[科普中国]-炔烃

炔烃，为分子中含有碳碳三键的碳氢化合物的总称，是一种不饱和的脂肪烃，直链炔烃的分子通式为CnH2n-2(其中n为非1正整数)，简单的炔烃化合物有乙炔(C2H2)，丙炔(C3H4)等。其中，乙炔是最重要的一种炔烃，在工业中可用以照明、焊接及切断金属（氧炔焰），也是制造乙醛、醋酸、苯、合成橡胶、合成纤维等的基本原料。

炔烃简介炔烃（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。1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。2

炔烃的结构炔烃的碳原子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。3

结构测定有机分子中的键长可用电子衍射、微波、红外或拉曼光谱予以测定。乙烷、乙烯和乙炔中的碳碳键长和碳氢键长如下所示：

上列图片显示，由于π键的出现，使碳碳间的距离缩短，而且三键比双键更短。这是因为随着不饱和度的增大，两个碳原子之间的电子云密度也增大，所以碳原子越来越靠近。上列数字还表明：碳氢化合物中的碳氢键的键长也不是一个常数。这说明：键长除了与成键原子的不饱和度有关外，还和参与成键的碳原子的杂化方式有关。即随着杂化轨道中s成分的增大，碳碳键的键长缩短。乙烷、乙烯和乙炔中的碳原子的s成分分别为25%，33%和50%，从sp3到sp，碳原子的s成分增大了一倍，所以碳碳键的键长越来越短。

由于杂化碳原子的s成分不同，丙烷、丙烯、丙炔中的碳碳单键的键长是不等长的，s成分越多，碳碳单键的键长越短，随着键长的缩短，原子间的键能将增大。

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。4

相对蒸气密度：(空气=1)：0.91。

蒸气压(kPa)：4053(16.8℃)。闪点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）。

聚合反应炔会发生聚合反应：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）1

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。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。

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。5

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。

制备炔烃的一般制备是通过邻二卤化烷烃的脱卤化氢作用，也可以通过金属炔化合物与一级卤化烷反应制得。在Fritsch-Buttenberg-Wiechell重排中，炔烃又溴化乙烯基起始制得。

炔烃也可以由醛通过Corey-Fuchs反应制得，亦可以通过Seyferth-Gilbert同素化制得。

乙炔制作用煤或石油作原料，是生产乙炔的两种主要途径。随着天然气化学工业的发展，天然气即将成为乙炔的主要来源。

电弧法甲烷在1500℃电弧中经极短时间(0.1～0.01s)加热，裂解成乙炔，即：

2CH4→C2H2+3H2 ΔH=397.4KJ/mol

由于乙炔在高温很快分解成碳，故反应气须用水很快地冷却，乙炔产率约15%，改用气流冷却反应气，可提高乙炔产率达25%～30%。裂解气中还含有乙烯、氢和碳尘。这个方法的总特点是原料非常便宜，在天然气丰富的地区采用这个方法是比较经济的。石脑油也可用此方法生产乙炔。1

电石法用焦炭和氧化钙经电弧加热至2200℃，制成碳化钙（CaC2），它再与水反应，生成乙炔和氢氧化钙：

CaO+3CCaC2+CO ΔH=460KJ/mol

CaC2+2H2O——>C2H2+Ca(OH)2

此法成本较高，除少数国家外，均不用此法。1

等离子法用石油和极热的氢气一起热裂制备乙炔，即把氢气在3500～4000℃的电弧中加热，然后部分等离子化的等离子体氢（正负离子相等）于电弧加热器出口的分离反应室中与气体的或气化了的石油气反应，生成的产物有：乙炔、乙烯（二者的总产率在70%以上）以及甲烷和氢气。

乙炔过去是非常重要的有机合成原料，由于乙炔的生产成本相当高，以乙炔为原料生产化学品的路线逐渐被以其他化合物（特别是乙烯、丙烯）为原料的路线所取代。

纯的乙炔是带有乙醚气味的气体，具有麻醉作用，燃烧时火焰明亮，可用以照明。工业乙炔不好闻气味是由于含有硫化氢、磷化氢、以及有机磷、硫化合物等杂质引起的。与乙烯、乙烷不同，乙炔在水中具有一定的溶解度，但易溶于丙酮。液化乙炔经碰撞、加热可发生剧烈爆炸，乙炔与空气混合、当它的含量达到3～70%时，会剧烈爆炸。商业上为安全地处理乙炔，把它装入钢瓶中，瓶内装有多孔材料，如硅藻土、浮石或木炭，再装入丙酮。丙酮在常压下，约可溶解相当于它体积25倍的乙炔，而在1.2MPa下可溶解相当其体积300倍的乙炔。乙炔和氧气混合燃烧，可产生2800℃的高温，用以焊接或切割钢铁及其他金属。1

注意事项1、乙炔与烷烃不同，炔烃不稳定且非常活跃，乙炔燃烧发出大量的热，乙炔焰常被用来焊接。

2、炔化物干燥后，经撞击而发生强烈爆炸，生成金属和碳。故在反应结束时，应加入稀硝酸使之分解。

4、乙炔不稳定、非常活跃。乙炔储存要避免受热。

5、乙炔禁配强氧化剂、强酸、卤素。

6、乙炔与空气混合，能形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧、爆炸。

7、乙炔能与铜、银、汞等的化合物生成爆炸性物质。

本词条内容贡献者为:

蒲富永 - 教授 - 西南大学