Na formamida, os nitrogênios parecem ser $ \ ce {sp ^ 3} $ hibridizados, implicando em geometria tetraédrica. No entanto, a análise mostra que a molécula é, na verdade, quase plana, com ângulos de ligação próximos a 120 graus.
EDITAR: como sugerido por Martin e outro pôster, a hibridização é um conceito básico. Portanto, talvez a hibridização de nitrogênio após análise posterior deva ser melhor descrita como algo entre $ \ ce {sp ^ 3} $ e $ \ ce {sp ^ 2} $. No entanto, isso ainda exigiria planaridade, correto? As ligações Pi são formadas por meio do emparelhamento de elétrons acima e abaixo em orbitais p; a ligação eficaz é alcançada quando esses orbitais p são paralelos entre si.
Estou pensando que isso tem a ver com o caráter parcial da ligação dupla na molécula (também parece haver algum caráter iônico da molécula – provavelmente devido aos efeitos de retirada de elétrons do nitrogênio e do oxigênio) .
Esta é a resposta padrão. No entanto, a ligação de hidrogênio intramolecular também desempenharia um papel? Não poderia ” Existe uma ligação de hidrogênio entre o hidrogênio periférico do nitrogênio e do oxigênio? Isso também não poderia ajudar a alcançar os ângulos de ligação de 120 graus?
Comentários
- O que me parece estranho é sua sugestão de que ligações de hidrogênio OH podem estar envolvido: nenhum dos hidrogênios está em qualquer lugar perto do oxigênio e, mesmo se estivessem, não tenho ideia por que você ' espera que isso promova a planaridade . Você pode ter construído algumas intuições incorretas sobre as ligações de hidrogênio que deseja revisar e possivelmente tentar desaprender.
Resposta
A maioria das amidas são planas (devido a razões estéricas, a restrição pode ser suspensa) e também a formamida.
O carbono é obviamente $ \ ce {sp ^ 2} $ hibridizado ( como este conceito é muito bem aplicável aqui), portanto, organizando seus ligantes em um plano com ângulos de aproximadamente $ 120 ^ \ circ $. Naturalmente, pode-se supor que o nitrogênio seja hibridizado $ \ ce {sp ^ 3} $, o que é o caso da maioria das aminas. No entanto, a barreira de inversão para essas moléculas é (dependendo dos substituintes) muito baixa. $$ \ ce {[NH3] ^ {pyr-top} < = > [NH3] ^ {TS-plan} < = > [NH3] ^ {pyr-bot}} $$ Para o nitrogênio, isso significa ir de $ \ ce {sp ^ 3} $ para $ \ ce {sp ^ 2} $ e vice-versa. Agora você pode estabilizar a estrutura intermediária com conjugação, e isso é exatamente o caso aqui. Em seu gráfico, isso se refere à entrada 2. Isso faz com que o nitrogênio provavelmente seja de hibridização $ \ ce {sp ^ 2} $ e o par solitário de uma entrada estaria em um orbital $ \ ce {p} $.
A conjugação acontece como declarado em seu gráfico pela sobreposição desse orbital com o orbital $ \ pi ^ * ~ \ ce {C-O} $ anti-ligação. Isso faz com que a ordem de títulos $ \ ce {N-C} $ aumente, enquanto $ \ ce {C-O} $ BO tem que diminuir.
Todas essas estruturas de ressonância são apenas descrições de estados extremos, a verdade está entre eles. O esquema a seguir considera os mais comuns e adiciona um terceiro, que pode explicar a deslocalização (de uma forma não tradicional de Lewis) até um determinado ponto visual.
Na teoria dos orbitais moleculares, você pode formar orbitais de 3 centros de todas as moléculas perpendiculares à planície molecular. Se você escolher este plano como $ xy $, os orbitais contribuintes serão $ \ ce {p _ {$ z $}} $. O esquema a seguir pode apoiar esta afirmação, os orbitais ditados foram obtidos por um cálculo BP86 / cc-PVTZ. (O HOMO é um par de oxigênio solitário no plano).
Embora certamente não haja ligação de hidrogênio intramolecular ($ d (\ ce {OH} \ approx 2.57 $ mesmo nível), certamente haverá uma atração entre o título $ \ ce {CO} $ e $ \ ce {NH} $ ajudando a estabilizar a planaridade. Mas Não vou entrar em detalhes sobre isso, porque envolveria romper com o conceito de hibridização muito útil.