Vazba uhlík–uhlík
Author
Albert FloresVazba uhlík-uhlík je kovalentní vazba mezi dvěma atomy uhlíku.
Nejčastější podobou je jednoduchá vazba, tvořená dvojicí elektronů, jedním z každého atomu. Jednoduchá vazba uhlík-uhlík je druhu sigma a vzniká překryvem jednoho hybridizovaného orbitalu z každého atomu. +more V molekule ethanu jde o sp3-hybridizované orbitaly, existují však i vazby mezi uhlíky majícími jiné druhy hybridizace (například sp2 a sp2). Atomy uhlíku v jednoduché vazby nemusí ani mít stejnou hybridizaci. Mezi uhlíky se též mohou nacházet dvojné (u alkenů) nebo trojné vazby (u alkynů). Dvojná vazba se tvoří překryvem sp2-hybridizovaného orbitalu a p orbitalu nezapojeného do hybridizace. Trojná vazba vzniká z sp-hybridizovaného orbitalu a dvou p orbitalů z každého atomu. Zapojení p orbitalů vytváří vazbu typu pí.
Řetězce a větvení
Uhlík je jedním z mála prvků, které mohou tvořit dlouhé řetězce svých vlastních atomů, tato vlastnost se nazývá katenace a je způsobena vysokými energiemi vazeb uhlík-uhlík, což umožňuje vytvářet obrovské množství uspořádání molekul; mnohé z nich jsou obsaženy v živých organismech, sloučeniny uhlíku tak mají vlastní chemické odvětví: organickou chemii.
C-C řetězce jsou často rozvětvené. Uhlíkové atomy lze podle počtu dalších uhlíků na ně navázaných rozdělit takto: * Na primární uhlík je navázán jeden další. +more * Na sekundární se připojují dva. * Terciární uhlík má na sebe připojené tři další uhlíky. * Na kvartérní uhlíky jsou navázány čtyři jiné atomy uhlíku.
V „organických molekulách se složitou strukturou“ se vyskytují trojrozměrně uspořádané vazby uhlík-uhlík na kvartérních místech, které určují tvary molekul. Tato kvartérní místa se nacházejí v řadě biologicky aktivních malých molekulách, jako jsou kortizon a morfin.
Příprava
Reakce vytvářející vazby uhlík-uhlík mají velký význam při přípravě mnoha chemických látek, například léčiv a plastů.
Jako příklady reakcí lze uvést aldolové kondenzace, Dielsovy-Alderovy reakce, adice Grignardových činidel na karbonylové skupiny, Heckova reakce, Michaelova reakce a Wittigova reakce.
Postupy řízené syntézy trojrozměrných struktur obsahujících terciární uhlíky byly z velké části nalezeny do konce 20. století, ovšem syntézy sloučenin s kvaternárními uhlíky byly provedeny až začátkem 21. +more století.
Délky a energie vazeb
Jednoduché vazby C-C jsou slabší než vazby C-H, O-H, N-H, H-H, H-Cl, C-F a řada dvojných či trojných vazeb, a podobně silné jako C-O, Si-O, P-O a S-H, většinou jsou však považovány za silné.
Vazba C-C | Molekula | Disociační energie vazby (kJ/mol) |
---|---|---|
CH3-CH3 | ethan | 380 |
C6H5-CH3 | toluen | 430 |
C6H5-C6H5 | bifenyl | 480 |
CH3C(O)-CH3 | aceton | 350 |
CH3-CN | acetonitril | 570 |
CH3-CH2OH | ethanol | 370 |
Molekula | Ethan | Ethen | Ethyn |
---|---|---|---|
Vzoerc | C2H6 | C2H4 | C2H2 |
Skupina | alkany | alkeny | alkyny |
Struktura | 170px | +morepng'>160px | 150px |
Hybridizace uhlíků | sp3 | sp2 | sp |
délka vazby C-C | 153,5 pm | 133,9 pm | 120,3 pm |
Délka vazeb C-C ve srovnání s jednoduchými | 100 % | 87 % | 78 % |
Metoda určení struktury | mikrovlnná spektroskopie | mikrovlnná spektroskopie | infračervená spektroskopie |
Mimořádné případy
Dlouhé a slabé jednoduché vazby C-C
Bylo objeveno několik případů neobvykle dlouhých vazeb C-C. V Gombergově dimeru má jedna vazba C-C délku 159,7 pm. +more Právě tato vazba se v roztoku snadno (a vratně) narušuje i za pokojové teploty:.
U hexakis(3,5-di-terc-butylfenyl)ethanu je energie vazby vytvářející stabilizovaný triarylmethylový radikál pouze 30 kJ/mol. V důsledku silného sterického působení je také centrální vazba v této molekule výrazně prodloužená, a to na 167 pm.
Slabé dvojné vazby C-C
Struktura tetrakis(dimethylamino)ethylenu (TDAE) je značně narušená. Diedrální úhel dvou N2C konců je 28º, i když délka vazby C=C činí běžných 135 pm. +more Téměř izostrukturní tetraisopropylethylen má tuto vazbu také 135 pm dlouhou, jeho C6 jádro je ovšem rovinné.
Krátké a silné trojné vazby C-C
Opačným extrémem je stav, kdy má jednoduchá vazba uhlík-uhlík v butadiynu nezvykle vysokou energii 670 kJ/mol, protože jednoduchá vazba spojuje dva sp-hybridizované uhlíky.
Násobné vazby C-C jsou obecně silnější než jednoduché; dvojná vazba v ethenu má disociační energii 730 kJ/mol a u trojné vazby ethynu jde o 960 kJ/mol.
Velmi krátkou trojnou vazbu (115 pm) pozorovanou u jodoniové sloučeniny [HC≡C-I+Ph][CF3SO3-], lze vysvětlit silným odtahováním elektronů jodonovou skupinou.