Углерод-углеродную связь представляет собой ковалентную связь между двумя углеродными атомами . [1] Наиболее распространенной формой является одинарная связь : связь, состоящая из двух электронов , по одному от каждого из двух атомов. Одинарная связь углерод-углерод является сигма-связью и образуется между одной гибридизированной орбиталью каждого из атомов углерода. В этане орбитали sp 3 - гибридизированные орбитали, но одинарные связи, образованные между атомами углерода с другими гибридизациями, действительно возникают (например, sp 2 к 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 -гибридизованной орбиталью и p-орбиталью, которая не участвует в гибридизации. Тройная связь образуется с sp-гибридизованной орбиталью и двумя p-орбиталями от каждого атома. Использование p-орбиталей образует пи-связь .
Цепи и разветвления
Углерод - один из немногих элементов, которые могут образовывать длинные цепочки из собственных атомов - свойство, называемое катенацией . В сочетании с прочностью углерод-углеродной связи это приводит к появлению огромного количества молекулярных форм, многие из которых являются важными структурными элементами жизни, поэтому у углеродных соединений есть своя собственная область изучения: органическая химия .
Ветвление также характерно для скелетов C − C. Атомы углерода в молекуле классифицируются по количеству углеродных соседей, которые у них есть:
- Первичный углерод имеет один сосед углерода.
- Вторичный углерод имеет два углеродных соседей.
- У третичного углерода есть три атома углерода.
- Четвертичный углерод имеет четыре углеродных соседей.
В «структурно сложных органических молекулах» именно трехмерная ориентация углерод-углеродных связей в четвертичных локусах определяет форму молекулы. [2] Кроме того, четвертичные локусы обнаруживаются во многих биологически активных малых молекулах, таких как кортизон и морфин . [2]
Синтез
Реакции образования углерод-углеродной связи - это органические реакции, в которых образуется новая углерод-углеродная связь. Они важны при производстве многих искусственных химикатов, таких как фармацевтические препараты и пластмассы .
Некоторые примеры реакций , которые образуют углерод-углеродные связи являются альдольной реакции , реакцию Дильса-Альдера , добавление реагента Гриньяра к карбонильной группе , в реакции Хека , в реакции Михаэля и реакции Виттига .
Направленный синтез желаемых трехмерных структур третичных углеродов был в значительной степени решен в конце 20-го века, но та же способность управлять четвертичным углеродным синтезом не начала проявляться до первого десятилетия 21-го века. [2]
Прочность и длина склеивания
По сравнению с большинством связей углерод-углеродная связь очень прочная . [3]
Связь C – C | Молекула | Энергия диссоциации связи (ккал / моль) |
---|---|---|
СН 3 -СН 3 | этан | 90 |
С 6 Н 5 -СН 3 | толуол | 102 |
С 6 Н 5 -С 6 Н 5 | бифенил | 114 |
СН 3 С (О) -СН 3 | ацетон | 84 |
CH 3 -CN | ацетонитрил | 136 |
СН 3 -СН 2 ОН | спирт этиловый | 88 |
Приведенные выше значения представляют собой обычно встречающиеся энергии диссоциации связи; иногда выбросы могут резко отклоняться от этого диапазона. В сильно перегруженном гексакис (3,5-ди- трет- бутилфенил) этане энергия диссоциации связи с образованием стабилизированного триарилметильного радикала составляет всего 8 ккал / моль. [4] С другой стороны, центральная одинарная углерод-углеродная связь диацетилена очень сильна при 160 ккал / моль, поскольку одинарная связь соединяет два атома углерода в sp-гибридизации. [5] Углерод-углеродные множественные связи обычно прочнее; двойная связь этилена и тройная связь ацетилена имеют энергии диссоциации связи 174 и 230 ккал / моль, соответственно. [6]
Типичная одинарная связь углерод-углерод имеет длину 154 пм, а типичная двойная связь и тройная связь - 134 пм и 120 пм соответственно. Гексакис (3,5-ди- трет- бутилфенил) этан также является следствием его серьезной стерической перегрузки и имеет сильно вытянутую центральную связь длиной 167 мкм. С другой стороны, очень короткая тройная связь 115 пм наблюдалась для разновидностей иодония [HC≡C – I + Ph] [CF 3 SO 3 - ] из-за сильно электроноакцепторного иодониевого фрагмента. [7]
Молекула | Этан | Этилен | Ацетилен |
---|---|---|---|
Формула | С 2 Н 6 | С 2 Н 4 | С 2 Н 2 |
Класс | алкан | алкен | алкин |
Состав | |||
Гибридизация углерода | sp 3 | sp 2 | зр |
Длина CC облигации | 1,535 Å | 1,339 Å | 1,203 Å |
Доля одинарной облигации СС | 100% | 87% | 78% |
Метод определения структуры | микроволновая спектроскопия | микроволновая спектроскопия | инфракрасная спектроскопия |
Смотрите также
- Связь углерод – водород
Рекомендации
- ^ Дембики, Гарри (2016-10-06). Практическая геохимия нефти для разведки и добычи . Эльзевир. п. 7. ISBN 9780128033517.
- ^ а б в Quasdorf, Kyle W .; Оверман, Ларри Э. (2014). «Обзор: Каталитический энантиоселективный синтез стереоцентров четвертичного углерода» . Природа (бумага). 516 (7530): 181–191. Bibcode : 2014Natur.516..181Q . DOI : 10,1038 / природа14007 . PMC 4697831 . PMID 25503231 .
- ↑ Yu-Ran Luo и Jin-Pei Cheng «Энергии диссоциации связи» в CRC Handbook of Chemistry and Physics, 96th Edition.
- ^ Rösel, Sören; Балестриери, Чиро; Шрайнер, Питер Р. (2017). «Определение роли лондонской дисперсии в диссоциации полностью мета-трет-бутилгексафенилэтана» . Химическая наука . 8 (1): 405–410. DOI : 10.1039 / c6sc02727j . ISSN 2041-6520 . PMC 5365070 . PMID 28451185 .
- ^ "Интернет-книга NIST" .
- ^ Бланксби, Стивен Дж .; Эллисон, Дж. Барни (апрель 2003 г.). «Связанные энергии диссоциации органических молекул». Счета химических исследований . 36 (4): 255–263. CiteSeerX 10.1.1.616.3043 . DOI : 10.1021 / ar020230d . ISSN 0001-4842 . PMID 12693923 .
- ^ 1927-, Стрейтвизер, Эндрю (1992). Введение в органическую химию . Хиткок, Клейтон Х., 1936-, Косовер, Эдвард М. (4-е изд.). Река Аппер Сэдл, штат Нью-Джерси: Prentice Hall. п. 574. ISBN 978-0139738500. OCLC 52836313 .CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
- ^ Справочник CRC по химии и физике , 88-е издание