stringtranslate.com

Связь углерод–кислород

Связь углерод-кислород является полярной ковалентной связью между атомами углерода и кислорода . [1] [2] [ 3] : 16–22  Связи углерод-кислород встречаются во многих неорганических соединениях, таких как оксиды углерода и оксогалогениды , карбонаты и карбонилы металлов , [4] а также в органических соединениях, таких как спирты , эфиры и карбонильные соединения . [5] : 32–36  Кислород имеет 6 собственных валентных электронов и имеет тенденцию заполнять свою внешнюю оболочку 8 электронами , разделяя электроны с другими атомами для образования ковалентных связей , принимая электроны для образования аниона или их комбинации. В нейтральных соединениях атом кислорода может образовывать тройную связь с углеродом, в то время как атом углерода может образовывать до четырех одинарных связей или двух двойных связей с кислородом.

Мотивы склеивания

Связывание с кислородом

В эфирах кислород образует две ковалентные одинарные связи с двумя атомами углерода, C–O–C, тогда как в спиртах кислород образует одну одинарную связь с углеродом и одну с водородом, C–O–H. [5] : 32  В большинстве органических карбонильных соединений кислород образует ковалентную двойную связь с углеродом, C=O, известную как карбонильная группа . [5] : 136  В эфирах, спиртах и ​​карбонильных соединениях четыре несвязывающих электрона во внешней оболочке кислорода являются несвязывающими. [5] : 108  В алкоксидах кислород образует одинарную связь с углеродом и принимает электрон от металла, образуя алкоксид-анион, R–O − , с тремя неподеленными парами. В ионах оксония одна из двух неподеленных пар кислорода используется для образования третьей ковалентной связи, которая генерирует катион , >O + – или =O + – или ≡O + , с одной оставшейся неподеленной парой. [5] : 343, 410  В оксиде углерода и ионах ацилия кислород образует тройную связь с углеродом.

Связывание с углеродом

Атом углерода образует одну одинарную связь с кислородом в спиртах, эфирах и пероксидах, две в ацеталях , [3] : 524  [5] : 35, 340–348  три в ортоэфирах , [5] : 345  и четыре в ортокарбонатах . [6] Углерод образует двойную связь с кислородом в альдегидах , кетонах и ацилгалогенидах . В карбоновых кислотах , эфирах и ангидридах каждый атом углерода карбонила образует одну двойную связь и одну одинарную связь с кислородом. В эфирах карбоната и угольной кислоте углерод карбонила образует одну двойную связь и две одинарные связи с кислородом. Связь в диоксиде углерода часто описывается как состоящая из двух двойных связей C=O, хотя в таких делокализованных системах порядок связи менее выражен. Как упоминалось выше, углерод образует тройные связи с кислородом в монооксиде углерода и его производных, которые включают ацилий-ионы и карбонилы металлов .

Электроотрицательности и длины связей

Связь C–O поляризована по отношению к кислороду ( электроотрицательность C по сравнению с O, 2,55 по сравнению с 3,44). Длины связей [4] для парафиновых связей C–O находятся в диапазоне 143 пм – меньше, чем у связей C–N или C–C. Укороченные одинарные связи обнаружены у карбоновых кислот (136 пм) из-за частичного характера двойной связи, а удлиненные связи обнаружены в эпоксидах (147 пм). [7] Прочность связи C–O также больше, чем у C–N или C–C. Например, прочность связи составляет 91 ккал (380 кДж)/моль (при 298 К) в метаноле , 87 ккал (360 кДж)/моль в метиламине и 88 ккал (370 кДж)/моль в этане . [7]

Углерод и кислород образуют концевые двойные связи в функциональных группах, известных как карбонильные соединения, к которым принадлежат такие соединения, как кетоны , сложные эфиры , карбоновые кислоты и многие другие. Внутренние связи C=O обнаружены в положительно заряженных ионах оксония . В фуранах атом кислорода способствует делокализации пи-электронов через свою заполненную p-орбиталь, и, следовательно, фураны являются ароматическими . Длины связей C=O составляют около 123 пм в карбонильных соединениях. Длина связи C=O в диоксиде углерода составляет 116 пм. Связи C=O в ацилгалогенидах имеют характер частичной тройной связи и, следовательно, очень короткие: 117 пм. Соединений с формальными тройными связями C ≡ O не существует, за исключением оксида углерода , который имеет очень короткую, прочную связь (112,8 пм), и ионов ацилия , R–C≡O + (обычно 110-112 пм). [8] [9] [10] Такие тройные связи имеют очень высокую энергию связи, даже выше, чем тройные связи N≡N. [11] Кислород также может быть трехвалентным, например, в триэтилоксоний тетрафторборате . [5] : 343 

Химия

Реакции образования связи углерод-кислород многочисленны. Наиболее заметными являются синтез эфира Уильямсона и многие окисления.

Функциональные группы со связями CO

В этих функциональных группах присутствуют углеродно-кислородные связи : [12]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Органическая химия Джон Макмарри 2-е изд. [ нужна страница ]
  2. ^ Advanced Organic Chemistry Кэри, Фрэнсис А., Сандберг, Ричард Дж. 5-е изд. 2007
  3. ^ ab Смит, Майкл Б.; Марч, Джерри (2007). Продвинутая органическая химия Марча (6-е изд.). John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-72091-1.
  4. ^ ab Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . стр. 292, 304–314. ISBN 978-0-08-037941-8.
  5. ^ abcdefgh Клейден, Джонатан ; Гривз, Ник; Уоррен, Стюарт ; Уотерс, Питер (2001). Органическая химия (1-е изд.). Oxford University Press. ISBN 978-0-19-850346-0.
  6. ^ Ланиэль, Доминик; Бинк, Яннес; Винклер, Бьёрн; Фогель, Себастьян; Федотенко, Тимофей; Харитон, Стелла; Пракапенко, Виталий; Мильман, Виктор; Шник, Вольфганг; Дубровинский, Леонид; Дубровинская, Наталья (2021). "Синтез, кристаллическая структура и связи структура–свойства ортокарбоната стронция, Sr2CO4". Acta Crystallogr. B . 77 (1): 131–137. doi : 10.1107/S2052520620016650 . ISSN  2052-5206. PMC 7941283 . 
  7. ^ ab CRC Справочник по химии и физике 65-е изд.
  8. ^ Chevrier, B.; Carpentier, JM Le; Weiss, R. (1972). «Синтез двух кристаллических видов промежуточного соединения Фриделя–Крафтса пентахлорид сурьмы -п -толуоилхлорида. Кристаллические структуры донорно-акцепторного комплекса и ионной соли». J. Am. Chem. Soc . 94 (16): 5718–5723. doi :10.1021/ja00771a031.
  9. ^ Давлиева, Миля Г.; Линдеман, Сергей В.; Неретин, Иван С.; Кочи, Джей К. (2004). «Структурные эффекты координации оксида углерода с углеродными центрами. Связывания π и σ в алифатических ацилах в сравнении с ароматическими ароилкатионами». New J. Chem. 28 : 1568–1574. doi :10.1039/B407654K.
  10. ^ Hermannsdorfer, André; Driess, Matthias (2021). «Тетракис(трифторметансульфонат) кремния: простой нейтральный силан, действующий как мягкая и твердая суперкислота Льюиса». Angew. Chem. Int. Ed. 60 (24): 13656–13660. doi : 10.1002/anie.202103414 . PMC 8252640 . PMID  33826216.  
  11. ^ "Standard Bond Energies". Химический факультет Мичиганского государственного университета. Архивировано из оригинала 29 августа 2016 года.
  12. ^ 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