رابطة الكربون-كربون
الرابطة الكربونية هي رابطة تساهمية بين ذرتي كربون . [ 1 ] الشكل الأكثر شيوعًا هو الرابطة الأحادية : وهي رابطة تتكون من إلكترونين ، أحدهما من كل ذرة من الذرتين. الرابطة الأحادية الكربونية هي رابطة سيجما ، وتتكون بين مدار مهجن واحد من كل ذرة كربون. في الإيثان ، تكون المدارات مهجنة من نوع sp³ ، ولكن قد تتكون روابط أحادية بين ذرات الكربون بتهجينات أخرى (مثل sp² إلى sp² ) . في الواقع، ليس بالضرورة أن تكون ذرات الكربون في الرابطة الأحادية من نفس التهجين. يمكن لذرات الكربون أيضًا تكوين روابط ثنائية في مركبات تسمى الألكينات، أو روابط ثلاثية في مركبات تسمى الألكاينات . تتكون الرابطة الثنائية من مدار مهجن من نوع sp² ومدار p غير مشارك في التهجين. تتكون الرابطة الثلاثية من مدار مهجن من نوع sp ومدارين p من كل ذرة. يؤدي استخدام المدارات p إلى تكوين رابطة باي . [ 2 ]
السلاسل والتفرعات
يُعد الكربون أحد العناصر القليلة القادرة على تكوين سلاسل طويلة من ذراته، وهي خاصية تُعرف باسم التكاتف . هذه الخاصية، بالإضافة إلى قوة الرابطة بين ذرات الكربون، تُؤدي إلى ظهور عدد هائل من الأشكال الجزيئية، العديد منها عناصر هيكلية مهمة للحياة، ولذلك فإن مركبات الكربون لها مجال دراسة خاص بها: الكيمياء العضوية .
يُعد التفرع شائعًا أيضًا في الهياكل الكربونية . تُصنف ذرات الكربون في الجزيء حسب عدد ذرات الكربون المجاورة لها:
- ذرة الكربون الأولية لها ذرة كربون مجاورة واحدة.
- ذرة الكربون الثانوية لها ذرتان مجاورتان من ذرات الكربون.
- ذرة الكربون الثالثية لها ثلاث ذرات كربون مجاورة.
- ذرة الكربون الرباعية لها أربع ذرات كربون مجاورة.
في "الجزيئات العضوية ذات التركيب المعقد"، يُحدد التوجه ثلاثي الأبعاد للروابط الكربونية في المواقع الرباعية شكل الجزيء. [ 3 ] علاوة على ذلك، توجد المواقع الرباعية في العديد من الجزيئات الصغيرة النشطة بيولوجيًا، مثل الكورتيزون والمورفين . [ 3 ]
توليف
تُعدّ تفاعلات تكوين الرابطة الكربونية-الكربونية تفاعلات عضوية يتم فيها تكوين رابطة كربونية-كربونية جديدة. وهي مهمة في إنتاج العديد من المواد الكيميائية المصنّعة، مثل الأدوية والبلاستيك . أما التفاعل العكسي، الذي يتم فيه كسر الرابطة الكربونية-الكربونية، فيُعرف بتنشيط الرابطة الكربونية-الكربونية .
بعض الأمثلة على التفاعلات التي تشكل روابط الكربون-الكربون هي تفاعل الألدول ، وتفاعل ديلز-ألدر ، وتفاعل غرينيارد ، وتفاعلات الاقتران المتقاطع ، وتفاعل مايكل، وتفاعل ويتيج .
