbonio, più vicini al nucleo sono gli elettroni e più stabile risulta la carica negativa dell’anione: ecco perché l’idrogeno legato a un carbonio sp è di gran lunga il più acido dei tre.

Domande frequenti

Che cosa sono gli alchini?

Sono idrocarburi che contengono almeno un triplo legame carbonio-carbonio. Con un solo triplo legame rispondono alla formula C_nH_2n−2. I carboni del triplo legame sono ibridati sp, con geometria lineare a 180°. Il più noto è l’acetilene, usato nelle saldature.

Qual è la formula generale di un alchino?

Con un solo triplo legame è C_nH_2n−2: quattro idrogeni in meno rispetto all’alcano con lo stesso numero di carboni, perché il triplo legame è più insaturo del doppio. Per esempio l’etino è C₂H₂ e il propino C₃H₄.

Perché gli alchini terminali sono acidi?

Perché il carbonio sp ha un alto carattere s (50%) e tiene gli elettroni vicini al nucleo: l’anione che si forma cedendo l’idrogeno (l’acetiluro) è relativamente stabile. Per questo l’idrogeno legato a un carbonio sp ha un pK_a intorno a 25, molto più acido di quelli legati a carboni sp² o sp³.

Tutti gli alchini sono acidi?

No, solo quelli terminali, in cui un idrogeno è legato direttamente al carbonio sp del triplo legame. Negli alchini interni, come il but-2-ino, i carboni del triplo legame non portano idrogeni: non c’è alcun idrogeno acido da cedere e la molecola non mostra questa proprietà.

A che cosa serve l’acidità degli alchini in sintesi?

Strappando l’idrogeno terminale con una base molto forte si ottiene l’anione acetiluro, un nucleofilo eccellente. Facendolo reagire con un alogenuro alchilico si forma un nuovo legame carbonio-carbonio: è un metodo classico per allungare lo scheletro di una molecola partendo da frammenti più piccoli.