鍵結斷裂 ,或簡稱斷裂 ,是指分子 在解离 過程中的化学键 分裂。分子經過鍵結斷裂後,產生兩個或兩個以上的產物。[ 1]
鍵結斷裂有2種形式:均勻斷裂 (homolytic cleavage)和非均勻斷裂 (heterolytic cleavage),取決於斷裂過程中電子的分配狀況。 σ鍵 的三重態 和單重態 激發能可用來判斷斷裂的結果是均勻或是非均勻的。[ 2] 但金屬間的σ鍵的激發能並不遵循上述的判斷法則,因為它具有非常高的激發能。[ 2]
某些情况下,鍵結斷裂需要催化剂 的協助。例如:C−H键有較高的解離能 ,约 100 kcal/mol(420 kJ/mol),將碳原子和氫原子解離需要大量的能量,所以需要使用催化劑。[ 3]
均勻斷裂
均勻斷裂
均勻斷裂 (homolysis) —又稱為均勻分裂 —過程中,共價鍵 上的2個電子 會平均分配到生成物 上,並產生2個自由基 ,所以這個過程又可稱為自由基式分裂 (radical fission)[ 4] 。均勻斷裂所需要的能量稱為解離能 ,可作為測量鍵結強度 的一種方式。
σ鍵的三重態激發能就是均勻斷裂的解離能,但因為三重態電子之間的斥力,可能使該鍵結實際的激發能高於解離能。[ 2]
非均勻斷裂
异裂分裂
非均勻斷裂 (heterolysis)—又稱為非均勻分裂 —過程中,共價鍵上的2個電子會一同保留在其中1個生成物上。換句話說,一個生成物將額外獲得1個電子,而另一個產物失去1個電子,共產生2個離子 ,所以此過程又可稱為離子式分裂 (ionic fission)。[ 5]
σ鍵的單重態激發能就是非均勻斷裂所需的能量,但因為2個離子之間的靜電吸引 (庫倫力)作用,因此實際的單重態激發能可能低於所需的解離能。[ 2] 例如:儘管Si–Si的鍵結強度(80kJ/mol)比C–C的還要高(70kJ/mol),Si–Si σ鍵的單重態激發能還是比C–C σ鍵的單重態激發能低,因為矽相較於碳有更高的電子親和力 和較低的游離能 。[ 2]
非均勻斷裂會自然地發生在含有配位基 —電子提供者—和過渡金屬 —具有空的電子軌道—的化學反應 中。[ 5]
開環作用
環氧化物開環作用
開環作用中,裂解後的分子仍然是一個單體。[ 6] 儘管鍵結斷裂,但分子仍然有其他部分連接在一起。例如,環氧化物 的環可以經由一個極性 C−H鍵的非均勻斷裂而成為非環狀結構單體 。[ 6]
應用
生物化学 上,分解代谢 藉由分裂大分子内部的鍵結以將其裂解。 能夠催化鍵結斷裂的酵素 稱作裂解酶 ,但如果該酵素是透過水解反應 或氧化還原反應 催化時,則分別稱作水解酶 和氧化还原酶 。
蛋白體学 上,裂解試劑可用來把蛋白質切成更小的胜肽,以利於蛋白質體分析。[ 7] 常見的裂解試劑有溴化氰 、胃蛋白酶 和胰蛋白酶 。[ 7]
参阅
参考文献
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^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 Michl, Josef. Relationship of bonding to electronic spectra. Accounts of Chemical Research. May 1990, 23 (5): 127–128. doi:10.1021/ar00173a001 .
^ Wencel-Delord, Joanna. Super-reactive catalyst for bond cleavage : 447–448. 2017 [2018-02-23 ] . doi:10.1038/d41586-017-07270-0 . (原始内容存档 于2019-07-01) (英语) .
^ Vyazovkin, Sergey; Koga, Nobuyoshi; Schick, Christoph. Handbook of Thermal Analysis and Calorimetry 6 . Elsevier. 2018: 584. ISBN 978-0-444-64062-8 .
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^ 7.0 7.1 Mander, Lew; Liu, Hung-Wen. Comprehensive Natural Products II: Chemistry and Biology 1. Elsevier. 2010: 462–463 [2018-02-23 ] . ISBN 978-0-08-045381-1 . (原始内容存档 于2019-06-09).