Enllaç carboni-carboni

Els compostos d'organocarboni (o compostos orgànics del carboni) són compostos químics que contenen un enllaç químic entre carboni (C) i carboni (C) (enllaç C-C).[1] La química de l'organocarboni és la ciència corresponent que explora les propietats, l'estructura i la reactivitat d'aquests compostos.

La forma més comuna és l'enllaç simple: un enllaç format per dos electrons, un de cadascun dels dos àtoms. L'enllaç únic carboni-carboni és un enllaç sigma i es forma entre un orbital hibridat de cadascun dels àtoms de carboni. A l'età, els orbitals són orbitals hibridats amb sp3, però també es produeixen enllaços simples formats entre àtoms de carboni amb altres hibridacions (per exemple, sp2 a sp2).

De fet, els àtoms de carboni de l'enllaç senzill no necessiten ser de la mateixa hibridació. Els àtoms de carboni també poden formar enllaços dobles en compostos anomenats alquens o enllaços triples en compostos anomenats alquins. Es forma un doble enllaç amb un orbital hibridat sp2 i un orbital p que no està implicat en la hibridació. Es forma un enllaç triple amb un orbital sp hibridat i dos orbitals p de cada àtom. L'ús dels orbitals p forma un enllaç pi.

Cadenes i ramificacionsModifica

El carboni és un dels pocs elements que pot formar llargues cadenes dels seus propis àtoms, una propietat anomenada catenació. Això unit a la força de l'enllaç carboni-carboni dóna lloc a un nombre enorme de formes moleculars, moltes de les quals són elements estructurals importants de la vida, de manera que els compostos de carboni tenen el seu propi camp d'estudi: la química orgànica.

La ramificació també és freqüent en els esquelets C−C. Els àtoms de carboni d'una molècula es classifiquen segons el nombre de veïns de carboni que tenen:[2][3]

  • Un carboni primari té un carboni veí.
  • Un carboni secundari té dos carbonis veïns.
  • Un carboni terciari té tres carbonis veïns.
  • Un carboni quaternari té quatre carbonis veïns.
Carboni primari Carboni secundari Carboni terciari Carboni quaternari
Estructura general
(R = grup organil)
       
Estructura parcial
Fórmula estructural
       

En les «molècules orgàniques estructuralment complexes», és l'orientació tridimensional dels enllaços carboni-carboni en els llocs quaternaris la que dicta la forma de la molècula. A més, els loci quaternaris es troben en moltes molècules petites biològicament actives, com la cortisona i la morfina.[4]

SíntesiModifica

Les reaccions de formació d'enllaç carboni-carboni són reaccions orgàniques en les quals es forma un nou enllaç carboni-carboni. Són importants en la producció de molts productes químics artificials com ara productes farmacèutics i plàstics.

Alguns exemples de reaccions que formen enllaços carboni-carboni són les reaccions aldòliques, les reaccions de Diels-Alder, l'addició d'un reactiu de Grignard a un grup carbonil, una reacció de Heck, una reacció de Michael i una reacció de Wittig.

La síntesi dirigida de les estructures tridimensionals desitjades per a carbonis terciaris es va resoldre en gran mesura a finals del segle xx, però la mateixa capacitat per dirigir la síntesi de carboni quaternari no va començar a sorgir fins a la primera dècada del segle xxi.[4]

Força i longitud d'enllaçModifica

L'enllaç senzill carboni-carboni és més feble que els enllaços C-H, O-H, N-H, H-H, H-Cl, C-F i molts enllaços dobles o triples, i és comparable en força als enllaços C-O, Si-O, P-O i SH,[5] però habitualment és considerat com a fort.

Enllaç C–C Molècula Energia de dissociació de l'enllaç (kcal/mol)
CH3−CH3 età 90
C6H5−CH3 toluè 102
C6H5−C6H5 bifenil 114
CH3C(O)−CH3 acetona 84
CH3−CN acetonitril 136
CH3−CH2OH ethanol 88

Els valors indicats anteriorment representen energies de dissociació d'enllaços C-C que es troben habitualment; ocasionalment, els valors atípics poden desviar-se dràsticament d'aquest rang.

Comparació de longituds d'enllaç en hidrocarburs simples[5]
Molècula Età Etè (o Etilè) Etí (o Acetilè)
Fórmula C2H6 C2H4 C2H2
Tipus d'enllaç senzill doble triple
Estructura      
Hibridació del carboni sp3 sp2 sp
Longitud de l'enllaç C-C 153.5 pm 133.9 pm 120.3 pm
Proporció en relació a l'enllaç C-C 100% 87% 78%
Mètode de determinació de l'estructura espectroscòpia de rotació espectroscòpia de rotació Espectroscòpia infraroja

Casos extremsModifica

Enllaços senzill C-C, llargs i feblesModifica

S'han identificat diversos casos extrems on l'enllaç C-C és allargat. En el dímer de Gomberg, un enllaç C-C és bastant llarg (159,7 picòmetres). Aquest enllaç és el que es trenca de manera reversible i ràpida a temperatura ambient en solució.[6]

