/ Donor-akceptor mechanismus: příklady. Co je mechanismus dárce-příjemce?

Donor-akceptor mechanismus: příklady. Co je mechanismus dárce-příjemce?

Chemická vazba je vazba mezi dvěma nebo více atomy (molekuly) v organické nebo anorganické sloučenině. Vzniká, když se sníží celková energie v systému.

Mohou všechny prvky vytvářet chemické vazby

Všechny prvky periodické tabulky se lišíschopnost vytvářet spojení. Nejstabilnější a v důsledku toho, jsou chemicky méně aktivní atomy ušlechtilé (inertní) plyn, protože obsahují na vnějším elektronovém obalu ze dvou až osmi elektronů. Tvoří malý počet spojení. Například, neon, helium a argon netvoří chemické vazby buď s jedním prvkem, zatímco xenon, krypton, radon, a je schopen reagovat s fluoru a molekulami vody.

Pro atomy jiných prvků nejsou vnější úrovně úplné a mají jeden až sedm elektronů, takže chemické vazby vytvářejí pro zvýšení stability pláště.

Typy chemických vazeb

Existuje několik typů komunikace:

  1. Covalent.
  2. Ionic.
  3. Kov.
  4. Vodík.

Kovalentní vazba

Tento typ vazby je tvořen mezi atomy vmolekula v důsledku socializace nebo překrývání páru valenčních elektronů. V souladu s tím existují mechanismy výměny (a) a donor-akceptor (b) pro tvorbu kovalentní vazby. Zvláštním případem je dative bond, který bude uveden níže.

Kovalentní vazba: výměnný mechanismus

výměnný mechanismus

Atomy na vnější úrovni nemají páruelektrony. Při interakci se vnější pláště překrývají. Antiparalelní toky jednotlivých elektronů obsažené na vnějších úrovních jsou spárovány za vzniku dvojice elektronů společného pro oba atomy. Tento pár elektronů je ve skutečnosti kovalentní vazbou, která je tvořena výměnným mechanismem, například v molekule vodíku.

Kovalentní vazba: donor-akceptor mechanismus

donor-akceptor mechanismus

Tento mechanismus je socializacedva atomy dvou elektronů na vnější úrovni. V tomto případě jeden z atomů působí jako dárce (poskytuje dva elektrony) a druhý - akceptor (má prázdné orbitální pro elektrony). Atomy s a p prvků mohou být buď akceptory, nebo elektronové dárce. Atomy d-elementů mohou být jak dárci, tak akceptory.

Abychom pochopili, jaký mechanismus je donor-akceptor, zvažte dva velmi jednoduché příklady - vytvoření hydronových kationtů H3O+ a amonný NH4+.

Příkladem mechanismu donora-akceptoru je kation amonný

Schématicky je reakce pro tvorbu amonné částice následující:

NH3+ H+= NH4+

Elektrony v atomu N jsou distribuovány v následujícím pořadí: 1s2 2s2 2p3.

Elektronická struktura kationtu H: 1s0.

Dusíkový atom na vnější úrovni obsahuje dva s- atři p-elektrony. Tři p-elektrony se podílejí na tvorbě tří kovalentních výměnných typů dusík-vodíkových vazeb N-H. Výsledkem je molekula amoniaku NH3 s typem kovalentní vazby. Vzhledem k tomu, že atom dusíku N na vnější úrovni má dvojici elektronů s molekulou NH3 může také přidat kation vodíku. Molekula amoniaku je donor a kation vodíku H+ - akceptor, který odebírá dárcovské elektrony z dusíku do své vlastní volné s-orbitální.

donor-akceptorový mechanismus kovalentní vazby

Příkladem mechanismu donora-akceptoru je H3O (hydroxonium ion)

Elektrony v atomu kyslíku jsou distribuovány v následujícím pořadí: 1s2 2s2 2p4.

Atom atomu kyslíku na vnější úrovni má dva s ačtyři p-elektrony. Vycházejíc z toho dva volné p-elektrony a dva s-elektrony ze dvou atomů H se podílejí na tvorbě vazeb H-O, to znamená, že v molekule H jsou 2 dostupné vazby2O - kovalentní, tvořená výměnným mechanismem.

Elektronická struktura kationtu vodíku: 1s0.

