Читать книгу Organische Chemie - Neil E. Schore - Страница 14

Berücksichtigen Sie die Regeln für die Valenzschalen–Elektronenpaar-Abstoßung (VSEPR). Zu Beginn können Sie die Geometrie der Elektronengruppe und hierüber die Hybridisierung bestimmen. Die Molekülgeometrie erkennen Sie schließlich anhand der Atomanordnung, die dieser Hybridisierung entspricht. Beachten Sie, dass Doppel- und Dreifachbindungen als einfache Elektronengruppen zählen. Ein freies Elektronenpaar, das in der einen Resonanzformel vorhanden ist, in einer anderen aber Teil einer Mehrfachbindung wird, muss sich demzufolge in einem p-Orbital befinden; hinsichtlich Hybridisierung oder geometrischer Anordnung zählt es nicht als Elektronengruppe.

Kurzer Hinweis: Eine einfache Methode, die Hybridisierung und damit die Geometrie um ein Atom zu bestimmen, besteht darin, die Resonanzformel zu verwenden, in der das betreffende Atom die höchste Bindungsordnung hat (dreifach → doppel → einfach). Achten Sie aber darauf, das Oktett um ein Atom der zweiten Reihe nicht zu überschreiten!

1 (a) Das Kohlenstoffatom hat in der ersten Resonanzformel eine Dreifachbindung und muss sp-hybridisiert sein. Es hat lineare Anordnung.

2 (b) Alle drei inneren Atome haben in mindestens einer Resonanzformel eine Doppelbindung und müssen sp2-hybridisiert sein. Die Kohlenstoffatome sind trigonal-planar, die Geometrie am Stickstoffatom ist gewinkelt mit einem freien Elektronenpaar in einem sp2-Orbital.

3 (c) Sowohl das C- als auch das N-Atom ist in mindestens einer Resonanzform doppelt gebunden und muss daher sp2-hybridisiert sein. Beide sind trigonal planar. Anmerkung: Vermeiden Sie einen häufigen Fehler, der darin besteht, das Stickstoffatom in den ersten beiden Resonanzformeln als an drei andere Atome gebunden und mit einem freien Elektronenpaar zu betrachten und anzunehmen, es sei sp3-hybridisiert wie in Ammoniak, NH3. Diese Schlussfolgerung ist falsch! Wie die dritte Resonanzformel zeigt, muss sich das freie Elektronenpaar in einem p-Orbital befinden, um zu einer C=N-Doppelbindung delokalisieren zu können.

4 (d) Das mittlere Sauerstoffatom ist in den beiden ersten Resonanzformeln doppelt gebunden. Es ist sp2-hybridisiert mit einem freien Elektronenpaar und hat gewinkelte Anordnung.

5 (e) Alle drei Kohlenstoffatome haben in einer oder beiden Resonanzformen eine Doppelbindung. Alle sind sp2-hybridisiert und trigonal-planar.

6 (f) ClO2– ist das Chlorit-Ion; sein mittleres Atom, Cl, ist ein Element der dritten Reihe im Periodensystem und kann daher Oktett-Erweiterung aufweisen. Alle drei Resonanzformeln zeigen vier Elektronengruppen, was an eine tetraedrische Anordnung der Elektronengruppen mit sp2-Hybridisierung denken lässt. Tatsächlich ist eigentliche Geometrie gewinkelt, wobei der Bindungswinkel von 111° dem idealen Tetraederwinkel recht nahe kommt. Aus Aufgabe 1.31 wissen wir jedoch, dass die Bindungslängen für eine Beschaffenheit zwischen Einzel- und Doppelbindung sprechen. Für die erweiterten Oktetts in den beiden Resonanzformeln mit Doppelbindungen scheint die Beteiligung eines d-Orbitals am Cl-Atom erforderlich zu sein.Fazit: Es ist bekannt, dass Elemente ab der dritten Periode nicht immer “die Regeln einhalten”. Diese Atome sind größer, sie bilden längere Bindungen, und die Hybridisierungen, die zur Unterbringung der erweiterten Oktetts genutzt werden, sind bei Beteiligung freier Elektronenpaare nicht immer eindeutig, selbst wenn die geometrische Anordnung mit den Erwartungen der VSEPR übereinzustimmen scheint.

7 (g) Alle drei Nichtwasserstoffatome haben zumindest einmal eine Doppelbindung, daher sind alle sp2-hybridisiert. C und N sind trigonal-planar, am O ist die Anordnung gewinkelt mit einem freien Elektronenpaar in einem sp2-Orbital.

8 (h) Das links stehende Kohlenstoffatom hat vier Einfachbindungen, es ist sp2-hybrdisiert und tetraedrisch. Das mittlere C- und das N-Atom sind in der mittleren Struktur dreifach gebunden und demzufolge sp-hybridisiert und linear.