1. 氧，的陰電性(electronegativity)比碳更強，在「碳氧雙鍵C=O」上，氧吸引電子的能力比碳更強大。
2. 雙鍵可分為「π鍵」和「σ鍵」；「σ鍵」的鍵能較強，電子更靠近原子核(較為緊密)，「π鍵」的鍵能較弱，電子位於p軌域，比較沒那麼靠近原子核(較為鬆散)，因此，極化「π鍵」的容易度遠大於極化「σ鍵」。
3. 一個有「碳氧雙鍵C=O」的分子，它有二個共振狀態：如果「π鍵」的電子，被「碳」「氧」共享，就會形成雙鍵，電子不會偏向某一邊；當「π鍵」被極化的時候，p軌域的電子會完全靠向氧原子，雙鍵會消失變成單鍵。(下圖)
4. 「丙酮」共振結構，用「路易斯點狀」標示電子，右邊的那個結構，氧原子的外層價電子殼層完全被滿足，碳原子則沒有。
5. 氧的外層電子殼層如果能填滿8，那就會進入最穩定的狀態。
6. 「丙酮」共振結構，右邊的那個結構的氧，價電子殼層完全被滿足，是因為氧把「π鍵」的電子都據為己有之後，多得2個電子，加上本身已經有的2組孤對電子，氧共有3組孤對電子(共6個)，以及極化「碳-氧」單鍵上的電子，再得2個電子，因此，最後氧得到8個電子，呈現「負極」的特性。
7. 更進一步說，這個結構是比較不共價、比較有陰陽兩極特性的，「碳」原子是「正極」，「氧」原子是「負極」。看起來，右邊那個共振結構比較像特例，對「羰分子群carbonyl group」基本結構的貢獻度低於左邊的共振結構。
8. 但是，不可諱言的，右邊的共振結構，確實對「羰分子群carbonyl group」基本結構有一定影響力，因為當羰分子群被極化的時候，就會使得「碳氧雙鍵C=O」的「碳」「缺電electron-deficient」，而「氧」「充電electron-rich」。
9. 這樣一來，羰分子群的「碳」原子，就是處在準備好被「親核劑nucleophiles」攻擊(吸引對方結合)的狀態，而「氧」原子，就是處在準備好被「親電劑electrophiles」攻擊(吸引對方結合)的狀態。
10. 羰酸carboxylic acid，簡寫「RCO2H」，「R」就是「碳氫分子群」，「C」就是碳，「O」氧，「H」氫。
11. 每個原子的外層電子如果能夠填滿8個空位，就會呈現最穩定的狀態，所有的原子都追求最穩定的狀態。
12. 「氧」的外層電子共有「6個」，只需要再「2個」共價鍵，就可以滿足它外層電子殼層的需求(因為氧的陰電性會從2個共價的原子身上奪走他們的價電子，靠近自己)，因此，一般來說氧不會參與三鍵的鍵結(氧不會和其他原子形成三鍵)。
13. 碳就不一樣了，「碳」的外層電子只有4個，它最多可以擁有「4個」共價鍵，所以，碳可以跟「2個」氧原子鍵結。
14. 把一個「醛aldehyde」分子的「氫」原子，換成「氫氧OH」分子群，就會製造出一種化合物，稱為「羰酸carboxylic acids」。
15. 一個「羰酸carboxylic acids」(RCO2H)的命名方式，在標明碳氫數字的字根之後，增加字尾「-anoic」。例如，「三碳酸」稱為「propanoic丙酸」。
16. 羰酸的「碳」原子，外層電子的混成軌域是「sp2混成軌域」，代表它的電子分布在2個p軌域上，呈現一個平面，因此，當羰酸的「碳」原子和氧以雙鍵鍵結，也就是形成「π鍵」的時候，連帶使得整個碳分子群都處於平面狀態。整個碳分子群結構是三角平面 trigonal planar(意思是，分子骨架就像三角形水晶餃的捏線一樣)。
17. 「羰酸carboxylic acids」除了基本結構之外，另外還有2個共振結構，這2個共振結構裡都有原子是負極的。
18. 其中一個共振結構，碳原子是正極，然而另一個共振結構裡，正極轉移到相鄰(最靠近氫)的氧原子身上；
19. (最靠近氫)氧原子會變成正極，主要是因為原本帶正極的碳原子，吸引了相鄰氧原子的一對(2個)電子靠近自己一些，因此形成「π鍵」(雙鍵的其中一個化學鍵)，失去電子的氧，當然也就變成正極。
20. 「羰酸carboxylic acids」分子群中，最靠近氫的「氧」，本身的陰電性已經讓它很會吸引電子，現在又因為失去電子，變得正極，那就更能吸引電子了；
21. 這使得「氫氧鍵OH」的電子更加朝向「氧」靠近移動，也就是「氫」原子的電子遠離、靠近「氧」的幅度，遠大於它在「醇」的狀態，氧的區域性正極使得碳酸更容易失去質子(失去電子的氫原子)。
22. 羰酸的「去質子化deprotonation」遠比醇的「去質子化deprotonation」容易得多。那也就是說，「羰酸」比「醇」更酸(愈會提供質子的分子比較酸)。
23. 往後的章節會討論，碳酸失去質子之後形成的陰離子，如何透過共振，增加「氫氧基OH」的酸度。
24. 羰酸的化學特性，主要來自於它提供質子的能力(表現得像酸)。基本上，羰酸(pka ~ 5)是比醇(pka~19-19)酸的。
25. 在「羰酸」的碳分子群中的「碳」原子，氧化數是比在「醛」裡面的「碳」高的。
26. 在碳酸裡面的碳分子群中，「碳」與「氧」共形成3個化學鍵，「碳」的氧化數是「+3」，這個氧化數跟「nitrile亞硝酸鹽」一樣；在亞硝酸鹽，「碳」與「氮」是以三鍵互相連接的。(翻譯改寫自Mary Anne Fox, James K. Whitesell的《Organic Chemistry》)
沒有留言:
張貼留言