Długość łącza

W geometrii cząsteczkowy , długość wiązania jest średnia odległość pomiędzy jąder dwóch atomów związanych przez wiązanie chemiczne . Ta długość jest bezpośrednio związana z porządkiem wiązań  : wszystkie inne rzeczy są równe, im większa liczba elektronów uczestniczących w tworzeniu wiązania, tym krótsze będzie ono. Zatem wiązanie C = O ketonów jest krótsze niż wiązanie CO alkoholi.

Długość wiązania chemicznego jest odwrotnie proporcjonalna do energii wiązania  : wszystkie inne parametry są równe, im silniejsze wiązanie (tj. Im większa energia do jego zerwania), tym jest krótsze. W przypadku wiązania między dwoma identycznymi atomami długość ta jest dwukrotnie większa niż promień kowalencyjny danego atomu. W ten sposób definiuje się również promień kowalencji.

Ściśle mówiąc, długość wiązania między dwoma podanymi atomami zależy od cząsteczki, w której się znajdują: na przykład długość wiązania węgiel-wodór w metanie jest nieco inna niż w chlorometanie .

Długości wiązań mierzy się w ciałach stałych metodą dyfraktometrii rentgenowskiej , aw fazie gazowej rząd wielkości można otrzymać metodą spektroskopii mikrofalowej .

Długość wiązania między węglem a innym pierwiastkiem

Poniższa tabela przedstawia eksperymentalne pomiary pojedynczych wiązań między atomem węgla a innymi pierwiastkami. Te długości, jako pierwsze przybliżenie, są sumą kowalencyjnych promieni każdego z atomów; w związku z tym podążają za ogólnym trendem promieni atomowych , a mianowicie spadkiem w okresie (od lewej do prawej) i wzrostem w grupie (od góry do dołu).

Długość wiązania węgiel-heteroatom
Połączony element Długość linku (po południu ) Kolumna
H. 106 - 112 kolumna I
Być 193 kolumna II
Mg 207 kolumna II
b 156 kolumna III
Glin 224 kolumna III
W 216 kolumna III
VS 120 - 154 kolumna IV
tak 186 kolumna IV
Sn 214 kolumna IV
Pb 229 kolumna IV
NIE 147 - 210 kolumna V
P. 187 kolumna V
As 198 kolumna V
Sb 220 kolumna V
Bi 230 kolumna V
O 143 - 215 kolumna VI
S 181 - 255 kolumna VI
Cr 192 kolumna VI
Se 198 - 271 kolumna VI
ty 205 kolumna VI
Mo 208 kolumna VI
W 206 kolumna VI
fa 134 kolumna VII
Cl 176 kolumna VII
Br 193 kolumna VII
ja 213 kolumna VII

Długość wiązania w związkach organicznych

Długość wiązanie pomiędzy dwoma atomami w zależności od różnych czynników, takich jak hybrydyzacja orbitali i elektronicznych i steryczną charakter tych podstawników .

Istnieją nietypowo długie wiązania, na przykład w tricyklobutabenzenie , zmierzono długość 160  µm . Obecnym rekordzistą jest kolejny cyklobutabenzen o długości 174  µm na podstawie pomiarów metodą krystalografii rentgenowskiej . W tego typu związkach pierścienie cyklobutanowe powodują, że atomy węgla pierścienia benzenowego mają kąty 90 ° zamiast zwykle 120 °.

Istnienie długich wiązań CC do 290  urn , zostały potwierdzone w przypadku dimeru dwóch di anionów z tetracyanoethylene , ale dotyczy więcej wiązaniem typu cztery centra i dwa elektrony niż jednego wiązania. Kowalencyjne. Ten typ wiązania zaobserwowano również w dimerach fenalenu . Nazywa się je „obligacjami naleśnikowymi” i może osiągnąć 305  µm .

Wiązania krótszy niż średnia odległość pomiędzy dwoma atomami węgla, są również możliwe, alkeny i alkiny o długości wiązań odpowiednio 133 i 120  pm ze względu na wzrost postaci y w Ď wiązania . Podobne przypadki wiązań CC o charakterze s występują również w wiązaniu centralnym dwuacetylenu ( 137  µm ) oraz w niektórych dimerach tetrahedranu ( 144  µm ). W benzenie wszystkie wiązania CC mają tę samą długość, 139  µm .

