Связь углерод-кислород

Связь углерод-кислород это полярная ковалентная связь между атомами углерода — и кислорода . ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}^: 16–22 Связи углерод-кислород встречаются во многих неорганических соединениях, таких как оксиды углерода и оксогалогениды , карбонаты и карбонилы металлов . ^{[ 4 ]} и в органических соединениях, таких как спирты , простые эфиры и карбонильные соединения . ^{[ 5 ]}^: 32–36 Кислород имеет 6 валентных электронов собственных и имеет тенденцию заполнять свою внешнюю оболочку 8 электронами , делясь электронами с другими атомами, образуя ковалентные связи , принимая электроны с образованием аниона или их комбинации. В нейтральных соединениях атом кислорода может образовывать тройную связь с углеродом, а атом углерода — до четырех одинарных или двух двойных связей с кислородом.

Склеивание мотивов

Связывание с кислородом

В эфирах кислород образует две одинарные ковалентные связи с двумя атомами углерода C–O–C, тогда как в спиртах кислород образует одну одинарную связь с углеродом и одну с водородом C–O–H. ^{[ 5 ]}^: 32 ковалентную двойную связь В большинстве органических карбонильных соединений кислород образует с углеродом C=O, известную как карбонильная группа . ^{[ 5 ]}^: 136 В простых эфирах, спиртах и карбонильных соединениях четыре несвязывающих электрона во внешней оболочке кислорода являются несвязывающими. ^{[ 5 ]}^: 108 В алкоксидах кислород образует одинарную связь с углеродом и принимает электрон от металла с образованием алкоксид-аниона R–O. ⁻, с тремя неподеленными парами. В ионах оксония одна из двух неподеленных пар кислорода используется для образования третьей ковалентной связи, которая генерирует катион > O. ⁺– или =О ⁺- или ≡О ⁺, при этом осталась одна неподеленная пара. ^{[ 5 ]}^{: 343, 410} В оксиде углерода и ионах ацилия кислород образует тройную связь с углеродом.

Связывание на углероде

Атом углерода образует одну одинарную связь с кислородом в спиртах, эфирах и пероксидах, две в ацеталях , ^{[ 3 ]}^: 524^{[ 5 ]}^{: 35, 340–348} три в ортоэфирах , ^{[ 5 ]}^: 345 и четыре в ортокарбонатах . ^{[ 6 ]} Углерод образует двойную связь с кислородом в альдегидах , кетонах и ацилгалогенидах . В карбоновых кислотах , сложных эфирах и ангидридах каждый карбонильный атом углерода образует одну двойную связь и одну одинарную связь с кислородом. В эфирах карбонатов и угольной кислоте карбонильный углерод образует одну двойную и две одинарные связи с кислородом. Связь в диоксиде углерода часто описывают как состоящую из двух двойных связей C=O, хотя в таких делокализованных системах порядок связей менее выражен. Как упоминалось выше, углерод образует тройные связи с кислородом в монооксиде углерода и его производных, к которым относятся ионы ацилия и карбонилы металлов .

Электроотрицательность и длины связей

Связь C–O поляризована в сторону кислорода ( электроотрицательность C по сравнению с O, 2,55 против 3,44). Длина связи ^{[ 4 ]} для парафиновых связей C–O находятся в пределах 143 пм – меньше, чем у связей C–N или C–C. Укороченные одинарные связи обнаруживаются в карбоновых кислотах (136 пм) из-за частичного характера двойной связи, а удлиненные связи обнаруживаются в эпоксидах (147 пм). ^{[ 7 ]} C–O Прочность связи также больше, чем C–N или C–C. Например, прочность связи составляет 91 килокалория (380 кДж)/моль (при 298 К) в метаноле , 87 килокалорий (360 кДж)/моль в метиламине и 88 килокалорий (370 кДж)/моль в этане . ^{[ 7 ]}

