炔烃

炔烃（alkyne）是指分子中含有碳碳三键的不饱和烃，分子通式为CnH2n-2。^[3][2]最简单的炔烃是乙炔，分子式为C2H2。炔烃分子中的三键均为sp杂化，由一个σ键和两个π键组成。炔烃没有顺反异构体，同相应烯烃相比，炔烃同分异构体数目较少。^[2]

常温下，C2~C4的炔烃为气体，C5~C15的炔烃为液体，C16以上的炔烃为固体。炔烃和烷烃、烯烃相似，熔点和沸点随相对分子质量的增加而升高，在水中的溶解度很小，但易溶于有机溶剂。^[2]炔烃三键碳原子上的氢原子具有一定的酸性，可被金属取代生成金属炔化物，还可发生亲电加成、亲核加成、氧化反应、催化加氢以及聚合反应。^[5]

在工业上，炔烃是有机合成的基础原料、可以合成聚氯乙烯树脂等重要化工产品；还可用于焊接和切割、照明等。^[6][7]在医药领域，许多合成药物中含有炔基结构，炔雌醇、依法韦仑、帕吉林（优降宁）、炔诺酮、特比萘nài芬等。^[8][9][10]此外部分炔烃类物质，如炔呋fū菊酯等还具有防治蚊蝇的作用。^[11]

1826年，第一个被发现的天然炔类——脱氢母菊酯zhǐ（dehydromatricaria ester）是从菊科植物中分离出的。^[12]除从天然物质中分离得到，炔类物质也由人工合成出。^[12][13]

1836年，戴维·爱德蒙德在加热木炭和碳酸钾以制取金属钾过程中，将残渣（碳化钾）投进水中，产生一种气体，发生爆炸，分析确定这一气体的化学组成是“C2H”（当时采用碳的相对原子质量等于6计算），称它为“一种新的氢的二碳化物”。之后在1867年，德国有机化学家埃伦迈尔确定乙炔的分子式，并指出碳碳原子间存在三键。^[13]

在1885年，德国有机化学家阿道夫·冯贝耶尔首次提出碳炔的概念，他将其描述为一种无限长的碳碳单键和三键交替而成的碳链。^[14]

1892年，从塔日美洲苦树（Picrammia tariri DC.）中分得塔日酸（tariric acid，十八炔酸）。随着新的分离与分析方法的应用，又在植物中发现许多炔类化合物，如五炔一烯、镰叶芹醇、茵陈炔、蚕豆酮酸及α-甲基三联噻吩等。^[12]

最简单的炔烃是乙炔，分子式为C2H2。电子衍射光谱等物理方法表征表明，乙炔是一直线分子，三键键长为0.120 nm，C—H键长为0.106 nm，三键与碳氢键间夹角为180°。^[2]

结构理论认为：乙炔分子中，碳原子为sp杂化，两个碳原子各以一个sp杂化轨道沿轴向互相重叠，形成“C—C”σ键，又各用一个sp杂化轨道分别与氢原子的1s轨道形成“C—C”σ键，得到乙炔分子的分子骨架。未参加杂化的p轨道两两平行重叠，形成两个彼此相垂直的π键。^[2]

其它炔烃分子中三键的结构和乙炔相似，均为sp杂化，直线型，三键由一个σ键和两个π键组成，和碳碳双键类似，也是不饱和键。实际上，炔烃分子中2对π电子呈圆桶型分布在σ键的四周。^[2]

乙炔和丙炔没有同分异构体。炔烃有碳架异构和官能团异构，是碳链不同和三键位置不同所引起。由于炔烃是直线分子，三键的碳原子上不能连有支链，所以炔烃的异构体没有顺反异构体，这就比相同碳原子的烯烃异构体数要少。例如：戊烯有五个构造异构体，而戊炔只有三个构造异构体。如：^[15]

（1-戊炔） （2-戊炔） （3-甲基-1-丁炔）

炔烃的普通命名法是以乙炔为母体的衍生物命名法，用于简单炔烃的命名，例如：^[2]

（乙基乙炔）、（二甲基乙炔）。^[2]

（1）选择含有三键的最长碳链作为主链，称为“某炔”；^[16]

（2）从靠近三键的一端开始，给主链碳原子编号，将三键的位号标在“某炔”的前面，中间用一短线隔开，若三键的位号在正中央，则从靠近取代基的一端开始编号。^[16]

（3）把取代基的位置、数目和名称写在三键位号的前面。例如：^[16]

（3-甲基-1-戊炔）、（5-甲基-2-己炔）。^[16]

（4）若分子中同时含有三键和双键时，应选取同时含有双键和三键的最长碳链作为主链，称为“某烯炔”，编号从最先遇到双键或三键的一端开始，使双键和三键的位号之和为最小数值，命名时以烯烃优先，炔烃在后的原则。例如：^[16]

