Mehanizem donor-sprejemnika: primeri. Kaj je mehanizem donator-sprejemnik?

Kemična vez je vez med dvema ali več atomi (molekulami) v organski ali anorganski spojini. Nastane je, ko se zmanjša celotna energija v sistemu.

Vsi elementi lahko tvorijo kemične vezi

Vsi elementi periodičnega sistema imajo drugačno sposobnost oblikovanja vezi. Najstabilnejši in kot taki kemično neaktivni so atomi plemenitih (inertnih) plinov, saj na zunanji elektronski lupini vsebujejo dva ali osem elektronov. Tvorijo manjše število povezav. Na primer, neon, helij in argon ne tvorijo kemičnih vezi z nobenim elementom, ksenon, kripton in radon sta sposobna reagirati z molekulami fluora in vode.

Za atome drugih elementov zunanji nivoji niso popolni in imajo od enega do sedmih elektronov, zato se kemične vezi tvorijo za izboljšanje stabilnosti lupine.

Vrste kemičnih vezi

Obstaja več vrst komunikacij:

1. Covalent.
2. Ionski.
3. Metal.
4. Vodik.

Kovalentna vez

Ta vrsta vezi se tvori med atomi v molekuli kot posledica socializacije ali prekrivanja para valence elektronov. Skladno s tem obstaja mehanizem izmenjave (a) in donor-sprejemnik (b) za tvorbo kovalentne vezi. Poseben primer je dative vez, ki bo obravnavano spodaj.

Kovalentna vez: mehanizem izmenjave

Na atomih na zunanji ravni so neplašeni elektroni. Pri interakciji se zunanje lupine prekrivajo. Antiparallelni spinovi posameznih elektronov, vsebovani na zunanjih nivojih, so parni, da tvorijo elektronski par, ki je skupen obema atomoma. Ta par elektronov v resnici predstavlja kovalentno vez, ki jo tvori izmenjalni mehanizem, na primer v molekula vodika.

Kovalentna vez: mehanizem donor-sprejemnik

Ta mehanizem je sestavljen iz socializacije dveh atomov z dvema atomoma na zunanji ravni elektronov. V tem primeru eden od atomov deluje kot darovalec (dva elektrona), drugi pa akceptor (ima sprostitveno orbitalno mesto za elektrone). Atomi s in p elementov so lahko akceptorji ali elektronski dajalci. Atomi d-elementov so lahko donorji in akceptorji.

Da bi razumeli, kaj je mehanizem donator-akceptor, razmislimo o dveh zelo preprostih primerih - tvorbi hidronskih kationov H₃O⁺ in amonijev NH₄⁺.

Primer mehanizma donor-sprejemnik je amonijev kation

Shematično je reakcija za tvorbo amonijevega delca naslednja:

NH₃+H⁺= NH₄⁺

Elektroni v N atomu porazdelijo po naslednjem vrstnem redu: 1s² 2s² 2p³.

Elektronska struktura kationa H: 1s⁰.

Atoma dušika na zunanji ravni vsebuje dva s in tri p-elektrone. Trije p-elektroni sodelujejo pri nastajanju treh kovalentnih tipov izmenjave dušik-vodikovih vezi N-H. Kot rezultat, molekula amoniaka NH₃ s kovalentno vezno vrsto. Ker ima dušikov atom N na zunanji ravni par elektronov s, molekula NH₃ lahko dodamo tudi kation vodika. Molekula amoniaka je donor in vodikov kation H⁺ - akceptor, ki sprejme donatorske elektrone iz dušika v svoj lasten s-orbital.

Primer donorsko-sprejemnega mehanizma je H3O (hidroksonijev ion)

Elektroni v kisikovem atomu porazdelijo po naslednjem vrstnem redu: 1s² 2s² 2p⁴.

Atoma kisika na zunanji ravni ima dva s in štiri p-elektrone. Iz tega izhajajo dva prosta p-elektrona in dva s-elektrona iz dveh atomov H, ki tvorita H-O vezi. To pomeni, da sta v molekuli H₂O - kovalenten, ki ga tvori izmenjalni mehanizem.

Elektronska struktura vodikovega kationa: 1s⁰.

Ker sta na atomu kisika na zunanji ravni še dva elektrona (s-tipa), lahko tvorita tretjo kovalentno povezavo vzdolž mehanizma donor-sprejemnika. Akceptor je lahko atom, ki ima prosto orbito, v tem primeru je delec H⁺. Prosta s-orbita kationa H⁺ zasedajo dva elektrona kisikovega atoma.

