W formamidzie, azoty wydają się być zhybrydyzowane $ \ ce {sp ^ 3} $, co implikuje geometrię czworościenną. Jednak analiza pokazuje, że cząsteczka jest w rzeczywistości bardzo płaska z kątami wiązań bliskimi 120 stopni.
EDYCJA: zgodnie z sugestią Martina i innym plakatem hybrydyzacja to szorstka koncepcja. Więc może hybrydyzację azotu po dalszej analizie najlepiej opisać jako gdzieś pomiędzy $ \ ce {sp ^ 3} $ a $ \ ce {sp ^ 2} $. To jednak nadal wymagałoby płaskości, prawda? Wiązania Pi powstają w wyniku parowania elektronów powyżej i poniżej w p-orbitali; efektywne wiązanie uzyskuje się, gdy te orbitale p są równoległe względem siebie.
Myślę, że ma to związek z charakterem częściowego wiązania podwójnego w cząsteczce (wydaje się również, że cząsteczka ma charakter jonowy – prawdopodobnie ze względu na efekt pochłaniania elektronów przez azot i tlen) .
To jest standardowa odpowiedź. Jednak czy wewnątrzcząsteczkowe wiązania wodorowe również odgrywają jakąś rolę? Czy nie. t istnieje wiązanie wodorowe między wodorem na obwodzie azotu i tlenu? Czy to też nie pomoże w osiągnięciu kątów wiązania 120 stopni?
Komentarze
- Co wydaje mi się dziwne, to Twoja sugestia, że wiązanie wodorowe OH może być zaangażowanym: żaden z wodorów nie znajduje się nigdzie w pobliżu tlenu, a nawet gdyby były, nie mam pojęcia, dlaczego ' spodziewasz się, że sprzyja to płaskości . Mogłeś wypracować niepoprawne intuicje dotyczące wiązań wodorowych, które możesz chcieć przejrzeć i być może spróbować oduczyć się.
Odpowiedź
Większość amidów jest płaska (z przyczyn sterycznych ograniczenie może zostać zniesione), podobnie jak formamid.
Węgiel jest oczywiście zhybrydyzowany $ \ ce {sp ^ 2} $ ( ponieważ ta koncepcja jest tutaj bardzo dobrze stosowana), stąd organizowanie jej ligandów w jednej płaszczyźnie z około 120 ^ \ circ $ kątami. Naturalnie można by przyjąć, że azot jest hybrydyzowany $ \ ce {sp ^ 3} $, co ma miejsce w przypadku większości amin. Jednak bariera inwersji dla tych cząsteczek jest (w zależności od podstawników) bardzo niska. $$ \ ce {[NH3] ^ {pyr-top} < = > [NH3] ^ {TS-plan} < = > [NH3] ^ {pyr-bot}} $$ W przypadku azotu oznacza to przejście od $ \ ce {sp ^ 3} $ do $ \ ce {sp ^ 2} $ iz powrotem. Możesz teraz ustabilizować strukturę pośrednią za pomocą koniugacji i tak jest właśnie w tym przypadku. Na twoim wykresie odnosi się to do pozycji 2. To powoduje, że azot najprawdopodobniej będzie hybrydyzował $ \ ce {sp ^ 2} $, a samotna para wejścia znajdowałaby się na orbicie $ \ ce {p} $.
Koniugacja zachodzi zgodnie z twoją tabelą, nakładając się na orbital z orbitalem $ \ pi ^ * ~ \ ce {C-O} $. To powoduje, że kolejność obligacji $ \ ce {N-C} $ rośnie, podczas gdy $ \ ce {C-O} $ BO musi maleć.
Wszystkie te struktury rezonansowe są tylko opisami stanów ekstremalnych, prawda leży między nimi. Poniższy schemat rozważa najbardziej powszechne i dodaje trzeci, który może wyjaśniać delokalizację (w nietradycyjny sposób Lewisa) do określonego punktu wizualnego.
W teorii orbitali molekularnych można tworzyć orbitale 3-środkowe ze wszystkich cząsteczek prostopadłych do płaszczyzny molekularnej. Jeśli wybierzesz ten samolot na $ xy $, wówczas orbitale wspierające będą $ \ ce {p _ {$ z $}} $. Poniższy schemat może poprzeć to twierdzenie, że orbitale z dipem uzyskano przez obliczenia BP86 / cc-PVTZ. (HOMO to samotna para tlenu w płaszczyźnie).
Chociaż z pewnością nie ma wewnątrzcząsteczkowego wiązania wodorowego ($ d (\ ce {OH} \ ok. 2,57 $ na tym samym poziomie), z pewnością będzie również atrakcyjność między obligacjami $ \ ce {CO} $ i $ \ ce {NH} $, pomagając ustabilizować płaskość. Ale Nie będę tego szczegółowo omawiać, ponieważ wymagałoby to oderwania się od bardzo przydatnej koncepcji hybrydyzacji.