Protože atom kyslíku na vnější úrovnitam jsou ještě dva elektrony (s-typ), to může tvořit třetí kovalentní vazbu mechanismem donor-akceptor. Akceptorem může být atom s volnou orbitalizací, v tomto příkladu jde o částicu H+. Volná s-oběžná dráha kationtu H+ obsadí dva elektrony atomu kyslíku.

mechanismus pro tvorbu donor-akceptorové vazby

Donor-akceptorový mechanismus pro tvorbu kovalentní vazby mezi anorganickými molekulami

Donor-akceptor mechanismus kovalentní vazbyje možná nejen v interakcích atom-atom nebo molekula-atom, ale také v reakcích mezi molekulami. Jedinou podmínkou vzájemné interakce donor-akceptor kineticky nezávislých molekul je pokles entropie, jinými slovy, zvýšení uspořádání chemické struktury.

Zvažte první příklad - tvorbu aprotické kyseliny (Lewisova kyselina) NH3BF3. Tento anorganický komplex se vytváří v adiční reakci molekuly amoniaku a fluoridu boritého.

NH3+ BF3= NH3BF3

Elektrony v atomu bóru jsou distribuovány v následujícím pořadí: 1s2 2s2 2p1.

Když je atom B excitován, jeden elektron s-typu přechází na p-podúrovňovou (1s2 2s1 2p2). To znamená, že z vnějšku vzrušení bor atomem dva s- a p-dva elektrony.

V molekule BF3 tvoří se tři kovalentní vazby bóru fluoru B-Fvýměnný typ (atomy boru a fluoru poskytují každý jeden elektron). Po vytvoření tří kovalentních vazeb zůstává volná p-podkladová vrstva na atomu boru na vnější elektronové skořepině, díky které molekula fluoridu boritého může působit jako akceptor elektronů.

Elektrony v atomu dusíku jsou distribuovány v následujícím pořadí: 1s2 2s2 2p3.

Zúčastňují se tři elektrony z atomů N a Htvorba dusíku-vodíkové vazby. Po tom, dusík zůstává další dva elektrony s-typu, které se může poskytnout pro lepení mechanismu donor-akceptorového.

příklady mechanismů dárce-příjemce

Při reakci mezi fluoridem boritým a amoniakem je NH3 hraje roli donoru elektronů a molekuly BF3 - akceptor. Dvojice elektronů dusíku zaujímají volnou orbitalizaci fluoridu boritého a chemickou sloučeninu NH3BF3.

Dalším příkladem mechanismu pro tvorbu donor-akceptorové vazby je výroba polymeru fluoridu berylia.

Schématicky je reakce následující:

BeF2+ BeF2+ ... + BeF2-> (BeF2).n

Elektrony v atomu Be jsou umístěny tak - 1s2 2s2, a v atomu F - 1s2 2s2 2p5.

Dvě vazby fluoridu berylia v molekule fluoridu berylia jsou kovalentní výměnné typy (dva p-elektrony ze dvou atomů fluoru a dva elektrony v podsouboru berylliového atomu se účastní).

Mezi dvojicí atomů berylia (Be) a fluoru (F)dvě další kovalentní vazby se tvoří podél mechanismu dárce-akceptoru. V fluoridu berylliového je atom fluoru donorem elektronů, atom berylia je jejich akceptor s prázdnou orbitální.

donor-akceptorový mechanismus tvorby kovalentní vazby

Tvorba donor-akceptor mechanismus kovalentní vazba mezi organickými molekulami

Když se vytvoří spojenípovažuje se mechanismus mezi molekulami organické povahy, tvoří se složitější sloučeniny-komplexy. V jakékoliv organické sloučenině s kovalentní vazbou jsou obsaženy oba obsazené (nevázané a vazné) a prázdné orbitály (uvolnění a nelepení). Možnost tvorby komplexů donoru a akceptoru je určena stupněm stability komplexu, který závisí na síle vazby.

Zvažme příklad - reakce interakcemolekul methylaminu s kyselinou chlorovodíkovou za vzniku methylamoniumchloridu. Ve všech methylamin molekula kovalentními vazbami vytvořenými výměnného mechanismu - dvě vazby H-N vazby a jeden N-CH3. Po kondenzaci s vodíkem a methylovou skupinouSkupina atomu dusíku má dvojici elektronů typu s. Jako dárce poskytuje tento elektronový pár pro atom vodíku (akceptor), který má volnou orbitální.

Co je mechanismus dárce-akceptor

Donor-akceptorový mechanismus bez vzniku chemické vazby

Ne ve všech případech akceptor dárceinterakcí je socializace elektronického páru a vytvoření vazby. Některé organické sloučeniny mohou být vzájemně kombinovány překrytím plné orbitální části dárce s prázdnou oběžnou dráhou akceptoru. Existuje přenos náboje - elektrony jsou delokalizovány mezi akceptorem a dárcem, které se nacházejí velmi blízko sebe. Jsou tvořeny komplexní sloučeniny přenosu náboje.