W propionitrylu grupa nitrylowa przyciąga do siebie elektrony, powodując wiązanie o zmniejszonej długości ( 144  µm ). Kompresja wiązania CC jest również możliwa poprzez zastosowanie do niego naprężenia sterycznego. Niezwykły związek organiczny, in-metylocyklofan  (en), ma krótkie wiązanie CC ( 147  µm ) wynikające ze ściskania dwóch grup metylowych między grupą triptycenową i grupą fenylową. W eksperymencie in silico oszacowano długość wiązania 136  µm dla neopentanu zamkniętego w fulerenie . Najmniejsze teoretyczne wiązanie CC w jednym badaniu wynosi 131  µm dla hipotetycznej pochodnej tetrahedranu. W tym samym badaniu oszacowano, że wydłużanie lub ściskanie wiązania CC w etanie od godziny 5  µm wymaga odpowiednio 2,8 i 3,5 kJ / mol oraz 15  µm , 21,9 i 37,7 kJ / mol.

Długości wiązań w związkach organicznych
C - H. Długość ( pm ) CC Długość (pm) Wielokrotna więź Długość (pm)
sp 3 –H 110 sp 3 –sp 3 154 Benzen 140
sp 2 –H 109 sp 3 –sp 2 150 Alkenes 134
sp - H. 108 sp 2 –sp 2 147 Alcyne 120
sp 3 –sp 146 Allene 130
sp 2 –sp 143
sp - sp 137

Uwagi i odniesienia

  1. (w) Podręcznik chemii i fizyki , CRC Press ,1984, 65 th  ed. ( ISBN  978-0-8493-0465-1 i 0-8493-0465-2 )
  2. (w) Fumio Toda, „  Naphthocyclobutenes and Benzodicyclobutadienes: Synthesis in the Solid State and anomalies in the Bond Lengths  ” , European Journal of Organic Chemistry , vol.  2000 N O  8, kwiecień 2000, s.  1 377–1 386 ( DOI  10.1002 / (SICI) 1099-0690 (200004) 2000: 8 <1377 :: AID-EJOC1377> 3.0.CO; 2-I , czytaj online )
  3. (in) Novoa JJ, Lafuente P, Del Sesto RE, Miller JS, „  Exceptionally Long (2,9 Å) CC Bonds entre [TCNE] - Ions: Two-Electron, Oven-Center * - * CC Bonding in - [TCNE] 22-  ” , Angewandte Chemie International Edition , vol.  40 N O  13, 2 lipca 2001, s.  2 540–2 545 ( DOI  10.1002 / 1521-3773 (20010702) 40:13 <2540 :: AID-ANIE2540> 3.0.CO; 2-O , czytaj online )
  4. (in) Lü JM, Rosokha SV, Kochi JK, „  Stable (Long-Bonded) Dimers via the Quantitative Self-Association of Different Cationic, Anionic, and uncharged -Radicals: Structures, Energetics, and Optical Transitions  ” , J. Am Chem. Soc. , vol.  125 n O  40, 2003, s.  12 161–12 171 ( DOI  10.1021 / ja0364928 )
  5. (w) Suzuki S, Morita Y, Fukui K, Sato K, Shiomi D Takui T Nakasuji K "  Aromaticity on the Pancake-Bonded Dimer of Neutral phenalenyl Radical as Studied by MS and NMR Spectroscopy and NICS Analysis  " , J. Am. Chem. Soc. , vol.  128 N O  8, 2006, s.  2,530–2,531 ( DOI  10.1021 / ja058387z )
  6. (w) Huntley DR, Markopoulos G Donovan PM LT Scott, Hoffmann R, „  Squeezing CC Bonds  ” , Angewandte Chemie International Edition , tom.  44 N O  46, 2005, s.  7549–7 553 ( PMID  16259033 , DOI  10.1002 / anie.200502721 )
  7. (w) Martinez-Guajardo G Donald KJ Wittmaack BK Vazquez MA Merino G, „  Shorter Still: Compresing CC Single Bonds  ” , Organic Letters , ASAP , 2010
  8. (de) Fox, Marye Anne; Whitesell, James K. , Organische Chemie: Grundlagen, Mechanismen, Bioorganische Anwendungen , Springer,1995( ISBN  978-3-86025-249-9 )