炔烴:碳碳叁鍵的不飽和鍊烴-中文百科頻道

簡介

炔烴（拼音：quētīng；英文：Alkyne）是一類有機化合物，屬于不飽和烴。其官能團為碳-碳三鍵（－C≡C－）。通式CnH2n-2，其中n為>=2正整數。簡單的炔烴化合物有乙炔(C2H2)，丙炔(C3H4)等。炔烴原來也被叫做電石氣，電石氣通常也被用來特指炔烴中最簡單的乙炔。

“炔”字是新造字，音同缺（quē），左邊的火取自“碳”字，表示可以燃燒；右邊的夬取自“缺”字，表示氫原子數和化合價比烯烴更加缺少，意味着炔是烷（完整）和烯（稀少）的不飽和衍生物。

簡單的炔烴的熔點、沸點，密度均比具有相同碳原子數的烷烴或烯烴高一些。不易溶于水，易溶于乙醚、苯、四氯化碳等有機溶劑中。炔烴可以和鹵素、氫、鹵化氫、水發生加成反應，也可發生聚合反應。因為乙炔在燃燒時放出大量的熱，炔又常被用來做焊接時的原料。

軌道

炔烴的碳原子2S軌道同一個2P軌道雜化，形成兩個相同的SP雜化軌道。堆成地分布在碳原子兩側，二者之間夾角為180度。

乙炔碳原子一個SP雜化軌道同氫原子的1S軌道形成碳氫σ鍵，另一個SP雜化軌道與相連的碳原子的SP雜化軌道形成碳碳σ鍵，組成直線結構的乙炔分子。未雜化的兩個P軌道與另一個碳的兩個P軌道相互平行，“肩并肩”地重疊，形成兩個相互垂直的π鍵。

分子結構

分子中含有碳碳三鍵的碳氫化合物的總稱，碳氫化合物。炔烴是含碳碳三鍵的一類脂肪烴。

物理性質

炔烴的熔沸點低、密度小、難溶于水、易溶于有機溶劑，一般也随着分子中碳原子數的增加而發生遞變。炔烴在水中的溶解度比烷烴、烯烴稍大。乙炔、丙炔、1-丁炔屬弱極性，微溶于水，易溶于非極性溶液中碳架相同的炔烴，三鍵在鍊端極性較低。炔烴具有偶極矩，烷基支鍊多的炔烴較穩定。

化學性質

　炔烴的官能團是-C≡C-，它有兩個π鍵，有較弱的親核性（Lewis堿），其化學性質與烯烴有不少相似之處，例如能發生加成、氧化和聚和反應等。另外-C≡C-H的C-Hσ鍵具有與或σ鍵不同的性質。

化學成分

第二次世界大戰時期，德國化學家J.W.雷佩發展了使乙炔在加壓和高溫下安全進行反應的技術，合成了許多重要産品，使乙炔成為基本的有機原料，乙炔的用途已逐漸被乙烯和丙烯代替。最簡單的炔烴是乙炔，其結構簡式為CH ≡CH,分子中4個原子在一直線上，C≡C和C-H的鍵長分别為1.205埃和1.058埃,比乙烯分子中C=C和C-H的鍵短。根據量子化學的描述,乙炔分子中兩個碳原子以sp雜化軌道互相重疊，再以sp雜化軌道與兩個氫原子的 1s軌道重疊，共生成三個σ鍵（一個C-C鍵和兩個C-H鍵）,兩個碳原子上各剩下一個2py和2pz軌道，在側面互相垂直的方向分别重疊，生成兩個π鍵,因此,叁鍵由一個σ鍵和兩個π鍵組成。由于C-C呏C-C結構單元中4個碳原子在一條直線上,叁鍵的存在不會産生幾何異構體，叁鍵碳原子上也不可能有側鍊，因此炔烴異構體的數目比含同數碳原子的烯烴少。

特性

相對蒸氣密度：(空氣=1)：0.91。

蒸氣壓(kPa)：4053(16.8℃)。閃點<-50℃。

燃燒熱：1298.4kJ/mol

鍵能：837kJ/mol

穩定性和反應活性：不穩定、非常活躍。

禁配物：強氧化劑、強酸、鹵素。

避免接觸的條件：受熱。

危險特性：極易燃燒爆炸。與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。與氧化劑接觸猛烈反應。與氟、氯等接觸會發生劇烈的化學反應。能與銅、銀、汞等的化合物生成爆炸性物質。

