有机化学/炔烃
炔烃中形成的碳三键，由于没有氢原子，因此碳键变得更强，这是由于原子核中心力的作用，它吸引了附近的原子。
炔烃是含有碳碳三键的烃。它们既不表现出几何异构体也不表现出光学异构体。最简单的炔烃是乙炔 (HCCH)，通常称为乙炔，如右图所示。
正如你从学习烯烃中所知，原子并不总是只与一对电子键合。在烯烃（以及其他有机和无机分子）中，原子对可以相互共享不止一对电子。炔烃比烯烃更进一步，在碳之间共享三对电子，而不是两对。
正如你应该已经知道的，碳通常存在于四价状态 - 它与其他原子形成四个共价键。正如你从烯烃部分所知，所有四个键并不一定与不同的原子结合，因为碳原子可以与彼此形成双键。这样做的结果是，它看起来只与另外三个原子结合，但实际上存在四个键。
烯烃是包含碳和氢原子的分子，其中一对或多对碳原子参与双键，双键由一个西格玛 (σ) 键和一个π (π) 键组成。炔烃也是由碳和氢原子组成的分子，但它们不是与一个西格玛 (σ) 键和一个π (π) 键形成双键，而是至少有一对碳原子具有 σ 和两个 π 键 - 三键。
因此，碳碳三键是一种键，其中碳原子共享一个s 和两个p 轨道，在它们之间形成一个 σ 键和两个 π 键。这导致形成线性分子，键角约为 180ﾟ。由于我们知道双键比单共价键短，因此预测三键会更短是合乎逻辑的，实际上确实如此。三键的长度为 1.20 埃，比乙烷和乙烯的 1.54 和 1.34 埃分别短，但三键和双键之间的差异略小于单键和双键之间的差异。
化学性质与烯烃非常相似，因为两者都是通过消除反应形成的，炔烃经历的主要化学反应是加成型反应。
如果我们将烷烃、烯烃和炔烃族的通用分子式以及环烷烃和环烯烃族的通用分子式进行比较，我们会看到以下关系
| 族 | 分子式 |
|---|---|
| 烷烃 | CnH2n+2 |
| 烯烃 | CnH2n |
| 环烷烃 | CnH2n |
| 炔烃 | CnH2n-2 |
| 环烯烃 | CnH2n-2 |
我们可以看到，对于环状结构或双键，与具有相同碳原子数的烷烃结构相比，氢原子的差异为两个。如果存在环 + 双键（环烯烃）或三键（炔烃），则与具有相同碳原子数的烷烃结构相比，差异为四个氢原子。我们说氢缺乏指数等于必须从烷烃中去除的氢原子对的数目，以获得正在研究的化合物的相同分子式。分子中的每一个 π 键都会将指数增加一个。任何环状结构都会将指数增加一个。以下是可能性列表
| 每个分子 | 氢缺乏指数 |
|---|---|
| 一个双键 | 1 |
| 1 个环 | 1 |
| 1 个双键和 1 个环 | 2 |
| 2 个双键 | 2 |
| 1 个三键 | 2 |
| 1 个三键 + 1 个双键 | 3 |
| 3 个双键 | 3 |
| 2 个双键 + 1 个环 | 3 |
| 2 个三键 | 4 |
| 4 个双键 | 4 |
只需记住，双键具有 1 个 π 键，三键具有 2 个 π 键，每个 π 键都是指数 1。我们可以使用指数和分子式来识别关于分子确切性质的可能性。例如，确定分子式并推测如果给定指数为 3 且它是 6 个碳的烃，那么分子将具有什么类型的 π 键和/或环状结构。
确定六个碳烷烃的分子式。对于 n = 6，我们有 CnH2n+2。也就是说，C6H14。
由于指数 3 意味着与我们在步骤 1 中确定的烷烃相比，该化合物少了 3 对 (2) 氢原子，那么我们将有 C6H14-6 或 C6H8。
在推测具有指数 3 的键合和结构可能是什么时，这可能意味着
- 三个双键位于非环状结构中，如六三烯
- 两个双键位于环状结构中，如环己二烯
- 一个三键和一个双键位于非环状结构中
显然，答案无法仅从公式中确定，但公式将提供关于分子结构的重要线索。
环炔烃很少遇到，并且由于角张力，在小环中不稳定。环辛炔已被分离出来，但反应性很强，会迅速与自身聚合。环壬炔是最小的稳定环炔烃。
苯炔是另一个环炔烃，已被提议作为苯消除-加成反应的中间体。
为了合成炔烃，通常从邻位或偕位二卤代烷烃（烷烃上连接着两个卤素原子，要么彼此相邻，要么彼此相对）开始。加入酰胺钠 (NaNH2) 会根据扎伊采夫规则消除卤素，从而形成碳碳三键，因为起始分子中的两个卤素以及两个氢原子都丢失了。这被称为双脱卤化氢。
R-R -(H^2)⇒ CH^2=CH^2
在锌存在下，四卤代烷的脱卤反应可生成炔烃。当四卤代烷蒸气通过加热的锌时会发生这种反应。然而，这种反应对于制备炔烃并没有太大用处，因为制备该反应所需的四卤代烷是从炔烃制备的。因此，该反应可以用于炔烃的纯化。
起始化合物是已经含有碳碳双键的盐。其中一种化合物是马来酸。机理类似于使用 Kolbe 电解法生成乙烷的机理。
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)
