二原子炭素

二原子炭素
名前
	IUPAC名二原子炭素
	体系的なIUPAC名エテンジイリデン（置換）; ジカーボン（C — C）（添加剤）
識別子
CAS番号	12070-15-4 ;
3Dモデル（JSmol）	インタラクティブ画像;
チェビ	チェビ:30083;
ケムスパイダー	122807 ;
グメリン参照	196
パブケム CID	139247;
CompTox ダッシュボード ( EPA )	ＤＴＸＳＩＤ１０１０２７１１５;
	InChI InChI=1S/C2/c1-2 キー: LBVWYGNGGJURHQ-UHFFFAOYSA-N ;
	笑顔 [C]=[C];
プロパティ
化学式	Ｃ２
モル質量	24.022 グラムモル−1
	特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。インフォボックス参照

二原子炭素（系統的にジカーボンおよび1λ ² ,2λ ² -エテンと呼ばれる）は、化学式C=C（[C ₂ ]またはC ₂とも表記）の緑色の気体無機化学物質です。常温および常圧では運動学的に不安定で、自己重合によって除去されます。電気アークなどの炭素蒸気、彗星、恒星の大気、星間物質、および青い炭化水素の炎の中に存在します。[1] 二原子炭素は、炭素の同素体の中で2番目に単純であり（原子^炭素に次いで）、フラーレンの生成における中間体の1つです。

プロパティ

C _{2 は}炭素蒸気の成分です。ある論文では炭素蒸気は約 28% が二原子であると推定されていますが^[2]、理論的には温度と圧力に依存します。

電磁気特性

二原子炭素の電子は、アウフバウ原理に従って分子軌道に分配され、対応するエネルギーレベルを持つ固有の量子状態を生成します。最も低いエネルギーレベル、つまり基底状態は、シングレット状態（¹ Σ⁺
_グ) であり、系統的にエテン-1,2-ジイリデンまたはジカーボン(0•) と名付けられています。基底状態に比較的エネルギーが近い励起一重項および三重項状態がいくつかあり、常温のジカーボンサンプルのかなりの部分を占めています。これらの励起状態のほとんどが光化学的緩和を受けると、電磁スペクトルの赤外線領域で発光します。ただし、特に 1 つの状態は緑色領域で発光します。その状態は三重項状態 ( ³ Π _g ) であり、系統的にエテン-μ,μ-ジイル-μ-イリデンまたはジカーボン(2•) と名付けられています。さらに、基底状態からエネルギーがいくらか離れた励起状態があり、中紫外線照射下でのみジカーボンサンプルのかなりの部分を占めます。緩和すると、この励起状態は紫色領域で蛍光を発し、青色領域でリン光を発します。この状態も一重_項状態（1Πg）であり^、エテン-μ,μ-ジイル-μ-イリデンまたはジカーボン（2•）とも呼ばれます。

分子軌道理論によれば、縮退したπ結合軌道には2組の電子対が存在する。これにより結合次数は2となり、C ₂分子内の2つの炭素原子の間には二重結合が存在するはずである。^[3]ある分析では、代わりに四重結合が存在すると示唆されたが、^[4]この解釈には異論があった。^[5] CASSCF計算では、分子軌道理論に基づく四重結合も妥当であることが示された。^[3] B ₂、C ₂、N ₂の結合解離エネルギー（BDE）はBDEの増加を示し、それぞれ単結合、二重結合、三重結合を示している。

ダイヤモンドやグラファイトなどの特定の結晶性炭素では、電荷密度の結合部位に鞍点または「こぶ」が発生します。C ₂の三重項状態はこの傾向に従います。しかし、C _{2の一重項状態は}シリコンやゲルマニウムのように機能します。つまり、電荷密度は結合部位で最大になります。^[6]

反応

二原子炭素はアセトンやアセトアルデヒドと反応して、2つの異なる経路でアセチレンを生成します。^[2]

