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碳-碳鍵是一連接兩個原子共價鍵[1]。根據成鍵方式不同,兩個碳原子間共能形成單鍵、雙鍵和三鍵三種共價鍵。

碳原子可以互相鍵結形成長鏈,此性質稱為「成鏈」。有了這個性質,碳原子就可以連結在一起形成眾多不同類型的分子,其中一些化合物對這個世界上的生命和人類的生活有極大的意義,有機化學就是專門研究有機分子的化學特性。

鍵的種類

碳-碳單鍵

兩個碳原子間成鍵,最普通的形式是單鍵:由兩個電子組成,其中兩個原子分別提供一個電子。碳-碳單鍵屬於σ鍵,組成單鍵的兩個碳原子自身的電子先形成雜化軌態,然後兩個雜化軌態之間形成碳-碳單鍵。例如在乙烷中,兩個碳原子形成sp3雜化軌態。但碳的單鍵也有形成其他雜化軌態的例子(例如sp2對sp2)。

碳-碳雙鍵

化合鍵二端的的碳原子不一定要形成相同的雜化軌態,在烯烴中碳原子形成雙鍵。雙鍵由一個σ鍵(由兩個形成sp2雜化軌態的電子)和一個π鍵(由兩個未參與雜化的p軌態電子所構成)組成。最簡單的包含碳-碳雙鍵的化合物乙烯

碳-碳三鍵

三鍵由一個sp雜化軌態和二個p軌態構成,其中二個原子各提供一個p軌態。雙鍵及三鍵中使用的p軌態會形成π鍵[2]。最簡單的包含碳-碳三鍵的化合物為乙炔

碳-碳鍵的鍵數愈多,鍵能愈大,鍵長愈短。

更多資訊 名稱, 化學式 ...
簡單碳氫化合物中的碳-碳鍵對比[3][4]
名稱 乙醇 乙烯 乙炔
化學式 C2H6 C2H4 C2H2
分類 烷烴 烯烴 炔烴
結構式 Thumb Thumb Thumb
雜化形式 sp3 sp2 sp
碳-碳鍵的鍵能 347 kJ/mol 614 kJ/mol 839 kJ/mol
碳-碳鍵的鍵長 153.5 pm 133.9 pm 120.3 pm
碳-碳單鍵的比例 100% 87% 78%
關閉

支鏈

碳原子可以與不同數量的其他碳原子形成鍵,形成在碳-碳骨架中常見的支鏈。按照中國傳統的伯仲叔季的輩份順序,將含碳基團按照直接鍵合碳原子基團的數目定義為一級碳、二級碳、三級碳和四級碳:

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位於2,2,3-三甲基戊烷上的一級碳、二級碳、三級碳和四級碳原子
  • 一級碳原子Primary carbon atom)可用表示[5],是指連有一個碳原子的碳原子,和一級碳原子相連的氫原子成為伯氫原子,如乙醇一級醇)。在有機化學反應中,一級碳自由基最不穩定,所以相應的能量最高。
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  • 二級碳原子Secondary carbon atom)可用表示,是指連有兩個碳原子的碳原子,和二級碳原子相連的氫原子成為仲氫原子,如異丙醇二級醇)。
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  • 三級碳原子Tertiary carbon atom)可用表示,是指連有三個碳原子的碳原子,和三級碳原子相連的氫原子成為叔氫原子,如叔丁醇三級醇)。三級碳原子的碳正離子和自由基都是很穩定的。
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  • 四級碳原子Quaternary carbon atom[6] 可用表示,是指連有四個碳原子的碳原子,如新戊烷。在有機化學反應中,四級碳的穩定性在四種碳原子中最佳。
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合成

碳-碳鍵形成反應有機反應中形成新的碳-碳鍵的反應。碳-碳鍵的形成對於人造化學品很重要,如藥品塑膠

下列反應是可以形成碳-碳鍵的例子,如:羥醛反應Diels-Alder反應格氏試劑羰基的加成反應、赫克反應Michael反應威悌反應

參見

參考文獻

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