Wiederholung der letzten Vorlesungsstunde: Thema: Chemische Bindungen V Molkülorbitaltheorie I

Transkript

1 Wiederholung der letzten Vorlesungsstunde: Thema: Chemische Bindungen V Molkülorbitaltheorie I MO-Theorie: Molekülorbitale durch Linearkombinationen von Atomorbitalen (LCAO-Methode: Linear Combination of Atomic Orbitals), bindende-, antibindende-, nichtbindende Molekülorbitale, Molekülorbitaldiagramme Thema heute: Chemische Bindungen VI Molekülorbitaltheorie II, Wasserstoffbrückenbindungen. 179

2 Molekülorbitaldiagramm für das Fluormolekül: 180

3 Molekülorbitaldiagramm für das Sauerstoffmolekül: Im höchst-besetzten MO sind 2 ungepaarte Elektronen Paramagnetismus! Bindungsordnung: BO = ½ [Elektronen (in bindenden MO s) Elektronen (in antibindenden MO s)] Entspricht Anzahl der bindenden Elektronenpaare in Lewis-Formeln 181

4 Molekülorbitaldiagramm für das Distickstoffmolekül: 182

5 Molekülorbitaldiagramm für das Fluorwasserstoffmolekül: bindende antibindende Molekülorbitale nichtbindende 183

6 Molekülorbitaldiagramm für das Wassermolekül: 184

7 Pi-Molekülorbitale des Benzolmoleküls: 185

8 Die Wasserstoff-Brückenbindung Ein Wasserstoffatom in einer polaren Bindung (H-F, H-O, H-N) kann attraktive Wechselwirkungen zu einem Atom eines benachbarten Molekül erfahren, wenn dieses über ein freies Elektronenpaar verfügt (gewöhnlich ein N, O oder F Atom). Die Bindung eines H-Atoms zu einem N-, O- oder F-Atom ist meistens sehr polar! 186

9 Die Eigenschaften von Wasser werden maßgeblich durch Wasserstoffbrückenbindungen bestimmt. 187

10 188

11 Wasserstoffbrückenbindungen führen zu typischen Ketten-, Schicht- und Raumnetzstrukturen Beispiele: Schichtstruktur der Borsäure B(OH) 3 bzw. H 3 BO 3 Raumnetzstruktur von Eis 1 189

12 Im Eis-I liegen über H-Brücken verknüpfte H 2 O-Moleküle vor, die eine weitmaschige, von Hohlräumen durchsetzte Kristallstruktur bilden Dichteanomalie: Eis-I: β-tridymit-struktur, d O-O : 2.76 Å, Winkel (O-O-O): o 190

13 191

14 192

15 Wasserstoff-Brückenbindung Wasserstoffbrücken erhöhen: Schmelztemperatur, Siedetemperatur, Verdampfungsenthalpie, Dipolmoment, elektrische Feldkonstante, Viskosität. Wasserstoffbrücken führen zu typischen Ketten-, Schicht- und Raumnetzstrukturen Beispiele: (außer Wasser bzw. Eis) Fluorwasserstoff, Borsäure, Nucleinsäuren Bindungsenergie einer H-Brücke: ca kj/mol. 193

16 HF kristallin - Zickzackketten linear unsymmetrische Wasserstoffbrücken HF im Gaszustand Vorwiegend (HF) 6 -Ringe 194

17 Die Wasserstoffbrückenbindung zwischen =NH Gruppen und Carbonylgruppen (den Sauerstoffatomen) (C=0) in Amidkristallen ist Å, und deren O H Abstand Å lang. In Proteinen und Nucleinsäuren sind viele Atomgruppen vorhanden, die Wasserstoffbrücken ausbilden können, so z.b. Lysin, Arginin, Histidin oder Glutaminsäure Bei den Nucleinsäuren sind Wasserstoffbrückenbindungen sehr wichtig, da sie die Strukturen der DNA und RNA bestimmen und auch für die molekulare Erkennung und damit die Zellreproduktion regeln. Guanin und Cytosin 195