三重項C ₂分子は分子間経路を介して反応し、ジラジカル特性を示すことが示されています。この経路の中間体はエチレンラジカルです。その抽出は結合エネルギーと相関しています。^[2]
一重項C ₂分子は分子内非ラジカル経路で反応し、1 つの分子から 2 つの水素原子が取り除かれます。この経路の中間体は一重項ビニリデンです。一重項反応は 1,1-ジアアブストラクションまたは 1,2-ジアアブストラクションで起こります。この反応は同位体置換の影響を受けません。異なる抽出は結合エネルギーではなく、衝突の空間的配向によるものと考えられます。^[2]
一重項 C _{2 も}アルケンと反応します。アセチレンが主な生成物ですが、C _{2 は}炭素-水素結合に挿入されるようです。
C _2はメチレン基に挿入されるよりもメチル基に挿入される可能性が2.5倍高い。^[7]
^{アルキニル-λ3-}ヨーダンを経由した室温での化学合成の可能性については議論がある。 ^[8]^[9]

歴史

ガスに富む彗星の光は、主に二原子炭素の放射に由来する。一例としては、C/2014 Q2 (ラブジョイ)があり、主に可視スペクトルに_C2光の線がいくつかあり、^[10]スワンバンドを形成している。^{[11] 2023年初頭に観測される}C/2022 E3 (ZTF)も、二原子炭素の存在により緑色を呈している。^[12]

参照

アセチリド– 化学式Cの関連化学物質²⁻²
_...

参考文献

^ Hoffmann, Roald (1995). 「Marginalia: C2 In All Its Guises」(PDF) . American Scientist . 83 (4): 309–311. Bibcode :1995AmSci..83..309H. JSTOR 29775475. 2023-03-21にオリジナル(PDF)からアーカイブ。2017-07-22に取得。
^ abcd Skell, Philip S. ; Plonka, James H. (1970). 「一重項および三重項 C 2 分子の化学。_アセトンおよびアセトアルデヒドとの反応によるアセチレン形成のメカニズム」。アメリカ化学会誌。92 (19): 5620–5624。doi :10.1021/ja00722a014。
^ ab Zhong, Ronglin; Zhang, Min; Xu, Hongliang; Su, Zhongmin (2016). 「3σgと2σuの直交混成によるVB理論とMO理論間の二炭素の潜在的な調和」.化学科学. 7 (2): 1028–1032. doi :10.1039/c5sc03437j. PMC 5954846. PMID 29896370 .
^ Shaik, Sason; Danovich, David; Wu, Wei; Su, Peifeng; Rzepa, Henry S .; Hiberty, Philippe C. (2012). 「C ₂の四重結合と類似の 8 価電子種」. Nature Chemistry . 4 (3): 195–200. Bibcode :2012NatCh...4..195S. doi :10.1038/nchem.1263. PMID 22354433.
^ Grunenberg, Jörg (2012). 「量子化学: 四重結合炭素」. Nature Chemistry . 4 (3): 154–155. Bibcode :2012NatCh...4..154G. doi :10.1038/nchem.1274. PMID 22354425.
^ Chelikowsky, James R. ; Troullier, N.; Wu, K.; Saad, Y. (1994). 「高次有限差分擬ポテンシャル法: 二原子分子への応用」. Physical Review B. 50 ( 16): 11356–11364. Bibcode :1994PhRvB..5011355C. doi :10.1103/PhysRevB.50.11355. PMID 9975266.
^ Skell, PS ; Fagone, FA; Klabunde, KJ ( 1972). 「二原子炭素とアルカンおよびエーテルの反応/ビニリデンによるアルキルカルベンの捕捉」アメリカ化学会誌。94 (22): 7862–7866. doi :10.1021/ja00777a032.
^ 宮本和典;成田正代。桝本由衣；ハシシン・タカヒロ；大沢大成；木村睦美落合正人内山正信 (2020-05-01)。「C 2 の室温化学合成」。ネイチャーコミュニケーションズ。11 (1): 2134. Bibcode :2020NatCo..11.2134M。土井：10.1038/s41467-020-16025-x。ISSN 2041-1723。PMC 7195449。PMID 32358541。
^ Rzepa, Henry S. (2021-02-23). 「報告されているC2の室温化学合成の熱力学的評価」. Nature Communications . 12 (1): 1241. Bibcode :2021NatCo..12.1241R. doi :10.1038/s41467-021-21433-8. ISSN 2041-1723. PMC 7902603. PMID 33623013 .
^ Venkataramani, Kumar; Ghetiya, Satyesh; Ganesh, Shashikiran; et, al. (2016). 「マウントアブ赤外線天文台による彗星C/2014 Q2（ラブジョイ）の光学分光法」。Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 463 (2): 2137–2144. arXiv : 1607.06682 . Bibcode :2016MNRAS.463.2137V. doi : 10.1093/mnras/stw1820 .
^ Mikuz, Herman; Dintinjana, Bojan (1994). 「彗星のCCD測光」.国際彗星季刊誌. 2006年10月26日閲覧。
^ Georgiou, Aristos (2023-01-10). 「緑色の彗星が緑色になる理由とは?」Newsweek . 2023-01-25時点のオリジナルよりアーカイブ。 2023-01-25に閲覧。