（5）当双键和三键处于相同位次时，要从靠近双键的一端开始编号，并以烯烃优先，炔烃在后的原则命名。例如：^[16]

常温下，C2~C4的炔烃为气体，C5~C15的炔烃为液体，C16以上的炔烃为固体。炔烃和烷烃、烯烃相似，熔点和沸点随相对分子质量的增加而升高，但由于炔键中π电子增多，同时炔键呈直线型结构，分子间较易靠近，分子间作用略增大，其沸点、熔点、密度均比烷wán烃和烯烃略高。炔烃在水中的溶解度很小，但易溶于有机溶剂。^[2]

参考资料^[2]

由于碳原子的电负性随着杂化时s成分的增加而增大，所以三键碳原子上的氢原子具有微弱的酸性，可被金属取代，生成金属炔化物。^[5]

（1）与金属钠反应：乙炔及端炔与金属钠，或在液氨中与氨基钠作用可以得到炔钠。例如：^[5]

金属炔化物与卤代烷发生取代反应，可在炔烃中引人烷基，这是增长炔烃碳链的重要方法。例如：^[5]

（2）与重金属离子的反应：将乙炔及端炔通入硝酸银或氯化亚铜的氨溶液中，可分别析出灰白色或砖红色沉淀。由于此反应非常灵敏，现象明显，可用来鉴别乙炔和其他端炔。例如：^[5]

干燥的炔化银及炔化亚铜不稳定，受热或撞击时易发生爆炸，所以实验完毕后，应立即用稀硝酸处理，以免发生危险。^[5]

炔烃同烯烃一样，能与卤素、卤化氢、水等亲电试剂发生加成反应，但反应一般较烯烃困难。三键中的碳原子为sp杂化，与sp2和sp3杂化比较，含有较多的s成分，成键电子更靠近原子核，原子核对成键电子的约束力较大，所以三键的π电子比双键的π电子难以极化。即sp杂化的碳原子电负性较强，不容易给出电子与亲电试剂结合，因此三键的亲电加成反应比双键的加成反应困难。^[5]

（1）与X2的加成：炔烃可与氯和溴发生亲电加成反应，反应历程与烯烃和卤素的加成类似，例如：^[5]

由于炔烃也能使溴的四氯化碳溶液褪色，所以此反应也可用于炔烃的定性鉴定。^[5]

烯烃可使溴的四氯化碳溶液立即褪色，炔烃的反应活性比烯怪的小，因此，炔烃使溴的四氯化碳溶液褪色速度更慢。当分子中含有碳碳双键和三键时，卤素优先与双键加成，三键不反应，如果卤素过量，则碳碳双键和三键都被加成。例如：^[5]

（2）与HX的加成：炔烃可以和卤化氢HX（X=Cl、Br、I）进行加成反应，并遵循马氏规则，但不如烯烃容易。反应也是分两步进行，控制HX用量，可使反应停留在加一分子HX阶段。例如：^[5]

（3）与H2O的加成：炔烃与水的加成也遵循马氏规则，但需在催化剂硫酸汞和稀硫酸的存在下进行，炔烃首先与一分子的水加成，生成的产物称为烯醇。由于该烯醇结构中羟基直接连在双键碳上，很不稳定，立即发生分子内重排，即羟基上的氢原子转移到相邻的双键碳上，原来的碳碳双键转变为碳氧双键，形成醛或酮tóng。例如：^[5]

端炔与水加成生成甲基酮。例如：^[5]

乙炔能与HCN、ROH、RCOOH等含有活泼氢的化合物发生加成反应。反应的结果可以看作是这些试剂中的氢原子被乙烯基（CH2=CH—）取代，因此这类反应统称为乙烯基化反应。例如：^[5]

炔烃的碳碳三键较活泼，易发生氧化反应。当氧化剂不同时，氧化反应的产物也不同。^[17]

（1）完全氧化（燃烧反应）：炔烃可以在氧气中充分燃烧，生成CO2和H2O。例如：^[17]

（2）强氧化剂氧化：炔烃可以和强氧化剂，若用高锰酸钾溶液氧化炔烃，三键断裂，最后得到完全氧化的产物。反应后高锰酸钾的紫红色褪色，可用于炔烃的鉴定。与烯烃类似，炔烃的结构不同，年化产物也不相同。例如：^[5][17]

因此，由氧化产物的结构也可推知原炔烃的结构。^[5]

炔烃在铂、钯、镍niè等金属催化下与氢气加成，反应无法停留在中间生成烯烃的阶段，最终得到烷烃。例如：^[5]

如果只希望得到烯烃，可使用活性较低的催化剂，如林德拉（Lindlar）催化剂（沉积BaSO4或CaCO3上的金属钯，经醋酸铅或喹啉使钯部分中毒，降低其活性）。在其催化下，反应可以停留在烯烃的阶段，且主要得到顺式烯烃。例如：^[5]

