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9.1 : 炔烃的结构和物理性质

介绍:

在自然界中,同时含有碳和氢的化合物被称为“碳氢化合物”。 脂肪烃是分子中含有饱和单键(即烷烃)或不饱和双键或三键的化合物。 烯烃含有碳-碳双键,结构式为CnH2n。 含有碳碳三键的不饱和烃称为“炔烃”,结构式为CnH2n-2

最简单的炔烃是乙炔,一种无色气体,在高温下燃烧,用作焊接燃料。 炔烃存在于多种天然和合成的物质中。 例如,从南美树蛙获得的毒药中就含有天然炔烃。 另一方面,合成的含炔化合物在乙炔雌二醇等口服避孕药等药物中发挥着重要作用。 其他基于炔烃的药物,例如司来吉兰,与合成多巴胺或左旋多巴联合使用来治疗帕金森病。

炔烃的杂化:

炔烃中的三键是由于碳-碳 (C-C) 键的 sp 轨道重叠形成西格玛 (σ) 键,以及 2py 和 2pz 轨道横向重叠分别形成两个 π 键。 碳 sp 轨道与氢原子的 1s 轨道重叠,形成炔烃的碳-氢 (C-H) sp–1s 西格玛键。 炔烃表现出具有 50% s 特征的 sp 杂交。 由于轨道轨道中的电子的能量低于轨道轨道中的电子,因此原子 s 特性的增加会增加其电负性。

分子几何:键长、键角和键强度

由于涉及轨道横向重叠的sp杂化,炔烃具有键角为180°的线性几何形状。 因为将两个碳连在一起的键的数量的增加,乙炔中的 C-C 三键长度经测量为 121 pm 或 1.21 Å,小于烯烃(134 pm 或 1.34 Å)和烷烃(153 pm 或 1.53 Å)。

炔烃中的 C-H 键(乙炔中为 1.06 Å)也比烯烃和烷烃中的 C-H 键更短,因为与氢形成 sp-1s σ 键的 sp 杂化碳轨道的 s-特征增加。 除了能量较低之外, s- 轨道中的电子比 p 轨道中的电子更靠近原子核,并且束缚更紧密。 因此,较大的 s-特性会增加键合强度。 因此,炔烃中的 C-C 三键和 C-H 键比烯烃和烷烃的 C-C 三键和 C-H 键更短、更强,这主要是由于它们的 s 特性增强。 炔烃的键解离能为 966 kJ 或 231 kcal/mol,由于存在这些较短且较强的键,因此高于烷烃和烯烃。

炔烃的物理性质:

炔烃表现出与其母体烷烃或烯烃相似的物理性质。 它们是密度比水低的非极性化合物,不溶于水和极性溶剂。 然而,它们在非极性有机溶剂中表现出良好的溶解度。 较低分子量的炔烃如乙炔和丙炔在室温下以气体形式存在,而较高分子量的炔烃如1-辛炔和1-癸炔是液体。

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