[Hoffman1995-1] Hoffmann, Roald (1995). 「Marginalia: C2 In All Its Guises」(PDF) . American Scientist . 83 (4): 309–311. Bibcode :1995AmSci..83..309H. JSTOR 29775475. 2023-03-21にオリジナル(PDF)からアーカイブ。2017-07-22に取得。

[singlet-2] Skell, Philip S. ; Plonka, James H. (1970). 「一重項および三重項 C 2 分子の化学。_アセトンおよびアセトアルデヒドとの反応によるアセチレン形成のメカニズム」。アメリカ化学会誌。92 (19): 5620–5624。doi :10.1021/ja00722a014。

[Zhong-3] Zhong, Ronglin; Zhang, Min; Xu, Hongliang; Su, Zhongmin (2016). 「3σgと2σuの直交混成によるVB理論とMO理論間の二炭素の潜在的な調和」.化学科学. 7 (2): 1028–1032. doi :10.1039/c5sc03437j. PMC 5954846. PMID 29896370 .

[4] Shaik, Sason; Danovich, David; Wu, Wei; Su, Peifeng; Rzepa, Henry S .; Hiberty, Philippe C. (2012). 「C ₂の四重結合と類似の 8 価電子種」. Nature Chemistry . 4 (3): 195–200. Bibcode :2012NatCh...4..195S. doi :10.1038/nchem.1263. PMID 22354433.

[5] Grunenberg, Jörg (2012). 「量子化学: 四重結合炭素」. Nature Chemistry . 4 (3): 154–155. Bibcode :2012NatCh...4..154G. doi :10.1038/nchem.1274. PMID 22354425.

[high-6] Chelikowsky, James R. ; Troullier, N.; Wu, K.; Saad, Y. (1994). 「高次有限差分擬ポテンシャル法: 二原子分子への応用」. Physical Review B. 50 ( 16): 11356–11364. Bibcode :1994PhRvB..5011355C. doi :10.1103/PhysRevB.50.11355. PMID 9975266.

[alkanes-7] Skell, PS ; Fagone, FA; Klabunde, KJ ( 1972). 「二原子炭素とアルカンおよびエーテルの反応/ビニリデンによるアルキルカルベンの捕捉」アメリカ化学会誌。94 (22): 7862–7866. doi :10.1021/ja00777a032.

[8] 宮本和典;成田正代。桝本由衣；ハシシン・タカヒロ；大沢大成；木村睦美落合正人内山正信 (2020-05-01)。「C 2 の室温化学合成」。ネイチャーコミュニケーションズ。11 (1): 2134. Bibcode :2020NatCo..11.2134M。土井：10.1038/s41467-020-16025-x。ISSN 2041-1723。PMC 7195449。PMID 32358541。

[9] Rzepa, Henry S. (2021-02-23). 「報告されているC2の室温化学合成の熱力学的評価」. Nature Communications . 12 (1): 1241. Bibcode :2021NatCo..12.1241R. doi :10.1038/s41467-021-21433-8. ISSN 2041-1723. PMC 7902603. PMID 33623013 .

[C2014Q2Spec-10] Venkataramani, Kumar; Ghetiya, Satyesh; Ganesh, Shashikiran; et, al. (2016). 「マウントアブ赤外線天文台による彗星C/2014 Q2（ラブジョイ）の光学分光法」。Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 463 (2): 2137–2144. arXiv : 1607.06682 . Bibcode :2016MNRAS.463.2137V. doi : 10.1093/mnras/stw1820 .

[CrniVrhObservatory-11] Mikuz, Herman; Dintinjana, Bojan (1994). 「彗星のCCD測光」.国際彗星季刊誌. 2006年10月26日閲覧。

[12] Georgiou, Aristos (2023-01-10). 「緑色の彗星が緑色になる理由とは?」Newsweek . 2023-01-25時点のオリジナルよりアーカイブ。 2023-01-25に閲覧。