有機化學/炔烴
炔烴中形成的碳三鍵，由於沒有氫原子，因此碳鍵變得更強，這是由於原子核中心力的作用，它吸引了附近的原子。
炔烴是含有碳碳三鍵的烴。它們既不表現出幾何異構體也不表現出光學異構體。最簡單的炔烴是乙炔 (HCCH)，通常稱為乙炔，如右圖所示。
正如你從學習烯烴中所知，原子並不總是隻與一對電子鍵合。在烯烴（以及其他有機和無機分子）中，原子對可以相互共享不止一對電子。炔烴比烯烴更進一步，在碳之間共享三對電子，而不是兩對。
正如你應該已經知道的，碳通常存在於四價狀態 - 它與其他原子形成四個共價鍵。正如你從烯烴部分所知，所有四個鍵並不一定與不同的原子結合，因為碳原子可以與彼此形成雙鍵。這樣做的結果是，它看起來只與另外三個原子結合，但實際上存在四個鍵。
烯烴是包含碳和氫原子的分子，其中一對或多對碳原子參與雙鍵，雙鍵由一個西格瑪 (σ) 鍵和一個π (π) 鍵組成。炔烴也是由碳和氫原子組成的分子，但它們不是與一個西格瑪 (σ) 鍵和一個π (π) 鍵形成雙鍵，而是至少有一對碳原子具有 σ 和兩個 π 鍵 - 三鍵。
因此，碳碳三鍵是一種鍵，其中碳原子共享一個s 和兩個p 軌道，在它們之間形成一個 σ 鍵和兩個 π 鍵。這導致形成線性分子，鍵角約為 180ﾟ。由於我們知道雙鍵比單共價鍵短，因此預測三鍵會更短是合乎邏輯的，實際上確實如此。三鍵的長度為 1.20 埃，比乙烷和乙烯的 1.54 和 1.34 埃分別短，但三鍵和雙鍵之間的差異略小於單鍵和雙鍵之間的差異。
化學性質與烯烴非常相似，因為兩者都是透過消除反應形成的，炔烴經歷的主要化學反應是加成型反應。
如果我們將烷烴、烯烴和炔烴族的通用分子式以及環烷烴和環烯烴族的通用分子式進行比較，我們會看到以下關係
| 族 | 分子式 |
|---|---|
| 烷烴 | CnH2n+2 |
| 烯烴 | CnH2n |
| 環烷烴 | CnH2n |
| 炔烴 | CnH2n-2 |
| 環烯烴 | CnH2n-2 |
我們可以看到，對於環狀結構或雙鍵，與具有相同碳原子數的烷烴結構相比，氫原子的差異為兩個。如果存在環 + 雙鍵（環烯烴）或三鍵（炔烴），則與具有相同碳原子數的烷烴結構相比，差異為四個氫原子。我們說氫缺乏指數等於必須從烷烴中去除的氫原子對的數目，以獲得正在研究的化合物的相同分子式。分子中的每一個 π 鍵都會將指數增加一個。任何環狀結構都會將指數增加一個。以下是可能性列表
| 每個分子 | 氫缺乏指數 |
|---|---|
| 一個雙鍵 | 1 |
| 1 個環 | 1 |
| 1 個雙鍵和 1 個環 | 2 |
| 2 個雙鍵 | 2 |
| 1 個三鍵 | 2 |
| 1 個三鍵 + 1 個雙鍵 | 3 |
| 3 個雙鍵 | 3 |
| 2 個雙鍵 + 1 個環 | 3 |
| 2 個三鍵 | 4 |
| 4 個雙鍵 | 4 |
只需記住，雙鍵具有 1 個 π 鍵，三鍵具有 2 個 π 鍵，每個 π 鍵都是指數 1。我們可以使用指數和分子式來識別關於分子確切性質的可能性。例如，確定分子式並推測如果給定指數為 3 且它是 6 個碳的烴，那麼分子將具有什麼型別的 π 鍵和/或環狀結構。
確定六個碳烷烴的分子式。對於 n = 6，我們有 CnH2n+2。也就是說，C6H14。
