WikiDer > Инверсия азота

Nitrogen inversion
Инверсия азота в аммиаке
Амин R-N.svg ⇌ Амин N-R.svg
Инверсия амина. C3 ось амина представлена ​​горизонтальной, а пара точек представляет неподеленную пару атома азота, коллинеарную этой оси. Можно представить себе зеркальную плоскость, связывающую две молекулы амина по обе стороны от стрелок. Если все три группы R, присоединенные к азоту, уникальны, то амин является хиральным; можно ли его изолировать, зависит от свободная энергия требуется для инверсии молекулы.

В химия, азотная инверсия (также инверсия зонта)[1] это флюсионный процесс в азот и амины, посредством чего молекула "выворачивается наизнанку". Это быстрое колебание атома азота и заместителей, азот «движется» через плоскость, образованную заместителями (хотя заместители тоже движутся - в другом направлении);[2] молекула, проходящая через планарный переходное состояние.[3] Для соединения, которое иначе было бы хиральный из-за азота стереоцентр, азотная инверсия обеспечивает низкоэнергетический путь для рацемизация, обычно делая хиральное разрешение невозможно.[4]

Инверсия азота - один из случаев более общего явления пирамидальная инверсия, что относится к карбанионы, фосфины, арсин, stibines, и сульфоксиды.[5][6]

Энергетический барьер

Взаимопревращение аммиака происходит быстро в помещении. температура, инвертируя 30 миллиардов раз в секунду. Два фактора способствуют скорости инверсии: низкий энергетический барьер (24.2 кДж / моль; 5,8 ккал / моль) и узкая ширина самого барьера[требуется разъяснение], что позволяет часто квантовое туннелирование (см. ниже). Напротив, фосфин (PH3) очень медленно инвертируется при комнатной температуре (энергетический барьер: 132 кДж / моль).[7]

Квантовые эффекты

Аммиак проявляет квантовое туннелирование из-за узкого туннельного барьера,[8] а не из-за теплового возбуждения. Суперпозиция двух состояний приводит к расщепление уровней энергии, который используется в аммиаке мазеры.

Примеры

Инверсия аммиака впервые была обнаружена микроволновая спектроскопия в 1934 г.[9]

В одном исследовании инверсия в азиридин была замедлена в 50 раз за счет размещения атома азота вблизи фенольный группа спиртов по сравнению с окисленными гидрохинон.[10]

Азотная инверсия Дэвис 2006

Система преобразуется путем окисления кислород и сокращение на дитионит натрия.

Исключения

Конформационная деформация и структурная жесткость могут эффективно предотвращать инверсию аминогрупп. База Трегера аналоги[11] (включая базу Хюнлиха[12]) являются примерами соединений, атомы азота которых хирально стабильны стереоцентры и поэтому имеют значительные оптическая активность.[13]

жесткий каркас Tröger предотвращает инверсию азота [13]

использованная литература

  1. ^ Ghosh, Dulal C .; Джана, Джибанананда; Бисвас, Рака (2000). «Квантово-химическое исследование зонтичной инверсии молекулы аммиака». Международный журнал квантовой химии. 80 (1): 1–26. Дои:10.1002 / 1097-461X (2000) 80: 13.0.CO; 2-D (неактивно 16.10.2020). ISSN 1097-461X.CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на октябрь 2020 г. (ссылка на сайт)
  2. ^ Гринвуд, Норман Н.; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. п. 423. ISBN 978-0-08-037941-8.
  3. ^ Дж. М. Лен (1970). «Азотная инверсия: эксперимент и теория». Fortschr. Chem. Форш. 15: 311–377. Дои:10.1007 / BFb0050820.
  4. ^ Смит, Майкл Б .; Марш, Джерри (2007), Продвинутая органическая химия: реакции, механизмы и структура (6-е изд.), Нью-Йорк: Wiley-Interscience, стр. 142–145, ISBN 978-0-471-72091-1
  5. ^ Арви Раук; Лиланд С. Аллен; Курт Мислоу (1970). «Пирамидальная инверсия». Энгью. Chem. Int. Эд. 9 (6): 400–414. Дои:10.1002 / anie.197004001.
  6. ^ ИЮПАК, Сборник химической терминологии, 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "Пирамидальная инверсия". Дои:10.1351 / goldbook.P04956
  7. ^ Kölmel, C .; Ochsenfeld, C .; Альрикс, Р. (1991). «Неэмпирическое исследование структуры и инверсионного барьера триизопропиламина и родственных аминов и фосфинов». Теор. Чим. Acta. 82 (3–4): 271–284. Дои:10.1007 / BF01113258. S2CID 98837101.
  8. ^ Фейнман, Ричард П.; Роберт Лейтон; Мэтью Сэндс (1965). «Матрица гамильтониана». Лекции Фейнмана по физике. Том III. Массачусетс, США: Аддисон-Уэсли. ISBN 0-201-02118-8.
  9. ^ Cleeton, C.E .; Уильямс, Н.Х. (1934). «Электромагнитные волны длиной 1,1 см и спектр поглощения аммиака». Физический обзор. 45 (4): 234–237. Bibcode:1934ПхРв ... 45..234С. Дои:10.1103 / PhysRev.45.234.
  10. ^ Контроль скорости пирамидальной инверсии путем переключения окислительно-восстановительного потенциала Марк У. Дэвис, Майкл Шипман, Джеймс Х. Р. Такер и Тиффани Р. Уолш Варенье. Chem. Soc.; 2006; 128 (44) с. 14260–14261; (Связь) Дои:10.1021 / ja065325f
  11. ^ МРостами; и другие. (2017). «Разработка и синтез Ʌ-образных фотопереключаемых соединений с использованием базового каркаса Трегера». Синтез. 49 (6): 1214–1222. Дои:10.1055 / с-0036-1588913.
  12. ^ МКазем; и другие. (2017). «Легкое приготовление Λ-образных строительных блоков: дериватизация основания Хюнлиха». Synlett. 28 (13): 1641–1645. Дои:10.1055 / с-0036-1588180. S2CID 99294625.
  13. ^ а б МРостами, МКазем (2019). «Оптически активные и фотопереключаемые аналоги базы Трегера». Новый журнал химии. 43 (20): 7751–7755. Дои:10.1039 / C9NJ01372E - через Королевское химическое общество.