Nella formammide, gli nitrogeni sembrano essere $ \ ce {sp ^ 3} $ ibridati, implicando la geometria tetraedrica. Tuttavia, lanalisi mostra che la molecola è in realtà molto quasi planare con angoli di legame vicini a 120 gradi.
EDIT: come suggerito da Martin e da un altro poster, libridazione è un concetto approssimativo. Quindi forse libridazione dellazoto dopo ulteriori analisi dovrebbe essere meglio descritta come da qualche parte tra $ \ ce {sp ^ 3} $ e $ \ ce {sp ^ 2} $. Ciò tuttavia richiederebbe ancora la planarità, giusto? I legami Pi si formano attraverso laccoppiamento di elettroni sopra e sotto negli orbitali p; un legame efficace si ottiene quando questi orbitali p sono paralleli luno rispetto allaltro.
Penso che questo abbia a che fare con il carattere parziale del doppio legame nella molecola (sembra anche essere un qualche carattere ionico della molecola, probabilmente a causa degli effetti di ritiro degli elettroni dellazoto e dellossigeno) .
Questa è la risposta standard. Tuttavia, anche il legame idrogeno intramolecolare avrebbe un ruolo? Non potrebbe ” Cè un legame idrogeno tra lidrogeno periferico sullazoto e lossigeno? Non potrebbe anche questo aiutare a raggiungere gli angoli di legame di 120 gradi?
Commenti
- Ciò che mi colpisce come strano è il tuo suggerimento che il legame OH idrogeno potrebbe essere coinvolti: nessuno degli idrogeni è vicino allossigeno, e anche se lo fossero, non ho idea del motivo per cui ' ti aspetteresti che promuova la planarità . Potresti aver sviluppato alcune intuizioni errate sui legami idrogeno che potresti voler rivedere e possibilmente provare a disimparare.
Risposta
La maggior parte delle ammidi sono planari (per ragioni steriche la restrizione può essere rimossa) e così anche la formammide.
Il carbonio è ovviamente $ \ ce {sp ^ 2} $ ibridato ( poiché questo concetto è molto ben applicabile qui), quindi organizzando i suoi ligandi su un piano con angoli di circa $ 120 ^ \ circ $. Naturalmente si potrebbe supporre che lazoto sia $ \ ce {sp ^ 3} $ ibridato, che è il caso della maggior parte delle ammine. Tuttavia, la barriera di inversione per queste molecole è (a seconda dei sostituenti) molto bassa. $$ \ ce {[NH3] ^ {pyr-top} < = > [NH3] ^ {TS-plan} < = > [NH3] ^ {pyr-bot}} $$ Per lazoto che significa andare da $ \ ce {sp ^ 3} $ a $ \ ce {sp ^ 2} $ e viceversa. Ora puoi stabilizzare la struttura intermedia con la coniugazione, e questo è esattamente il caso qui. Nel tuo grafico, questo si riferisce alla voce 2. Ciò fa sì che lazoto sia molto probabilmente di $ \ ce {sp ^ 2} $ ibridazione e la coppia solitaria di ingresso uno sarebbe in un $ \ ce {p} $ orbitale.
La coniugazione avviene come indicato nel grafico dalla sovrapposizione di quellorbitale con lanti-legante $ \ pi ^ * ~ \ ce {C-O} $ orbitale. Questo fa aumentare lordine di $ \ ce {N-C} $ di obbligazioni, mentre $ \ ce {C-O} $ BO deve diminuire.
Tutte queste strutture di risonanza sono solo descrizioni di stati estremi, la verità sta tra di loro. Lo schema seguente considera i più comuni e ne aggiunge un terzo, che potrebbe spiegare la delocalizzazione (in un modo non tradizionale di Lewis) fino a un certo punto visivo.
Nella teoria degli orbitali molecolari puoi formare orbitali a 3 centri da tutte le molecole perpendicolari alla pianura molecolare. Se scegli questo piano come $ xy $, gli orbitali contribuenti saranno $ \ ce {p _ {$ z $}} $. Il seguente schema può supportare questa affermazione, gli orbitali raffigurati sono stati ottenuti da un calcolo BP86 / cc-PVTZ. (LHOMO è una coppia solitaria di ossigeno nel piano.)
Sebbene non vi sia certamente alcun legame idrogeno intra molecolare ($ d (\ ce {OH} \ approx 2.57 $ stesso livello), ci sarà sicuramente anche unattrazione tra il legame $ \ ce {CO} $ e $ \ ce {NH} $ che aiuta a stabilizzare la planarità. Ma Non entrerò nei dettagli al riguardo, perché comporterebbe una rottura con il pratico concetto di ibridazione.