化学自习室移动版

往往见到单键如氨气、氨基，就判断sp³杂化，见到有双键的氮原子就sp²杂化，这样是否正确呢？

一、N原子的两种杂化图解

二、吡啶

吡啶，含一个氮原子的六元芳杂环化合物，氮原子sp²杂化，孤对电子填充在其中一个sp²杂化轨道中，吡啶中的大π键为

三、吡咯

吡咯，为含有一个氮原子的五元芳杂环化合物，为平面型。氮原子为sp²杂化，π₅⁶

对比吡咯和吡啶的结构，它们的N原子上均有一对孤电子对。吡咯的孤电子对在2p轨道上，参与了大π键的形成，被5个原子所共用；吡啶的孤电子对则处于sp²杂化轨道上，没有被其他原子共用。因此吡啶的N原子上的孤电子对可以与氢离子或其他含有空轨道的物质结合，体现出碱性

四、卟吩

卟吩是由4 个吡咯环通过 4 个碳原子连接而成的多杂环化合物

卟吩是一个共轭平面结构，4 个 N 等效，杂化方式也相同，都为 sp² 杂化

五、叶绿素

卟吩（有取代基为卟啉）与金属离子结合时，卟吩中N先失去所连氢，变成带一个负电荷的氮原子之后再向中心离子配位，四个键都是配位键只是形成过程有所不同，但形成之后没有什么区别，所以金属离子的配位原子的数目为4

如叶绿素:Mg配位数4，N原子sp²杂化

血红蛋白中的卟啉环:铁离子（Fe^2＋）与卟啉环中的四个氮原子通过配位键相连；铁离子还与蛋白质上的咪唑环中的氮原子通过配位键相连

六、咪唑

咪唑，含有两个氮原子的芳杂环化合物，两个氮原子互为邻位。

两个氮原子为sp²杂化，其中一个氮原子的孤对电子填充在未参与杂化的p轨道中，在环中离域，为吡咯类氮原子。

另外一个氮原子的孤对电子填充在参与杂化的sp²轨道中，不与环π键共轭，为吡啶类氮原子。

如人教版教材“离子液体”中咪唑环

七、酰胺

酰胺中，氮原子为sp²杂化，孤对电子处在p轨道中，和羰基π键共轭，增强了酰胺的稳定性

酰胺或肽键中的酰亚胺基中的N原子的孤对形成了大π键，所以其价层电子对只有3对，杂化方式为sp2

典例1

2023年高考化学全国甲卷理综化学第35题（2）酞菁和钴酞菁的分子结构如图1所示。

酞菁分子中所有原子共平面，其中p轨道能提供一对电子的N原子是_ (填图2酞菁中N原子的标号)。钴酞菁分子中，钴离子的化合价为_______,氮原子提供孤对电子与钴离子形成_______键。

本题第一空考查杂化轨道理论以及离域Π键的知识，聚焦于酞菁分子中的N原子的成键特点。根据题干信息“酞菁分子中所有原子共平面”可知，酞菁分子中N原子为sp²杂化

③号N原子通过3个σ键连接环内相邻原子，N原子为sp²杂化，未参与杂化的才是p轨道，形成离域派键。因此和钴离子形成配位键时，酞菁分子不存在孤对电子，是去掉氢离子后（所以Co为+2价）形成的酞菁阴离子提供孤对电子。

而①②号N原子，都是通过2个σ键与相邻一个C原子相连，N原子杂化方式为sp²杂化，故有一对孤对电子参与杂化

所以孤电子对在未参加杂化的p轨道上。所以选③。

这样解释更简单：所有原子共平面，只可能是sp²杂化。①号N或②号N连接2个原子，所以孤电子对，在sp²杂化轨道上。③号N连接3个原子，所以孤电子对不在sp²杂化轨道上，在未参加杂化的p轨道上。所以选③

典例2：2023年全国新课标卷第9题

答案A

D选项，离子中存在大π键，所有原子共面，氮原子采用sp²杂化；B四根键sp³杂化；O类似水sp³