A la molècula encara més congestionada hexakis(3,5-di-tert-butilfenil)età, l'energia de dissociació de l'enllaç per formar el radical triarilmetil estabilitzat és només de 8 kcal/mol. També com a conseqüència de la seva severa congestió estèrica, l'hexakis(3,5-di-tert-butilfenil)etaà té un enllaç central molt allargat amb una longitud de 167 pm.[7]

Dobles enllaços C=C, retorçats i feblesModifica

L'estructura del tetrakis(dimetilamino)etilè (TDAE) està molt distorsionada. L'angle díedre dels dos extrems N2C és de 28º encara que la distància C=C és normal de 135 pm. El tetraisopropiletilè gairebé isoestructural també té una distància C=C de 135 pm, però el seu nucli C6 és pla.[8]

Enllaços triples C≡C, curts i fortsModifica

A l'extrem oposat, l'enllaç senzill carboni-carboni central del diacetilè és molt fort (160 kcal/mol), ja que l'enllaç senzill uneix dos carbonis d'hibridació sp. Els enllaços múltiples carboni-carboni són generalment més forts; s'ha determinat que el doble enllaç de l'etilè i el triple enllaç de l'acetilè tenen energies de dissociació d'enllaç de 174 i 230 kcal/mol, respectivament.[9]

S'ha observat un triple enllaç molt curt de 115 pm per a les espècies d'iodini [HC≡C–I+Ph][CF3SO3], a causa de la part de iodoni fortament extreta d'electrons.[10]

ReferènciesModifica

  1. Dembicki, 2016, p. 7.
  2. Smith, 2011, p. 116.
  3. Latscha, Kazmaier i Klein, 2016, p. 40.
  4. 4,0 4,1 Quasdorf i Overman, 2014, p. 181-191.
  5. 5,0 5,1 Luo, Yu-Ran; Cheng, Jin-Pei. «Bond Dissociation Energies». A: Handbook of Chemistry and Physics (en anglès). CRC. 
  6. Bochkarev et al., Yanovsky, p. 489-491.
  7. Rösel, Balestrieri i Schreiner, 2017, p. 405-410.
  8. Bock et al., Ruppert, p. 1678-1681.
  9. Blanksby i Ellison, 2003, p. 255-263.
  10. Streitwieser, Heathcock i Kosower, 1992, p. 574.

BibliografiaModifica

  • Blanksby, Stephen J.; Ellison, G. Barney «Bond Dissociation Energies of Organic Molecules» (en anglès). Accounts of Chemical Research, 36(4), abril 2003. DOI: 10.1021/ar020230d. ISSN: 0001-4842. PMID: 12693923.
  • Bochkarev, L. N.; Molosnova, N. E.; Zakharov, L. N.; Fukin, G. K.; Yanovsky, A. I.; Struchkov, Y. T. «1-Diphenylmethylene-4-(triphenylmethyl)cyclohexa-2,5-diene Benzene Solvate» (en anglès). Acta Crystallographica (Section C. Crystal Structure Communications), 51(3), 1995. DOI: 10.1107/S0108270194009005.
  • Bock, Hans; Borrmann, Horst; Havlas, Zdenek; Oberhammer, Heinz; Ruppert, Klaus; Simon, Arndt «Tetrakis(dimethylamino)ethene: An Extremely Electron-Rich Molecule with Unusual Structure both in the Crystal and in the Gas Phase» (en anglès). Angewandte Chemie International Edition in English, 30(12), 1991. DOI: 10.1002/anie.199116781.
  • Dembicki, Harry. Practical Petroleum Geochemistry for Exploration and Production (en anglès). Elsevier, 2016. ISBN 9780128033517. 
  • Latscha, Hans Peter; Kazmaier, Uli; Klein, Helmut Alfons. Organische Chemie: Chemie-Basiswissen II (en alemany). Berlín: Springer Spektrum, 2016. ISBN 978-3-662-46180-8. 
  • Quasdorf, Kyle W.; Overman, Larry E. «Review: Catalytic enantioselective synthesis of quaternary carbon stereocentres» (en anglès). Nature, 516(7530), 2014. Bibcode: 2014Natur.516..181Q. DOI: 10.1038/nature14007. PMC: 4697831. PMID: 25503231.
  • Rösel, Sören; Balestrieri, Ciro; Schreiner, Peter R. «Sizing the role of London dispersion in the dissociation of all-meta tert-butyl hexaphenylethane» (en anglès). Chemical Science, 8(1), 2017. DOI: 10.1039/c6sc02727j. ISSN: 2041-6520. PMC: 5365070. PMID: 28451185.
  • Smith, Janice Gorzynski. «cap. 4. Alkanes». A: Organic chemistry (en anglès). Nova York: McGraw-Hill, 2011. ISBN 978-0-07-337562-5. 
  • Streitwieser, Andrew; Heathcock, Clayton H.; Kosower, Edward M. Introduction to organic chemistry (en anglès). Upper Saddle River, N.J.: Prentice Hall, 1992. ISBN 978-0139738500. OCLC 52836313.