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氮族环状化合物的性质

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我们都知道在有机化合物中,成环并不是一件稀奇的事:脂环化合物中毒环戊烷、环己烷;芳香化合物中的苯,杂环化合物中的呋喃、吡啶……
但在无机化合物中,成环的物质却十分少见;至少在碲球上,这类化合物相比其他无机化合物,其数目实在是屈指可数——不,应该说是凤毛麟角。
然而,在伟大的赵明毅领导的锑星上,一切皆有可能——这意味着我们可以通过锑场来人造无机环状化合物。
于是乎就有了一个问题:如果我们用氮族元素取代环己烷中的碳原子,又会得到何物呢?
本帖的出现,就是为了解答这个问题,并且阐述一类无机环状化合物的结构和性质——氮族元素与氢构成的环合物。
以其中的典型代表——环氮化氢来镇楼



IP属地:吉林来自Android客户端1楼2024-08-01 15:02回复
    1.概述:
    氮族-氢环合物在结构上类似于环己烷,可以视作氮族元素取代环己烷中的碳原子所形成的化合物。因为这个缘故,这类环合物也可称作“X代环己烷”:如环氮化氢可称作“氮代环己烷”,环磷化氢可称作“磷代环己烷”等。
    但在锑星的民众口中,这类化合物因其分子式相当于把对应氢化物中氢原子的分子式翻倍:如环氮化氢(N6H6)相当于是氨(NH3)中氢原子数目的2倍;因此俗称“重X”。同上,环氮化氢俗称“重氨”,环磷化氢俗称“重膦”等。
    然而环合物真正的学名应为“环X化氢”,其中环合根为-6价。


    IP属地:吉林来自Android客户端2楼2024-08-01 15:15
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      2.一些重要的环合物及其衍生物:
      环氮化氢是氮族-氢环合物中最重要和典型的。因此,环合物的性质就从环氮化氢开始叙述;
      环氮化氢,化学式N6H6,通常情况下为无色带有恶臭嗅味的气体。
      物理性质上,由于非金属性更强的氮元素取代了碳元素的位置,并且与苯的大π键和离域π电子云覆盖的成键方式不同,环氮化氢纯粹由N—N单键构成,因此环氮化氢与结构相近的苯相比,表现出熔沸点更低(分别约为-24.19℃和1.73℃),并且更易挥发,溶解性比苯大(微溶于水)。
      化学性质上,由于其环合根的组成元素介于类似组成的化合物——苯(C6H6)和过氧化氢(H2O2)之间,表现出微弱的氧化性(苯通常没有氧化性,重氨有微弱氧化性,过氧化氢有强氧化性),稳定性同样介于苯(很稳定)和过氧化氢(不稳定)之间,在铁粉做催化剂条件下即可缓慢发生分解反应,生成肼(NH2NH2),氮气和氢气:
      N6H6===Fe===NH2NH2+2N2+H2
      这个反应在工业上没有太大用处,因为重氨的价格要远远高于肼,更不用说氢气和氮气了。但该反应很实用——在检测混合是否含有重氮时,只要检测加热后是否产生肼即可确定。这种检验方法比直接检验重氮更方便,并且更经济。


      IP属地:吉林来自Android客户端5楼2024-08-01 18:27
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        而其同类环合物环磷化氢、环砷化氢、环锑化氢、环铋化氢均具有类似性质,它们均为无色具恶臭味的气体,稳定性和氧化性按照从氮环氢到铋环氢依次降低的顺序排列,即只有氧化性→既有氧化性又有还原性→只有还原性。
        各环合物均易分解,例如:
        N6H6===高温===2NH3+2N2(分解反应在高温下较快,区别于催化分解反应)
        P6H6===Δ===2PH3+P4(加热即可分解为磷化氢和白磷烟尘)
        Bi6H6===hv.===2BiH3+4Bi(环铋化氢不稳定,光照即可发生分解)
        可以看出,反应的条件越来越容易,反映出该类环合物稳定性的变化规律。


        IP属地:吉林来自Android客户端7楼2024-08-01 18:30
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          P1-2:环磷化氢
          P3-4:环砷化氢
          P5-6:环锑化氢
          P7-8:环铋化氢









