碳-氮键是碳原子和氮原子之间形成的共价键,它也是有机化学生物化学中最常见的化学键之一。[1]

氮原子有五个价电子,在通常的胺中的化合价为3,剩下的两个电子形成一对孤对电子。通过那对电子,氮可以与氢形成配位键使自身的配位数达到4,并形成带有一个正电荷的盐。许多氮化合物因此具有碱性,但强弱取决于结构:酰胺中的氮原子不具碱性,这是由于其孤对电子离域而与羰基形成共轭效应(类似于羰基的烯醇式),使得N-C键具有部分双键的性质。在吡咯中孤对电子成为6电子芳香共轭体系的一部分因而其氮原子也不具碱性。

碳-碳键类似,碳氮之间也可以形成稳定的双键,例如亚胺,而中还存在三键键长随着键级的增加而缩短,从胺的147.9pm到C-N= 化合物(例如硝基甲烷)的147.5 pm,吡啶中的部分双键长度为135.2pm,到腈中三键的长度为115.8 pm[2]

CN键是具有强烈极性的共价键(碳和氮电负性分别是2.55和3.04),导致分子偶极矩较高:氰胺为4.27D重氮甲烷为1.5 D,叠氮甲烷为2.17,吡啶为2.19。因为这个原因许多含有CN键的化合物可溶于水。

含氮官能团

化学分类 键级 结构简式 结构式 例子 C–N键平均键长(Å)[3]
1 R2C-NH2    
甲胺
1.469 (胺)
1.499 (铵盐)
氮杂环丙烷 1 CH2NHCH2    
丝裂霉素C
1.472
叠氮化合物 1 R2C-N3    
叠氮苯
苯胺 1 Ph-NH2    
氨基苯甲醚
1.355 (sp2 N)
1.395 (sp3 N)
1.465 (铵盐)
吡咯 1    
卟啉
1.372
酰胺 1.2 R-CO-NR2    
乙酰胺
1.325 (一级)
1.334 (二级)
1.346 (三级)
吡啶 1.5 pyr    
烟酰胺
1.337
亚胺 2 R2C=NR    
1,5-二氮杂二环[4.3.0]壬-5-烯
1.279 (C=N bond)
1.465 (C–N bond)
3 R-CN    
苯甲腈
1.136
异腈 3 R-NC    
对甲苯磺酰甲基异腈(TOSMIC)

参见

参考资料

  1. ^ Organic Chemistry John McMurry 2nd Ed.
  2. ^ CRC Handbook of Chemistry and Physics 65Th Ed.
  3. ^ F. H. Allen, O. Kennard, D. G. Watson, L. Brammer, A. G. Orpen. Tables of bond Lengths determined by X-Ray and Neutron Diffraction. Part 1. Bond Lengths in Organic Compounds. J. Chem. Soc. Perkin Trans. II 1987, S1-S19.