炔烃的官能团为碳碳三键,通式为CnH2n-2。由于其独特的结构,被赋予了不同的性质。
最简单的炔烃是乙炔,它是一种线性分子,在同一条直线上有2个碳原子和2个氢原子。同时,炔烃中碳碳三键上的两个碳原子是SP杂化,所以这两个碳原子的电负性大于双键碳和烷烃碳。三个键的两个碳与一个SP杂化轨道形成键,然后两个SP轨道相互重叠形成两个键。也是因为键的形成,两端碳原子之间的距离缩短,键能大于双键。
乙炔的球杆型。黑球是碳原子,白球是氢原子。
炔烃的熔点、沸点和密度略高于同碳数的烷烃和烯烃。这是因为我们较早的介绍了炔烃的结构,炔烃比烷烃烯烃更规则,分子可以紧密堆积。炔烃和其他有机物一样,不溶于水,溶于石油醚、二氯甲烷、四氯化碳等有机溶剂。
根据炔烃的结构,炔烃的化学反应主要在末端氢和三键上。
1.末端炔烃的化学性质
由于碳碳三键是SP杂化,其电负性大使得末端炔烃的氢呈微酸性,丙炔的PKa约为25。虽然它的酸性远不如无机酸,如HCl、H2SO4、H2CO3等。在碳氢化合物中酸性很强。因此,炔烃可以与强碱如氨基钠反应生成碳负离子。
炔烃的这一特性有许多用途。由于碳负离子具有很强的亲核能力,可以与卤代烃反应增加碳链。
2.末端炔烃的检验
乙炔通入银氨溶液中,会出现白色沉淀。该反应可用于识别末端炔烃。
3.炔烃的还原
(1)通常不饱和键的还原会用Pd作催化剂,H2作还原,但这种还原不易控制反应程度和产物的构型,一般不采用这种方法。
(2) Lindlar催化剂通常用于炔烃的催化加氢。Lindlar催化剂是将钯附着在碳酸钙和少量氧化铅上。这种方法可以将炔烃还原成烯烃,生成的烯烃具有均匀的构型,都是顺式构型。
(3)方法(2)得到顺式烯烃,反式烯烃可以在液氮中用金属钠还原。
4.炔烃的加成反应
炔烃的碳碳三键类似于烯烃的碳碳双键,也可以发生加成反应。然而,因为碳-碳三键的键能高于碳-碳双键的键能,所以加成反应优先与碳-碳双键发生。
炔烃也能与氢卤酸、水、氢氰酸反应(氢的位置服从马尔可夫规律)。
1.工业上制备乙炔都是电石法。也就是说,电石与水反应生成乙炔和氢氧化钙。
2.高温高压将用于工业生产。这个条件在实验室不容易实现,也是安全的。实验室炔烃是由二元卤代烷制备的。
总之,炔烃在自然界中很少见,但却是各种有机化合物合成的中间体,在有机合成中非常重要。可以发生氧化、还原、亲核加成、亲电加成等化学反应。同时也可应用于高分子,高温高压合成苯。