ドナー-アクセプターメカニズム：例。ドナー-アクセプターメカニズムとは何ですか？

化学結合は、有機または無機化合物の2つ以上の原子（分子）間の結合です。これは、システム内の総エネルギーが減少する条件下で形成されます。

すべての元素が化学結合を形成できますか？

周期表のすべての要素は異なりますコミュニケーションを形成する能力。最も安定していて、結果として化学的に不活性なのは、希（不活性）ガスの原子です。これは、それらが外側の電子殻に2つまたは8つの電子を含んでいるためです。それらは少数の結合を形成します。たとえば、ネオン、ヘリウム、およびアルゴンはどの元素とも化学結合を形成しませんが、キセノン、クリプトン、およびラドンはフッ素および水分子と反応する可能性があります。

他の元素の原子の場合、外側のレベルは完全ではなく、1〜7個の電子を持っているため、シェルの安定性を高めるために、それらは化学結合を形成します。

化学結合の種類

コミュニケーションにはいくつかの種類があります。

1. 共有結合。
2. イオン。
3. メタリック。
4. 水素。

共有結合

このタイプの結合は、社会化または価電子対の重なりの結果としての分子。したがって、共有結合の形成には、交換（a）およびドナー-アクセプター（b）メカニズムがあります。別のケースは配位結合であり、これについては以下で説明します。

共有結合：交換メカニズム

外側のレベルの原子は不対です電子。相互作用するとき、外殻は重なります。外側のレベルに含まれる単一電子の逆平行スピンが対になり、両方の原子に共通の電子対を形成します。この電子対は、実際には共有結合であり、交換メカニズムによって、たとえば水素分子内で形成されます。

共有結合：ドナー-アクセプターメカニズム

このメカニズムは社交にあります外側のレベルにある2つの電子の2つの原子。この場合、原子の1つはドナー（2つの電子を提供）として機能し、もう1つはアクセプター（電子の空軌道を持っている）として機能します。 s-およびp-元素の原子は、アクセプターまたは電子供与体のいずれかです。 D元素原子は、ドナーとアクセプターの両方になることができます。

ドナー-アクセプターメカニズムが何であるかを理解するために、2つの最も単純な例を考えてみましょう-ヒドロニウムカチオンHの形成₃ああ⁺ およびアンモニウムNH₄⁺.

ドナー-アクセプターメカニズムの例は、アンモニウムカチオンです。

概略的には、アンモニウム粒子の形成の反応は次のとおりです。

NH₃+ H⁺= NH₄⁺

N原子の電子は次の順序で分布しています：1s² 2秒² 2p³.

H：1sカチオンの電子構造⁰.

外側のレベルの窒素原子には2つのs-とが含まれています3つのp電子。 3つのp電子は、3つの共有交換型結合である窒素-水素N-Hの形成に関与します。これにより、アンモニア分子NHが形成されます。₃ 共有結合で。外側のレベルの窒素原子Nは電子対sを持っているので、NH₃ 水素カチオンを追加することもできます。アンモニア分子はドナーであり、水素カチオンH⁺ -窒素からそれ自体の自由s軌道へのドナー電子を受け入れるアクセプター。

ドナー-アクセプターメカニズムの例はH3O（ヒドロニウムイオン）です

酸素原子の電子は次の順序で分布しています：1s² 2秒² 2p⁴.

外側のレベルの酸素原子には2つのsがあり、4つのp電子。これに基づいて、2つのH原子からの2つの自由なp電子と2つのs電子がH-O結合の形成に関与します。つまり、H分子内の2つの既存の結合です。₂O-共有結合、交換メカニズムによって形成されます。

水素カチオンの電子構造：1秒⁰.

