결합 길이

3. 탄소와 다른 원소 간의 결합 길이

탄소는 주기율표 상에서 다양한 원소와 결합을 형성하며, 결합 길이는 결합하는 원소의 종류에 따라 달라진다. ^[1]

3. 1. 주기율표 경향성

3. 2. 탄소-원소 결합 길이 (표)

4. 유기 화합물에서의 결합 길이

탄소-탄소(C-C) 결합 길이는 다이아몬드에서 154pm이며, 이는 일반적인 탄소-탄소 단일 결합의 평균 길이로 간주된다. 그러나 이는 일반적인 탄소 공유 결합 중 가장 긴 결합 길이이기도 하다. 길이의 원자 단위(보어 반지름)는 52.9177pm이므로, C-C 결합 길이는 2.91 원자 단위 또는 약 3 보어 반지름이다.

분자의 두 원자 사이의 결합 길이는 원자뿐만 아니라 궤도 혼성화와 입체 치환기의 전자적, 입체적 특성과 같은 요인에도 의존한다. 프로피오니트릴의 시아노기처럼 전자를 빼앗는 그룹은 결합 길이를 감소시킬 수 있다. 또한 인-메틸사이클로판과 같이 변형을 가하여 C-C 결합을 압축하는 것도 가능하다.

일반적인 결합 길이와 다르게, 비정상적으로 길거나 짧은 결합 길이를 가진 화합물도 존재한다. 예를 들어, 트리사이클로부타벤젠은 160pm, 특정 사이클로부타벤젠 유도체는 174pm의 긴 결합 길이를 갖는다. 반면, 헥사페닐에탄 유도체는 186.2pm, 테트라시아노에틸렌 이온의 이합체는 최대 290pm, 페날렌 이합체는 최대 305pm의 매우 긴 결합 길이를 갖는다고 보고되었다.

4. 1. 혼성화 효과

알켄과 알킨의 결합 길이는 각각 133pm와 120pm인데, 이는 s-성격(s-character)이 증가했기 때문이다.^[9] 벤젠의 모든 결합은 139pm로 동일하다.^[9] 탄소-탄소 단일 결합에서 s-성격이 증가한 예로는 다이아세틸렌의 중심 결합(137pm)과 특정 테트라헤드란 이합체의 중심 결합(144pm)이 있다.^[9]

4. 2. 치환기 효과

4. 3. 입체 효과

4. 4. 비정상적인 결합 길이

• 트리사이클로부타벤젠: 160pm의 결합 길이를 갖는 것으로 보고되었다.^[3]
• 사이클로부타벤젠 유도체: X선 결정학을 통해 측정된 가장 긴 결합 길이는 174pm이다.^[3] 이 화합물에서 사이클로부탄 고리는 벤젠 고리에 연결된 탄소 원자에 90°의 각도를 강요한다.

• 헥사페닐에탄 유도체: 186.2pm의 매우 긴 C-C 결합 길이를 가진다.^[2]

• 테트라시아노에틸렌 이온의 이합체: 최대 290pm의 매우 긴 C-C 결합 길이를 갖는 것으로 주장되지만, 이는 2-전자-4-중심 결합과 관련이 있다.^[4][5]
• 페날렌 이합체: "팬케이크 결합"이라 불리는 최대 305pm의 결합 길이를 갖는다.^[6]

• 인-메틸사이클로판: 트립티센과 페닐기 사이에 압착된 메틸 그룹에 대해 147pm의 매우 짧은 결합 거리를 갖는다.
• 풀러렌에 갇힌 네오펜탄: 136pm의 결합 거리가 추정되었다.^[7]
• 가상 테트라헤드란 유도체: 이론적으로 131pm의 가장 작은 C-C 단일 결합 길이를 갖는다.^[8]
• 프로피오니트릴: 시아노기가 전자를 빼앗아 결합 길이가 144pm로 감소한다.
• 다이아세틸렌: 중심 결합이 137pm이다.
• 특정 테트라헤드란 이합체: 144pm이다.

참조

_[1] 서적 Handbook of Chemistry & Physics CRC Press 1984-06-27
_[2] 논문 Naphthocyclobutenes and Benzodicyclobutadienes: Synthesis in the Solid State and Anomalies in the Bond Lengths https://www.cell.com[...] 2018-04
_[3] 논문 Naphthocyclobutenes and Benzodicyclobutadienes: Synthesis in the Solid State and Anomalies in the Bond Lengths http://www3.intersci[...] 2000-04
_[4] 논문 Exceptionally Long (2.9 Å) C–C Bonds between [TCNE]⁻ Ions: Two-Electron, Four-Center π^*–π^* C–C Bonding in π-[TCNE]₂²⁻ http://www3.intersci[...] 2001-07-02
_[5] 논문 Stable (Long-Bonded) Dimers via the Quantitative Self-Association of Different Cationic, Anionic, and Uncharged -Radicals: Structures, Energetics, and Optical Transitions
_[6] 논문 Aromaticity on the Pancake-Bonded Dimer of Neutral Phenalenyl Radical as Studied by MS and NMR Spectroscopies and NICS Analysis
_[7] 논문 Squeezing C–C Bonds
_[8] 논문 Shorter Still: Compresing C–C Single Bonds
_[9] 서적 Organische Chemie: Grundlagen, Mechanismen, Bioorganische Anwendungen Springer
_[10] 서적 Handbook of Chemistry & Physics CRC Press
_[11] 논문 Naphthocyclobutenes and Benzodicyclobutadienes: Synthesis in the Solid State and Anomalies in the Bond Lengths http://www3.intersci[...] 2000-04
_[12] 논문 Exceptionally Long (2.9 Å) C-C Bonds between [TCNE]- Ions: Two-Electron, Four-Center *-* C-C Bonding in -[TCNE]22- http://www3.intersci[...] 2001-07-02
_[13] 논문 Stable (Long-Bonded) Dimers via the Quantitative Self-Association of Different Cationic, Anionic, and Uncharged -Radicals: Structures, Energetics, and Optical Transitions
_[14] 논문 Aromaticity on the Pancake-Bonded Dimer of Neutral Phenalenyl Radical as Studied by MS and NMR Spectroscopies and NICS Analysis
_[15] 논문 Squeezing CC Bonds
_[16] 논문 Shorter Still: Compresing C-C Single Bonds
_[17] 서적 Organische Chemie: Grundlagen, Mechanismen, Bioorganische Anwendungen Springer
_[18] 강연 Prof Chao-Jun Li, Ph.D. in lecture 2009-03