탄소-탄소결합

Carbon–carbon bond

탄소-탄소 결합은 두 탄소 원자 사이의 공유 결합입니다.[1] 가장 일반적인 형태는 단일 결합입니다: 두 개의 원자 각각에서 하나씩, 두 개의 전자로 구성된 결합입니다. 탄소-탄소 단일 결합은 시그마 결합이며 각 탄소 원자에서 하나의 혼성화된 오비탈 사이에 형성됩니다. 에탄에서 오비탈은 sp-hybridized3 오비탈이지만 다른 혼성화와 탄소 원자 사이에 형성된 단일 결합(예: sp2 to sp2)이 발생합니다. 사실, 단일 결합에 있는 탄소 원자는 동일한 혼성화일 필요가 없습니다. 탄소 원자는 알켄이라고 불리는 화합물에서 이중 결합을 형성하거나 알킨이라고 불리는 화합물에서 삼중 결합을 형성할 수도 있습니다. 이중 결합은 혼성화에 관여하지 않는 sp-혼성2 오비탈 및 p-오비탈과 함께 형성됩니다. 삼중 결합은 sp-하이브리드 오비탈과 각 원자에서 두 개의 p-오비탈로 형성됩니다. p-궤도를 사용하면 파이 결합을 형성합니다.[2]

체인과 분기

탄소는 자체 원자의 긴 사슬을 형성할 수 있는 몇 안 되는 원소 중 하나로, 이를 카테네이션이라고 합니다. 이것이 탄소-탄소 결합의 강도와 결합하여 엄청난 수의 분자 형태를 만들어내고, 그 중 많은 것이 생명의 중요한 구조적 요소이므로 탄소 화합물에는 고유의 연구 분야인 유기 화학이 있습니다.

2,2,3-trim에틸펜탄

분지는 C-C 골격에서도 일반적입니다. 분자 내 탄소 원자는 그들이 가지고 있는 탄소 이웃의 수에 따라 분류됩니다.

  • 1차 탄소에는 탄소 이웃이 하나 있습니다.
  • 2차 탄소에는 두 개의 탄소 이웃이 있습니다.
  • 3차 탄소에는 3개의 탄소 이웃이 있습니다.
  • 4차 탄소는 4개의 탄소 이웃을 가지고 있습니다.

"구조적으로 복잡한 유기 분자"에서 분자의 모양을 결정하는 4차 위치에서 탄소-탄소 결합의 3차원 방향입니다.[3] 게다가, 4차 유전자좌는 코르티손과 모르핀과 같은 많은 생물학적으로 활성인 작은 분자들에서 발견됩니다.[3]

합성

탄소-탄소 결합 형성 반응은 새로운 탄소-탄소 결합이 형성되는 유기 반응입니다. 그들은 의약품 및 플라스틱과 같은 많은 인공 화학 물질을 생산하는 데 중요합니다. 탄소-탄소 결합이 끊어지는 역반응을 탄소-탄소 결합 활성화라고 합니다.

탄소-탄소 결합을 형성하는 반응의 일부 예로는 알돌 반응, 딜스-알더 반응, 그리냐르 반응, 교차 결합 반응, 마이클 반응 및 위티그 반응이 있습니다.

3차 탄소에 대한 원하는 3차원 구조의 직접 합성은 20세기 후반 동안 대부분 해결되었지만, 4차 탄소 합성을 지시하는 동일한 능력은 21세기의 첫 10년 동안 나타나기 시작했습니다.[3]

본드의 강도와 길이

탄소-탄소 단일 결합은 C-H, O-H, N-H, H-H, H-Cl, C-F 및 많은 이중 또는 삼중 결합보다 약하고 강도는 C-O, SiO, P-O, S-H 결합과 유사하지만 [4]일반적으로 강하다고 간주됩니다.

C-C 결합 분자 결합 해리 에너지(kcal/mol)
CH3−CH3 에탄의 90
C6H5−CH3 톨루엔 102
C6H5−C6H5 비페닐 114
CH3C(O)−CH3 아세톤 84
CH3−CN 아세토니트릴 136
CH3−CH2OH 에탄올 88

위에 제시된 값은 일반적으로 접하는 C-C 결합 해리 에너지를 나타내며, 때때로 이상치가 이 범위에서 크게 벗어날 수 있습니다.

