碳烯

碳烯类的任何成员的高活性分子含有二价碳原子是碳原子,利用四个键的只有两个有能力与其他原子形成。通常是发生瞬态中间体在化学反应,他们的重要主要揭示化学反应和分子结构。此外,一些化学物质化合物,尤其是分子含有碳原子排列在小环,可以通过使用碳烯最好做好准备。

根据电子成键理论,原子之间的债券是由电子的分享。这个理论而言,碳烯是一种复合只有两个四价或成键,一个碳原子的电子是从事与其他原子结合。相比之下,在多个保税化合物,如氰化氢,所有四个原子的价电子参与债券与其他原子。因为没有多余或不足的电子在碳烯的分子,它们是电中性(非离子)。

早期的调查。

因为碳烯的反应,他们通常很短的寿命,这并不奇怪,因此,明确和直接的实验证据的存在都是最近才获得的。二阶碳化合物被提出,然而,早在1876年,当时提出,二氯卡宾,Cl-C-Cl, base-catalyzed水解的中间(分解带来的水)氯仿(HCCl₃)。19世纪末,一个广泛的理论发展,假设二阶碳化合物作为中间体在许多反应。以后的工作,然而,反驳了这些假设,,因此,碳烯不再提出假设反应中间体。碳烯化学重新在1950年代后明确的证据证明它们的存在和几种方法的研究已经取得了其结构的详细信息。

电子配置和分子结构。

的理论化学成键预测两种不同碳烯电子构型,其中之一可能对应基态的分子(低能量状态内容)这只取决于原子或基团的性质的二价碳原子。这种二元性源自于这样一个事实:两个键的碳烯利用四价的只有两个轨道carbon-orbitals被占领地区的各种电子在一个原子。两个碳原子的价层轨道不用于成键可以接受两个非键电子。一般来说,每个轨道都可以适应如果他们两个电子自旋是再加上,如果角动量相反的信号。因此有两个可能的非键电子的分布:他们可能会在同一轨道和自旋配对(相反),或者他们可能分为两个可用轨道和自旋平行。物质电子有平行(或未配对)自旋磁效应(时刻)。在一个磁场这一刻可能是平行、垂直或反平行的(平行但在相反的方向进行)领域的方向;这三种可能的排列对应三种形式稍有不同的能源,而且,因此,有着不成对的电子的物质可以存在于所有三种形式,据说是在一个三重态。相比之下,物质与所有电子配对没有净磁矩和被称为单线态州。原则上,在单线态或碳烯可以存在三联体状态(取决于是否相同或不同的电子轨道,分别)。

在大多数有机化合物(碳的化合物),单重态更稳定比三重态的正常或基态分子这种形式。在这些化合物三胞胎只出现兴奋或高能量状态。在碳烯,另一方面,由于两个非键电子和两个空轨道,预计理论理由是三重态应该是比较稳定的单重态和可能,事实上,是基态。

理论考虑还表明,碳烯碳原子和两个原子加入被安排在一个“V”,而不是以线性方式,债券从碳原子位于两个取代基原子一个角小于180°——三联体和单线态状态。的键角单重态,但是,预计要比三重态。这些预测是完全支持的实验。最简单的碳烯,亚甲基,叫做电子的技术已被证明核磁共振光谱学有三重态基态,碳氢键之间的夹角等于136°。亚甲基的单重态,在特殊情况下,可以由另一个技术,研究了光学光谱,其键角已被确定为104°。结构和配置非键电子的三联体和单线态的亚甲基作为伴随A和B所示画;循环代表不用于成键轨道,和配对nonpairing电子自旋反平行的和并行的箭头表示,分别。这个示意图显示了两个非键轨道占用轨道表示(三重态)和一个空轨道B(单线态)。

的结构特点确定单线态和三重态对应于低能量形式的碳烯分子可能总结的规则,除了少数例外,碳烯只有碳和氢原子与二价(碳烯)碳原子有三重态基态,而那些有氮、氧、卤素取代基有单线态基态。三联体碳烯的例子有亚甲基(H-C-H) phenylmethylene (C₆H₅ch)、diphenylmethylene (C₆H₅c,₆H₅)和propargylene (HC≡C-C-H)。碳烯与已知的单线态基态methoxymethylene (CH₃O-C-H)、chloromethylene (Cl-C-H)和phenylchloromethylene (C₆H₅-C-Cl)。