          IP属地:吉林来自Android客户端9楼2024-08-01 18:41
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            2-1:环合物的衍生物:
            虽然环合物是无机化合物,但环合物很容易和有机官能团结合;因此环合物被称作“有机物与无机物的桥梁”。
            当环合物的环合根与其他官能团结合时,就按照有机化学的惯例,称其为“X环根衍生物”。但与真正的有机化合物不同,它们的命名以“官能团数目+官能团名称+对应元环合物(即环合氢)”的方式;以下关于衍生物的介绍依旧以环氮化氢为例:
            首先介绍环氮化氢的甲基取代产物:环氮化氢的甲基取代数目可以为1-6,随甲基数目的增多,甲基取代产物的状态呈现气→液的变化。
            取代产物中以甲代环氮氢、二甲代环氮氢和六甲基环氮最为重要。
            1-甲基-氮代环己烷,别名“甲代环氮氢”。是环氮根的一个氮原子与甲基结合的产物(亦可看做是环氮化氢的一个氢原子被甲基取代的产物)。与甲苯类似,甲代环氮氢为无色,有特殊香味的化合物。
            2-甲基-氮代环己烷,别名“二甲代环氮氢”,分为对甲基,邻甲基和间甲基的形式。三种同分异构体均为无色,带有芳香味且易液化的气体。其中邻二甲代环氮氢(熔点-2.7℃)因分子内氢键的原因,比间二甲代环氮氢(熔点7.49℃)和对二甲基环氮氢(熔点9.95℃)的熔点都低。
            6-甲基-氮代环己烷,别名“六甲基环氮”,为无色易挥发的液体。
            环氮化氢的甲基取代产物都是重要的有机合成原料,作为把无机化合物转化为有机化合物的必要一环。由此超理界诞生了无机化学和有机化学的交叉学科——转化化学。


            IP属地:吉林来自Android客户端10楼2024-08-01 19:08
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              二甲代环氮氢
              P1-2:邻
              P3-4:间
              P5-6:对







              IP属地:吉林来自Android客户端11楼2024-08-01 19:23
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                P1-2:甲代环氮氢
                P3-4:六甲代环氮(注意没有氢!)





                IP属地:吉林来自Android客户端12楼2024-08-01 19:25
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                  接下来介绍的是环氮化氢的氨基取代产物和氨甲基杂取代产物:
                  氨基取代产物的取代数目同样可以是1-6,但只有1-氨基-氮代环己烷(氨代环氮氢)最为常见和稳定。氮代环氮氢也可以视作是环氮化氢的一个氢原子被氨基取代的产物。该物质是无色无味气体,易溶于水,毒性较低,是极佳的含氮肥料。
                  氨基取代也可以与甲基取代同时发生,生成稳定的2-氨-甲-氮代环己烷(二氨甲基代环氮氢),它同样分为对,邻,间三种异构体,都是淡黄色有吲哚味的液体,该物质主要用于合成工业。


                  IP属地:吉林来自Android客户端14楼2024-08-01 19:38
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                    这类杂取代产物的异构,是以其中左侧氨基和甲基的位置确定的;
                    P1-2:对二氨甲基代环氮氢
                    P3-4:邻二氨甲基代环氮氢
                    P5-6:间二氨甲基代环氮氢







                    IP属地:吉林来自Android客户端15楼2024-08-01 19:52
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                      P1-2:氨代环氮氢



                      IP属地:吉林来自Android客户端16楼2024-08-01 19:54
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                        楼主,你提到的P6H6已经有碲球人理论计算出其存在2种稳定的非平面构象了!
                        https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.jpclett.6b00219

                        虽然理论计算目前还不能作为全盘否定超理性的依据(全盘否定的依据参考实验测定的全氟立方烷、甲二醇等物质),但建议楼主仔细核查目前提及的物质有没有被碲球人转化为真理物质。
                        @最爱九九 @goodhippo @夢之魚兒 ,不知能否帮忙排查一下目前楼主提及的物质的真/超理性?


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                        IP属地:陕西17楼2024-08-02 01:07
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                          @用蛇氏℃ 没有在锑度之类的主流网站上找到P6H6的相关信息,搜索的时候只出现了这个关于化学品采购的网站。不知道是超理污染还是确实存在,毕竟之前查到过亚氟酸。


                          IP属地:吉林来自Android客户端18楼2024-08-02 05:53
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                            附上取代方程式:
                            N6H6+CH4→CH8N6+H2
                            CH8N6+CH4→C2H10N6+H2
                            以此类推,这类环合物的甲基取代过程和卤代烷的过程类似,都是几乎同时发生,无法得到纯净的特定物质;但环合物的甲基取代是放出氢气,和卤代烷放出氯化氢不同。


                            IP属地:吉林来自Android客户端19楼2024-08-02 06:00
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                              同样,接下来是氨取代方程式:
                              N6H6+NH3→H7N7+H2(不是有机反应,但因反应类似有机取代而使用箭头)
                              以此类推,氨的取代可以按照这种方式不断进行,直到六个氢原子全部被氨基取代。
                              N6H6+2NH3+CH4→CH10N8+2N2+3H2
                              甲基和氨基的混合取代同样如此,不同点是混合取代除氢气被放出外,氮气也被放出。


                              IP属地:吉林来自Android客户端20楼2024-08-02 06:06
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