若用金属钠或锂在液氨中还原炔烃，则主要得到反式烯烃。例如：^[5]

炔烃与烯烃相似，也能通过自身加成发生聚合反应，但较烯烃困难，仅能生成有几个分子聚合起来的低聚物。例如，将乙炔通入氯化亚铜和氯化铵的盐酸溶液中，得到二聚或三聚产物。例如：^[5]

异构化反应：在碱的作用下，炔烃通过丙二烯中间体发生碳碳三键的移位。一般末端炔与氢氧化钠或氢氧化钾乙醇溶液共热，可异构化生成内炔；更强的碱，如氨基钠，则有利于内炔异构化生成末端炔。如果分子中有供电子基团，将优先生成碳碳三键与供电子基团相连的炔烃；如果分子中连有吸电子基团，则优先生成碳碳三键远离吸电子基团的炔烃。^[18]

偶联反应：末端炔烃在亚铜盐溶液中，并有氧气流的情况下发生氧化偶联反应。^[19]

缩合反应：CO、乙炔在加压、羰基镍等催化剂存在下和活泼氢化合物（如乙醇）发生缩合反应，生成丙烯酸酯。^[20]

环加成反应：共轭二烯烃与烯、炔烃进行1，4-加成生成环状化合物的反应称为Diels-Alder反应。^[21]与金属络合的反应：过渡金属的π炔配合物为数不多，如双（三有机基膦）π炔铂配合物是这些化合物中最稳定的，它可以通过用炔简单地置换三有机膦铂（0价）配合物中的膦配位体来制备。^[22]

炔烃被广泛用于合成有机化合物，乙炔、丙炔等是有机合成的基础原料。例如，乙炔可以合成聚氯乙烯树脂、维尼纶等，还可聚合为苯。丙炔可以用于制备丙酮等。^[6][23][24]炔烃易燃烧，炔氧焰温度高达3500 ℃，可以作为燃料用于熔融及焊接。其还可以用于制作炸药，例如，一般燃料空气炸药的原料就是含有乙炔、丙炔等均质的混合物。^[25][26][27]炔烃还可用作染料，例如，由乙炔制成的“乙炔黑”可作黑色燃料，用于制造中国墨、油墨、油漆等。^[7]此外，炔烃还可用于照明、橡胶的补强剂等等。^[7]

许多合成药物中含有炔基结构，例如炔雌醇、依法韦仑、帕吉林（优降宁）、炔诺酮、特比萘芬等。^[8][9][10]炔雌醇可作为口服避孕药中常用的雌激素成分，用于子宫发育不全、月经紊乱、绝经期综合征、避孕药引起的突破性出血及退乳等。^[28][29]炔诺酮用于女性口服避孕，月经不调、功能性子宫出血、子宫内膜异位症等。^[30]在用于避孕时，还可以将炔雌醇与炔诺酮配伍使用。^[9]依法韦仑为逆转录酶抑制剂，是一种抵抗艾滋病毒的特效药物。帕吉林为白色结晶性粉末，有特异臭，临床上主要用于重度高血压，尤其是对其他降压药疗效不理想者以及对利血平有较严重副作用者。^[8]特比萘芬作为一种广谱抗真菌药物，主要用于甲癣、手癣，体股癣、头癣和足癣的治疗。^[31]

炔呋菊酯加工成蚊香对防治蚊蝇效果很好。用作气雾剂或喷射剂，对飞翔害虫具有快速杀灭作用，适用于室内防治卫生害虫，对家蝇和淡色库蚊的（成虫）的毒力，比丙烯菊酯分别高7~8倍和3~4倍，亦比胺菊酯和除虫菊素高。^[11]

植物：多炔类在五个科植物中有规律地存在，这五个科是桔梗科，菊科，五加科，海桐花科和伞形科。前两科和后三科又以另一种方式特别密切地联系着，炔型酸类（例如硬脂炔酸）的分布有些不同于其它多炔类。在檀香科的檀霍属（Santalum）和檀香目的其它科植物中发现了炔型酸类，在一些锦葵属（Malvales）植物中亦发现了炔型酸，在这些植物中，它们与环丙烯脂肪酸结合存在。^[32]真菌：在高等真菌的担子菌纲的两个科即伞菌科（Agaricaceae）和多孔菌科（Polyporaceae）中，也发现多炔类。其菌的多炔类化合物略有不同，其链长主要在C8和C14之间，而高等植物中的多炔类大多数为C14到C18的化合物。^[32]海绵动物：许多分自海绵动物的多炔类化合物具有H+和K--ATP酶抑制、抗细菌、抗污损、抗微生物，HIV蛋白酶抑制，HIV逆转录酶抑制、免疫抑制或抗肿瘤等方面的活性。韩国学者从Petrosia属海绵中分到了一种炔类和六种炔醇甘油醚类化合物，并发现其中三种炔醇甘油醚类化合物对人白血病细胞株K562有细胞毒活性。另外从Theonella属海绵动物中也分到了八种多炔类化合物（其中4个是新化合物），这是从该海绵中首次分得此类化合物。^[33]

