四面体形分子构型

四面体形分子构型是指一分子中的中心原子和四个原子键结，四个原子形成四面体4个顶点的分子构型。若和中心原子键结的4个原子都是同一种原子（例如甲烷CH4），则其键角为cos−1(−1/3) ≈ 109.5°[1]。周期表中有许多元素的化合物都是四面体形分子构型，理想分子有Td的对称点群，但大部分四面体形构型分子的对称性较低。四面体分子可能会具有手性。

四面体形分子构型
四面体形分子构型
举例CH4
点群Td
空间位数4
配位数4
键角109.5°
极性（μ）可能为0

举例

主族元素化合物

四面体形构型的化合物包括所有饱和的有机化合物，大部分硅、锗、锡的化合物也是四面体形构型。像四氧化氙（XeO4）、高氯酸离子（ClO4−）、硫酸根离子（SO42−）、磷酸根离子（PO43−）。三氟化硫氮SNF3也是四面体形构型，其中包括一个硫和氮组成的三键[2]。

过渡金属化合物

过渡金属化合物中也有许多是四面体形构型，特别是中心金属排布为d0或d10的金属配合物。例如像四(三苯基膦)钯、四羰基镍和四氯化钛。许多d轨道电子半满的金属配合物也是四面体形构型，例如像铁（II）、钴（II）及镍（II）的四卤化物。

水的结构

液态水分子最常见的结构即为四面体形构型，氧原子和二个氢原子形成共价键．再用和其他水分子中的二个氢原子形成氢键。由于氢键的长度不固定，这类的水分子多半没有对称性，会和邻近的四个氢原子形成暂时性的不规则四面体[3]。

例外和变形

四面体形构型的反转常出现在有机化合物及主族元素化合物中。瓦尔登翻转是指手性中心碳原子发生的构型转换。若将氨也视为四面体形构型（考虑其孤对电子），氨的氮反转（英语：Nitrogen inversion）中也有出现平面三角形分子构型的过渡态。

反转的四面体构型

分子的几何限制会使得理想的四面体构型有明显的变形。有些化合物中有“反转碳”（inverted carbon），其碳原子是四方锥形分子构型[4]。

 

有机化合物中有反转碳构型的包括有螺桨烷，其中最简单的是[1.1.1]螺桨烷（英语：1.1.1-Propellane），及嘧啶[5][6]，这类分子有较高的角张力能，因此活性较强。

平面化

若碳的四面体构型中，其中二个键的键角被拉大，甚至到四个键变成同一个平面的情形，这类的有机化合物称为窗烷。

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参考资料

  1. ^ Angle Between 2 Legs of a Tetrahedron. Maze5.net. [2013-03-29]. （原始内容存档于2018-10-03）. 
  2. ^ G. L. Miessler and D. A. Tarr. Inorganic Chemistry 3rd. Pearson/Prentice Hall. ISBN 0-13-035471-6. 
  3. ^ P. E. Mason and J. W. Brady. "Tetrahedrality" and the Relationship between Collective Structure and Radial Distribution Functions in Liquid Water. J. Phys. Chem. B. 2007, 111 (20): 5669–5679. doi:10.1021/jp068581n. 
  4. ^ Wiberg, Kenneth B. Inverted geometries at carbon. Acc. Chem. Res. 1984, 17 (11): 379–386. doi:10.1021/ar00107a001. 
  5. ^ Joseph P. Kenny, Karl M. Krueger, Jonathan C. Rienstra-Kiracofe, and Henry F. Schaefer III. C5H4: Pyramidane and Its Low-Lying Isomers. J. Phys. Chem. A. 2001, 105 (32): 7745–7750. doi:10.1021/jp011642r. 
  6. ^ Lewars E. Pyramidane: an ab initio study of the C5H4 potential energy surface. Journal of Molecular Structure: THEOCHEM. 1998, 423 (3): 173–188. doi:10.1016/S0166-1280(97)00118-8. 

外部链接