碳-氧鍵
外觀
碳-氧鍵是指碳原子和氧原子之間形成的共價鍵,這是有機化學和生物化學中最常見的化學鍵之一。[1]氧原子具有6個價電子,傾向於與碳原子共用兩個電子形成化學鍵,剩下的四個非鍵電子形成兩對孤對電子。最簡單的含碳-氧鍵化合物是醇,它們可以看作水的有機衍生物。
碳-氧鍵是強極性鍵,電子云明顯偏向氧(電負性:碳2.55,氧3.44)。石蠟族的碳–氧鍵鍵長平均在143皮米左右,比碳-氮鍵或碳-碳鍵都要短。羧酸中單鍵鍵長更短(136pm),其中因為共軛效應的存在而具有部分雙鍵的性質。環氧化合物中鍵長更長(147pm),因為角張力的存在使得電子云不能很好地重疊。[2]碳–氧鍵的鍵能也比碳-氮鍵或碳–碳鍵大。例如,298K時,甲醇中C-O鍵鍵能為91 kcal/mol,甲胺中C-N鍵鍵能為87 kcal/mol,而乙烷中C-C鍵鍵能為87 kcal/mol。
含有端基碳氧雙鍵官能團的化合物統稱為羰基化合物,包括醛、酮、羧酸、羧酸衍生物等等。分子內部的碳氧雙鍵存在於帶正電的𨦡鹽離子中,但它們多以反應中間體的形式存在。在呋喃及其衍生物中,氧原子的孤對電子參與了p-π共軛,因此呋喃是芳香性的。羰基化合物中碳氧雙鍵的鍵長約為123 pm。而酰鹵中的碳氧雙鍵具有部分三鍵的性質,因此鍵長只有 117 pm。常見的碳氧三鍵只在一氧化碳分子中存在,其中鍵長很短(112.8 pm)、鍵能很大。這樣的三鍵鍵能很大,甚至比氮氮三鍵的鍵能還高。[3]氧也可以形成三價的化合物,例如氟硼酸三甲基𨦡。
化學
[編輯]生成碳-氧鍵的重要反應有Williamson醚合成、親核酰基取代反應和烯烴的親電加成反應。Paternò–Büchi反應相當於羰基進行的複分解反應。
含氧官能團
[編輯]碳–氧鍵存在於以下這些官能團中:
化學分類 | 鍵級 | 化學式 | 結構式 | 例子 |
---|---|---|---|---|
醇 | 1 | R3C–OH | ![]() |
![]() 乙醇 |
醚 | 1 | R3C–O–CR3 | ![]() |
![]() 乙醚 |
過氧化物 | 1 | R3C–O–O–CR3 | ![]() |
![]() 二叔丁基過氧化物 |
酯 | 1 和 2 | R3C–CO–O–CR3 | ![]() |
![]() 丙烯酸乙酯 |
碳酸酯 | 1 | R3C–O–CO–O–CR3 | ![]() |
![]() 碳酸乙二酯 |
酮 | 2 | R3C–CO–CR3 | ![]() |
![]() 丙酮 |
醛 | 2 | R3C–CHO | ![]() |
![]() 丙烯醛 |
羧酸 | 1 和 2 | R3C–COOH | ![]() |
![]() 乙酸 |
呋喃 | 1.5 | ![]() |
![]() 糠醛 | |
吡喃鎓鹽 | 1.5 | ![]() |
![]() 花色苷 |
參見
[編輯]- 元素周期表中其他元素與碳形成的化學鍵:
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參考資料
[編輯]- ^ Organic Chemistry John McMurry 2nd Ed.
- ^ CRC Handbook of Chemistry and Physics 65Th Ed.
- ^ Standard Bond Energies 互聯網檔案館的存檔,存檔日期2016-08-29., Department of Chemistry, Michigan State University