Donor-akceptorski mehanizem za nastanek kovalentne vezi med anorganskimi molekulami

Mehanizem darovalca-akceptorja kovalentne vezi je možen ne le pri atomskem atomu ali molekulskem atomu, ampak tudi pri reakcijah med molekulami. Edini pogoj za donatorsko-akceptorsko interakcijo kinetično neodvisnih molekul je zmanjšanje entropije, z drugimi besedami, povečanje urejenosti kemične strukture.

Razmislite prvi primer - oblikovanje aprotike kislina (kislina Lewis) NH₃BF₃. Ta anorganski kompleks se tvori v adicijski reakciji molekule amoniaka in bornega fluorida.

NH₃+BF₃= NH₃BF₃

Elektroni v atomu borov razdelimo po naslednjem vrstnem redu: 1s² 2s² 2p¹.

Ko je vzburjen atom B, se en s-tip elektrona premakne na p-sublevel (1s² 2s¹ 2p²). Tako na zunanji ravni vzbujanega borovega atoma obstajata dva s- in dva p-elektrona.

V molekuli BF₃ tri kovalentne vezi boronskega fluora B-F so tvorjene iz tipa izmenjave (pri čemer sta vsak bora in atoma fluora opremljena z vsakim elektronom). Po tvorbi treh kovalentnih vezi se prostornina p-podlage ostane na atomu bora na zunanji elektronski lupini, zaradi česar lahko borna fluoridna molekula deluje kot akceptor elektronov.

Elektroni v dušikovem atomu porazdelijo po naslednjem vrstnem redu: 1s² 2s² 2p³.

Trije elektroni iz atomov N in H sodelujejo pri nastanku dušikove vodikove vezi. Po tem dušik še vedno ima dva s-tipa elektronov, ki jih lahko zagotovi, da tvorijo vez z mehanizmom donator-sprejemnik.

Pri reakciji med bor trifluoridom in amoniakom NH₃ igra vlogo elektronskega dajalca in molekule BF₃ - akceptor. Par dušikovih elektronov zaseda prosti orbital bornega fluorida in kemično spojino NH₃BF₃.

Drug primer mehanizma za nastanek donorsko-akceptorske vezi je proizvodnja polimera berilijevega fluorida.

Shematično je reakcija naslednja:

BeF₂+BeF₂+hellip- + BeF₂-> (BeF₂)_n

Elektroni v atomu Be so tako - 1s² 2s², in v F atomu - 1s² 2s² 2p⁵.

Dve vezi berilijevega fluora v molekuli berilijevega fluorida sta kovalentni tipi izmenjav (sodelujeta dva p-elektrona iz dveh atomov fluora in dva elektrona s-podlage aterov berilija).

Med parom atomov berilija (Be) in fluora (F) sta donatorsko-akceptorski mehanizem oblikovana še dve kovalentni vezi. V polimeru berilijevega fluorida je atom fluora elektronski donor, pri čemer je berilijev atom njihov akceptor, ki ima prosto krožnico.

Donor-akceptorski mehanizem za nastanek kovalentne vezi med organskimi molekulami

Ko nastane vez med molekulami organske narave, se oblikujejo kompleksnejši kompleksi kompleksov. V kateri koli organski spojini s kovalentno vezjo so oba (neobvezna in vezavna) in prazna orbitalna (razrahljana in ne vezana) vsebovana. Možnost formiranja kompleksov donor-sprejemnika določi stopnja stabilnosti kompleksa, ki je odvisna od trdnosti vezave.

Poglejmo si primer - reakcijo interakcije molekule metilamina s klorovodikovo kislino s tvorbo klorida metilamonija. V molekuli metilamina so vse kovalentne vezi, ki jih tvori izmenjevalni mehanizem, dve H-N vezi in ena vez N-CH₃. Po spojitvi z vodikom in metilno skupino ima atom dušika par elektronov s-tipa. Kot donator, ta elektronski par dobi atom vodika (akceptor), ki ima prosto orbito.

Donor-sprejemni mehanizem brez nastanka kemične vezi

Vsi primeri donor-akceptorske interakcije ne vključujejo socializacije elektronskega para in nastanka vezi. Nekatere organske spojine lahko kombiniramo med seboj, tako da prekrivamo napolnjeno orbital donorja s prazno orbito akceptorja. Obstaja prenos s polnilom - elektrone se delokalizirajo med akceptorjem in darovalcem, ki se nahajajo zelo blizu drug drugemu. Oblikujemo kompleksne spojine za prenos elektrolize.

