CI_folie29 Dipolmomente δ- + - a ohne Feld b mit Feld + + + + + + - - - - - - Effekt eines elektrostatischen Feldes auf die rientierung polarer Moleküle. Dipolmoment: µ = q * d d: Abstand zwischen den beiden entgegengesetzten Ladungen q: Ladungsstärke
CI_folie30 Dipolmomentsbestimmung aus der Dielektrizitätskonstante ε Plattenkondensator + - Kapazität C = q U Ladungsmenge Spannung ε = CMaterie CVakuum Debye: ε 1 M ε + 2 d = a + b T b = 3 4π µ A 3 3 K M - Molekulargewicht d - Dichte T - absolute Temperatur A - Avogadrozahl k - Boltzmannkonstante µ - Dipolmoment
CI_folie31 F Cl, Br C Mg Li Elektronegativität: 4.0 3.5 3.0 2.8 2.5 2.1 1.2 1.0 Dipolmoleküle: F δ- Cl Br I µ: 5.84 10-30 C m (1.75 D) 3.44 10-30 C m (1.03 D) C C C Cl 1 D = 3.338 10-30 C m (Debye) Anwendungsbeispiel: Cl + Cl - q( + ) = q(cl - ) = 1.6 10-19 C Bindungsabstand: d ( Cl) = 127 pm = 127 10-12 m µ ( + Cl - ) ber. = 1.6 10-19 127 10-12 = 2.03 10-29 C m µ (Cl) gem. = 3.44 10-30 C m µ gem. µ ber. 3 44 10 30 = 20.3 10 30 = 0.169 Die Bindung in Cl-Gas besitzt zu 16.9 % ionischen Charakter.
0CI_folie32 Dipolmomente von mehratomigen Molekülen. vektorielle Summe der Bindungsinkremente µ= 1.84 D (6.14 10-30 C m) µ= 1.46 D (4.87 10-30 C m) δ- F F F F F F µ = 0.24 D Cl C Cl Cl C Cl µ = 0 D
Zwischenmolekulare Kräfte CI_folie33 a + Cl - C 4 (Methan) 2 (Wasser) Schmp. 801 C -183.0 C 0 C Sdp. 1413 C -161.5 C 100 C Bei ionischen Verbindungen müssen beim Schmelzen und Sieden die Coulombschen Anziehungskräfte überwunden werden hoher Schmp., hoher Sdp.. Ungeladene Moleküle werden entweder durch Dipol-Dipol- Wechselwirkungen (polare Moleküle) oder durch van-der-waals- Wechselwirkungen (induzierte Dipol-Dipol-Wechselwirkungen) zusammengehalten schwächere Anziehungskräfte: niedrigere Schmp., niedrigere Sdp.. Wasserstoffbrücken-Bindung (Dipol-Dipol-Wechselwirkung) Dipol + - (Bindungsstärke: ca. 5 kcal/mol) - + Dipol
CI_folie34 Siedepunkte von assoziierten und nicht-assoziierten Molekülen F Cl 2 2 S 3 3 P Sdp.[ C] +19.5-84.9 +100.0-60.7-33.4-87.4 F 140 F F allgemein: X Y 140 -Donatoren: X : R R C R 2 al R C R -Akzeptoren: Y: C S X P
CI_folie35 Basenpaare der DA (Desoxyribonucleinsäure) C 3 Zucker Zucker Zucker A T G C Zucker Adenin-Thymin-Bindung (A T) Guanin-Cytosin-Bindung (G C) T G A C Die wechselseitigen Wasserstoffbrückenbindungen sind für die doppelsträngige DA-Struktur verantwortlich. (die -Atome sind nicht eingezeichnet) A T C G
Kovalente Wechselwirkungen CI_folie36a BDE a) [kcal/mol] Temperatur [ C] 3 C C 3 2 C 3 90 700-800 (Crackprozeß, Erdölraffination) R R 2 R Peroxid ca. 30 50-100 (Waschmittel) R S S R (Proteinfaltung) Red. x. 2 RS 2 RS ca. 60 400-500 Raumtemperatur a) BDE - Bindungsdissoziationsenergie