تم حل مسألة التخليق الموجه للهياكل ثلاثية الأبعاد المرغوبة للكربونات الثلاثية إلى حد كبير خلال أواخر القرن العشرين، ولكن القدرة نفسها على توجيه تخليق الكربون الرباعي لم تبدأ في الظهور إلا في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. [ 3 ]
قوة الروابط وأطوالها
الرابطة الأحادية بين الكربون والكربون أضعف من روابط C–H و O–H و N–H و H–H و H–Cl و C–F والعديد من الروابط المزدوجة أو الثلاثية، وهي قابلة للمقارنة في قوتها مع روابط C–O و Si–O و P–O و S–H، [ 4 ] ولكنها تعتبر بشكل عام قوية.
| رابطة كربون-كربون | جزيء | طاقة تفكك الرابطة (كيلو كالوري/مول) |
|---|---|---|
| CH 3 −CH 3 | الإيثان | 90 |
| C6H5 - CH3 | التولوين | 102 |
| C6H5 −C6H5 | ثنائي الفينيل | 114 |
| CH 3 C(O)−CH 3 | الأسيتون | 84 |
| CH 3 −CN | أسيتونيتريل | 136 |
| CH 3 −CH 2 OH | الإيثانول | 88 |
تمثل القيم المذكورة أعلاه طاقات تفكك الرابطة C–C التي يتم مواجهتها بشكل شائع؛ في بعض الأحيان، قد تنحرف القيم الشاذة بشكل كبير عن هذا النطاق.
| جزيء | الإيثان | الإيثيلين | الأسيتيلين |
|---|---|---|---|
| صيغة | C 2 H 6 | C 2 H 4 | C 2 H 2 |
| فصل | ألكان | ألكين | ألكاين |
| بناء |  |  |  |
| تهجين الكربون | sp 3 | sp 2 | sp |
| طول الرابطة C–C | 153.5 مساءً | 133.9 مساءً | 120.3 مساءً |
| نسبة الرابطة الأحادية C–C | 100% | 87% | 78% |
| طريقة تحديد البنية | مطيافية الميكروويف | مطيافية الميكروويف | مطيافية الأشعة تحت الحمراء |
الحالات المتطرفة
روابط أحادية طويلة وضعيفة بين ذرات الكربون
تم تحديد العديد من الحالات المتطرفة التي يكون فيها الرابط C–C طويلًا. في ثنائي غومبرغ ، يبلغ طول أحد روابط C–C 159.7 بيكومترًا . هذا الرابط هو الذي ينكسر بسهولة وبشكل عكسي في درجة حرارة الغرفة في المحلول: [ 6 ]
في جزيء هيكساكيس(3،5-ثنائي -ثالثي -بوتيل فينيل)إيثان ، الأكثر ازدحامًا، تبلغ طاقة تفكك الرابطة لتكوين جذر ثلاثي أريل ميثيل المستقر 8 كيلو كالوري/مول فقط. ونتيجةً للازدحام الفراغي الشديد، يتميز هيكساكيس(3،5-ثنائي- ثالثي -بوتيل فينيل)إيثان برابطة مركزية طويلة جدًا يبلغ طولها 167 بيكومتر. [ 7 ]
روابط كربون-كربون مزدوجة ملتوية وضعيفة
يتميز تركيب رباعي (ثنائي ميثيل أمينو) الإيثيلين (TDAE) بتشوه كبير. تبلغ الزاوية ثنائية السطوح بين طرفي N₂C 28 درجة، على الرغم من أن المسافة بين ذرتي الكربون طبيعية وتبلغ 135 بيكومتر. ويتشابه تركيب رباعي إيزوبروبيل الإيثيلين تقريبًا في البنية، حيث تبلغ المسافة بين ذرتي الكربون فيه 135 بيكومتر أيضًا، إلا أن نواته C₆ مستوية . [ 8 ]
روابط ثلاثية قصيرة وقوية بين ذرات الكربون
على النقيض تمامًا، تتميز الرابطة الأحادية المركزية بين ذرتي الكربون في ثنائي الأسيتيلين بقوة عالية تبلغ 160 كيلو كالوري/مول، حيث تربط هذه الرابطة ذرتي كربون من نوع sp. [ 9 ] وتكون الروابط المتعددة بين ذرات الكربون أقوى عمومًا؛ فقد حُددت طاقات تفكك الرابطة الثنائية في الإيثيلين والرابطة الثلاثية في الأسيتيلين بـ 174 و230 كيلو كالوري/مول على التوالي. [ 10 ] ولوحظت رابطة ثلاثية قصيرة جدًا بطول 115 بيكومتر في أيون اليودونيوم [HC≡C–I + Ph][ CF3SO3– ] ، وذلك بسبب قدرة مجموعة اليودونيوم على سحب الإلكترونات بقوة . [ 11 ]
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ ديمبيكي، هاري (2016-10-06). الكيمياء الجيولوجية البترولية العملية للاستكشاف والإنتاج . إلسيفير. ص 7. ISBN 9780128033517.