Takšna interakcija je značilna za pi-sisteme, katerih orbite se zlahka prekrivajo, elektroni pa so lahko polarizirani. Vloga donatorjev so lahko metaloceni, nenasičene amino spojine, TDAE (tetrakis (dimetilamino) etilen). Acceptors so pogosto fulereni, kinodimetani z akceptorskimi substituenti.

Prenos prenosa je lahko delen ali popoln. Prenos celotne energije med fotoskeletanjem molekule poteka. Oblikujemo kompleks, ki ga opazimo spektralno.

Ne glede na popolnost prenosa dajatev so takšni kompleksi nestabilni. Za povečanje moči in življenjske dobe takšnega stanja je uvedena dodatna premostitvena skupina. Zato se sistemi donor-sprejemnikov uspešno uporabljajo pri napravah za pretvorbo sončne energije.

V nekaterih organskih molekulah se v molekuli med donatorsko in akceptorsko skupino tvori donorsko-akceptorska vez. Ta vrsta interakcije imenujemo transnavalni učinek, značilen, na primer, za atrans (organske spojine z vezmi N-> B, N-> Si).

Semipolarna komunikacija ali Dative mehanizem oblikovanja komunikacij

Poleg izmenjave in donor-sprejemnika obstaja še tretji mehanizem - dative (druga imena - sedempolarna, sempolarna ali koordinacijska povezava). Ator donatorja daje par elektronov prostemu orbitalu nevtralnega atoma, ki potrebuje dva elektrona za dokončanje zunanjega nivoja. Obstaja neke vrste prehod gostote elektronov iz akceptorja v donor. V tem primeru se donor postane pozitivno napolnjen (kation) in akceptor - negativno nabit (anion).

Sama kemična vez se oblikuje zaradi vezne lupine (prekrivanja dveh povezanih elektronov enega od atomov z zunanjo prostim orbitalom drugega) in elektrostatične privlačnosti, ki nastane med kationom in anionom. Tako so kovalentni in ionski tipi povezani v polupolarni povezavi. Za d-elemente je značilna sempolarna vez, ki lahko v različnih spojinah igra vlogo akceptorja in darovalca. V večini primerov se pojavlja v kompleksnih in organskih snoveh.

Primeri dative povezave

Najenostavnejši primer je molekula klora. En Cl atom daje para elektrona drugemu atomu klora, ki ima prosti d-orbital. Istočasno se en atom Cla napolni pozitivno, drugi negativen, med njimi pa nastane elektrostatična privlačnost. Zaradi dolge dolžine ima daktilna vez z manjšo trdnostjo kot kovalentna izmenjava in tip donor-akceptorja, vendar njegova prisotnost poveča moč molekule klora. Zato molekula Cl₂ je močnejša od F₂ (atom fluora nima orbitalov, vez s fluorom-fluorom je samo kovalentna izmenjava).

Molekulo ogljikovega monoksida CO (ogljikov monoksid) tvorijo tri C-O vezi. Ker sta atomi kisika in atomi ogljika na zunanji ravni dva ene elektrona, sta med njimi tvorjeni dve kovalentni izmenjalni vezi. Po tem izpraznjena orbita ostane na ogljikovem atomu in na atomu O - dva para elektronov na zunanji ravni. Zato v molekuli ogljikov monoksid (II) je tretja povezava - sedempolarna, nastala zaradi dveh valenčnih parnih elektronov kisika in proste orbitalne ogljika.

Razmislimo o bolj zapletenem primeru - tvorbi dane vrste vezi na primer interakcije dimetil etra (H3C-O-CH₃) z aluminijevim kloridom AlCl₃. Atomi kisika v dimetiletru so povezani z dvema kovalentnima vezema z metilnimi skupinami. Po tem ima še vedno dva elektrona na p-podlogi, ki jih da akumulatorju (aluminij) in postane pozitiven kation. V tem primeru atom akceptorja dobi negativno energijo (se spremeni v anion). Kation in anion interakcijo med seboj elektrostatično.

Pomembnost donatorsko-akceptorske vezi

Mehanizem nastanka donorsko-akceptorske vezi je zelo pomemben v človeškem življenju in se široko porazdeli v kemijske spojine organske in anorganske narave, kar potrjujejo zgornji primeri. Amonijev alkohol, ki vsebuje amonijev kation, se uspešno uporablja v vsakdanjem življenju, medicini in industrijski proizvodnji gnojil. Hidrokkonijev ion ima pomembno vlogo pri raztapljanju kislin v vodi. Ogljikov monoksid se uporablja v industriji (na primer pri proizvodnji gnojil, laserskih sistemov) in je zelo pomemben v fizioloških sistemih človeškega telesa.