溶解性：微溶于乙醇，溶于丙酮、氯仿、苯。

簡單炔烴的沸點、熔點以及密度，一般比碳原子數相同的烷烴和烯烴要高一些。這是由于炔烴分子較短小、細長，在液态和固态中，分子可以彼此很靠近，分子間的範德華力（van der Waals作用力)很強。炔烴分子略極性比烯烴強。烯烴不易溶于水，而易溶于石油醚、乙醚、苯和四氯化碳中。

結構鑒别

将乙炔通入銀氨溶液或亞銅氨溶液中，則分别析出白色和紅棕色炔化物沉澱。其他末端炔烴也會發生上述反應，因此可通過以上反應，可以鑒别出分子中含有的—C≡CH基團。

和炔烴的氧化一樣，根據高錳酸鉀溶液的顔色變化可以鑒别炔烴，根據所得産物的結構可推知原炔烴的結構。

一元取代乙炔通過硼氫化—氧化可制得烯基硼烷，該加成反應式反馬氏規則的，烯基硼烷在堿性過氧化氫中氧化，得烯醇，異構化後生成醛。

二元取代乙炔，通常得到兩種酮的混合物。

聚合

乙炔在不同的催化劑作用下，可有選擇地聚合成鍊形或環狀化合物。例如在氯化亞銅或氯化铵的作用下，可以發生二聚或三聚作用，生成苯。但這個反應苯的産量很低，同時還産生許多其他的芳香族副産物，因而沒有制備價值，但為研究苯的結構提供了有力的線索。除了三聚環狀物外，乙炔在四氫呋喃中，經氰化鎳催化，于1.5～2MPa、50℃時聚合，可産生環辛四烯。

目前尚未發現環辛四烯的重大工業用途，但該化合物在認識芳香族化合物的過程中，起着很大的作用。以往認為乙炔不能在加壓下進行反應，因為它受壓後，很容易爆炸。後來發現将乙炔用氮氣稀釋，可以安全地在加壓下進行反應，因而開辟了乙炔的許多新型反應，制備出許多重要的化合物。環辛四烯就是其中一個。

化學反應

在水和高錳酸鉀存在的條件下，溫和條件： PH=7.5時， RC≡CR' → RCO-OCR'

劇烈條件：100°C時，RC≡CR' → RCOOH + R'COOH CH≡CR →CO2+ RCOOH

炔烴與臭氧發生反應，生成臭氧化物，後者水解生成α—二酮和過氧化物，随後過氧化物将α－二酮氧化成羧酸。

炔烴中C≡C的C是sp雜化，使得Csp－H的σ鍵的電子雲更靠近碳原子，增強了C-H鍵極性使氫原子容易解離，顯示“酸性”。

電負性：sp>sp2>sp3，酸性大小順序：乙炔>乙烯>乙烷。

連接在C≡C碳原子上的氫原子相當活潑，易被金屬取代，生成炔烴金屬衍生物叫做炔化物。

CH≡CH + Na → CH≡CNa + 1/2H2↑（條件NH3)

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

CH≡CH + Cu2Cl2（2AgCl） → CCu≡CCu( CAg≡CAg )↓ + 2NH4Cl +2NH3（注意：隻有在三鍵上含有氫原子時才會發生，用于鑒定端基炔RH≡CH）。

炔與帶有活潑氫的有機物發生親核加成反應：在氯化亞銅催化劑時：CH≡CH + HCN → CH=CH-CN

炔會發生聚合反應：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）

加成反應

親電加成

乙炔及其取代物與烯烴相似，也可以發生親電加成反應，但由于sp碳原子的電負性比sp2碳原子的電負性強，使電子與sp碳原子結合得更為緊密，盡管三鍵比雙鍵多一對電子，也不容易給出電子與親電試劑結合，因而使三鍵的親電加成反應比雙鍵的親電加成反應慢。乙炔及其衍生物可以和兩分子親電試劑反應。先是與一分子試劑反應，生成烯烴的衍生物，然後再與另一分子試劑反應，生成飽和的化合物。不對稱試劑和炔烴加成時，也遵循馬氏規則，多數加成是反式加成。

和鹵素的加成

鹵素和炔烴的加成為反式加成。反應機理與鹵素和烯烴的加成相似，但反應一般較烯烴難。例如，烯烴可使溴的四氯化碳溶液立刻褪色，炔烴卻需要幾分鐘才能使之褪色。故分子中同時存在非共轭的雙鍵和叁鍵，在它與溴反應時，首先進行的是雙鍵的加成。又如，乙炔與氯的加成反應須在光或三氯化鐵或氯化亞錫的催化作用下進行，中間産物為反二氯乙烯，最後産物為1,1,2,2-四氯乙烷（CHCl2CHCl2）。