カルボン酸誘導体の構造
カルボン酸誘導体には、塩素、酸素、窒素などのヘテロ原子に結合したアシル基が含まれています。 カルボニル炭素と酸素は両方とも、混成されていない p 軌道と sp_2 混成されています。
カルボニル炭素の 3 つの sp_2 軌道は 3 つの σ 結合を形成し、それぞれ 1 つはカルボニル酸素、α 炭素、ヘテロ原子と結合します。一方、カルボニル酸素の他の 2 つの sp_2 軌道は孤立電子対で占められています。 さらに、カルボニル酸素と炭素上の混成していない p 軌道が重なり、π 結合を形成します。
カルボニル炭素に結合した 3 つの原子は同じ平面上にあり、三角形の平面幾何学的配置を示します。 結合角は約 120°、炭素と酸素の結合長は 1.21 Å です。
共振の安定化
酸誘導体では、電子はカルボニル炭素、酸素、ヘテロ原子全体にわたって非局在化されます。 したがって、すべての酸誘導体は共鳴によって安定化されますが、安定化の程度はヘテロ原子の電気陰性度に依存します。
窒素は酸素よりも電気陰性度が低いため、その孤立電子対を電子求引性カルボニル基と容易に共有し、カルボニル炭素と窒素の間にπ結合を形成します。 その結果、正電荷が窒素上によりよく収容され、アミドがより大幅に安定化します。
その結果、炭素と窒素の結合は部分的に二重結合の性質を持ち、窒素原子は sp_2 混成で平面的になります。
平面幾何学的配置は炭素と窒素の結合を中心とした回転を促進し、二級アミドと三級アミドが E および Z 構造をとることを可能にします。 bulky基間のファンデルワールス反発が最小限に抑えられるため、Z 配座が好まれます。
部分的な二重結合の存在により、71 kJ/mol という高い回転エネルギー障壁が課せられ、炭素と窒素の結合を中心とした自由回転が制限されます。 したがって、E 配座異性体と Z 配座異性体間の相互変換は、炭素-炭素単結合の周りの回転と比較して、部分的な炭素-窒素二重結合の周りでは遅くなります。
ニトリルの構造
すべてのカルボン酸誘導体にはカルボニル基が含まれています。 ただし、ニトリルには炭素原子が窒素原子に三重結合したシアノ基があり、両方の原子が sp 混成軌道しています。 これらは、結合角 180°、炭素 - 窒素結合長 1.16 Å の直線状の幾何学的幾何学的配置を示します。
章から 14:
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