Sprzężone wiązania wielokrotne

W chemii układ sprzężony jest układem połączonych p-orbitali z delokalizowanymi elektronami. Układy sprzężone są tworzone przez kilka wielokrotnych wiązań, z których każde jest oddzielone pojedynczym wiązaniem. Ogólnie rzecz biorąc, układy koniugowane mogą obniżać ogólną energię cząsteczki i zwiększać jej stabilność. Mogą one zawierać samotne pary, rodniki lub jony karbenu. Związek może być cykliczny, acykliczny, liniowy lub mieszany. W większości przypadków atomy w cząsteczce są trzymane razem przez pojedyncze wiązania (gdzie orbity z sąsiednich atomów nakładają się na siebie). Cząsteczki, które mają sprzężony układ, mają unikalne właściwości, różniące się od zwykłych związków tworzonych przez udział elektronów przeniesionych pomiędzy wieloma atomami.

Koniugacja jest nakładaniem się na siebie jednego p-orbitalu i drugiego w poprzek wiązania sigma (lub pojedynczego wiązania), które znajduje się pomiędzy nimi. (D-orbity większych atomów mogą również przyczyniać się do powstania układu sprzężonego).

System sprzężony ma region nakładających się na siebie p-orbity, pomijając pojedyncze wiązania, które są pomiędzy nimi. Pozwalają one na przeniesienie elektronów pi na wszystkie przylegające do siebie wyrównane p-orbity. Elektrony pi nie należą do pojedynczego wiązania lub atomu, ale do grupy atomów.

Największe sprzężone układy (o największej liczbie elektronów wspólnych) znajdują się w graficie, polimerach przewodzących i nanorurkach węglowych.

Mechanizm

Różne rodzaje struktur molekularnych mogą prowadzić do koniugacji. Do koniugacji, wszystkie sąsiadujące atomy w łańcuchu muszą mieć dostępny p-orbital. W wielu przypadkach, systemy koniugowane są serią pojedynczych wiązań, po których następuje wiązanie podwójne. Istnieją też inne systemy. Na przykład, furan (patrz rysunek) to pięciopamiętny pierścień z dwoma naprzemiennymi wiązaniami podwójnymi i tlenem w pozycji 1. Tlen w furanie ma dwie samotne pary, z których jedna wypełnia p-orbital w tej pozycji. Samotna para elektronów umożliwia koniugację na pięcioramiennym pierścieniu. Obecność azotu w pierścieniu może być źródłem pi orbitalnych potrzebnych do koniugacji. Ponadto, orbity pi potrzebne do koniugacji mogą pochodzić z podstawnikowych grup α do pierścienia takich jak: grupa karbonylowa (C=O), grupa iminowa (C=N), grupa winylowa (C=C), czy anion.

Chromofory

Systemy koniugowane to główne rzeczy, które tworzą chromofory. Chromofory są pochłaniającymi światło częściami cząsteczki, które mogą powodować, że dany związek ma widoczny kolor. Chromofory są często obecne w różnych związkach organicznych, a czasami w polimerach, które są zabarwione lub świecą się w ciemności. Chromofory często składają się z serii sprzężonych wiązań i/lub układów pierścieniowych, które mogą zawierać wiązania C-C, C=C, C=O, lub N=N. Wiele razy, chromofory mają aromatyczne pierścienie.

Koniugacja z różnymi rodzajami grup darczyńców p-orbitalnych


Struktura chemiczna beta-karotenu. Jedenaście sprzężonych podwójnych wiązań tworzących chromofor cząsteczki jest zaznaczonych na czerwono.

Pytania i odpowiedzi

P: Co to jest układ sprzężony w chemii?

P: Jak powstają układy sprzężone?

P: Jakie rzeczy można znaleźć w układzie sprzężonym?

P: Czy związek z układem sprzężonym może być cykliczny?

P: Jakie są wyjątkowe właściwości cząsteczek z układem sprzężonym?

P: Na czym polega nakładanie się na siebie w przypadku koniugacji?

P: Gdzie znajdują się największe układy sprzężone?

Szukaj według litery