- ↑ سميث، مايكل ب.؛ مارش، جيري (2007)، الكيمياء العضوية المتقدمة: التفاعلات والآليات والبنية ( الطبعة السادسة)، نيويورك: وايلي-إنترساينس، ISBN 978-0-471-72091-1
- 1 2 3 كواسدورف، كايل دبليو؛ أوفرمان، لاري إي. (2014). "مراجعة: التخليق التحفيزي الانتقائي للإنانتيومرات لمراكز الكربون الرباعية الفراغية" . مجلة نيتشر (ورقة بحثية). 516 (7530): 181-191 . Bibcode : 2014Natur.516..181Q . doi : 10.1038/nature14007 . PMC 4697831. PMID 25503231 .
- ↑ يو-ران لو وجين-بي تشنغ "طاقات تفكك الروابط" في دليل CRC للكيمياء والفيزياء، الطبعة 96.
- ↑ دليل سي آر سي للكيمياء والفيزياء ، الطبعة 88
- ↑ بوتشكاريف، ل. ن.؛ مولوسنوفا، ن. إ.؛ زاخاروف، ل. ن.؛ فوكين، ج. ك.؛ يانوفسكي، أ. إ.؛ ستروتشكوف، ي. ت. (1995). "مذيب بنزين 1-ثنائي فينيل ميثيلين-4-(ثلاثي فينيل ميثيل) سيكلوهكسا-2،5-ديين". مجلة أكتا كريستالوغرافيكا، القسم ج: اتصالات بنية البلورات . 51 (3): 489-491 . doi : 10.1107/S0108270194009005 .
- ↑ روزيل، سورين؛ باليسترييري، سيرو؛ شراينر، بيتر ر. (2017). "تحديد دور تشتت لندن في تفكك سداسي فينيل الإيثان من نوع ميتا-ثالثي بوتيل" . العلوم الكيميائية . 8 (1): 405-410 . doi : 10.1039/c6sc02727j . ISSN 2041-6520 . PMC 5365070. PMID 28451185 .
- ↑ بوك، هانز؛ بورمان، هورست؛ هافلاس، زدينيك؛ أوبرهامر، هاينز؛ روبرت، كلاوس؛ سيمون، أرندت (1991). "رباعي (ثنائي ميثيل أمينو) إيثين: جزيء غني للغاية بالإلكترونات ذو بنية غير عادية في كل من الحالة البلورية والحالة الغازية". Angewandte Chemie International Edition in English . 30 (12): 1678–1681 . doi : 10.1002/anie.199116781 .
- ↑ "NIST Webbook" .
- ↑ بلانكسبي، ستيفن جيه؛ إليسون، جي. بارني (أبريل 2003). "طاقات تفكك الروابط في الجزيئات العضوية". مجلة أبحاث الكيمياء . 36 (4): 255-263 . CiteSeerX 10.1.1.616.3043 . doi : 10.1021/ar020230d . ISSN 0001-4842 . PMID 12693923 .
- ↑ ستريتويزر، أندرو؛ هيثكوك، كلايتون هـ.؛ كوسور، إدوارد م. (1992). مقدمة في الكيمياء العضوية ( الطبعة الرابعة). أبر سادل ريفر، نيوجيرسي: برنتيس هول. ص 574. ISBN 978-0139738500. OCLC 52836313 .
- الكيمياء العضوية
- الروابط الكيميائية