外側のレベルの酸素原子以来まだ2つの電子（s型）があり、ドナー-アクセプターメカニズムによって共有結合型の3番目の結合を形成できます。アクセプターは自由軌道を持つ原子である可能性があり、この例では粒子Hです。⁺..。 Hの自由s軌道⁺ 酸素原子の2つの電子を占有します。

無機分子間の共有結合の形成のためのドナー-アクセプターメカニズム

共有結合のドナー-アクセプターメカニズム「原子-原子」または「分子-原子」タイプの相互作用だけでなく、分子間で発生する反応でも可能です。速度論的に独立した分子のドナー-アクセプター相互作用の唯一の条件は、エントロピーの減少、言い換えれば、化学構造の順序の増加です。

最初の例を考えてみましょう-アプロチン酸（ルイス酸）NHの形成₃Bf₃..。この無機錯体は、アンモニア分子とフッ化ホウ素の付加反応で形成されます。

NH₃+ BF₃= NH₃Bf₃

ホウ素原子の電子は次の順序で分布しています：1s² 2秒² 2p¹.

原子Bが励起されると、1つのs型電子がpサブレベル（1s² 2秒¹ 2p²）。したがって、励起されたホウ素原子の外側のレベルには2つのs電子と2つのp電子があります。

BF分子で₃ 3つの共有ホウ素-フッ素B-F結合が形成されます交換タイプ（ホウ素原子とフッ素原子はそれぞれ1つの電子を提供します）。ホウ素原子に3つの共有結合が形成された後、遊離のpサブレベルが外側の電子殻に残ります。これにより、フッ化ホウ素分子が電子受容体として機能します。

窒素原子の電子は次の順序で分布しています：1s² 2秒² 2p³.

N原子とH原子からそれぞれ3つの電子が参加します窒素-水素結合の形成。その後、窒素にはまだ2つのs型電子があり、ドナー-アクセプターメカニズムによる結合の形成を提供できます。

三フッ化ホウ素とアンモニアの相互作用の反応では、NH₃ 電子供与体の役割を果たし、BF₃ -アクセプター。一対の窒素電子がフッ化ホウ素の自由軌道を占め、化合物NHが形成されます₃Bf₃.

ドナー-アクセプター結合の形成メカニズムの別の例は、フッ化ベリリウムのポリマーの生成です。

反応は概略的に次のとおりです。

BeF₂+ BeF₂+…+ BeF₂->（BeF₂）_ん

Be原子の電子は次のように配置されます-1s² 2秒²、およびF原子内-1秒² 2秒² 2p⁵.

フッ化ベリリウム分子の2つのベリリウム-フッ素結合は共有交換型です（2つのフッ素原子からの2つのp電子とベリリウム原子のsサブレベルの2つの電子が関与します）。

ベリリウム（Be）原子とフッ素（F）原子のペアの間さらに2つの共有結合がドナー-アクセプターメカニズムによって形成されます。フッ化ベリリウムのポリマーでは、フッ素原子が電子供与体であり、ベリリウム原子が受容体であり、空軌道を持っています。

有機分子間の共有結合の形成のためのドナー-アクセプターメカニズム

接続がによって形成されるとき有機性の分子間の考慮されたメカニズムに、より複雑な化合物が形成されます-複合体。共有結合を持つ有機化合物には、占有軌道（非結合および結合）と空軌道（緩みおよび非結合）の両方が含まれます。複合体のドナー-アクセプター形成の可能性は、結合強度に依存する複合体の安定性の程度によって決定されます。

例を考えてみましょう-相互作用反応塩酸でメチルアミン分子を形成し、塩化メチルアンモニウムを形成します。メチルアミン分子では、すべての結合が共有結合であり、交換メカニズムによって形成されます-2つのH-N結合と1つのN-CH結合₃..。水素とメチルを組み合わせた後グループでは、窒素原子も1対のs型電子を持っています。ドナーとして、自由軌道を持つ水素原子（アクセプター）にこの電子対を提供します。

化学結合を形成しないドナー-アクセプターメカニズム

ドナー-アクセプターのすべての場合ではない相互作用は、電子対の社会化と結合の形成です。一部の有機化合物は、満たされたドナー軌道と空のアクセプター軌道が重なるため、互いに結合する可能性があります。電荷移動が発生します-電子は、互いに非常に近いアクセプターとドナーの間で非局在化されます。電荷移動錯体（CTC）が形成されます。

