炔烃:碳碳叁键的不饱和链烃-中文百科频道

简介

炔烃（拼音：quētīng；英文：Alkyne）是一类有机化合物，属于不饱和烃。其官能团为碳-碳三键（－C≡C－）。通式CnH2n-2，其中n为>=2正整数。简单的炔烃化合物有乙炔(C2H2)，丙炔(C3H4)等。炔烃原来也被叫做电石气，电石气通常也被用来特指炔烃中最简单的乙炔。

“炔”字是新造字，音同缺（quē），左边的火取自“碳”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。

简单的炔烃的熔点、沸点，密度均比具有相同碳原子数的烷烃或烯烃高一些。不易溶于水，易溶于乙醚、苯、四氯化碳等有机溶剂中。炔烃可以和卤素、氢、卤化氢、水发生加成反应，也可发生聚合反应。因为乙炔在燃烧时放出大量的热，炔又常被用来做焊接时的原料。

轨道

炔烃的碳原子2S轨道同一个2P轨道杂化，形成两个相同的SP杂化轨道。堆成地分布在碳原子两侧，二者之间夹角为180度。

乙炔碳原子一个SP杂化轨道同氢原子的1S轨道形成碳氢σ键，另一个SP杂化轨道与相连的碳原子的SP杂化轨道形成碳碳σ键，组成直线结构的乙炔分子。未杂化的两个P轨道与另一个碳的两个P轨道相互平行，“肩并肩”地重叠，形成两个相互垂直的π键。

分子结构

分子中含有碳碳三键的碳氢化合物的总称，碳氢化合物。炔烃是含碳碳三键的一类脂肪烃。

物理性质

炔烃的熔沸点低、密度小、难溶于水、易溶于有机溶剂，一般也随着分子中碳原子数的增加而发生递变。炔烃在水中的溶解度比烷烃、烯烃稍大。乙炔、丙炔、1-丁炔属弱极性，微溶于水，易溶于非极性溶液中碳架相同的炔烃，三键在链端极性较低。炔烃具有偶极矩，烷基支链多的炔烃较稳定。

化学性质

　炔烃的官能团是-C≡C-，它有两个π键，有较弱的亲核性（Lewis碱），其化学性质与烯烃有不少相似之处，例如能发生加成、氧化和聚和反应等。另外-C≡C-H的C-Hσ键具有与或σ键不同的性质。

化学成分

第二次世界大战时期，德国化学家J.W.雷佩发展了使乙炔在加压和高温下安全进行反应的技术，合成了许多重要产品，使乙炔成为基本的有机原料，乙炔的用途已逐渐被乙烯和丙烯代替。最简单的炔烃是乙炔，其结构简式为CH ≡CH,分子中4个原子在一直线上，C≡C和C-H的键长分别为1.205埃和1.058埃,比乙烯分子中C=C和C-H的键短。根据量子化学的描述,乙炔分子中两个碳原子以sp杂化轨道互相重叠，再以sp杂化轨道与两个氢原子的 1s轨道重叠，共生成三个σ键（一个C-C键和两个C-H键）,两个碳原子上各剩下一个2py和2pz轨道，在侧面互相垂直的方向分别重叠，生成两个π键,因此,叁键由一个σ键和两个π键组成。由于C-C呏C-C结构单元中4个碳原子在一条直线上,叁键的存在不会产生几何异构体，叁键碳原子上也不可能有侧链，因此炔烃异构体的数目比含同数碳原子的烯烃少。

特性

相对蒸气密度：(空气=1)：0.91。

蒸气压(kPa)：4053(16.8℃)。闪点<-50℃。

燃烧热：1298.4kJ/mol

键能：837kJ/mol

稳定性和反应活性：不稳定、非常活跃。

禁配物：强氧化剂、强酸、卤素。

避免接触的条件：受热。

危险特性：极易燃烧爆炸。与空气混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与氧化剂接触猛烈反应。与氟、氯等接触会发生剧烈的化学反应。能与铜、银、汞等的化合物生成爆炸性物质。

溶解性：微溶于乙醇，溶于丙酮、氯仿、苯。

简单炔烃的沸点、熔点以及密度，一般比碳原子数相同的烷烃和烯烃要高一些。这是由于炔烃分子较短小、细长，在液态和固态中，分子可以彼此很靠近，分子间的范德华力（van der Waals作用力)很强。炔烃分子略极性比烯烃强。烯烃不易溶于水，而易溶于石油醚、乙醚、苯和四氯化碳中。

