En la formamida, los nitrógenos parecen estar $ \ ce {sp ^ 3} $ hibridados, lo que implica una geometría tetraédrica. Sin embargo, el análisis muestra que la molécula es en realidad casi plana con ángulos de enlace cercanos a los 120 grados.
EDITAR: como sugirió Martin y otro cartel, la hibridación es un concepto aproximado. Entonces, tal vez la hibridación del nitrógeno después de un análisis adicional debería describirse mejor como en algún lugar entre $ \ ce {sp ^ 3} $ y $ \ ce {sp ^ 2} $. Sin embargo, esto todavía necesitaría planaridad, ¿correcto? Los enlaces Pi se forman a través del emparejamiento de electrones superior e inferior en los orbitales p; La unión efectiva se logra cuando estos orbitales p son paralelos entre sí.
Creo que esto tiene que ver con el carácter de doble enlace parcial en la molécula (también parece haber algún carácter iónico en la molécula, probablemente debido a los efectos de absorción de electrones del nitrógeno y el oxígeno) .
Esta es la respuesta estándar. Sin embargo, ¿el enlace de hidrógeno intramolecular también desempeñaría un papel? ¿Existe un enlace de hidrógeno entre el hidrógeno periférico del nitrógeno y el oxígeno? ¿No podría esto también ayudar a lograr los ángulos de enlace de 120 grados?
Comentarios
- Lo que me parece extraño es su sugerencia de que los enlaces de hidrógeno OH podrían participar: ninguno de los hidrógenos está cerca del oxígeno, e incluso si lo estuvieran, no tengo idea de por qué ' esperaría que eso promueva la planicidad . Es posible que haya creado algunas intuiciones incorrectas sobre los enlaces de hidrógeno que tal vez desee revisar y posiblemente intentar desaprender.
Respuesta
La mayoría de las amidas son planas (debido a razones estéricas, la restricción puede levantarse) y también lo es la formamida.
El carbono está obviamente $ \ ce {sp ^ 2} $ hibridado ( ya que este concepto es muy aplicable aquí), organizando sus ligandos en un plano con ángulos de aproximadamente $ 120 ^ \ circ $. Naturalmente, se supondría que el nitrógeno está $ \ ce {sp ^ 3} $ hibridado, que es el caso de la mayoría de las aminas. Sin embargo, la barrera de inversión para estas moléculas es (dependiendo de los sustituyentes) muy baja. $$ \ ce {[NH3] ^ {pyr-top} < = > [NH3] ^ {TS-plan} < = > [NH3] ^ {pyr-bot}} $$ Para el nitrógeno que significa pasar de $ \ ce {sp ^ 3} $ a $ \ ce {sp ^ 2} $ y viceversa. Ahora puede estabilizar la estructura intermedia con la conjugación, y ese es exactamente el caso aquí. En su gráfico, eso se refiere a la entrada 2. Esto hace que el nitrógeno sea probablemente de hibridación $ \ ce {sp ^ 2} $ y el único par de entrada uno estaría en un orbital $ \ ce {p} $.
La conjugación ocurre como se indica en su gráfico por la superposición de ese orbital con el orbital antienlazante $ \ pi ^ * ~ \ ce {C-O} $. Esto hace que el orden del bono $ \ ce {N-C} $ aumente, mientras que el $ \ ce {C-O} $ BO tiene que disminuir.
Todas esas estructuras de resonancia son solo descripciones de estados extremos, la verdad se encuentra entre ellos. El siguiente esquema considera los más comunes y agrega un tercero, que podría explicar la deslocalización (de una manera no tradicional de Lewis) hasta cierto punto visual.
En la teoría de los orbitales moleculares se pueden formar orbitales de 3 centros a partir de todas las moléculas perpendiculares al plano molecular. Si elige que este plano sea $ xy $, entonces los orbitales contribuyentes serán $ \ ce {p _ {$ z $}} $. El siguiente esquema puede respaldar esta afirmación, los orbitales divididos se obtuvieron mediante un cálculo de BP86 / cc-PVTZ. (El HOMO es un par de oxígeno solitario en el plano).
Aunque ciertamente no existe un enlace de hidrógeno intramolecular ($ d (\ ce {OH} \ approx 2.57 $ mismo nivel), seguramente también habrá una atracción entre el enlace $ \ ce {CO} $ y $ \ ce {NH} $ que ayudará a estabilizar la planaridad. Pero No entraré en detalles sobre eso, porque implicaría romper con el muy práctico concepto de hibridación.