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碳-氮键
碳－氮键是碳原子和氮原子之间形成的共价键，它也是有机化学和生物化学中最常见的化学键之一。[1]
氮原子有五个价电子，在通常的胺中的化合价为3，剩下的两个电子形成一对孤对电子。通过那对电子，氮可以与氢形成配位键使自身的配位数达到4，并形成带有一个正电荷的铵盐。许多氮化合物因此具有碱性，但强弱取决于结构：酰胺中的氮原子不具碱性，这是由于其孤对电子离域而与羰基形成共轭效应（类似于羰基的烯醇式），使得N－C键具有部分双键的性质。在吡咯中孤对电子成为6电子芳香共轭体系的一部分因而其氮原子也不具碱性。
与碳－碳键类似，碳氮之间也可以形成稳定的双键，例如亚胺，而腈中还存在三键。键长随着键级的增加而缩短，从胺的147.9pm到C-N= 化合物（例如硝基甲烷）的147.5 pm，吡啶中的部分双键长度为135.2pm，到腈中三键的长度为115.8 pm[2]
CN键是具有强烈极性的共价键（碳和氮电负性分别是2.55和3.04），导致分子偶极矩较高：氰胺为4.27D，重氮甲烷为1.5 D，叠氮甲烷为2.17，吡啶为2.19。因为这个原因许多含有CN键的化合物可溶于水。
含氮官能团
| 化学分类 | 键级 | 结构简式 | 结构式 | 例子 | C–N键平均键长(Å)[3] |
|---|---|---|---|---|---|
| 胺 | 1 | R2C-NH2 | 甲胺 | 1.469 （胺） 1.499 （铵盐） | |
| 氮杂环丙烷 | 1 | CH2NHCH2 | 丝裂霉素C | 1.472 | |
| 叠氮化合物 | 1 | R2C-N3 | 叠氮苯 | ||
| 苯胺 | 1 | Ph-NH2 | 氨基苯甲醚 | 1.355 (sp2 N) 1.395 (sp3 N) 1.465 (铵盐) | |
| 吡咯 | 1 | 卟啉 | 1.372 | ||
| 酰胺 | 1.2 | R-CO-NR2 | 乙酰胺 | 1.325 (一级) 1.334 (二级) 1.346 (三级) | |
| 吡啶 | 1.5 | pyr | 烟酰胺 | 1.337 | |
| 亚胺 | 2 | R2C=NR | 1,5-二氮杂二环[4.3.0]壬-5-烯 | 1.279 (C=N bond) 1.465 (C–N bond) | |
| 腈 | 3 | R-CN | 苯甲腈 | 1.136 | |
| 异腈 | 3 | R-NC | 对甲苯磺酰甲基异腈(TOSMIC) |
参见
| CH | He | |||||||||||||||||
| CLi | CBe | CB | CC | CN | CO | CF | Ne | |||||||||||
| CNa | CMg | CAl | CSi | CP | CS | CCl | CAr | |||||||||||
| CK | CCa | CSc | CTi | CV | CCr | CMn | CFe | CCo | CNi | CCu | CZn | CGa | CGe | CAs | CSe | CBr | CKr | |
| CRb | CSr | CY | CZr | CNb | CMo | CTc | CRu | CRh | CPd | CAg | CCd | CIn | CSn | CSb | CTe | CI | CXe | |
| CCs | CBa | CHf | CTa | CW | CRe | COs | CIr | CPt | CAu | CHg | CTl | CPb | CBi | CPo | CAt | Rn | ||
| Fr | CRa | Rf | Db | CSg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | Og | ||
| ↓ | ||||||||||||||||||
| CLa | CCe | CPr | CNd | CPm | CSm | CEu | CGd | CTb | CDy | CHo | CEr | CTm | CYb | CLu | ||||
| Ac | CTh | CPa | CU | CNp | CPu | CAm | CCm | CBk | CCf | CEs | Fm | Md | No | Lr | ||||
参考资料
- ^ Organic Chemistry John McMurry 2nd Ed.
- ^ CRC Handbook of Chemistry and Physics 65Th Ed.
- ^ 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.