二氧化三碳

化学物质

二氧化三碳（Carbon suboxide）是一种无机化合物，分子式为C3O2，分子量为68.03。为无色带恶臭气体，相对密度1.114（0℃）。具有高折射率。纯品稳定，含杂质时易聚合，聚合体颜色随温度升高而加深：室温黄，100~300℃鲜红，400℃紫色，500℃以上分解为碳。火焰呈蓝色。水作用生成丙二酸，与氯化氢、氨、胺反应得丙二酸衍生物。在五氧化二磷存在时，真空加热丙二酸（140~150℃），使其脱水而得本品。与可用于改进纤维染色性能等。

研究简史

1873年，Brodie通过对一氧化碳放电，首次制得了二氧化三碳，Marcellin Berthelot创造了低氧化碳（carbon suboxide）这个名称，而后来Otto Diels表示，更贴近有机化学的名称，如二羰基甲烷（dicarbonyl methane）与二氧代丙二烯（dioxallene）也是正确的名称。

理化性质

分子形状为直线形，具有D∞h点群的对称性，结构式可写成O=C=C=C=O，C-C键长128pm，C-O键长116pm。

无色有难闻气味的液体或气体，有毒，可溶于二硫化碳、二甲苯，与氨反应生成丙二酰胺，遇水则生成丙二酸，容易发生聚合，聚合产物为红色固体。

C3O2是一种非常活泼的化合物，除能跟水发生加成反应外，还能跟NH3、HCl、ROH（R为链烃基）等发生加成反应。例如C3O2跟NH3加成：

C3O2 + 2NH3→H2N-CO-CH2-CO-NH2

此外C3O2能与O2反应，生成CO2。C3O2还可以光解：

C3O2 -hv→ C2O + CO

C2O可进一步分解为CO和固体碳，还可与烯烃反应。碳的其它低氧化物都不如C3O2稳定。

制备方法

二氧化三碳可以通过加热干燥的五氧化二磷（分子式为P2O5）和丙二酸或丙二酸酯衍生物的混合物来制备。所以二氧化三碳也可视为丙二酸的酸酐，即丙二酸酐，也就是丙二酸脱水两次的产物。此外，丙二酸分子间脱一分子水生成的酸酐也是存在的。

以丙二酸为原料制取二氧化三碳的装置如图所示：

称取20g丙二酸、40g干燥的砂子和200g新鲜的五氧化二磷，将三者充分混匀后装入烧瓶1中，然后对整个系统抽真空，当抽至13.3322Pa压力时，关闭旋塞10，放置使原料干燥。过几个小时后，打开旋塞10，再抽真空，用液氮冷却捕集管3。用油浴加热烧瓶1，至140℃后保温1h进行反应。此时，捕集管3中的C3O2粗品被冷凝。然后，撤去油浴，将系统关闭，停泵，由导管8导入干燥空气，关闭旋塞2，再抽真空，管3中的粗产物被抽入管6中，关闭系统旋塞10，粗品在管6中得到缓慢蒸馏。一定时间后，将管6置于乙醇浴（-115℃到-110℃），产品则可转移到液氮冷却的管9中。

注意管6中的产物不可太满。捕集管6中经缓慢蒸馏的产物，在高真空下分馏，可得纯净的二氧化三碳。

计算化学数据

1、疏水参数计算参考值（XlogP）：0.1

2、氢键供体数量：0

3、氢键受体数量：2

4、可旋转化学键数量：0

5、互变异构体数量：无

6、拓扑分子极性表面积：34.1

7、重原子数量：5

8、表面电荷：0

9、复杂度：91.3

10、同位素原子数量：0