Ahli kimia mempertimbangkan kembali alasan panjang ikatan C–H dan C–C | Penelitian

Ahli kimia mempertimbangkan kembali alasan panjang ikatan C–H dan C–C |  Penelitian post thumbnail image

Permainan hari ini Keluaran SGP 2020 – 2021.

Kemacetan sterik, daripada interaksi orbital, adalah kekuatan pendorong di balik mengapa ikatan C-C dan C-H berkontraksi karena jumlah substituen yang mengelilingi pusat karbon berkurang, penelitian baru menunjukkan.1

Ini adalah fenomena yang terkenal bahwa ikatan C–C dan C–H berkurang panjangnya karena pusat karbon berubah dari sp3 untuk sp2 untuk sp hibridisasi. Secara historis perbedaan ini telah dijelaskan dengan meningkatnya jumlah karakter s yang ada dalam orbital hibrida yang membentuk ikatan. Karena orbital s lebih berkontraksi daripada orbital p, panjang ikatan yang lebih pendek diperlukan untuk tumpang tindih orbital yang optimal.

Sekarang, tim peneliti dari Belanda telah menggunakan teori orbital molekul Kohn-Sham untuk menyarankan bahwa penurunan panjang ikatan sebenarnya adalah hasil dari tolakan sterik yang berkurang ketika ada lebih sedikit substituen di sekitar pusat karbon.

Untuk mengevaluasi teori mereka, tim melakukan perhitungan DFT pada serangkaian hidrokarbon jenuh dan tak jenuh. Perhitungan mereka menegaskan bahwa interaksi antara orbital molekul yang ditempati secara tunggal menunjukkan panjang ikatan yang lebih pendek diperlukan untuk mencapai tumpang tindih orbital maksimum. Namun, tim mengidentifikasi dua kontradiksi penting pada teori hibridisasi: panjang ikatan interaksi C-C dan C-H berbeda secara signifikan dengan jarak di mana tumpang tindih orbital maksimum tercapai; dan bahwa ketika hibridisasi berubah, variasi panjang ikatan C–C dan C–H secara substansial lebih kecil daripada variasi jarak tumpang tindih orbital maksimum. Oleh karena itu mereka harus menyimpulkan bahwa sesuatu selain interaksi orbital mempengaruhi panjang ikatan.

‘Menariknya, kami memang menemukan bahwa, misalnya, ikatan C-H tumpang tindih mencapai optimal pada jarak ikatan yang lebih pendek sepanjang seri etana, etena, etena,’ kata Matthias Bickelhaupt dari VU University Amsterdam, yang memimpin penelitian. ‘Namun, itu terjadi pada jarak yang sangat pendek, sekitar 0,7 hingga 0,8Å, jauh di bawah jarak keseimbangan sebenarnya sekitar 1,1Å. Analisis ikatan kuantitatif kami mengungkapkan bahwa sterik [Pauli] tolakan dengan orbital kulit tertutup pada fragmen karbon merupakan faktor dominan, yang mendorong jarak kesetimbangan C–H ke nilai biasa, dan secara signifikan lebih lama.’

Gagasan bahwa tolakan Pauli dapat menyebabkan perubahan panjang ikatan C–C dan C–H bukanlah gagasan baru. Lawrence Bartell mengusulkan konsep serupa pada 1960-an yang ia sebut sebagai konsekuensi dari interaksi tidak terikat,2 tetapi teori tersebut belum pernah dibuktikan secara kuantitatif sebelumnya.

‘Saya pikir kemajuan yang paling penting adalah pengembangan model orbital molekul kuantitatif yang sehat secara fisik yang tidak hanya mereproduksi tren yang dapat diamati tetapi juga mencakup semua mekanisme penyebab mendasar yang relevan dan mengukur kepentingannya,’ kata Bickelhaupt. ‘Saya hanya bisa berspekulasi mengapa proposal Bartell dari waktu ke waktu tidak diperhatikan dalam buku teks kami, meskipun faktor sterik dipanggil pada banyak kesempatan lain. Tetapi alasannya mungkin karena proposal Bartell didasarkan pada asumsi model bola lunak, menggunakan potensi model, yang asal-usulnya tidak diklarifikasi secara tegas, meskipun sangat masuk akal. Model hibridisasi, di sisi lain, memang memberikan mekanisme kausal yang menarik yang secara langsung dan bahkan langsung berakar pada struktur elektronik orbital.’

Sementara penelitian ini mengkonfirmasi gagasan bahwa hibridisasi mendorong panjang ikatan yang lebih pendek, gagasan bahwa itu bukan faktor dominan akan mengguncang bagaimana panjang ikatan saat ini diajarkan.

‘Apa yang kami coba lakukan sebagai instruktur adalah memberi siswa model mental yang berguna yang dapat mereka terapkan untuk masalah luas dalam struktur dan ikatan, dan model hibridisasi berguna,’ kata James Ashenhurst, pendiri MasterOrganicChemistry.com, sumber pendidikan online untuk ahli kimia. ‘Makalah ini memberikan contoh model lain untuk diterapkan pada ikatan yang pada akhirnya dapat membuktikan lebih akurat bahwa siswa tingkat lanjut akan disarankan untuk melihat ke dalam.’

Ashenhurst tidak yakin bahwa temuan ini akan memiliki banyak dampak pada wacana umum dalam masyarakat, namun. ‘Mengingat sifat intuitif model hibridisasi dan prevalensinya dalam pendidikan pengantar kimia organik, saya pikir makalah ini akan mengubah arah pedagogi kimia organik pengantar tidak lebih dari kerikil yang dilemparkan ke lambung kapal supertanker yang bergerak.’

Pengakuan

Terima kasih kepada István Hargittai, profesor emeritus di Universitas Teknologi dan Ekonomi Budapest di Hongaria, atas bimbingannya pada karya Lawrence Bartell.

Related Post