Δεσμός άνθρακα - υδρογόνου

 

 

\( \require{mhchem} \)

.

Ο δεσμός άνθρακα - υδρογόνου (C-H) είναι ένας ομοιοπολικός χημικός δεσμός τύπου σ μεταξύ ενός ατόμου άνθρακα και ενός ατόμου υδρογόνου, που μπορεί να βρεθεί σε πολλές οργανικές ενώσεις[1]. Το μέσο μήκος δεσμού άνθρακα - υδρογόνου είναι περίπου 109 pm και η (μέση) ενέργεια δεσμού του είναι περίπου 413 kJ/mol (δείτε τον πίνακα παρακάτω). Η ηλεκτραρνητικότητα κατά Pauling του άνθρακα είναι 2,55 και του υδρογόνου 2,20. Επομένως η διαφορά ηλεκτραρνητικότητας των δυο χημικών στοιχείων είναι 2,55 - 2,20 = 0,35 (υπέρ του άνθρακα). Αυτή η διαφορά ηλεκτραρνητικότητας είναι (σχετικά) μικρή και γι' αυτό ο δεσμός άνθρακα - υδρογόνου θεωρείται γενικά μη πολικός[2]. Στο συντακτικό τύπο (συνήθως πολύπλοκων) χημικών ενώσεων, τα άτομα υδρογόνου, και οι δεσμοί των ατόμων άνθρακα προς αυτά, συχνά παραλείπονται και απλώς εννοούνται. Οι υδρογονάνθρακες περιλαμβάνουν πολλές ομόλογες σειρές οργανικών ενώσεων που περιέχουν μόνο δεσμούς άνθρακα - υδρογόνου και δεσμούς άνθρακα - άνθρακα (με εξαίρεση βέβαια το μεθάνιο, που περιέχει μόνο δεσμούς άνθρακα - υδρογόνου). Οι κυριότερες κατηγορίες υδρογονανθράκων είναι τα αλκάνια, τα αλκένια, τα αλκίνια, τα αλκαδιένια και οι αρωματικοί υδρογονάνθρακες.

Αντιδράσεις

Ο δεσμός άνθρακα - υδρογόνου είναι γενικά σχετικά αδρανής. Υπάρχουν όμως αρκετές κατηγορίες χημικών ενώσεων οι οποίες είναι αρκετά όξινες ώστε σε κάποιους από τους δεσμούς C-H τους να είναι δυνατή η απόσπαση πρωτονίου. Ανενεργοί (πάντα σχετικώς) χημικά είναι οι δεσμοί C-H των αλκανίων και των τμημάτων των άλλων κατηγοριών ενώσεων στις οποίες οι δεσμοί C-H δεν βρίσκονται κοντά σε κάποιο ετεροάτομο (οξυγόνου, αζώτου, πυριτίου, κ.τ.λ.). Τέτοιοι δεσμοί συνήθως παίρνουν μέρος μόνο σε αντικατάσταση ελευθέρων ριζών. Ένας άλλου τύπου χημική αντίδραση που περιλαμβάνει δεσμούς C-H ονομάζεται ενεργοποίηση δεσμού άνθρακα - υδρογόνου και καταλύεται από μέταλλα. Υπάρχει επίσης και η παρεμβολή καρβενίων. Η οξείδωση δεσμού άνθρακα - υδρογόνου (γενικά) δεν έχει εκλεκτικότητα. Είναι γνωστά ένζυμα, όμως, που μπορούν να οξειδώνουν εκλεκτικά κάποιους δεσμούς άνθρακα - υδρογόνου και επίσης υπάρχουν και κάποιες άλλες οργανικές χημικές διεργασίες που επίσης μπορούν[3].

Παρόλο που ο δεσμός άνθρακα - υδρογόνου είναι ένας από τους ισχυρότερους που υπάρχουν, το μέγεθος (της ισχύος) τους ποικίλλει κατά πάνω από 30% στις μέτρια σταθερές οργανικές ενώσεις, ακόμη και με την απουσία ετεροατόμων[4]:

Δεσμός	Ρίζα υδροκαρβυλίου	Ενέργεια διάσπασης του δεσμού (kcal/mole)
CH3−H	Μεθύλιο	104
C2H5−H	Αιθύλιο	98
(CH3)2CH−H	Ισοπροπύλιο	95
(CH3)3C−H	Τριτοταγές βουτύλιο	93
CH2=CH−H	Βινύλιο	112
C6H5−H	Φαινύλιο	110
CH2=CHCH2−H	Αλλύλιο	88
C6H5CH2−H	Βενζύλιο	85
OC4H7−H	Τετραϋδροφουρανύλιο	92

Σε περίπτωση που μια ένωση περιέχει συνδυασμό των παραπάνω ομάδων, ο παραπάνω πίνακας επιτρέπει να μπορούμε να προβλέψουμε ποιοι δεσμοί είναι πιθανότερο να αντιδράσουν πρώτοι (ή σε μεγαλύτερο ποσοστό): Αυτοί με τη μικρότερη ενέργεια διάσπασης. Αυτό φαίνεται σε περίπτωση οξείδωσης με σχετικά εκλεκτικά αντιδραστήρια. Για παράδειγμα κατά την επίδραση διοξειδίου του σεληνίου σε προπένιο οξειδώνεται εκλεκτικά το #3 άτομο άνθρακα, με μικρότερη ενέργεια διάσπασης (με βάση τον παραπάνω πίνακα) σε σχέση με τα βινυλικά #1 και #2 άτομα άνθρακα:

\( \mathrm{2CH_2=CHCH_3 + SeO_2 \xrightarrow{} 2CH_2=CHCH_2OH + Se} \)

Ονοματολογία

Η ομάδα C-H ονομάζεται «καρβογόνο» (carbogen).

Εγκυκλοπαίδεια Χημείας

Κόσμος

Αλφαβητικός κατάλογος

Hellenica World - Scientific Library

Από τη ελληνική Βικιπαίδεια http://el.wikipedia.org . Όλα τα κείμενα είναι διαθέσιμα υπό την GNU Free Documentation License