Taková interakce je charakteristická pro pi systémy,Orbitálie se snadno překrývají a elektrony se snadno polarizují. Role dárců mohou být metaloceny, nenasycené aminosloučeniny, TDAE (tetrakis (dimethylamino) ethylen). Acceptory jsou často fullereny, chinodimethany s akceptorovými substituenty.

Převod poplatků může být částečný nebo úplný. Při fotosenzici molekuly dochází k úplnému přenosu náboje. Vytvoří se komplex, který lze pozorovat spektrálně.

Bez ohledu na úplnost převodu poplatku, takovýkomplexy jsou nestabilní. Pro zvýšení síly a životnosti takového stavu je zavedena další skupina překlenovací. Výsledkem je, že donor-akceptorové systémy se úspěšně používají v zařízeních pro přeměnu sluneční energie.

V některých organických molekulách,donor-akceptorový mechanismus je vytvořen uvnitř molekuly mezi donorovou a akceptorovou skupinou. Tento typ interakce se nazývá transanulární účinek, charakteristický například u atrans (organoelementních sloučenin s vazbami N-> B, N-> Si).

Semipolární komunikace nebo Dative mechanismus komunikace

Kromě výměny a akceptoru dárceTřetím mechanismem - dative (jiná jména - semipolární, semipolární nebo koordinační vazba). Donorový atom dává volný elektronový pár na orbitální neutrálního atomu, který potřebuje dva elektrony k dokončení vnější úrovně. Existuje druh přechodu elektronové hustoty od akceptoru k dárci. V tomto případě se donor stane kladně nabité (kation) a akceptor - záporně nabitý (aniontové).

Ve skutečnosti se chemická vazba vytváří na úkor(překrytí dvou párových elektronů jednoho z atomů vnějším volným orbitem druhého) a elektrostatickou přitažlivostí, která vzniká mezi kationtem a aniontem. Tak jsou kovalentní a iontové typy kombinovány v semipolárním spojení. Semipolární vazba je charakteristická pro d-elementy, které v různých sloučeninách mohou hrát roli akceptora i dárce. Ve většině případů se vyskytuje v komplexních a organických látkách.

Příklady dativního připojení

Nejjednodušším příkladem je molekula chloru. Jeden atom atomu dusíku dává pár elektronů jinému atomu chloru, který má volný d-orbitál. Současně je jeden atom Cl kladně kladen, druhý negativní a elektrostatická přitažlivost mezi nimi. Vzhledem k dlouhé délce má dativní vazba nižší pevnost než kovalentní výměna a typ dárce-akceptoru, ale její přítomnost zvyšuje pevnost molekuly chloru. Proto molekula Cl2 je silnější než F2 (atom fluoru nemá d-orbitály, vazba fluór-fluor je pouze kovalentní výměna).

Molekula oxidu uhelnatého CO (oxid uhelnatý)je tvořena třemi C-O vazbami. Vzhledem k tomu, že atomy kyslíku a atomy uhlíku mají na vnější úrovni dva jednotlivé elektrony, tvoří se mezi nimi dvě kovalentní výměnné vazby. Poté zůstává na uhlíkovém atomu prázdná orbita a na atomu O dva páry elektronů na vnější úrovni. Proto v molekule oxidu uhelnatého (II) existuje třetí vazba - sedmi-polární vazba, která je tvořena dvěma valenčními páry elektronů kyslíku a volným orbitem uhlíku.

Zvažme komplexnější příklad - vytvoření daného typu vazby příkladem interakce dimethyletheru (H3C-O-CH3) s chloridem hlinitým AlCl3. Atom kyslíku v dimethyletheru je spojen dvěmakovalentní vazby s methylovými skupinami. Po tom má ještě dva elektrony na p-podúrovni, které dává atomu akceptoru (hliníku) a stává se pozitivním kationtem. V tomto případě získá akceptorový atom záporný náboj (mění se na anion). Kation a anion interagují elektrostaticky navzájem.

Význam vazby donor-akceptor

Mechanismus tvorby donor-akceptorové vazbymá velký význam v lidském životě a je široce rozšířen v chemických sloučeninách organické i anorganické povahy, což potvrzují výše uvedené příklady. Amoniový alkohol, který obsahuje amoniový kation, se úspěšně používá v každodenním životě, v medicíně a v průmyslové výrobě hnojiv. Hydroxoniový ion hraje hlavní roli při rozpouštění kyselin ve vodě. Oxid uhelnatý se používá v průmyslu (například při výrobě hnojiv, laserových systémů) a má velký význam ve fyziologických systémech lidského těla.

Přečtěte si více: