In formamide lijken de stikstofatomen $ \ ce {sp ^ 3} $ gehybridiseerd te zijn, wat een tetraëdrische geometrie impliceert. Uit analyse blijkt echter dat het molecuul eigenlijk bijna vlak is met bindingshoeken van bijna 120 graden.
EDIT: zoals gesuggereerd door Martin en een andere poster, is hybridisatie een ruw concept. Dus misschien kan de hybridisatie van stikstof bij verdere analyse het beste worden beschreven als ergens tussen $ \ ce {sp ^ 3} $ en $ \ ce {sp ^ 2} $. Dit zou echter nog steeds vlakheid vereisen, correct? Pi-bindingen worden gevormd door de elektronenparen boven en onder in p-orbitalen; effectieve binding wordt bereikt wanneer deze p-orbitalen parallel zijn ten opzichte van elkaar.
Ik denk dat dit te maken heeft met het karakter van de gedeeltelijke dubbele binding in het molecuul (lijkt ook een ionisch karakter van het molecuul te hebben – waarschijnlijk als gevolg van elektronenonttrekkende effecten van de stikstof en de zuurstof) .
Dit is het standaardantwoord. Zou intramoleculaire waterstofbinding echter ook een rol spelen? Is er een waterstofbinding tussen de perifere waterstof op de stikstof en de zuurstof? Zou dit “niet ook kunnen helpen bij het bereiken van de bindingshoeken van 120 graden?
Opmerkingen
- Wat mij vreemd lijkt, is uw suggestie dat OH-waterstofbinding erbij betrokken zijn: geen van de waterstofatomen is in de buurt van de zuurstof, en zelfs als ze dat wel waren, heb ik geen idee waarom je ' d verwacht dat dit de vlakheid bevordert . Misschien heb je een aantal onjuiste intuïties opgebouwd over waterstofbruggen die je zou willen bekijken en mogelijk proberen af te leren.
Answer
De meeste amiden zijn vlak (vanwege sterische redenen kan de beperking worden opgeheven) en dat geldt ook voor formamide.
De koolstof is duidelijk $ \ ce {sp ^ 2} $ gehybridiseerd ( aangezien dit concept hier zeer goed toepasbaar is), dus het organiseren van de liganden in één vlak met ongeveer $ 120 ° cirkelhoeken. Men zou natuurlijk aannemen dat de stikstof $ \ ce {sp ^ 3} $ gehybridiseerd is, wat het geval is voor de meeste aminen. De inversiebarrière voor deze moleculen is echter (afhankelijk van de substituenten) erg laag. $$ \ ce {[NH3] ^ {pyr-top} < = > [NH3] ^ {TS-plan} < = > [NH3] ^ {pyr-bot}} $$ Voor de stikstof betekent dat het weggaan van $ \ ce {sp ^ 3} $ to $ \ ce {sp ^ 2} $ en weer terug. Je kunt nu de tussenliggende structuur stabiliseren met vervoeging, en dat is hier precies het geval. In je diagram verwijst dat naar ingang 2. Dit zorgt ervoor dat de stikstof waarschijnlijk van $ \ ce {sp ^ 2} $ hybridisatie is en dat het enige paar van ingang één in een $ \ ce {p} $ -baan zit.
De vervoeging gebeurt zoals aangegeven in je diagram door de overlap van die orbitaal met de antibindende $ \ pi ^ * ~ \ ce {C-O} $ orbitaal. Dit zorgt ervoor dat de $ \ ce {N-C} $ bond order toeneemt, terwijl de $ \ ce {C-O} $ BO moet afnemen.
Al die resonantiestructuren zijn slechts beschrijvingen van extreme toestanden, de waarheid ligt ertussenin. Het volgende schema beschouwt de meest voorkomende en voegt een derde toe, die de verplaatsing (op een niet-traditionele Lewis-manier) tot een bepaald visueel punt zou kunnen verklaren.
In de moleculaire orbitaaltheorie kun je orbitalen met drie centra vormen van alle moleculen die loodrecht op de moleculaire vlakte staan. Als u ervoor kiest dit vliegtuig $ xy $ te zijn, zijn de bijdragende orbitalen $ \ ce {p _ {$ z $}} $. Het volgende schema kan deze bewering ondersteunen, de gedipicteerde orbitalen werden verkregen door een BP86 / cc-PVTZ-berekening. (De HOMO is een eenzaam zuurstofpaar in het vlak.)
Hoewel er zeker geen intra-moleculaire waterstofbinding is ($ d (\ ce {OH} \ ongeveer 2,57 $ hetzelfde niveau), er zal zeker ook een aantrekkingskracht zijn tussen de $ \ ce {CO} $ en $ \ ce {NH} $ -binding die helpt om de vlakheid te stabiliseren. Ik zal daar niet in detail op ingaan, omdat het zou betekenen dat men loskomt van het zeer handige hybridisatieconcept.