stringtranslate.com

Углерод-углеродная связь

Углерод -углеродная связь — это ковалентная связь между двумя атомами углерода . [1] Наиболее распространенной формой является одинарная связь : связь, состоящая из двух электронов , по одному от каждого из двух атомов. Углерод-углеродная одинарная связь является сигма-связью и образуется между одной гибридизированной орбиталью от каждого из атомов углерода. В этане орбитали являются sp 3 -гибридизированными орбиталями, но одинарные связи, образованные между атомами углерода с другими гибридизациями, встречаются (например, sp 2 с sp 2 ). Фактически, атомы углерода в одинарной связи не обязательно должны иметь одинаковую гибридизацию. Атомы углерода также могут образовывать двойные связи в соединениях, называемых алкенами, или тройные связи в соединениях, называемых алкинами . Двойная связь образуется с sp 2 -гибридизированной орбиталью и p-орбиталью, которая не участвует в гибридизации. Тройная связь образуется с sp-гибридизированной орбиталью и двумя p-орбиталями от каждого атома. Использование p-орбиталей образует пи-связь . [2]

Цепи и разветвления

Углерод — один из немногих элементов, способных образовывать длинные цепочки собственных атомов, свойство, называемое катенацией . Это в сочетании с прочностью связи углерод-углерод приводит к появлению огромного количества молекулярных форм, многие из которых являются важными структурными элементами жизни, поэтому углеродные соединения имеют свою собственную область изучения: органическую химию .

2,2,3-триметилпентан

Разветвление также распространено в скелетах C−C. Атомы углерода в молекуле классифицируются по числу соседних атомов углерода:

В «структурно сложных органических молекулах» именно трехмерная ориентация связей углерод-углерод в четвертичных локусах определяет форму молекулы. [3] Кроме того, четвертичные локусы обнаружены во многих биологически активных малых молекулах, таких как кортизон и морфин . [3]

Синтез

Реакции образования связи углерод-углерод — это органические реакции , в которых образуется новая связь углерод-углерод. Они важны для производства многих искусственных химикатов, таких как фармацевтические препараты и пластмассы . Обратная реакция, в которой связь углерод-углерод разрывается, известна как активация связи углерод-углерод .

Примерами реакций, в которых образуются углерод-углеродные связи, являются альдольная реакция , реакция Дильса-Альдера , реакция Гриньяра , реакции кросс-сочетания , реакция Михаэля и реакция Виттига .

Направленный синтез желаемых трехмерных структур для третичных углеродов был в значительной степени решен в конце 20-го века, но та же самая возможность направлять синтез четвертичного углерода начала появляться только в первом десятилетии 21-го века. [3]

Сила и длина связи

Одинарная связь углерод-углерод слабее , чем связи CH, OH, NH, HH, H-Cl, CF и многие двойные или тройные связи, и сопоставима по прочности со связями CO, Si-O, PO и SH [4] , но обычно считается прочной.

Приведенные выше значения представляют собой энергии диссоциации связей CC, которые встречаются чаще всего; иногда выбросы могут существенно отклоняться от этого диапазона.

Крайние случаи

Длинные, слабые одинарные связи CC

Были выявлены различные крайние случаи, когда связь CC удлинена. В димере Гомберга одна связь CC довольно длинная — 159,7 пикометров . Именно эта связь обратимо и легко разрывается при комнатной температуре в растворе: [6]

В еще более перегруженной молекуле гексакис(3,5-ди- трет -бутилфенил)этана энергия диссоциации связи для образования стабилизированного триарилметильного радикала составляет всего 8 ккал/моль. Также вследствие его сильной стерической перегруженности гексакис(3,5-ди- трет -бутилфенил)этан имеет сильно удлиненную центральную связь длиной 167 пм. [7]

Скрученные, слабые двойные связи CC

Структура тетракис(диметиламино)этилена (TDAE) сильно искажена. Двугранный угол для двух концов N 2 C составляет 28º, хотя расстояние C=C составляет 135 пм. Почти изоструктурный тетраизопропилэтилен также имеет расстояние C=C 135 пм, но его ядро ​​C 6 является плоским. [8]

Короткие, прочные тройные связи CC

На противоположном полюсе центральная углерод-углеродная одинарная связь диацетилена очень прочна и составляет 160 ккал/моль, поскольку одинарная связь соединяет два углерода sp-гибридизации. [9] Углерод-углеродные множественные связи, как правило, прочнее; было определено, что двойная связь этилена и тройная связь ацетилена имеют энергию диссоциации связи 174 и 230 ккал/моль соответственно. [10] Очень короткая тройная связь 115 пм наблюдалась для иодониевых видов [HC≡C–I + Ph] [CF 3 SO 3 – ], из-за сильно электроноакцепторного иодониевого фрагмента . [11]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Дембицки, Гарри (2016-10-06). Практическая нефтяная геохимия для разведки и добычи. Elsevier. стр. 7. ISBN 9780128033517.
  2. ^ Смит, Майкл Б.; Марч, Джерри (2007), Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure (6-е изд.), Нью-Йорк: Wiley-Interscience, ISBN 978-0-471-72091-1
  3. ^ abc Quasdorf, Kyle W.; Overman, Larry E. (2014). «Обзор: каталитический энантиоселективный синтез стереоцентров четвертичного углерода». Nature (статья). 516 (7530): 181–191. Bibcode :2014Natur.516..181Q. doi :10.1038/nature14007. PMC 4697831 . PMID  25503231. Значок закрытого доступа
  4. ^ Ю-Жан Ло и Цзинь-Пэй Ченг «Энергии диссоциации связей» в CRC Handbook of Chemistry and Physics, 96-е издание.
  5. ^ Справочник по химии и физике CRC , 88-е издание
  6. ^ Бочкарев, Л.Н.; Молоснова, Н.Е.; Захаров, Л.Н.; Фукин, ГК; Яновский, А.И.; Стручков, Ю.Т. (1995). "1-Дифенилметилен-4-(трифенилметил)циклогекса-2,5-диен бензол сольват". Acta Crystallographica Section C Crystal Structure Communications . 51 (3): 489–491. doi :10.1107/S0108270194009005.
  7. ^ Rösel, Sören; Balestrieri, Ciro; Schreiner, Peter R. (2017). «Определение роли лондонской дисперсии в диссоциации всех мета-трет-бутилгексафенилэтана». Chemical Science . 8 (1): 405–410. doi :10.1039/c6sc02727j. ISSN  2041-6520. PMC 5365070 . PMID  28451185. 
  8. ^ Бок, Ганс; Боррманн, Хорст; Хавлас, Зденек; Оберхаммер, Хайнц; Рупперт, Клаус; Саймон, Арндт (1991). «Тетракис(диметиламино)этен: чрезвычайно богатая электронами молекула с необычной структурой как в кристалле, так и в газовой фазе». Angewandte Chemie International Edition на английском языке . 30 (12): 1678–1681. doi :10.1002/anie.199116781.
  9. ^ "Веб-книга NIST".
  10. ^ Бланксби, Стивен Дж.; Эллисон, Г. Барни (апрель 2003 г.). «Энергии диссоциации связей органических молекул». Accounts of Chemical Research . 36 (4): 255–263. CiteSeerX 10.1.1.616.3043 . doi :10.1021/ar020230d. ISSN  0001-4842. PMID  12693923. 
  11. ^ Streitwieser, Andrew; Heathcock, Clayton H.; Kosower, Edward M. (1992). Введение в органическую химию (4-е изд.). Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall. стр. 574. ISBN 978-0139738500. OCLC  52836313.