I formamid verkar kvävgas vara hybridiserade $ \ ce {sp ^ 3} $, vilket antyder tetraedral geometri. Analys visar dock att molekylen faktiskt är nästan plan med bindningsvinklar nära 120 grader.
EDIT: som föreslagits av Martin och en annan affisch är hybridisering ett grovt koncept. Så kanske hybridiseringen av kväve vid ytterligare analys bör bäst beskrivas som någonstans mellan $ \ ce {sp ^ 3} $ och $ \ ce {sp ^ 2} $. Detta skulle dock fortfarande kräva planaritet, eller hur? Pi-bindningar bildas genom elektronparning ovan och under i p-orbitaler; effektiv bindning uppnås när dessa p-orbitaler är parallella i förhållande till varandra.
Jag tänker att detta har att göra med den partiella dubbelbindningskaraktären i molekylen (verkar också ha någon jonisk karaktär för molekylen – troligtvis på grund av elektronavdragande effekter av kvävet och syret) .
Detta är standardsvaret. Skulle dock intramolekylär vätebindning också spela en roll? t finns det en vätebindning mellan perifert väte på kvävet och syret? Kunde inte detta också hjälpa till att uppnå de 120 graders bindningsvinklarna?
Kommentarer
- Vad som tycker mig är konstigt är ditt förslag att OH-vätebindning kanske vara inblandad: inget av vätena är någonstans nära syret, och även om de var, har jag ingen aning om varför du ' förväntar dig att främja planaritet . Du kanske har byggt upp några felaktiga intuitioner om vätebindningar som du kanske vill granska och eventuellt försöka ta bort.
Svar
De flesta amiderna är plana (på grund av steriska skäl kan begränsningen upphävas) och så är också formamid.
Kolet är uppenbarligen $ \ ce {sp ^ 2} $ hybridiserat ( eftersom detta koncept är mycket väl tillämpligt här), organiserar det därför sina ligander i ett plan med ungefär $ 120 ^ \ circ $ vinklar. Naturligtvis skulle man anta att kvävet är $ \ ce {sp ^ 3} $ hybridiserat, vilket är fallet för de flesta aminer. Inversionsbarriären för dessa molekyler är emellertid (beroende på substituenterna) mycket låg. $$ \ ce {[NH3] ^ {pyr-top} < = > [NH3] ^ {TS-plan} < = > [NH3] ^ {pyr-bot}} $$ För kvävet innebär det att gå från $ \ ce {sp ^ 3} $ till $ \ ce {sp ^ 2} $ och tillbaka igen. Du kan nu stabilisera den mellanliggande strukturen med konjugering, och det är exakt fallet här. I diagrammet hänvisar det till post 2. Detta orsakar att kvävet troligen är av $ \ ce {sp ^ 2} $ hybridisering och det ensamma paret för inmatning ett skulle vara i en $ \ ce {p} $ omlopp.
Böjningen sker som anges i ditt diagram genom överlappningen av den banan med den antikondenserande $ \ pi ^ * ~ \ ce {C-O} $ orbital. Detta gör att $ \ ce {N-C} $ obligationsorder ökar, medan $ \ ce {C-O} $ BO måste minska.
Alla dessa resonansstrukturer är bara beskrivningar av extrema tillstånd, sanningen ligger mellan dem. Följande schema tar hänsyn till de vanligaste och lägger till en tredje, som kan förklara delokalisering (på ett icke-traditionellt Lewis-sätt) upp till en viss visuell punkt.
I molekylär orbitalteori kan du bilda 3-centrum orbitaler från alla molekyler vinkelräta mot molekylära slätten. Om du väljer att detta plan är $ xy $ blir de bidragande orbitalerna $ \ ce {p _ {$ z $}} $. Följande schema kan stödja detta påstående, de dikterade orbitalerna erhölls genom en BP86 / cc-PVTZ-beräkning. (HOMO är ett ensamt syrepar i planet.)
Även om det inte finns någon intramolekylär vätebindning ($ d (\ ce {OH} \ ca 2,57 $ samma nivå), kommer det säkert också att finnas en attraktion mellan $ \ ce {CO} $ och $ \ ce {NH} $ -obligationen som hjälper till att stabilisera planariteten. Jag kommer inte att gå i detalj om det, eftersom det skulle innebära att man bryter sig bort från det mycket praktiska hybridiseringskonceptet.