二原子炭素
二原子炭素
名前
IUPAC名
二原子炭素
IUPAC体系名
エテンジイリデン（置換） 二炭素（C — C）（添加剤）
識別子
3Dモデル（JSmol）
チェビ
ケムスパイダー
196
  • InChI=1S/C2/c1-2 チェックはい
    キー: LBVWYGNGGJURHQ-UHFFFAOYSA-N チェックはい
  • [C]=[C]
プロパティ
C 2
モル質量24.022  g·mol −1
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）における材料のものです。

二原子炭素（系統的にはジカーボン、1λ 2 ,2λ 2 -エテンとも呼ばれる）は、化学式C=C（[C 2 ]またはC 2とも表記）で表される緑色の気体無機化学物質である。常温常圧下では運動学的に不安定であり、自己重合によって除去される。二原子炭素は、例えば電弧中の炭素蒸気、彗星、恒星大気、星間物質、そして青い炭化水素炎中に存在している。[ 1 ]二原子炭素は、炭素の同素体の中で（原子炭素に次いで） 2番目に単純なものであり、フラーレンの生成過程における中間体として作用する。

プロパティ

C 2は炭素蒸気の成分です。ある論文では、炭素蒸気の約28%が二原子分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

二原子炭素中の電子は、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準位を持つ固有の量子状態を形成する。最も低いエネルギー準位、すなわち基底状態はシングレット状態（1 Σ+ g）は、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的に近い励起一重項および三重項状態がいくつか存在し、常温のジカーボン試料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領域で発光します。しかし、特に1つの状態は緑色領域で発光します。その状態が三重項状態（3 Π g）で、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的にいくらか離れた励起状態が存在し、これは中紫外線照射下でのみジカーボン試料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 。

州励起エンタルピー（kJ mol −1）リラクゼーション移行緩和波長緩和EM領域
× 1 Σ+ g0–––
3π​​あなた8.53π​​あなた→ × 1 Σ+ g14.0μm長波長赤外線
b 3 Σ−グラム77.0b 3 Σ−グラム→ 3π​​あなた1.7μm短波長赤外線
A 1 Πあなた100.4A 1 Πあなた→ × 1 Σ+ gA 1 Πあなた→ b 3 Σ−グラム1.2μm 5.1μm近赤外線中波長赤外線
B 1 Σ+ g?B 1 Σ+ g→ A 1 ΠあなたB 1 Σ+ g→ 3π​​あなた？？​？？​
c 3 Σ+あなた159.3c 3 Σ+あなた→ b 3 Σ−グラムc 3 Σ+あなた→ × 1 Σ+ gc 3 Σ+あなた→ B 1 Σ+ g1.5 μm 751.0 nm ?短波長赤外線近赤外線?
d 3 Πグラム239.5d 3 Πグラム→ 3π​​あなたd 3 Πグラム→ c 3 Σ+あなたd 3 Πグラム→ A 1 Πあなた518.0 nm 1.5 μm 860.0 nm緑短波長赤外線近赤外線
C 1 Πグラム409.9C 1 Πグラム→ A 1 ΠあなたC 1 Πグラム→ 3π​​あなたC 1 Πグラム→ c 3 Σ+あなた386.6 nm 298.0 nm 477.4 nmバイオレットミッドウルトラバイオレットブルー

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分子中の2つの炭素原子間には二重結合が存在するはずである。[ 3 ]ある解析では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唆されている。[ 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、すなわち「こぶ」が現れる。C 2の三重項状態もこの傾向に従う。しかし、C 2の一重項状態はシリコンやゲルマニウムに似た挙動を示す。つまり、電荷密度は結合部位で最大となる。[ 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経て反応し、ジラジカル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。その引き抜き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を経て反応し、1つの分子から2つの水素原子が引き抜かれます。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によって起こります。この反応は同位体置換の影響を受けません。異なる引き抜き反応は、結合エネルギーではなく、衝突の空間的配向に起因すると考えられます。[ 2 ]
  • 一重項C 2もアルケンと反応します。主生成物はアセチレンですが、C 2は炭素-水素結合に挿入されるようです。
  • C2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-ヨード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

C/2014 Q2 (ラブジョイ) は二原子炭素により緑色に光ります。
C/2022 E3 (ZTF)も緑色に見えます。

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。例えばC/2014 Q2（ラブジョイ彗星）では、主に可視スペクトルに複数のC2線が見られ、[ 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

参考文献

  1. ^ Hoffmann, Roald (1995). "Marginalia: C 2 In All Its Guises" (PDF) . American Scientist . 83 (4): 309– 311. Bibcode : 1995AmSci..83..309H . JSTOR  29775475. 2023年3月21日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2017年7月22日閲覧。
  2. ^ a b c d Skell, Philip S. ; Plonka, James H. (1970). 「シングレットおよびトリプレット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生成の機構」アメリカ化学会誌. 92 (19): 5620– 5624. Bibcode : 1970JAChS..92.5620S . doi : 10.1021/ja00722a014 .
  3. ^ a b Zhong, Ronglin; Zhang, Min; Xu, Hongliang; Su, Zhongmin (2016). 「3σ gと 2σ uの直交混成による VB理論と MO 理論間の二炭素における潜在的な調和」 . Chemical Science . 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および類似の8価電子種における四重結合」. 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 . 
  6. ^ Chelikowsky, James R. ; Troullier, N.; Wu, K.; Saad, Y. (1994). 「高次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 . 
  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. Bibcode : 1972JAChS..94.7862S . 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。ビブコード: 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 .   
  10. ^ Venkataramani, Kumar; Ghetiya, Satyesh; Ganesh, Shashikiran; et, al. (2016). 「マウントアブ赤外線観測所によるC/2014 Q2（ラブジョイ）彗星の光学分光観測」 .王立天文学会月報. 463 (2): 2137– 2144. arXiv : 1607.06682 . Bibcode : 2016MNRAS.463.2137V . doi : 10.1093/mnras/stw1820 .
  11. ^ミクズ、ヘルマン、ディンティニャナ、ボヤン (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年1月10日). 「緑色の彗星が緑色になる理由とは？」 . Newsweek . 2023年1月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2023年1月25日閲覧。
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