CI_folie36b omolyse A B A + B BDE [kcal/mol] + 104.2 3 C 3 C + 104.8 (1000-1300 C) 3 C 3 C 3 C 3 C + 100.6 3 C C 3 3 C + C 3 F F F + F 90 (700-800 C) 38 Cl Br I Cl Cl +Cl Br Br + Br I I + I 58 46 36 eterolyse A B A + B oder A B A + B Beispiel C 3 Cl Chlormethan BDE [kcal/mol] C 3 Cl C 3 + Cl C 3 Cl Gasphase C 3 + Cl C 3 Cl Wasser C 3 + Cl 84 227 63 BDE = Bindungsdissoziationsenergie 1 cal = 4.187 Joule
icht-kovalente Wechselwirkungen CI_folie37 BDE a) Temperatur δ - [kcal/mol] [ C] 3-7 Raumtemperatur sehr schnell Wasserstoff-Brückenbindung C - - π D π π 1-2 Raumtemperatur sehr schnell D- Elektronendonor, A- Elektronenakzeptor A a) BDE - Bindungsdissoziationsenergie Van-der-Waals-Kräfte
CI_folie38
CI_folie39 Anordnung der Wasserstoffbrücken bei Watson - Crick - Basenpaaren in der DA C 3 C -1' A - T C -1' 1.11 nm Adenin Thymin C -1' G - C C -1' 1.08 nm Guanin Cytosin
CI_folie40 Schematische Darstellung der,-brücken in der DA A - T C - G
CI_folie41 Modell der durch die π,π-wechselwirkungen der ucleinbasen verursachte DA-Doppelhelix
CI_folie42
CI_folie43 Struktur von Peptiden und Proteinen
CI_folie44 Benzol =^ kristallisiert in Schichten zwischen den Schichten nur schwache Wechselwirkungen Anordnung der Atome im Buckminsterfulleren-Molekül C 60 Graphit Diamant Eigenschaften sehr weich, schwarz, undurchsichtig, leitfähig sehr hart, farblos, stark lichtbrechend, nicht leitfähig Verwendung Schmiermittel, Elektroden, Bleistiftminen Zum Bohren, Schneiden und Schleifen; Achslager; Schmuck (in geschliffener Form) Adamantan Diamant; Makromolekül wird durch starke C-C-Einfachbindungen zusammengehalten
Löslichkeit: CI_folie45 358 g Kochsalz (a + Cl - ) in 1 l 2 (Sättigungskonzentration) ca. 80 g Diethylether (C 3 -C 2 --C 2 -C 3 ) in 1 l 2 ca. 80 g 1-Butanol (C 3 -C 2 -C 2 -C 2 --) in 1 l 2 Ethanol (C 3 -C 2 -) völlig mischbar mit 2 2 C 3 C 2 C 2 C 3 CCl 4 CCl 3 Dichte d: 1.0 0.71 1.6 1.5 g/mol Verantwortlich für die Löslichkeit sind hier Ion-Dipol- oder Dipol- Dipol-Wechselwirkungen sowie Wasserstoffbrückenbindungen δ+ Ο δ- Ο a + Ο δ - Ο ydrat-(solvat)-ülle Ethanol C 3 C 2 unpolarer Rest kann nicht solvatisiert werden Ο Ο Ο Ο Cl (-) Ο Ο Ο δ Wasserstoffbrückenbindungen 3 C C R Aminosäuren: inneres Salz 1-Butanol 3 C C 2 C 2 C 2 vgl. löslich wie 3 C C 2 C 2 C 3 größerer unpolarer Rest
Polare Lösungsmittel CI_folie46 protisch 2 R R C Alkohole Carbonsäuren 3 R 2 R 2 primäre- sekundäre-amine aprotisch 3 C C Acetonitril (C 3 ) 2 C,-Dimethylformamid DMF 3 C S C 3 DMS Dimethylsulfoxid [(C 3 ) 2 ] 3 P examethylphosphorsäuretriamid MPA