邻二卤代烷和偕二卤代烷失去两分子卤化氢生成炔烃。常用的脱水试剂有KOH（NaOH）的醇溶液或NaNH2在矿物油中加热等。^[34]

二卤代烷脱去第一分子卤化氢是比较容易的，是制备不饱和卤代烃的一个有用的方法。脱去第二分子卤化氢较困难，需要高温加热。例如：^[34]

醇脱水形成烯烃，接着与卤素作用形成二卤代烷，再脱二分子卤代烃形成炔烃：^[34]

四卤代烷脱卤素也可以制备炔烃，例如：^[34]

该反应可用来保护三键，将三键转变为四卤代烷，之后再用锌粉处理，使三键再生。^[34]

端基炔烃可与格氏试剂或有机锂化合物反应，制得含有三键的格氏试剂或锂化物，后者与一级卤代烷在醚溶液中发生SN2反应，制备出二元取代的高级炔烃。例如：^[34]

炔烃类物质大多数易燃易爆，例如，乙炔、丙炔等与空气形成易爆炸的混合物，在没有氧气的情况下也可能发生爆炸。^[1][35]尤其是液态乙炔，稍有震动就会爆炸，而乙炔的丙酮溶液却很稳定，工业上为了安全贮运，一般在压力为1013.25~2026.50 kPa下，将乙炔压入盛有丙酮饱和的多孔物质的钢瓶中。^[36]还有乙炔银、乙炔亚铜等重金属炔化物，在干燥时受撞击或受热，容易发生爆炸生成金属和碳。因此在实验室中，当实验完毕后，这些重金属炔化物必须用无机酸加以处理，使之分解，以保证安全。^[37]

消防人员防护：须佩戴空气呼吸器、穿全身防火防毒服，站在上风向灭火。

灭火方法：切断气源，如对周围环境无危险，让火自行燃烧完全。尽可能将容器从火场移至空旷处。喷雾状水保持容器冷却，但避免该物质与水接触。喷水保持火场冷却，直至灭火结束。

灭火剂：雾状水、二氧化碳灭火器、干粉灭火器。^[38]

炔烃的生理作用与烷烃和烯烃相似，仍是以麻醉催眠作用为主，但作用强度较相应的烷烃和烯烃为强。^[39]例如，当乙炔与40%或更多比例的氧气混合时，它可作为一种麻醉剂，吸入后可能会出现头痛，头晕和意识丧失等症状，如果乙炔含量过高，可能会窒息死亡。但深度麻醉时需要60%（容量）以上的浓度，在这样的浓度下爆炸的危险性很大，所以实际上并未应用。^[1][40]丙炔可强烈地刺激神经系统，也具有麻醉作用。^[41]

一些植物毒素是聚炔类物质，例如，毒芹（Cicutauirosa）中的主要成分毒芹毒素就是具有神经性毒害作用的聚炔类化合物，可引起人和牲畜中毒。在菊科、芸香科、桑科一些植物中存在的聚炔类化合物，含有速发性光敏毒素，可迅速引发皮炎。^[42]

吸入：迅速撤离现场至空气新鲜处，保持呼吸道通畅。保持安静，休息。若呼吸困难，应给予输氧，必要时进行人工呼吸。若呼吸、心跳停止，应立即进行心肺复苏术并及时就医。密切接触者即使无症状，亦应观察24~48 h。^[38]

眼睛接触：立即分开眼睑，用流动清水或生理盐水彻底冲洗5~10 min并及时就医。^[38]

乙炔是无色略带酯味的气体，其化学性质活泼，能与铜、银、汞等生成极易爆炸的乙炔化合物，因此，应尽量避免其与这些金属接触，以免发生危险。乙炔还是重要的有机化工原料，是塑料、合成橡胶、合成纤维、医药、农药、染料、树脂和溶剂等有机产品的基础原料，可用于产生高温火焰，还可用于制造乙炔炭黑。^[43]

丙炔又称甲基乙炔，无色气体，不易溶于水，而易溶于乙醚、石油醚、四氯化碳等有机溶剂。丙炔可加氢而成为丙烷，容易氧化为醇醛或酸，在紫外线作用下可发生聚合作用，在催化剂的作用下可异构化而生成丙二烯。丙炔是较弱的麻醉剂，可以导致痉挛，也是重要的化工原料，可用来制备丙酮。^[44][45]