二氧化三碳

二氧化三碳（Carbon suboxide）是一種無機化合物，分子式為C₃O₂，分子量為68.03。為無色帶惡臭氣體，相對密度1.114（0℃）。具有高折射率。純品穩定，含雜質時易聚合，聚合體顏色隨溫度升高而加深：室溫黃，100~300℃鮮紅，400℃紫色，500℃以上分解為碳。火焰呈藍色。水作用生成丙二酸，與氯化氫、氨、胺反應得丙二酸衍生物。在五氧化二磷存在時，真空加熱丙二酸（140~150℃），使其脫水而得本品。與可用於改進纖維染色性能等。

基本介紹

• 中文名：二氧化三碳
• 外文名：Carbon suboxide; 1,2-Propadiene-1,3-dione
• 別名：次氧化碳 
• 化學式：C3O2
• 分子量：68.03
• CAS登錄號：504-64-3
• 熔點：-111.3 ℃
• 沸點：6.8 ℃
• 水溶性：與水反應
• 外觀：無色氣體

研究簡史

1873年，Brodie通過對一氧化碳放電，首次製得了二氧化三碳，Marcellin Berthelot創造了低氧化碳（carbon suboxide）這個名稱，而後來Otto Diels表示，更貼近有機化學的名稱，如二羰基甲烷（dicarbonyl methane）與二氧代丙二烯（dioxallene）也是正確的名稱。

理化性質

分子形狀為直線形，具有D_∞h點群的對稱性，結構式可寫成O=C=C=C=O，C-C鍵長128pm，C-O鍵長116pm。

無色有難聞氣味的液體或氣體，有毒，可溶於二硫化碳、二甲苯，與氨反應生成丙二醯胺，遇水則生成丙二酸，容易發生聚合，聚合產物為紅色固體。

C₃O₂是一種非常活潑的化合物，除能跟水發生加成反應外，還能跟NH₃、HCl、ROH（R為鏈烴基）等發生加成反應。例如C₃O₂跟NH₃加成：

C₃O₂ + 2NH₃→H₂N-CO-CH₂-CO-NH₂

此外C₃O₂能與O₂反應，生成CO₂。C₃O₂還可以光解：

C₃O₂ -hv→ C₂O + CO

C₂O可進一步分解為CO和固體碳，還可與烯烴反應。碳的其它低氧化物都不如C₃O₂穩定。

製備方法

二氧化三碳可以通過加熱乾燥的五氧化二磷（分子式為P₂O₅）和丙二酸或丙二酸酯衍生物的混合物來製備。所以二氧化三碳也可視為丙二酸的酸酐，即丙二酸酐，也就是丙二酸脫水兩次的產物。此外，丙二酸分子間脫一分子水生成的酸酐也是存在的。

以丙二酸為原料製取二氧化三碳的裝置如圖所示：

製備反應裝置

稱取20g丙二酸、40g乾燥的砂子和200g新鮮的五氧化二磷，將三者充分混勻後裝入燒瓶1中，然後對整個系統抽真空，當抽至13.3322Pa壓力時，關閉旋塞10，放置使原料乾燥。過幾個小時後，打開旋塞10，再抽真空，用液氮冷卻捕集管3。用油浴加熱燒瓶1，至140℃後保溫1h進行反應。此時，捕集管3中的C₃O₂粗品被冷凝。然後，撤去油浴，將系統關閉，停泵，由導管8導入乾燥空氣，關閉旋塞2，再抽真空，管3中的粗產物被抽入管6中，關閉系統旋塞10，粗品在管6中得到緩慢蒸餾。一定時間後，將管6置於乙醇浴（-115℃到-110℃），產品則可轉移到液氮冷卻的管9中。

注意管6中的產物不可太滿。捕集管6中經緩慢蒸餾的產物，在高真空下分餾，可得純淨的二氧化三碳。

計算化學數據

1、疏水參數計算參考值（XlogP）：0.1

2、氫鍵供體數量：0

3、氫鍵受體數量：2

4、可旋轉化學鍵數量：0

5、互變異構體數量：無

6、拓撲分子極性表面積：34.1

7、重原子數量：5

8、表面電荷：0

9、複雜度：91.3

10、同位素原子數量：0

11、確定原子立構中心數量：0

12、不確定原子立構中心數量：0

13、確定化學鍵立構中心數量：0

14、不確定化學鍵立構中心數量：0

15、共價鍵單元數量：1