この相互作用は、piシステムでは一般的です。その軌道は簡単に重なり、電子は簡単に分極されます。メタロセン、不飽和アミノ化合物、TDAE（テトラキス（ジメチルアミノ）エチレン）がドナーとして機能します。アクセプター置換基を持つフラーレンとキノジメタンは、多くの場合アクセプターです。

電荷移動は部分的または完全な場合があります。完全な電荷移動は、分子の光励起時に発生します。これにより、スペクトルで観察できる複合体が形成されます。

電荷移動の完全性に関係なく、複合体は不安定です。このような状態の強度と寿命を延ばすために、ブリッジグループが追加で導入されています。その結果、ドナー-アクセプターシステムは太陽エネルギー変換デバイスでうまく使用されています。

一部の有機分子では、結合ドナー-アクセプターメカニズムは、ドナーグループとアクセプターグループの間の分子内で形成されます。このタイプの相互作用は、アトラン（N-> B、N-> Si結合を持つ有機元素化合物）などに特徴的な経環状効果と呼ばれます。

半極性結合、または結合形成の与格メカニズム

交換とドナー-アクセプターに加えて、3番目のメカニズムは与格です（他の名前は半極性、半極性、または協調通信です）。ドナー原子は、中性原子の空軌道に電子対を提供します。中性原子は、外側のレベルを完了するために2つの電子を必要とします。アクセプターからドナーへの電子密度の一種の遷移があります。この場合、ドナーは正に帯電し（陽イオン）、アクセプターは負に帯電します（陰イオン）。

実際の化学結合は、結合シェル（一方の原子の2つの対の電子が他方の外側の自由軌道の原子と重なっている）および陽イオンと陰イオンの間に発生する静電引力。したがって、共有型とイオン型は半極性結合で結合されます。半極性結合はd元素の特徴であり、さまざまな化合物でアクセプターとドナーの両方の役割を果たすことができます。ほとんどの場合、それは複雑で有機的な物質に見られます。

与格リンクの例

最も簡単な例は塩素分子です。1つのCl原子は、自由なd軌道を持つ別の塩素原子に電子対を提供します。この場合、一方のCl原子は正に帯電し、もう一方は負に帯電し、それらの間に静電引力が発生します。配位結合は長さが長いため、共有結合やドナー-アクセプタータイプに比べて強度は低くなりますが、その存在により塩素分子の強度が高まります。だからCl₂ Fより強い₂ （フッ素原子にはd軌道がなく、フッ素-フッ素結合は共有結合のみです）。

一酸化炭素CO（一酸化炭素）の分子3つのC-O結合によって形成されます。酸素原子と炭素原子は外側に2つの単一電子を持っているため、それらの間に2つの共有結合が形成されます。その後、炭素原子は空軌道を持ち、O原子は外側のレベルに2対の電子を持ちます。したがって、一酸化炭素（II）の分子には、3番目の結合があります。これは、酸素の2つの原子価対電子と炭素の自由軌道によって形成される半極性結合です。

より複雑な例を考えてみましょう-ジメチルエーテル（Н3С-О-СН）の相互作用の例によるこのタイプの結合の形成₃）塩化アルミニウムAlClを使用₃..。ジメチルエーテルの酸素原子は2つでつながっていますメチル基との共有結合。その後、彼はまだpサブレベルにさらに2つの電子を持っており、それをアクセプター原子（アルミニウム）に与えて正の陽イオンになります。この場合、アクセプター原子は負の電荷を獲得します（陰イオンに変わります）。陽イオンと陰イオンは静電的に相互作用します。

ドナー-アクセプター結合値

ドナー-アクセプター結合形成のメカニズムは人間の生活において重要であり、有機性と無機性の両方の化合物に広く見られます。これは、上記の例で確認されています。アンモニウムカチオンを含むアンモニウムアルコールは、日常生活、医療、肥料の工業生産に使用されています。ヒドロニウムイオンは、酸の水への溶解に大きな役割を果たします。一酸化炭素は、産業（肥料、レーザーシステムなど）で使用されており、人体の生理学的システムで非常に重要です。