단순탄화수소에서의[5] 결합길이 비교
분자 에탄 에틸렌 아세틸렌
공식 C2H6 C2H4 C2H2
학급 알칸의 알켄 알킨
구조.
탄소의 혼성화 스프3 스프2 스프
C-C 본드 길이 오후 153.5 오후 133.9 오후 120시 3분
C-C단일결합비중 100% 87% 78%
구조물 판정법 마이크로파 분광법 마이크로파 분광법 적외선 분광법

극단적인 경우

길고 약한 C-C 단일 결합

C-C 결합이 길게 연장된 다양한 극단적인 경우가 확인되었습니다. 곰버그의 이량체에서 C-C 결합 하나는 159.7 피코미터로 다소 깁니다. 용액에서 상온에서 가역적으로 쉽게 깨지는 것이 바로 이 결합입니다.[6]

더욱 혼잡한 분자 헥사키스(3,5-di-tert-butylphenyl)에탄에서 안정화된 트리아릴메틸 라디칼을 형성하는 결합 해리 에너지는 8kcal/mol에 불과합니다. 또한 심각한 입체 정체의 결과로 헥사키스(3,5-di-tert-butylphenyl)에탄은 길이가 167pm인 매우 긴 중앙 결합을 가지고 있습니다.[7]

뒤틀리고 약한 C-C 이중결합

테트라키스(디메틸아미노)에틸렌(TDAE)의 구조는 매우 왜곡되어 있습니다. C=C 거리는 정상적으로 135 pm 이지만 NC 두 끝에 대한 정이십면체 각도는 28 º입니다. 거의 등구조 테트라이소프로필에틸렌은 또한 C=C 거리가 135pm이지만 C 코어는 평면입니다.

짧고 강한 C-C 삼중 결합

반대로, 디아세틸렌의 중심 탄소-탄소 단일 결합은 160 kcal/mol로 매우 강한데, 단일 결합은 sp 혼성화의 두 탄소를 결합하기 때문입니다.[9] 일반적으로 탄소-탄소 다중 결합은 더 강하며, 에틸렌의 이중 결합과 아세틸렌의 삼중 결합은 각각 174 및 230 kcal/mol의 결합 해리 에너지를 갖는 것으로 확인되었습니다.[10] 요오도늄 종에 대해 115 pm의 매우 짧은 삼중 결합이 관찰되었습니다 [HC ≡C –IPh+[CFSO33–], 강한 전자 인출 요오도늄 모이어티로 인해.[11]

참고 항목

참고문헌

  1. ^ Dembicki, Harry (2016-10-06). Practical Petroleum Geochemistry for Exploration and Production. Elsevier. p. 7. ISBN 9780128033517.
  2. ^ Smith, Michael B.; March, Jerry (2007), Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure (6th ed.), New York: Wiley-Interscience, ISBN 978-0-471-72091-1
  3. ^ a b c Quasdorf, Kyle W.; Overman, Larry E. (2014). "Review: Catalytic enantioselective synthesis of quaternary carbon stereocentres". Nature (paper). 516 (7530): 181–191. Bibcode:2014Natur.516..181Q. doi:10.1038/nature14007. PMC 4697831. PMID 25503231.closed access
  4. ^ 유란뤄와 진페이청 "결합 해리 에너지" CRC 화학 및 물리학 핸드북, 96판.
  5. ^ CRC 화학 및 물리학 핸드북, 88판
  6. ^ Bochkarev, L. N.; Molosnova, N. E.; Zakharov, L. N.; Fukin, G. K.; Yanovsky, A. I.; Struchkov, Y. T. (1995). "1-Diphenylmethylene-4-(triphenylmethyl)cyclohexa-2,5-diene Benzene Solvate". Acta Crystallographica Section C Crystal Structure Communications. 51 (3): 489–491. doi:10.1107/S0108270194009005.
  7. ^ Rösel, Sören; Balestrieri, Ciro; Schreiner, Peter R. (2017). "Sizing the role of London dispersion in the dissociation of all-meta tert-butyl hexaphenylethane". Chemical Science. 8 (1): 405–410. doi:10.1039/c6sc02727j. ISSN 2041-6520. PMC 5365070. PMID 28451185.
  8. ^ Bock, Hans; Borrmann, Horst; Havlas, Zdenek; Oberhammer, Heinz; Ruppert, Klaus; Simon, Arndt (1991). "Tetrakis(dimethylamino)ethene: An Extremely Electron-Rich Molecule with Unusual Structure both in the Crystal and in the Gas Phase". Angewandte Chemie International Edition in English. 30 (12): 1678–1681. doi:10.1002/anie.199116781.
  9. ^ "NIST Webbook".
  10. ^ Blanksby, Stephen J.; Ellison, G. Barney (April 2003). "Bond Dissociation Energies of Organic Molecules". Accounts of Chemical Research. 36 (4): 255–263. CiteSeerX 10.1.1.616.3043. doi:10.1021/ar020230d. ISSN 0001-4842. PMID 12693923.
  11. ^ Streitwieser, Andrew; Heathcock, Clayton H.; Kosower, Edward M. (1992). Introduction to organic chemistry (4th ed.). Upper Saddle River, N.J.: Prentice Hall. p. 574. ISBN 978-0139738500. OCLC 52836313.