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二氧化三碳

鎖定
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。 [1]  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，聚合體顏色隨温度升高而加深：室温黃，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℃），使其脱水而得本品 [2]  。與可用於改進纖維染色性能等。
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 [4] 
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

目錄

  1. 1 研究簡史
  2. 2 理化性質
  3. 3 製備方法
  4. 4 計算化學數據

二氧化三碳研究簡史

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。

二氧化三碳理化性質

分子形狀為直線形，具有D∞h點羣的對稱性，結構式可寫成O=C=C=C=O，C-C鍵長128pm，C-O鍵長116pm。 [5] 
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，與氨反應生成丙二酰胺，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 [3] 
此外C3O2能與O2反應，生成CO2。C3O2還可以光解： [5] 
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。 [5] 

二氧化三碳製備方法

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，也就是丙二酸脱水兩次的產物。此外，丙二酸分子間脱一分子水生成的酸酐也是存在的。 [3] 
以丙二酸為原料製取二氧化三碳的裝置如圖所示： [4] 
製備反應裝置 製備反應裝置 [4]
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℃後保温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。 [4] 
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。 [4] 

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 [3] 
參考資料
  • 1.    二氧化三碳  ．chemicalbook[引用日期2017-11-04]
  • 2.    馬世昌主編．化學物質辭典．西安：陝西科學技術出版社，1999.04：55
  • 3.    二氧化三碳  ．化學品數據庫[引用日期2017-11-04]
  • 4.    二氧化三碳  ．化學+[引用日期2024-07-01]
  • 5.    郝潤蓉,方錫義,鈕少衝．無機化學叢書第三卷 碳硅鍺分族：科學出版社，1998：67