重烯

Posted on 2014/11/17 in 化學, 有機化合物, 有機化學 with 尚無留言 9,665 views

重烯 (allene)
國立臺灣師範大學化學系碩士班二年級翁于婷研究生

重烯(allene)是一種特別的化學結構。其中心的碳具有兩個碳-碳雙鍵，形成三個碳都互相以雙鍵相連的化合物。丙二烯（propardiene）就是最簡單的重烯化合物。如果結構中也含有重烯結構，但是碳數多於三個的化合物我們稱之為疊烯類（cumulenes）。因為此結構具有的特殊性質，所以其反應性及活性也比其他單純的烯類還要高。

重烯的結構的中心碳具有兩個 $$s$$ 鍵（sigma bond）和 $$p$$ 鍵（pi bond）；中心碳只以雙鍵鍵結兩個碳原子，結構是 $$sp$$ 混成的線性結構，另外兩個碳則是 $$sp^2$$ 混成的平面三角形結構，三個碳原子鍵角成 $$180^\circ$$ 的直線狀排列。

由於中心 $$sp$$ 混成的碳原子分別使用不同的 $$p$$ 軌域和另外兩個碳原子形成 $$p$$ 鍵，這兩個 $$p$$ 鍵一定是呈垂直相交的平面，所以重烯並不是平面的分子，而是兩組氫呈現 $$90^\circ$$ 的立體結構（Fig 1.）。

Fig. 1 重烯結構

一般碳碳雙鍵因為是 $$sp^2$$ 和 $$sp^2$$ 的混成軌域，所以鍵長會比一般的碳碳單鍵還要來得短，大約是 $$133.9~pm$$，而因為重烯的混成軌域是特殊的 $$sp$$ 和 $$sp^2$$ 混成軌域，所以造成其鍵長比一般的碳碳雙鍵還要短，大約是 $$131~pm$$。重烯特殊的結構，使其穩定性相對於其他的雙烯類而言非常的差，從他的氫化熱（heat of hydrogenation）就可以看得出來。

1,2-戊二烯具有重烯的結構，將其氫化成戊烷，其氫化熱是 $$-292~kJ$$，若將雙鍵分別獨立計算，其氫化熱相對於擁有重烯結構的的 1,2-戊二烯多了 $$50~kJ$$ 的熱量（Fig 2.），也因為 1,2-戊二烯比 1,4-戊二烯擁有更大氫化熱，我們從這裡可以判斷，具有重烯結構的化合物最不穩定，再來是隔離雙鍵（isolated double bond）化合物，最穩定的不外乎就是具有共軛雙鍵（conjugated double bond）化合物（Fig 3.）。

Fig. 2 Heat of Hydrogenation.

Fig. 3 Energy.

具有重烯結構的丙二烯，如果它具有四個相同的取代基時，在點群（point group）分類中是屬於 $$D_{2d}$$，我們可以將丙二烯以紐曼投影式（Newman projection）的方向看，成 $$45^\circ$$ 斜角則有一個軸，就可以發現 $$\mathrm{CH_2}$$ 看起來就像是一片扇葉，呈現象渦輪扇葉一樣的結構，則這樣的結構沒有偶極矩（ dipole moment）（Fig 4.）。