náhled|Částečné náboje polarizované vazby uhlík–fluor

Vazba uhlík–fluor je kovalentní vazba mezi atomy uhlíku a fluoru, obsažená v organických sloučeninách fluoru. Jedná se o jednu z nejsilnějších chemických vazeb – po jednoduchých vazbách B-F , Si-F a H-F; navíc je poměrně krátká, protože má částečně vlastnosti iontové vazby. Vazba je silnější, pokud je na stejný uhlík navázáno více atomů fluoru. Fluoroalkany, jako je tetrafluormethan tak patří k nejméně reaktivním organickým sloučeninám.

Elektronegativita a energie vazeb Vysoká elektronegativita fluoru (4,0 oproti 2,5 u uhlíku) dodává vazbě uhlík-fluor značnou polaritu a velký dipólový moment. Elektronová hustota je soustředěna kolem fluoru a uhlík je tak poměrně chudý na elektrony. Vzniklé částečné náboje (Cδ+—Fδ−) dodávají vazbě částečně iontovou povahu a rovněž způsobují neobvyklou sílu vazby. Tato vazba bývá označována jako „Nejsilnější v organické chemii“, protože fluor vytváří nejsilnější jednoduchou vazbu s uhlíkem. Vazby uhlík-fluor mohou mít disociační energie až okolo 540 kJ/mol.Lemal DM. "Perspective on Fluorocarbon Chemistry" J Org Chem. 2004, volume 69, p 1–11. Disociační energie C-F jsou vyšší než u jakýchkoliv jiných vazeb uhlík-halogen a uhlík–vodík, například u vazby C-X v molekule CH3-X je postupně 482, 439, 350, 302 a 241 kJ/mol pro X = fluor, vodík, chlor, brom a jod.

Délka vazby Délky vazeb C-F bývají obvykle kolem 135 pm (139 pm u fluormethanu). Jsou kratší než ostatní vazby uhlík–halogen a také kratší než jednoduché vazby uhlík-dusík a uhlík–kyslík, i když má fluor větší relativní atomovou hmotnost. Malá délka vazeb je způsobována její částečně iontovou povahou a z ní vyplývajícího elektrostatického přitahování částečných nábojů na uhlíku a fluoru. V závislosti na typu hybridizace uhlíkového atomu a přítomnosti dalších substituentů na uhlíku, nebo i vzdálenějších atomech, se její délka může lišit o několik pm. Tyto změny mohou být vyvolávány změnami v hybridizaci a prostorovými elektronovými interakcemi. V tabulce níže jsou znázorněny různé délky vazeb C-F u různých molekul (atomy uhlíku mají hybridizaci sp3, pokud není uvedeno jinak).

{| class="wikitable" |- ! Vazba !! Průměrná délka (pm)F. H. Allen, O. Kennard, D. G. Watson, L. Brammer, A. G. Orpen. Tables of bond Lengths determined by X-Ray and Neutron Diffraction. Part 1. Bond Lengths in Organic Compounds. J. Chem. Soc. Perkin Trans. II 1987, S1-S19. |- | CCH2F, C2CHF || 139,9 |- | C3CF || 142,8 |- | C2CF2, H2CF2, CCHF2 || 134,9 |- | CCF3 || 134,6 |- | FCNO2 || 132,0 |- | FCCF || 137,1 |- | Csp2F || 134,0 |- | CarF || 136,3 |- | FCarCarF || 134,0

Rozdílné délky vazeb a jejich zkracování v důsledku částečně iontových vlastností bylo také pozorováno u vazeb fluoru s jinými prvky a stalo se zdrojem potíží při určování kovalentního poloměru fluoru. Linus Pauling původně uvedl hodnotu 64 pm, která však byla poté upravena na 72 pm, což je polovina délky vazby F–F, je to však příliš mnoho, aby mohlo jít o reprezentativní hodnotu pro vazby fluoru s jinými prvky, a tak byly jinými autory navrženy délky 54 pm a 60 pm.

Síly geminálních vazeb S rostoucím počtu atomů fluoru navázaných na stejný (geminální) uhlík se zvyšují energie a snižují délky ostatních vazeb, což je vidět například u fluorovaných derivátů methanu, jak je zobrazeno níže v tabulce; mění se také částečné náboje (qC a qF) na atomech. Částečný kladný náboj na uhlíku při přidávání dalších fluorů zesiluje, čímž se zvýrazňují elektrostatické působení i iontovost vazby mezi atomy fluoru a uhlíku.

{| class="wikitable" |- !Sloučenina !Délka vazby C-F (pm) !Disociační energie (kJ/mol) !qC !qF |- |CH3F |138,5 |460 ± 4 |0,01 |−0,23 |- |CH2F2 |135,7 |500 |0,40 |−0,23 |- |CHF3 |133,2 |534 |0,56 |−0,21 |- |CF4 |131,9 |546 ± 13 |0,72 |−0,18

Spektroskopie V infračerveném spektru lze pozorovat valenční vibrace vazeb C-F mezi 1000 a 1360 cm−1. Rozmezí je široké, protože frekvence je ovlivňována ostatními substituenty v molekule. Monofluorované sloučeniny mají široký pás mezi 1000 a 1110 cm−1; jestliže je přítomen více než jeden atom fluoru, tak se pás rozdělí na dva. C-F pásy jsou natolik výrazné, že mohou překonat případné C–H pásy.

Organofluoridy lze také zkoumat pomocí spektroskopie nukleární magnetické rezonance, s využitím uhlíku-13, fluoru-19 nebo (pokud je přítomen) vodíku-1. Chemické posuny při 19F NMR se, v závislosti na míře substituce a druhu navázaných funkčních skupin vyskytují ve velmi širokém rozmezí. V tabulce níže jsou uvedena rozmezí pro nejběžnější skupiny sloučenin.

{| class="wikitable" |- ! Druh sloučeniny !! Rozmezí chemického posunu (ppm) vzhledem k čistému CFCl3 |- | F–C=O || −70 až −20 |- | CF3 || +40 až +80 |- | CF2 || +80 až +140 |- | CF || +140 až +250 |- | ArF || +80 až +170

Odkazy Reference

Související články Organofluoridy Perfluorované uhlovodíky

Kategorie:Sloučeniny fluoru Kategorie:Organická chemie