由於指數 3 意味著與我們在步驟 1 中確定的烷烴相比，該化合物少了 3 對 (2) 氫原子，那麼我們將有 C6H14-6 或 C6H8。
在推測具有指數 3 的鍵合和結構可能是什麼時，這可能意味著
- 三個雙鍵位於非環狀結構中，如六三烯
- 兩個雙鍵位於環狀結構中，如環己二烯
- 一個三鍵和一個雙鍵位於非環狀結構中
顯然，答案無法僅從公式中確定，但公式將提供關於分子結構的重要線索。
環炔烴很少遇到，並且由於角張力，在小環中不穩定。環辛炔已被分離出來，但反應性很強，會迅速與自身聚合。環壬炔是最小的穩定環炔烴。
苯炔是另一個環炔烴，已被提議作為苯消除-加成反應的中間體。
為了合成炔烴，通常從鄰位或偕位二滷代烷烴（烷烴上連線著兩個鹵素原子，要麼彼此相鄰，要麼彼此相對）開始。加入醯胺鈉 (NaNH2) 會根據扎伊採夫規則消除鹵素，從而形成碳碳三鍵，因為起始分子中的兩個鹵素以及兩個氫原子都丟失了。這被稱為雙脫鹵化氫。
R-R -(H^2)⇒ CH^2=CH^2
在鋅存在下，四滷代烷的脫滷反應可生成炔烴。當四滷代烷蒸氣透過加熱的鋅時會發生這種反應。然而，這種反應對於製備炔烴並沒有太大用處，因為製備該反應所需的四滷代烷是從炔烴製備的。因此，該反應可以用於炔烴的純化。
起始化合物是已經含有碳碳雙鍵的鹽。其中一種化合物是馬來酸。機理類似於使用 Kolbe 電解法生成乙烷的機理。
CH-COONa || (sodium maleate) (maleic acid) CH-COONa At Anode: At cathode: CH-COO- 2Na+ + 2e- -> 2Na || CH-COO- 2Na + H2O -> 2NaOH + H2 -2e- -> CH-COO* CH* CH || -> -2CO2 -> || -> ||| CH-COO* CH* CH (free radical formation)
在這種情況下，炔烴在陽極生成，而 NaOH 在陰極生成，氫氣被釋放。
鄰二滷代烷可以用極端條件如 150°C 的鈉醯胺 NaNH2 或 200°C 的熔融/固體氫氧化鉀 KOH 轉化為炔烴。
碳化鈣是化合物 CaC2，由鈣離子 (Ca2+) 和乙炔離子 C22- 組成。它是透過以下反應由石灰和焦炭合成得到的
CaO + 3C → CaC2 + CO
該反應是高度吸熱的，需要 2000o C 的溫度。因此，它是在電弧爐中生產的。
碳化鈣可正式被認為是乙炔的衍生物，乙炔是一種極其弱的酸（雖然不像氨那麼弱）。雙去質子化意味著碳化物離子具有很高的能量。當水與碳化鈣混合時，會立即發生水解，生成乙炔氣體。
CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + C2H2
大多數炔烴的密度小於水（它們漂浮在水面上），但也有少數例外。
液態炔烴是非極性溶劑，不溶於水。然而，炔烴比烷烴或烯烴更極性，這是由於三鍵附近存在電子密度。
氫原子與碳原子之比低的炔烴具有高度可燃性。碳碳三鍵具有很高的反應活性，容易斷裂或轉化為雙鍵或單鍵。三鍵儲存大量的化學能，因此斷裂時是高度放熱的。釋放的熱量會導致快速膨脹，因此在處理乙炔等炔烴時要小心。