结构鉴别

将乙炔通入银氨溶液或亚铜氨溶液中，则分别析出白色和红棕色炔化物沉淀。其他末端炔烃也会发生上述反应，因此可通过以上反应，可以鉴别出分子中含有的—C≡CH基团。

和炔烃的氧化一样，根据高锰酸钾溶液的颜色变化可以鉴别炔烃，根据所得产物的结构可推知原炔烃的结构。

一元取代乙炔通过硼氢化—氧化可制得烯基硼烷，该加成反应式反马氏规则的，烯基硼烷在碱性过氧化氢中氧化，得烯醇，异构化后生成醛。

二元取代乙炔，通常得到两种酮的混合物。

聚合

乙炔在不同的催化剂作用下，可有选择地聚合成链形或环状化合物。例如在氯化亚铜或氯化铵的作用下，可以发生二聚或三聚作用，生成苯。但这个反应苯的产量很低，同时还产生许多其他的芳香族副产物，因而没有制备价值，但为研究苯的结构提供了有力的线索。除了三聚环状物外，乙炔在四氢呋喃中，经氰化镍催化，于1.5～2MPa、50℃时聚合，可产生环辛四烯。

目前尚未发现环辛四烯的重大工业用途，但该化合物在认识芳香族化合物的过程中，起着很大的作用。以往认为乙炔不能在加压下进行反应，因为它受压后，很容易爆炸。后来发现将乙炔用氮气稀释，可以安全地在加压下进行反应，因而开辟了乙炔的许多新型反应，制备出许多重要的化合物。环辛四烯就是其中一个。

化学反应

在水和高锰酸钾存在的条件下，温和条件： PH=7.5时， RC≡CR' → RCO-OCR'

剧烈条件：100°C时，RC≡CR' → RCOOH + R'COOH CH≡CR →CO2+ RCOOH

炔烃与臭氧发生反应，生成臭氧化物，后者水解生成α—二酮和过氧化物，随后过氧化物将α－二酮氧化成羧酸。

炔烃中C≡C的C是sp杂化，使得Csp－H的σ键的电子云更靠近碳原子，增强了C-H键极性使氢原子容易解离，显示“酸性”。

电负性：sp>sp2>sp3，酸性大小顺序：乙炔>乙烯>乙烷。

连接在C≡C碳原子上的氢原子相当活泼，易被金属取代，生成炔烃金属衍生物叫做炔化物。

CH≡CH + Na → CH≡CNa + 1/2H2↑（条件NH3)

CH≡CH + 2Na → CNa≡CNa + H2↑ (条件NH3，190℃~220℃）CH≡CH + NaNH2→ CH≡CNa + NH3↑

CH≡CH + Cu2Cl2（2AgCl） → CCu≡CCu( CAg≡CAg )↓ + 2NH4Cl +2NH3（注意：只有在三键上含有氢原子时才会发生，用于鉴定端基炔RH≡CH）。

炔与带有活泼氢的有机物发生亲核加成反应：在氯化亚铜催化剂时：CH≡CH + HCN → CH=CH-CN

炔会发生聚合反应：2CH≡CH →CH2=CH-C≡CH (乙烯基乙炔） + CH≡CH →CH2=CH-C≡C-CH=CH2（二乙烯基乙炔）

加成反应

亲电加成

乙炔及其取代物与烯烃相似，也可以发生亲电加成反应，但由于sp碳原子的电负性比sp2碳原子的电负性强，使电子与sp碳原子结合得更为紧密，尽管三键比双键多一对电子，也不容易给出电子与亲电试剂结合，因而使三键的亲电加成反应比双键的亲电加成反应慢。乙炔及其衍生物可以和两分子亲电试剂反应。先是与一分子试剂反应，生成烯烃的衍生物，然后再与另一分子试剂反应，生成饱和的化合物。不对称试剂和炔烃加成时，也遵循马氏规则，多数加成是反式加成。

和卤素的加成

卤素和炔烃的加成为反式加成。反应机理与卤素和烯烃的加成相似，但反应一般较烯烃难。例如，烯烃可使溴的四氯化碳溶液立刻褪色，炔烃却需要几分钟才能使之褪色。故分子中同时存在非共轭的双键和叁键，在它与溴反应时，首先进行的是双键的加成。又如，乙炔与氯的加成反应须在光或三氯化铁或氯化亚锡的催化作用下进行，中间产物为反二氯乙烯，最后产物为1,1,2,2-四氯乙烷（CHCl2CHCl2）。