Углерод и кислород образуют концевые двойные связи в функциональных группах, известных под общим названием карбонильные соединения, к которым принадлежат такие соединения, как кетоны , сложные эфиры , карбоновые кислоты и многие другие. Внутренние связи C=O встречаются в положительно заряженных ионах оксония . В фуранах атом кислорода способствует делокализации пи-электрона через заполненную р-орбиталь, и, следовательно, фураны являются ароматическими . Длина связей C=O в карбонильных соединениях составляет около 123 пм. Длина связи C=O в углекислом газе составляет 116 пм. Связи C=O в ацилгалогенидах имеют характер частичной тройной связи и, следовательно, очень короткие: 117 пм. Соединений с формальными тройными связями C ≡ O не существует, за исключением оксида углерода , который имеет очень короткую и прочную связь (112,8 мкм), и ионов ацилия , R–C≡O. ⁺ (обычно 23:10-112). ^{[ 8 ]}^{[ 9 ]}^{[ 10 ]} Такие тройные связи имеют очень высокую энергию связи, даже выше, чем тройные связи N≡N. ^{[ 11 ]} Кислород также может быть трехвалентным, например в тетрафторборате триэтилоксония . ^{[ 5 ]}^: 343

Химия

Реакций образования связи углерод-кислород множество. Важным является синтез эфира Вильямсона и многие окисления.

Функциональные группы со связями CO

Углеродно-кислородные связи присутствуют в следующих функциональных группах : ^{[ 12 ]}

Химический класс	Ордер на облигации	Формула	Пример	Комментарий
Спирты	1	ДУХ	Этанол	Множество примеров
Эфиры	1	РОР'	Диэтиловый эфир	Множество примеров, в том числе Фураны
Пероксиды	1	РЕВ'	Ди-трет-бутилпероксид	Множество примеров
Альдегиды и кетоны	2	RCHO и RC(O)R'	Акролеин	Множество примеров
Карбоновые кислоты и сложные эфиры	1 и 2	RCOOH (или RCO ₂ H) и RCOOR (или РКО ₂ Р)	Уксусная кислота	многие аналоги схожи: Эфиры карбонатов
изоцианаты	2	РНКО	Фенилизоцианат	Многие аналогичные соединения
оксония Ионы	1 и 1 и 1	Р ₃ О ⁺	Антоцианы	включает соли пирилия
ацилия Ионы	3	РКО ⁺

См. также

Ссылки

^ Органическая химия Джон Макмерри, 2-е изд. ^{[ нужна страница ]}
^ Продвинутая органическая химия Кэри, Фрэнсис А., Сундберг, Ричард Дж. 5-е изд. 2007 год
^ Перейти обратно: ^а ^б Смит, Майкл Б.; Марч, Джерри (2007). Продвинутая органическая химия марта (6-е изд.). Джон Уайли и сыновья. ISBN 978-0-471-72091-1 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . стр. 292, 304–314. ISBN 978-0-08-037941-8 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Клейден, Джонатан ; Гривз, Ник; Уоррен, Стюарт ; Уотерс, Питер (2001). Органическая химия (1-е изд.). Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-850346-0 .
^ Ланиэль, Доминик; Бинк, Яннес; Винклер, Бьорн; Фогель, Себастьян; Федотенко Тимофей; Харитон, Стелла; Прокопенко, Виталий; Мильман, Виктор; Шник, Вольфганг; Дубровинский, Леонид; Дубровинская, Наталья (2021). «Синтез, кристаллическая структура и взаимосвязь структура-свойство ортокарбоната стронция Sr ₂ CO ₄ » . Акта Кристаллогр. Б. 77 (1): 131–137. дои : 10.1107/S2052520620016650 . ISSN 2052-5206 . ПМЦ 7941283 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Справочник CRC по химии и физике, 65-е изд.
^ Шеврие, Б.; Карпентье, Дж. М. Ле; Вайс, Р. (1972). «Синтез двух кристаллических разновидностей промежуточного пентахлорида сурьмы Фриделя-Крафтса - п -толуоилхлорида. Кристаллические структуры донорно-акцепторного комплекса и ионной соли». Дж. Ам. хим. Соц . 94 (16): 5718–5723. дои : 10.1021/ja00771a031 .
^ Давлиева Миля Г.; Линдеман, Сергей В.; Неретин Иван С.; Кочи, Джей К. (2004). «Структурные эффекты координации монооксида углерода с углеродными центрами. π- и σ-связывания в алифатических ацилах по сравнению с ароматическими ароилкатионами». Нью Дж. Хим. 28 : 1568–1574. дои : 10.1039/B407654K .
^ Хермансдорфер, Андре; Дрисс, Матиас (2021). «Кремниевый тетракис (трифторметансульфонат): простой нейтральный силан, действующий как мягкая и твердая суперкислота Льюиса» . Энджью. хим. Межд. Эд. 60 (24): 13656–13660. дои : 10.1002/anie.202103414 . ПМЦ 8252640 . ПМИД 33826216 .
^ «Стандартные энергии облигаций» . Химический факультет Мичиганского государственного университета. Архивировано из оригинала 29 августа 2016 года.
^ Смит, Майкл Б.; Марч, Джерри (2007), Продвинутая органическая химия: реакции, механизмы и структура (6-е изд.), Нью-Йорк: Wiley-Interscience, ISBN 978-0-471-72091-1