末端炔烴的一個合成上重要的性質是其質子的酸性。雖然烷烴中的質子 pKa 約為 60，烯烴中的質子 pKa 在 40 多一點，但末端炔烴的 pKa 大約為 25。炔烴的取代可以進一步降低炔烴的 pKa；例如，PhCCH 的 pKa 大約為 23，Me3SiCCH 的 pKa 大約為 19。炔烴的酸性使它們能夠被足夠強的鹼（如丁基鋰 BuLi 或醯胺離子 NH2-）輕鬆去質子化。在適當的條件下，PhCCH 等更酸性的炔烴甚至可以透過醇鹽鹼去質子化。
炔烴可以透過加水轉化為酮或醛形式。使用硫酸水溶液 (H2O/H2SO4) 和 HgSO4 可以從炔烴生成 (馬氏規則) 酮，而反馬氏規則醛產物則需要不同的試劑，並是一個多步驟過程。
炔烴與鹵化氫反應非常快，並且反應完全。加成是反式的，並且遵循馬氏規則。
|
RCCH + H-Br (1 當量) --> RCBr=CH2 |
將鹵化氫（如 HCl 或 HBr）加入炔烴中，可以透過馬氏規則過程生成偕二滷代烷，但在過氧化物存在下加入 HBr 會生成反馬氏規則的烯基溴化物產物。
加入雙原子鹵素分子（如 Br2 或 Cl2）會生成 1,2-二滷代烯烴，或者，如果過量新增鹵素，會生成 1,1,2,2-四滷代烷。
加入 H2O 以及雙原子鹵素會生成滷代醇加成產物和 α-滷代酮。
炔烴在空氣中燃燒，產生像烷烴一樣的黑煙黃焰。烯烴也燃燒成黃色火焰，而烷烴燃燒成藍色火焰。乙炔燃燒會釋放大量的熱量，被用於氧乙炔焰切割機，用來焊接金屬，例如，摩天大樓的超高層結構。
| 2 C2H2 + 5 O2 --> 4 CO2 + 2 H2O |
炔烴可以透過加入 H2 和金屬催化劑（如鈀碳或鉑或鎳）來氫化，這會導致炔烴的兩個碳原子都完全飽和。如果使用林德拉催化劑，炔烴會氫化生成 Z 異構體的烯烴，如果使用氨溶液中的鹼金屬來氫化炔烴，則會生成 E 異構體的烯烴。
如上所述，炔烴在活性金屬催化劑（如 Pt、Pd、Rh 或 Ni）存在下，在加熱和加壓下可以被還原成烷烴。
| RCCR' + 2 H2 (Pt cat.)--> RCH2CH2R' |
有兩種型別的加成反應，其中 π 鍵斷裂，原子被加到分子中。如果原子被加到分子的同一側，則加成被稱為“順式”加成。如果被加的原子被加到分子的相對側，則加成被稱為“反式”加成。氫原子可以以 1 比 1 的摩爾比新增到炔烴上，以獲得烯烴，其中氫原子被新增到分子的同一側。同位素鑑定可以幫助化學家確定何時發生了這種順式氫化。
如上所述，炔烴可以在林德拉 Pd（即摻雜了 CaSO4 或 BaSO4 的鈀）存在下，被氫還原成順式烯烴。
| RCCR + H2 順式RCH=CHR |
與順式加氫不同，反式加氫是指一個氫原子從π鍵的上面新增，另一個氫原子從π鍵的下面新增。 炔烴的反式加氫可以透過金屬還原法實現，使用液氨中的鈉。
由於末端炔烴的氫原子具有酸性，它們很容易被強鹼轉化為炔基陰離子，並且轉化率很高。
例子
| RCCH + NaNH2 -> RCCNa + NH3 C4H9Li + RCCH -> C4H10 +RCCLi |
炔烴的鹼性比水強，乙炔（乙炔）是在科學課堂上用碳化鈣與水反應生成的。
| CaC2 + 2 H2O --> Ca(OH)2 + C2H2 |
炔基陰離子在延長碳鏈方面很有用。它們透過親核取代反應與鹵代烴反應。
| R-Cl + R'CCNa --> RCCR' + NaCl |
該反應的產物可以用氫氣和鉑或銠催化劑還原為烷烴，或者用林德拉鈀還原為烯烴。
- 奧格拉瓦爾博士和阿維納什·阿格拉瓦爾的《印度理工學院化學》