Δεσμός άνθρακα - υδρογόνου

Ο δεσμός άνθρακα - υδρογόνου (C-H) είναι ένας ομοιοπολικός χημικός δεσμός τύπου σ μεταξύ ενός ατόμου άνθρακα και ενός ατόμου υδρογόνου, που μπορεί να βρεθεί σε πολλές οργανικές ενώσεις^[1]. Το μέσο μήκος δεσμού άνθρακα - υδρογόνου είναι περίπου 109 pm και η (μέση) ενέργεια δεσμού του είναι περίπου 413 kJ/mol (δείτε τον πίνακα παρακάτω). Η ηλεκτραρνητικότητα κατά Pauling του άνθρακα είναι 2,55 και του υδρογόνου 2,20. Επομένως η διαφορά ηλεκτραρνητικότητας των δυο χημικών στοιχείων είναι 2,55 - 2,20 = 0,35 (υπέρ του άνθρακα). Αυτή η διαφορά ηλεκτραρνητικότητας είναι (σχετικά) μικρή και γι' αυτό ο δεσμός άνθρακα - υδρογόνου θεωρείται γενικά μη πολικός^[2]. Στο συντακτικό τύπο (συνήθως πολύπλοκων) χημικών ενώσεων, τα άτομα υδρογόνου, και οι δεσμοί των ατόμων άνθρακα προς αυτά, συχνά παραλείπονται και απλώς εννοούνται. Οι υδρογονάνθρακες περιλαμβάνουν πολλές ομόλογες σειρές οργανικών ενώσεων που περιέχουν μόνο δεσμούς άνθρακα - υδρογόνου και δεσμούς άνθρακα - άνθρακα (με εξαίρεση βέβαια το μεθάνιο, που περιέχει μόνο δεσμούς άνθρακα - υδρογόνου). Οι κυριότερες κατηγορίες υδρογονανθράκων είναι τα αλκάνια, τα αλκένια, τα αλκίνια, τα αλκαδιένια και οι αρωματικοί υδρογονάνθρακες.

Αντιδράσεις

Ο δεσμός άνθρακα - υδρογόνου είναι γενικά σχετικά αδρανής. Υπάρχουν όμως αρκετές κατηγορίες χημικών ενώσεων οι οποίες είναι αρκετά όξινες ώστε σε κάποιους από τους δεσμούς C-Η τους να είναι δυνατή η απόσπαση πρωτονίου. Ανενεργοί (πάντα σχετικώς) χημικά είναι οι δεσμοί C-Η των αλκανίων και των τμημάτων των άλλων κατηγοριών ενώσεων στις οποίες οι δεσμοί C-Η δεν βρίσκονται κοντά σε κάποιο ετεροάτομο (οξυγόνου, αζώτου, πυριτίου, κ.τ.λ.). Τέτοιοι δεσμοί συνήθως παίρνουν μέρος μόνο σε αντικατάσταση ελευθέρων ριζών. Ένας άλλου τύπου χημική αντίδραση που περιλαμβάνει δεσμούς C-Η ονομάζεται ενεργοποίηση δεσμού άνθρακα - υδρογόνου και καταλύεται από μέταλλα. Υπάρχει επίσης και η παρεμβολή καρβενίων. Η οξείδωση δεσμού άνθρακα - υδρογόνου (γενικά) δεν έχει εκλεκτικότητα. Είναι γνωστά ένζυμα, όμως, που μπορούν να οξειδώνουν εκλεκτικά κάποιους δεσμούς άνθρακα - υδρογόνου και επίσης υπάρχουν και κάποιες άλλες οργανικές χημικές διεργασίες που επίσης μπορούν^[3].

Παρόλο που ο δεσμός άνθρακα - υδρογόνου είναι ένας από τους ισχυρότερους που υπάρχουν, το μέγεθος (της ισχύος) τους ποικίλλει κατά πάνω από 30% στις μέτρια σταθερές οργανικές ενώσεις, ακόμη και με την απουσία ετεροατόμων^[4]:

Δεσμός	Ρίζα υδροκαρβυλίου	Ενέργεια διάσπασης του δεσμού (kcal/mole)
CH₃−H	Μεθύλιο	104
C₂H₅−H	Αιθύλιο	98
(CH₃)₂CH−H	Ισοπροπύλιο	95
(CH₃)₃C−H	Τριτοταγές βουτύλιο	93
CH₂=CH−H	Βινύλιο	112
HC≡C-H	Αιθινύλιο	133
C₆H₅−H	Φαινύλιο	110
CH₂=CHCH₂−H	Αλλύλιο	88
C₆H₅CH₂−H	Βενζύλιο	85
OC₄H₇−H	Τετραϋδροφουρανύλιο	92
CH₃COCH₂-H	Ακετυνύλιο	96

Σε περίπτωση που μια ένωση περιέχει συνδυασμό των παραπάνω ομάδων, ο παραπάνω πίνακας επιτρέπει να μπορούμε να προβλέψουμε ποιοι δεσμοί είναι πιθανότερο να αντιδράσουν πρώτοι (ή σε μεγαλύτερο ποσοστό): Αυτοί με τη μικρότερη ενέργεια διάσπασης. Αυτό φαίνεται σε περίπτωση οξείδωσης με σχετικά εκλεκτικά αντιδραστήρια. Για παράδειγμα κατά την επίδραση διοξειδίου του σεληνίου σε προπένιο οξειδώνεται εκλεκτικά το #3 άτομο άνθρακα, με μικρότερη ενέργεια διάσπασης (με βάση τον παραπάνω πίνακα) σε σχέση με τα βινυλικά #1 και #2 άτομα άνθρακα:

\mathrm {2CH_{2}=CHCH_{3}+SeO_{2}{\xrightarrow {}}2CH_{2}=CHCH_{2}OH+Se}

Ονοματολογία

Η ομάδα C-Η ονομάζεται «καρβογόνο» (carbogen).

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

**Χημικοί δεσμοί με άνθρακα**
Πυρήνας της οργανικής χημείας	Πολλές χρήσεις στη χημεία
Ακαδημαϊκή έρευνα, όχι ευρεία χρήση	Άγνωστοι δεσμοί

Αναφορές και σημειώσεις

↑ March, Jerry (1985), Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure (3rd ed.), New York: Wiley, ISBN 0-471-85472-7
↑ Στην πραγματικότητα υπάρχει μια μικρή πολικότητα της τάξης του 3% (πηγή: Sargent-Welch Scientific Company).
↑ Adding Aliphatic C–Η Bond Oxidations to Synthesis M. Christina White Science 17 February 2012: Vol. 335 no. 6070 σσ. 807–809 doi:10.1126/science.1207661
↑ «Αρχειοθετημένο αντίγραφο». Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 21 Νοεμβρίου 2016. Ανακτήθηκε στις 12 Νοεμβρίου 2013.

[1] March, Jerry (1985), Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure (3rd ed.), New York: Wiley, ISBN 0-471-85472-7

[2] Στην πραγματικότητα υπάρχει μια μικρή πολικότητα της τάξης του 3% (πηγή: Sargent-Welch Scientific Company).

[3] Adding Aliphatic C–Η Bond Oxidations to Synthesis M. Christina White Science 17 February 2012: Vol. 335 no. 6070 σσ. 807–809 doi:10.1126/science.1207661

[4] «Αρχειοθετημένο αντίγραφο». Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 21 Νοεμβρίου 2016. Ανακτήθηκε στις 12 Νοεμβρίου 2013.

[1]

[2]

[3]

[4]