[1] Органическая химия Джон Макмерри, 2-е изд. ^{[ нужна страница ]}

[2] Продвинутая органическая химия Кэри, Фрэнсис А., Сундберг, Ричард Дж. 5-е изд. 2007 год

[March-3] Перейти обратно: ^а ^б Смит, Майкл Б.; Марч, Джерри (2007). Продвинутая органическая химия марта (6-е изд.). Джон Уайли и сыновья. ISBN 978-0-471-72091-1 .

[G&E-4] Перейти обратно: ^а ^б Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . стр. 292, 304–314. ISBN 978-0-08-037941-8 .

[Clayden-5] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Клейден, Джонатан ; Гривз, Ник; Уоррен, Стюарт ; Уотерс, Питер (2001). Органическая химия (1-е изд.). Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-850346-0 .

[LanielBinck2021-6] Ланиэль, Доминик; Бинк, Яннес; Винклер, Бьорн; Фогель, Себастьян; Федотенко Тимофей; Харитон, Стелла; Прокопенко, Виталий; Мильман, Виктор; Шник, Вольфганг; Дубровинский, Леонид; Дубровинская, Наталья (2021). «Синтез, кристаллическая структура и взаимосвязь структура-свойство ортокарбоната стронция Sr ₂ CO ₄ » . Акта Кристаллогр. Б. 77 (1): 131–137. дои : 10.1107/S2052520620016650 . ISSN 2052-5206 . ПМЦ 7941283 .

[crc-7] Перейти обратно: ^а ^б Справочник CRC по химии и физике, 65-е изд.

[8] Шеврие, Б.; Карпентье, Дж. М. Ле; Вайс, Р. (1972). «Синтез двух кристаллических разновидностей промежуточного пентахлорида сурьмы Фриделя-Крафтса - п -толуоилхлорида. Кристаллические структуры донорно-акцепторного комплекса и ионной соли». Дж. Ам. хим. Соц . 94 (16): 5718–5723. дои : 10.1021/ja00771a031 .

[9] Давлиева Миля Г.; Линдеман, Сергей В.; Неретин Иван С.; Кочи, Джей К. (2004). «Структурные эффекты координации монооксида углерода с углеродными центрами. π- и σ-связывания в алифатических ацилах по сравнению с ароматическими ароилкатионами». Нью Дж. Хим. 28 : 1568–1574. дои : 10.1039/B407654K .

[10] Хермансдорфер, Андре; Дрисс, Матиас (2021). «Кремниевый тетракис (трифторметансульфонат): простой нейтральный силан, действующий как мягкая и твердая суперкислота Льюиса» . Энджью. хим. Межд. Эд. 60 (24): 13656–13660. дои : 10.1002/anie.202103414 . ПМЦ 8252640 . ПМИД 33826216 .

[11] «Стандартные энергии облигаций» . Химический факультет Мичиганского государственного университета. Архивировано из оригинала 29 августа 2016 года.

[12] Смит, Майкл Б.; Марч, Джерри (2007), Продвинутая органическая химия: реакции, механизмы и структура (6-е изд.), Нью-Йорк: Wiley-Interscience, ISBN 978-0-471-72091-1

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]