Донорно-акцепторный механизм

Донорно-акцепторный механизм – образование ковалентной связи за счёт двухэлектронного облака одного атома(донор) и свободной орбитали другого(акцептор).

Примерами образования химической связи по донорно-акцепторному механизму являются:

а) реакция аммиака с ионом водорода:

H⁺ + ׃NH₃ = NH₄⁺

Роль акцептора электронной пары играет пустая орбиталь иона водорода. В ионе аммония NH₄⁺ атом азота четырехвалентен.

б) такая связь образуется между атомом азота в молекуле метиламина CH₃NH₂ и протоном H⁺ кислоты HCl:

Атом азота отдает свою электронную пару на образование связи и выступает в роли донора, а протон предоставляет вакантную орбиталь, играя роль акцептора. Атом-донор при этом приобретает положительный заряд.

в) реакция валентно насыщенных соединений аммиака и трифторида бора:

F₃B + ׃NH₃ = F₃B׃NH₃

акцептор донор1

В молекуле аммиака заселены все четыре орбитали азота, из них три – по обменному механизму электронами азота и водорода, а одна содержит электронную пару, оба электрона которой принадлежат азоту. Такая электронная пара называется неподеленной электронной парой. Образование соединения H₃N · BF₃ происходит за счет того, что неподеленная электронная пара аммиака занимает вакантную орбиталь фторида бора. При этом уменьшается потенциальная энергия системы и выделяется эквивалентное количество энергии.

В соединении H₃N · BF₃ азот и бор – четырехвалентны. Атом азота повышает свою валентность от 3 до 4 в результате использования неподеленной электронной пары для образования дополнительной химической связи. Атом бора повышает валентность за счет наличия у него свободной орбитали на валентном электронном уровне. Таким образом, валентность элементов определяется не только числом неспаренных электронов, но и наличием неподеленных электронных пар и свободных орбиталей на валентном электронном уровне.

Донорно-акцeпторная связь отличается только способом образования; по свойствам она одинакова с остальными ковалентными связями.

Сeмипoлярная связь является разновидностью донорно-акцепторной связи. Образование этой связи происходит при взаимодействии атома-донора пары электронов и атома-акцептора, не имеющих формальных зарядов. При этом на атоме-доноре возникает положительный заряд, а на атоме-акцепторе, предоставившем вакантную орбиталь, – отрицательный.

Например:

Атом кислорода в молекуле диметилового эфира (CH₃)₂O отдает свою неподеленную пару электронов для образования связи с атомом алюминия, имеющим во внешнем слое только 6 электронов и готовым его дополнить до 8 в соответствии с правилом октета). В результате на атоме кислорода появляется положительный заряд, а на атоме алюминия – отрицательный. Противоположные по знаку заряды на ковалентно-связанных атомах вызывают их дополнительное электростатическое притяжение (ионную связь).

Сочетание ковалентной и ионной связей называют сeмиполярной связью.

К семиполярным связям относится также связь азот-кислород в нитрогруппе NO₂, входящей в состав азотной кислоты HO–NO₂, ее солей и эфиров, а также нитросоединений R–NO₂:

В приведенных формулах нитросоединения связи азота с кислородом неравноценны. Однако, как показывают результаты физических исследований, эти связи энергетически совершенно одинаковы. Следовательно, электронная пара, обусловливающая отрицательный заряд, не сосредоточена целиком на каком-либо одном кислородном атоме, а несколько смещена к азоту при одновременном смещении от азота ко второму кислородному атому подвижной π-электронной пары двойной связи. В результате выравнивания электронной плотности в нитрогруппе формальный отрицательный заряд (-1) распределяется поровну (-1/2) между обоими атоми кислорода:

В плоском треугольном ионе (NO₃)^- делокализованные π-связи равномерно распределяются между всеми атомами кислорода. Точно также делокализованные π-связи равномерно распределяются между всеми атомами кислорода в соединениях (BO₃)^3- ,(CO₃)^2-,SO₃ , в BF₃ – между всеми атомами фтора,в анионах (PO₄)^3- и (SO₄)^2- , имеющих тетраэдрическое строение делокализованные связи равномерно распределяются между всеми атомами кислорода

( рис.2 )

Рис.2Структурные формулы некоторых с соединений с учётом делокализации π-связи.