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炔烃

2021-07-16 12:27:04

炔(quē)烃(tīng)(英语:alkyne)是一类有机化合物,属于不饱和烃,分为链炔烃与环炔烃。按含三键的多少分别称单炔烃、二炔烃等。其官能团为碳-碳三键(-C≡C-)。通式CnH2n-2,其中n为非1正整数。简单的炔烃化合物有乙炔(C2H2)、丙炔(C3H4)等。炔烃也被叫做电石气,电石气通常也被用来特指炔烃中最简单的乙炔。

字是新造字,左边的火取自“”字,表示可以燃烧;右边的夬取自“缺”字,表示氢原子数和化合价比烯烃更加缺少,意味着炔是烷(完整)和烯(稀少)的不饱和衍生物。“炔”的读音为“ㄐㄩㄝˊ”。

结构

炔键(碳-碳三键)里的碳原子采取sp杂化:每个碳原子拥有2个p轨道和2个sp杂化轨道。两个来自不同碳原子的sp轨道重叠形成一个 sp-spσ键。一个原子的两个p轨道分别于另外一个原子的两个p轨道重叠,形成两个π键,这样一共就有3个键。剩下每一个原子的sp轨道可以与其他原子形成σ键,例如,都与氢原子结合就形成了乙炔。两个sp轨道分别在原子的两侧,互相对称:在乙炔中,H-C-C 的键角是180°。因为共有六个电子参与成键,所以三键的键能很高,有837千焦/摩。其中σ键贡献369千焦/摩,第一个π键贡献268千焦/摩,第二个π键稍弱,只有202千焦/摩。三键中两个碳的距离仅121皮米,对比烯烃为134皮米,烷烃有153皮米。

化学性质

与烷烃不同,炔烃不稳定并且非常活跃。因此乙炔燃烧发出大量的热,乙炔焰常被用来焊接。

例子

最简单的炔烃是乙炔。

末端炔烃和内部炔烃

末端炔烃至少有一个氢原子连接在经过sp杂化的碳上(即连接在三键碳上,一个例子就是丙炔)。

非末端炔烃中,是除了氢以外的其它原子或官能团连接在经过sp杂化的碳上,通常是另外一个碳原子,但也可能是一个杂原子。一个很好的例子是2-戊炔,其中一个甲基连接在三键一端,三键另外一端则是连接的一个乙基

末端炔烃可以和银氨络合物或者(亚)铜氨络合物反应生成白色的端炔银和暗红色的端炔铜(1价),这两者都不溶于水。此反应可以用于鉴定末端炔烃。

金属炔化合物

一个末端炔烃和一个强碱(例如:氨基钠,正丁基锂或格林尼亚试剂)反应,生成末端炔烃的阴离子(一个金属炔化合物)。乙炔呈酸性。pKa 为25,介于(35)和乙醇(16)之间。有这样的酸性和电子所在的sp杂化轨道中s所占的比重较大有关,在s轨道中的电子更倾向于靠近带正电的原子核因此能量较低,故带负电的炔阴离子比较稳定。

合成

炔烃的一般制备是通过邻二卤化烷烃的脱卤化氢作用,也可以通过金属炔化合物与一级卤化烷反应制得。在Fritsch-Buttenberg-Wiechell重排反应中,炔烃由溴化乙烯基起始制得。

炔烃也可以由通过Corey-Fuchs反应制得,亦可以通过Seyferth-Gilbert同素化制得。

乙炔的制备

乙炔可由碳化钙和水反应制备:先将碳酸钙加热产生氧化钙和二氧化碳,再将氧化钙和碳加热至摄氏3000度,产生碳化钙(电石)和一氧化碳,最后将碳化钙加水混和便产生乙炔和氢氧化钙。

反应

炔烃能参与很多的有机反应。

  • 亲电加成反应
    • 加氢得到相应的烯烃或烷烃
    • 加卤素得到乙烯基卤化物或烷基卤化物
    • 卤化氢得到乙烯基卤化物或烷基卤化物
    • 加水生成羰基化合物(经过烯醇式中间体)
  • 环加成
    • Diels-Alder反应,和2-吡喃酮经过消去二氧化碳后合成芳香化合物
    • Azide alkyne Huisgen环加成,生成三氮杂茂(三唑
    • Bergman环加成,与烯炔化合物生成芳香化合物
    • 炔的三分子缩合,生成芳香化合物
    • 不规则炔经过炔换位生成新的炔烃化合物
    • Pauson–Khand反应中,炔烃、烯烃和一氧化碳发生[2+2+1]环加成
  • 金属炔化合物的亲核取代反应
    • 与烷基卤化物形成新的碳碳键
  • 金属炔化合物的亲核加成反应
    • 与羰基化合物生成中间产物醇盐,然后酸化生成羟基炔
  • 硼氢化-氧化反应,炔烃和有机硼化合物生成乙烯基硼烷
    • 然后由过氧化氢氧化生成相应的
  • 高锰酸钾氧化分解,生成羰基酸
  • 由强导致的炔键在长链上的移动

参考资料

参见

外部链接

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