在这种情况下，炔烃在阳极生成，而 NaOH 在阴极生成，氢气被释放。
邻二卤代烷可以用极端条件如 150°C 的钠酰胺 NaNH2 或 200°C 的熔融/固体氢氧化钾 KOH 转化为炔烃。
碳化钙是化合物 CaC2，由钙离子 (Ca2+) 和乙炔离子 C22- 组成。它是通过以下反应由石灰和焦炭合成得到的
CaO + 3C → CaC2 + CO
该反应是高度吸热的，需要 2000o C 的温度。因此，它是在电弧炉中生产的。
碳化钙可正式被认为是乙炔的衍生物，乙炔是一种极其弱的酸（虽然不像氨那么弱）。双去质子化意味着碳化物离子具有很高的能量。当水与碳化钙混合时，会立即发生水解，生成乙炔气体。
CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + C2H2
大多数炔烃的密度小于水（它们漂浮在水面上），但也有少数例外。
液态炔烃是非极性溶剂，不溶于水。然而，炔烃比烷烃或烯烃更极性，这是由于三键附近存在电子密度。
氢原子与碳原子之比低的炔烃具有高度可燃性。碳碳三键具有很高的反应活性，容易断裂或转化为双键或单键。三键储存大量的化学能，因此断裂时是高度放热的。释放的热量会导致快速膨胀，因此在处理乙炔等炔烃时要小心。
末端炔烃的一个合成上重要的性质是其质子的酸性。虽然烷烃中的质子 pKa 约为 60，烯烃中的质子 pKa 在 40 多一点，但末端炔烃的 pKa 大约为 25。炔烃的取代可以进一步降低炔烃的 pKa；例如，PhCCH 的 pKa 大约为 23，Me3SiCCH 的 pKa 大约为 19。炔烃的酸性使它们能够被足够强的碱（如丁基锂 BuLi 或酰胺离子 NH2-）轻松去质子化。在适当的条件下，PhCCH 等更酸性的炔烃甚至可以通过醇盐碱去质子化。
炔烃可以通过加水转化为酮或醛形式。使用硫酸水溶液 (H2O/H2SO4) 和 HgSO4 可以从炔烃生成 (马氏规则) 酮，而反马氏规则醛产物则需要不同的试剂，并是一个多步骤过程。
炔烃与卤化氢反应非常快，并且反应完全。加成是反式的，并且遵循马氏规则。
|
RCCH + H-Br (1 当量) --> RCBr=CH2 |
将卤化氢（如 HCl 或 HBr）加入炔烃中，可以通过马氏规则过程生成偕二卤代烷，但在过氧化物存在下加入 HBr 会生成反马氏规则的烯基溴化物产物。
加入双原子卤素分子（如 Br2 或 Cl2）会生成 1,2-二卤代烯烃，或者，如果过量添加卤素，会生成 1,1,2,2-四卤代烷。
加入 H2O 以及双原子卤素会生成卤代醇加成产物和 α-卤代酮。
炔烃在空气中燃烧，产生像烷烃一样的黑烟黄焰。烯烃也燃烧成黄色火焰，而烷烃燃烧成蓝色火焰。乙炔燃烧会释放大量的热量，被用于氧乙炔焰切割机，用来焊接金属，例如，摩天大楼的超高层结构。
| 2 C2H2 + 5 O2 --> 4 CO2 + 2 H2O |
炔烃可以通过加入 H2 和金属催化剂（如钯碳或铂或镍）来氢化，这会导致炔烃的两个碳原子都完全饱和。如果使用林德拉催化剂，炔烃会氢化生成 Z 异构体的烯烃，如果使用氨溶液中的碱金属来氢化炔烃，则会生成 E 异构体的烯烃。
如上所述，炔烃在活性金属催化剂（如 Pt、Pd、Rh 或 Ni）存在下，在加热和加压下可以被还原成烷烃。
| RCCR' + 2 H2 (Pt cat.)--> RCH2CH2R' |
有两种类型的加成反应，其中 π 键断裂，原子被加到分子中。如果原子被加到分子的同一侧，则加成被称为“顺式”加成。如果被加的原子被加到分子的相对侧，则加成被称为“反式”加成。氢原子可以以 1 比 1 的摩尔比添加到炔烃上，以获得烯烃，其中氢原子被添加到分子的同一侧。同位素鉴定可以帮助化学家确定何时发生了这种顺式氢化。
如上所述，炔烃可以在林德拉 Pd（即掺杂了 CaSO4 或 BaSO4 的钯）存在下，被氢还原成顺式烯烃。
| RCCR + H2 顺式RCH=CHR |
与顺式加氢不同，反式加氢是指一个氢原子从π键的上面添加，另一个氢原子从π键的下面添加。 炔烃的反式加氢可以通过金属还原法实现，使用液氨中的钠。
由于末端炔烃的氢原子具有酸性，它们很容易被强碱转化为炔基阴离子，并且转化率很高。
例子
| RCCH + NaNH2 -> RCCNa + NH3 C4H9Li + RCCH -> C4H10 +RCCLi |
炔烃的碱性比水强，乙炔（乙炔）是在科学课堂上用碳化钙与水反应生成的。
| CaC2 + 2 H2O --> Ca(OH)2 + C2H2 |
炔基阴离子在延长碳链方面很有用。它们通过亲核取代反应与卤代烃反应。
| R-Cl + R'CCNa --> RCCR' + NaCl |
该反应的产物可以用氢气和铂或铑催化剂还原为烷烃，或者用林德拉钯还原为烯烃。
- 奥格拉瓦尔博士和阿维纳什·阿格拉瓦尔的《印度理工学院化学》