Vazba uhlík–uhlík

Vazba uhlík–uhlík je kovalentní vazba mezi dvěma atomy uhlíku.^[1]

Nejčastější podobou je jednoduchá vazba, tvořená dvojicí elektronů, jedním z každého atomu. Jednoduchá vazba uhlík–uhlík je druhu sigma a vzniká překryvem jednoho hybridizovaného orbitalu z každého atomu. V molekule ethanu jde o sp³-hybridizované orbitaly, existují však i vazby mezi uhlíky majícími jiné druhy hybridizace (například sp² a sp²). Atomy uhlíku v jednoduché vazby nemusí ani mít stejnou hybridizaci. Mezi uhlíky se též mohou nacházet dvojné (u alkenů) nebo trojné vazby (u alkynů). Dvojná vazba se tvoří překryvem sp²-hybridizovaného orbitalu a p orbitalu nezapojeného do hybridizace. Trojná vazba vzniká z sp-hybridizovaného orbitalu a dvou p orbitalů z každého atomu. Zapojení p orbitalů vytváří vazbu typu pí.

Řetězce a větvení

Uhlík je jedním z mála prvků, které mohou tvořit dlouhé řetězce svých vlastních atomů, tato vlastnost se nazývá katenace a je způsobena vysokými energiemi vazeb uhlík–uhlík, což umožňuje vytvářet obrovské množství uspořádání molekul; mnohé z nich jsou obsaženy v živých organismech, sloučeniny uhlíku tak mají vlastní chemické odvětví: organickou chemii.

C-C řetězce jsou často rozvětvené. Uhlíkové atomy lze podle počtu dalších uhlíků na ně navázaných rozdělit takto:

• Na primární uhlík je navázán jeden další.
• Na sekundární se připojují dva.
• Terciární uhlík má na sebe připojené tři další uhlíky.
• Na kvartérní uhlíky jsou navázány čtyři jiné atomy uhlíku.

V „organických molekulách se složitou strukturou“ se vyskytují trojrozměrně uspořádané vazby uhlík–uhlík na kvartérních místech, které určují tvary molekul.^[2] Tato kvartérní místa se nacházejí v řadě biologicky aktivních malých molekulách, jako jsou kortizon a morfin.^[2]

Příprava

Reakce vytvářející vazby uhlík–uhlík mají velký význam při přípravě mnoha chemických látek, například léčiv a plastů.

Jako příklady reakcí lze uvést aldolové kondenzace, Dielsovy–Alderovy reakce, adice Grignardových činidel na karbonylové skupiny, Heckova reakce, Michaelova reakce a Wittigova reakce.

Postupy řízené syntézy trojrozměrných struktur obsahujících terciární uhlíky byly z velké části nalezeny do konce 20. století, ovšem syntézy sloučenin s kvaternárními uhlíky byly provedeny až začátkem 21. století.^[2]

Délky a energie vazeb

Jednoduché vazby C-C jsou slabší než vazby C-H, O-H, N-H, H-H, H-Cl, C-F a řada dvojných či trojných vazeb, a podobně silné jako C-O, Si-O, P-O a S-H,^[3] většinou jsou však považovány za silné.

Výše uvedené hodnoty patří k obvyklým pro vazby C-C; ojediněle se mohou objevit hodnoty výrazně mimo toto rozmezí.

Srovnání délek vazeb u jednoduchých uhlovodíků^[4]

Molekula	Ethan	Ethen	Ethyn
Vzoerc	C2H6	C2H4	C2H2
Skupina	alkany	alkeny	alkyny
Struktura
Hybridizace uhlíků	sp3	sp2	sp
délka vazby C-C	153,5 pm	133,9 pm	120,3 pm
Délka vazeb C-C ve srovnání s jednoduchými	100 %	87 %	78 %
Metoda určení struktury	mikrovlnná spektroskopie	mikrovlnná spektroskopie	infračervená spektroskopie

Mimořádné případy

Dlouhé a slabé jednoduché vazby C-C

Bylo objeveno několik případů neobvykle dlouhých vazeb C-C. V Gombergově dimeru má jedna vazba C-C délku 159,7 pm. Právě tato vazba se v roztoku snadno (a vratně) narušuje i za pokojové teploty:^[5]

U hexakis(3,5-di-terc-butylfenyl)ethanu je energie vazby vytvářející stabilizovaný triarylmethylový radikál pouze 30 kJ/mol. V důsledku silného sterického působení je také centrální vazba v této molekule výrazně prodloužená, a to na 167 pm.^[6]

Slabé dvojné vazby C-C

Struktura tetrakis(dimethylamino)ethylenu (TDAE) je značně narušená. Diedrální úhel dvou N₂C konců je 28º, i když délka vazby C=C činí běžných 135 pm. Téměř izostrukturní tetraisopropylethylen má tuto vazbu také 135 pm dlouhou, jeho C₆ jádro je ovšem rovinné.^[7]

Krátké a silné trojné vazby C-C

Opačným extrémem je stav, kdy má jednoduchá vazba uhlík–uhlík v butadiynu nezvykle vysokou energii 670 kJ/mol, protože jednoduchá vazba spojuje dva sp-hybridizované uhlíky.^[8]

Násobné vazby C-C jsou obecně silnější než jednoduché; dvojná vazba v ethenu má disociační energii 730 kJ/mol a u trojné vazby ethynu jde o 960 kJ/mol.^[9]

Velmi krátkou trojnou vazbu (115 pm) pozorovanou u jodoniové sloučeniny [HC≡C–I⁺Ph][CF₃SO₃^–], lze vysvětlit silným odtahováním elektronů jodonovou skupinou.^[10]

Odkazy

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Carbon–carbon bond na anglické Wikipedii.

Související články

• Vazba uhlík–vodík