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有機化學的基礎64(上) 化學鍵解離能
2009/04/29 18:41
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1.      醇分子的「碳氧鍵C-O」和「氧氫鍵O-H」,原則上,既可以「均勻斷裂」,也可以「不均勻斷裂」。為什麼會這樣?這牽涉到分子結構因素。

2.      判斷「均勻斷裂」容易度的主要標準是「鍵解離能bond-dissociation energy」。

3.      上表所列的鍵解離能,是指要均勻打斷某個分子的化學鍵,所需耗費的能量()(所需耗費的能量越低,就越容易打斷。)

注:有機化學的基礎63(),所說鍵解離能,與本章有些不同,因為有機化學的基礎63()所列舉的是同類型分子的各種鍵解離能的平均數,本章舉的例子是每個種類個別測量的鍵解離能。)

4.      隨著每個原子的取代基(X代表)不同,鍵解離能也跟著不同。同樣是要打斷「碳氫鍵C-H」,需要耗費的能量也隨分子的不同而不同;

5.      CH4CH3CH3(CH3)2CH2(CH3)3CH的鍵解離能,是依序逐漸減少的;因為,這四個分子的均勻斷裂,都製造出一個相同產物:「氫自由基the hydrogen radical」,這個共同點一定不是造成鍵解離能不同的原因;

6.      造成CH4CH3CH3(CH3)2CH2(CH3)3CH鍵解離能逐漸減少原因,應該是碳自由基carbon radical穩定度的改變,或者「碳氫鍵C-H」在基態()的鍵能強度,也可能是以上二個因素造成的。

注:基態,指原子的電子在最低能量軌道,最穩定的狀態;「碳氫鍵C-H」的基態,是指這個化學鍵最穩定的狀態。

7.      對於比較沒有極性的化學鍵,像是「碳氫鍵C-H」和「碳碳鍵C-C」,自由基穩定度的能量大小,對鍵解離能大小,有決定性影響。

8.      自由基穩定度Radical stability的大小,依序是三級tertiary>二級secondary>一級primary,這會影響均勻斷裂的容易度。

注:三級,指分子的「中心碳原子」與「3個碳取代基」鍵結;二級,指分子「中心碳原子」與「2個碳取代基」鍵結;一級,指分子「中心碳原子」與「1個碳取代基」鍵結。

9.      對於比較有極性的化學鍵,情況就不一樣了。「碳C」與陰電性較強的原子(例如「氧O」和鹵素)鍵結,鍵解離能不會因為取代基的多寡而不同。

10.  讓醇類的「碳氧鍵C-O」,跟烷類的「碳氫鍵C-H」,一樣均勻斷裂,結果產生一級醇、二級醇、三級醇的「碳自由基」;雖然碳氧之間的鍵能,隨著取代基增加而增加,可是,自由基穩定度卻抵銷掉了這個影響,使得一級醇到三級醇的鍵解離能都差不多。

11.  所以,C-X(X代表各種原子)化學鍵的鍵解離能大小,不完全隨著取代基多寡來起伏;我們必須依據打斷分子化學鍵的反應過程中,產生多少焓變化來決定。(翻譯改寫自Mary Anne Fox, James K. Whitesell的《Organic Chemistry)


心得感想:

1.      Mary Anne Fox, James K. Whitesell第一段說,醇分子的「碳氧鍵C-O」和「氧氫鍵O-H」,原則上,既可以「均勻斷裂」,也可以「不均勻斷裂」。

2.      「碳氧鍵C-O」和「氧氫鍵O-H」都是極性共價鍵,人們一般的刻板印象是:極性共價鍵的電子分不不均勻,所以,斷裂的時候,電子分布往往不均。作者首先打破極性共價鍵一定是「不均勻斷裂」的刻板印象、錯誤框架。

3.      如果這個錯誤的框架沒有打破,接下來的一切討論,學習者都會誤解,連「均勻斷裂」的鍵解離能表,也會錯看成「不均勻斷裂」的鍵解離能表。

4.      判斷「均勻斷裂」容易度的主要標準是「鍵解離能bond-dissociation energy」。鍵解離能低,代表可以花比較少的力氣均勻地打斷化學鍵。

 

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